山东齐河-禹城富铁矿区李屯岩体地质特征初探

沈立军，朱裕振，高志军

(山东省煤田地质规划勘察研究院，山东 济南 250104)

0 引言

齐河-禹城地区位于山东省西北部，2015年以来，该区3大磁异常相继发现隐伏矽卡岩型富磁铁矿体，显示了巨大的成矿潜力，有望成为山东省内继莱芜、淄博之后又一个重要的富铁矿基地[1-2]。矽卡岩型铁矿作为我国重要的富矿类型之一[3-4]，前人开展了大量研究工作[5-13]，为该区富铁矿勘查及研究工作奠定了良好基础。

在李洪奎等[14]对鲁西地区铁矿成矿规律系统总结研究的基础上，郭延明等[15]探讨了地面高精度磁测在区内富铁矿勘查中的应用效果；陈晓曼等[16]对南部大张地区铁矿地质及地球物理特征进行了研究，分析了找矿方向；朱裕振等[2]分析了李屯地区地质特征、地球物理特征，探讨了成矿潜力；郝兴中等[17-19]分析了区内重磁场特征及铁矿相关的控矿地质要素，总结了找矿标志。

众所周知，矽卡岩型铁矿往往与中基性或中酸性岩体关系密切，岩体的空间展布制约了铁矿体的分布，而该区以往研究工作集中于地质背景、矿体特征的总结研究及找矿方法的探讨，对与成矿关系密切的岩体研究较为薄弱，这成为制约该区富铁矿深部找矿的重要环节。该文在分析以往物探解译成果及少量钻孔资料的基础上，对齐河-禹城地区李屯岩体地质特征进行初步总结研究，为该区进一步富铁矿勘查及研究工作提供参考。

1 成矿地质背景

1.1 区域地质特征

李屯岩体位于鲁西隆起区的西北缘，大地构造位置为华北板块(Ⅰ)鲁西隆起区(Ⅱ)鲁中隆起(Ⅲ)泰山-济南断隆(Ⅳ)齐河潜凸起(Ⅴ)的西北部(图1)。

1—二级构造单元；2—三级构造单元；3—四级构造单元；4—五级构造单元；5—不整合界线；6—构造单元编号；7—凹陷区；8—隆起区；临邑潜凹陷；惠民潜凹陷；莘县潜凹陷；安乐潜凹陷；乐平铺潜凹陷；泰山凸起；博山凸起；肥城凹陷；阳谷潜凸起；茌平潜凸起；齐河潜凸起；邹平-周村凹陷；泰莱凹陷；F6—齐河-广饶断裂(齐广断裂)；F7—聊城-兰考断裂(聊考断裂)图1 研究区大地构造位置图

区域上大部分为新生代覆盖区，基岩裸露区主要分布在中南部泰山凸起单元内，构成基底与盖层的二元结构。基底由新太古代泰山岩群和TTG岩系组成，其上为一套早古生代陆表海碳酸盐岩沉积建造；古生代中期地壳整体抬升、剥蚀，造成晚奥陶世-早石炭世的缺失；晚古生代由于地壳的震荡运动，形成了一套海陆交互相及陆相含煤碎屑岩建造，此后地壳稳定上升，缺失三叠纪沉积；燕山运动在该区活动强烈，并形成以断陷、断隆为主要特征的构造格局。侏罗纪、白垩纪地层在齐广断裂以南不发育，主要分布于齐广断裂以北地区。

地层区划属华北地层区之鲁西地层分区，区域地层由老至新依次为寒武系、奥陶系、石炭-二叠系、新近系和第四系(图2)。区域断裂构造发育且较复杂，褶曲构造次之。据其断裂构造展布特征，总体上主要分布NE—NNE向、NW—NNW向、近EW向3组，前两者较发育，规模较大的断裂主要有齐广断裂、聊考断裂等。各组大断裂互相切割，控制了区域内凸起、凹陷的产生与发育。区域内岩浆岩主要有少量中生代侵入岩，分布于李屯-大张一带，岩性以中基性岩为主，另在区域东部章丘-长清以南地区发育较多新太古代侵入岩。

1—第四系；2—奥陶系；3—寒武系；新近系下隐伏地层：4—古近系；5—石炭-二叠系；6—奥陶系；7—断层；8—推测隐伏岩体范围图2 区域地质简图

1.2 研究区地质特征

李屯岩体周边均为第四系覆盖，赋存地层自下而上为奥陶系、石炭-二叠系、新近系及第四系。铁矿勘查实施钻孔揭露第四系厚度318.83～396.11m，下覆地层新近系底界深度762.58～927.03m，石炭-二叠系深度1150.24～1164.52m，为石炭-二叠纪月门沟群及二叠纪石盒子群，岩性主要为泥岩、砂岩、粉砂岩等，主要由一套陆相与海陆交互相沉积的砂岩及泥岩组成。

区内构造以断裂构造为主，各断裂性质与产状主要受齐广断裂、刘集断层及东阿断层等区域性断裂构造的控制。断层互相切割形成断块，各断块内古生代地层埋藏深度各有差异，但总体上表现为SE浅NW深、由阶梯状断块组成的、向NW倾斜的单斜构造形态，地层产状总体较缓，局部发育次一级褶曲。

区内岩浆岩主要为李屯岩体，隐伏产出，根据钻探揭露，岩性主要为闪长岩类和辉长岩类；岩体东侧ZK4钻孔在闪长岩下揭露新一期酸性侵入岩，岩性主要为二长花岗岩、正长花岗岩。

2 岩体特征

2.1 岩体空间展布

岩体平面形态：李屯岩体隐伏产出，岩体范围主要通过重力、磁法、地震等物探工作圈定，并经少量钻孔揭露，分布于齐广断裂与务头断层之间，总体呈NNE向展布，岩体东南侧向内凹陷，平面形态整体呈不对称“马蹄”形，分布面积约71km2(图3)。

岩体垂向延伸：岩体SN向深部展布形态主要依托物探成果解译推断，EW向剖面上分布有少量钻孔控制，因此该文岩体特征分析主要以EW向剖面为主。根据物探反演解译及少量钻孔揭露，岩体在EW向剖面上整体呈两端凸起中间凹陷的“驼峰”状，近E倾，现见矿位置位于岩体西侧的凸起部位(图4)，顶界深度1150.24～1164.52m；东侧凸起部位赋存深度较浅，实施的2个钻孔均是新近系下直接揭露岩体，顶界深度762.58～849.95m，最东侧ZK4钻孔闪长岩下揭露酸性侵入岩。岩体在SN向剖面上总体S倾，整体形态亦为“驼峰”状。

1—古近系；2—二叠纪石盒子群；3—石炭-二叠纪月门沟群；4—断层；5—新近系下推测隐伏岩体范围；6—新近系下揭露岩体范围；7—施工钻孔；8—剖面位置图3 研究区前新近纪基岩地质图

岩体主要侵位于奥陶系和石炭系下部，最上侵入层位为二叠系石盒子群上部，石炭-二叠系月门沟群太原组和山西组则普遍侵入，现揭露富铁矿体主要位于石炭-二叠纪地层与岩浆岩接触带部位。初步分析认为该岩体深部总体表现为岩基，并有一定规模的岩浆岩呈岩床或岩脉状侵入于石炭-二叠纪地层中。

2.2 岩相学特征

根据区内钻孔资料，中基性侵入岩以闪长岩类为主，岩性主要为角闪闪长岩、辉石闪长岩、石英闪长岩及辉长岩等，岩体内穿插有少量闪斜煌斑岩、闪长玢岩、花岗斑岩脉，岩石镜下照片见图5。

角闪闪长岩：呈灰色，他形—半自形粒状结构，块状构造，主要矿物为斜长石、角闪石，局部岩石蚀变交代较明显。其中，斜长石多呈他形—半自形板状、板柱状，含量50%～55%，具程度不同的黏土化、绢云母化等蚀变；角闪石呈褐黄色，他形—半自形柱状、纤状，含量45%～50%，杂乱分布于斜长石间隙中，常被次闪石和绿泥石交代。

辉石闪长岩：新鲜面呈灰绿色，块状构造，中细粒他形—半自形粒状结构，局部呈辉长辉绿结构。主要矿物为斜长石、角闪石、透辉石和极少石英、金属矿物等，为闪长岩向辉长岩过渡的一种类型。其中，斜长石含量45%～55%，他形—半自形板状、板柱状，大小不等，具黏土矿物化等蚀变；角闪石含量35%～40%，他形—半自形柱状、纤状，常被透辉石交代，具轻微绿泥石化等蚀变；透辉石含量5%～10%，他形—半自形柱状、粒状，常与角闪石共伴生，具轻微绿泥石化等蚀变；石英含量<5%，填隙分布于斜长石、角闪石、透辉石等间隙中，零星可见；局部见金属矿物极细粒填隙分布于斜长石、角闪石、透辉石等间隙中。

1—第四系；2—新近系；3—古近系济阳群；4—侏罗-白垩系淄博群；5—二叠系石盒子群；6—石炭-二叠系月门沟群；7—奥陶系马家沟群；8—寒武系；9—新太古界；10—闪长岩；11—二长花岗岩图4 据钻孔揭露推断的近EW向地质剖面图

a—角闪闪长岩中斜长石(Pl)、角闪石(Hb)等矿物；b—辉石闪长岩斜长石(Pl)、角闪石(Hb)、透辉石(Di)、石英(Qz)等矿物；c—石英闪长岩中斜长石(Pl)、角闪石(Hb)石英(Qz)等矿物；d—辉长岩中斜长石(Pl)、透辉石(Di)等矿物；e—闪长玢岩中斜长石(Pl)、角闪石(Hb)斑晶；f—二长花岗岩中斜长石(Pl)、钾长石(Kf)、石英(Qz)和少部分黑云母(Bi)矿物)图5 李屯岩体典型岩石镜下照片

石英闪长岩：新鲜面呈灰绿色，块状构造，中细粒他形—半自形粒状结构，具弱磁性。主要矿物为斜长石、角闪石和少许石英、黑云母、金属矿物等，粒径最大约2.50mm。其中，斜长石呈他形—半自形板状、板柱状，含量45%～55%，具黏土化等蚀变；角闪石呈他形—半自形柱状、纤状，含量30%～35%，分布于斜长石间隙中，常被黑云母交代，具轻微绿泥石化等蚀变；石英呈不规则细粒状，填隙分布于斜长石、角闪石等间隙中，含量5%～10%；黑云母呈片状，细小，分布于斜长石间隙中，含量<5%，常交代角闪石；金属矿物(推测以磁铁矿为主)极细粒，分布于斜长石、角闪石等间隙中，含量<5%。

2.3 主量元素特征

在李屯岩体上部采集样品进行了主量元素分析，其中近矿闪长岩取自ZK1，远矿闪长岩取自ZK4，主量元素分析结果见表1。

表1 李屯岩体典型岩石主量元素(%)分析结果

注：分析测试由河北地质大学金鑫裕、宫婧靓同学完成。ALK=Na2O+K2O，其中Na2O和K2O为去除烧失量后重新换算为100%的结果；里特曼指数σ=(Na2O+K2O)2/(SiO2-43)；A/CNK=Al2O3/(CaO+K2O+Na2O)；富钙率=CaO/(Fe2O3+FeO+MnO+MgO+CaO)；中国闪长岩数据引自黎彤等，1963[20]。

分析结果显示，远矿闪长岩SiO2含量平均61.27%，为中性岩，CaO含量平均4.99%，K2O含量平均2.06%，ALK值介于6.45%～7.21%之间，平均6.72%，里特曼指数在2.26～2.70之间，小于3.3，属于钙碱性系列；K2O/Na2O平均为0.45<1，为钠质岩石；MgO/CaO平均为0.91<1，指示岩石具富钙特征，这与岩石平均富钙率0.33显示结果相吻合；MgO含量4.46%～4.59%，平均为4.50%，高于国内闪长岩MgO平均含量3.77%，说明岩石的富镁性质；TFe2O3含量平均5.24%，低于国内闪长岩TFe2O3平均含量(7.71%)，说明岩体贫铁；A/CNK为1.29>1，属过铝质岩石。在K2O-SiO2图中(图6)，显示为钙碱性系列。总体上，岩体远矿闪长岩为富钙、富镁、贫铁的过铝质岩石。

近矿闪长岩SiO2含量平均63.04%，为中性岩；CaO含量平均5.47%，K2O含量平均0.43%，ALK值介于7.64%～8.39%之间，平均8.07%，高于中国闪长岩ALK含量6.83%，里特曼指数在2.84～3.71之间，平均3.23，总体属钙碱性系列；K2O/Na2O平均为0.06<<1，为钠质岩石；MgO含量2.72%～2.90%，平均为2.81%，远低于国内闪长岩MgO平均含量3.77%，说明岩石的贫镁性质；TFe2O3含量平均1.91%，远低于国内闪长岩TFe2O3平均含量(7.71%)，说明岩体贫铁；A/CNK为1.23>1，属过铝质岩石。在K2O-SiO2图(图6)中投点集中于低钾系列，推测近矿闪长岩可能经历热液蚀变影响较大。总体上，李屯岩体闪长岩为贫钾、富钙、贫铁、贫镁的过铝质岩石。

3 岩体与成矿关系探讨

3.1 岩体形成演化

李屯岩体位于齐广断裂东南侧，齐广断裂为一条自中生代以来长期活动的基底深大断裂[23]。根据王玉往对李屯岩体锆石(LA-ICP-MS)测年结果表明，闪长岩锆石年龄为(130.0±2.3)Ma，其形成时代为早白垩世(1)北京矿产地质研究院，山东省齐河-禹城地区接触交代型富铁矿综合信息找矿预测地质模型，2017年。。

晚中生代，华北克拉通发生了明显的岩石圈减薄与克拉通破坏[24]。早白垩世期间，华北克拉通东部地壳浅部以出现一系列伸展断层、伸展盆地及变质核杂岩为特征，表现为广泛的地壳伸展变形；在这一构造背景下，形成了NEE向的基底深大断裂——齐广断裂，深部岩浆沿齐广断裂上侵，经一系列结晶分异与同化混染，在齐广断裂东侧的奥陶纪及石炭-二叠纪地层拉张空间就位，形成了产状近E倾的李屯岩体。

李屯岩体位于齐广断裂(逆断层)的下盘，岩体形成后随着断裂构造的继续活动，下盘不断抬升，李屯岩体与侏罗-白垩系淄博群、二叠系石盒子群等同步抬升遭受剥蚀，其侵位较高的岩体东部已出露地表遭受剥蚀(图4)，并延至新近纪。

至新生代新近纪，区内接受了新近纪沉积，其沉积岩性组合直接覆盖于石炭-二叠系和李屯岩体之上。

3.2 岩体与成矿关系

研究区内现阶段揭露富铁矿体主要赋存于岩体与石炭-二叠纪地层接触带部位，矿体赋存位置与形态受岩体控制明显，指示了岩体与富铁矿成矿的密切关系，这与鲁西地区淄博、莱芜等地矽卡岩型铁矿矿床特征相似[14]。

闪长岩主量元素分析结果显示，近矿闪长岩(ZK1)TFe2O3含量平均1.91%，远低于远矿闪长岩(ZK4)TFe2O3平均含量5.24%，近矿闪长岩绿帘石化、绿泥石化及黄铁矿化等蚀变要明显强于远矿闪长岩，指示岩体形成后可能通过接触交代析出部分铁质参与了成矿。同时，不论是近矿闪长岩还是远矿闪长岩，其TFe2O3含量均低于国内闪长岩平均TFe2O3含量(7.71%)，推测岩体母岩浆在上侵过程中出熔了部分富铁流体，导致岩体整体铁含量低于中国闪长岩平均含量；这一推断与金子梁[13]在金玲铁矿研究认为从岩浆中出溶的流体是富铁的结果相吻合。综上推断，李屯岩体为该区富铁矿成矿提供了主要成矿物质来源。

4 结论

(1)李屯岩体整体平面形态呈不对称“马蹄”形，分布面积约71km2，总体产状E倾，垂向形态呈两端凸起中间凹陷的“驼峰”状，主要侵位于奥陶纪和石炭-二叠纪等地层内。

(2)李屯岩体以闪长岩类为主，岩性主要为角闪闪长岩、辉石闪长岩、石英闪长岩及辉长岩等；远矿闪长岩属钙碱性系列，为富钙、富镁、贫铁的过铝质岩石；近矿闪长岩因热液影响显示为低钾系列，为贫钾、富钙、贫铁、贫镁的过铝质岩石。

(3)李屯岩体形成于早白垩世，在华北克拉通岩石圈减薄与克拉通破坏构造背景下，深部岩浆沿齐广断裂上侵，在断裂东侧的奥陶纪及石炭-二叠纪等地层拉张空间就位，后经构造抬升、剥蚀，形成现分布格局。

(4)李屯岩体不仅控制了区内富铁矿体的产出，同时为富铁矿成矿提供了物质来源。