山东李屯地区铁矿地质特征及找矿前景

刘 雪

李屯地区隶属于山东省禹城市和齐河县管辖，处于华北坳陷区与鲁西隆起区的连接部位。近年来，我省持续推进铁矿深部找矿工作，在李屯、潘店、大张地区相继发现了矽卡岩型铁矿，地质找矿工作取得重大进展。

在此之前，黄河北地区曾开展过煤炭整装勘查工作,勘查结果表明,区域岩浆岩广泛分布,且奥陶纪马家沟群碳酸盐地层发育,为接触交代型矿床的形成提供了良好的成矿条件，当时并未引起重视。自李屯地区发现了厚层富铁矿后，人们对该地区岩浆岩进行重新认识和深入研究。近年来，该地区开展了较多的矿产调查、地球物理测量和地质科研工作，旨在研究该地区构造体系、岩浆岩及其与接触交代型铁矿的关系，铁矿的成矿规律与成矿预测以及煤铁共生等系列问题。该文是对项目取得的勘查成果进行梳理，总结分析李屯地区铁矿地质特征，以期为今后区内或类似地区的铁矿勘查工作提供借鉴。

1 区域地质背景

本区域属华北板块（Ⅰ）鲁西隆起（Ⅱ）鲁中隆起（Ⅲ）泰山-济南断隆（Ⅳ）齐河潜凸起Ⅱa15（Ⅴ）与华北坳陷区的临邑潜凹陷Ⅰa4（1Ⅴ）交界部位。本区覆盖层较厚，在新太古界泰山岩群结晶基底上，地层由老到新依次为：奥陶纪马家沟群、石炭-二叠纪月门沟群、二叠纪石盒子群、新近系、第四系，其中奥陶系和石炭二叠系为主要成矿地层。

区域以断块构造为主，主要发育NE ～NNE 向、NW ～NNW 向、近EW 向三组断裂构造，且以前两者较发育。各组断裂互相切割，控制了区域地质体的展布（图1）。区域构造特征总体表现为南浅北深的单斜构造形态。李屯岩体主要受齐广断裂、莒镇断层、务头断层和李屯断层构造的控制。其中，齐广断裂、莒镇断层和务头断层属于区域性断裂，根据地震资料推测，本区西南部发育一条正断层—李屯断层，走向近NNE，倾向W，断距100m ～300m，向北交于齐广断裂，向南交于莒镇断层，延展长约6km。

图1 区域构造简图及岩浆岩分布图

区域内岩浆岩分布较广泛，主要有新太古代侵入岩和中生代侵入岩。其中新太古代侵入岩主要分布在章丘～长清的南部地区，以中酸性侵入岩为主；中生代侵入岩以燕山晚期为主，主要分布在济南市区～历城～章丘一带的济南杂岩体，以中基性岩为主，相继发现的李屯岩体、潘店岩体和大张岩体均属这一时期的。

李屯岩体为隐伏产出，根据物探成果推断及钻探揭露，岩性以中基性岩为主，主要为闪长岩类和辉长岩类；东侧临近的袁营普查区的钻孔揭露侵入岩为酸性侵入岩，岩性主要为二长花岗岩、正长花岗岩。

2 成矿地质特征

2.1 地层特征

在区域上奥陶纪灰岩分布广泛，发育较稳定，但区内施工钻孔未揭露奥陶纪碳酸盐原岩，揭露矿体主要位于石炭-二叠纪地层与岩浆岩接触带附近的地层内。岩体最上部侵位在二叠系石盒子群上部，普遍侵入于石炭-二叠系月门沟群太原组和山西组。

石盒子群主要由一套陆相沉积的以灰色、浅黄绿色为主的泥岩、砂岩，偶夹薄层铝土岩，偶见炭质泥岩；太原组和山西组主要由粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩以及细砂岩组成，夹少量薄煤线及薄层炭质泥岩。地层受岩浆岩侵入影响，部分泥质岩角岩化明显，与顶底板围岩呈突变接触、侵入接触。分析认为岩体深部总体表现为岩床，并有呈脉状岩浆岩呈侵入于石炭-二叠纪地层中。

2.2 矿体特征

李屯岩体为隐伏产出，岩体范围主要分布于齐广断裂、务头断层及莒镇断层之间，总体呈北北东向展布，岩体东南侧向西北凹陷，平面形态整体呈不对称“马蹄”形，在东西向剖面上顶面整体呈两端凸起中间凹陷，在南北向剖面上总体南倾的“驼峰”状。

区内已施工4 个钻孔，发现3 层磁铁矿薄层，1 个主矿体。矿体位于齐广断裂南侧，李屯断层西侧，岩体西侧，根据钻孔见矿情况，矿体形态为似层状（图2），倾向240°，倾角约21°。倾向控制长度386m，走向控制长度510m，矿体钻遇厚度57.33m ～99.56m，属厚度变化简单矿体。矿体平均品位TFe 为56.24%，mFe 为51.19%。顶板为矽卡岩，底板为矽卡岩或角岩，与顶、底板多为截然接触，个别钻孔中为过渡接触关系。

图2 矿体剖面示意图

2.3 矿石特征

2.3.1 岩性特征

矿石的矿物成分主要为磁铁矿，结构以半自形-它形粒状为主，部分呈半自形粒状，粒度0.05mm ～0.80mm 间，不等粒。晶粒间致密接触，杂乱排列，主要以集合体形态呈致密块状构造，少量呈稠密浸染状或碎块状。呈灰色略带淡棕色，具均质性。

脉石矿物主要有黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、透辉石等，结构主要为它形-半自形粒状结构为主，多呈几何体状密集分布或零星分布，主要有交代结构、填隙结构及包含结构等。构造以条带状、角砾状构造为主。

2.3.2 化学特征

通过岩石地球化学分析，对岩体内闪长岩的元素含量有了初步了解。

通过主量分析（表1），闪长岩岩性定名为角闪闪长岩，SiO2含量为46.90%，显示岩石类型为基性岩；TFe2O3含量11.01%，高于中国闪长岩平均含量7.71%，岩体中铁含量较高；MgO 含量12.44%，远大于中国闪长岩MgO 平均含量3.77%，岩石具富镁性质；里特曼指数σ=2.3 ＜3.3，属于钙碱性系列；总体表现为富镁、富铁的岩石。

表1 岩石主量元素分析结果表

微量元素分析显示，岩石Ba 含量主要介于662 ～667×10-6之间，平均含量为664.5×10-6；Sr 含量在576 ～635×10-6之间，平均含量为605.5×10-6；Ba 平均含量远高于其大陆地壳平均值（Ba=390×10-6），Sr 远高于上地壳值350×10-6和下地壳值230×10-6；微量元素蜘网图（图3-a）显示，岩石富集Rb、Ba、Sr 等大离子亲石元素（LILEs），亏损Zr、Nb、Ta 等高场强元素（HFSEs）。

图3 岩石微量元素蜘网图和稀土元素的球粒陨石标准化配分模式图

稀土元素总含量ΣREE 为102.79×10-6～109.43×10-6，其中轻稀土（LREE）含量为91.87×10-6～98.82×10-6，重稀土（HREE+Y）含量为27.01×10-6～28.58×10-6；（La/Yb）N 介于7.96 ～10.47 之间，具明显的Eu 负异常（δEu=0.71 ～0.89，平均0.8，小于1），说明稀土元素的含量受早期的结晶分异作用的一定影响，并且岩浆所经受的结晶分离作用是以斜长石为主的。在稀土元素球粒陨石标准化配分图（图3-b）中，曲线明显呈现右倾的趋势，显示岩石相对富集轻稀土元素（LREE），重稀土（HREE+Y）相对亏损，且轻稀土分馏较强，重稀土分馏较弱。

岩石微量、稀土元素特征表明，岩石岩浆来源可能为幔源，上侵过程中经历了地壳混染作用。

2.4 蚀变特征

区内接触交代变质作用强烈，矿体两侧围岩及岩体内均发育不同程度的蚀变作用，主要有矽卡岩化、钾化、绢云母化、绿帘石化及绿泥石化等（图4），近矿围岩大多可见矽卡岩化，但矽卡岩化强度相对较低，宽度相对较窄，同时围岩中碳酸岩不发育，因而大理岩化不发育，角岩化较强。

图4 围岩蚀变示意图

矿床围岩蚀变具一定分带特征。岩体从深到浅发生钾化、绢云母化、绿帘石化，三者界线模糊，出现绢云母化、绿帘石化叠加在早期钾化上；角岩是热液对围岩地层进行热烘烤变质而成，分布较广；矽卡岩化带是在角岩的基础上，叠加了矽卡岩化，形成石榴子石、透辉石矽卡岩，但局部地段矽卡岩带较薄甚至直接缺失。各蚀变带之间界限不明显，存在相互叠加的现象，总体上从近岩体到矿体外围蚀变强度依次减弱，矽卡岩化是近矿蚀变的标志。

2.5 成矿期次

通过岩矿测试及矿石内矿物的共生组合及穿插关系，分析了李屯矿床成岩成矿过程，由早到晚分为五个阶段（图5）：

图5 李屯铁矿床矿物生成顺序图

（1）早矽卡岩化阶段：矽卡岩的主要形成阶段，在该阶段高温成矿热液流体与碳酸盐岩围岩发生反应，把溶解的碳酸盐中Ca、Mg 向侵入体方向运移，二者相互反应形成石榴石、透辉石等矿物，多呈半自形-它形粒状，在岩矿心标本中局部可见晶形较好的石榴子石。

（2）磁铁矿阶段：为主成矿阶段，可见磁铁矿包裹早期矽卡岩角砾，磁铁矿多呈半自形-它形粒状或致密粒状集合体状，分布于石榴子石、透辉石间隙，磁铁矿边部等常见被后期黄铁矿、黄铜矿等硫化物充填交代。

（3）晚矽卡岩阶段：随着无水矽卡岩矿物、磁铁矿的晶出，热液温度逐渐下降，富水硅酸盐开始析出，金云母、透闪石、阳起石、绿帘石等矿物形成，包裹早期的磁铁矿、石榴子石、透辉石等，或沿早期矿物裂隙分布。

（4）硫化物阶段：随着温度的继续下降及氧逸度的降低，形成黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿等硫化物，硫化物常呈浸染状分布于矽卡岩或磁铁矿石内，亦可见呈脉状或网脉状充填于磁铁矿集合体裂隙中或矽卡岩裂隙中，石英产出较少，偶见少量硫化物与石英呈细脉切穿早期磁铁矿。

（5）碳酸盐阶段：为成矿作用的晚期，形成大量方解石矿物，并伴随少量黄铁矿，常见包含黄铁矿的碳酸岩脉切穿早期形成的磁铁矿、黄铁矿及矽卡岩等矿物，亦可见碳酸岩脉切穿早期黄铁矿脉，对早期矿物交代不明显。

3 找矿标志

（1）地层标志。矽卡岩型磁铁矿床主要产出于中基性-中酸性岩浆岩与奥陶系灰岩的接触带上，现揭露矿体主要赋存于岩体与石炭-二叠纪地层接触带附近的地层内。因此，区内石炭-二叠系是重要的赋矿围岩。

（2）构造标志。区内现揭露矿体主要产出于岩体与地层接触带上和石炭-二叠系中，接触带构造和层间构造为热液的流通和交代作用提供了有利条件。

（3）岩浆岩标志。区内揭露岩体以闪长岩类为主，部分辉长岩、辉绿岩。与成矿作用关系密切的多为绿泥石化、石榴石化蚀变闪长岩。因此燕山晚期闪长岩分布区是寻找此类矿床的重要标志。

（4）围岩蚀变标志。矿体的顶底板围岩多为矽卡岩或矽卡岩化角岩，矽卡岩矿物组成主要有石榴石、透辉石、透闪石、绿帘石等，矽卡岩化是本矿床最重要的蚀变现象。另外，接触带附近受热变质作用影响而形成的角岩化、闪长岩体钾长石化、钠长石化等，各种蚀变的组合或蚀变强度的变化，对矿体的存在具有显著的指向意义。

4 找矿潜力

根据1：1 万地磁测量成果显示，李屯地区所处的磁异常为等轴异常，以100nT 等值线圈定，△T 值由外向内逐渐升高，异常中心峰值高达400nT，局部异常主体走向均为NNW，异常平面形态呈长椭圆状，其规模较大，长约4 ～6km，宽约2km ～3km。在△T 等值线化极后，地磁场斜磁化影响被削弱，△T 等值线形态基本相同，异常主体向北发生偏移。

在布格重力场中，地磁异常位于重力的梯级带上，重力值相对较高，但两者中心不完全重合，重力异常中心位于磁异常中心的北西方向，根据“重磁同高”的异常特征，已施工钻孔的西北方向找矿潜力较大。

根据钻孔见矿情况，推断矿体形态为似层状，走向150°，倾向240°，倾角约21°，矿体在走向和倾向延伸方向均未封闭。根据重磁剖面反演结果显示李屯地区磁异常明显，且异常等值线凸起方向与推断矿体走向一致，矿体延伸较好，结合地震资料分析推断岩体与地层接触带部位成矿条件较为有利，资源潜力较大。

5 结论

燕山晚期中基性闪长岩、辉长岩、闪长玢岩等岩浆岩侵入奥陶纪马家沟群碳酸盐岩或石炭-二叠系含薄层灰岩层段，与灰岩发生接触交代作用，在一定条件下尤其在矽卡岩形成阶段，造成了铁的富集沉淀从而形成磁铁矿，研究区内铁矿的成因类型属接触交代型磁铁矿床。矿体主要赋存于岩体与石炭-二叠系接触带附近的地层内，赋存方式主要表现为接触交代、断裂填充、层间填充，所以，石炭-二叠系仍是该区重要的找矿标志地层。同时根据重磁同高的异常特征，预测该区西北方向找矿潜力较好，可以进一步开展找矿勘查工作。