一、引言 小官庄铁矿采用竖井开拓、无底柱分段崩落法开采,年设计生产能力140万t。投产20多年来,随着生产能力的扩大,地质储量及探明的地质储量不断减少。一期工程矿量只能维持到2010年;二期工程施工相对比较滞后,要想保证矿山持续稳定发展,必须不断扩大远景储量。因此,开展矿区外围和深部找矿,是十分必要和具有重要意义。 二、矿区地质概况 小官庄铁矿床位于山东莱芜断陷盆地的矿山弧形背斜、北邻倾伏端、中奥陶统马家沟组及石炭系太原组本溪组地层中。盆地主要形成于燕山构造期,并伴随有较强烈的岩浆活动,于盆地内形成了闪长岩类侵入体及与其有关的矽卡岩型矿床。 小官庄铁矿位于中朝准地台(Ⅰ)、鲁西断隆(Ⅱ)、鲁西断块隆起(Ⅲ)、莱芜断陷(Ⅳ)之东侧,北靠泰山断块凸起,南与新甫山单断凸起相毗邻。莱芜断陷盆地边缘以大断裂与凸起分界,其南缘有石门官庄-劝礼断层,而东、北、西三面被泰安-铜冶店、蔡庄及泰安-孝义二弧形断层所环绕,构成了长约70 km、南北宽约8~22 km的向北凸出的半月形盆地。盆地内地层自古生界至新生界均有出露(见图1)。
图1 断凹盆地基岩地质构造 三、成矿地质条件分析 (一)地层岩性与成矿 矿区内地层为奥陶系中统马家沟组(OM)五阳山段(OMw)石灰岩、阁庄段(OMg)白云岩和八陡段(OMbd)石灰岩,石炭系太原组(C2-P1yT)及本溪组(Cyb)砂岩、页岩、砂质页岩。在矿区内以马家沟组分布最广,其中八陡石灰岩段为成矿的有利围岩;阁庄白云岩段、五阳山石灰岩段多见于矿区边缘深部。本溪组和太原组主要分布在矿区北部,走向北北东、倾向北西西、倾角20°~40°。总之,轴部岩层倾角较缓而向两翼延深,逐渐变陡;局部地段因断层或小褶皱构造的影响而略有变化。由于变质作用及矿化热液蚀变、双交代渗滤作用,灰岩多变为大理岩,砂页岩多变为变质砂岩、角岩、板岩,且在此之上常迭加有矽卡岩化或矿化热液蚀变。 (二)构造与成矿 矿区内的主要断裂构造发育大致与矿山弧形背斜同时形成,以北东向为主,次为北西向。成矿前断裂褶皱及马家沟组与本溪组之间的假整合面,为矿液活动及双交代作用提供了空间。 1、层间构造破碎带 组成背斜的岩层,在形成背斜的地质应力作用下,发生弯曲时,在岩层层间由于岩层间的错动而形成破碎带。本溪组地层主要为页岩,而马家沟地层为灰岩,前者为柔性,后者为脆性,两者物性相差较大,且两者之间又为假整合面,所以此层间破碎带更发育,为矿液富集的有利条件。受此构造控制的矿体多为较大的似层状矿体,矿床内自20线至7线,为背斜翼部的一个次级小褶皱,轴向为北北东。因而在该段层间剥离构造更发育,矿体厚度较大。但由于矿体遭受强烈的风化剥蚀,破坏了其连续性。 2、接触带构造 背斜核部的闪长岩与奥陶系马家沟组灰岩的接触带为一构造脆弱带,沿接触带常形成构造破碎带,为成矿的有利部位。在岩体向内凹陷部位的接触带,更利于矿液的富集而形成较大的透镜状矿体(见图2)。图2 接触带控矿示意图 3、石炭系本溪组底部页岩及闪长玢岩岩床的隔档作用 石炭系本溪组底部页岩,既不利于矿液的渗透也不利于交代,且覆盖在假整合面层间剥离构造之上,因此更利于矿液在层间构造中富集而形成较大较富的矿体。成矿前的闪长纷岩岩床亦常顺假整合面构造侵入,有时也起着富集矿液的隔挡作用;但当其厚度很大时,先侵占了利于成矿的空间,使矿体变薄。 总之,假整合面的层间剥离构造、接触带构造、石炭系本溪组底部页岩及闪长玢岩岩床的隔挡作用等控矿构造,复合在一起时则更利于成矿。 (三)岩浆与成矿 矿区岩体的辉石闪长岩、黑云母辉石闪长岩为成矿母岩,同时又有辉石闪长岩、黑云母辉石闪长岩被交代成矿的现象,反映出矿床的多成因、多期次叠加的结果。 矿山岩体的主岩相为中偏基性的闪长岩,向附加相过渡则逐渐变为中偏酸或偏碱性,暗色矿物也随之逐渐减少,浅色矿物逐渐增多,斜长石牌号也逐渐由高至低。在化学成分上,由主岩相到附加相CaO、MgO含量减少,SiO2、A12 O3、K2O、 Na2O含量增多;扎氏数值中S、a、Q、a/c值增加,c、b值减少,反应了岩浆由中偏基性向中偏酸性的演化过程。岩石的Fe2O3 /FeO值大于我国平均闪长岩、表明岩体为利于生成铁矿之岩体。 四、矿床成因 (一)矿化富集规律 如果将该区侵入的基性岩化学成分与大洋型拉斑玄武岩及上地慢岩加以比较就可以看出具有很大的相似性(见表1),表明岩浆杂岩的原始岩浆成分是玄武岩浆,它来自于上地慢,铁质也应来源于上地慢的玄武岩浆。 该区由于受燕山期的强烈构造运动影响,而形成了断陷构造盆地,并导生出次级构造-矿山弧形背斜,为岩浆的侵入和该矿床的形成,提供了良好的构造条件。伴随着构造运动而侵入于矿山弧形背斜核部的中性闪长岩岩浆,为形成矿床的物质来源。 成矿溶液获取成矿物质及矿化剂(如K+、Na+、Cl-、CO32-、H2S、SO42-)有很多途径,除一部分直接来自地慢岩浆外,主要是在交代和淋滤岩石中获得。近矿闪长岩,特别是厚大富矿体的闪长岩褪色严重,色率大幅度降低,多为灰绿色、灰白色甚至雪白色。矿区内闪长岩在矿化剂K+、Na+离子的参与下,对岩体进行碱质交代,使岩石和暗色矿物中的铁质被析出,析出的铁进人热液,使热液含铁浓度逐步增高,当达到一定浓度时构成了成矿溶液。在高温高压下,热液可以从含铁岩石中析出铁质,使岩石含铁量降低、K2 O+Na2O增高,表明碱质交代是溶液中铁的重要来源之一。在对接触交代铁矿床明显标志的认识过程中,肯定了Na+和K+尤其是Na+的活动更有利于铁的迁移富集。 根据接触交代与钠化相伴的一般关系分析,铁在成矿中可能以Na2(FeCl)络合物形式搬运。铁要以迁移形式变为沉淀必须使络合物分解,使铁与碱金属得以分离: Na2(Fe2 Cl2)+A12 O3+6SiO2+1/ 2O2→2NaAlSi3O8+2FeCl3 岩浆岩在高温条件下发生自交代作用后,生成磁铁矿并伴随钠长石化: 3Na(FeSi2O6)+Al3+→Na(AlSi3 O8)+3SiO2+Fe3O4十2Na+ 交代液 原岩 钠长石 磁铁矿 随着高温逐渐降低,溶液中的铁除部分浸入硅酸岩矿物外,大量以磁铁矿形式出现,铁从岩浆中呈FeCl2、FeCl3或氧化亚铁带出。磁铁矿形成为: FeCl3+2H20←→Fe(OH)2+2HCl 2Fe(OH)+FeCl2←→Fe3O4+2HCl+H2 表1 小官庄矿区基性岩与大洋型拉斑玄武岩、地慢岩化学成分对比二氧化硅 | 二氧化钛 | 氧化铝 | Fe2O3 | 氧化亚铁 | 船用汽油(Marine Gas Oil的缩写) | 首席行政官 | Na2O | K2O | 云母辉石闪长岩辉石闪长岩大洋斑岩地幔岩55.4554.1350.0145.16 | 0.580.641.370.71 | 15.2714.8016.183.54 | 6.695.772.320.46 | 2.993.627.078.04 | 6.226.117.717.49 | 5.787.4011.333.08 | 3.123.402.290.57 | 1.581.930.220.13 |