摘要
随着矿产勘查工作的持续深入，深覆盖区隐伏矿体的定位已成为关键研究课题。山东省近期的勘查实践揭示，该省覆盖区之下的矽卡岩型铁矿床具有巨大找矿前景。本研究以东阿县牛角店覆盖区为对象，系统分析了区域地质特征与重磁异常响应。通过解译重磁数据，构建了研究区的构造格架，并初步厘清了深部岩体的空间展布规律。在此基础上，综合地层形态、岩体分布、构造活动及物探异常等多源信息，与区域矽卡岩型铁矿综合预测模型进行对比分析。研究结果表明，该区具备矽卡岩型铁矿的成矿潜力，并据此圈定了北张、围子董、吕楼及洼里4个成矿远景区，为后续勘查部署提供了找矿目标与科学依据。
Abstract
With the continuous advancement of mineral exploration, the targeting of concealed ore bodies in deep-covered areas has become a critical research focus. Recent exploration practices in Shandong Province reveal significant prospecting potential for skarn-type iron deposits beneath its coverage areas. This study systematically analyzes the regional geological characteristics and gravity-magnetic anomaly responses in the Niujiaodian covered area of Dong'e County. By interpreting gravity and magnetic data, it establishes the structural framework of the study area and clarifies the spatial distribution patterns of deep-seated rock masses. On the basis of the study integrates multi-source information, including stratigraphic morphology, rock mass distribution, tectonic activity, and geophysical anomalies, and compares them with a comprehensive predictive model for regional skarn-type iron deposits. The results demonstrate that the area possesses favorable potential for skarn-type iron mineralization. Accordingly, 4 prospective metallogenic areas—Beizhang, Weizidong, Lülou, and Wali—are delineated, providing clear targets and a scientific basis for subsequent exploration planning.
Keywords
0 引言
山东省是中国重要的铁矿资源基地，其境内的矽卡岩型铁矿构成了该区的主要矿床类型之一（李厚民等，2012；郝兴中和王巧云，2016；李洪奎和郝兴中，2016；李成等，2020；赵体群等，2020；李俊建等，2022）；近年来矿产勘查工作表明，鲁西地区除已知的济南、莱芜、淄博等铁矿集区外，在齐河—禹城地区的厚覆盖层之下也发现了多处矽卡岩型铁矿床，表明该地区找矿前景良好（郭延明等，2017； 郝兴中等，2018，2019a，2021，2023a，2023b，2023c； 王娟等，2020；王卫平等，2020；李强和田思清， 2021；沈立军等，2021）。国内钢铁需求的持续增长与国际铁矿石价格的高位震荡，共同驱动了中国加强铁矿勘查工作的紧迫性。在此背景下，在鲁西地区寻找新的矽卡岩型铁矿勘查基地，已成为缓解原料供应压力、保障资源安全的重要战略方向。东阿县牛角店地区（东经 116°23'18″～116°33'58″，北纬 36°21'46″～36°29'56″）位于聊城市东部45 km处，该区地球物理异常显著；在综合山东省地质调查院于该区勘查成果的基础上，本研究通过运用面积性磁法测量、综合物探剖面测量、钻探及井中磁测等技术方法组合，初步揭示了研究区的地质特征、地球物理异常规律及深部地质信息。在系统梳理鲁西地区矽卡岩型铁矿勘查与研究现状的基础上，本文重点剖析了东阿县牛角店地区的成矿地质条件与地球物理异常特征，进而厘定其关键成矿要素，最终对该区铁矿成矿前景作出综合评价。
1 区域地质背景
研究区位于山东省西北部聊城市东阿县地区，其大地构造位置（构造单元由高到低）属于华北板块→鲁西隆起区→鲁中隆起→泰山—济南断隆→ 齐河潜凸起之上（图1）；研究区区域地质构造复杂，演化历史漫长，尤以中—新生代地壳运动的影响最为显著。该时期的构造演化受控于古亚洲构造域和滨太平洋构造域的共同作用（王怀洪等，2021），在鲁西隆起区形成了挤压、伸展、抬升及沉降并存的复杂构造格局；同时早白垩世大规模岩浆活动，为区内矽卡岩型铁矿的形成提供了关键成矿条件。
1—（潜）凹陷；2—（潜）凸起；3—二级构造单元边界；4—三级构造单元边界；5—四级构造单元（实测/隐伏）边界；6—五级构造单元（实测/隐伏）边界；7—铁矿区；8—主干断裂；9—地质界线；10—研究区
该区域地层发育较为完整，从寒武系—第四系地层单元多数发育，其构造格局因多期构造运动的叠加而趋于复杂（王世进等，2009），各类面状、线状构造与韧性剪切带等构造类型发育。岩浆活动表现为“成带性、多旋回性与多成因”的特点，岩性以早前寒武纪中酸性侵入岩和燕山晚期中基性侵入岩为主，其中后者是区内矽卡岩型铁矿成矿地质体。
2 成矿地质条件分析
研究区为厚度约 250 m 新生代沉积地层所覆盖，其下部基岩地质构造发育（图2），区内发育较完整的地层序列、多期次构造活动，其下发育有多处中基性侵入岩体。
1 —第四系—新近系；2—石炭系—二叠系；3—寒武系—奥陶系；4— 闪长岩体范围；5—断裂构造编号
2.1 地层特征
研究区地层序列完整，自新到老依次出露第四纪、新近纪、二叠纪、石炭纪、奥陶纪和寒武纪等地层单元。区域沉积建造格架主要由下古生界碳酸盐岩构成，其下伏有前寒武系变质结晶基底，其上则依次被上古生界含煤碎屑岩与新生界松散沉积物所覆盖；其中奥陶纪碳酸盐岩作为主要的赋矿围岩，其具有高钙、低硅、性脆、质纯的特性，且裂隙发育、易溶，为成矿流体运移与沉淀提供了优越的物理化学条件与构造裂隙空间。
2.2 构造特征
研究区内构造以隐伏性张性断裂为主，并将其基底分割为不同规模的构造单元。本研究据此划分 8 条主要断裂，其中走向以 NE 向（F1～F3）与 NW 向（F4～F7）为主，其展布控制了区内侵入岩体的就位与矿床的分布。综合认为岩体与奥陶纪碳酸盐岩地层的接触带及其衍生的构造系统，是成矿流体汇聚与矿体赋存的关键部位。
2.3 侵入岩特征
研究区侵入岩主要划分为两类，其一为新太古代酸性侵入岩，岩性以含黑云母二长花岗岩为主 （局部发育）；其二为燕山晚期中基性侵入岩，岩性主要为闪长质岩石（大面积发育）；后者在空间上集中分布于牛角店镇北侧及东侧的主要岩体（旦镇— 北张、大黄庄—吕楼、洼里北部）中；此外，在牛角店东南等地亦可见其以岩株或岩脉形式零星侵位于古生代地层内。该期次侵入岩作为区域矽卡岩型铁矿的成矿地质体，为成矿作用提供了主要的物质与热动力来源。
3 地球物理场特征
研究区地球物理场特征表现为显著的高值磁异常与明显的重力异常带，该异常特征与区内密集分布的矽卡岩型铁矿床在空间上高度耦合，指示了二者之间的成因联系。
3.1 岩石物性特征
研究区周邻分布有多个已知铁矿区，其成因主要与燕山晚期中基性岩浆与奥陶纪碳酸盐岩的接触交代作用有关。成矿作用不仅发生于接触带，亦有部分延伸至石炭系 — 二叠系中（郝兴中等， 2019b，2020）。物性统计结果表明（表1），与本区成矿作用密切相关的岩石主要包括灰岩、磁铁矿石、蚀变闪长岩、闪长岩、粉砂质泥岩及细砂岩等，这些岩石的物性差异为地球物理勘查提供了理论基础。
由表1可知，岩矿石密度特征表现为磁铁矿 （4.53×103 kg/m3，高密度）＞闪长岩（2.80×103 kg/m3，中高密度）＞奥陶系（2.71×103 kg/m3，中等密度）＞石炭系—二叠系（2.64×103 kg/m3，中低密度），表明由老到新地层密度呈现递减趋势；部分闪长岩因蚀变程度不同，其物性特征差异较大。岩矿石磁性特征表现为磁铁矿（226835×10-6 •4πSI，强磁性）＞闪长岩 （1704×10-6 •4πSI，中等磁性）＞奥陶系、石炭系、二叠系（无或微磁性）。岩矿石电性特征表现为闪长岩（40342 Ω·m，高阻性）＞奥陶系（6031 Ω·m，中高阻性）＞石炭系—二叠系（1909 Ω·m，中阻性）＞磁铁矿（2.72 Ω·m，低阻性），磁铁矿导电性良好，且极化率为 21.80%；其他类岩石特征呈低极化特征，其值多低于3.60%。
表1区域矽卡岩型铁矿相关岩石物性特征（据郝兴中等，2022a）
综上所述，由于区域矽卡岩型铁矿石物性特征主要表现为“强磁性、高密度、低电阻、高极化”，使其与围岩之间形成了显著的地球物理性质差异。这一物性差异构成了应用重、磁、电等综合物探方法开展铁矿勘查的有效物性前提。
3.2 重力场特征
研究区布格重力异常整体呈现出由西向东逐渐升高的空间展布格局。依据重力场的分布特征，可将全区系统性地划分为5个异常区（图3）：重力低值区（西北部）、重力高值区（西南部、东南部）、重力过渡区（中部）、相对重力高值区（东北部）。
通过划分研究区剩余重力异常，本研究共圈定 7处局部异常，其中5处高值异常（GH1～GH5）和2处低值异常（GL1、GL2）。通过数据处理和综合推断表明GH1与GH2异常推断为隐伏中基性岩体与奥陶纪地层的综合响应；GH3～GH5异常为寒武系—奥陶系隆起构造；GL1低值异常为新太古代中酸性岩体； GL2异常为局部小型凹陷区。
3.3 磁场特征
研究区磁场格局以中南部的主体正磁异常及其周缘的背景场为核心特征（图4）。该正磁异常区沿NW向展布，由NW—SE呈现一规模最大异常（幅值540 nT，面积约6 km2 ），继而过渡至幅值最高异常 （570 nT，面积约 4.5 km2），终至规模最小异常（幅值 440 nT，面积约2 km2），清晰地揭示了异常强度与规模向 SE 递减的趋势。背景磁场区环绕上述高磁主体，受其影响形成显著的磁异常梯级带，场值自异常中心向四周辐射状衰减。背景场整体呈现南高北低的分区特性：南部场值为80～280 nT，而北部场值降至-240～200 nT，受斜磁化作用控制，此南北差异及研究区北端出现的局部负磁区。
1 —重力异常；2—异常极大值；3—异常极小值；4—异常界线；5—异常编号
研究区化极磁异常整体呈现中心北移的特征，据此共圈定出C1、C2、C3共3处局部正磁异常。其中，C1异常形态近圆形，化极后其异常峰值显著增强至 804 nT，且异常中心向北偏移约4 km；C2异常呈NNE 向宽条带状展布，走向跨度约 7.8 km，峰值强度为 510 nT；C3异常亦呈近圆形，峰值强度为410 nT。
1 —正磁异常曲线；2—零磁异常曲线；3—负磁异常曲线；4—高值磁异常界线；5—化极异常编号
图5研究区典型岩性及镜下特征照片
a—灰岩；b—大理岩；c—闪长岩；d~e—大理岩化白云岩；f—大理岩化白云岩（镜下照片）；Py（Mt）—细脉状黄铁矿（含磁铁矿）；Py—星点状黄铁矿颗粒
4 异常查证工作
近年来，山东省地质调查院在该研究区内开展了调查评价工作，选择部分物探异常显著部位开展了初步异常查证工作，钻探施工显示自地表以下约 250 m向下发育有大规模二叠纪—石炭纪碎屑岩地层以及奥陶纪和寒武纪碳酸盐岩地层；在其深部 （约1110 m）揭露有侵入岩体（闪长岩体），研究区典型岩石类型特征见图5，其中闪长岩具明显磁性特征。但此次异常查证工作因受工作量限制等因素未揭露深部铁矿体。
研究区钻孔岩心编录表明在碳酸盐岩地层与闪长岩体接触带上部约280 m范围内的碳酸盐岩地层内部发育有明显的大理岩化现象，且在接触带上部190 m至接触带处范围内碳酸盐岩地层显示具有大理岩化、黄铁矿化、磁铁矿化、碳酸盐化等热液蚀变现象，其中黄铁矿化主要以细脉状、浸染状多沿岩石裂隙内发育，同时见有少量网脉状和团块状黄铁矿化现象，部分地段发育有磁铁矿化现象。异常查证工作表明该区沉积地层深部具有显著的化学流体活动和成矿热液运移现象，并具有随着深部的增加，热液活动具有愈加强烈的趋势，研究区深部极有可能发育（含矿）地质流体活动并发生了热液交代蚀变作用。此外，研究区重力异常是由古生代地层和深部侵入岩体共同引起，同时该磁异常是由深部中基性侵入岩体（或铁矿体）引起。
通过对研究区地质单元、地球物理异常特征及异常查证所揭示的深部蚀变信息进行系统梳理和综合研判，研究认为牛角店地区具备形成矽卡岩型铁矿所需的成矿地质条件。
5 区域铁矿预测模型
综合研究表明，区域矽卡岩型铁矿受“地层、岩浆岩、构造”三位一体的联合控制（叶天竺等，2014，2017；郝兴中和王巧云，2016；郝兴中等，2019a）。其成矿系统以早白垩世闪长岩体为成矿地质体，奥陶纪碳酸盐岩为主要成矿围岩。二者之间的接触构造带及伴生断裂系统，共同构成了成矿热液运移的通道和矿质沉淀富集的场所。该类型矿石所具有的“强磁性、高密度、低电阻、高极化”物性特征，为应用地球物理方法进行勘查提供了明确的物性前提，其找矿标志主要表现为相应的磁、重、电异常。基于上述认识所建立的区域综合找矿预测模型（表2），系统集成了各预测要素，为区内进一步的勘查与研究提供了关键依据。
6 成矿远景分析
6.1 成矿远景区圈定
基于对区域矽卡岩型铁矿成矿预测与勘查成果的系统梳理（郝兴中等，2020，2022；吴成平等， 2020；樊彦超等，2021；汪青松等，2021；周明磊等，2021；周文月等，2021；山东省地质调查院，2022；苏士星等，2022；徐鹏等，2022；杨海等，2022；杨磊等， 2022），通过综合分析研究区地质与重磁异常特征，建立了该区铁矿找矿标志，并将其圈定原则归纳为以下两类：
表2区域矽卡岩型铁矿综合找矿预测模型一览
（1）重力异常标志：布格重力高或局部剩余重力高值区通常对应高密度的闪长岩体或寒武—奥陶纪碳酸盐岩地层。当此类重力异常与化极磁异常在空间上叠合，且发育有密集的重磁梯度带时，多为闪长岩体与碳酸盐岩接触带构造的成矿有利区段。
（2）磁异常标志：一定规模的高磁异常多反映一定埋深的中生代闪长岩体。磁异常等值线的同步外凸现象，多显示存在叠加于岩体背景之上的矿致异常。化极磁异常垂向二阶导数的高值区及其邻近的梯级带多可识别为由矿体引起的叠加异常。
6.2 成矿远景分析
在系统分析牛角店地区地质特征与地球物理异常（包括磁异常及其转换场、重力场）分布特征的基础上，本次工作推断和划分了研究区深部地质单元。依据区域矽卡岩型铁矿综合找矿预测模型及相关成矿理论（郝兴中等，2019c；曾凡玉，2019），通过构建覆盖层下沉积地层、侵入岩体及构造的展布格局，进而评价并圈定了深部矽卡岩型铁矿的成矿有利区段。在研究区的中西部及东南部圈定了北张、围子董、吕楼及洼里共 4 处铁矿成矿远景区，其分布与详细特征见图6、表3。经综合对比研判，认为北张成矿远景区勘查潜力最大，应作为后续勘查与研究工作的优先靶区。
1—正磁异常曲线；2—零磁异常曲线；3—负磁异常曲线；4—局部 （高/低）重力异常编号；5—化极磁异常编号；6—成矿远景区及编号
表3牛角店地区铁矿成矿远景区特征
7 结语
随着矿产勘查工作向深覆盖区的不断拓展，深覆盖区已成为当前地质研究的重点方向。东阿县牛角店地区具有显著的地球物理异常，且该区发育寒武纪—奥陶纪碳酸盐岩与石炭纪—二叠纪碎屑岩地层，其下赋存有燕山晚期中基性侵入岩体，上述地质单元共同构成了寻找矽卡岩型铁矿优越的成矿地质条件。
本研究通过系统分析牛角店地区的成矿地质条件，解译地球物理异常场，并开展成矿预测研究，重点分析了关键局部异常的空间展布，厘清了深部地质单元的分布规律，进而综合分析异常成因，对深部地质体进行了研判。通过与区域矽卡岩型铁矿综合找矿预测模型进行对比，筛选并圈定了北张、围子董、吕楼及洼里共 4 处成矿远景区，为研究区后续勘查工作的部署提供了找矿方向与科学依据。
基于上述认识，在对牛角店地区进行矿产勘查过程时，应系统布设以重力、磁法、电法为核心的综合地球物理勘查剖面，利用多种物探方法在反演过程中的相互约束与验证，构建精确的深部地质结构模型，从而精准定位成矿有利区段。通过对筛选出的重点异常进行查证，有望实现深部找矿突破，为鲁西地区打造新的铁矿资源后备基地。
致谢 感谢山东省地质调查院李英平研究员、王继广研究员对本文的精心指导，同时感谢贵刊编辑部及审稿专家提出的宝贵审稿意见！
注释
① 山东省地质调查院 .2022. 山东省齐河—禹城矿集区矿产地质调查（牛角店地区）报告[R].