华北克拉通矽卡岩型富铁矿成矿关键控制因素:来自地层学的制约

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2024.011

现代地质 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (01): 98-116.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2024.011

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华北克拉通矽卡岩型富铁矿成矿关键控制因素:来自地层学的制约

张保涛¹(), 梅贞华¹, 李秀章²(), 姜晓平¹, 胡兆国¹, 王小玉¹, 赵晓博¹, 胡加斌¹, 柳森¹

1.中国冶金地质总局山东正元地质勘查院, 山东济南 250013
2.山东省地质调查院, 山东济南 250014

收稿日期:2023-11-20 修回日期:2023-12-30 出版日期:2024-02-10 发布日期:2024-03-20
通讯作者: 李秀章,男,研究员,1969年出生,地质学专业,主要从事矿产勘查及矿床学研究。Email: lixiuzhang4117@126.com。
作者简介:张保涛,男,高级工程师,1987年出生,矿物学、岩石学、矿床学专业,主要从事矿物学、岩石学、矿床学研究。Email: zhbaotao@163.com。
基金资助:
国家重点研发计划项目(2022YFC2903702);中国冶金地质总局科研项目(中冶地[2023]CMGBDZYJ002号);山东省级地质勘查研究项目(鲁勘字(2023)2号)

Key Ore-controlling Factors of the Skarn Type High-grade Iron Deposits in North China Craton: Constraints from Stratigraphy

ZHANG Baotao¹(), MEI Zhenhua¹, LI Xiuzhang²(), JIANG Xiaoping¹, HU Zhaoguo¹, WANG Xiaoyu¹, ZHAO Xiaobo¹, HU Jiabin¹, LIU Sen¹

1. Geological Exploration Institute of Shandong Zhengyuan, China Metallurgical Geology Bureau, Jinan, Shandong 250013, China
2. Geological Survey Institute of Shandong Province, Jinan, Shandong 250014, China

Received:2023-11-20 Revised:2023-12-30 Online:2024-02-10 Published:2024-03-20

摘要/Abstract

摘要：

华北克拉通矽卡岩型富铁矿床成矿关键控制因素一直是科学研究的热点和难点,也是制约下一步找矿方向和进一步实现找矿突破的关键。本次工作基于对华北克拉通典型矿床矿体分布规律的研究,基于地层学分析,研究了矿体分布的关键控制因素和制约机理。华北克拉通各典型矽卡岩型富铁矿床主矿体与围岩层系、岩溶层、膏岩层等的空间关系密切,主要分布于中奥陶统峰峰组二段、下马家沟组二段和上马家沟组二段,处于主要含膏层的上覆强岩溶层。地层学因素对矽卡岩型富铁矿床成矿的关键控制作用主要表现在四个方面:岩溶层系的垂向分布制约富铁矿体就位的有利空间;不整合面的发育控制岩溶系统发育的程度,影响富铁矿体规模;层序地层对岩溶期次的约束作用,限定了岩溶发育层位以及富铁矿层的分布;膏盐岩层指示阶段性强岩溶作用的底界,限定富铁矿体赋存的有利空间下限。根据研究认识,建立了华北克拉通矽卡岩型富铁矿床地质找矿模型,提出七个潜在成矿空间层段,其中包括三个主力成矿层段,并指出了下一步重点找矿及研究方向。

关键词: 关键控制因素, 富铁矿, 矽卡岩型, 地层学, 华北克拉通

Abstract:

The key ore-controlling factors of the skarn high-grade iron deposits in North China Craton (NCC) is a challenging topic and largely restrict the ore-prospecting directions in the future and make relevant study breakthroughs impossible.Based on the distribution pattern of typical orebodies in NCC and stratigraphy, we determined the key ore-controlling factors and their restriction mechanism.The large scale of orebodies of typical skarn high-grade iron deposits in NCC are closely related to the surrounding rock series (e.g., karst layers, gypsum beds) and they are mainly distributed in the middle Carboniferous Fengfeng Formation, the lower Majiagou formation, and the upper Majiagou Formation, which are located in the karst stratum above gypsum.The key controlling factors from stratigraphy on the mineralization of skarn type high-grade iron deposits are mainly manifested in four aspects: the vertical distribution of karst stratum restricts the favorable space for the emplacement of iron-rich orebodies; the unconformity surface controls the development of the karst system, affecting the scale of high-grade iron orebodies; the sequence stratigraphy affects the karst stages, constraining the distribution of karst layers and high-grade iron orebodies; the gypsum salt layer indicates the bottom boundary of the strongly phased karstification, limiting the favorable lower bound for hosting the high-grade iron orebodies.Consequently, the ore-prospecting model for the skarn type high-grade iron deposits in NCC was established, and seven potential mineralization spatial segments, including three major ones, were recommended in the study.The key ore-prospecting and research directions were suggested at end of the study.

Key words: key ore-controlling factor, high-grade iron deposit, skarn, stratigraphy, North China Craton

中图分类号:

P618.31

张保涛, 梅贞华, 李秀章, 姜晓平, 胡兆国, 王小玉, 赵晓博, 胡加斌, 柳森. 华北克拉通矽卡岩型富铁矿成矿关键控制因素:来自地层学的制约[J]. 现代地质, 2024, 38(01): 98-116.

ZHANG Baotao, MEI Zhenhua, LI Xiuzhang, JIANG Xiaoping, HU Zhaoguo, WANG Xiaoyu, ZHAO Xiaobo, HU Jiabin, LIU Sen. Key Ore-controlling Factors of the Skarn Type High-grade Iron Deposits in North China Craton: Constraints from Stratigraphy[J]. Geoscience, 2024, 38(01): 98-116.

图/表 15

图1 华北克拉通大地构造背景略图[16,22]

Fig.1 Geotectonic map of North China Craton[16,22]

图2 华北克拉通奥陶系岩石地层和层序划分方案

Fig.2 Lithostratigraphy and sequence division scheme of Ordovician in North China Craton (NCC)

表1 华北克拉通寒武系—奥陶系岩性及岩溶特征[35]

Table 1 Lithology and karst characteristics of Cambrian and Ordovician in NCC[35]

系	统	组	段	代号	厚度(m)	主要岩性	含膏层位	岩溶发育的主要特征
上覆地层:中石炭统铝土岩及页岩								非岩溶层
奥陶系	中统	峰峰组	二段	O₂f²	0~121	中厚层生物碎屑灰岩及斑状白云质灰岩		强岩溶化,缝、洞相对较均匀发育
		峰峰组	一段	O₂f¹	23~127	薄层泥晶白云岩为主,夹石膏,地表多膏溶角砾岩	主要含膏层	岩溶发育微弱,溶孔为主
		上马家沟组	三段	O₂ms³	20~171	中层泥晶灰岩与薄-中层灰质白云岩互层,中部夹石膏	夹含膏层	强岩溶化缝洞层与弱岩溶化溶孔层相间存在
			二段	O₂ms²	28~180	中层泥晶灰岩及斑状白云质灰岩,含生物碎屑		强岩溶化缝洞层较均匀发育
			一段	O₂ms¹	20~171	薄层泥晶灰岩夹石膏层,地表多为膏溶角砾岩	主要含膏层	弱岩溶化溶孔为主
		下马家沟组	三段	O₂mx³	23~176	中厚层泥晶灰岩与中薄层微晶白云岩互层		强岩溶化缝洞层与弱岩溶化溶孔层相间存在
			二段	O₂mx²	28~94	中厚层泥晶灰岩及斑状白云质灰岩		强岩溶化缝洞层较均匀发育
			一段	O₂mx¹	10~57	薄层含泥灰质泥晶白云岩夹石膏层,地表为膏溶角砾岩	含膏层	弱岩溶化溶孔为主
	下统	亮甲山组		O₁l	0~249	薄-厚层微细白云岩为主,含燧石,上部见灰岩		弱岩溶化溶孔为主,上部灰岩夹层局部岩溶发育
	下统	冶里组		O₁y	24~106	中层微、细晶含泥白云岩		弱岩溶化,少量溶孔
寒武系	上统	凤山组		∈₃f	31~184	中上部中粗晶白云岩为主,下部砾屑白云岩		中等岩溶化小孔洞和缝隙相对较均匀发育
	上统	长山及崮山组		∈₃cg	14~120	砾屑灰岩和砾屑白云岩及条带状灰岩		弱岩溶化微裂隙
	中统	张夏组		∈₂z	100~236	厚层鲕状白云质灰岩为主		中等岩溶化缝洞不均匀发育
	中统	徐庄组		∈₂x	40~127	中上部鲕状灰岩和泥质灰岩为主,下部紫色钙质页岩		弱岩溶化微裂隙
	下统	毛庄及馒头组		∈₁	11~211	上部紫红色页岩为主,下部暗紫色泥质白云岩		非岩溶层夹弱岩溶化溶孔层
下伏地层:前寒武系砂岩、白云岩和变质岩等								非岩溶层为主

表1 华北克拉通寒武系—奥陶系岩性及岩溶特征[35]

Table 1 Lithology and karst characteristics of Cambrian and Ordovician in NCC[35]

系	统	组	段	代号	厚度(m)	主要岩性	含膏层位	岩溶发育的主要特征
上覆地层:中石炭统铝土岩及页岩								非岩溶层
奥陶系	中统	峰峰组	二段	O₂f²	0~121	中厚层生物碎屑灰岩及斑状白云质灰岩		强岩溶化,缝、洞相对较均匀发育
		峰峰组	一段	O₂f¹	23~127	薄层泥晶白云岩为主,夹石膏,地表多膏溶角砾岩	主要含膏层	岩溶发育微弱,溶孔为主
		上马家沟组	三段	O₂ms³	20~171	中层泥晶灰岩与薄-中层灰质白云岩互层,中部夹石膏	夹含膏层	强岩溶化缝洞层与弱岩溶化溶孔层相间存在
			二段	O₂ms²	28~180	中层泥晶灰岩及斑状白云质灰岩,含生物碎屑		强岩溶化缝洞层较均匀发育
			一段	O₂ms¹	20~171	薄层泥晶灰岩夹石膏层,地表多为膏溶角砾岩	主要含膏层	弱岩溶化溶孔为主
		下马家沟组	三段	O₂mx³	23~176	中厚层泥晶灰岩与中薄层微晶白云岩互层		强岩溶化缝洞层与弱岩溶化溶孔层相间存在
			二段	O₂mx²	28~94	中厚层泥晶灰岩及斑状白云质灰岩		强岩溶化缝洞层较均匀发育
			一段	O₂mx¹	10~57	薄层含泥灰质泥晶白云岩夹石膏层,地表为膏溶角砾岩	含膏层	弱岩溶化溶孔为主
	下统	亮甲山组		O₁l	0~249	薄-厚层微细白云岩为主,含燧石,上部见灰岩		弱岩溶化溶孔为主,上部灰岩夹层局部岩溶发育
	下统	冶里组		O₁y	24~106	中层微、细晶含泥白云岩		弱岩溶化,少量溶孔
寒武系	上统	凤山组		∈₃f	31~184	中上部中粗晶白云岩为主,下部砾屑白云岩		中等岩溶化小孔洞和缝隙相对较均匀发育
	上统	长山及崮山组		∈₃cg	14~120	砾屑灰岩和砾屑白云岩及条带状灰岩		弱岩溶化微裂隙
	中统	张夏组		∈₂z	100~236	厚层鲕状白云质灰岩为主		中等岩溶化缝洞不均匀发育
	中统	徐庄组		∈₂x	40~127	中上部鲕状灰岩和泥质灰岩为主,下部紫色钙质页岩		弱岩溶化微裂隙
	下统	毛庄及馒头组		∈₁	11~211	上部紫红色页岩为主,下部暗紫色泥质白云岩		非岩溶层夹弱岩溶化溶孔层
下伏地层:前寒武系砂岩、白云岩和变质岩等								非岩溶层为主

图3 白涧铁矿矿床地质和矿体及矿石特征图[36⇓⇓-39] (a)白涧铁矿矿床地质图;(b)白涧铁矿29勘查线剖面图;(c)磁铁矿和结晶灰岩的接触界线;(d)磁铁矿和大理岩的接触界线

Fig.3 Geological, orebody, and ore characteristic diagrams of the Baijian iron ore deposit (modified after refs.[36⇓⇓-39])

图4 西石门铁矿矿床地质和矿体特征图[40⇓-42] (a)西石门铁矿矿床地质图;(b)西石门铁矿NW—SE向地质剖面图;(c)西石门铁矿磁铁矿体和围岩的接触界线及矿体中的角砾特征;(d)—(g)西石门铁矿43—-26勘查线纵剖图中的矿体地质特征

Fig.4 Geological map and orebody characteristics of the Xishimen iron ore deposit[40⇓-42]

图5 张家洼地区矿床地质和矿石特征图 (a)张家洼地区矿床地质图;(b)张家洼地区顾家台铁矿29勘查线地质剖面图;(c)张家洼铁矿Ⅲ矿床20勘查线地质剖面图;(d)富铁矿体中发育的晶洞;(e)张家洼地区富铁矿体与围岩的界线特征

Fig.5 Geological map and ore characteristics of the iron deposits in Zhangjiawa

图6 王旺庄铁矿矿床地质和矿石特征图 (a)金岭岩体分布区地质图;(b)王旺庄铁矿7勘查线地质剖面图;(c)磁铁矿和矽卡岩的接触关系;(d)角砾状磁铁矿石、矽卡岩和围岩的接触特征

Fig.6 Geological map and ore characteristics of the Wangwangzhuang iron deposit

图7 齐河—禹城地区铁矿床地质和矿石特征图[45⇓-47] (a)齐河—禹城地区地质构造简图及主要成矿岩体分布;(b)潘店地区PZK1钻孔见矿特征;(c)潘店地区PZK1钻孔钻获的矿体和围岩接触界线特征;(d)李屯地区矿体及其中发育的角砾特征

Fig.7 Geological map and ore characteristics of the iron deposit in Qihe-Yucheng[45⇓-47]

图8 华北克拉通矽卡岩型铁矿赋存层位与岩溶层和膏岩层的空间关系

Fig.8 Spatial relationship between the layers containing iron orebodies and the karst and gypsum layers

图9 岩溶化地层厚度与矿体厚度关系图

Fig.9 Relationship between the thickness of karst strata and the orebodies

图10 不整合面与岩溶系统发育特征关系图

Fig.10 Relationship between unconformity surface and development degree of the karst

图11 南华北地区奥陶系层序地层划分[55]

Fig.11 Ordovician sequence stratigraphic division in South North China [55]

图12 膏岩层对岩溶作用的影响模式

Fig.12 Influence mode of the gypsum layer during karst process

图13 钻探揭示的岩溶作用记录

Fig.13 Records of karst processes revealed by the drilling

图14 华北克拉通矽卡岩型富铁矿地质找矿模型

Fig.14 Geological prospecting model of the skarn iron-rich ore in NCC

参考文献 74

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Key Ore-controlling Factors of the Skarn Type High-grade Iron Deposits in North China Craton: Constraints from Stratigraphy

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