破解“低缓磁异常”地质密码 ——兼论“煤铁共盆”与“煤下找铁”

2021.04.01 中国矿业报   

笔者联合同行，结合长期找矿实践，提出了矽卡岩型富铁矿“煤铁共盆”成矿理论、“煤下找铁”找矿方法及适合深覆盖区的“空-地-井”协同立体勘查技术体系，开拓了富铁矿深部找矿新方向。

山东鲁西黄河北煤田煤炭资源丰富，近年来新发现厚大富磁铁矿，取得了矽卡岩型富铁矿重大找矿突破。这一找矿突破，是山东省煤田地质局及下属山东省煤田地质规划勘察研究院，联合多家单位十余年持续研究的成果，成功破解了困扰煤田地质人数十年的“低缓磁异常”地质密码，是深覆盖区富铁矿成矿理论与找矿关键技术成功应用的又一实例。

“煤铁共盆”成矿理论

我国华北地区广泛发育石炭纪-二叠纪含煤岩系，在中生代华北克拉通破坏背景下，强烈的断陷活动在板块内部形成了一系列近东西向(弧形)的地堑和半地堑盆地，改造和保存了含煤岩系，为后期岩浆事件和矽卡岩型铁矿成矿提供了构造环境。壳幔岩浆沿盆缘断裂上侵，富含铁质的原始热液与奥陶纪含膏盐层碳酸盐岩发生接触交代，沉淀形成富铁矿，盆地内以泥岩、页岩等致密岩性为主的煤系地层在此过程中起到封隔作用，形成类似“反应釜”成矿环境的盖层，保证了其下接触交代作用的充分进行，同时，煤受岩浆热烘烤发生了中-高程度变质。

我国矽卡岩型富铁矿成矿与上述（中高变质）含煤岩系，在空间和时间上存在良好的吻合关系。已知的山东鲁西、河北邯邢、山西临汾、河南安林以及湖北鄂东南等5个矽卡岩型铁矿矿集区，分别与山东莱芜-淄博-黄河北煤田、河北邯邢煤田、山西临汾赋煤区块、河南安林-马村-大众等煤矿区以及湖北晚二叠世龙潭期富煤带等含煤区空间重合。绝大多数上述提及的铁矿形成于中生代晚白垩世130±10 Ma范围间，而这一时期也是华北地区石炭纪-二叠纪煤变质的主要时期。

因此，矽卡岩型富铁矿“煤铁共盆”成矿理论概括起来就是：煤变质与铁成矿，在华北中生代断陷盆地内时空双重合。

“煤下找铁”方法

深覆盖区找矿是世界级难题，形态复杂多变的矽卡岩型富铁矿更是如此。在华北地区，这类富铁矿宏观上分布在断隆区和断陷区的交接处，受叠瓦式正断层的分级梯进控制，主要赋存于中-高变质煤层以下靠近断隆一侧或者掀斜盆地的掀斜坡、加里东不整合面和接触带构造处，受深覆盖影响显示低缓磁异常特征。其理想的成矿模型为：中生代断陷盆地控岩、中基性岩枝岩脉控矿、高变质煤系矿产及低缓磁异常示矿。

作为黄河北煤田齐河-禹城富铁矿找矿工作的发起和主要实施方，笔者总结提炼了深覆盖区“煤下找铁”找矿预测方法，即从“概选矿带→精选矿田→优选矿区→定位矿体”四级渐进关系出发，循序渐进地灵活运用关键指标开展找矿工作。该方法在黄河北煤田齐河-禹城地区得到了良好验证，可有效解决华北地区矽卡岩型富铁矿找矿靶区优选难题。

“空-地-井”

协同立体勘查技术体系

煤下富铁矿往往赋存于深覆盖层下，找矿线索易被其他地质体掩盖，找矿工作严重依赖深地探测技术，而深部信号增强和信息提取技术是主要难题。围绕上述难题，笔者及同行研发了深覆盖条件下微弱地学异常信号增强和信息有效提取技术，包括地震方面的改进广义S变换时变反褶积方法，以及利用△T化极垂向一阶、二阶导数、总梯度模及归一化标准差等互相佐证处理磁信号的方法等，建立了基于重-磁-电-震多元地球物理探测方法有效组合的“空-地-井”协同立体勘查关键技术体系，地质与地球物理信息深度融合，提高了联合反演准确性，实现了深覆盖区富铁矿体的精准识别。

找矿理论应用具重要意义

应用上述成矿理论、方法与技术体系，笔者及同行在齐河-禹城地区新发现中型富铁矿3处，新增富铁矿资源量近5000万吨，该区有望建成又一大型富铁矿基地，此外，还助力莱芜张家洼矿区成为全国最大的矽卡岩型富铁矿，并在山东、安徽、河北等省份的十余矿区取得了新的找矿成果。

笔者认为，我国矽卡岩型富铁矿成矿地质条件优越，找矿潜力大，“煤铁共盆”矽卡岩型富铁矿成矿理论与“煤下找铁”找矿方法技术的应用具有以下重要意义：一、深覆盖区弱地学信息提取、增强与融合技术及立体勘查体系大幅提升了深部地质体的认识水平，是深地探测技术研究的重要突破；二、煤铁共盆，协同勘查，打破了“找煤不找铁、找铁不管煤”传统思维的局限，是找矿方法改革的成功范例，通过煤与富铁矿的联合开发、综合利用、以煤炼铁，可大幅节约经济成本与生态成本，重塑富铁矿勘查开发格局，是破解生态环境保护与资源综合开发利用难题的重要一环，无疑将成为黄河中下游高质量发展的重中之重；三、研究成果直接推动设立了“齐河-禹城”国家级富铁矿整装勘查区，揭示了华北地区广泛分布的石炭纪-二叠纪煤系下矽卡岩型富铁矿找矿具有广阔前景，说明我国可能并非传统认为的缺富铁国家，理论方法的推广应用将取得更多找矿突破；四、今后我国富铁矿找矿突破的重点应放在中生代赋煤断陷盆地及边缘的中生代中基性岩体附近，应在深覆盖的低缓磁异常区部署找矿工作，还应在石炭纪-二叠纪中-高变质煤系地层之下部署找矿工作，尤其煤层高变质区与重磁异常复合的地段找矿前景更好。

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