王懷洪，沈立軍，王東東，朱裕振，李增學(xué)，王勇軍，毛 強(qiáng)

(1.山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，山東 濟(jì)南 250104；2.山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266590)

我國古生代地層中礦產(chǎn)資源類型多樣、賦存狀態(tài)和空間展布復(fù)雜、資源量豐富，特別是煤系礦產(chǎn)資源。煤系中常見到多種礦產(chǎn)富集的現(xiàn)象，巖漿的侵入有利于多種煤系共伴生礦產(chǎn)[1-2](煤炭、煤層氣、煤系頁巖氣)生成和保存。煤系礦產(chǎn)資源劃分為煤系能源礦產(chǎn)、煤系金屬礦產(chǎn)和煤系非金屬礦產(chǎn)[3]或含沉積層狀與非沉積層狀的固體礦產(chǎn)資源與流體礦產(chǎn)資源[4]。曹代勇等[5]從經(jīng)濟(jì)性、賦存特征、成因機(jī)制、物質(zhì)相態(tài)、工業(yè)分類等方面，將煤系礦產(chǎn)資源劃分為煤–能源礦產(chǎn)、煤–金屬礦產(chǎn)、煤–非金屬礦產(chǎn)3種組合類型。巖漿的侵入也有利于鐵礦等金屬礦產(chǎn)的形成和富集，其層位可以是煤系，也可以是煤系之外的地層。因此，在進(jìn)行煤田地質(zhì)勘探時，煤系及其上覆、下伏地層中的多種礦產(chǎn)資源綜合勘探，越來越受到重視。

黃河北煤田古生代富集多種礦產(chǎn)資源，包括煤炭、煤層氣、煤系頁巖氣及富鐵礦。針對黃河北煤田，前人已開展大量基礎(chǔ)研究工作，包括含煤地層沉積特征[6-7]、礦井地溫分布情況[8]、煤層氣、煤成氣賦存情況和其主控因素[9-12]、煤系烴源巖潛力評價[13]、侵入的巖漿巖特征、空間分布特點(diǎn)以及對煤巖煤質(zhì)的影響[14-17]、齊河–禹城地區(qū)矽卡巖型富鐵礦研究[18-19]等。但受限于上覆巨厚的新生代地層、露頭較少、研究方法局限等因素影響，目前的研究程度相對較低。

綜上可知，研究區(qū)對煤層、煤層氣、煤系頁巖氣以及富鐵礦等單礦種的研究相對較為豐富，而將多種礦產(chǎn)納入一個系統(tǒng)，針對其成因機(jī)制、富集規(guī)律等方面的研究較少。筆者以黃河北煤田為例，開展多礦產(chǎn)成因機(jī)制與富集規(guī)律等相關(guān)關(guān)系的研究，以期從成因機(jī)制上有效地指導(dǎo)煤系多礦產(chǎn)協(xié)同勘查與綜合勘探。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

1.1 構(gòu)造區(qū)劃

山東黃河北煤田位于山東省西北部，東起臥牛山斷層與章丘煤田分界，西至劉集斷層，與陽谷–茬平煤田相鄰，南起煤系底界露頭，北至齊廣斷層，煤炭資源豐富[20]。大地構(gòu)造位置為華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)泰山–濟(jì)南斷隆(Ⅳ)齊河潛凸起(Ⅴ)[8]。煤田整體為一地層走向NE的寬緩單斜，發(fā)育NE向?qū)捑忨耷?圖1)。

1.2 地 層

黃河北煤田位于華北地層區(qū)–魯西地層分區(qū)，僅黃河以南小范圍出露寒武—奧陶系，其余均被第四系覆蓋。地層由老至新為上太古界泰山巖群、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、古近系、新近系及第四系。石炭–二疊系為含煤巖系，自下而上依次為本溪組、太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組。其中，石盒子組由于沉積過程中發(fā)生剝蝕作用，在黃河北煤田只殘留黑山段和萬山段。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造基底由上太古界泰山巖群構(gòu)成，在此基底上，全區(qū)廣泛遭受海侵，形成了早古生界一套海相碳酸鹽巖沉積建造；古生代中期地殼整體抬升、剝蝕，造成晚奧陶世–早石炭世地層缺失；晚古生代由于地殼的震蕩運(yùn)動，在石炭–二疊系形成了一套海陸交互相及陸相含煤碎屑巖建造，此后地殼穩(wěn)定上升，缺失三疊系沉積；燕山運(yùn)動在本區(qū)活動強(qiáng)烈，并形成以斷陷、斷隆為主要特征的構(gòu)造格局，尤其燕山晚期的巖漿活動，為矽卡巖型磁鐵礦的形成提供了必要條件。侏羅系、白堊系在本區(qū)不發(fā)育，新生代地層廣泛分布于本區(qū)。

圖1 黃河北煤田地質(zhì)構(gòu)造簡圖Fig.1 Geological structure diagram of Huanghebei Coalfield

1.3 巖漿巖

本區(qū)巖漿巖分布較廣泛(圖1)，主要為中生代侵入巖，局部見火山巖。侵入巖分布在濟(jì)南市區(qū)–歷城–章丘北部地區(qū)，以中基性巖為主。區(qū)內(nèi)常見巖漿侵入體存在于含煤地層和煤層中，在山西組和太原組內(nèi)普遍有巖漿巖侵入，主要發(fā)育有3層，上層和下層為酸性巖漿巖，中層為中基性巖漿巖。

本區(qū)域中生代巖漿活動主要發(fā)生于燕山晚期早白堊世，以侵入巖為主，其他時代巖漿巖不發(fā)育。燕山晚期侵入巖分布較廣，以中–基性巖為主，酸性巖次之。中–基性巖主要分布于濟(jì)南地區(qū)，均劃屬為濟(jì)南序列。濟(jì)南序列以中基性為主，主要巖石類型為閃長巖類和輝長巖類，少量正長巖類、二長花崗巖類。該序列分布于濟(jì)南、齊河–禹城地區(qū)，濟(jì)南地區(qū)巖體主體呈橢圓形近東西向展布；齊河禹城地區(qū)巖體主體呈北西向啞鈴型展布。該序列中基性巖漿巖與磁鐵礦成礦關(guān)系密切，巖體邊部與奧陶系、石炭–二疊系接觸帶部位為鐵礦成礦有利部位，其分布不僅控制了磁鐵礦體的產(chǎn)出，同時可能提供了鐵礦成礦物質(zhì)來源。酸性巖主要分布于齊河–禹城一帶，多以巖床產(chǎn)狀分布于石炭–二疊系中。

2 古生代多礦產(chǎn)發(fā)育特征

2.1 煤 炭

黃河北煤田石炭–二疊紀(jì)含煤地層總厚245 m，共含煤14層，其中1—5層煤賦存于山西組，6—14層煤賦存于太原組；可采和局部可采煤層為5、6、7、8、10、11、13等7層，可采煤厚4～9 m，平均5.5 m，可采煤層含煤系數(shù)2.2%[21]?？刹擅簩又?，7、10、11、13等4層屬于普遍發(fā)育的主要煤層，5、6、8煤層僅在黃河北煤田東部局部可采。13煤層屬穩(wěn)定的中厚煤層，全煤田普遍可采；11煤在煤田西部屬穩(wěn)定–較穩(wěn)定煤層，其他煤層屬較穩(wěn)定–不穩(wěn)定煤層(表1)。

黃河北煤田位于華北聚煤盆地的東部，石炭世，盆地經(jīng)受反復(fù)的海侵、海退，沉積了碎屑巖、煤、石灰?guī)r相間的若干沉積旋回；至晚石炭世，隨著華北陸塊的整體抬升，海水自北向南退出盆地，連續(xù)沉積了本溪組海陸過渡相含煤地層。早二疊世接受沉積的聚煤環(huán)境更不穩(wěn)定，沉積了太原組海陸過渡相含煤地層和山西組陸相含煤地層。石炭系煤層總厚普遍在4～8 m，由東北向西南厚度逐漸變大；二疊系山西組煤層總體呈北薄南厚的趨勢，總厚度一般2～4 m。煤層分布特點(diǎn)為：平面上東多西少、東薄西厚、北薄南厚；縱向為上薄下厚。

2.2 煤層氣

煤層氣是煤典型的共生礦產(chǎn)。煤層既是煤層氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，又是煤層氣富集的載體。黃河北煤層氣藏呈現(xiàn)“煤層累厚中等、煤級分布廣、含氣量中等、吸附性好、特低欠飽和、低孔較高滲、欠壓、埋深適中”的特點(diǎn)。

一般情況，煤的吸附性主要受煤變質(zhì)程度的控制，因此，煤級的分布基本上反映了區(qū)域上煤的吸附特性。煤田內(nèi)各煤層變質(zhì)程度主要受巖漿巖侵入影響，巖漿巖的分布情況控制著煤變質(zhì)變化區(qū)域。上組煤層即7和10煤層的吸附能力較強(qiáng)，與國內(nèi)同變質(zhì)程度煤的吸附能力相比較基本一致。下組11、13煤由于多遭受巖漿巖侵入影響，特別是11煤在礦井內(nèi)大部分區(qū)域直接遭受巖漿巖侵蝕，煤已經(jīng)蝕變?yōu)樘烊唤?，其吸附性反而大大降低?/p>

黃河北煤田內(nèi)煤層氣資源潛力較大，煤層氣資源相對有利區(qū)位于黃河北煤田南部的趙官和長清地區(qū)。有利區(qū)總面積為49.59 km2，主要發(fā)育5、7、10、11和13煤，煤層總厚度大于5 m，平均煤層含氣量4 m3/t，煤層氣資源豐度為0.313億m3/km2。研究認(rèn)為，煤層氣多發(fā)育于構(gòu)造相對簡單，基本處于地下水滯流區(qū)，煤儲層滲透性相對較好，儲層壓力較高的地區(qū)。

2.3 頁巖氣

黃河北煤田頁巖氣烴源巖主要為石炭–二疊系暗色泥頁巖，與本區(qū)晚古生代含煤地層發(fā)育具有一致性，因此，著重展開石炭–二疊系研究。該地區(qū)石炭–二疊系含氣層段厚度為52.83～97.10 m，平均84.8 m，區(qū)內(nèi)西南部華集礦區(qū)、馬坊礦區(qū)厚度較小，多小于60 m，西北部倫鎮(zhèn)礦區(qū)、李屯礦區(qū)含氣層段厚度較大，多在90 m以上。富有機(jī)質(zhì)泥頁巖埋深為414.05～1 290.55 m，北部張保屯礦區(qū)、二十里鋪埋深較大，南部潘店礦區(qū)、趙官鎮(zhèn)礦區(qū)埋深較小，總體發(fā)育趨勢是西南部埋深較淺，向北逐漸加深。

黃河北煤田石炭–二疊系山西組、太原組泥頁巖氣藏呈現(xiàn)“泥頁巖累厚大、有機(jī)質(zhì)豐度較高、生烴能力中等、Ⅱ型干酪根為主、成熟度中等、低孔特低滲”的特點(diǎn)。根據(jù)山東省煤田地質(zhì)勘察研究院(2003)勘探發(fā)現(xiàn)[22]，黃河北煤田頁巖氣資源總量為2 100.45億m3。其中，有利區(qū)位于黃河北煤田中部潘店–齊河一帶，面積1 076 km2，資源量1 075.77億m3，資源豐度為1.0億m3/km2；遠(yuǎn)景區(qū)分別位于黃河北煤田西南、西北和東部，面積1 354 km2，資源量1 024.68億m3，資源豐度為0.76億m3/km2(圖2)。

2.4 富鐵礦

黃河北煤田位于濟(jì)南–金嶺接觸交代型鐵礦成礦帶以西，該類型鐵礦與馬家溝組灰?guī)r、濟(jì)南序列輝長巖關(guān)系密切。區(qū)內(nèi)第四系覆蓋層之下為石炭–二疊系、奧陶系等地層，奧陶系馬家溝群碳酸鹽巖為含煤地層的底板，也是接觸交代型鐵礦的重要控礦圍巖；燕山晚期濟(jì)南序列侵入巖發(fā)育，是接觸交代型鐵礦的成礦母巖。

黃河北煤田富鐵礦的成礦地質(zhì)體均為隱伏產(chǎn)出，據(jù)地球物理資料推斷及少量鉆孔揭露，推斷了巖體的空間展布，巖體邊部形成矽卡巖型富鐵礦。巖體主要侵位于奧陶系和石炭系下部，最上侵入層位為二疊系石盒子群上部，石炭–二疊系月門溝群太原組和山西組則普遍侵入，現(xiàn)揭露富鐵礦體主要位于石炭–二疊系地層與巖漿巖接觸帶部位。初步分析認(rèn)為該巖體深部總體表現(xiàn)為巖基，并有一定規(guī)模的巖漿巖呈巖床或巖脈(圖3)。

圖2 黃河北煤田頁巖氣資源區(qū)劃Fig.2 Shale gas resource area division map of Huanghebei Coalfield

圖3 據(jù)鉆孔揭露推斷的近東西向地質(zhì)剖面圖Fig.3 Nearly east-west geological profile inferred from the borehole exposure

黃河北煤田鐵礦成礦地質(zhì)體主體為閃長巖，在閃長巖體內(nèi)，還有輝長巖、閃長玢巖、二長斑巖、輝綠巖等巖脈侵入，巖脈的產(chǎn)出都晚于閃長巖體，但野外未見巖脈之間明顯的穿插關(guān)系，因此巖脈之間的形成演化次序還有待深入研究。從目前所取得資料分析，本區(qū)脈巖大致可分為基性脈巖和中酸性脈巖兩類，中酸性脈巖如閃長玢巖脈、二長斑巖脈，基性巖脈如輝長巖、輝綠巖。

3 巖漿侵入與古生代煤系礦產(chǎn)、富鐵礦成因聯(lián)系

3.1 巖漿侵入與煤變質(zhì)作用

燕山期以來，劇烈的構(gòu)造活化運(yùn)動，往往伴隨有不同程度的巖漿活動，其對煤層的后期改造影響不容忽視。巖漿侵入一般都是沿煤田邊界或內(nèi)部主要的大斷裂帶進(jìn)入煤系，分別穿插于主要可采煤層附近甚至較厚煤層中。其對煤層的破壞和煤變質(zhì)影響程度，則視其距煤層的遠(yuǎn)近密切相關(guān)，一般是距煤層愈近，其破壞和影響的程度越大；反之，影響也小。

石炭–二疊紀(jì)地層中侵入的巖漿巖，大面積分布于研究區(qū)西部和東南部，其中，山西組和太原組含煤巖系中普遍遭受巖漿侵入。上層酸性侵入體侵入層位主要為山西組下段3、4煤層頂板以上，巖漿巖向SW、NE兩方向逐漸變薄、尖滅。中層基性侵入體侵入的層位較穩(wěn)定，為第5—9煤層，對7煤層破壞嚴(yán)重。侵入體的侵入范圍除了西南部和東南部外，在袁莊井田、濟(jì)西井田和毛莊井田均有中基性侵入體，侵入的層位以7煤層為主。下層酸性侵入體主要侵入太原組第11或13煤層。主要分布在西部旦鎮(zhèn)、趙官鎮(zhèn)、長清三區(qū)，西南至旦鎮(zhèn)區(qū)中部尖滅，NE方向在長清區(qū)尖滅，正東方向至長清井田東北的邊界斷層F19，分布范圍廣。3層巖漿侵入體的疊合位置在長清井田、靳家井田和高王井田。

研究區(qū)內(nèi)因受巖漿侵入影響，煤變質(zhì)程度也不同，其鏡質(zhì)體最大反射率變化于0.613%～6.351%之間，相應(yīng)地其變質(zhì)程度屬低、中、高階段的煙煤、無煙煤、甚至部分變質(zhì)為天然焦(表2)。從鏡質(zhì)體反射率可以看出：中等變質(zhì)程度氣煤、氣肥煤在演變?yōu)榉拭?、焦煤、瘦煤、貧煤、三號無煙煤過程中伴隨有一定的烴類氣體產(chǎn)生。

表2 黃河北煤田煤層鏡質(zhì)體反射率Table 2 Vitrinite reflectance of coal seams in Huanghebei Coalfield

趙官煤礦和長清井田5、7、10煤主要受區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用，局部為巖漿巖直接侵入。7和10煤層沒有鉆孔揭露其受巖漿巖直接侵入或吞蝕現(xiàn)象，根據(jù)地震解釋資料，在礦區(qū)南部偏東部位煤層有被巖漿巖直接侵入或吞蝕跡象。從趙官煤礦、長清井田5、7、10煤層煤類分布可知：高變質(zhì)煤主要分布在礦井中深部(圖4)。

11、13煤層主要受下層巖漿巖直接侵入影響，11煤層廣泛遭受下層巖漿巖直接侵入，使11煤層大部分厚度變薄、焦化或全部吞蝕。據(jù)鉆孔資料顯示，13煤層沒有揭露其受巖漿巖直接侵入或吞蝕情況。但11與13煤層距離較近，平均距離僅為6.87 m，受巖漿巖影響二者不同變質(zhì)區(qū)域分布趨勢基本一致。從11和13煤層煤類分布可以看出：以下組煤巖漿巖侵入部位為中心，向四周煤變質(zhì)階段從天然焦向氣、肥煤過渡，規(guī)律較明顯(圖5)。

3.2 巖漿侵入與煤層氣發(fā)育

黃河北煤田的煤層氣主要是煤化變質(zhì)作用時期產(chǎn)出的。由于燕山期巖漿巖活動強(qiáng)烈，整個煤田含煤地層普遍遭受巖漿侵入的影響，煤田溫度普遍增高，使煤層產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱力變質(zhì)成氣作用。

受巖漿熱變質(zhì)和接觸變質(zhì)影響，煤的變質(zhì)程度升高，在高溫作用下，煤層二次生氣，煤層氣急劇增加導(dǎo)致煤儲層壓力增大，形成異常高壓。異常高壓促使煤層及頂?shù)装瀹a(chǎn)生大量微裂隙，形成有效運(yùn)移通道，同時驅(qū)替煤層氣向低壓區(qū)擴(kuò)散運(yùn)移[23]。在缺少隔氣蓋層或封閉條件不好時，巖漿的高溫作用可以強(qiáng)化煤層氣運(yùn)移排放，同時，由于巖脈蝕變帶裂隙增加，可逐漸形成裂隙通道，對煤層氣保存極為不利。只有在特定情況下，巖漿巖體會使煤層局部被覆蓋或封閉，形成隔氣蓋層。在巖漿熱變質(zhì)區(qū)，由于后期煤系快速冷卻導(dǎo)致煤儲層次生割理發(fā)育，滲透性得到改善，加之煤層熱演化程度增高，利于形成煤層氣富集高產(chǎn)區(qū)。

圖4 趙官煤礦與長清井田7煤層煤類分布Fig.4 Coal class distribution of No.7 coal seam in Zhaoguan and Changqing Coal Mine

圖5 趙官煤礦與長清井田11煤層煤類分布Fig.5 Coal class distribution of No.11 coal seam in Zhaoguan and Changqing Coal Mine

煤田東部巖漿巖呈巖脈或巖墻狀沿構(gòu)造裂隙侵入，其中，7、13煤層受巖漿垂直侵入但侵入面積小，對煤層氣含量影響較小，僅局部揭露的區(qū)域煤層氣含量受到影響。煤田西部巖漿活動對煤層氣賦存影響比較復(fù)雜，區(qū)內(nèi)巖漿侵入方式是巖漿撐開含煤地層呈巖床分布，特別是上層巖漿巖和下層巖漿巖厚度大，分布范圍廣，其中下層巖漿沿11煤層侵入，局部侵入7煤，巖漿侵入煤層促使其變質(zhì)的同時，也能吞噬煤層使煤層變薄或消失，煤層氣沿著煤層吞噬區(qū)頂?shù)装宕罅可⑹?，造成全區(qū)內(nèi)11煤含氣量普遍較低；7煤含氣量也受影響，低于5煤和10煤含氣量。

根據(jù)《中國煤層氣資源》[24]一書中煤層氣資源計算單元(塊段)劃分原則(即：“4/8線”原則)，以無水基煤層氣(甲烷+重?zé)N)含量4 m3/t和8 m3/t兩條界線，將研究區(qū)煤層富氣性劃分為三級：貧甲烷煤層氣含量(無水基)＜4 m3/t；含甲烷煤層氣含量(無水基)4～8 m3/t；富甲烷煤層煤層氣含量(無水基)＞8 m3/t。黃河北煤田富甲烷區(qū)主要位于長清勘探區(qū)5煤層、趙官鎮(zhèn)勘探區(qū)的7、10煤層局部部位。含甲烷區(qū)位于長清勘探區(qū)的5、7、10、11、13煤層；趙官鎮(zhèn)勘探區(qū)的7、10煤層；毛莊勘探區(qū)的13煤層等局部部位。

3.3 巖漿侵入與煤系頁巖氣發(fā)育

黃河北煤田頁巖氣作為生儲蓋三位一體礦產(chǎn)，其自生自儲的過程也是一個宏觀動態(tài)的地質(zhì)演化過程，其實(shí)質(zhì)是在含煤盆地構(gòu)造演化史、沉積埋藏史、受熱生烴史、成藏史等控制下。其中，構(gòu)造運(yùn)動通過改變頁巖氣儲層的成巖作用、埋深和熱演化等來控制儲層泥頁巖厚度、埋深、有機(jī)地化特征等，從而影響生烴過程和成藏過程，同時后期構(gòu)造變形產(chǎn)生的裂隙系統(tǒng)可改變頁巖氣的富集特征、賦存和運(yùn)移方式[25]。

研究區(qū)東部巖漿來源為濟(jì)南輝長巖體，屬濟(jì)南輝長巖體的延展部分，呈巖脈或巖墻狀沿構(gòu)造裂隙侵入，巖漿的高溫作用強(qiáng)化生成的天然氣排放，但因侵入面積小，只有局部揭露的區(qū)域會影響頁巖氣含量，因此對全區(qū)頁巖氣賦存影響不大。研究區(qū)西部巖漿活動較為劇烈，巖漿撐開含煤地層呈巖床分布，特別是上層巖漿巖和下層巖漿巖厚度大，分布范圍廣。區(qū)內(nèi)西部、東南部巖漿巖發(fā)育區(qū)泥頁巖鏡質(zhì)體反射率明顯有增高趨勢，利于烴源巖二次生烴。目前普遍認(rèn)為鏡質(zhì)體反射率(Rmax)在1.0%～3.3%最有利于頁巖氣的生成。工作區(qū)內(nèi)暗色泥巖鏡質(zhì)體反射率(Rmax)在0.72%～1.25%，進(jìn)入暗色泥頁巖生氣的有利范圍，且靠近巖漿巖的地區(qū)鏡質(zhì)體反射率較高。工作區(qū)南部潘店礦區(qū)、趙官鎮(zhèn)礦區(qū)有機(jī)質(zhì)成熟度較低，多在0.7%～0.9%，北部張保屯礦區(qū)、二十里鋪礦區(qū)巖漿巖發(fā)育，鏡質(zhì)體反射率為1.0%～1.2%，局部地區(qū)達(dá)到1.2%以上，有機(jī)質(zhì)成熟度較高?？傮w而言，巖漿巖發(fā)育區(qū)周邊遠(yuǎn)離構(gòu)造發(fā)育的地區(qū)更有利于頁巖氣生成。

3.4 巖漿侵入與富鐵礦形成

黃河北煤田齊河–禹城鐵礦的成因與濟(jì)南序列巖漿巖關(guān)系密切，燕山晚期中基性巖漿侵入奧陶系馬家溝群石灰?guī)r地層，在其接觸帶上發(fā)生強(qiáng)烈的矽卡巖化，在有利部位形成接觸交代型鐵礦床，齊河–禹城地區(qū)已發(fā)現(xiàn)多處具有工業(yè)價值的磁鐵礦床，均分布在巖體與灰?guī)r接觸部位及附近，其成因類型均屬接觸交代型(圖1)。魯西地區(qū)早白堊世巖漿活動強(qiáng)烈，斷陷盆地發(fā)育，與接觸交代型鐵礦有關(guān)的成礦巖體基本形成于130 Ma左右，該時期正處于華北克拉通巖石圈減薄的高峰期(120～130 Ma)[26]，同時，中國東部同時期的雙峰式巖漿巖的產(chǎn)出也說明了該時期處于拉張構(gòu)造背景。在拉張背景下，幔源巖漿發(fā)育，在齊河–禹城、淄博金嶺、萊蕪張家洼等成礦巖體內(nèi)，都發(fā)育有鎂鐵質(zhì)捕虜體，且晚期還有大量輝長巖、輝綠巖脈侵入，都指示幔源巖漿的重要貢獻(xiàn)。隨著幔源巖漿的演化，形成中基性含礦巖漿巖，巖漿上升過程中可能有古老地殼物質(zhì)的加入，巖漿巖侵入到奧陶系馬家溝組灰?guī)r地層中，含礦熱液與圍巖發(fā)生接觸交代作用，形成矽卡巖，并在退變質(zhì)過程中發(fā)生磁鐵礦化，最終形成接觸交代型鐵礦床。

黃河北煤田富鐵礦的成礦地質(zhì)體均為隱伏產(chǎn)出，據(jù)地球物理資料及少量鉆孔揭露，推斷出巖體的空間展布，鐵礦產(chǎn)區(qū)侵入巖體主要有李屯巖體、潘店巖體、大張巖體，主要以中基性侵入巖為主，其巖性以閃長巖為主(圖1)。這些巖體控制了區(qū)內(nèi)富鐵礦體的產(chǎn)出，同時也為富鐵礦成礦提供了物質(zhì)來源。李屯、潘店、大張地區(qū)鐵礦發(fā)育地段附近圍巖蝕變及分帶特征顯著，巖礦石顏色變化明顯。鐵礦賦存形式多樣，鐵礦石品位均較高，均為矽卡巖型富鐵礦。

3.5 巖漿侵入與多礦產(chǎn)成因模式

黃河北煤田石炭–二疊紀(jì)煤系中富集煤炭、煤層氣、煤系頁巖氣。巖漿的侵入使得煤和泥頁巖中有機(jī)質(zhì)的熱演化程度大幅度提升，形成了多種煤類，促進(jìn)了煤層氣和頁巖氣的生成與成藏；同時，中生代巖漿侵入也控制著富鐵礦的形成。因此，這些礦產(chǎn)之間存在不可分割的聯(lián)系。

石炭–二疊系形成后，受到深成變質(zhì)作用影響，煤系有機(jī)質(zhì)(煤層和泥頁巖中的分散有機(jī)質(zhì))逐漸發(fā)生變質(zhì)、生烴。中生代巖漿侵入，導(dǎo)致兩大結(jié)果：①巖漿熱的作用導(dǎo)致煤和泥頁巖中有機(jī)質(zhì)的熱演化程度大幅提升；對于煤而言，形成多種不同變質(zhì)程度甚至異常高變質(zhì)程度的煤類，進(jìn)而導(dǎo)致煤中不同程度地產(chǎn)生了煤層氣；泥頁巖中分散的有機(jī)質(zhì)熱演化程度大幅升高，泥巖中不同程度地形成了頁巖氣。②巖漿巖侵入到奧陶系馬家溝組灰?guī)r地層中，形成接觸交代型鐵礦床。

綜合分析研究發(fā)現(xiàn)(圖6)，中生代巖漿侵入古生代地層中，在奧陶系馬家溝組灰?guī)r地層中，含礦熱液與圍巖發(fā)生接觸交代作用，形成矽卡巖，并在退變質(zhì)過程中發(fā)生磁鐵礦化，最終形成接觸交代型鐵礦床；在鐵礦床發(fā)育部位自上而下可以劃分為外矽卡巖帶、鐵礦床、內(nèi)矽卡巖帶、蝕變閃長巖帶和閃長巖帶。巖漿攜帶的大量熱量，不斷烘烤上覆的煤層和泥頁巖，導(dǎo)致煤層出現(xiàn)了以巖漿侵入體為核心的煤類分帶，距離侵入體越近，煤的變質(zhì)程度越高，甚至變成天然焦。煤層和泥頁巖含氣量、孔隙率/孔徑、有機(jī)質(zhì)的熱演化程度和生烴能力與距離侵入體的距離成負(fù)相關(guān)關(guān)系；且距離侵入體越近，氣體的吸附性能越弱，以游離態(tài)為主。這些變化均由侵入體直接或間接造成的；反之，這些參數(shù)的變化也可以指示侵入體的存在，在一定程度上為尋找富鐵礦指明了方向。

4 結(jié)論

a.黃河北煤田石炭–二疊系的構(gòu)造條件和沉積環(huán)境利于煤層、煤層氣和泥頁巖的發(fā)育。煤層分布特點(diǎn)為：平面上東多西少、東薄西厚、北薄南厚；縱向為上薄下厚。煤層氣藏呈現(xiàn)“煤層累計厚度中等、煤級分布廣、含氣量中等、吸附性好、特低欠飽和、低孔較高滲、欠壓、埋深適中、正常地溫場”的特點(diǎn)；頁巖氣藏呈現(xiàn)“泥頁巖累計厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度較高、生烴能力中等、Ⅱ型干酪根為主、成熟度中等、低孔特低滲”的特點(diǎn)。

b.中生代巖漿侵入古生代地層中，在奧陶系馬家溝組灰?guī)r地層中，含礦熱液與圍巖發(fā)生接觸交代作用，形成矽卡巖，并在退變質(zhì)過程中發(fā)生磁鐵礦化，最終形成接觸交代型鐵礦床。

c.黃河北煤田中生代巖漿侵入體使得煤和泥頁巖中有機(jī)質(zhì)的熱演化程度大幅度提升，形成了多種煤類，促進(jìn)了煤層氣和頁巖氣的生成與成藏，并使得煤層、煤層氣、頁巖氣的諸多地質(zhì)參數(shù)隨著距離侵入體的遠(yuǎn)近而呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。建立了一種巖漿侵入導(dǎo)致多礦產(chǎn)資源共存的成因模式，可指導(dǎo)多種礦產(chǎn)共同勘探開發(fā)。