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作者：蔣宗勝張作衡王志華李鳳鳴田敬全單位：中國地質科學院礦產資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室中國地質大學地球科學與資源學院新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第三地質大隊

伊犁地塊位于西天山準噶爾板塊與塔里木板塊之間,自西向東呈楔形尖滅,其南、北兩側以斷續出露的蛇綠巖以及高壓變質巖石的晚古生代縫合帶為界(肖序常等,1992;何國琦等,1994;Gaoetal.,1998)。元古宙古老基底由前寒武紀地層組成(陳義兵等,1999;李繼磊等,2009),其上覆蓋有大量與晚古生代造山活動有關的火山巖地層。其中,以石炭紀大哈拉軍山組分布最為廣泛,也是區內最重要的賦礦地層,主要由一套中-基性的火山熔巖-火山碎屑巖組成(新疆維吾爾自治區地質礦產局,1993)。大哈拉軍山組火山巖具有復雜的地球化學組成,形成于裂谷(車自成等,1996;夏林圻等,2004)或島弧(朱永峰等,2005;錢青等,2006;Wangetal.,2007;龍靈利等,2008)的構造環境中。其形成時代跨度較大,年齡從西到東逐漸變新(由>363Ma到313Ma;朱永峰等,2005;翟偉等,2006;安芳等,2008;Zhuetal.,2009)。西天山地區古生代侵入巖廣泛分布,早石炭世及其以前的古生代侵入巖呈帶狀分布,主要為一套與洋盆俯沖有關的鈣堿性侵入巖,晚石炭世及其后的晚古生代侵入巖呈面狀分布,主要為一套與同碰撞有關的富鋁花崗巖和后造山的富鉀花崗巖(朱志新等,2011)。

西天山在晚古生代大陸地殼增生和改造過程中,區域火山活動強烈,強烈的構造運動和巖漿活動伴隨著多期次、多類型的殼幔相互作用,造成了銅鐵金的富集,形成了許多重要的成礦區帶,如阿希-京希-伊爾曼德金-銅礦集區、達巴特-萊歷斯高爾斑巖銅鉬礦集區(朱永峰等,2007)以及阿吾拉勒鐵成礦帶。阿吾拉勒鐵成礦帶位于西天山東段,產出于伊犁地塊東北緣活動帶中,含礦地層主要為下石炭統大哈拉軍山組及上石炭統伊什基里克組中-基性火山巖-火山碎屑巖。侵入巖以正長花崗巖、花崗閃長巖以及石英閃長巖為主。區內已發現礦床(點)12個,火山巖型鐵礦床賦存于大哈拉軍山組中,火山熱液型鐵礦床賦存于二疊紀巖漿巖中,成礦作用顯示出與下石炭系大哈拉軍山組火山巖及二疊紀巖漿巖侵入、噴發活動有關(田敬全等,2009)。

礦床地質

1礦區地質

智博鐵礦位于新疆自治區和靜縣西北約200km的博羅科努山系主脊線上,構造位置處于伊犁地塊東北緣的活動帶(圖1),NW向區域性大斷裂南側,與查崗諾爾鐵礦直線距離約10km。礦區內出露地層主要為大哈拉軍山組火山巖(圖2a),具有大陸島弧火山巖地球化學特征,形成年齡為30013Ma(蔣宗勝等,2012)。智博礦區礦體賦存于大哈拉軍山組第二段,巖性主要為玄武巖、粗面安山巖和玄武質粗面安山巖等。礦區構造整體較為簡單,主要為一單斜構造。西段礦區發育一定程度的成礦后斷裂,對礦體的延伸和側伏形態有一定的破壞作用;中、東礦段深部僅有小斷層活動,對礦體整體形態分布影響較小。礦區內侵入巖以花崗閃長巖和石英閃長巖為主,主要分布在礦區西南部,與火山巖地層以及礦體為侵入接觸關系。花崗巖巖體具有A型花崗巖特征,形成年齡為30411Ma和29415Ma(Zhangetal.,2012)。

2礦體及礦石特征

智博鐵礦已控制礦化帶東西長約515km,寬約115km,分為東、中、西和Fe13號礦體4個含礦段,共圈定68個礦體。其中,東礦段圈定出11個鐵礦體,資源量占全區的97%以上,包括Fe15-1、Fe15-2、Fe18、Fe19、Fe20等幾個主礦體O。礦區內鐵礦體大部分被第四紀沉積物及冰水堆積物覆蓋,僅有少部分出露于地表,出露形態為似層狀,中礦段已進行露天開采(圖3a)。礦體深部厚大,形態多為層狀、似層狀、透鏡狀(圖2b),總體走向NW-SE方向,產狀較緩。礦石礦物以大量磁鐵礦為主,含少量浸染狀黃鐵礦,局部可見細脈赤鐵礦及零星黃銅礦。脈石礦物主要為綠簾石、鉀長石、透輝石、鈉長石、陽起石、綠泥石等蝕變礦物。礦石構造以塊狀構造和浸染狀構造為主、角礫狀構造次之,局部為條帶狀構造、脈狀-網脈狀構造;礦石結構包括半自形-他形粒狀結構、交代殘余結構、碎裂結構以及板條狀結構。復雜多樣的礦石結構構造顯示出多期次成礦以及疊加改造成礦的特點。

3圍巖蝕變

智博鐵礦發育廣泛的圍巖蝕變,以透輝石化、鈉長石化、鉀長石化、陽起石化、綠簾石化為主,含少量綠泥石化和碳酸鹽化。圍巖蝕變具多階段的特點,靠近礦體,圍巖蝕變強烈,礦體頂、底板幾乎全為綠簾石化-鉀長石化-綠泥石化玄武巖、安山巖。根據野外觀察和巖相學觀察,按照蝕變礦物之間的共生關系,本文將蝕變作用劃分為3個階段:第一階段蝕變礦物以透輝石+鈉長石為主,伴隨有少量磁鐵礦化(圖3e~g,l;圖4a,b),磁鐵礦呈他形粒狀充填于透輝石?鈉長石礦物顆粒之間,形成浸染狀礦石;第二階段蝕變礦物組合主要為鉀長石+陽起石+綠簾石(圖3e,g;圖4f),是礦區內分布最為廣泛的蝕變礦物組合(圖3b,c),伴生有大量磁鐵礦以及少量浸染狀黃鐵礦,是磁鐵礦主要形成階段,該階段常見有以榍石為主的副礦物(圖4e,f);第三階段蝕變礦物組合以綠簾石+綠泥石+方解石+石英為主(圖4e),伴生有大量粗粒脈狀黃鐵礦和細脈狀赤鐵礦(圖3k;圖4n),局部形成少量黃銅礦化(圖3f;圖4o),是硫化物的主要形成階段。詳細的圍巖蝕變與成礦階段劃分參見王志華等(2012)。

蝕變礦物學特征及電子探針分析

在劃分蝕變階段的基礎上,挑選不同蝕變特征的樣品(取樣位置見表1),對主要蝕變礦物進行礦物化學分析,測試在中國地質科學院礦產資源研究所使用JEOLJXA-8230型電子探針完成,工作條件為:加速電壓20kV,電流20nA,束斑直徑5Lm。主要蝕變礦物及礦石礦物的礦物學和礦物化學特征如下。

1輝石

輝石是智博鐵礦早期階段的蝕變礦物,多與鈉長石和磁鐵礦密切共生(圖4a,b),主要呈自形-半自形柱狀、粒狀出現,單偏光下無色,正高突起,正交偏光下,最高干涉色二級藍綠,常見有后期陽起石、綠簾石、綠泥石等礦物的疊加改造。電子探針分析(表2)表明,智博鐵礦中輝石屬鈣質輝石的透輝石-鈣鐵輝石系列(圖5;Morimotoetal.,1988),以透輝石為主(Di=62197%~83156%),含少量鈣鐵輝石(Hd=16144%~36145%),而錳鈣輝石成分含量極低,除1個輝石成分點(zb492-313)為Jo=3108%、Mn/Fe=0115外,其余測試點含量均小于016%,Mn/Fe[0102,所有輝石的Mg/Fe=1185~5116。與基質輝石(Jo=16144%~27169%)相比,包裹于黃鐵礦中的輝石更富鈣鐵輝石端員(Jo=31143%~36145%)。

2長石

智博鐵礦蝕變圍巖中的長石主要包括早期階段的鈉長石和稍晚期的鉀長石。鈉長石與早期磁鐵礦成礦關系密切,與輝石和磁鐵礦一起組成早期階段的蝕變礦物組合。鈉長石主要由火山巖中的斜長石蝕變而成,多見于蝕變安山巖角礫中(圖3f,g);在浸染狀礦體中,多以斑晶的形式出現,組成似斑狀結構(圖4a),局部可見熱液鈉長石與綠簾石脈共生(圖4g,j)。電子探針分析(表3)表明,在含礦流體作用于圍巖時,火山巖中的斜長石。鉀長石是礦區內分布最廣的蝕變礦物之一,多由鈉長石、透輝石蝕變而成(圖3b,e,g),主要呈他形粒狀分布,伴生有磁鐵礦(圖4b,c),有時與綠簾石呈網脈狀侵入磁鐵礦體(圖3c)。

3角閃石

角閃石分布較廣,在蝕變火山巖以及磁鐵礦體中都有分布。主要呈暗綠色-黃綠色纖維柱狀,部分呈短柱狀(圖4d,f),可能由輝石以及火山巖中普通角閃石蝕變而成,常被后期綠簾石、綠泥石交代。根據Leake等(1997)的分類計算方法,智博鐵礦角閃石均屬鈣質角閃石系列,主要為陽起石(圖6),其主要成分為：

4綠簾石

綠簾石是礦區主要的退化蝕變階段礦物之一,分布廣泛。鏡下呈黃綠色或草綠色,正高突起。火山巖發生綠簾石化,蝕變強烈時可形成綠簾石含量非常高的綠簾石巖,當伴有磁鐵礦礦化時則形成綠簾石化磁鐵礦礦石(圖3b);晚期綠簾石脈交代早期蝕變礦物組合,此時常伴生有鉀長石、石英和方解石等晚期蝕變礦物(圖3d,j;圖4e),或者呈網脈狀貫入磁鐵礦體中膠結磁鐵礦角礫(圖3c,i),當綠簾石脈直接貫入火山巖圍巖時,常沿接觸帶發生礦化,在圍巖中形成浸染狀磁鐵礦(圖3o;圖4g,j)。電子探針分析(表5)表明,礦區內綠簾石相對富鐵,其Fe/(Fe+Al)=0122~0136。此外,局部可見褐簾石呈包體的形式賦存于綠簾石中。

5磁鐵礦和赤鐵礦

礦區內磁鐵礦主要呈塊狀、浸染狀、角礫狀、條帶狀、脈狀、板條狀等。致密塊狀磁鐵礦組成礦區內富礦體,多位于礦體中-下部,常見塊狀磁鐵礦體與火山巖圍巖直接接觸,接觸帶無明顯蝕變(圖3n)。浸染狀磁鐵礦中,磁鐵礦主要呈他形粒狀分布于早期蝕變顆粒之間(圖3e;圖4a,b)。板條狀或樹枝狀磁鐵礦,在形態上與瑞典基魯納鐵礦(NystrÊmetal.,1994)的磁鐵礦較類似,不同之處在于智博礦區板條狀磁鐵礦晶體之間經常充填有黃鐵礦、陽起石等蝕變礦物(圖4l),而基魯納鐵礦中板條狀磁鐵礦晶體之間多充填有大量粗粒磷灰石。磁鐵礦角礫化,被后期綠簾石脈膠結(圖3i)。條帶狀礦石表現為磁鐵礦條帶與蝕變條帶更替出現,組成流動條帶狀,顯示在塑性條件下,條帶發生彎曲(圖3l)。

后期粗粒脈狀磁鐵礦侵入到早期浸染狀礦石中,伴生有黃鐵礦+綠簾石+石英脈體(圖3d)。電子探針分析(表6)顯示,礦石中磁鐵礦整體上以低w(TiO2)([0123%,平均0106%)、低w(Cr2O3)([0117%,平均0105%)、低w(V2O5)([0138%,平均0107%)為特點,明顯不同于火山巖圍巖中巖漿結晶形成的高鈦磁鐵礦副礦物(\3108%,平均8142%),不同結構特征的磁鐵礦成分略有區別,如晚期脈狀及粗粒磁鐵礦SiO2、Al2O3、MgO、CaO等成分則有明顯增加。值得注意的是,部分臨近火山巖圍巖的浸染狀磁鐵礦以及膠結圍巖角礫的磁鐵礦(如測試點zb409-化階段的鐵質部分來源于圍巖。

晚期赤鐵礦沿解理、裂隙及顆粒邊緣交代磁鐵礦(圖4n),或者呈網脈狀膠結早期磁鐵礦(圖3k),多與黃鐵礦、綠簾石以及方解石伴生。電子探針分析(表6)表明,赤鐵礦成分穩定,變化較小。

6黃鐵礦和黃銅礦

黃鐵礦是礦區內最常見的硫化物,大小不一,主要呈兩種賦存狀態,稍早期黃鐵礦主要呈他形針柱狀或粒狀充填于磁鐵礦晶粒之間或者解理中(圖4l,k);晚期黃鐵礦顆粒粗大,多與綠簾石以及石英共生呈脈狀貫入礦體中膠結磁鐵礦角礫(圖3h),常見黃鐵礦交代磁鐵礦,并含有早期磁鐵礦+透輝石的殘留(圖4m),形成交代殘余結構。電子探針分析結果(表7)表明,黃鐵礦成分穩定,w(Ni)小于0151%,w(Co)多小于011%,個別含量較高,可達0175%,w(Se)、w(As)、w(Cu)非常低,多數低于檢測限。礦區內黃銅礦含量非常少,少量黃銅礦呈星點狀被磁鐵礦或黃鐵礦包裹(圖4m),局部可見黃銅礦呈細脈貫入到磁鐵礦體以及圍巖中,多與黃鐵礦及綠泥石伴生,黃銅礦邊緣可見方輝銅礦化(圖4o)。

討論

1圍巖蝕變特征

巖相學觀察以及電子探針分析表明,智博鐵礦早期蝕變以鈉鈣質蝕變為主,形成鈉長石+透輝石的礦物組合,可能為富鈉質含礦熱液(熔體)作用于火山巖圍巖,改造火山巖形成,伴生有鐵質的交代,磁鐵礦呈他形粒狀充填于透輝石顆粒之間,形成浸染狀礦體(圖3e;圖4a,b)。鈉長石+透輝石的蝕變礦物組合在中國玢巖型鐵礦中很常見,該階段蝕變是造成部分圍巖中鐵質活化富集的重要機制之一(翟裕生等,1980)。隨著成礦流體的演化,溫度逐漸降低,鉀含量和水分增高,形成鉀長石+陽起石+綠簾石為主的鉀鈣質蝕變礦物組合。一些副礦物(如榍石以及少量磷灰石)的出現,同樣表明成礦流體相對富鈣。

雖然智博鐵礦中并未出現石榴子石,但其交代作用與一般含義的矽卡巖仍具有一定的類比性,主要表現在:智博鐵礦中的輝石富透輝石,含少量鈣鐵輝石,錳鈣輝石含量很低,Mn/Fe小于011,與前人總結的矽卡巖鐵礦床中輝石特征一致(Nakanoetal.,1994;趙一鳴等,1997),在輝石三角圖解(圖5)中,均落于矽卡巖鐵礦范圍內(Meinertetal.,2005);該礦區內大量存在的陽起石也是矽卡巖鐵礦比較常見的礦物(趙一鳴等,2003),在許多鐵氧化物礦床中也經常出現,如智利北部白堊紀的鐵礦(Bookstrom,1977)。智博鐵礦發育廣泛的圍巖蝕變,與一些巖漿-熱液成因的鐵氧化物礦床具有類似的蝕變特征(Pollard,2001)。阿吾拉勒鐵成礦帶內許多鐵礦都發育有不同程度的圍巖蝕變,蝕變類型略有區別,如與智博鐵礦相距10km的查崗諾爾礦床發育有石榴子石、透輝石、陽起石、綠簾石等矽卡巖化蝕變(洪為等,2012),而智博鐵礦則未見石榴子石化,只發育一定程度的透輝石、鈉長石、陽起石化蝕變以及大量的鉀長石、綠簾石化蝕變。這些差異可能與查崗諾爾礦區內存在一定厚度的大理巖有關,兩大鐵礦的原始成礦流體組分也可能存有差異。

智博鐵礦中的磁鐵礦整體具有較低的w(TiO2)、w(Cr2O3)以及w(V2O5),其w(TiO2)(平均0106%)低于基魯納型以及智利型鐵礦,二者w(TiO2)通常分別低于1%和015%。部分早期細粒浸染狀磁鐵礦具有與火山巖中磁鐵礦類似的w(V2O5),暗示該礦化階段的鐵質部分來源于圍巖,鈦則可能形成以榍石為主的富鈦礦物。蝕變特征以及磁鐵礦成因分析表明,礦區內廣泛存在的熱液蝕變作用與磁鐵礦的形成具有非常緊密的聯系,該過程可以萃取圍巖中部分鐵質富集成礦,同時對熱液中的鐵質沉淀起到一定的促進作用。

2礦床成因探討

前已述及,西天山地區廣泛分布的大哈拉軍山組具有復雜的地球化學特征以及形成時代。結合Sr-Nd同位素研究,朱永峰等(2006)認為,西天山晚泥盆世)早石炭世島弧自西向東逐漸消亡,構造體制從俯沖體制向碰撞后環境轉變,在晚石炭世發育有碰撞后富鉀巖漿的噴發。智博礦區火山巖具有大陸島弧火山巖的地球化學特征,鋯石U-Pb年齡為30013Ma,可能形成于晚石炭世末期俯沖碰撞的后期階段(蔣宗勝等,2012)。礦區內出露的花崗巖巖體與巖脈具有后碰撞A型花崗巖的地球化學特征,形成時代為30411Ma和29415Ma(Zhangetal.,2012)。因此,智博鐵礦可能形成于西天山俯沖碰撞晚期階段的大陸島弧環境,與一些顯生宙鐵氧化物型礦床(如Candelaria)所處于的活動大陸邊緣環境(Grovesetal.,2010)類似。

智博鐵礦發育廣泛的圍巖蝕變,顯示熱液交代作用對成礦作用有重要的貢獻,同時還發育一些暗示礦漿成因的結構特征:塊狀礦體與圍巖呈截然接觸,沒有明顯的蝕變(圖3n);圍巖中的長石斑晶發生流動排列,表明曾發生過高溫熔體對圍巖的擠壓貫入作用(圖4h,i);磁鐵礦與透輝石呈流動條帶狀分布,顯示早期應該存在礦漿的流動作用(圖3l);圍巖角礫被磁鐵礦膠結,發生不同程度的蝕變(圖3f,g),顯示存在貫入成礦作用;板條狀或樹枝狀磁鐵礦(圖3m;圖4l),也被認為是礦漿成因的特征結構之一(NystrÊmetal.,1989)。目前,一些鐵礦被認為是鐵礦漿沿一定通道上升,在近地表處固結或溢出地表形成的富鐵礦體,如瑞典基魯納鐵礦(NystrÊmetal.,1994)、智利拉科鐵礦(Park,1961;Henriquezetal.,2003)、中國寧蕪地區的姑山鐵礦(Houetal.,2011;毛景文等,2012)等。這些鐵礦多發育磷灰石+磁鐵礦的礦物組合,具有一系列指示礦漿成礦作用的野外地質特征與礦石結構:如磁鐵礦流動構造、氣孔構造、杏仁狀構造、囊狀構造、淬火構造、角礫構造、熔渣構造、致密塊狀礦石與圍巖截然接觸等。

盡管這些鐵礦的礦漿成因仍然存有疑問(顧連興等,1988;Sillitoeetal.,2002),但礦漿成礦作用仍然能夠比較合理地解釋這些鐵礦的地質特征。實驗模擬也證明,在高溫熔融狀態下,經液態不混溶作用,鐵礦漿可以由富鐵硅酸鹽巖漿熔離形成,該過程在磷或其他揮發分(如F,B)參與下更容易發生(Philpotts,1967;蘇良赫,1984)。與上述比較被認可的礦漿型鐵礦相比,智博鐵礦仍然缺少一些礦漿成因的有力證據,如缺少氣孔構造、杏仁狀構造、囊狀構造、磁鐵礦流動構造,同時,智博鐵礦中少見磷灰石,僅局部見晚期蝕變成因的磷灰石,這似乎與礦漿成因模擬實驗的結果有些不符。

阿吾拉勒鐵成礦帶內古火山機構發育,鐵礦床的分布主要受展布于帶內的火山活動中心控制(陳毓川等,2008)。遙感影像資料顯示,智博鐵礦一帶環狀斷裂和放射狀斷裂十分發育,具有破火山口機構特征,智博鐵礦位于破火山口中心,屬于以安山質巖漿為母巖漿的巖漿礦床(主要)和熱液礦床(次要)的復合型礦床(馮金星等,2010)。智博鐵礦具有一些指示礦漿成因的礦石結構,同時,發育廣泛的圍巖蝕變,顯示熱液交代作用對成礦有重要的貢獻,本文認為富鐵巖漿流體成礦可能是智博鐵礦較合理的成因解釋。該富鐵巖漿流體可能主要以Na-Fe-Cl為主的絡合物存在(Pollard,2001),沿火山通道或者裂隙上升,在侵入到火山巖圍巖形成大量類似礦漿成因的富礦體時,伴隨有一定程度的鈉鈣質蝕變。

礦體整體分布表現為中-下部塊狀磁鐵礦體與圍巖的接觸界線明顯截然,顯示貫入成礦作用的特點,而上部礦體與圍巖接觸帶則發育一定的蝕變作用,礦體內有大量蝕變礦物伴生。礦體的成礦特征以及蝕變作用對礦體的貢獻程度表明,成礦鐵質應該主要來自地殼深部的富鐵流體,少量來自流體對圍巖的萃取。成礦帶內數個大型鐵礦的成礦作用與晚石炭世大陸島弧巖漿活動有密切的成因聯系,島弧巖漿活動形成了區域上相當數量的中-基性火山巖組合,在巖漿演化晚期可能分異出富鐵巖漿流體,為區內多個礦床的形成提供了大部分鐵質、成礦流體以及熱量;而大規模火山活動以及破火山口斷裂構造則為成礦流體的上涌循環提供了通道以及有利的成礦空間。限于目前的研究程度,關于富鐵巖漿流體的形成機制仍然需要進一步研究。

結論

(1)智博鐵礦發育有類似巖漿-熱液成因鐵礦床的蝕變類型以及礦物化學成分,其圍巖蝕變可劃分為3個階段:第一階段以透輝石+鈉長石+磁鐵礦為主,透輝石成分類似于矽卡巖鐵礦中輝石成分;第二階段以陽起石+鉀長石+綠簾石+磁鐵礦+黃鐵礦為主,疊加改造第一階段的鈉-鈣質蝕變礦物;第三階段以綠簾石+綠泥石+方解石+石英+黃鐵礦?黃銅礦為主。磁鐵礦整體以低w(TiO2)為主,不同結構的磁鐵礦略有不同,早期浸染狀磁鐵礦具有較高的w(V2O5),晚期脈狀及粗粒磁鐵礦SiO2、Al2O3、MgO、CaO等成分則增加明顯。

(2)智博鐵礦發育廣泛的圍巖蝕變,顯示熱液交代作用對成礦作用有重要的貢獻,同時具有一些指示礦漿成因的礦石結構,如塊狀磁鐵礦與圍巖呈截然接觸,磁鐵礦膠結圍巖角礫,磁鐵礦條帶呈流動狀分布以及板條狀磁鐵礦等。

(3)智博鐵礦可能主要由巖漿演化晚期的富鐵巖漿流體形成,在形成大量類似礦漿成因富礦體時,伴隨有一定程度的鈉鈣質圍巖蝕變,鐵質主要來自地殼深部的富鐵流體,少量來自流體對圍巖的萃取,成礦與晚石炭世大陸島弧巖漿活動有密切的成因聯系。