新疆和靜縣查崗諾爾鐵礦床Fe礦體圍巖蝕變特征

陳文革,張海軍,劉銘峰

(新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)大隊(duì),新疆庫(kù)爾勒841000)

查崗諾爾大型磁鐵礦床位于新疆巴音郭楞蒙古自治州和靜縣內(nèi),該鐵礦床自20世紀(jì)70年代首發(fā)現(xiàn)以來(lái),開展了相應(yīng)的地質(zhì)勘查工作。該礦床產(chǎn)于下石炭統(tǒng)具有島弧特征的大哈拉軍山組(C1d)海相火山巖夾碳酸鹽巖建造中。查崗諾爾鐵礦床是一個(gè)規(guī)模在1億t以上的大型磁鐵礦床。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于西天山中部,構(gòu)造位置位于伊犁-伊塞克湖微板塊北緣 (圖1)[1],在石炭紀(jì)期間,研究區(qū)屬于博羅科努島孤帶,分布有大面積的鈣堿性火山巖套和鈣堿性花崗巖[2]。該島孤帶形成于伊連哈比爾尕古洋盆向南側(cè)的B形俯沖過(guò)程,俯沖帶的位置大體上位于以巴音溝蛇綠巖套為代表的北天山蛇綠巖帶所在的位置。在二疊紀(jì)期間,本區(qū)西延的阿吾拉勒地區(qū)出現(xiàn)了裂谷化過(guò)程,產(chǎn)生了數(shù)量較多的雙峰式火山巖和A型花崗巖[3-5]。研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,火山機(jī)構(gòu)十分發(fā)育,尤其是石炭紀(jì)火山巖和同期中酸性巖體非常發(fā)育,成礦地質(zhì)條件十分有利[6]。

成礦區(qū)屬阿吾拉勒金、銅、鉛、鋅、鐵成礦區(qū)。礦產(chǎn)豐富,區(qū)內(nèi)除本礦床外還有備戰(zhàn)鐵礦、智博鐵礦、古倫溝鉛鋅鐵礦、勝利銅礦等一系列礦產(chǎn)地,主要成礦類型為火山巖型和巖漿熱液型[7],該區(qū)域是新疆尋找火山巖型鐵銅多金屬礦和斑巖型銅礦最有利地區(qū)之一[8-9]。

1.1 區(qū)域地層

區(qū)內(nèi)出露的地層有元古界、志留系、泥盆系、石炭系、二迭系、三迭系、侏羅系及第四系。其中以石炭系分布最廣泛,分為上、下石炭統(tǒng)。下石炭統(tǒng)為大哈拉軍山組 (C1d),上石炭為統(tǒng)伊什基里克組 (C2y),兩者之間為斷層接觸。下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組 (C1d):主要為一套海相火山巖夾碳酸鹽巖建造。區(qū)域內(nèi)僅出露上部,該組可分三個(gè)亞組。上石炭統(tǒng)伊什基里克組 (C2y):主要為一套火山角礫巖、凝灰?guī)r及熔巖,局部夾正常沉積巖和灰?guī)r,具海陸交互相特征[10]。

1.2 侵入巖

礦區(qū)及鄰區(qū)內(nèi)分布眾多的侵入巖。巖體受構(gòu)造制約,以酸性巖為主,中性巖次之,由海西中、晚期構(gòu)造旋回的產(chǎn)物組成。海西中期侵入巖主要分布在區(qū)域中部,由閃長(zhǎng)玢巖 ()、安山玢巖()、閃長(zhǎng)玢巖()、石英閃長(zhǎng)玢巖 ()組成;海西晚期侵入巖在區(qū)域東部、南部和北部,以中性、中酸性巖為主,主要由細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖體 ()、閃長(zhǎng)巖體 ()、細(xì)粒黑云母斜長(zhǎng)花巖體 ()、粗?；◢弾r()、石英正長(zhǎng)巖()及石英正長(zhǎng)斑巖體 ()等巖體組成。巖體的空間分布受到斷層帶制約,構(gòu)成以鈣堿性、中酸性侵入巖為主的巖套。根據(jù)巖體侵入的最新地層和與鄰區(qū)對(duì)比,石炭紀(jì)侵入體主要為閃長(zhǎng)玢巖、閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、黑云母斜長(zhǎng)花崗巖和花崗巖,多呈巖基狀和巖株?duì)町a(chǎn)出。二疊紀(jì)侵入體主要為石英正長(zhǎng)巖和石英正長(zhǎng)斑巖,呈小巖株?duì)睢?/p>

研究區(qū)內(nèi)脈巖十分發(fā)育,主要為輝綠巖脈、閃長(zhǎng)玢巖、石英閃長(zhǎng)玢巖、安山玢巖、煌斑巖脈等,脈巖一般斜切地層、蝕變帶及鐵礦體。

1.3 區(qū)域構(gòu)造

研究區(qū)處于伊犁-伊塞克湖微板塊博羅科努古生代復(fù)合島弧帶。區(qū)域上經(jīng)歷了多階段構(gòu)造活動(dòng),造成極為復(fù)雜的構(gòu)造格局,以斷裂構(gòu)造發(fā)育為特點(diǎn),進(jìn)一步可以分為受區(qū)域構(gòu)造制約的斷裂和受火山構(gòu)造控制的環(huán)狀斷裂。線性斷裂以北西西向?yàn)橹?北東東向斷裂,規(guī)模不大,構(gòu)造角礫發(fā)育,氣液活動(dòng)明顯、蝕變強(qiáng)烈,為查崗諾爾鐵礦床的形成提供了容礦、運(yùn)礦條件[11]。

圖1 西天山大地構(gòu)造造示意圖

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層特征

查崗諾爾鐵礦區(qū)出露的地層絕大部分為石炭紀(jì)火山巖 (圖2)。下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組 (C1d)以細(xì)?；鹕剿樾紴橹?上部出現(xiàn)少量粒度較粗的碎屑,成層性好。在下部層位中出現(xiàn)較多的中基性火山巖,上部酸性熔巖較多。上石炭統(tǒng)伊什基里克組 (C2y)中的火山碎屑多為角礫～集塊級(jí),且多見流紋斑巖等酸性熔巖出露,大多屬近火山口爆發(fā)相,其間夾少量正常沉積的灰?guī)r、凝灰砂巖、層凝灰?guī)r等,屬火山中心噴發(fā)相。

2.2 構(gòu)造特征

礦區(qū)構(gòu)造主要由下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組和上石炭統(tǒng)伊什基里克組所組成的火山穹隆和斷裂構(gòu)成,礦區(qū)構(gòu)造基本形態(tài)除受區(qū)域性南北擠壓應(yīng)力的影響外,又受火山機(jī)構(gòu)的制約。因而,各種構(gòu)造形跡更為復(fù)雜,主要有火山穹隆構(gòu)造、北西向壓扭性斷裂,及其派生之次一級(jí)斷裂、環(huán)狀及輻射狀斷裂等。

2.3 侵入巖

礦區(qū)侵入巖主要發(fā)育有海西中、晚期的的侵入巖。海西中期潛火山侵入雜巖規(guī)模一般較小,呈小巖株、巖枝、巖墻狀,主要巖性為輝石閃長(zhǎng)玢巖、閃長(zhǎng)玢巖、石英閃長(zhǎng)玢巖等,以及一些巖性細(xì)晶閃長(zhǎng)巖脈、閃斜煌斑巖、輝閃斜煌巖脈、英安巖、英安斑巖脈,海西晚期酸性侵入體,主要為規(guī)模較小的花崗巖巖株,外圍有規(guī)模較大的巖基和巖株。

圖2 新疆西天山查崗諾爾-備戰(zhàn)一帶地質(zhì)礦產(chǎn)略圖

3 礦區(qū)蝕變帶分帶特征

查崗諾爾鐵礦廣泛發(fā)育著圍巖蝕變,由于成礦礦漿的多期次活動(dòng),形成沿?cái)嗔褞Х植嫉膸钗g變帶。以礦床主礦體FeⅠ礦體的圍巖蝕變情況為例。蝕變帶被F8及F10所限制,呈北東—南西向展布,長(zhǎng)1800余m,寬500～600m。由于礦區(qū)蝕變類型不同以及蝕變強(qiáng)度的變化,自東向西分別為石榴石帶、綠簾石-陽(yáng)起石帶、陽(yáng)起石-磁鐵礦帶、蝕變大理巖帶和陽(yáng)起石帶 (圖3)。

3.1 石榴石帶

石榴石化極為發(fā)育,主要分布在 F10以西,為蝕變帶的最東側(cè)。連續(xù)出露長(zhǎng)約2500m,再向東被第四紀(jì)冰磧物覆蓋,寬約100～250m。主要由石榴石巖組成,此外還有磁鐵礦化石榴石巖、陽(yáng)起石-石榴石巖、透輝石-石榴石巖等。早期石榴石被晚期蝕變之綠簾石、陽(yáng)起石等交代。

3.2 陽(yáng)起石-磁鐵礦帶

位于礦化蝕變帶中心部位。規(guī)模僅次于石榴石帶,東西寬 60～130余 m,南北斷續(xù)延長(zhǎng)2000m。鐵礦體占據(jù)了該帶絕大部分面積,蝕變巖石及變余凝灰?guī)r呈殘塊零星分布。蝕變巖石為磁鐵礦化綠簾石～陽(yáng)起石巖、磁鐵礦化陽(yáng)起石巖、磁鐵礦化石榴石巖等。

3.3 綠簾石-陽(yáng)起石帶

呈不規(guī)則帶狀位于陽(yáng)起石-磁鐵礦帶西側(cè)。一般寬20～30余m,最寬達(dá)70～80余m。其形態(tài)、規(guī)模和分布明顯地受F8及一系列近東西向斷裂控制,因而往往出露不連續(xù)。蝕變巖石有陽(yáng)起石巖、綠簾石-陽(yáng)起石巖、石榴石、磁鐵礦化陽(yáng)起石巖等。從產(chǎn)狀上看,早期蝕變石榴石帶在上,晚期蝕變綠簾石～陽(yáng)起石化在下。綠簾石～陽(yáng)起石化由于交代作用強(qiáng),一般原巖不易辯認(rèn)。當(dāng)交代弱時(shí),蝕變巖石部分地保留了原巖的變余凝灰結(jié)構(gòu),反映了原巖應(yīng)為凝灰?guī)r。

3.4 蝕變大理巖帶

發(fā)育在蝕變帶最西側(cè)。寬30～100m,沿走向基本連續(xù)。組成巖石有透輝石～方柱石大理巖、方柱石化凝灰質(zhì)大理巖、陽(yáng)起石化大理巖和透閃石大理巖等。透輝石-方柱石大理巖呈灰白色,等粒花崗變晶結(jié)構(gòu),層狀構(gòu)造。巖石以含15%～45%的方柱石和10%～15%透輝石為特征?？傮w上,大理巖呈透鏡狀分布,和圍巖之間無(wú)交代作用。

4 主要蝕變巖石的巖相學(xué)特征

4.1 石榴石巖

磚紅色,自形粒狀變晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。其中石榴石約占71%,陽(yáng)起石5%,綠泥石5%,石英4%,碳酸鹽3%,金屬礦物12%。石榴石呈粒狀自形程度高,陽(yáng)起石以毛發(fā)狀為主,集合體成束狀,部分被綠泥石交代,形成團(tuán)塊狀鐵綠泥石集合體。金屬礦物對(duì)綠泥石和石榴石形成無(wú)選擇交代。

4.2 透輝石石榴石蝕變巖

柱粒狀變晶結(jié)構(gòu),其中:石榴石46%,透輝石23%,陽(yáng)起石 2%,綠泥石微量,金屬礦物29%。石榴石具光性異常,它形,以褐黃色為主,可見環(huán)帶結(jié)構(gòu),透輝石短柱狀,無(wú)色,二級(jí)干涉色,和陽(yáng)起石共生,陽(yáng)起石為束狀,多充填在透輝石和石榴石結(jié)晶空隙中,具有明顯的多色性,金屬礦物交代陽(yáng)起石和透輝石及石榴石,在巖石中多以它形粒集合體形式出現(xiàn)。

圖3 查崗諾爾鐵礦床 FeⅠ礦體地質(zhì)圖

4.3 礦化陽(yáng)起石石榴石蝕變巖

交代殘余結(jié)構(gòu),石榴石57%,陽(yáng)起石19%,綠簾石3%,石英2%,金屬礦物18%,綠泥石1%,巖石全部由蝕變礦物組成,主要以石榴石為主,其蝕變期次總體上可分為三期。第一期為:陽(yáng)起石化,陽(yáng)起石多以纖維狀束狀集合體出現(xiàn)。第二期為石榴石化,一部分為全自形粒狀具環(huán)帶結(jié)構(gòu),其余為環(huán)帶狀石榴石,結(jié)晶比較完整。第三期為綠簾石+石英,多以自形粒狀為主,分布于金屬礦物粒間,晚于金屬礦物。金屬礦化主要發(fā)生于石榴石化之后,可見金屬礦物交代石榴石和陽(yáng)起石,并以它形集合體為主。

4.4 金屬礦化陽(yáng)起石蝕變巖

粒狀變晶結(jié)構(gòu),其中陽(yáng)起石 78%、石榴石12%、透輝石3%、金屬礦物7%,其他蝕變礦物有綠泥石、碳酸鹽。巖石主要由蝕變礦物組成,有兩期蝕變及一期礦化,早期蝕變以透輝石和石榴石為主,二者均強(qiáng)烈破碎,晚期以陽(yáng)起石為主,后期有輕微綠泥石化,陽(yáng)起石之后為金屬礦化,其中透輝石以微粒狀集合體為主。

4.5 透閃石透輝石大理巖

灰白、淺灰色,粗粒-細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu),中厚～巨厚層狀,塊狀構(gòu)造。主要成份:方解石 (0.5～1.5mm)65%,透閃石20%,透輝石10%,石英5%,多摻雜1%～5%之火山灰。局部見少量方柱石、石榴子石。

5 蝕變作用類型及多階段性

礦區(qū)蝕變巖種類繁多,面貌復(fù)雜,巖石、礦物組合、化學(xué)組成和空間分布都具有一定的規(guī)律性;多種蝕變礦物不僅有多種世代而且又相互組合;不同的蝕變巖相互組合成不同的蝕變帶,蝕變帶相互重疊。這就反映出蝕變作用的多階段性和多樣性。大致可以分出早、中、晚三期蝕變作用。

5.1 早期蝕變作用

蝕變作用強(qiáng)裂,影響廣泛。在礦體周圍形成了長(zhǎng)達(dá)2000m的蝕變帶,波及的地層有大哈拉軍山組第二亞組第三段、第三亞組第一段,及上石炭基性～中基性凝灰?guī)r。石榴石帶及蝕變大理巖帶主要在此階段形成。該階段礦物共生組合為:磁鐵礦+透輝石+石榴石。石榴石和透輝石基本為共生關(guān)系,二者共同破碎、共同重結(jié)晶。

5.2 中期蝕變作用

為區(qū)內(nèi)最主要的礦化蝕變作用,無(wú)論是蝕變作用的強(qiáng)度,還是蝕變帶的規(guī)模,較之早期蝕變,均有過(guò)而無(wú)不及。蝕變帶發(fā)育在早期蝕變巖帶的內(nèi)側(cè)并部分重疊,長(zhǎng)約2000余m。受蝕變的巖石為大哈拉軍山組第二亞組第三段、第三亞組第一段。該階段礦物共生組合為:磁鐵礦+陽(yáng)起石+綠簾石。該期陽(yáng)起石主要交代碎粒石榴石和透輝石。

5.3 晚期蝕變作用

此類作用相當(dāng)普遍,各蝕變帶上均可見其痕跡。它往往使前兩期蝕變作用產(chǎn)物的面貌復(fù)雜化,使先期生成的鐵礦或鐵礦化巖石進(jìn)一步加富。該階段礦物共生組合為:磁鐵礦-石榴石-陽(yáng)起石-綠簾石-石英-碳酸鹽。熱液成礦晚期有顯著的熱液蝕變,蝕變礦物由早到晚的生成順序有紅褐色石榴石、陽(yáng)起石、綠簾石、石英和碳酸鹽。

根據(jù)前人[10-11]在礦區(qū)所采的38個(gè)礦物包體測(cè)溫樣測(cè)試數(shù)據(jù):早期蝕變作用的溫度應(yīng)高于325℃,中期礦化蝕變作用的溫度大致在260～515℃間。中期又分出了磁鐵礦晶出溫域:390～515℃,和金屬硫化物晶出溫域:260～315℃。而晚期疊加蝕變的溫度為180～345℃。

從以上的數(shù)據(jù)來(lái)看,查崗諾爾鐵礦中的熱液成礦階段主要是在高溫～氣成熱液階段形成的。早期成礦階段都是高溫～氣成熱液階段形成的,就是在晚期成礦階段,也主要是在高溫～氣成熱液階段形成的。

6 圍巖蝕變與成礦關(guān)系

早期礦化蝕變主要以透輝石-石榴石化為代表,由無(wú)水硅酸鹽礦物透輝石、石榴石組成,其中又以石榴石分布最廣,在東礦區(qū)石榴石巖構(gòu)成頗為狀觀的石林地貌。西礦區(qū)石榴石化不發(fā)育。僅限于礦體內(nèi)部,地表未見出露。據(jù)石榴石單礦物化學(xué)分析和晶胞參數(shù)測(cè)定,為鈣鐵鋁榴石。早期蝕變之透輝石、石榴石,往往被晚期蝕變之綠簾石、陽(yáng)起石所交代。

中期礦化蝕變以綠簾石化-陽(yáng)起石化為代表,蝕變帶一般都出現(xiàn)于磁鐵礦體中及其外側(cè)。在東西礦區(qū)均廣泛發(fā)育,各鐵礦體和鐵礦露頭都分布其中。蝕變帶主要由含水硅酸鹽礦物綠簾石、陽(yáng)起石、透閃石及方柱石組成。生成順序?yàn)?綠簾石最先,次為陽(yáng)起石,而后為透閃石及方柱石,陽(yáng)起石分布最廣,方柱石化僅在大理巖層內(nèi)出現(xiàn)。綠簾石化、陽(yáng)起石不僅交代透輝石和石榴子石,而且還直接交代各種火山巖、侵入巖及大理巖。

后期疊加蝕變,即晚期成礦階段,所形成的蝕變礦物粒徑較大,多呈粗晶狀及偉晶狀,所形成的礦物主要是石榴石、綠簾石、陽(yáng)起石、綠泥石、石英、方解石、次閃石,其次為綠鈉閃石、鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、絹云母等。它們常呈脈狀和網(wǎng)狀穿插于早中期蝕變巖及鐵礦體中,以東礦區(qū)最為發(fā)育。

需要強(qiáng)調(diào)的是,在鐵礦體底部附礦圍巖中有碳酸鹽巖夾層,呈透鏡狀分布。在碳酸鹽巖與圍巖之間沒有交代關(guān)系,亦無(wú)特征蝕變和礦化現(xiàn)象。因此,該鐵礦蝕變類型與矽卡巖化無(wú)關(guān)?？傮w上,礦區(qū)蝕變是由高、中溫火山熱液交代中酸性火山碎屑巖而形成。

7 主要認(rèn)識(shí)

本文結(jié)合區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)資料,通過(guò)對(duì)查崗諾爾大型磁鐵礦床地質(zhì)特征、礦床的圍巖蝕變特征等方面進(jìn)行了研究,主要取得了以下認(rèn)識(shí):

1)查崗諾爾鐵礦廣泛發(fā)育著圍巖蝕變,由于成礦礦漿的多期次活動(dòng)和熱液期成礦作用,形成沿?cái)嗔褞Х植嫉膸钗g變帶。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),礦床主礦體FeⅠ礦體的圍巖蝕變,自東向西可分出石榴石帶、綠簾石-陽(yáng)起石帶、陽(yáng)起石-磁鐵礦帶、蝕變大理巖帶和陽(yáng)起石帶。

2)礦區(qū)蝕變作用總體上可分為三個(gè)階段,即早、中、晚三個(gè)階段。各階段的礦物共生組合分別為:磁鐵礦+透輝石+石榴石;磁鐵礦+陽(yáng)起石+綠簾石;磁鐵礦-石榴石-陽(yáng)起石-綠簾石-石英-碳酸鹽。

[1] 高俊,錢青,龍靈利,等.西天山的增生造山過(guò)程 [J].地質(zhì)通報(bào),2009,28(12):1804-1816.

[2] 新疆維吾爾自治區(qū)地礦局.新疆維吾爾自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社,1993.

[3] 姜常義,吳文奎,謝廣成,等.阿吾拉勒山西段二疊紀(jì)火山巖組合與構(gòu)造環(huán)境分析 [J].西安地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào),1992,14(4):1-8.

[4] 姜常義,吳文奎,張學(xué)仁,等.從島弧向裂谷的變遷—來(lái)自阿吾拉勒地區(qū)火山巖的證據(jù) [J].巖石礦物學(xué)雜志,1995,14(4):289-300.

[5] 姜常義,吳文奎,張學(xué)仁,等.西天山阿吾拉勒地區(qū)巖漿活動(dòng)與構(gòu)造演化 [J].西安工程學(xué)院學(xué)報(bào),1996,18(2):18-24.

[6] 朱永峰,張立飛,古麗冰,等.西天山石炭紀(jì)火山巖SHRIM P年代學(xué)及其微量元素地球化學(xué)研究 [J].科學(xué)通報(bào),2005,50(18):2004-2014.

[7] 張良臣,劉德權(quán),王有標(biāo)等.中國(guó)新疆優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)成礦規(guī)律[M].北京:地質(zhì)出版社,2006.

[8] Gao J,Li MS,Xiao XC,et al.Paleozoic tectonic evolution of the Tianshan Orgen northern China[J].Tectonophysics,1998,287:213-231.

[9] Qian Q,Gao J and Klemd R.Early Paleozoic tectonic evolution of the Chinese South Tianshan Orogen:constraints from SHRIMP zircon U-Pb geochronogy and geochemistry of basaltic and dioritic rocks from Xiate,NW China[J].International Journal of Earth Sciences,2009,98:551-569.

[10] 蔣釗,馮居明,王儒鴻,等.《新疆和靜縣查崗諾爾鐵礦區(qū)詳查中間地質(zhì)報(bào)告》[R].庫(kù)爾勒:新疆地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊(duì),1981.

[11] 王江濤,邵青紅,劉建兵.《新疆和靜縣查崗諾爾鐵礦區(qū)FeⅠ礦體普查地質(zhì)報(bào)告》[R].庫(kù)爾勒:新疆地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊(duì),2006.