西昆侖甜水海地塊大紅柳灘鐵礦床成因淺析及找礦意義

胡　軍, 王　核, 韓紅衛(wèi), 魏　勇, 慕生祿(1.中國(guó)科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所, 廣東 廣州 51060; .中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 10009; .中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 武漢地質(zhì)調(diào)查中心, 湖北 武漢 005; .新疆新地地質(zhì)勘查有限公司, 新疆 烏魯木齊 80000)

西昆侖甜水海地塊大紅柳灘鐵礦床成因淺析及找礦意義

胡軍1,2,3, 王核1*, 韓紅衛(wèi)4, 魏勇4, 慕生祿1,2
(1.中國(guó)科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所, 廣東 廣州 510640; 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 武漢地質(zhì)調(diào)查中心, 湖北 武漢 430205; 4.新疆新地地質(zhì)勘查有限公司, 新疆 烏魯木齊 830000)

位于西昆侖甜水海地塊東段的大紅柳灘赤鐵礦是近幾年發(fā)現(xiàn)的大型鐵礦床, 產(chǎn)于震旦紀(jì)甜水海巖群濱淺海相淺變質(zhì)碎屑巖?碳酸鹽巖中, 賦礦巖性主要為含鐵白云質(zhì)大理巖、白云母石英片巖和硬綠泥石白云母石英片巖。通過(guò)礦體形態(tài)特征、礦物組合和礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造分析, 認(rèn)為該時(shí)期存在缺氧富鐵洋盆或者深水盆地, 礦床的形成經(jīng)歷了鐵質(zhì)沉積和變質(zhì)改造兩個(gè)階段, 屬于新元古代沉積變質(zhì)成因條帶狀硅鐵建造礦床(BIF), 找礦潛力巨大。該礦床是繼塔什庫(kù)爾干縣一帶發(fā)現(xiàn)了多個(gè)與火山巖建造密切相關(guān)的大型規(guī)模 Algoma型 BIF之后的重大找礦突破, 也是西昆侖地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)該類型礦床。深入開展該礦床的地質(zhì)特征及勘探工作, 能夠指導(dǎo)西昆侖鐵礦的下一步找礦方向, 推進(jìn)新疆地區(qū)條帶狀含鐵建造(BIF)研究和西昆侖構(gòu)造格局演化的認(rèn)識(shí)。

大紅柳灘赤鐵礦床; 礦床成因; 新元古代BIF; 找礦意義; 甜水海地塊

0　引　言

橫亙于青藏高原西北緣的西昆侖?喀喇昆侖造山帶是古亞洲構(gòu)造域與特提斯構(gòu)造域的結(jié)合部位(肖序常等, 2004; 陳守建等, 2008), 該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地層發(fā)育齊全、巖漿活動(dòng)頻繁, 發(fā)育沉積變質(zhì)型鐵礦、斑巖型銅礦、塊狀硫化物礦床(VMS)、密西西比河谷型鉛鋅礦(MVT)等多種礦床類型, 找礦潛力巨大(董永觀等, 2003; 孫海田等, 2003; Dong et al., 2004; 李文淵等, 2006; 王核等, 2008, 2010;董連慧等, 2009; Franco, 2013)。近年來(lái)在前寒武紀(jì)地層中發(fā)現(xiàn)一批大中型鐵礦床, 是西昆侖重大找礦突破之一, 其中有兩個(gè)重要的含鐵礦沉積變質(zhì)帶: 一是塔什庫(kù)爾干縣一帶古元古代布倫闊勒群中發(fā)育多處沉積變質(zhì)型磁鐵礦, 自北至南產(chǎn)出有塔阿西、葉里克、老并、吉爾鐵克、贊坎、莫喀爾, 南延伸至塔吐魯溝(圖1a), 在地表構(gòu)成長(zhǎng)約110 km, 寬約15 km,呈NNW向延伸的巨型鐵礦帶(黃朝陽(yáng), 2014), 目前控制資源量達(dá)10億噸左右(馮昌榮等, 2012; 陳登輝等, 2013); 二是黑黑孜干?大紅柳灘一帶產(chǎn)出有大紅柳灘赤鐵礦床、黑黑孜干赤鐵礦床、阿克薩依鐵錳礦床等數(shù)個(gè)大中型沉積變質(zhì)型鐵礦(圖 1a)。大紅柳灘鐵礦床在1982～1985年新疆地礦局第一區(qū)調(diào)隊(duì)完成的1∶100萬(wàn)區(qū)調(diào)工作中稱之為“俘虜溝中游34號(hào)赤鐵礦化點(diǎn)”(崔建堂等, 2006), 2007年至今, 新疆新地地質(zhì)勘查有限公司對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的預(yù)查、普查工作, 通過(guò)鉆探和礦山工程, 控制鐵礦體厚度大且深部延伸較穩(wěn)定, 層控特征明顯, 目前勘探規(guī)模已達(dá)大型, 找礦前景良好(韓紅衛(wèi)和魏勇, 2014)。然而,前人對(duì)該帶赤鐵礦床研究甚少, 筆者在大紅柳灘礦床調(diào)查過(guò)程中對(duì)其地質(zhì)特征、礦物組合、礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、成礦年代學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究, 對(duì)礦床成因提出了初步認(rèn)識(shí), 以期對(duì)西昆侖?喀喇昆侖地區(qū)鐵礦分布和類型有新的認(rèn)識(shí), 對(duì)勘探研究有所啟示。

1　成礦地質(zhì)背景

西昆侖造山帶構(gòu)造復(fù)雜, 總體呈現(xiàn)NW-SE走向的巨型反“S”狀展布, 由北向南由奧依塔格?庫(kù)地縫合帶、麻扎?康西瓦縫合帶、喬爾天山?紅山湖縫合帶將其分為北昆侖地塊、南昆侖地塊、甜水海地塊、喀喇昆侖地塊(圖 1a), 構(gòu)造格局與特提斯洋演化過(guò)程密切相關(guān)(潘裕生等, 2000; 潘桂棠等, 2004; 張傳林等, 2007)。

圖1　西昆侖地區(qū)沉積變質(zhì)型鐵礦分布簡(jiǎn)圖(a, 據(jù)潘桂棠等, 2004; 李文淵等, 2006; 黃朝陽(yáng), 2014修改)及大紅柳灘鐵礦床區(qū)域地質(zhì)略圖(b, 據(jù)韓紅衛(wèi)和魏勇, 2014)Fig.1　Geological schematic map of the sedimentary-metamorphic iron deposits in the West Kunlun area (a) and geological map of the Dahongliutan iron deposit (b)

大紅柳灘鐵礦床位于和田縣城西南方向約170 km,地理位置為 E78°35′40″～78°53′45″, N35°49′36″～ 35°58′30″。構(gòu)造位置上處于甜水海地塊東段(圖1a, b),麻扎?康西瓦縫合帶以南, 喬爾天山?紅山湖縫合帶以北, 與塔什庫(kù)爾干?塔吐魯溝一帶沉積變質(zhì)型磁鐵礦床同屬一個(gè)地塊。區(qū)域出露地層主要有震旦系(532～593 Ma)甜水海巖群, 為一套濱淺海相低綠片巖相碎屑巖夾碳酸鹽巖, 巖性主要為硬綠泥千枚巖、片理化泥質(zhì)板巖、綠泥鈣質(zhì)片巖夾片理化粉砂巖、大理巖、白云巖(Hu et al., 2016); 寒武紀(jì)甜水湖組為灰黑色炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)粉砂巖、片理化細(xì)晶白云巖夾灰?guī)r; 下志留統(tǒng)溫泉溝組為灰綠?淺灰色中厚層中粒長(zhǎng)石石英砂巖夾粉砂及黑色薄層硅質(zhì)巖,局部夾英安巖; 下三疊統(tǒng)巴顏喀拉山群為灰色中?厚層狀變細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖夾石英粉砂巖、板巖。區(qū)域地層整體呈單斜產(chǎn)出, 區(qū)域內(nèi)構(gòu)造變形以褶皺較為突出, 晚古生代地層組成一系列線狀緊閉褶皺。主要斷裂有5條, 分別為: 康西瓦斷裂、紅柳灘斷裂、哈巴克達(dá)坂斷裂、泉水溝斷裂、肖爾克谷地?cái)嗔? 其中康西瓦斷裂為區(qū)域性大斷裂, 嚴(yán)格控制著該區(qū)地層及巖漿巖的展布方向。各地層單元大都為斷層接觸關(guān)系, 片理、節(jié)理較為發(fā)育, 共同構(gòu)成巨大的近東西向的構(gòu)造隆起帶。出露巖體為加里東期灰白色中粒含斑黑云母二長(zhǎng)花崗巖(484 Ma)、淺肉紅?灰白色中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖(528 Ma)、燕山期灰白色中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖、淺灰色中細(xì)粒角閃黑云母花崗閃長(zhǎng)巖等, 分布于區(qū)域中部和北東部(Hu et al., 2016)。區(qū)域變質(zhì)作用普遍發(fā)育, 主要為動(dòng)力變質(zhì)作用和接觸變質(zhì)作用, 動(dòng)力變質(zhì)作用沿區(qū)域內(nèi)斷裂帶分布, 其中區(qū)域性大斷裂多形成以片理化巖石為主的韌性動(dòng)力變質(zhì)巖; 熱接觸變質(zhì)作用表現(xiàn)在區(qū)域中部的加里東期二長(zhǎng)花崗巖侵入震旦紀(jì)地層, 并形成了明顯的接觸變質(zhì)暈, 在二長(zhǎng)花崗巖四周環(huán)狀分布; 接觸交代變質(zhì)作用體現(xiàn)在加里東期二長(zhǎng)花崗巖與震旦紀(jì)地層局部形成透鏡狀的矽卡巖。

圖2　西昆侖甜水海地塊大紅柳灘鐵礦床主要礦體地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2　Geologic schematic map of the main iron orebodies in the Dahongliutan iron deposit in the Tianshuihai terrane, West Kunlun

2　礦床地質(zhì)特征

2.1礦區(qū)地質(zhì)

(1)地層礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為震旦紀(jì)甜水海巖群和第四系(圖2)。甜水海巖群為大紅柳灘鐵礦床的賦礦層位, 主要由深灰?灰黑色硬綠泥石白云母石英片巖、淺灰綠色白云母石英片巖、硅化方解石大理巖、含鐵白云質(zhì)大理巖組成。硬綠泥石白云母石英片巖是礦區(qū)主體巖性, 呈近東西向帶狀分布, 北傾單斜產(chǎn)出,產(chǎn)狀普遍在310°～25°∠36°～81°, 巖石主要呈鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu), 千枚狀、片狀、條帶狀構(gòu)造, 主要礦物為石英、硬綠泥石、白云母, 次要礦物為斜長(zhǎng)石和絹云母,局部地層中見鐵碳質(zhì)礦物。白云母石英片巖出露規(guī)模相對(duì)較小, 多與硬綠泥石白云母石英片巖呈互層產(chǎn)出,巖石主要呈鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu), 片狀構(gòu)造, 主要礦物組成為石英、白云母, 次要礦物為黑云母、葉綠泥石、白云石、方解石。硅化方解石大理巖產(chǎn)出規(guī)模不大, 分布范圍較廣, 呈近東西向帶狀、層狀分布, 局部受擠壓或者變薄尖滅, 巖石出露寬度一般幾十厘米到百余米,個(gè)別可達(dá) 200 m, 巖石主要呈中細(xì)粒粒狀變晶結(jié)構(gòu),中?薄層狀、塊狀構(gòu)造, 主要礦物組成為方解石, 見不等量(2%～20%)的石英、少量白云母。含鐵白云質(zhì)大理巖呈帶狀分布, 出露寬度一般十余米～100余米, 最寬220 m。巖石表面呈黃褐色, 新鮮面淺黃褐色, 中?細(xì)粒狀變晶結(jié)構(gòu), 呈中?薄層狀、塊狀構(gòu)造, 主要組成礦物為鐵白云石、白云石、石英、方解石, 見少量赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、白云母等, 含鐵量在2%～20%之間,為區(qū)內(nèi)最重要的賦礦圍巖。

(2) 構(gòu)造 受區(qū)域性大斷裂和巖體侵位的影響,礦區(qū)內(nèi)發(fā)育小規(guī)模波狀褶曲和強(qiáng)烈的脆韌性變形,導(dǎo)致局部地層和礦體形成一系列“V”型褶皺, 地層產(chǎn)狀變化較大, 發(fā)生倒轉(zhuǎn), 傾向南西, 傾角一般較陡。同時(shí)伴隨發(fā)育良好的節(jié)理和層間壓剪性斷裂,順層展布, 斷層走向 330°～150°, 傾角一般為 65°～ 82°, 沿?cái)嗔褞r石具有片理化。

(3) 巖漿巖 礦區(qū)南部外圍出露加里東期灰白色中粒含斑黑云母二長(zhǎng)花崗巖(484 Ma)、少量淺肉紅?灰白色中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖(528 Ma), 呈巖株?duì)町a(chǎn)出, 花崗結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造, 主要礦物組成為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、黑云母等; 礦區(qū)內(nèi)以加里東期淺灰綠色變輝長(zhǎng)巖脈(532 Ma)和石英脈為主, 變輝長(zhǎng)巖脈主要分布在礦區(qū)中部, 礦區(qū)北部和南部少量發(fā)育(Hu et al., 2016), 呈透鏡狀產(chǎn)出, 粒狀?柱狀變晶結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造, 主要礦物成分為: 斜長(zhǎng)石、角閃石、綠簾石、綠泥石等, 巖體與大理巖接觸帶主要表現(xiàn)為矽卡巖化蝕變, 巖石輕微蝕變, 主要為高嶺土化、綠泥石化。石英脈常呈細(xì)脈狀或透鏡狀侵入變質(zhì)地層中, 一般呈順層侵入, 或沿節(jié)理、裂隙充填。

(4) 變質(zhì)作用 礦區(qū)內(nèi)區(qū)域變質(zhì)作用普遍發(fā)育,變質(zhì)程度達(dá)低綠片巖相, 變質(zhì)礦物組合為石英+斜長(zhǎng)石+硬綠泥石+白云母+黑云母+葉綠泥石。動(dòng)力變質(zhì)作用體現(xiàn)在塑性變形和脆性變形兩種形式, 前者多見褶皺變形、拉伸線理、定向構(gòu)造等, 后者可見地層錯(cuò)移、巖石擠壓破碎等, 局部鐵礦體發(fā)生褶皺變形, 礦體形態(tài)和礦石質(zhì)量受后期改造。接觸變質(zhì)作用主要發(fā)生在侵入巖體與大理巖的接觸部位, 形成透鏡狀的矽卡巖礦物, 矽卡巖礦物以透輝石、透閃石、石榴子石為主。

2.2礦體特征

礦區(qū)內(nèi)共圈定了幾十條鐵礦體, 3條鐵銅礦體,以礦區(qū)中部第四系為界, 將礦區(qū)分為南北兩個(gè)礦帶(圖2)。北礦帶整體近東西走向斷續(xù)延伸約5 km, 地表出露寬度 3～150 m, 總體產(chǎn)狀 320°～48°∠36°～70°;南礦帶地表出露長(zhǎng)度近12 km, 地表出露寬度2～32 m,總體產(chǎn)狀345°～23°∠ 36°～70°。礦體主要賦存于含鐵白云質(zhì)大理巖、硬綠泥石白云母石英片巖和白云母石英片巖中以及大理巖和片巖的接觸帶上, 呈較穩(wěn)定層狀、似層狀或者透鏡狀斷續(xù)產(chǎn)出, 受地層變形控制, 礦體部分走向由北西轉(zhuǎn)向北東, 層控特征明顯, 礦石整體品位 18%～53%, 平均品位達(dá) 38%, 局部含鐵白云質(zhì)大理巖也能達(dá)到貧鐵品位(20%)。主要的鐵礦體有 8條, 編號(hào)Fe1～Fe8(圖 2), 典型礦體描述如下:

Fe1礦體: 位于北礦帶中, 地表出露寬度30～150 m,長(zhǎng)約600 m(圖3a), 鉆孔中見礦厚度101 m (圖3b),礦體頂?shù)装寰鶠楹F白云質(zhì)大理巖, 受變輝長(zhǎng)巖脈侵位影響, 礦體產(chǎn)狀變化較大, 東段北傾, 西段發(fā)生扭轉(zhuǎn), 向南傾斜, 呈透鏡體狀出露, 礦體產(chǎn)狀358°～5°∠ 35°～67°。主要礦石礦物為赤鐵礦, 含少量褐鐵礦、菱鐵礦, 局部見少量孔雀石、輝銅礦。

Fe3礦體: 位于南礦帶中, 礦體地表出露寬10～ 35 m, 長(zhǎng)約1240 m, 鉆孔見兩層礦體, 厚度10.7 m,礦體呈層狀產(chǎn)于含鐵白云質(zhì)大理巖中(圖 4a), 近東西走向, 礦體傾向朝北, 礦體產(chǎn)狀 334°～26°∠ 43°～ 71°。主要礦石礦物為赤鐵礦, 含少量褐鐵礦。

Fe7礦體: 位于南礦帶中, 礦體地表出露寬 6～ 25 m, 長(zhǎng)約1900 m, 鉆孔見四層礦體, 厚度25.5 m,該礦體出露規(guī)模最大, 礦化較連續(xù), 礦體呈層狀產(chǎn)于含鐵白云質(zhì)大理巖與硬綠泥石白云母石英片巖的接觸帶, 局部見石英脈與鐵礦體緊密產(chǎn)出(圖 4b),近東西走向, 礦體傾向朝北, 礦體產(chǎn)狀 15°～50°∠25°～68°。主要礦石礦物為赤鐵礦、菱鐵礦。

2.3礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造和類型

礦區(qū)內(nèi)礦石礦物主要為赤鐵礦, 少量菱鐵礦和褐鐵礦。脈石礦物主要為石英、白云石、鐵白云石、方解石、白云母、硬綠泥石, 少量的鐵碳質(zhì)、長(zhǎng)石、石榴子石、透輝石、透閃石、重晶石等, 硫化物主要為輝銅礦和黃銅礦, 多與菱鐵礦共生, 少量黃鐵礦。礦石中礦物呈現(xiàn)隱晶質(zhì)、自形、半自形?它形、微晶結(jié)構(gòu), 組成礦石的粒狀變晶結(jié)構(gòu)、鱗片變晶結(jié)構(gòu)、變余砂狀結(jié)構(gòu)以及交代結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要為條帶狀、塊狀、浸染狀, 野外露頭和探槽中宏觀的條帶狀鐵建造較為少見, 鉆孔中常見鐵礦石礦物和脈石礦物組成的互層條帶, 寬者可達(dá) 1～5 cm, 細(xì)者只有0.1～0.5 mm。依據(jù)礦物組成和條帶的寬度將鐵礦石劃分為以下4種主要類型:

石英?赤鐵礦型: 為礦區(qū)最主要的礦石類型, 由石英(6%～55%)、赤鐵礦和褐鐵礦(50%～85%)組成,白云母含量<5%, 占礦區(qū)總儲(chǔ)量的 90%左右。在鉆孔中見到互層的毫米級(jí)?厘米級(jí)的富赤鐵礦條帶和石英條帶(圖 4d), 顯微鏡下常見次毫米級(jí)的互層條帶(圖4g)。

圖3　Fe1礦體地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a)及07號(hào)勘探線剖面和Zk0701柱狀圖(b)Fig.3　Geologic schematic map of the Fe1 iron orebody (a), geological section of the exploration line number 07 and drilling core log of Zk0701 (b)

石英?白云母?白云石?方解石?赤鐵礦型: 由石英(6%～23%)、白云母(5%～15%)、白云石+方解石(10%～35%)、赤鐵礦(25%～67%)組成, 該礦石類型規(guī)模較小, 分布范圍較廣, 存在于多數(shù)礦體中。鉆孔中和鏡下常見到鐵礦石礦物和脈石礦物形成韻律層,寬度從0.25～25 mm不等(圖4e, h)。

石英?鐵白云石?赤鐵礦型: 包含鐵白云石(40%～70%)、石英(5%～15%), 赤鐵礦(6%～28%)、白云母(3%～5%)。該礦石類型含鐵品位低, 多與石英?白云母?白云石?方解石?赤鐵礦型鐵礦石和含鐵白云質(zhì)大理巖互層產(chǎn)出。鉆孔中和鏡下常見到 0.35～ 30 mm的石英和鐵白云石條帶和0.1～0.5 mm的赤鐵礦條帶互層(圖4f, i)。

石英?菱鐵礦?赤鐵礦型: 由菱鐵礦(20%～70%)、石英(6%～18%)、赤鐵礦(15%～55%)、白云母(1%～3%)組成, 該類型礦石主要發(fā)育在 Fe7礦體中。在探槽礦石中見到1～5 mm的石英條帶和1～5 cm的赤鐵礦和菱鐵礦條帶互層產(chǎn)出(圖4c)。

3　礦床成因淺析

前寒武紀(jì)條帶狀鐵建造(BIF)是世界上最重要的鐵礦資源和地球早期特有的化學(xué)沉積建造類型,廣泛分布于太古宙?古元古代(3.8～1.8 Ga)(李延河等, 2012), 少量產(chǎn)于新元古代(850～542 Ma)(Cox et al., 2013; Xu et al., 2014)。按其形成的構(gòu)造地質(zhì)環(huán)境、巖石組合、規(guī)模、形成時(shí)代主要?jiǎng)澐譃锳lgoma型、Superior型和Rapitan型(Basta et al., 2011; Xu et al., 2014)。Algoma型 BIF多形成在太古宙?古元古代(3.8～1.8 Ga), 少數(shù)在新元古代, 規(guī)模相對(duì)較小, 賦礦圍巖多為變質(zhì)基性?中性火山?沉積巖建造, 多形成于島弧?弧后盆地和裂谷帶等深水海洋還原環(huán)境(Goodwin, 1962; Li et al., 2014), 新元古代Algoma型 BIF多與 Rodinia大陸裂解形成的火山活動(dòng)相關(guān)(Stern et al., 2013; Xu et al., 2014)。Superior型BIF多形成在古元古代(2.5～1.8 Ga), 規(guī)模普遍較大, 多形成于被動(dòng)大陸架等相對(duì)較淺的海洋環(huán)境, 與成熟度較高的沉積巖共同產(chǎn)出, 沉積巖常為頁(yè)巖、碳酸鹽巖、千枚巖、炭質(zhì)千枚巖、硬砂巖等, 遠(yuǎn)離火山活動(dòng)中心, 火山物質(zhì)的含量相對(duì)較少, 形成環(huán)境更加氧化, 與噴流沉積作用有關(guān)(沈其韓, 1998; Klein, 2005; 沈保豐, 2012; Li et al., 2014)。Rapitan型BIF是新元古代中最重要的鐵建造類型, 與冰期成因巖石(冰磧巖、混雜沉積巖、帽白云巖等)密切共生, 多形成在淺海缺氧邊緣盆地、冰期裂谷環(huán)境等, 與“雪球地球”事件關(guān)系密切, 產(chǎn)出時(shí)代主要對(duì)應(yīng)“Kaigas-Sturian”和“Marinoan”冰期事件(Kaigas: 757～741 Ma; Sturian: 718～660 Ma; Marinoan: 651～ 635 Ma), 典型實(shí)例多發(fā)育在納米比亞北部、澳大利亞南部、加拿大、巴西等地。新元古代BIF的成因模型主要有“雪球地球”模型(與全球冰期事件相關(guān))、“沉積噴氣裂谷”模型(與基性火山作用密切相關(guān))、“缺氧盆地”模型(與新元古代時(shí)期深水洋盆缺氧富鐵事件和限制硫酸鹽流入海洋相關(guān))(Klein and Beukes, 1993; Lottermoser and Ashley, 2000; Canfield et al., 2008; Babinski et al., 2013; Cox et al., 2013; Stern et al., 2013)。

圖4　大紅柳灘鐵礦床野外、鉆孔及顯微照片F(xiàn)ig.4　Outcrops, drilling cores and microphotographs of the Dahongliutan iron deposit

太古宙?古元古代BIF礦物組合主要為石英、磁鐵礦、赤鐵礦、角閃石、輝石、綠泥石和少量菱鐵礦、鐵白云石等碳酸鹽礦物組成, 碎屑礦物少見, 其中磁鐵礦(赤鐵礦)、角閃石、輝石等與石英常形成典型的相互平行的條帶和紋層, 寬窄不一, 從<2 mm,到>10 mm(李延河等, 2012)。新元古代BIFs礦物組合相對(duì)單一, 主要為赤鐵礦, 少量或者不含磁鐵礦,副礦物主要包括海硬綠泥石、蒙脫石、云母、石英和碳酸鹽巖等, 宏觀條帶狀鐵建造不發(fā)育, 部分礦床中幾乎沒有, 但是不同類型 BIF的共性都是由地球早期的海底火山熱液噴氣作用在缺氧的條件下形成的(Klein and Beukes, 1993; Cox et al., 2013)。

大紅柳灘鐵礦床產(chǎn)于震旦紀(jì)甜水海巖群的一套淺變質(zhì)碎屑巖?碳酸鹽巖建造中, 經(jīng)歷了鐵質(zhì)沉積和變質(zhì)改造兩個(gè)階段, 地質(zhì)特征與主要的新元古代條帶狀鐵建造(BIF)吻合, 主要依據(jù)有:

(1) 礦床形成與震旦紀(jì)(532～593 Ma)一套濱淺海相碎屑沉積巖密切相關(guān), 該套巖石原巖為泥質(zhì)巖?碳酸鹽巖類, 未出現(xiàn)明顯的火山巖系列。

(2) 鐵礦帶延伸達(dá)15 km以上, 遠(yuǎn)景儲(chǔ)量達(dá)1億噸以上, 礦體主要產(chǎn)于含鐵白云質(zhì)大理巖中、片巖與大理巖的接觸帶上, 規(guī)模大小不一, 局部礦體形態(tài)復(fù)雜, 呈帶狀、層狀?似層狀、透鏡體狀產(chǎn)出, 層控特征明顯, 出露范圍達(dá)400 km2。

(3) 金屬礦物以氧化物為主, 主要為赤鐵礦,少量褐鐵礦、菱鐵礦。硫化物不發(fā)育, 主要為輝銅礦、黃銅礦、少量黃鐵礦。脈石礦物石英、白云石、鐵白云石、方解石、白云母、硬綠泥石等。上述礦物多為鐵鋁硅酸鹽和碳酸鹽礦物。

(4) 礦區(qū)內(nèi)宏觀條帶狀鐵建造不發(fā)育, 多見中等?微觀條帶, 礦石礦物和脈石礦物形成十分明顯的韻律條帶, 寬者1～5 cm, 細(xì)者0.1～0.5 mm。

(5) 變余砂狀結(jié)構(gòu)的鐵礦石以及隱晶質(zhì)的赤鐵礦物顆粒, 說(shuō)明了該礦床形成時(shí)的原始沉積特征,且礦石品位一般較低, 含鐵量一般在20%～53%之間,礦石和圍巖中硅化十分強(qiáng)烈。

(6) 礦石結(jié)構(gòu)多為各種變晶結(jié)構(gòu), 圍巖蝕變可見硅化、綠泥石化、絹云母化等; 礦體形成后, 又受到低綠片巖區(qū)域變質(zhì)作用和熱液活動(dòng)的影響和聚集作用,區(qū)域變質(zhì)作用的影響使得各種礦物發(fā)生重結(jié)晶。

大紅柳灘鐵礦床成礦過(guò)程未表現(xiàn)出與火山活動(dòng)相關(guān), 因此礦床類型上不能歸屬為 Algoma型 BIF;該礦床形成時(shí)代、礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征與 Rapitan型BIF有可類比性, 但是礦區(qū)缺乏典型的冰期成因的巖石(冰磧巖、混雜沉積巖、帽白云巖), 因此是否與冰期成因有關(guān), 還需進(jìn)一步研究; 除時(shí)代上的差異外, 礦床規(guī)模、圍巖類型、礦體形態(tài)、礦物組合等特征與世界典型的 Superior型 BIF類似, 如巴西Quadrilatero Ferrifero地區(qū)賦存在淺海相碎屑巖?碳酸鹽巖建造(白云巖和千枚巖)中的古元古代 BIF (Spier et al., 2003, 2007)和南非古元古代Transvaal組中發(fā)育的 BIF(圍巖為碳酸鹽巖和頁(yè)巖)(Klein and Beukes, 1989)。

總結(jié)上述特征, 我們認(rèn)為大紅柳灘鐵礦床成因模型接近“缺氧盆地”模型, 這種新元古代 BIF成因模型反映的是新元古代晚期富鐵缺氧洋盆/深水盆地的存在以及缺氧?氧化循環(huán)事件的發(fā)生, 其形成機(jī)制類似太古宙?古元古代BIFs (Kump and Seyfried, 2005; Canfield et al., 2008; Cox et al., 2013; Stern et al., 2013)。因此推斷其形成過(guò)程為大紅柳灘鐵礦床在新元古代缺氧和含鐵的洋盆/深水盆地環(huán)境下, 在氧氣含量充足的條件下(海侵海退), 在海底熱液活動(dòng)或者熱水沉積作用的影響下, 同時(shí)伴隨陸緣碎屑物質(zhì)的加入(如鐵礦石中含有白云母等), Fe2+氧化形成 Fe3+, 成礦物質(zhì)初步富集沉淀形成赤鐵礦層, 后期在區(qū)域變質(zhì)作用、巖漿侵入作用、表生淋濾作用的影響下, 進(jìn)一步富集成礦。

對(duì)比之下, 中國(guó)前寒武紀(jì)條帶狀硅鐵建造(BIF)集中分布在華北板塊, 其次在西昆侖甜水海地塊、華南板塊等有少量產(chǎn)出, 華北板塊 BIF形成時(shí)代廣泛, 從3.6 Ga到1.8 Ga均有發(fā)育, 其中最重要的時(shí)期是 2.8～2.5 Ga(沈其韓, 1998; 沈保豐等, 2004, 2005; 王偉等, 2010; Zhang et al., 2011; Zhang et al., 2012); 西昆侖甜水海地塊塔什庫(kù)爾干?塔吐魯溝一帶發(fā)育的 BIF形成時(shí)代為 2.6～1.8 Ga(馮昌榮等, 2012); 新元古代 BIF(850～542 Ma)則主要分布在華南板塊(曾書明等, 2011; Li et al., 2014; Xu et al., 2014)。礦床類型大致歸屬Algoma型BIF(“鞍山式”鐵礦、“弓長(zhǎng)嶺式”鐵礦), 典型礦床有西鞍山、東鞍山、弓長(zhǎng)嶺、歪頭山、張嶺、南芬、水廠等鐵礦床; Superior型BIF(“袁家村式”鐵礦、“鏡鐵山式”鐵礦),典型礦床有袁家村、鏡鐵山、霍丘等鐵礦床; Rapitan型BIF(“新余式”鐵礦), 典型礦床有新余鐵礦田、袁家橋鐵礦等(沈保豐等, 1982, 2006; 沈保豐, 2012; Li et al., 2014)。分布在華南板塊的新元古代“石碌式”鐵礦, 其類型比較特殊, 為國(guó)內(nèi)大型的高品位赤鐵礦床, 賦礦圍巖為一套火山?碎屑沉積巖和碳酸鹽巖建造, 主成礦期時(shí)代為930～850 Ma, 具多因復(fù)成改造富化(火山?沉積變質(zhì)+構(gòu)造改造+熱液疊加)特征, 主體歸屬為BIF沉積成因+后期疊加改造礦床類型, 與Rodinia大陸裂解相關(guān)(許德如等, 2009; Xu et al., 2013, 2014)。

從形成時(shí)代角度分析, 大紅柳灘鐵礦與新元古代產(chǎn)出的“新余式”鐵礦和“石碌式”鐵礦較為接近。但是, “新余式”鐵礦賦礦地層為一套火山碎屑硅鐵質(zhì)建造夾類復(fù)理石的泥砂質(zhì)建造, 主要礦石礦物為磁鐵礦, 條帶狀構(gòu)造十分發(fā)育, 成因類型為新元古代Rapitan型, 與740～700 Ma的“Sturtian”冰期事件密切相關(guān), 為“雪球地球”成因模型(余志慶等, 1989;曾書明等, 2011; Li et al., 2014); “石碌式”鐵礦為變質(zhì)火山成因的 BIF, 與華南地區(qū)地幔柱活動(dòng)引發(fā)的火山活動(dòng)相關(guān)(Xu et al., 2014)。大紅柳灘鐵礦床從成因類型上與“新余式”鐵礦和“石碌式”鐵礦存在一定的差異, 但是, “石碌式”鐵礦礦石礦物主要為赤鐵礦,礦區(qū)內(nèi)條帶狀構(gòu)造不明顯, 具“上Fe、下Cu”的雙層結(jié)構(gòu)模式, 其成礦機(jī)理也反映了新元古代時(shí)期缺氧富集Fe2+的成礦環(huán)境(Xu et al., 2014), 因此大紅柳灘鐵礦床在成礦環(huán)境和勘探研究方面可以類比“石碌式”鐵礦。除成礦時(shí)代上的差異外, 大紅柳灘鐵礦床基本地質(zhì)特征和成礦特征與“鏡鐵山式”鐵礦比較相似。“鏡鐵山式”鐵礦以甘肅省鏡鐵山鐵礦床為典型, 國(guó)內(nèi)類似的礦床還有甘肅省的陳家廟鐵?銅礦、四川的滿陰溝赤鐵礦、遼寧省的羊山鐵礦。其中鏡鐵山含銅鐵建造形成時(shí)代為中元古代(1309±80 Ma) (楊合群和趙東宏, 1999), 產(chǎn)于大陸裂谷/裂陷海盆環(huán)境, 賦礦巖石為一套沉積碎屑巖系(千枚巖和碳酸鹽巖), 以含大量鐵白云石為特點(diǎn), 圍巖變質(zhì)程度較低; 礦體與地層整合產(chǎn)出, 層控特征明顯, 呈帶狀、似層狀、透鏡體狀等形態(tài), 也呈現(xiàn)“上Fe、下Cu”的雙層結(jié)構(gòu)模式; 主要礦石礦物為赤鐵礦、鏡鐵礦、菱鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦等, 脈石礦物為碧玉、石英、白云石、方解石、重晶石等, 鐵礦石結(jié)構(gòu)主要為半自形粒狀結(jié)構(gòu)、葉片狀結(jié)構(gòu)、偶見殘余鮞狀結(jié)構(gòu), 構(gòu)造以層紋?條帶狀構(gòu)造最為常見, 次為塊狀、浸染狀和角礫狀構(gòu)造; 赤鐵礦晶體呈塵埃狀、針狀、板狀和葉片狀; 黃銅礦多與菱鐵礦伴生, 該礦床地質(zhì)特征和地球化學(xué)特征顯示其為海底熱液強(qiáng)烈噴流沉積形成的產(chǎn)物, 在沉積過(guò)程中由于火山噴發(fā)、噴氣活動(dòng)、淺海熱液循環(huán)可促進(jìn)下滲海水的對(duì)流循環(huán),在對(duì)流循環(huán)過(guò)程中有用組分被搬到有利于成礦的氧逸度并不高的相對(duì)半氧化、半還原條件下的海底盆地沉積成礦(薛春紀(jì)等, 1997; 劉華山等, 1998; Sun et al., 1998; 楊建民等, 1999; 趙東宏等, 2001)。

4　找礦標(biāo)志及找礦意義

4.1找礦標(biāo)志

(1) 色調(diào)標(biāo)志: 赤鐵礦體的露頭是最直接的找礦標(biāo)志, 礦(化)體從遠(yuǎn)處看呈紅褐色、灰黑色, 近看呈赤紅色。

(2) 地層標(biāo)志: 礦體主要產(chǎn)于甜水海巖群的含鐵白云質(zhì)大理巖中、大理巖與云母片巖的接觸帶上,鐵礦體的空間分布受地層走向控制, 層控特征明顯,可以指導(dǎo)尋找原生赤鐵礦層, 在變輝長(zhǎng)巖體侵入的局部地層中能尋找富鐵礦體。

(3) 構(gòu)造標(biāo)志: 次級(jí)和層間斷層發(fā)育地段, 有利于成礦物質(zhì)的改造富集, 褶皺構(gòu)造的軸部由于礦質(zhì)流動(dòng)有利于形成厚度巨大品位高的富鐵礦體。

(4) 圍巖蝕變標(biāo)志: 硅化、絹云母化、矽卡巖化、孔雀石化等圍巖蝕變是找礦重要的間接標(biāo)志。

(5) 礦物標(biāo)志: 礦體地表赤鐵礦、褐鐵礦、孔雀石、銅藍(lán)等常形成“鐵帽”等指示性找礦標(biāo)志, 特征明顯, 是最為直接的找礦標(biāo)志。

(6) 地球物理標(biāo)志: 由于礦區(qū)主要礦石礦物為赤鐵礦, 無(wú)明顯磁性, 普通的磁法和激電法等效果不大, 只能達(dá)到掃面或者深度小于 300 m的效果,無(wú)法查明深部礦體的延伸、產(chǎn)狀、形態(tài)、規(guī)模。EH-4連續(xù)電導(dǎo)率剖面測(cè)量法效果良好, 礦體均顯示良好的低阻特征。

4.2找礦意義

前寒武紀(jì)條帶狀硅鐵建造(BIF)作為世界上最大規(guī)模的鐵礦類型, 受到國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家的廣泛關(guān)注, 我國(guó) BIF主要產(chǎn)于前寒武紀(jì)古老的區(qū)域變質(zhì)巖系中, 是十分重要的鐵礦類型, 占全國(guó)總儲(chǔ)量的55.2%(沈保豐等, 2005; 沈保豐, 2012; Li et al., 2014)。近年來(lái), 在西昆侖甜水海地塊塔什庫(kù)爾干縣一帶古元古代布倫闊勒群中相繼發(fā)現(xiàn)了贊坎、莫喀爾、葉里克、老并等多個(gè)大規(guī)模的Algoma型BIF, 其礦石礦物主要為磁鐵礦(馮昌榮等, 2012; 黃朝陽(yáng), 2014)。塔什庫(kù)爾干?塔吐魯溝鐵礦帶東南部的黑黑孜干?大紅柳灘一帶產(chǎn)出的大紅柳灘赤鐵礦床、黑黑孜干赤鐵礦床、阿克薩依鐵錳礦床, 地質(zhì)特征類似,據(jù)上文中對(duì)大紅柳灘鐵礦床成因分析可知其地質(zhì)特征與世界典型的Superior型BIF(該類型礦床一般規(guī)模較大)存在諸多相似之處, 在成礦環(huán)境和勘探研究方面可以與“石碌式”鐵礦(典型礦床石碌鐵礦儲(chǔ)量達(dá) 4.17億噸以上)(許德如等, 2009)類比, 地質(zhì)特征和成礦特征與“鏡鐵山式”鐵礦(典型礦床鏡鐵山鐵礦儲(chǔ)量約 4.84億噸)(薛春紀(jì)等, 1997; 劉華山等, 1998; 許德如等, 2009)較為相似, 因此該帶有尋找大型?超大型鐵礦的潛力, 可能成為西昆侖鐵礦勘探的下一步重點(diǎn)方向, 為我國(guó)西部提供新的鐵礦資源接替與儲(chǔ)備基地。而且, 甜水海地塊兩個(gè)主要的含鐵沉積變質(zhì)帶中的礦床成因類型從與火山作用相關(guān)的Algoma型 BIF(多形成在還原環(huán)境下的深水盆地)向與火山作用無(wú)關(guān)的沉積變質(zhì)型條帶狀鐵建造(多形成在更加氧化的淺濱海相環(huán)境)轉(zhuǎn)變, 礦種由磁鐵礦向赤鐵礦轉(zhuǎn)變, 進(jìn)一步的研究可能會(huì)對(duì)西昆侖的構(gòu)造演化有新的認(rèn)識(shí)。

5　結(jié)　論

(1) 大紅柳灘鐵礦床構(gòu)造位置處于西昆侖甜水海地塊, 產(chǎn)于震旦紀(jì)甜水海巖的一套淺濱海相碎屑沉積巖?碳酸鹽巖建造中, 礦體沿地層走向和深部延伸較穩(wěn)定, 目前勘探規(guī)模已達(dá)大型, 找礦潛力好,是西昆侖首次發(fā)現(xiàn)的新元古代沉積變質(zhì)型條帶狀鐵建造(BIF), 地質(zhì)特征與世界典型的 Superior型 BIF存在相似之處, 成礦環(huán)境和勘探模式與“石碌式”鐵礦可以類比, 地質(zhì)特征和成礦特征與“鏡鐵山式”鐵礦較為相似。

(2) 黑黑孜干?大紅柳灘一帶產(chǎn)出大紅柳灘赤鐵礦床、黑黑孜干赤鐵礦床、阿克薩依鐵錳礦床等數(shù)個(gè)大中型鐵礦, 地質(zhì)特征類似, 該帶可能成為西昆侖地區(qū)繼塔什庫(kù)爾干?塔吐魯溝鐵礦帶之后又一個(gè)具大型?超大型找礦潛力的地區(qū)。與國(guó)內(nèi)外同類的典型礦床進(jìn)行地質(zhì)特征和成因機(jī)理的類比, 推斷該帶的找礦成果可能會(huì)有更大的突破。通過(guò)對(duì)該礦床深入的地質(zhì)特征及勘探工作, 可以推進(jìn)我國(guó)新疆地區(qū)條帶狀含鐵建造(BIFs)型鐵礦研究和西昆侖的構(gòu)造演化認(rèn)識(shí)。

致謝: 感謝天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所沈保豐研究員對(duì)本文提出建設(shè)性修改意見, 在此表示衷心感謝！

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Genesis of the Dahongliutan Iron Deposit in the Tianshuihai Terrane, West Kunlun and its Prospecting Significance

HU Jun1,2,3, WANG He1*, HAN Hongwei4, WEI Yong4and MU Shenglu1,2
(1. Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, Guangdong, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Wuhan Center of China Geological Survey, Wuhan 430205, Hubei, China; 4. Xinjiang Xindi Geological Exploration Company, Urumqi 830000, Xinjiang, China)

The newly discovered large Dahongliutan hematite-rich iron deposit is located in the eastern part of the Tianshuihai terrane, West Kunlun. This deposit is mainly hosted in a suite of Sinian greenschist facies-metamorphosed shallow marine siliciclastic-carbonate rocks of the Tianshuihai Group. Ore bodies are mainly interlayered with ferroan dolomitic marble, chloritoid muscovite-quartz schist and muscovite-quartz schist. The morphology of ore bodies, texture and structure of the ores and mineral assemblage show that the formation of iron ore underwent sedimentary diagenesis, metamorphism and late stage alteration. The deposit is of BIF-related sedimentary metamorphic type iron deposit related to anoxic and ferruginous basins. The iron deposit shows excellent exploration potential and is a new type of deposit in the West Kunlun orogenic belt, and indeed some large-scale Algoma-type BIFs associated with volcanic rock assemblage were discovered in the Paleoproterozoic Bulunkuole Group, Taxkorgan County. Deep research on the geological characters of the ore deposit will surely contribute to the iron deposit exploration in the Western Kunlun Range and advance our understanding on BIFs in Xinjiang and tectonic evolution of the West Kunlun orogenic belt.

Dahongliutan iron deposit; genesis; Neoproterozoic BIF; prospecting significance; Tianshuihai terrane

P611

A

1001-1552(2016)05-0949-011

10.16539/j.ddgzyckx.2016.05.005

2014-9-10; 改回日期: 2014-11-24

項(xiàng)目資助: 國(guó)家十二五科技支撐項(xiàng)目(2011BAB06B05-01和2015BAB05B03)聯(lián)合資助。

胡軍(1988–), 男, 博士研究生, 從事礦床地質(zhì)研究。Email: aa226039@126.com

王核(1966–), 研究員, 博士生導(dǎo)師, 主要從事成礦預(yù)測(cè)方面研究。Email: wanghe@gig.ac.cn