新疆東天山小北礦鐵礦地質(zhì)、地球化學(xué)特征及成因

吳生軍，李鳳鳴，鄭勇，邢德超，馮曉宏，周斌,4，王長新

（1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)大隊(duì)，新疆昌吉831100；2.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，新疆烏魯木齊830000；3.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830000；4.新疆有色集團(tuán)物探隊(duì)，新疆烏魯木齊830000)

新疆東天山小北礦鐵礦地質(zhì)、地球化學(xué)特征及成因

吳生軍1,3，李鳳鳴2，鄭勇1，邢德超1，馮曉宏1，周斌1,4，王長新1

（1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)大隊(duì)，新疆昌吉831100；2.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，新疆烏魯木齊830000；3.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830000；4.新疆有色集團(tuán)物探隊(duì)，新疆烏魯木齊830000)

小北礦鐵礦位于新疆鄯善縣西南部，阿奇克庫都克斷裂北側(cè)。礦體受火山機(jī)構(gòu)及火山巖相控制，礦石以致密塊狀構(gòu)造為主，浸染狀構(gòu)造次之。金屬礦物主要由磁鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦組成。巖體及接觸帶常見硅化、綠簾石化、矽卡巖化等。巖石地球化學(xué)特征表明，含礦巖性主要為中性-中酸性火山巖，里特曼指數(shù)σ為0.54~ 3.11，屬低鉀鈣堿系列。Zr/Hf平均32.44，Nb/Ta平均16.27，與原始地幔平均值相似。δEu=0.08~0.21，平均0.13，Eu強(qiáng)烈虧損，δCe=0.83~0.97，平均0.91，表明Ce弱虧損。通過礦床地質(zhì)和地球化學(xué)特征研究，初步認(rèn)為小北礦鐵礦屬火山沉積-熱液充填交代型鐵礦。

東天山；小北礦鐵礦；礦床地質(zhì)；礦床地球化學(xué)；礦床成因

小北礦鐵礦位于新疆鄯善縣南西約160 km處，為近年來東疆主要鐵礦產(chǎn)地[1]。新疆地礦局第一地質(zhì)大隊(duì)對(duì)該礦區(qū)進(jìn)行勘查，評(píng)價(jià)為小型鐵礦床，為火山活動(dòng)后期熱液裂隙充填-交代型鐵礦床①新疆地礦局第一地質(zhì)大隊(duì).新疆鄯善縣紅云灘北鐵礦資源儲(chǔ)量核查報(bào)告,2012。張立成、王義天、陳雪峰等對(duì)相鄰紅云灘鐵礦礦床成因進(jìn)行研究，認(rèn)為紅云灘鐵礦為與巖漿熱液有關(guān)的矽卡巖型礦床[2]。本文綜合前人研究成果，從礦床地質(zhì)、地球化學(xué)特征等方面探討其成因，以期為外圍找礦及研究阿齊山-雅滿蘇-沙泉子Fe-Mn-Au-Cu成礦帶提供依據(jù)。

1 成礦地質(zhì)背景

小北礦鐵礦位于塔里木板塊北部活動(dòng)邊緣之阿齊山-雅滿蘇晚古生代島弧帶，處于阿奇克庫都克斷裂與雅滿蘇斷裂間（圖1）。該帶處于南、北兩大板塊結(jié)合部位，發(fā)育近EW向展布的區(qū)域性大斷裂。NE、NW向斷裂為次級(jí)構(gòu)造，規(guī)模較小。成礦區(qū)劃上該帶位于古亞洲成礦域(Ⅰ-1）準(zhǔn)噶爾成礦?。á?2），覺羅塔格成礦帶（Ⅱ-6）之阿齊山-雅滿蘇-沙泉子Fe-Mn-Au-Cu成礦帶[3]。該成礦帶為新疆東天山重要的鐵礦成礦帶，由西至東分布有紅云灘鐵礦、東嶺鐵礦、鐵嶺鐵礦、百靈山鐵礦、多頭鐵礦、亂山包鐵礦、紅嶺鐵礦、東北嶺鐵礦、赤龍峰鐵礦和菱鐵灘鐵礦，及最東端的白山泉鐵礦等[4]。

圖1 區(qū)域構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig.1 The map of regional tectonic unit divisionF1——康古爾大斷裂；F2——雅滿蘇斷裂；F3——阿奇克庫都克大斷裂；F4——卡瓦布拉克大斷裂；F5——辛格爾大斷裂

區(qū)域出露地層主要為長城系星星峽群片麻巖、混合巖及片巖組合；下石炭統(tǒng)雅滿蘇組淺海相細(xì)碎屑巖、碳酸鹽巖及中酸性火山碎屑巖、熔巖；下石炭統(tǒng)干墩組碎屑巖夾硅質(zhì)巖；上石炭統(tǒng)土古土布拉克組中酸性火山碎屑巖、玄武巖及少量灰?guī)r等。區(qū)域上巖漿巖極發(fā)育，侵入巖分布廣泛，具明顯分帶性。南帶為阿奇山-雅滿蘇巖漿巖帶，侵入巖主要為花崗巖類及輝長巖，花崗巖類最常見；北帶為康古爾塔格巖漿巖帶，侵入巖主要為石英閃長巖、石英二長巖、花崗斑巖和似斑狀花崗巖?；鹕綆r亦具分帶性，南帶為阿奇山-雅滿蘇島弧帶，有下石炭統(tǒng)阿奇山組安山巖-英安巖組合，上石炭統(tǒng)土古土布拉克組玄武巖-安山巖-流紋巖組合。北帶康古爾塔格島弧帶發(fā)育下石炭統(tǒng)島弧-拉斑系列-鈣堿系列火山巖和下石炭統(tǒng)鈣堿巖系。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)內(nèi)出露5個(gè)主要鐵礦體，賦存于下石炭統(tǒng)雅滿蘇組第二亞組第二巖性段灰-灰綠色粗面英安巖、安山巖及晶屑凝灰?guī)r透鏡體中。礦區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，主要為小型古火山沉積盆地，斷裂小而少。該火山盆地向北開口，呈北傾伏“向斜”構(gòu)造，平面展布為東部呈NNW向，西北呈NW向，南部轉(zhuǎn)呈近EW向，均向內(nèi)傾斜。盆地中心寬400~500 m，向北逐漸擴(kuò)大(圖2)①新疆地礦局第一地質(zhì)大隊(duì).新疆鄯善縣紅云灘北鐵礦資源儲(chǔ)量核查報(bào)告,2012。外環(huán)地層為下石炭統(tǒng)雅滿蘇組中亞組第一段的粗面英安巖、安山巖及安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r。中心部分地層為下石炭統(tǒng)雅滿蘇組第二亞組第二巖性段第二亞段的粗面英安質(zhì)巖。外環(huán)地層基本對(duì)稱，產(chǎn)狀平緩，前人鉆探驗(yàn)證巖層傾角為10°~25°。該火山沉積盆地下部或外環(huán)是以噴發(fā)相為主的火山碎屑巖夾火山巖建造，中心內(nèi)部為噴溢相為主的火山巖夾火山碎屑巖建造。地貌上盆地轉(zhuǎn)折部位呈半環(huán)狀正地形，兩翼組成NE、NW向兩組正地形，核部為NW向負(fù)地形，與火山盆地地層展布特征一致。據(jù)地貌特征及前人進(jìn)行的地表工程控制，礦區(qū)內(nèi)僅見兩條小斷裂，為成礦后期產(chǎn)物。

圖2 小北礦鐵礦地質(zhì)略圖及剖面示意圖Fig.2 The geological sketch map and geological section of XiaoBeiKuang Iron Orea——地質(zhì)略圖；b——剖面示意圖1.第四系；2.下石炭統(tǒng)雅滿蘇組第二亞組第二巖性段第三亞段：粗面英安質(zhì)巖；3.下石炭統(tǒng)雅滿蘇組第二亞組第二巖性段第二亞段第三層：細(xì)粒安山質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r；4.下石炭統(tǒng)雅滿蘇組第二亞組第二巖性段第二亞段第二層：含火山角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r；5.下石炭統(tǒng)雅滿蘇組第二亞組第二巖性段第二亞段第一層：含火山角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r；6.花崗斑巖；7.安山玢巖；8..磁鐵礦體及編號(hào)；9.斷裂；10.巖層產(chǎn)狀、礦體產(chǎn)狀；11.鉆孔位置及編號(hào)

2.2 礦體特征

該礦床由5個(gè)礦體群共9個(gè)礦體組成，受火山盆地地層及巖相界面嚴(yán)格控制，大致呈“同心”半環(huán)狀產(chǎn)出(圖2)。其中I號(hào)和Ⅱ號(hào)礦群受第二亞組第二巖性段第二亞段含火山角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r控制,I號(hào)礦群分布于礦區(qū)南部，位于Ⅱ號(hào)礦群下部，從東至西由3個(gè)薄層磁鐵礦脈組成，走向上斷續(xù)延伸約430 m。TFe平均品位39.55%，平均厚1.05 m。Ⅱ號(hào)礦群分布于礦區(qū)南部及西部，從東至西由3個(gè)薄層磁鐵礦脈組成，地表延走向出露長670 m。TFe平均品位43.06%，平均厚1.47 m。Ⅲ號(hào)和Ⅳ號(hào)礦群受第二亞組第二巖性段第二亞段第三層安山質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r控制，Ⅳ號(hào)礦群位于Ⅲ號(hào)礦群上部(圖3)。Ⅲ號(hào)礦群只有1個(gè)礦體，位于礦區(qū)中部，距Ⅳ號(hào)主礦體30~ 50 m。地表呈向南西凸出的弧形，沿火山盆地中心轉(zhuǎn)折端呈似層狀、脈狀分布，地表控制長約220 m，深部有兩個(gè)鉆孔控制，延深約106 m。TFe平均品位36.24%，平均厚2.65 m。Ⅳ號(hào)礦群分布于礦區(qū)中部，呈“U”字型，分東西兩翼，共1個(gè)礦體。地表沿走向延伸約410 m，深部由3個(gè)鉆孔控制，延深約270 m。TFe平均品位40.88%，平均厚8.33 m。Ⅴ號(hào)礦群受第二亞組第二巖性段第三亞段粗面英安質(zhì)巖控制，僅1個(gè)礦體，分布于礦區(qū)中部，走向控制長約40 m，目前已采空。TFe平均品位35.87%，平均厚14.64 m。礦群、礦體展布形態(tài)大致與古火山機(jī)構(gòu)分布一致，I號(hào)和Ⅱ號(hào)礦群位于最外側(cè)，Ⅲ號(hào)和Ⅳ號(hào)礦群位于內(nèi)側(cè)，Ⅴ號(hào)礦群于中心呈同心環(huán)狀展布。

圖3 小北礦鐵礦石及鏡下照片F(xiàn)ig.3 The Photos under the microscope of XiaoBeiKuang Iron Orea——致密磁鐵礦野外照片；b——致密磁鐵礦光片10×（新疆大學(xué)包裹體實(shí)驗(yàn)室拍攝）；Mt——磁鐵礦；Ep——綠簾石；Cp——黃銅礦

2.3 礦石特征

礦石成分簡(jiǎn)單，金屬礦物以磁鐵礦為主，次為磁赤鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦，偶見少量穆磁鐵礦。脈石礦物有石英、綠簾石、少量透輝石等。磁鐵礦多以立方體、八面體粒狀集合體不規(guī)則嵌布，粒徑0.1~1.0 mm。磁赤鐵礦交代磁鐵礦，呈云片狀、云霧狀集合體嵌于磁鐵礦之中，與磁鐵礦界線不清。黃鐵礦呈立方體粒狀，粒徑0.1~2.0 mm。磁鐵礦中包含黃銅礦（圖3-b）。礦石結(jié)構(gòu)以自形-半自形細(xì)粒為主。礦石主要以致密塊狀構(gòu)造為主（圖3-a），次為細(xì)脈浸染狀、條帶狀等構(gòu)造。

3 礦床地球化學(xué)特征

3.1 主量元素地球化學(xué)特征

本次采集16件樣品，分析測(cè)試結(jié)果見表1。在巖石TAS命名圖解中（圖4-a）[5]，集中分布于粗面巖、粗面英安巖和安山巖、英安巖區(qū)域交界處。紅云灘鐵礦的9件樣品分別投在英安巖、安山巖及花崗流紋巖區(qū)（圖4-b）[6]，兩礦區(qū)樣品均處于Ir界線以下，屬亞堿性系列巖石。

圖4 小北礦鐵礦和紅云灘鐵礦主要巖石TAS圖解Fig.4 The main rock TAS diagram of XiaoBeiKuang and HongYunTan Iron Orea——小北礦鐵礦；b——紅云灘鐵礦Pc——苦橄欖玄武巖；B——玄武巖；O1——玄武安山巖；O2——安山巖；O3——英安巖；R——流紋巖；S1——粗面玄武巖；S2——玄武質(zhì)粗面安山巖；S3——粗面安山巖；T——粗面巖、粗面英安巖；F——副長石巖；U1——堿玄巖、碧玄巖；U2——響巖質(zhì)堿玄巖；U3——堿玄質(zhì)響巖；Ph——響巖；Ir——Irvine分界線，上方為堿性，下方為亞堿性

小北礦火山巖SiO2含量49.27%~70.02%，呈中性-中酸性。火山巖中（Na2O+K2O）/Al2O3值為0.19~ 0.53，平均0.40。礦區(qū)所有樣品（Na2O+K2O）/Al2O3＜0.9，為亞堿性系列。本區(qū)粗面英安巖、英安巖、安山巖具高SiO2、TiO2、Al2O3、MgO、CaO、K2O特點(diǎn)。Fe2O3隨SiO2含量增加而減少，具很好的線性關(guān)系（圖5）[7]，暗示含礦巖石為同源演化產(chǎn)物，K2O和P2O5含量較低，區(qū)別于陸源沉積。兩件花崗巖具高SiO2、富K2O、低Na2O、Al2O3特征。從巖石化學(xué)特征看，除2個(gè)花崗巖樣品外，K2O含量整體較低，里特曼指數(shù)σ為0.54~ 3.11，σ值小于3.3，為低鉀鈣堿性系列巖石（圖5）[5,7]。

圖5 小北礦鐵礦主要巖石SiO2-K2O圖解(a)和Fe2O3-SiO2哈克圖解(b)Fig.5 The main rock SiO2-K2O diagram and Fe2O3-SiO2diagram of XiaoBeiKuang Iron Ore

3.2 微量元素地球化學(xué)特征

微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖顯示（圖6）[9]，礦區(qū)所有巖石樣品微量元素蛛網(wǎng)分布模式總體一致，呈近左右平衡的“W”型。其中 Pb，U，Th，Ta，Zr，Hf，Ga，Bi等元素相對(duì)富集，Co，Ni，Cr，Cu，Cd等元素相對(duì)虧損。Zr/Hf=26.57~39.67，平均 32.44，Nb/Ta=5.42~ 25.96，平均16.27，與原始地幔平均Zr/Hf≈36，Nb/ Ta≈17.5值相當(dāng)，暗示源區(qū)可能為地幔區(qū)[8]。從圖6看出，Rb，Sr，Th，U，Ta，Cs，In，Bi整體略顯分散，其中花崗巖、流紋斑巖樣品特征較明顯，反映出同源不同階段特征。

圖6 小北礦鐵礦微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.6 Trace element primitive mantle-normalized spider diagram of XiaoBeiKuang Iron Ore（原始地幔據(jù)Sun and McDonough,1989）1.粗面英安巖；2.安山巖；3.玄武巖；4.玄武安山巖；5.安山巖；6.花崗巖、流紋斑巖

3.3 稀土元素地球化學(xué)特征

稀土元素測(cè)試數(shù)據(jù)及分布模式圖顯示，礦區(qū)巖石∑REE=70.43×10-6~198.00×10-6（包含Y元素，下同），平均124.48×10-6，LREE/HREE=0.85~4.16，平均2.18，總體表現(xiàn)為輕稀土富集、重稀土虧損特征，分布曲線呈右傾（圖7-a）。LaN/YbN=1.29~10.04,平均5.40，輕、重稀土具一定分餾作用。(CeN/YbN)=4.29~ 26.91，平均14.05，遠(yuǎn)大于1。δEu=0.08~0.21，平均0.13，Eu強(qiáng)烈虧損，Zielinski和Frey認(rèn)為主要為多次分餾、廣泛交代作用及多階段分離結(jié)晶造成。δCe= 0.83~0.97，平均0.91，小于1，表明具Ce弱虧損特征（表1）。

4 礦床成因討論與結(jié)論

（1）區(qū)域和礦床地質(zhì)特征顯示，與紅云灘鐵礦比較，二者均受火山機(jī)構(gòu)控制，紅云灘鐵礦主要賦存在一個(gè)NEE向且兩頭翹起保存較完整的“向斜”翼部[2]，推測(cè)可能為古火山機(jī)構(gòu)的一部分，小北礦鐵礦體明顯賦存于古火山機(jī)構(gòu)外環(huán)及中心部位。由于火山機(jī)構(gòu)外側(cè)各巖層和巖相界面形成大量層間裂隙，及火山中心火山管道失壓隱爆形成的空隙，為含礦熱液充填提供了良好的容礦場(chǎng)所。這與西天山阿吾拉勒鐵礦帶查崗諾爾、智博等鐵礦床具類似特點(diǎn)[10,11]。

（2）從礦石物質(zhì)成分看，紅云灘鐵礦和金屬礦物主要為磁鐵礦、磁赤鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦及穆磁鐵礦。脈石礦物有石英、綠簾石、陽起石等。不同之處是紅云灘鐵礦蝕變礦物較多，如石榴石、透輝石、陽起石等[2]。礦石與圍巖界限較清晰，接觸面呈梯坎狀，具明顯似層狀、脈狀構(gòu)造，偶見多孔狀礦石。推測(cè)為礦漿及含礦熱液沿層間裂隙和巖石空隙充填交代作用形成。

表1 小北礦鐵礦巖石主量元素、微量元素、稀土元素含量及特征值表Table 1 The major elements,trace elements and REE contents table of the Xiaobeikuang Iron Ore

（3）TAS巖石分類圖解說明礦區(qū)成礦巖性主要為中性-中酸性火山巖，完全符合阿齊山-雅滿蘇-沙泉子Fe-Mn-Au-Cu成礦帶含礦巖性特征。小北礦鐵礦樣品分析數(shù)據(jù)顯示，含礦巖體多為同源演化產(chǎn)物，低K2O和P2O5，為海相沉積[12]。里特曼指數(shù)σ為0.54~3.11，為低鉀鈣堿性系列巖石。

（4）礦區(qū)巖石微量元素蛛網(wǎng)分布模式總體一致（圖6），Zr/Hf=26.57~39.67，平均32.44，Nb/Ta=5.42~ 25.96，平均16.27，與原始地幔平均值相當(dāng)，表明源區(qū)可能為地幔區(qū)。

（5）礦區(qū)巖石總體為輕稀土富集，重稀土虧損，磁鐵礦石稀土總量偏低，分布曲線呈右傾（圖7-a）。與紅云灘鐵礦安山質(zhì)凝灰?guī)r、黑云母二長花崗巖、磁鐵礦石等樣品稀土分布曲線模式圖一致（圖7-b），均具Eu為負(fù)異常，Eu虧損特征，暗示兩礦區(qū)具相似成礦過程。

圖7 小北礦鐵礦和紅云灘鐵礦稀土球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖Fig.7 Chondrite-normalized REE distribution pattern of XiaoBeiKuang and HongYunTan Iron Ore（球粒隕石據(jù)Sun and McDonough,1989）a——小北礦鐵礦；b——紅云灘鐵礦1.粗面英安巖；2.英安巖；3.玄武巖；4.玄武安山巖；5.致密塊狀磁鐵礦石；6.花崗巖、流紋斑巖；7.黑云母二長花崗巖；8.安山質(zhì)凝灰?guī)r；9.熱液期磁鐵礦

綜上所述，本區(qū)礦床成因初步認(rèn)為屬火山沉積-熱液充填交代型礦床。

致謝：新疆地礦局第一地質(zhì)大隊(duì)總工程師楊在峰及《新疆地質(zhì)》審稿專家對(duì)本文進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致的審閱并提出具體修改意見，在此表示衷心感謝！

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Geological,Geochemical Characteristics and Genesis of XiaoBeiKuang Iron Ore in East Tianshan Mountain,Xinjiang

Wu Shengjun1,3,Li Fengming2,Zheng Yong3,Xing Dechao3,Feng Xiaohong3, Zhou Bin1,4,Wang Changxin3
(1.College of Geology and mining Engineering Program,Xinjiang University,Urumqi,Xinjiang,830000,China；2.Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources,Urumqi,Xinjiang,830000,China;3.No.1Gealogical Party,Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources,Changji,Xinjiang,831100,China;4.Geophysical prospecting team of Nonferrous Metals Group in Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830000,China)

XiaoBeiKuang iron ore is located in the southwest of shanshan county,Xinjiang,north of aqikekuduke fracture.Ore bodies are controlled by volcanic mechanism and volcanic rock facies,ore with dense block structure is given priority to disseminated structure.Metal minerals are mainly magnetite,hematite,limonite,pyrite and chalcopyrite.Rock contact zone and common silicide,epidotization,skarnization.Petrogeochemical characteristics show that the ore-bearing lithology is mainly the neutral-intermediate-acid volcanic rocks,Rittmann index(σ)for 0.54~3.11,belongs to the low potassium calc-alkaline series.Averaged value of Zr/Hf is 32.44,Nb/Ta averaged 16.27,similar to the primitive mantle average.δEu=0.08~0.21,with an average of 0.13,Eu strongly losses,the δCe=0.83~0.97,averaged 0.91,shows that Ce weak losses.Based on the geological and geochemical research,preliminary thought the Xiaobeikuang iron ore belongs to volcanic sedimentary-hydrothermal filling metasomatic iron ore.

East Tianshan Moutain;TheXiaobeikuang iron ore;Mineral deposit geology;Geochemistry of mineral deposit;The genesis of mineral deposit

1000-8845(2016)02-204-07

P618.31

A

2015-05-21;

2015-06-24;作者E-mail：286054142@qq.com

吳生軍（1983-），男，甘肅天祝人，碩士在讀，從事地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查及礦產(chǎn)勘查工作

李鳳鳴，男，碩士生導(dǎo)師，Email:lfm_lfm@sina.cn