西昆侖河可蘭爾鐵礦成礦地質(zhì)特征及成因淺析

郝延海 張連昌 鄭夢天

(①新疆地礦局第二地質(zhì)大隊 喀什 844002 ②中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 北京 100029)

近年來，西昆侖塔什庫爾干地區(qū)布倫闊勒群地層中先后發(fā)現(xiàn)了一系列的沉積變質(zhì)型鐵礦床，如贊坎、老并和葉里克等大中型鐵礦床，以及蘇巴什、孜洛依和塔阿西等一大批鐵礦點（劉建平等，2009）。然而由于區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景、塔什庫爾干地塊的屬性及演化過程、布倫闊勒群的組成范圍及時代等研究程度較低，致使賦存于塔什庫爾干地塊中的鐵礦類型及成因機制等存在不同認(rèn)識（張連昌等，2016）。主要包括前寒武紀(jì)沉積變質(zhì)型鐵礦（BIF）（劉國印等，2005；陳俊魁等，2011；李智泉等，2014）和海相火山-沉積變質(zhì)型成因（燕長海等，2012a,2012b；陳登輝等，2013；黃朝陽，2014；鄭夢天等，2016）。這一認(rèn)識的分歧與原布倫闊勒群至少包含古元古代（2500～2100Ma）和寒武紀(jì)早期（540～510 Ma）地層緊密相關(guān)。河可蘭爾鐵礦位于塔什庫爾干塔吉克自治縣馬爾洋鄉(xiāng)布候吉拉甫村西一帶。作為近年來塔什庫爾干地區(qū)發(fā)現(xiàn)的一系列鐵礦床之一，本文首次報道了河可蘭爾鐵礦的地質(zhì)特征，并對其礦床成因進行了初步探討，希望為區(qū)域礦床成因及找礦工作提供思路。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)塔什庫爾干在大地構(gòu)造位置上位于西昆侖及喀喇昆侖兩大構(gòu)造單元的結(jié)合部位，位于甜水海-北羌塘地體中（李榮社等，2008；如圖1）。受康西瓦斷裂帶和塔阿西斷裂（喀喇昆侖斷裂）的圍限，區(qū)域構(gòu)造線呈北西-南東向。

河可蘭爾鐵礦以及塔什庫爾干地區(qū)其他鐵礦均賦存于“原布倫闊勒群”變火山沉積巖系當(dāng)中，在周圍覆蓋少量未分奧陶-志留系（O-S）、志留系溫泉溝組（S1w）、石炭系（C2）、未分二疊系（P2）、白堊系（K1）等地層（如圖1）。近年來，關(guān)于布倫闊勒群變質(zhì)巖及其鐵礦時代具有較大爭議。張連昌等人（2016）綜合研究認(rèn)為，原“布倫闊勒群”除繼續(xù)保留部分古元古代變質(zhì)地層外，還應(yīng)分離出一套早古生代地層，所劃分出早寒武世沉積-成礦區(qū)（帶）在喀來子-葉里克-塔阿西一線的證據(jù)比較充分（圖1）。其中古元古界布倫闊勒群包括有四個地層單元，為磁鐵石英巖單元、斜長角閃片麻巖單元和矽線石榴片巖-石英（片）巖及大理巖單元，原巖總體上應(yīng)為一套沉積型火山巖-碎屑巖-碳酸鹽巖建造（計文化等，2011）。新厘定的下寒武統(tǒng)地層沿葉里克-老并-喀來子鐵礦區(qū)一線展布，主要是一套變質(zhì)的沉積碎屑巖-碳酸鹽巖-硫酸鹽巖-磁鐵礦建造，以含硫酸鹽鐵沉積建造為特征，且明顯區(qū)別于前寒武紀(jì)BIF型鐵礦。

未分奧陶-志留系（O-S）為一套經(jīng)歷了低綠片巖相區(qū)域變質(zhì)巖系，巖石類型有板巖、結(jié)晶灰?guī)r（大理巖）、變砂巖及少量變火山巖夾層。出露的志留系地層為溫泉溝組（S1w），巖性為一套細(xì)碎屑巖夾碳酸鹽巖沉積建造，主要由砂巖與粉砂質(zhì)板巖組成，縱向上疊覆出現(xiàn)，構(gòu)成旋回性沉積層序，具有深水濁積巖特征。石炭系地層（C2）下部巖性為砂泥巖、硅質(zhì)巖及灰?guī)r，代表著深水盆地及濁流沉積；上部巖性為代表著島弧火山巖性質(zhì)的英安巖夾英安角礫熔巖；未分二疊系地層（P2）總體上為一套碳酸鹽夾安山質(zhì)火山巖、細(xì)碎屑巖，由于斷層及褶皺發(fā)育并未見底。巖層底部為火山地層，向上過渡為以沉積巖為主，二者整合接觸。白堊系地層（K1）呈斷裂或微角度不整合覆蓋于未分石炭統(tǒng)和布倫闊勒群之上，巖性為一套高位湖泊沉積的碎屑巖、碳酸鹽巖偶夾石膏層。此外，區(qū)域上巖漿巖發(fā)育，巖漿侵入時代可劃分為元古宙、加里東、華力西、燕山、喜馬拉雅等五期，主要有基性—超基性侵入巖、中酸性巖漿巖等。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 地層、構(gòu)造及巖漿巖

河可蘭爾礦區(qū)出露的地層主要為原布倫闊勒巖群（Pt1b），但根據(jù)本文工作，該區(qū)地層應(yīng)為含硫酸鹽鐵建造的早寒武世地層（∈1b），主要可劃分為七個巖性段（∈1b1～∈1b7）見圖1。

圖1 西昆侖塔什庫爾干地區(qū)河可蘭爾礦區(qū)地質(zhì)簡圖（據(jù)資料修編）

第一巖性段（∈1b1）為淺灰色黑云斜長片麻巖，局部夾角閃斜長片巖，綠泥石化較為發(fā)育；第二巖性段（∈1b2）為礦區(qū)主要含礦層位之一，出露巖性主要為淺灰色黑云長石（石英）片巖、含石榴石斜長片麻巖，頂部逐漸出現(xiàn)較多石英角閃片巖層，該套地層局部地段發(fā)現(xiàn)石英巖型小磁鐵礦體；第三巖性段（∈1b3）位于礦區(qū)中西部，巖性為含角閃黑云斜長片麻巖、黑云石英片巖，局部夾角閃片巖層，局部地段出現(xiàn)石英型磁鐵礦體；第四巖性段（∈1b4）也為礦區(qū)主要含礦層位之一，巖性主要為黑云斜長片麻巖夾黑云角閃巖，在該巖性段共發(fā)現(xiàn)10條磁鐵礦體，斷續(xù)發(fā)育，與第三巖性段呈斷裂接觸；第五巖性段（∈1b5）巖性以云母石英片巖為主，局部夾灰綠色角閃巖層等，與第四巖性段呈斷裂接觸；第六巖性段（∈1b6）位于礦區(qū)南東部，巖性主要為黑云角閃斜長片巖夾斜長角閃巖層，該套地層兩側(cè)為斷裂接觸，巖石較破碎，弱褐鐵礦化、磁鐵礦化、硫化較為發(fā)育，局部地段發(fā)現(xiàn)有磁鐵礦（化）體產(chǎn)出。第七巖性段（∈1b7）位于礦區(qū)東部，出露巖性以黑云母長石（石英）片巖為主。

礦區(qū)地層整體呈單斜產(chǎn)出，傾向為60°～75°，傾角為50°～60°。受區(qū)域構(gòu)造影響，礦區(qū)內(nèi)地層明顯被擠壓，形成底陡頂緩弧形傾向面趨勢，較大斷層產(chǎn)狀一般與地層產(chǎn)狀基本一致或小角度相交。斷裂總體傾向北東，傾角40°～75°之間，斷裂通過處巖石較為破碎，局部褐鐵礦化、黃鉀鐵釩化、硫化等蝕變較為強烈。褶皺構(gòu)造在區(qū)內(nèi)表現(xiàn)不明顯。

礦區(qū)中-酸性脈巖普遍發(fā)育，規(guī)模較小，一般寬0.5～2m，長20～100m之間,順層產(chǎn)出。發(fā)現(xiàn)最大一條花崗巖體位于礦區(qū)南東部，寬600m，長約1300m，巖性主要為黑云母斜長花崗巖，地表未見明顯的礦化蝕變現(xiàn)象。

2.2 礦體地質(zhì)

目前，河可蘭爾礦區(qū)發(fā)現(xiàn)有四條磁鐵礦化帶，編號分別為Fe1、Fe2、Fe3和Fe4，共圈出了14條磁鐵礦體。所有礦體均以單斜產(chǎn)出，傾向北東，傾角40°～65°，層狀、似層狀與圍巖整合接觸，具有明顯的沉積層控特征。其中Fe1、Fe2和Fe4號礦帶分別受控于第一巖性段（∈1b1）、第二巖性段（∈1b2）和第七巖性段（∈1b7），為礦區(qū)次要礦帶，主要礦石類型包括角閃石型磁鐵礦石和石英型磁鐵礦，此處不做贅述。而Fe3礦帶為礦區(qū)最重要的礦帶，以發(fā)育硬石膏型磁鐵礦為特征而明顯區(qū)別于其他礦帶，具有北窄南寬的特征。賦存的礦石類型包括硬石膏型磁鐵礦石、角閃石型磁鐵礦石、大理巖型磁鐵礦石和石英型磁鐵礦石。Fe3礦帶進一步圈出了11條礦體，其中以Fe3-5礦體規(guī)模最大，呈長條帶狀展布，位于Fe3號礦帶中部，受控于第四巖性段（∈1b4）（圖2）。礦體與圍巖整合接觸，地表出露長約1650m，經(jīng)探槽控制礦體視厚1.30～6.30m，根據(jù)樣品分析結(jié)果，TFe為31.20%，MFe位28.96%。由鉆孔顯示礦體往深部存在變厚、變貧的趨勢。

圖2 西昆侖河可蘭爾鐵礦15線Fe3-5號礦體地質(zhì)剖面圖

礦區(qū)礦石類型較為簡單，按照脈石礦物類型來看包括有硬石膏型、角閃石型、石英型和白云石型磁鐵礦石。其中以硬石膏型磁鐵礦石最為發(fā)育，也最具特色，與區(qū)域內(nèi)早寒武世老并-葉里克硬石膏鐵礦以及喀來子磁鐵重晶石礦床相類似。礦石為半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)，浸染狀構(gòu)造。礦石礦物為磁鐵礦，含量為10%～20%，脈石礦物以硬石膏為主，含一定黑云母和角閃石。白云石型磁鐵礦石在Fe3號礦帶普遍發(fā)育，但礦石品位低，多為磁鐵礦化，磁鐵礦呈浸染狀賦存于白云石大理巖中。礦石呈他形粒狀結(jié)構(gòu)，礦石礦物磁鐵礦含量為10%～15%，脈石礦物主要為白云石和石英。角閃石型磁鐵礦石發(fā)育較少，圍巖多為黑云石英片巖和二云石英片巖，磁鐵礦呈浸染狀或條帶狀分布，含量15%～25%，脈石礦物以角閃石為主，少量黑云母和綠泥石等礦物。

河可蘭爾礦區(qū)礦石礦物以磁鐵礦為主，另有少量赤鐵礦、黃鐵礦和黃銅礦，脈石礦物主要為石英、角閃石、白云石和硬石膏，其次有黑云母、白云母、石榴石等。偶見有綠泥石及碳酸鹽礦物等蝕變礦物。礦石結(jié)構(gòu)多為半自形-他形，構(gòu)造以浸染狀和條帶狀為主，少量呈塊狀構(gòu)造。

3 礦床成因淺析

河可蘭爾鐵礦賦存于原布倫闊勒巖群含鐵巖段中，從上述的礦床地質(zhì)特征來看，河可蘭爾鐵礦并未發(fā)現(xiàn)典型的條帶狀鐵建造，而是以發(fā)育硬石膏磁鐵礦組合為特征，區(qū)域上應(yīng)屬于老并-葉里克硬石膏鐵礦和喀來子磁鐵重晶石礦床向南西的延伸。因此，河可蘭爾鐵礦成因并非是前寒武紀(jì)沉積變質(zhì)型鐵礦（BIF），而應(yīng)該是與老并和喀來子礦床一致的早寒武世海相火山沉積型鐵礦床。根據(jù)前人研究，老并和喀來子礦床形成于受局限的斷陷盆地環(huán)境（張連昌等，2016），而塔阿西雙峰式火山巖的發(fā)現(xiàn)也表明塔什庫爾干地區(qū)在早寒武世時期應(yīng)處于拉張的構(gòu)造環(huán)境下（高曉峰等，2013）。

從礦區(qū)礦石特征來看，河可蘭爾角閃石型磁鐵礦石多發(fā)育在黑云石英片巖中的角閃巖夾層中，表明磁鐵礦的形成與角閃巖所代表的基性火山巖密切相關(guān)。此外，硬石膏型磁鐵礦石或磁鐵礦化硬石膏巖中常見有粗粒半自形角閃石礦物顆粒，且角閃石與磁鐵礦密切共生，也說明在早寒武世硬石膏沉積形成的過程中伴隨有強烈的基性火山噴發(fā)，鐵質(zhì)則來源于這次火山活動。河可蘭爾礦區(qū)硬石膏層是老并-喀來子硬石膏層向西南的延伸，是同期同成因的沉積產(chǎn)物。從前人對喀來子和老并硬石膏的硫同位素分析來看，區(qū)域硬石膏磁鐵礦石中的硬石膏δ34S為35.8‰～41.3‰（燕長海等，2011b；鄭夢天等，2016），硫同位素較為集中，略高于早寒武世海水δ34S值（33±3‰，Claypooletal.,1980;KampschulteandStrauss,2004），說明區(qū)域硬石膏直接由海水硫酸鹽與鈣結(jié)合沉淀形成，且沉淀過程中經(jīng)歷硫酸鹽還原作用。

上述表明同生斷裂、硬石膏的沉淀、基性火山活動以及鐵礦化之間具有一定的耦合關(guān)系。硬石膏的沉淀作用在早寒武世拉張斷陷盆地中廣泛發(fā)生。而盆地內(nèi)的同生斷裂構(gòu)造在導(dǎo)致盆地內(nèi)基性火山巖噴發(fā)的同時，也作為盆地內(nèi)深部地殼熱液、鐵質(zhì)等向盆地內(nèi)運移堆積的通道，是區(qū)域硬石膏鐵礦形成的關(guān)鍵。因此，河可蘭爾鐵礦的成因可總結(jié)如下：早寒武世斷裂盆地內(nèi)，海水具有高的SO42-濃度，海底基性火山熱液沿同生斷裂運移，萃取圍巖大理巖中的鈣，與海水硫酸鹽形成硬石膏。海底基性火山活動提供的大量鐵質(zhì)流體在海水中聚集，在一定的Eh和pH值條件下沉淀，形成現(xiàn)在的硫酸鹽-磁鐵礦組合。

4 結(jié)語

⑴塔什庫爾干陸塊處于西昆侖及喀喇昆侖兩大構(gòu)造單元的結(jié)合部位，區(qū)域大地構(gòu)造活動復(fù)雜，致使對布倫闊勒群時代、組成范圍以及賦存其中的鐵礦成因認(rèn)識上有很大爭議。綜合近年來的研究工作，基本上認(rèn)為布倫闊勒巖群應(yīng)該不光發(fā)育古元古界地層，還包含早寒武世火山-沉積地層；

⑵河可蘭爾鐵礦礦石類型以浸染狀-條帶狀硬石膏磁鐵礦為主，角閃石型、白云石和石英型次之，礦體圍巖則以云母石英片巖為主，夾少量黑云角閃巖。從地質(zhì)特征上來看，是屬于區(qū)域老并-葉里克硬石膏鐵礦和喀來子磁鐵重晶石礦床南西方向的延伸。因此，河可蘭爾鐵礦成因為賦存于早寒武世火山-沉積地層中的海相火山沉積（變質(zhì)）型鐵礦。

⑶河可蘭爾鐵礦形成于拉張斷陷盆地環(huán)境中，同生斷裂為區(qū)域基性火山活動、鐵質(zhì)運移和聚集提供通道，為鐵礦形成提供有力條件，而硬石膏礦物則由熱液淋濾出的鈣與海水硫酸鹽直接沉積形成。

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