新疆哈密黃園山沉積變質(zhì)型鐵磷礦巖石地球化學(xué)特征及其原巖恢復(fù)*

劉星旺 郗國慶 劉 超 王朝金 張 旭 于 汪

(1.中化礦山地質(zhì)總局地質(zhì)研究院；2.長春黃金研究院有限公司)

新疆哈密黃園山地區(qū)地處環(huán)塔里木成礦帶北緣，該區(qū)是新疆境內(nèi)地質(zhì)工作程度相對較高的地區(qū)。前人在該成礦帶發(fā)現(xiàn)的金屬及非金屬礦種繁多[1-2]，與沉積有關(guān)的層控型鐵礦床是該區(qū)重要的成礦類型。本研究通過對黃園山沉積變質(zhì)型鐵磷礦化點進(jìn)行地質(zhì)特征、巖石學(xué)特征研究和詳細(xì)的巖石地球化學(xué)分析，為該區(qū)后續(xù)地質(zhì)勘探工作提供可靠依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

哈密黃園山地區(qū)(研究區(qū))位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣，屬哈薩克斯坦—準(zhǔn)噶爾板塊內(nèi)的巴侖臺—星星峽離散地體(圖1中“Ⅱ3”)，靠近準(zhǔn)噶爾板塊和塔里木板塊交接的那提拉—紅柳河縫合帶(圖1)[3-4]。區(qū)內(nèi)構(gòu)造運動、變質(zhì)作用、巖漿活動較為復(fù)雜，在這幾種地質(zhì)因素的共同作用下，形成了不同礦種、不同類型的金屬、非金屬礦產(chǎn)。研究區(qū)所在區(qū)域出露的地層有古元古界、中元古界長城系星星峽群、中元古界薊縣系卡瓦布拉克群、新元古界青白口系、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、新近系、古近系、第四系。區(qū)域上侵入巖分布廣泛，分布區(qū)域比較集中，拜城黑英山一帶主要分布有堿性花崗巖、霞石正長巖等，時代為志留紀(jì)；庫魯克塔格則以輝石巖、輝長巖等基性—超基性巖為主；覺羅塔格以蛇紋石化橄欖巖為主的超基性巖帶斷續(xù)分布數(shù)十千米，呈巖基和巖株狀產(chǎn)出，時代為泥盆紀(jì)(圖2)。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造特征

圖2 研究區(qū)地層分布特征

研究區(qū)主要出露的地層為元古界長城系星星峽群、薊縣系卡瓦布拉克群(圖2)。其中，星星峽群為一套角閃巖相—高角閃巖相變質(zhì)地層地質(zhì)體，巖性主要是以各種片麻巖為主體，夾變粒巖和少量大理巖、斜長角閃巖等?？ㄍ卟祭私M分為2個巖性亞組，上亞組巖性為深灰色角閃斜長片巖、絹云斜長片麻巖、角閃片巖，下亞組巖性為大理巖、石英片巖等。研究區(qū)構(gòu)造以斷裂為主，中部有1條NWW向深大斷裂(F1)，貫穿整個研究區(qū)，為主要控礦構(gòu)造。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為花崗巖、花崗閃長巖、角閃石巖、石英閃長巖、輝石巖等，一般呈巖墻、小巖株狀產(chǎn)出。

2 巖石學(xué)及巖石地球化學(xué)特征

2.1 巖石學(xué)特征

研究區(qū)沉積變質(zhì)型鐵磷礦賦存于長城系星星峽群黑云角閃巖中，巖石呈灰色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，片理局部較發(fā)育。巖石礦物成分為：角閃石，含量為70%～75%；石英含量相對較高，可見到硅化，石英脈發(fā)育，含量約8%；斜長石含量為5%～8%；少量黃鐵礦，半自形粒狀結(jié)構(gòu)，粒徑約1%；方解石脈發(fā)育，局部形成網(wǎng)脈狀，沿裂隙充填，含量約2%；另有少量的黑云母及綠泥石等。礦體圍巖主要為黑云角閃片巖。礦體與圍巖的界線不明顯，多數(shù)為過渡關(guān)系。巖石一般比較完整，局部破碎。

黑云角閃巖巖石呈灰色，柱狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖3(a))。巖石礦物成分為：角閃石含量約75%；黑云母呈片狀分布，粒徑為0.5～1.0 mm，含量為10%；斜長石呈不規(guī)則狀，聚片雙晶隱約可見，常見被石英交代，含量為5%；石英呈他形粒狀，分布于角閃石和其他礦物粒間空隙中，含量為5%；其余為磁鐵礦磷灰石等。

圖3 長城系星星峽群巖礦石鏡下(正交偏光)礦物特征

二長變粒巖巖石呈深灰色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖3(b))。巖石礦物成分主要由鉀長石、斜長石、石英組成，含少量黑云母。鉀長石呈板狀、粒狀，表面泥化，粒徑為0.6～1.5 mm，含量為60%。斜長石呈板狀、柱狀、粒狀，聚片雙晶發(fā)育，粒徑為0.6～2 mm，含量為30%。石英呈他形粒狀，分布于長石粒間，形成粒狀變晶結(jié)構(gòu)。黑云母呈褐色，多色性和吸收性顯著，呈鱗片狀，粒徑為0.5～1 mm，星散分布。巖石受應(yīng)力作用局部產(chǎn)生碎?；?。

礦石礦物主要為磁鐵礦、磷灰石。在礦石中磁鐵礦和磷灰石呈團(tuán)塊狀、不規(guī)則集合體等緊密共生。脈石礦物主要有透輝石、角閃石、綠簾石、斜長石、綠泥石等。磷灰石呈灰白色，一般為自形、半自形，呈柱狀及粒狀產(chǎn)出，少量呈長柱狀或針狀分布，粒徑一般為0.1～0.5 mm，部分呈集合體賦存于黑云角閃巖中(圖4)。磁鐵礦呈深灰色、黑色，具有強磁性，以他形晶為主，半自形晶次之，粒徑一般為0.1～0.3 mm。輝石呈淡綠色，多色性不明顯，呈短柱狀、粒狀，與磁鐵礦共生。2種巖石的接觸界線清楚，呈黑灰色相間分布。

2.2 巖石地球化學(xué)特征

由研究區(qū)賦礦巖石的主量元素分析結(jié)果可知：賦礦的黑云角閃巖樣品中w(SiO2)為49.27%～53.91%，w(Al2O3)為13.37%～16.04%，w(MgO)

圖4 鐵磷礦鏡下(單偏光)特征

為1.76%～3.25%，w(CaO)為3.88%～6.61%，w(K2O+Na2O)為6.02%～7.47%，w(K2O)/w(Na2O)值變化較大，為0.35～1.27；區(qū)內(nèi)斜長角閃片巖樣品中w(SiO2)為53.15%～58.34%，w(Al2O3)為15.02%～15.27%，w(MgO)為3.38%～3.72%，w(CaO)為5.22%～7.28%，w(K2O+Na2O)為5.85%～5.98%，w(K2O)

由研究區(qū)賦礦巖石的稀土元素含量分析結(jié)果可知：黑云角閃巖稀土元素總量w(∑REE)為(320.43～436.57)×10-6，輕稀土含量較高，w(LREE)為(269.28～376.54)×10-6，輕稀土元素相對富集，重稀土元素相對虧損且分異不明顯(w(LREE)/w(HREE)為4.92～6.27，LaN/YbN為4.06～5.13)，具有弱的Eu負(fù)異常(δEu為0.65～0.72)。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖上表現(xiàn)為右傾趨勢。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中，大離子親石元素K、Rb、Th富集，Ba虧損；高場強元素P、Ce虧損，Zr富集(圖5)。斜長角閃片巖稀土元素總量較低，w(∑REE)為(134.33～148.61)×10-6，輕稀土相對富集，重稀土相對虧損且分異不明顯(w(LREE)/w(HREE)為4.5～6.27，LaN/YbN為3.4～5.56)，具有弱的Eu負(fù)異常(δEu為0.72～0.88)。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖上表現(xiàn)為右傾趨勢。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中，大離子親石元素K、Rb、Th富集，Ba虧損；高場強元素P、Ce虧損，Zr富集(圖6)。

3 原巖恢復(fù)

本研究通過參考前人成果、區(qū)域地質(zhì)背景及研究區(qū)變質(zhì)巖化學(xué)成分來確定原巖類型。前人對星星峽群變質(zhì)巖及區(qū)域內(nèi)其他變質(zhì)地層進(jìn)行了大量的原巖恢復(fù)工作，但取得的認(rèn)識并不統(tǒng)一。其中，胡靄琴等[5]認(rèn)為星星峽群副片麻巖的原巖主要為雜砂巖和火山碎屑巖；郭琳[6]認(rèn)為，星星峽群變質(zhì)巖分為粗碎屑巖以及火山碎屑巖建造和碎屑巖夾碳酸鹽巖建造；卞翔等[7]認(rèn)為星星峽群變質(zhì)巖原巖為一套中—基性火山巖，含少量沉積型鐵泥質(zhì)巖。在新疆地區(qū)大地構(gòu)造演化中，中—晚元古代期間，研究區(qū)內(nèi)的星星峽離散地塊總體處于地殼演化的早期階段[6,8-9]，早期構(gòu)造不穩(wěn)定的盆地沉積和火山噴發(fā)事件必然會對星星峽巖群建造留下深刻影響，比如代表不穩(wěn)定沉積環(huán)境的雜砂巖與代表火山活動的火山碎屑巖等。根據(jù)本研究原巖恢復(fù)結(jié)果，結(jié)合塔里木地塊構(gòu)造演化背景進(jìn)行分析，認(rèn)為該群黑云角閃巖的原巖為雜砂巖及火山碎屑巖，可能有部分泥灰?guī)r。

圖5 黑云角閃巖和斜長角閃巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解

圖6 黑云角閃巖和斜長角閃巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解

4 成礦條件

(1)成礦控制條件?？ㄍ卟祭松畲髷嗔咽侵刑焐浇Y(jié)晶帶內(nèi)部的1條斷裂，近EW走向，從呂梁構(gòu)造旋回形成以來，長期處于活動狀態(tài)，控制了斷裂兩側(cè)地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)展和區(qū)域成礦作用。

(2)礦產(chǎn)空間分布特征。從礦產(chǎn)空間分布特征看，研究區(qū)有1個變質(zhì)型鐵磷礦點，含磷礦層沿NW向呈狹長帶狀展布，總體位于卡瓦布拉克斷裂北側(cè)，延長達(dá)20 km。黑云角閃巖的磁異常值一般為4 000 nT，最大值為6 000 nT，磁異常的分布與變質(zhì)型鐵磷礦密切相關(guān)。

(3)成礦時間演化特征。沉積變質(zhì)型鐵磷礦主要賦存于長城系星星峽群黑云角閃巖中，成礦時代為中元古代。研究區(qū)處于塔里木變質(zhì)區(qū)的卡瓦布拉克地塊變質(zhì)分區(qū)?？ㄍ卟祭俗冑|(zhì)分區(qū)由前震旦紀(jì)結(jié)晶基底中的中深區(qū)域變質(zhì)帶組成，其中晚元古代以前的地層變質(zhì)較深，局部達(dá)到角閃巖相—麻粒巖相，經(jīng)后期變質(zhì)作用疊加，導(dǎo)致中—上元古代退變?yōu)楦呔G片巖相—低綠片巖相，其顯生宙地層除個別地段疊加區(qū)域動力變質(zhì)作用和熱液接觸變質(zhì)作用外，基本未發(fā)生變質(zhì)。由于區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用強，受多期構(gòu)造疊加作用的影響，導(dǎo)致古生代某些地層和侵入巖具有角閃巖相—低角閃巖相及低綠片巖相的變質(zhì)特征。

綜上所述，黃園山地區(qū)具有良好的沉積變質(zhì)型鐵磷礦的成礦條件，成礦時代為中元古代，受到卡瓦布拉克深大斷裂的影響，賦礦圍巖主要為長城系星星峽群黑云角閃巖，含礦規(guī)模較小，具有較高的磁異常。容礦巖石原巖主要為雜砂巖及火山碎屑巖，礦石組合主要為磁鐵礦、磷灰石等，脈石礦物主要有透輝石、角閃石、綠簾石、斜長石、綠泥石等。礦石結(jié)構(gòu)主要為粒狀變晶結(jié)構(gòu)，構(gòu)造為片狀構(gòu)造。通過分析研究區(qū)航磁異常剖面與地質(zhì)剖面(圖7)可知：研究區(qū)礦化與磁異常高值關(guān)系密切，航磁高值異常為最直接的找礦標(biāo)志。

圖7 黃園山礦點航磁異常剖面及地質(zhì)剖面

5 結(jié) 論

(1)黃園山沉積變質(zhì)型鐵磷礦化主要受NWW向斷裂控制，同時與航磁高值異常關(guān)系密切，航磁高值異常為最直接的找礦標(biāo)志。

(2)黃園山地區(qū)不同含礦巖石的稀土配分型式基本一致，呈弱“V”型平滑曲線，均顯示Eu和Gd嚴(yán)重虧損。

(3)黃園山沉積變質(zhì)型鐵磷礦點的主要礦石礦物為磁鐵礦和磷灰石，兩者呈團(tuán)塊狀緊密共生，脈石礦物主要有透輝石、角閃石、綠簾石、斜長石、綠泥石等。

(4)黃園山地區(qū)內(nèi)的賦礦巖石主要為長城系星星峽群黑云角閃巖，其原巖為雜砂巖及火山碎屑巖，可能有部分泥灰?guī)r，含礦建造原巖受后期巖漿熱液作用的影響較大。