東天山帕爾崗鐵礦地球化學(xué)特征及成因分析

馮友全

(新疆八鋼礦業(yè)資源有限公司)

前言

東天山位于新疆東部，西起小熱泉子，東至甘新交界，面積約6萬km2，是中國(guó)重要的銅、鎳、金、鐵、鉛鋅等大型礦床集中區(qū)，是我國(guó)最有潛力的鐵礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)之一。東天山成型的鐵礦床主要分布于阿齊山-雅滿蘇-沙泉子(裂陷槽)Fe-Mn-Co-V-Ti-Au-Cu-石膏-煤-硫鐵礦礦帶、艾爾賓山(殘余海盆)Fe-Mn-Cu-Au-W-Sn-Pb-Zn-U-菱鎂礦-石墨-硅灰石-紅柱石-石棉-滑石-蛇紋巖-硫鐵礦-鹽類礦帶兩個(gè)成礦帶內(nèi)。帶內(nèi)規(guī)模較大的礦床有尖山鐵礦、梧桐溝鐵礦、M135鐵礦、臥龍崗鐵礦、帕爾崗鐵礦。其中，帕爾崗鐵礦為帶內(nèi)規(guī)模最大的鐵礦床，已達(dá)大型鐵礦床規(guī)模。通過對(duì)帕爾崗鐵礦展開了勘查工作，收集和整理了大量的野外成果資料，展開地質(zhì)及巖石化學(xué)特征研究工作，重點(diǎn)是對(duì)礦體、圍巖的主量元素、微量元素及稀土元素特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為進(jìn)一步研究東天山鐵礦床乃至整個(gè)天山鐵礦的成礦機(jī)制和成礦規(guī)律提供新依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

帕爾崗鐵礦床位于東天山南部，庫米什殘余盆地，處于卡瓦布拉克大斷裂與辛格爾大斷裂之間。屬于艾爾賓山(殘余海盆)，卡瓦布拉克大斷裂與辛格爾大斷裂之間(圖1)。據(jù)區(qū)調(diào)成果，區(qū)域上出露地層主要有志留系中、下統(tǒng)叉口組，志留系上統(tǒng)阿爾彼什麥組，泥盆系中統(tǒng)薩阿爾明組，泥盆系上統(tǒng)哈孜爾布拉克組，泥盆系上統(tǒng)褐嶺組等。

志留系中、下統(tǒng)叉口組進(jìn)一步劃分為兩個(gè)巖性段：第一巖性段為一套淺變質(zhì)灰綠色、灰色碎屑巖夾碳酸鹽巖組合，發(fā)育平行層理、水平層理。粒度分布累積曲線特征和Cox.R(1998)典型環(huán)境砂巖粒度曲線相比，與前濱沖刷帶相近；第二巖性段為一套鎂質(zhì)碳酸鹽組合，水平層理，為淺海相碳酸鹽巖臺(tái)地沉積。侵入巖主要受斷裂構(gòu)造嚴(yán)格控制，屬被動(dòng)就位機(jī)制，多呈巖株?duì)詈蛶r枝狀分布，巖性主要為石英閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)花崗巖，另有輝綠巖、輝綠玢巖、閃長(zhǎng)玢巖、花崗閃長(zhǎng)巖等巖脈。

2 礦床地球化學(xué)特征

2.1 主量元素地球化學(xué)特征

本次收集帕爾崗鐵礦石及其圍巖的5件樣品主量元素、微量元素、稀土元素分析成果資料，原巖均為沉積巖，5件樣品中有4件樣品投入巖屑砂巖中，僅一件樣品投入雜砂巖中。鐵礦體為礦石外，本次其他1件圍巖樣品進(jìn)行了含礦性分析，確定此1件樣品均具有一定的含礦性。迪金森三角圖解法，根據(jù)5件樣品中石英+燧石、長(zhǎng)石、不穩(wěn)定巖屑的含量進(jìn)行投圖分析，確定砂巖均來源于石英質(zhì)再旋回造山帶源區(qū)。

2.2 微量元素地球化學(xué)特征

5件樣品La含量18.9×10-6～40.2×10-6，平均含量25.56×10-6；Th含量5×10-6～227.9×10-6，平均含量52×10-6；Sc含量2×10-6～5.8×10-6，平均含量3.48×10-6。根據(jù)La-Th-Sc微量元素構(gòu)造環(huán)境判別，環(huán)境均處于大陸邊緣環(huán)境中。與典型構(gòu)造環(huán)境的砂巖比較，除TiO2、Fe2O3、MnO、CaO的含量較典型構(gòu)造環(huán)境低，Na2O 的含量變化范圍較大，其它巖石化學(xué)成分介于被動(dòng)陸緣與活動(dòng)陸緣之間，總體來講構(gòu)造背景與活動(dòng)陸緣較接近。

Sr/Ba比值可作為古鹽度判別的靈敏標(biāo)志，是依據(jù)溶液中Sr的遷移能力及其硫酸鹽化和物的溶度遠(yuǎn)大于Ba的地球化學(xué)性質(zhì)。淡水沉積物中Sr/Ba值小于1(1～0.6為半咸水相，小于0.6為微咸水相)，而鹽湖(海相)沉積物中Sr/Ba值大于1。本次微量元素測(cè)試結(jié)果顯示Sr/Ba為0.1～0.6，為微咸水相～半咸水相的淡水環(huán)境中，其中鐵礦石Sr/Ba為0.6，其余為0.1～0.3，顯示鐵礦成礦期水體鹽度增加較大。與地殼砂巖平均值相比，具高Co、Ni、Cr、V、Ba、Sr、Li、B，低Th、Rb、Zr的特點(diǎn)，表明為河流入海口沉積。

研究認(rèn)為[1]，V、Ni同屬鐵族元素，其離子價(jià)態(tài)易隨氧化度變化，V、Ni主要被膠體質(zhì)點(diǎn)或粘土等吸附沉淀，但V易于在氧化環(huán)境下被吸附富集，Ni則在還原環(huán)境下更易于富集，因此元素V/(V+Ni)比值可反映沉積水體的氧化還原環(huán)境。高比值(>0.84)反映水體分層及底層水體中出現(xiàn)H2S的厭氧環(huán)境；中等比值(0.6～0.82)為水體分層不強(qiáng)的厭氧環(huán)境；低比值時(shí)(0.46～0.60)為水體分層弱的貧氧環(huán)境。本次微量元素測(cè)試結(jié)果顯示V/(V+Ni)為0.63～0.86，顯示沉積環(huán)境為水體分層不強(qiáng)的厭氧環(huán)境～水體分層及底層水體中出現(xiàn)H2S的厭氧環(huán)境中。

2.3 稀土元素地球化學(xué)特征

稀土元素含量總體較高，5件樣品稀土總量介于75.71×10-6～197.18×10-6,平均152.83×10-6,稀土總量變化較大。LREE/HREE介于7.84～30.41，平均值17.30，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，LaN/YbN介于0.98～2.32，平均值1.73，表明輕、重稀土具有一定分餾作用。δEu值介于0.81×10-6～1.59×10-6,平均值1.12×10-6, δEu為正異常。δCe介于1.19×10-6～2.61×10-6,平均值1.80×10-6, δCe為正異常。在碎屑巖La/Yb-∑REE圖解中，5件樣品有4件樣品投入沉積巖中，1件樣品投入沉積巖與堿性玄武巖混合源區(qū)，投入沉積巖與堿性玄武巖混合源區(qū)的樣品為鐵礦石，說明帕爾崗鐵礦圍巖來自于沉積巖母巖風(fēng)化成巖產(chǎn)物，鐵礦石來自于沉積巖與堿性玄武巖混合源區(qū)。

3 礦床成因分析

3.1 區(qū)域構(gòu)造演化特征

奧陶紀(jì)-志留紀(jì)在此階段由于受南北向擠壓作用，庫米什洋向北俯沖、卡拉麥里洋向南俯沖，中天山構(gòu)造帶表現(xiàn)為巖漿弧特征，南天山構(gòu)造帶表現(xiàn)為弧后盆地性質(zhì)，在水平擠壓強(qiáng)烈地區(qū)，形成弧后擴(kuò)張現(xiàn)象，區(qū)外見有蛇綠巖產(chǎn)出，區(qū)內(nèi)南天山弧后盆地帶上形成大規(guī)模海侵，沉積了下—中志留統(tǒng)叉口組地層，形成了帕爾崗鐵礦含礦層，物源來自于中天山巖漿弧帶和庫魯克塔格隆起帶。

3.2 控礦構(gòu)造分析

含礦巖性以含鐵硅質(zhì)巖為主，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，頂板為灰白色含黃鐵礦變粉砂巖夾變細(xì)砂巖，礦層底板為深綠色綠泥石板巖，礦體產(chǎn)狀與地層一致，嚴(yán)格受地層控制。

3.3 變質(zhì)作用

鐵礦石以粒狀變晶結(jié)構(gòu)，條帶狀構(gòu)造為主。經(jīng)巖礦鑒定成果：磁鐵礦在礦石中受變質(zhì)重結(jié)晶作用呈自形、半自形及它形粒狀變晶結(jié)構(gòu)，還有的是后期多次重結(jié)晶，按其粒徑大小分為中粒、細(xì)粒狀兩種，在礦石中普遍以細(xì)粒為主；條帶由黑灰相間的鐵質(zhì)條帶及硅質(zhì)條帶組成，黑色條帶主要由鐵礦物及少量的綠泥石、碳酸鹽及石英等組成，局部受構(gòu)造作用及熱液活動(dòng)鐵質(zhì)有遷移富集呈鐵條帶，貧化部位形成了富硅質(zhì)條帶。

3.4 成礦時(shí)代

根據(jù)成果報(bào)告[2]，采集的安山巖礫石鋯石單顆粒Pb-Pb年齡為443±33Ma，相當(dāng)于早志留世；被晚志留世片麻狀花崗巖侵入，與上覆上志留統(tǒng)阿爾彼什麥布拉克組整合接觸，故其時(shí)代應(yīng)為早-中志留世。

3.5 成礦環(huán)境

根據(jù)微量元素確定帕爾崗鐵礦大地構(gòu)造環(huán)境認(rèn)為表現(xiàn)為弧后盆地性質(zhì)。河流入?？诔练e的微咸水相～半咸水相的淡水環(huán)境中。水體為分層不強(qiáng)的厭氧環(huán)境～水體分層及底層水體中出現(xiàn)H2S的厭氧環(huán)境中。

3.6 成礦物質(zhì)來源

根據(jù)主量元素確定鐵礦來源于石英質(zhì)再旋回造山帶源區(qū)，根據(jù)稀土元素確定鐵礦物資來自于沉積巖與堿性玄武巖混合源區(qū)。根據(jù)成礦水來源分析，4件樣品投入到熱水區(qū)。

綜合分析，確定成礦物質(zhì)來源于造山帶源區(qū)。

3.7 礦床成因

林師整[3]通過對(duì)3000多個(gè)磁鐵礦化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的第五章礦床地球化學(xué)特征原理，制作了TiO2-Al2O3-(MgO+MnO)磁鐵礦成因三角圖解，能夠更為準(zhǔn)確的將侵入巖中副礦物型及巖漿型、火山巖型、接觸交代型、砂卡巖型和沉積-變質(zhì)型鐵礦床中形成的磁鐵礦區(qū)分開來。

在帕爾崗鐵礦TiO2-Al2O3-(MgO+MnO)圖解中，帕爾崗鐵礦鐵礦樣品中全部落在了沉積-變質(zhì)型區(qū)。這就說明帕爾崗鐵礦是具有沉積-變質(zhì)型成礦特點(diǎn)。

綜上所述，帕爾崗鐵礦屬沉積-變質(zhì)型鐵礦床。

4 結(jié)論

(1)區(qū)內(nèi)礦體賦存于志留系中-下統(tǒng)叉口組第一巖性段為一套淺變質(zhì)灰綠色、灰色碎屑巖夾碳酸鹽巖組合，發(fā)育平行層理、水平層理。礦體頂板為灰白色-灰色含黃鐵礦化變粉砂巖夾薄層狀變細(xì)砂巖，中部為紅褐色，黑色赤鐵-磁鐵礦體，底板為綠泥石板巖，礦體受地層嚴(yán)格控制。

(2)區(qū)內(nèi)共圈定大小礦體21條，主要礦體為Z-L3礦體，地表呈一弧形層狀展布，長(zhǎng)度約1300米，礦體平均厚度為22.00米，TFe平均品位31.56%；礦石結(jié)構(gòu)主要為粒狀變晶結(jié)構(gòu)及交代結(jié)構(gòu)兩種，礦石構(gòu)造主要為條帶狀、塊狀構(gòu)造兩種。

(3)礦床地球化學(xué)特征顯示，原巖以巖屑砂巖為主，均具有一定的含礦性，來源于石英質(zhì)再旋回造山帶源區(qū)；構(gòu)造背景與活動(dòng)大陸邊緣接近，具有弧后盆地性質(zhì)，河流入海口沉積的微咸水相～半咸水相的淡水環(huán)境中；水體為分層不強(qiáng)的厭氧環(huán)境～水體分層及底層水體中出現(xiàn)H2S的厭氧環(huán)境中；稀土總量較大，輕稀土富集，重稀土虧損特征，輕、重稀土具有一定分餾作用，δEu為正異常，δCe為正異常；鐵礦石來自于沉積巖與堿性玄武巖混合源區(qū)。

(4)通過礦床地質(zhì)和地球化學(xué)特征等研究，初步認(rèn)為帕爾崗鐵礦屬沉積-變質(zhì)型鐵礦床。