新疆尼勒克縣尼新塔格鐵礦地質特征及成因

李新光　程雅軍　張　波　王曉薇　姚新桃

(新疆地質礦產勘查開發局第九地質大隊)

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新疆尼勒克縣尼新塔格鐵礦地質特征及成因

李新光程雅軍張波王曉薇姚新桃

(新疆地質礦產勘查開發局第九地質大隊)

摘要新疆尼勒克縣尼新塔格鐵礦位于阿吾拉勒鐵、銅、金、鉛、鋅成礦帶中部，通過分析該礦區成礦大地構造背景、地層、巖性、構造、巖漿巖、礦體、蝕變帶特征，并結合礦區巖石學、地球化學、同位素及包裹體等研究成果，分析了該鐵礦的成礦環境和控礦因素，探討了成礦地質特征和礦床成因，結果表明：①礦床形成于陸緣火山弧中的海相火山活動中，礦體與幔源的玄武質巖漿分異演化密切相關，層控性強；②火山成巖和成礦巖漿具有同源性、同位疊加特征，次火山作用(隱爆作用)較強，礦體圍巖蝕變發育，屬海相火山噴流沉積型和次火山氣液交代型的復合成因；③成礦流體具有巖漿水與熱鹵水(加熱的海水)混合的特點，全巖礦化、礦石礦物粒度微細，具有多階段成礦的規律。上述研究成果對于區內找礦勘探工作有一定的參考價值。

關鍵詞成礦環境控礦因素地質特征礦床成因成礦規律

伊犁盆地位于北天山中部, 阿吾拉勒山巖漿-火山活動劇烈，古火山機構發育，2005年以來先后發現了松湖、智博、阿克薩依—尼新塔格、敦德、科克薩依等中大型鐵礦，新增鐵礦石資源量超過10億t，構成新疆重要的鐵礦礦集區。國內地質工作者從不同角度對該區域的鐵礦成因進行了相關研究，探討了火山成礦作用在該區域鐵礦成礦過程中的重要性，建立了火山噴發沉積-噴溢、熱液交代的成礦模式，但不同礦床的成因類型仍存在差異。本研究通過深入分析尼新塔格鐵礦床成因，發現該礦床的礦石特征和成礦作用有別于周邊區域鐵礦床，磁鐵礦嵌布粒度細，火山隱爆作用居主導地位，因此，確定其成因類型對于類似鐵礦的找礦勘查工作有重要的指導意義。

1成礦地質背景

阿吾拉勒山位于歐亞板塊中部，是在早元古代變質基底上經歷大規模板塊運動導致地殼擠壓、拉張、疊覆以及伸展現象而形成的復雜造山帶[1]。尼新塔格鐵礦位于尼勒克縣東南的依生布谷溝上游(距松湖鐵礦東南20 km)。礦區斷裂構造發育、巖漿巖廣布，巖石蝕變現象復雜。海西中期的構造-巖漿活動構成了規模宏大的火山-侵入巖帶，殼幔混源的深成巖漿侵入帶來了大量的鐵鎂質成礦物質，海底火山活動產生的火山熱液成礦作用在火山機構通道內外形成了厚大的磁鐵礦化帶和鐵礦體[2]。

2地質特征

2.1礦區地質特征

尼新塔格鐵礦礦區位于伊賽克湖—伊犁板塊內的阿吾拉勒裂谷系中部(圖1)，出露下石炭統大哈拉軍山組(C1d3)、上石炭統伊什基里克組(C2y2)。大哈拉軍山組僅有第三巖性段(全巖Rb-Sr年齡(337±16)Ma)由海相中—基性火山熔巖及同質火山碎屑巖組成，下部以玄武巖、玄武安山巖、安山巖、安山玢巖、少量霏細斑巖為主，上部以安山質火山碎屑巖為主，地表淺部的安山巖、安山玢巖在深部漸變為閃長玢巖、閃長巖、輝長巖，次火山巖建造特征典型。伊什基里克組(全巖Rb-Sr年齡(317±16)Ma)為近海相的酸性火山巖組合，以紫褐色、淺褐色酸性火山角礫巖、英安巖為主，夾角礫凝灰巖、凝灰質砂巖，與下伏的大哈拉軍山組地層呈斷層接觸。

圖1　新疆阿吾拉勒山中段地質概況

礦區總體表現為近EW向展布的單斜巖層與近EW—NW向斷層交錯的構造格局，褶皺構造不明顯。巖層總體傾向S，傾角50°～ 75°，北部較老地層被海西中晚期酸性巖體侵位熔蝕，受推覆構造作用及巖漿侵入的影響發生了偏轉(礦化區域巖層倒轉、傾向N)。礦區斷裂構造發育，以NW、近EW向延伸的斷裂為主(均傾向N，傾角75°～80°)，與區域構造格局走向一致；次有NNW、NE向延伸的次級斷層，對鐵礦體的存在有破壞作用。

礦區巖漿活動頻繁而強烈，巖石類型多樣，以裂隙式的火山—次火山噴發為主，地表淺部爆發相的中—酸性凝灰巖約占70%，深部以次火山巖相為主，多為安山玢巖(閃長玢巖)、霏細斑巖。酸性中深成侵入巖廣泛分布，構成巖基狀復合巖體，中心相為黑云母二長花崗巖(鋯石U-Pb年齡335 Ma)[3]，過渡相為花崗閃長巖、正長斑巖，邊緣相為斜長花崗巖(鋯石U-Pb年齡323 Ma)[3]、石英閃長巖、輝長巖等。

2.2礦體特征

根據礦區探礦工程圈定成果，鐵礦床長1 200 m，寬600 m，共55個礦體。礦體形態呈條帶狀、透鏡狀或似層狀賦存于大哈拉軍山組第三巖性段內，礦體與圍巖呈漸變過渡(整合)關系，僅礦體邊緣含鐵量逐漸降低、磁性減弱。該鐵礦東延進入阿克薩依鐵礦區，含礦層沿走向、傾向延伸穩定，礦田范圍內控制的鐵礦石資源量達到大型鐵礦規模。礦區淺部(0～-300 m)賦礦巖石以磁鐵礦化角礫凝灰巖為主，次為磁鐵礦化火山角礫巖，形成浸染狀、角礫狀礦石；深部(-300 m以下)賦礦巖石以磁鐵礦化安山巖和磁鐵礦化閃長玢巖為主，形成角礫狀、條帶狀礦石，少量塊狀礦石，礦石常見他形—半自形細粒狀和交代假象結構，角礫狀、浸染狀(斑點狀)、脈狀及團塊狀構造，顯示多期次成礦的特點，圍巖青磐巖化強烈，次有透輝石化、鈉長石化、陽起石化、硅化等蝕變。

礦石中金屬礦物以磁鐵礦為主，含少量黃鐵礦、赤鐵礦、鈦鐵礦，偶見黃銅礦，礦石礦物為磁鐵礦、赤鐵礦,早期磁鐵礦粒度細小(小于0.1 mm)，多呈漿屑狀分布于斑晶或巖屑之間；晚期磁鐵礦粒度較粗(0.2～1.5 mm)，多呈網脈狀、角礫狀充填于角礫狀礦石、條帶狀礦石的脈石礦物之間。脈石礦物主要為斜長石、角閃石、輝石，次有綠泥石、綠簾石、方解石、鈉長石、石英、絹云母。礦相分析確定磁鐵礦含量占全鐵含量的71.25%～71.78%。礦石中有害元素(SiO2、S、P)經選礦處理后均未超標，其余伴生元素含量較低，屬以磁鐵礦為主，含部分赤鐵礦、硅酸鐵的復合礦石，經三段式反浮選試驗可得到合格的鐵精粉[4]。

3地球化學特征

3.1主量元素地球化學特征

礦區巖石硅酸鹽樣品分析結果(表1)顯示：①巖石w(SiO2) 52.86%～71.03%，w(K2O+Na2O) (全堿)3.09%～6.68%，w(K2O)/w(Na2O)值小于1，里特曼指數0.90～1.68，Mg#值32～67；②火山巖具有中—高鋁(w(Al2O3) 12.10%～18.50%)、低鉀(w(K2O)0.71%～2.07%)的特征，屬中—高鋁低鉀低鎂鈣堿性系列，具有島弧高鋁火山巖、派生巖漿的特征(w(Al2O3)大于16.0%、w(MgO)小于8.0%)，且從基性巖到中性巖經歷了一定的鐵鎂質分異作用[5]；③花崗巖具有低鋁(w(Al2O3)13.82%～14.23%)、高鉀(w(K2O)3.15%～4.36%、w(K2O) /w(Na2O) 1.68～1.88)、高A/CNK值(1.54～1.55)、S型(地殼重熔型)花崗巖的特征。

尼新塔格鐵礦礦區巖石化學圖解(圖2～圖5)顯示：①火山巖集中分布于玄武巖和玄武安山巖區域，花崗巖分布于流紋巖和英安巖的分界處，巖石分異不顯著[6]；②礦區所有樣品均屬鈣堿性系列、鉀玄巖系列巖石，包含低鉀、中—高鉀、高鉀巖石類型；③火山巖樣品主要分布于洋中脊玄武巖區(1#、2#、3#樣品)，揭示其直接來源于上地幔，其次(4#、5#樣品)位于島弧拉斑玄武巖區，則為上地幔橄欖巖部分熔融的產物，構成不成熟島弧的主體巖石組合[7]。

表1　尼新塔格鐵礦區巖石化學分析成果

續表

注：Mg#=w(MgO)/w(MgO+FeO)×100； A/CNK=w(Al2O3)/w(Na2O+K2O+ CaO)。

圖2　礦區巖石TAS圖解

圖3　礦區巖石w(SiO2)-w(K2O+Na2O)圖解

圖4　礦區巖石w(SiO2)-w(K2O)圖解

圖5　礦區巖石w(Na2O+K2O)-w(SiO2)圖解

3.2稀土、微量元素地球化學特征

礦區巖石稀土、微量元素分析結果(表2)及標準化型式圖(圖6)表明：①火山巖和花崗巖的稀土總量變化范圍較小((78.98～152.70)×10-6)，w(LREE)/w(HREE) 3.89～7.66，普遍小于8，說明礦區巖石中稀土元素分餾作用不顯著；②稀土元素配分曲線分布趨勢高度相似，均為平緩右傾型(輕稀土富集型w(∑Ce)>w(∑Y))，并具有弱的負銪異常，與島弧火山巖的特征相似[8]，揭示巖石結晶分異過程短暫，輕、重稀土元素分異程度差。

區內花崗巖均位于混染和改造型花崗巖區域(圖7)表明：①巖石來自靠近大陸邊緣的島弧帶，偏基性的安山巖經歷了一定的變異作用過程；②花崗巖與火山巖的稀土曲線一致性較好，說明兩者形成于相同的地質環境，具有同源巖漿演化的特點，在巖漿侵入過程中顯示同熔和混染花崗巖的特征[9]。

表2　尼新塔格鐵礦區巖石稀土、微量元素分析成果

續表

圖6　巖石稀土元素配分模式

圖7　花崗巖δEu-w(REE)圖解

礦區巖石微量元素蛛網圖(圖8)顯示：巖石具有類似的配分模式，與稀土元素反映出的同一構造環境巖漿演化特征一致，其中，玄武安山巖中大離子親石元素(Rb、Th、U)不同程度地富集，高場強元素(La、Nb、Sr)適度虧損，顯現濕地幔楔部分熔融的陸緣弧玄武巖的特點，與俯沖帶巖石(島弧火山巖)特征相似[10]，安山巖中Rb、Ba、Nb、Sr含量顯著降低，顯示有殼源物質加入。

圖8　巖石微量元素蛛網

在巖石構造環境判別圖中(圖9)火山巖集中分布于大陸邊緣弧和演化的大洋弧區域，揭示是與消減作用密切的陸緣島弧成因。花崗巖中大離子親石元素(Rb、Th、U)顯著富集，Ba、Sr明顯虧損，高場強元素(Nb、Ta)明顯虧損，表明混源巖漿作用較強。在稀土-微量元素構造環境判別圖中(圖10、圖11)，花崗巖位于火山弧花崗巖區和同碰撞花崗巖區的過渡區，顯示具殼幔混源的特征，整體上與阿吾拉勒山的二疊紀侵入巖特征一致[11]。

4成礦流體及同位素特征

4.1成礦流體包裹體特征

礦區鐵礦石中的石英、方解石礦物中發育包裹體(圖12、圖13)，以透明無色的純液體及無色—灰色的富液包裹體為主，具成群、成帶狀分布特征[12]，包裹體粒徑一般(5 μm×6 μm)～(8 μm×10 μm)，均一溫度102～136 ℃，鹽度6.45%～22.38%。鑒于200 ℃為中溫、低溫熱液成礦作用的分界溫度[13]，尼新塔格鐵礦屬典型的低溫熱液礦床，顯示從玄武巖向玄武安山巖的分異過程中，巖漿溫度降低，成礦流體鹽度不斷增高，高鹽度階段相對富集Cl-，有利于磁鐵礦的析出和沉淀，與火山巖型鐵礦石的實際特征相符[14]。

圖9　安山巖構造環境判別

圖10　巖石構造環境判別

圖11　花崗巖構造環境判別

圖12　石英礦物中包裹體分布特征

礦區鐵礦石H同位素含量-75.6‰，O同位素含量8.44‰～8.53‰，圍巖(石英)H同位素含量 -130.2‰，O同位素含量14.10‰，反映礦石的H同位素含量低且組成較穩定，脈石礦物O同位素含量較高。在w(18D)-w(18OH2O)關系投圖中反映脈石形成階段流體主要來源于海水，礦石形成階段流體主要來源于原生巖漿水(即巖漿演化末期形成的富鐵火山熱液)[15]，成礦階段流體具有巖漿水與海水混合的特點。

圖13　方解石礦物中包裹體分布特征

4.2礦石中S同位素特征

礦石S同位素含量-1.8‰～+0 .9‰，算術平均值-0.45‰, 具有地幔硫同位素特征(-3‰～ +3‰)，說明礦石中的硫來源于火山成因，來源單一，成礦過程中火山成因的硫起主導作用。

5礦床成因

古生代以來礦區進入蓋層發育階段，石炭紀火山巖成因上與俯沖板片脫水引起的濕地幔楔部分熔融密切相關,是與地幔柱活動有關的幔源巖漿熔融陸殼巖石的產物，顯示板內邊緣火山弧的演化特點[16-17]。石炭世早期因巖石圈板塊俯沖導致基底洋殼破裂，形成裂陷海槽和以溢流相為主的火山活動，中晚期裂陷海槽北緣發育向南的A型俯沖消減作用，進而演化為多島弧盆系的陸緣弧構造[18]。礦區鐵礦床嚴格受區域性斷裂構造和火山沉積建造控制，賦存于玄武安山巖及同質火山碎屑巖中，礦體多呈陡傾狀，順層產出，礦化均勻，磁鐵礦呈漿屑或氣孔發育的磁鐵礦角礫，顆粒細小，部分條帶狀礦石分布有氣孔發育的磁鐵礦細脈，并且被拉長定向而顯示流動構造，反映礦體是與火山巖同源巖漿演化的特征，此外，火山礦漿成因特征顯著。強烈的陸緣弧碰撞造山作用使幔源玄武質巖漿上涌噴發過程中不斷有地殼硅鋁質成分的混入，出現的“奪硅出鐵”反應(玄武巖中輝石、橄欖石轉化為角閃石過程誘發多余鐵質脫離硅酸鹽晶格與氧結合成磁鐵礦析出[19])導致含鐵礦源層聚集整合，隨著巖石基性程度的逐漸降低，大量鐵質進入殘余巖漿或火山熱液中初步富集成含鐵礦漿，經火山噴流、火山隱爆作用誘發鐵質的沉淀形成細粒浸染狀、角礫狀礦石。火山活動間歇期巖漿熱液疊加改造作用(類矽卡巖化)增強，產生廣泛的交代充填成礦作用，形成脈狀、塊狀礦石。成礦時間與火山巖成巖時間一致或略晚，與闊爾庫巖體晚于礦體形成以及火山成礦作用居主導地位的特征相符[3]。

6結論

(1)尼新塔格鐵礦床與海底火山活動具有同生和整合的關系，磁鐵礦體整合產出于富鈉火山巖中，受特定的層位和巖性控制，層控性強。

(2)礦床成巖、成礦的巖漿具有同源性、同位疊加特征，成礦流體具有巖漿水與熱鹵水(加熱的海水)混合的特征，次火山作用(隱爆作用)較強，礦體圍巖蝕變發育，全巖礦化、礦石礦物粒度細微，品位偏低。

(3)礦床兼有火山噴流沉積型、次火山氣液交代型的復合成因特征以及巖相、界面控礦(定位)的成礦規律。

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(收稿日期2016-01-21)

Geological Characteristics and Genesis of Nixintage Iron Deposit in Nileke County, Xinjiang

Li XinguangCheng YajunZhang BoWang XiaoweiYao Xintao

(9thGeological Team, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development)

AbstractNixintage iron deposit is located in the middle section of Awulale iron, copper, gold, lead and zinc mineralization belt.The characteristics of metallogenic tectonic setting background, strata, lithology, structure, magmatic rock, ore-bodies and alteration zones of the mining area are analyzed in detail, combining with the comprehensive research results of the petrology, geochemistry, isotope and inclusion of the mining area, the metallogenic environment and ore-controlling factors of the iron deposit are analyzed, besides that, the metallogenic geological characteristics and genesis of the iron deposit are also discussed in depth.The results show that:①the iron deposit is formed in the marine volcanic activities of the epicontinental volcanic arc, the ore-bodies of the iron deposit is closely related to the differentiation and evolution of mantle-derived basaltic magma, and it has strong strataboundness; ②the volcanic magma diagenesis and metallogenic magma have the characteristics of homology and isotopic superposition, the subvolcanic action (cryptoexplosive role) is strong, the ore-bodies rock alteration is developed, the iron deposit is belongs to the composite genesis of marine volcanic type spray flow deposits and subvolcanic type gas-liquid metasomatic; ③the ore-forming fluid has the composite characteristics of magmatic water mixed with hot brine (heated seawater), and it also has the characteristics of whole rock mineralization, fine granularity of ore minerals and the multi-stage mineralization regularity.The above research results have some reference for the prospecting exploration in the mining area.

KeywordsMetallogenic environment, Ore-controlling factors, Geological characteristics, Deposit genesis, Metallogenic regularity

李新光(1964—)，男，教授級高級工程師，碩士，830009 新疆維吾爾自治區烏魯木齊市沙依巴克區西山東街1號。