東天山帕爾崗鐵礦地球化學特征及成因分析

馮友全

(新疆八鋼礦業資源有限公司)

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，是中國重要的銅、鎳、金、鐵、鉛鋅等大型礦床集中區，是我國最有潛力的鐵礦找礦遠景區之一。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-鹽類礦帶兩個成礦帶內。帶內規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，帕爾崗鐵礦為帶內規模最大的鐵礦床，已達大型鐵礦床規模。通過對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，展開地質及巖石化學特征研究工作，重點是對礦體、圍巖的主量元素、微量元素及稀土元素特征進行了系統研究，為進一步研究東天山鐵礦床乃至整個天山鐵礦的成礦機制和成礦規律提供新依據。

1 區域地質背景

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)。據區調成果，區域上出露地層主要有志留系中、下統叉口組，志留系上統阿爾彼什麥組，泥盆系中統薩阿爾明組，泥盆系上統哈孜爾布拉克組，泥盆系上統褐嶺組等。

志留系中、下統叉口組進一步劃分為兩個巖性段：第一巖性段為一套淺變質灰綠色、灰色碎屑巖夾碳酸鹽巖組合，發育平行層理、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碳酸鹽組合，水平層理，為淺海相碳酸鹽巖臺地沉積。侵入巖主要受斷裂構造嚴格控制，屬被動就位機制，多呈巖株狀和巖枝狀分布，巖性主要為石英閃長巖、石英二長巖、正長花崗巖，另有輝綠巖、輝綠玢巖、閃長玢巖、花崗閃長巖等巖脈。

2 礦床地球化學特征

2.1 主量元素地球化學特征

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5件樣品中石英+燧石、長石、不穩定巖屑的含量進行投圖分析，確定砂巖均來源于石英質再旋回造山帶源區。

2.2 微量元素地球化學特征

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La-Th-Sc微量元素構造環境判別，環境均處于大陸邊緣環境中。與典型構造環境的砂巖比較，除TiO2、Fe2O3、MnO、CaO的含量較典型構造環境低，Na2O 的含量變化范圍較大，其它巖石化學成分介于被動陸緣與活動陸緣之間，總體來講構造背景與活動陸緣較接近。

Sr/Ba比值可作為古鹽度判別的靈敏標志，是依據溶液中Sr的遷移能力及其硫酸鹽化和物的溶度遠大于Ba的地球化學性質。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。本次微量元素測試結果顯示Sr/Ba為0.1～0.6，為微咸水相～半咸水相的淡水環境中，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，表明為河流入海口沉積。

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

2.3 稀土元素地球化學特征

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，投入沉積巖與堿性玄武巖混合源區的樣品為鐵礦石，說明帕爾崗鐵礦圍巖來自于沉積巖母巖風化成巖產物，鐵礦石來自于沉積巖與堿性玄武巖混合源區。

3 礦床成因分析

3.1 區域構造演化特征

奧陶紀-志留紀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，中天山構造帶表現為巖漿弧特征，南天山構造帶表現為弧后盆地性質，在水平擠壓強烈地區，形成弧后擴張現象，區外見有蛇綠巖產出，區內南天山弧后盆地帶上形成大規模海侵，沉積了下—中志留統叉口組地層，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 控礦構造分析

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

3.3 變質作用

鐵礦石以粒狀變晶結構，條帶狀構造為主。經巖礦鑒定成果：磁鐵礦在礦石中受變質重結晶作用呈自形、半自形及它形粒狀變晶結構，還有的是后期多次重結晶，按其粒徑大小分為中粒、細粒狀兩種，在礦石中普遍以細粒為主；條帶由黑灰相間的鐵質條帶及硅質條帶組成，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，局部受構造作用及熱液活動鐵質有遷移富集呈鐵條帶，貧化部位形成了富硅質條帶。

3.4 成礦時代

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

3.5 成礦環境

根據微量元素確定帕爾崗鐵礦大地構造環境認為表現為弧后盆地性質。河流入海口沉積的微咸水相～半咸水相的淡水環境中。水體為分層不強的厭氧環境～水體分層及底層水體中出現H2S的厭氧環境中。

3.6 成礦物質來源

根據主量元素確定鐵礦來源于石英質再旋回造山帶源區，根據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。根據成礦水來源分析，4件樣品投入到熱水區。

綜合分析，確定成礦物質來源于造山帶源區。

3.7 礦床成因

林師整[3]通過對3000多個磁鐵礦化學成分數據的系統分析，利用統計學的第五章礦床地球化學特征原理，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-變質型鐵礦床中形成的磁鐵礦區分開來。

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-變質型區。這就說明帕爾崗鐵礦是具有沉積-變質型成礦特點。

綜上所述，帕爾崗鐵礦屬沉積-變質型鐵礦床。

4 結論

(1)區內礦體賦存于志留系中-下統叉口組第一巖性段為一套淺變質灰綠色、灰色碎屑巖夾碳酸鹽巖組合，發育平行層理、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，礦體受地層嚴格控制。

(2)區內共圈定大小礦體21條，主要礦體為Z-L3礦體，地表呈一弧形層狀展布，長度約1300米，礦體平均厚度為22.00米，TFe平均品位31.56%；礦石結構主要為粒狀變晶結構及交代結構兩種，礦石構造主要為條帶狀、塊狀構造兩種。

(3)礦床地球化學特征顯示，原巖以巖屑砂巖為主，均具有一定的含礦性，來源于石英質再旋回造山帶源區；構造背景與活動大陸邊緣接近，具有弧后盆地性質，河流入海口沉積的微咸水相～半咸水相的淡水環境中；水體為分層不強的厭氧環境～水體分層及底層水體中出現H2S的厭氧環境中；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。

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