新疆阿克蘇沙井子一帶玄武巖礦床地質特征

隆 云

(中國建筑材料工業地質勘查中心新疆總隊，新疆 烏魯木齊 830000)

玄武巖是天然硅酸鹽礦物，屬基性火山巖，具有較高的耐化學腐蝕性、耐酸性能、較大的硬度和機械強度，廣泛用于化工、冶金、電力、煤炭、建材、紡織和輕工等工業部門。玄武巖是生產玄武巖紙、石灰火山巖無熟料水泥、裝飾板材、人造纖維的原料，還是陶瓷工業中的節能原料。

阿克蘇市沙井子一帶玄武巖礦產資源豐富，2020 年我單位通過實施新疆維吾爾自治區地質勘查基金項目，開展了新疆阿克蘇市沙井子一帶玄武巖礦預普查工作。通過1 ∶1 萬地質填圖、1 ∶2 千地質填圖及鉆探查證等工作方法手段，基本查明下二疊統庫普庫茲滿組、開派茲雷克組地層為賦礦地層，圈定3 個玄武巖礦體，礦石質量較好，總結了玄武巖礦床特征及成因，對該區尋找玄武巖礦產資源具有一定指導意義[1]。

1 區域地質背景

區域大地構造位置地處塔里木陸塊區(Ⅲ)、塔里木陸塊(Ⅲ-1)、柯坪陸緣盆地(Ⅲ-1-3)的東緣。出露地層主要為古生代及新生代地層，區域巖漿活動較強，斷裂構造不發育。

區域地層主要有上寒武—下奧陶統、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、新近系，含礦層位于下二疊統庫普庫茲滿組(P1kp) 、開派茲雷克組(P1kpz)(圖1)，前者為碎屑巖夾互火山巖沉積，巖性為鈣質砂巖和玄武巖等為主；后者為雜色碎屑巖和玄武巖，巖性為灰黑色玄武巖、泥質粉砂巖、石英砂巖、巖屑砂巖等，玄武巖柱狀節理發育，顯示陸相火山巖特征。

圖1 新疆阿克蘇沙井子一帶區域地質圖

區域斷裂構造較發育，構造線方向北東向，庫如克吾組木斷裂(F5)是具有繼承性的一條大斷裂，有深斷裂性質，為區域重要的控礦斷裂構造，從二疊紀末到現今仍處于活動中。

區域侵入巖不發育，火山巖較發育，火山活動主要發生在早二疊世早期及晚期，早二疊世早期火山巖為庫普庫茲滿組火山巖，巖性為玄武巖和凝灰巖為主，早二疊世晚期火山巖為開派茲雷克組火山巖，巖性為玄武巖和氣孔狀玄武巖組成，二疊紀火山巖活動時限較長、出露面積較大，并且在橫向上穩定延伸，火山巖以陸相溢流、噴發為產出相[2]，具一定規模噴發狀的玄武巖柱。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區出露地層主要有下二疊統開派茲雷克組(P1kpz)、上新統庫車組(N2k)。

下二疊統開派茲雷克組根據巖石組合特征劃分為上、下兩段[3]。下段(P1kpz1)分布于礦區北部，巖石組合為長石石英砂巖、粉砂質泥巖，產狀130°～160°∠27°～29°，與上覆的下二疊統開派茲雷克組上段呈整合接觸；上段(P1kpz2)分布于礦區中部，為一套基性玄武巖夾碎屑巖建造，該段是本區玄武巖礦的賦礦地層，按火山噴發韻律劃分為三個噴發韻律。第一噴發韻律巖性為淺紫紅色中厚層狀粉砂質泥巖、灰黑色玄武巖、灰綠色中厚層狀鈣質細粒巖屑砂巖等組成；第二、第三噴發韻律巖性組合與第一噴發韻律一致，在巖石顏色上存在較小的區別。產狀130°～168°∠23°～46°，與上覆第四系西域組呈角度不整合接觸。

上新統庫車組(N2k)分布于礦區東南部，總體呈北東向分布，主要巖石組合為狀粉砂質泥巖、泥質粉砂巖，局部夾有含礫細砂巖，產狀130°～150°∠10°～15°。與上覆第四系西域組呈角度不整合接觸。

2.2 構造

礦區構造簡單，為向南傾單斜構造，區內斷裂構造不發育，未見斷層分布，節理裂隙為主要構造形跡，構造對礦體影響不大。

2.3 巖漿巖

礦區內侵入巖不發育，火山巖較發育。本次對開派茲雷克組地層中火山巖進行了重點研究，火山巖呈似層狀產出[1]，呈1 個噴發旋回，3 個火山噴發韻律[4]，與圈定的3 個礦體對應，每個噴發韻律以基性火山巖—正常沉積碎屑巖為特征；各個噴發韻律的厚度為30.4 ～37.8m、29.0 ～45.6m、43.2 ～120.9m，最大的一個噴發旋回產出厚度為120.9m，野外見到柱狀節理。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

通過本次工作，在下二疊統開派茲雷克組上段地層中圈定3 個玄武巖礦體(圖2)。礦體呈單緩傾斜的似層狀產出，Ⅰ號礦體長495 ～1 960m，寬30 ～40m；Ⅱ號 礦 體 長235 ～1 500m，寬20 ～50m；Ⅲ號礦體長620 ～1 210m，寬30 ～110m。產狀142°～175°∠23°～38°，產狀基本穩定，地表基巖裸露良好，柱狀節理發育。礦體沿走向厚度變化較不穩定(表1)，向深部總體延伸穩定，礦體頂板圍巖為灰綠色鈣質細粒巖屑砂巖，底板圍巖為紫紅色粉砂質泥巖，與礦體呈整合接觸(圖3)。

圖2 礦區地質剖面簡圖

表1 礦體基本特征一覽表

圖3 礦區典型剖面簡圖

3.2 礦石特征

(1)礦石自然類型及結構構造。

礦石自然類型單一，為灰黑色玄武巖。呈灰黑色，風化面呈淺灰黑色[5]，少斑結構，塊狀構造。巖石斑晶為斜長石，基質由斜長石、輝石和金屬礦物組成。斑晶斜長石半自形板狀，為中長石，見簡單雙晶，未見明顯蝕變，粒度為2.3 ～3.95mm，含量2%。基質中斜長石呈半自形板狀、長板狀，簡單雙晶常見，呈格架狀分布，粒度0.05 ～0.5mm，含量60%，在其間分布輝石和金屬礦物，其中輝石為普通輝石，綠泥石化、綠簾石化，部分已完全被蝕變礦物取代，粒度0.06 ～0.3mm，含量33%，金屬礦物半自形—他形粒狀，多呈聚粒狀或連晶狀分布，單晶粒狀者少見，粒度0.01%～0.25%，含量5%(圖4)。

圖4 玄武巖鏡下鑒定照片

(2)礦石化學成分。

根據樣品分析成果統計，礦石化學成分為：SiO242.98% ～49.44%， 平 均 值46.48%；Al2O310.37%～17.98%，平均值14.32%；CaO 4.68%～10.61%，平 均 值7.67%；MgO 2.83% ～8.39%，平均值5.02%；Fe2O313.07%～16.99%，平均值15.71%；FeO 0.29% ～12.76%，平均值8.17%；K2O 0.80%～2.56%，平均值1.40%；Na2O 1.98%～4.26%，平均值2.81%，礦石質量較好[6]。

(3)礦石物理力學性能。

2 組10 件代表性樣品進行了礦石的物理力學性能測定，飽和狀態下單軸抗壓強度平均值為137.1MPa，干燥狀態下單軸抗壓強度平均值為176.0MPa，屬于堅硬巖石[6-7]，強度較高。

(4)礦石放射性。

2 件代表性樣品進行了礦石的放射性核素的比活度測定，礦石內照射指數(IRa)平均值為2.00Bq/kg，礦石的外照射指數(Iγ)平均值為1.38Bq/kg，使用范圍只可用于建筑物的外飾面及室外其他用途[8]。

4 成因探討

阿克蘇市沙井子一帶玄武巖的空間分布及其巖石學礦物學特征，揭示了該區巖漿活動的演化形成過程[9]。早二疊世早期—晚期塔里木板塊來自地球深部的地幔柱源的巖漿開始上升，并導致塔里木板塊的地殼抬升，海水向西退出，逐漸過渡為陸相沉積[10-11]，形成如庫普庫茲曼組陸相碎屑巖。當熱熔體狀態的巖漿上浮力超過上覆巖石圈的擾曲強度時，巖石圈發生破裂，深部積聚的巖漿快速沿破裂帶上升，在地表噴發并成溢流狀玄武巖[12]。隨著巖漿房內巖漿的不斷消耗，噴發作用逐漸消退，巖漿通道附近的圍巖在失去支撐后垮塌破裂，并在后期被殘余巖漿帶出，形成角礫熔巖、火山角礫巖。隨后巖漿作用停止，高密度的熔巖造成地表沉降，接受陸相沉積。同時巖漿房重新積聚來自源區部分熔融產生的巖漿，等待新一輪噴發，如此反復。

阿克蘇市沙井子一帶玄武巖是多期噴發作用的結果，每次噴發可以來自不同的巖漿房或火山通道，但巖漿源區基本一致，因為上下各層玄武巖的巖石礦物學特征相似。每期噴發作用都具有一定的序列，先是穩定的熔巖流，由于受沉積地層的冷卻作用，在近沉積地層的上部形成柱狀節理，往上則為致密塊狀玄武巖。在噴發結束時多發育火山角礫巖或凝灰巖，而在噴發停止后的沉積作用階段，則可以發育凝灰質的細粒碎屑沉積巖。多期玄武巖漿的噴發作用，指示了該區二疊紀玄武巖的巖漿房經歷了“積聚—噴發—再積聚—再噴發”的過程，而熔融巖漿的源區則經歷了不斷“部分熔融”和“巖漿抽提”的過程。根據礦區玄武巖礦床巖石、礦物組合特征及礦體形態、產狀、規模、礦石質量特征，礦區玄武巖礦床為典型的火山巖型玄武巖礦床。

5 結論

(1)阿克蘇市沙井子一帶玄武巖礦體賦存于下二疊統開派茲雷克組地層中，為一套基性玄武巖夾碎屑巖建造，產出受地層控制，呈似層狀。火山巖呈1 個噴發旋回，3 個火山噴發韻律，每個噴發韻律以基性火山巖—正常沉積碎屑巖為特征；噴發形式顯示為噴發—噴溢—間歇—再噴發，圈定的3 個礦體，與3 個火山噴發韻律對應。

(2)礦石自然類型為灰黑色玄武巖，呈少斑結構，塊狀構造。礦石質量較好，礦石成分平均值：SiO246.48%、Al2O314.32%、CaO 7.67%、MgO 5.02%，可用于巖棉，屬大型礦床，開采技術條件良好，外部建設條件優越，開發利用前景較廣。

(3)早二疊世南天山與塔里木接合部發生上二疊紀裂谷事件，沿構造線大量的堿性玄武巖噴發，并在橫向上穩定延伸，火山巖以陸相溢流、噴發為產出相，具有較好的找礦潛力。