西天山查崗諾爾礦區構造變形研究:對阿吾拉勒成礦帶構造控礦模式的啟示

羅正江, 魯如魁, 王 劍, 劉 奎, 周小虎,馮 喬, 李 陽, 孫少林

西天山查崗諾爾礦區構造變形研究:對阿吾拉勒成礦帶構造控礦模式的啟示

羅正江1, 2, 魯如魁1*, 王 劍2, 劉 奎1, 周小虎1,馮 喬1, 李 陽1, 孫少林1

(1. 大陸動力學國家重點實驗室, 西北大學 地質學系, 陜西 西安 710069; 2. 新疆油田公司實驗檢測 研究院, 新疆 克拉瑪依 834000)

阿吾拉勒成礦帶是西天山重要成礦帶之一, 經歷了多期構造作用, 并伴生多期成礦作用。本文對成礦帶內查崗諾爾礦區及鄰區構造變形特征以及變形序列精細解析, 探討構造變形對鐵礦的成礦作用以及后期改造作用的影響, 為西天山地區鐵礦床成因和找礦方向提供新啟示。野外構造觀察發現, 研究區斷裂構造主要分為NW-NWW向高角度韌性?韌脆性走滑斷層及逆沖推覆斷層, 以近EW向、近SN向為主的高角度共軛脆(韌)性走滑斷層和近SN向脆性右行走滑斷層。年代學研究表明, 斷層分別形成于燕山晚期?喜馬拉雅早期、喜馬拉雅中期和喜馬拉雅晚期, 均為成礦期?成礦期后的構造記錄。早期高角度韌性?韌脆性走滑斷層是區域性控礦構造, 而逆沖推覆斷層是礦區主導控制性構造; 中期共軛脆(韌)性走滑斷層對礦體具有較為強烈的破壞和改造作用; 晚期脆性右行走滑斷層對礦體影響較小。查崗諾爾和智博礦區的斷裂構造主要表現為對礦體的破壞和改造作用, 而在松湖和塔爾塔格礦區, 韌性?韌脆性剪切帶是主要的控礦構造。主礦脈與構造密切伴生, 具體表現為與成礦作用密切相關的磁鐵礦化、綠泥石綠簾石化、碳酸鹽化等蝕變多沿構造裂隙發生。

查崗諾爾; 阿吾拉勒成礦帶; 構造變形; 構造與成礦

0 引 言

我國西北地區鐵礦資源豐富, 高品位鐵礦床多分布于阿爾泰中東部、準噶爾地塊兩側、天山及阿爾金等地區(李小軍, 1994; 趙玉社, 2003; 郭玉峰等, 2005; 盧宗柳和莫江平, 2006; Jiang et al., 2014; Zhang et al., 2014)。西天山地區構造變形強烈、火山活動頻繁, 伴生有多期成礦作用, 特別發育石炭紀火山巖型鐵礦, 為成礦作用研究提供了得天獨厚的條件(姜常義等, 1996; 左國朝等, 2008; 高俊等, 2009; 李永軍等, 2009; 田敬全等, 2009, 2015; 朱志新等, 2013; Zheng et al., 2020)。

阿吾拉勒成礦帶是西天山地區的重要成礦帶, 也是新疆地區極具潛力的鐵礦帶之一, 一直備受關注(馮金星等, 2010; 胡秀軍等, 2010; 陳文革等, 2011; 董連慧等, 2011; 王志華等, 2012; 牛賀才等, 2012; 張作衡等, 2012; 李大鵬, 2013; 嚴爽等, 2013; Jiang et al., 2014; Hou et al., 2014; 張喜, 2014; 田敬全等, 2015; 申萍和潘鴻迪, 2020)。阿吾拉勒成礦帶鐵礦床形成過程中經歷多期次構造變形, 成礦地質條件十分復雜。目前關于該成礦帶的形成機制, 尚存在火山巖型、火山沉積改造型、矽卡巖型、巖漿礦床疊加后期熱液交代的復合型等多種不同認識(馮金星等, 2010; 洪為等, 2012; 趙軍, 2013; 葛松勝等, 2014; Duan et al., 2014; Jiang et al., 2014; Sun et al., 2015; 申萍等, 2020)。此外, 由于該成礦帶內古火山機構發育, 有研究者認為鐵礦床主要受控于海相火山活動中心, 呈線性分布(陳毓川等, 2008)。李鳳鳴等(2011)則指出鐵礦的成礦類型與距離火山中心遠近有直接的關聯。董連慧等(2011)在研究新疆富鐵礦床特征的基礎上, 提出了鐵礦床預測類型, 并構建了上疊裂谷火山巖型富鐵礦床的成礦模式。張喜(2014)則提出礦床成因具有由近火山口火山噴溢?礦漿貫入等作用為主的觀點。前人對阿吾拉勒成礦帶鐵礦床研究多集中于礦床探測與礦床成因, 而關于阿吾拉勒成礦帶礦床構造控礦模式的研究鮮有報道。

構造在成礦過程中起重要作用, 是成礦作用不可或缺的組成部分。一般來說, 在整個成礦過程中構造變形與成礦流體、成礦作用關系緊密。構造作用既驅動流體運移, 為其賦存提供空間, 又影響著區域內各地質體, 對其進行破壞或改造(Henley and Adams, 1992; 翟裕生, 1994; Groves et al., 1998; Cox et al., 2001; 翟裕生和呂古賢, 2002; Blenkinsop, 2004; Goldfarb et al., 2005)。不同的構造表現出不同的成礦方式, 從而導致礦床(體)類型的多樣性。因此, 構造活動的多期次、多階段性通常是造成礦區成礦格局復雜的重要原因。據此, 針對阿吾拉勒成礦帶鐵礦床成因, 本文選擇帶內最具代表性的查崗諾爾及其相鄰的智博、松湖和塔爾塔格等礦區作為研究對象, 開展構造變形研究。通過構造專項填圖和構造剖面測制, 查明查崗諾爾等礦區構造變形特征以及構造變形序列, 進而探討構造變形與成礦作用之間的關系, 為建立和完善阿吾拉勒成礦帶控礦模式提供新的資料與證據。

1 礦區地質概況

西天山造山帶是中亞造山帶的重要組成部分(Windley et al., 2007; Xiao et al., 2013; Han and Zhao, 2018), 在晚古生代增生造山過程中, 火山活動強烈, 伴生多期次、多階段的殼幔相互作用, 造成了銅鐵金的富集。自西北向東南形成了3個重要成礦帶, 依次是別珍套?汗吉尕銅多金屬成礦帶、博羅霍洛銅金成礦帶和阿吾拉勒成礦帶(朱永峰, 2009)。其中阿吾拉勒成礦帶處于西天山造山帶中部伊犁地塊東北緣活動帶中, 夾持于卡拉庫姆?塔里木、哈薩克斯坦?準噶爾兩大板塊之間, 南北側分別是天山主干斷裂(中天山北緣斷裂)和尼古拉耶夫線?那拉提北緣斷裂(圖1)。

圖1 阿吾拉勒成礦帶構造背景簡圖(據姜常義等, 1996)

阿吾拉勒成礦帶是西天山主要成礦帶之一。自2007年起在該地區6000 km2的范圍內累計發現了查崗諾爾鐵礦、備戰鐵礦、智博鐵礦3處億噸級高品位大型鐵礦區。該成礦帶內構造活動強烈, 火山機構發育, 主要發育火山巖型鐵礦, 鐵礦與海相火山巖及火山碎屑巖密切相關, 少數與陸相火山巖相關, 普遍形成于早石炭世(汪幫耀等, 2011; 洪為等, 2012)。礦體常與火山機構和斷裂構造關系密切, 它們為成礦流體提供了運移通道和沉淀場所, 形成大量與火山活動有關的鐵銅等多金屬礦床。總體上, 礦床具有分布廣泛且成群集中的特點, 整體沿NWW向呈帶狀展布, 具有東鐵(銅)西銅的特征。

阿吾拉勒成礦區內出露的地層主要有元古宇、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系和第四系(陳毓川等, 2008; 馮金星等, 2010), 其中石炭系大哈拉軍山組(C1)和伊什基里克組(C2)是該成礦區鐵銅礦床的主要容礦地層。大哈拉軍山組為一套海相火山巖夾碳酸鹽巖的火山噴發?沉積巖建造, 發育多個噴發旋回, 主要由玄武巖、安山巖、灰巖、砂巖、凝灰巖和集塊巖等組成, 是成礦帶內多個火山巖鐵礦的賦礦圍巖。伊什基里克組主要是一套酸性火山巖、凝灰巖及熔巖。熔巖以玄武巖、流紋巖為主, 具雙峰式組合特征, 與大哈拉軍山組之間為不整合接觸。區域巖漿活動頻繁, 呈近東西向帶狀分布, 以華力西期巖漿活動最普遍, 少量為加里東晚期。區內同樣廣泛分布有侵入巖, 以中酸性花崗巖類為主, 呈巖基、巖株、巖枝、巖脈等多種形態產出, 有從東向西逐漸變新的特點(朱志新等, 2013)。

阿吾拉勒成礦帶位于博羅科努山系主脊線石炭紀活動陸緣帶內, 火山機構發育, 褶皺構造以及由火山活動誘發的斷裂構造較常見, 主要表現為華力西晚期構造形跡。作為重要賦礦巖層的大哈拉軍山組呈現為一大型向斜構造, 構成獨立的構造巖片。而斷裂構造錯綜復雜, 主要為區域性斷裂和火山機構派生的環狀斷裂、放射狀斷裂系等。早期斷裂主要為東西向展布, 晚期則發育NW向和NE向壓扭性斷裂。

查崗諾爾礦區位于一個面積約314 km2的破火山口西北緣。該礦區以鞏乃斯河為界, 分為Fe1和Fe2兩個礦體(圖2)。東側的Fe1礦體為礦區主體, 長度約3 km, 平均厚度約為70 m。礦體呈NNE-SSW向展布, 并向東傾斜。中段微向南東東凸出, 并具有顯著膨大, 向北被第四系覆蓋; 南段逐漸尖滅, 且具有明顯凹向北西的趨勢。礦體兩側圍巖發生強烈的石榴子石化、綠簾石化、陽起石化等蝕變, 圍繞礦體呈條帶狀分布, 并有向礦體方向蝕變程度加強的趨勢。礦體具有較規則的形態, 主要呈層狀、透鏡狀產出, 具有整體分散聚合、局部膨大狹縮、兩端尖滅再現的特征。礦體圍巖主要是下石炭統大哈拉軍山組安山巖、大理巖和流紋質熔巖及中酸性火山碎屑巖。Fe2礦體由Fe2-1和Fe2-2兩個礦體組成, 平均厚度約45 m, 呈條帶狀或橢圓狀展布, 傾向北西, 局部出露零星礦體。礦體周圍可見第四系冰磧巖、石榴石化矽卡巖或陽起石巖等。礦體剖面上呈現為錐形, 向深部尖滅。礦石品位和礦體埋藏深度有關, 表現出深部礦體厚、品位較低, 而淺部礦體比較窄、品位較高的特征。

圖2 查崗諾爾礦區地質構造簡圖(據田敬佺等, 2015)

2 査崗諾爾礦區及鄰區構造

2.1 查崗諾爾、智博礦區構造特征

阿吾拉勒成礦帶東段查崗諾爾、智博礦區的基本構造格架是軸跡近南北向的寬緩背斜構造, 疊加NW-NWW向逆沖推覆斷層和高角度韌性?韌脆性斷層, 以及近EW向和近SN向高角度走滑斷層(圖3)。

圖3 查崗諾爾礦區構造地質圖

2.1.1 NW-NWW向斷裂

NW-NWW向逆沖推覆斷層及高角度韌性?韌脆性斷層在礦區內廣泛發育。其中, 高角度韌性?韌脆性走滑斷層規模較大, 是發育較早的區域性控礦構造, 由一系列產狀較為一致的次級斷層及其伴生的緊閉褶皺(圖4)構成, 時而分枝、時而復合、扭動延伸, 沿走向產狀有所變化, 但總體趨勢不變。斷面波狀起伏, 為壓性結構面。斷裂帶寬窄不一, 主要由斷層破碎帶、擠壓片理化帶、礦化蝕變帶等組成, 局部可見擦痕、階步等小構造以及晚期疊加其上的共軛X剪節理(圖5)。

NW-NWW向逆沖推覆斷層為兩礦區控制性構造。斷層規模不等, 斷面產狀陡緩變化較大, 多呈鏟狀, 正沖與反沖相伴發育。斷層帶內巖石支離破碎, 沿裂隙發生磁鐵礦化、褐鐵礦化、綠簾石化、石榴石化等蝕變作用。該組逆沖推覆斷層發生于走滑斷層之后, 主要沿兩個方向發生推覆, 優勢傾向分別為205°～235°和355°～15°。其中, 自南西向北東的推覆更顯著(圖6)。而在北緣, 有一定規模的由北東向南西的推覆, 兩者表現為對沖形式。

圖4 查崗諾爾礦區高角度韌性?韌脆性走滑斷層及其伴生的緊閉褶皺

圖5 查崗諾爾礦區NW-NWW向斷裂帶內發育的擦痕、共軛節理

圖6 查崗諾爾礦區NW-NWW向逆沖推覆斷層野外露頭

F1斷裂是NW-NWW向逆沖推覆斷層的典型代表。該斷裂出露于Fe2礦體的東北側, 并從Fe1、Fe2礦體中間穿過, 呈NW-SE向延伸。該斷裂在Fe2礦體的北側被近EW向的斷裂截切, 在Fe1礦體南側與F3斷裂交切, 南段被近南北向斷裂截切, 全長約5 km, 為右行走滑斷層。破碎帶寬15～25 m, 優勢產狀為240°∠35°～55°, 多條產狀相近的斷裂將巖石切割成大小不一的菱形塊體, 多條斷裂平行分布, 間距約10～40 cm, 帶內形成規模不等的構造透鏡體, 圍繞透鏡體分布有強烈的擠壓片理化帶。巖石破碎強烈, 沿裂隙發生石榴石化、綠簾石化、陽起石化等蝕變。多組構造與F1斷裂交切: 產狀為190°∠81°近EW向韌脆性變形帶, 寬約15 m, 帶內發育緊閉的背向斜構造、擠壓片理化帶和構造透鏡體, 被F1切割; 而產狀為265°～276°∠80°～87°(局部110°∠68°)的近SN向韌脆性變形帶, 寬5 m左右, 以左行走滑為主, 截切F1。蝕變產出狀態表明, 其與上述3組構造關系密切, 尤其是產狀陡傾的韌脆性變形帶控制了蝕變的發生。

2.1.2 近EW向與近SN向共軛斷裂

近EW向高角度右行走滑斷裂和近SN向高角度左行走滑斷裂在礦區交織出現, 尤其是近礦體處往往形成網格狀格局, 兩者互相截切, 具有共軛構造特征。空間上, 這些走滑斷層與上述逆沖斷層相伴產出; 時間上, 與逆沖斷層同期或略晚于逆沖斷層。值得一提的是, 這兩組走滑斷裂對礦體具有較為強烈的破壞和改造作用, 尤其是近SN向高角度走滑斷層在局部控制了部分礦體的產出。

近EW向斷裂以F5斷裂為代表。該斷裂出露于Fe1、Fe2礦體的北側, 優勢產狀為15°∠83°, 斷裂面呈波狀起伏, 扭動延伸, 其上可見擦痕和階步, 擦痕產狀為100°∠25°, 運動學特征指示其為右行走滑。斷層破碎帶寬約10 m, 帶內構造劈理化帶與構造透鏡體發育, 局部出露密集的擠壓片理, 巖石破碎成次棱角狀、透鏡狀, 并發生較強烈的綠泥石、綠簾石、褐鐵礦化等蝕變。該斷裂在礦區內長約3 km, 控制了礦體向北側的延伸, 在部分地段又截切礦體和礦化蝕變帶, 被近SN向脆性斷裂破壞切割, 向東止于NW向斷裂。

近SN向的F6斷裂出露于Fe2礦體的南側, 優勢產狀為265°∠79°, 斷面亦呈波狀起伏, 規模不大。該斷裂在礦區內出露長度約1.5 km, 為韌脆性左行走滑斷層。破碎帶寬5～10 m不等, 韌脆性變形強烈, 發育剪切相關褶皺、無根鉤狀褶皺、條帶化構造、擠壓片理化帶、構造透鏡體、石香腸構造以及其他不對稱構造等, 均指示了左行走滑特征。帶內多條斷裂面產狀相近, 其間有多條次級高角度的逆沖斷層和反沖斷層, 形成似“S-C”組構樣式, 并將巖石切割成多個疊瓦狀斷塊。

2.1.3 近SN向右行走滑斷裂

近SN向斷裂主要分布于礦區東側, 表現為高角度脆性右行走滑斷層, 為礦區最后一期構造活動。空間上, 它們不等距稀疏發育, 對上述各期構造形跡以及礦體產狀有一定影響, 但總體位移量較小(圖7)。近SN向斷裂以F7和F8斷裂為典型代表(圖3)。該組斷裂北段與近EW向斷裂相交, 形成網格狀格局, 局部切過石榴石蝕變帶和部分巖體, 中、南段切穿多條與F3斷裂大致平行的斷裂, 局部與近EW向斷裂交切。斷裂優勢產狀為93°∠76°～85°, 帶內巖石破碎變形呈次圓狀、渾圓狀, 具疊瓦狀構造面貌, 較為密集的片理化帶繞斷塊分布。

構造剖面(圖8)特征與填圖資料共同反映了研究區構造格局, 即主要表現為一系列大型逆沖推覆構造、高角度韌性?韌脆性斷層、高角度走滑斷層, 逆沖、反沖斷層是礦區較為常見的構造類型, 且構造變形帶、礦化蝕變帶等十分發育。

2.2 松湖礦區構造特征

松湖礦區位于阿吾拉勒成礦帶西段, 礦區內基本構造格架為NWW向高角度韌?韌脆性剪切走滑斷層、NW-NWW向韌脆性逆沖斷層和高角度多方向脆性走滑斷層相互疊加改造。其中, 逆沖斷層是該礦區尤為醒目的構造類型。

圖7 查崗諾爾礦區近南北向脆性右行走滑斷層(照片在剖面中的位置請見圖8)

2.2.1 NW-NWW向斷裂

NW-NWW向斷裂在礦區比較發育, 主要表現為高角度韌?韌脆性剪切走滑斷層和逆沖斷層, 二者分別沿著礦體北側和南側出露, 共同圍限礦體。其中, 高角度韌?韌脆性剪切走滑斷層在松湖礦區稀疏分布, 但規模較大, 由一系列傾向基本一致的次級斷層組成, 不同級別、不同規模的斷層分枝復合, 扭動延伸, 沿走向產狀有所變化, 但總體為NWW向。

沿斷裂帶塑性變形強烈, 形成不同尺度的韌性剪切構造, 發育糜棱巖, 糜棱面理產狀陡傾。變形帶內巖石多具透鏡化, 圍繞透鏡體的碎基發生強烈的塑性流動。礦物定向排列、旋轉拉長、拔絲拖尾, 常見規模不等的眼球碎斑(圖9、10)。該組斷層是區內發育較早的斷裂構造, 也是區域性控礦構造。磁鐵礦化、陽起石化、綠簾石化等蝕變多沿構造裂隙發生。強變形帶內多有磁鐵礦體充填, 形成網格狀的磁鐵礦細脈, 并表現出較強烈的塑性變形。松湖主礦脈賦存于韌性變形帶中, 被后期逆沖斷層、走滑斷層破壞改造, 反映出與構造變形的相關性。NW-NWW向逆沖斷層作為礦區主導控制性構造, 可能衍生于前述走滑斷層之上, 并截切走滑斷層及其所控制的磁鐵礦礦體。正、反沖斷層均十分發育(圖11), 沿斷面可見大量的片理化帶發育, 為典型的壓性結構面。兩個方向的逆沖(推覆)組成礦區復雜的構造變形系統, 優勢產狀分別為225°～255°∠34°～ 68°和345°～10°∠35°～75°, 其中自南西向北東的推覆更為顯著。

另外, 野外見寬約5 m的磁鐵礦體, 礦體與圍巖整合接觸, 沿兩者接觸帶及礦體內部發育產狀為219°∠86°的斷裂, 礦體局部被破壞。斷面沿走向扭動延伸, 可見產狀為176°∠35°擦痕階步, 指示斷層上盤向北西方向逆沖走滑。礦體走向與該斷裂基本一致, 受該斷裂改造明顯。磁鐵礦體內部及與圍巖接觸帶有多條碳酸鹽細脈貫入, 并被拉斷成香腸狀、透鏡狀, 塑性變形特征顯著, 糜棱面理產狀與礦體產狀一致。點北約20～30 m處發育產狀為261°∠69°的斷面, 斷面波狀起伏, 發育近平行的擦痕和階步, 指示斷層右行走滑, 該組斷裂剪切產狀為65°∠52°的壓性斷裂。

2.2.2 近EW向和近SN向斷裂

近EW向、近SN向高角度脆(韌)性走滑斷層在礦區出露規模較小, 兩者互相截切, 為共軛構造, 是礦區最后一期構造活動的表現。它們對礦體具有較強烈的破壞和改造作用, 使礦石強烈破碎, 局部呈粉末狀, 并有強烈的綠泥石化、綠簾石化等蝕變。優勢產狀為178°～195°∠70°～89°近EW向高角度逆斷層將巖層切割成大小不一透鏡體和片理化帶, 同時衍生出產狀為115°～127°∠32°～49°緩傾斷層及其反沖構造, 高角度逆斷層斷面發育產狀與其相近的擦痕。根據露頭特點, 推斷研究區所發育的一系列緩傾斷層與高角度逆斷層具有相同的力學機制和構造演化相關性。近SN向斷層優勢產狀為270°～296°∠67°～83°, 發育多條產狀相近、規模不等的斷面, 結構面波狀起伏, 將巖石切割成大小不一的疊瓦狀透鏡體, 構成了網格狀的幾何面貌。與近EW向斷裂相似, 近SN向斷裂亦伴有規模不等、產狀相近的反沖構造。

2.3 塔爾塔格礦區構造特征

塔爾塔格礦區位于松湖礦區與查崗諾爾礦區之間。NWW向高角度韌?韌脆性剪切走滑斷層、NW-NWW向韌脆性逆沖斷層和高角度多方向脆性走滑斷層相互疊加改造, 共同構成了塔爾塔格礦區基本構造格架, 其中逆沖斷層是該礦區最發育的構造類型。

2.3.1 NW-NWW向斷裂

NWW向高角度韌?韌脆性剪切走滑斷層在塔爾塔格礦區廣泛發育, 且規模較大。如同松湖礦區, 該組斷裂由一系列產狀相近的次級斷層組成, 或分枝或復合, NWW向扭動延伸, 沿走向產狀有所變化。斷裂帶內巖石塑性變形強烈, 形成不同尺度的韌性剪切構造, 局部糜棱巖發育。帶內巖石多透鏡化, 圍繞透鏡體的碎基發生塑性流動變形, 礦物定向排列、拔絲拖尾, 發育大大小小的眼球碎斑。該組斷層是區內發育較早的斷裂構造, 也是區域性控礦構造。磁鐵礦化、綠簾石化、陽起石化等蝕變多沿構造裂隙發生, 強變形帶邊部多有磁鐵礦體充填, 磁鐵礦細脈呈網格狀分布, 復合部位礦體較厚。韌性、韌脆性構造發育, 多形成強變形帶與弱變形域相間分布格局。

(a) 大理巖韌性變形; (b) 石香腸構造; (c) 露頭尺度的“眼球構造”, 被后期斷層破壞改造; (d) 凝灰巖韌脆性變形。

與松湖礦區相似, NW-NWW向逆沖斷層為塔爾塔格礦區主導控制性構造, 也可能衍生于高角度走滑斷層之上, 并截切走滑斷層。斷面波狀起伏, 附近可觀察到大小不等的菱形透鏡體定向排列, 均指示斷裂帶中存在逆沖推覆構造。正、反沖斷層均較發育(圖12), 優勢產狀分別為215°～253°∠34°～70°和25°～50°∠35°～68°。

2.3.2 近EW向和近SN向斷裂

以近EW向和近SN向為主的高角度脆性走滑斷層是塔爾塔格礦區最后一期構造活動的表現, 二者相互截切, 呈共軛關系。近EW向斷層優勢產狀為15°～345°∠48°～85°, 斷層傾角變化大, 破碎帶寬2～10 m不等, 沿斷面可見大小不一的擠壓透鏡體。在透鏡體邊部有大量的片理化帶分布, 形成強弱不同的變形格局, 主體顯示由北東往南西的推覆。近SN向斷裂傾向不定, 或東傾或西傾, 代表性產狀為271°∠58°和106°∠51°。破碎帶寬度窄者1 m, 寬者可達數十米, 破碎巖石具綠簾石化、綠泥石化蝕變現象。斷面附近可見密集的擠壓片理化帶以及呈疊瓦狀排列的次圓狀、渾圓狀構造透鏡體, 指示該斷裂具逆沖推覆性質, 并且斷裂在由底部至頂部逆沖過程中逐漸呈發散趨勢。

2.4 變形年代學約束

2.4.1 測試方法

野外構造觀察可確定斷裂變形的相對時代關系, 為了準確限定研究區斷裂帶的活動時間, 并更好地厘定礦區斷裂構造變形序列, 從而揭示礦區構造變形與鐵礦形成演化的關系, 本次研究運用石英電子自旋共振測年法(ESR)對斷裂帶的活動時間進行約束。ESR測年現已成為淺層次脆性斷層活動定年的常用手段, 廣泛應用于眾多研究實例中(Anne, 2000; Fukuchi, 2001; Lin, 2006; 楊坤光等, 2006; 朱清波, 2011; 劉春茹等, 2013; Moreno et al., 2021)。在樣品采集方面, 由于查崗諾爾礦區斷裂方向和斷裂性質與鄰區的松湖及塔格塔爾礦區具有相似性, 故選取具代表性的查崗諾爾礦區脆(韌)性斷裂帶內的斷層泥樣品進行ESR測年, 具體采樣位置見圖3。ESR測年工作在成都俊興地質勘查技術有限公司完成。順磁測定采用德國ER-200D-SRC型電子自旋共振譜儀, 其順磁測量相對誤差小于1%。天然放射性核素含量用CIT-3000F數字化全自動鈾釷鉀譜譜儀測定, 微機α數據采集系統。

2.4.2 測試結果

ESR測年結果見表1。研究區內斷裂帶石英ESR年齡范圍為2.3～89.9 Ma, 代表了燕山晚期以來的年齡記錄。該年代學結果具有明顯的階段性分布特征(圖13), 可分為3個階段: 燕山晚期?喜馬拉雅早期(>65 Ma)、喜馬拉雅中期(23～65 Ma)和喜馬拉雅晚期(<23 Ma), 代表研究區斷層活動三個主要的構造演化事件。

3 討論

3.1 研究區斷裂構造變形序列

礦區構造變形是區域構造派生或引發的低級別和低序次構造形跡, 是區域構造成生演化的具體表現(陳柏林, 2000)。通過礦區精細構造解析以及ESR年代學結果, 將查崗諾爾礦區及其鄰區的斷裂構造劃分為3個主要階段, 分別為燕山晚期?喜馬拉雅早期、喜馬拉雅中期和喜馬拉雅晚期, 均為成礦期?成礦期后的構造活動記錄。①早期活動記錄為NW-NWW向的高角度韌性?韌脆性走滑斷層與逆沖推覆斷層, 前者是區內發育較早的斷裂構造, 也是區域性的控礦構造, 后者為礦區主導控制性構造, 發育于走滑斷層之后; ②中期活動記錄為近SN向、近EW向的高角度脆(韌)性走滑斷層, 二者為共軛構造, 前者為左行走滑, 后者為右行走滑, 同期或略晚于逆沖推覆斷層, 并與逆沖斷層相伴產出, 它們對礦體具有較為強烈的破壞和改造作用, 尤其是近SN向高角度走滑斷層更是在局部控制了部分礦體; ③晚期為近SN向的脆性右行走滑斷層, 對前期構造和礦體都有所影響, 但總體位移量較小。三期斷裂帶相互疊加改造, 共同構成區域上的基本構造格架, 其中逆沖斷層是該地區最醒目的構造類型, 而韌?韌脆性剪切走滑斷層則控制了礦體的布局。

松湖、塔爾塔格礦區斷裂構造序列與查崗諾爾礦區相近, 但有所差異的是, 前兩期斷裂活動比較強烈, 晚期的斷裂活動相對較微弱。前期的NW-NWW向高角度韌?韌脆性剪切走滑斷層是區域性的控礦構造(松湖主礦脈即與該構造密切伴生)。磁鐵礦化、綠簾石化多沿構造裂隙發生, 強變形帶內多有磁鐵礦體充填, 形成網格狀的磁鐵礦細脈, 復合部位常見較厚的礦體。而逆沖推覆斷層為礦區主導控制性構造, 可能是早期走滑斷層遞進變形的產物, 但又截切走滑斷層及其所控制的磁鐵礦礦體。中期EW向、SN向為主的高角度脆(韌)性走滑斷層多為共軛構造。斷裂強烈改造礦體, 使礦體礦石的完整性受到破壞, 發生綠泥石化、綠簾石化等蝕變。

圖11 松湖礦區逆沖與反沖斷層野外露頭

圖12 塔爾塔格礦區發育的逆沖與反沖斷層

表1 斷層石英熱活化ESR測年數據

圖13 查崗諾爾礦區斷裂ESR年齡分布直方圖

3.2 構造變形與成礦作用關系

3.2.1 韌?韌脆性剪切帶對礦體的控制作用

松湖、塔爾塔格礦區發育規模較大的NWW向高角度韌?韌脆性剪切走滑斷層, 斷裂帶內強變形域與弱變形域相間分布, 磁鐵礦化以及與礦化具有密切成因聯系的陽起石化、綠簾石化、綠泥石化等蝕變多沿構造裂隙發生, 強變形帶內多有磁鐵礦體充填, 形成網格狀的磁鐵礦細脈, 復合部位常見較厚的礦體。可見, 在松湖和塔爾塔格礦區, 早期韌?韌脆性剪切帶對礦體有顯著的控制作用。

特別是松湖礦體主體賦存于韌?韌脆性變形帶中, 被后期逆沖斷層、走滑斷層破壞改造(圖14)。韌脆性構造帶中發生明顯的礦化現象, 主要出現在構造帶頂底界面附近(圖15a)。與磁鐵礦伴生的黃鐵礦細脈發生強烈的塑性變形, 呈無根鉤狀褶皺(圖15c), 并有綠泥石化、綠簾石化、碳酸鹽化等蝕變沿著裂隙發生(圖15b)。近EW向的高角度走滑斷層破壞韌性構造帶及其控制的礦體, 發生蝕變并使礦石破碎呈碎粉狀(圖15d、e)。

塔爾塔格礦區礦脈在構造裂隙中也出露得很好(圖16a), 同樣顯示與構造具有很好的相關性。由于巖石發生極為強烈的塑性變形, 并呈現強變形帶與弱變形域間隔分布的格局, 因此礦化沿強變形帶分布呈網格狀(圖16b), 后被逆沖斷層破壞(圖16c)。此外, 韌脆性構造帶中有明顯的礦化現象, 出現磁鐵礦體與綠簾石伴生的現象(圖16d)。

3.2.2 韌脆性?脆性斷裂對礦體的破壞作用

韌脆性?脆性斷裂對礦體的破壞作用, 主要體現在以逆沖推覆構造為主導的查崗諾爾礦區。在多方向的斷裂構造作用下, 礦區形成了紛繁復雜的網格狀構造格局, 共同造成了礦區支離破碎的局面。NW-NWW向逆沖推覆斷層發育于走滑斷層之后, 表現為來自兩個方向的逆沖推覆作用。而受逆沖推覆構造的影響, 巖石被切割成規模不等的構造透鏡體。在局部地段巖石表面可見擦痕、節理等小構造, 并有近SW向、近EW向的高角度走滑斷層的疊加, 且與逆沖斷層相伴產出, 這些構造形跡在坑道內清晰可見(圖17)。沿著構造帶可見發育的黃銅及黃鐵礦化、礦石夾塊和礦石角礫。EW向和SN向構造強烈截切礦體, 并切割NW向構造, 在時間上應晚于NW向構造。SN向構造破碎帶十分發育, 沿著裂隙有石榴石集合體分布, 在構造裂隙內同樣可以觀察到礦化蝕變現象。

查崗諾爾礦區在控礦的韌?韌脆性剪切構造之后, 主要發育有礦體形成之后的破礦構造, 它們對礦體具有較強烈的破壞和改造作用。逆沖斷層尤其是高角度走滑斷層錯移了控礦構造及其控制的礦體。近SN向脆性右行走滑斷層, 總體位移量較小, 對礦體的破壞作用不太明顯。

圖14 松湖礦區主礦脈礦體構造

(a) 沿構造帶頂底面發生的礦化; (b) 沿裂隙發生的礦化蝕變; (c) 強塑性變形呈無根鉤狀褶皺的黃鐵礦脈體; (d)、(e) 近東西向高角度走滑斷層破壞礦體。

(a) 構造裂隙中發育的磁鐵礦脈; (b) 網格狀礦化細脈; (c) 韌脆性變形形成強變形帶與弱變形域相間分布格局及礦化現象; (d) 韌脆性構造帶中的礦化蝕變現象。

4 結 論

(1) 阿吾拉勒成礦帶內查崗諾爾礦區及其鄰區的構造格架基本一致, 總體表現為NW-NWW向逆沖推覆斷層及高角度韌性?韌脆性剪切走滑斷層、近EW向和近SN向高角度脆(韌)性走滑斷層等相互疊加改造。斷裂帶石英ESR年齡范圍為2.3～89.9 Ma,具有明顯的階段性分布特征, 可劃分為3個階段: 燕山晚期?喜馬拉雅早期(>65 Ma)、喜馬拉雅中期(23～ 65 Ma)和喜馬拉雅晚期(<23 Ma)。

(2) 斷裂構造主要形成于成礦期及成礦期后。燕山晚期?喜馬拉雅早期NW-NWW向高角度韌性?韌脆性走滑斷層是區內發育較早的斷裂構造, 也是區域性的控礦構造, 而逆沖推覆斷層為礦區主導控制性構造, 正、反沖斷層均較發育, 兩個方向的逆沖(推覆)組成礦區復雜的變形系統, 截切走滑斷層及其所控制的磁鐵礦礦體。喜馬拉雅中期近SN向、近EW向為主的高角度多方向脆(韌)性走滑斷層多為共軛構造, 對礦體具有較為強烈的破壞和改造作用, 尤其是高角度走滑斷層更是在局部控制了部分礦體, 或使礦石強烈破碎蝕變呈粉末狀; 喜山晚期近SN向脆性右行走滑是區內最后一期構造活動, 總體位移較小, 主要發育在查崗諾爾、智博礦區。

(3) 阿吾拉勒成礦帶內構造變形和成礦作用關系密切。在查崗諾爾、智博礦區, 除高角度走滑斷層在局部控制了部分礦體外, 主要表現出的是構造作用對礦體的破壞和改造, 使得礦體在延伸方向上中斷、尖滅再現、分枝復合。而在松湖、塔爾塔格礦區, 整體為韌性?韌脆性剪切帶對礦體的控制作用。松湖主礦脈與構造密切伴生, 磁鐵礦化、綠簾石化多沿構造裂隙發生, 強變形帶內多有磁鐵礦體充填, 形成網格狀的磁鐵礦細脈, 復合部位常見較厚的礦體。

(a) 3125中段, SN向構造與礦體接觸關系; (b) 3125中段, EW向構造截切礦體; (c) 3140中段, SN向構造破碎帶及沿破裂面發育的礦化蝕變; (d) NW向逆沖推覆構造中礦石夾塊; (e) 3155中段, NW向逆沖推覆構造及沿構造帶發育的黃銅礦黃鐵礦礦化; (f) 3140中段, SN向構造帶切割礦體。

致謝:野外期間長安大學姜常義教授、新疆地礦局第三地質大隊領導及工作人員給予諸多指導與幫助, 長安大學李永軍教授和北京礦產地質研究院方維萱研究員對本文提出了許多建設性修改意見, 筆者受益頗多, 在此一并致以誠摯的謝意！

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Structural Study of the Chagangnuoer Iron Deposit, West Tianshan: Implication for Tectonic-controlled Mineralization Model of the Awulale Metallogenic Belt

LUO Zhengjiang1, 2, LU Rukui1*, WANG Jian2, LIU Kui1, ZHOU Xiaohu1,FENG Qiao1, LI Yang1, SUN Shaolin1

(1.State Key Laboratory of Continental Dynamics, Department of Geology, Northwest University, Xi’an 710069, Shaanxi, China; 2. Research Institute of Experiment and Detection, Xinjiang Oilfield Company, Karamay 834000, Xinjiang, China)

The Awulale metallogenic belt is one of the important metallogenic belts in the West Tianshan, which experienced multi-stage tectonic events and related mineralization. In this study, the deformation characteristics and sequence in the Chagangnuoer iron deposit and adjacent areas were analyzed with the aim of investigating the correlation between the deformation and mineralization. According to field observations, the fracture structures in the study area can be divided into the NW-NWW high-angle ductile to ductile-brittle strike-slip faults and the thrust faults, the nearly E-W and N-S high-angle conjugate brittle (ductile) strike-slip faults and the near N-S brittle dextral strike-slip faults. Geochronological studies show that these faults were formed in three stages, during the late Yanshanian-early Himalayan epoch, middle Himalayan epoch and late Himalayan epoch, representing the structural records during or post mineralization period. The early-stage high-angle ductile to ductile-brittle strike-slip faults are regional ore-controlling structures, while the thrust faults are the dominant structures in the mining area; the mid-stage conjugate brittle (ductile) strike-slip faults strongly destructed and transformed the ore bodies; the late-stage dextral strike-slip faults exerted little influence on the orebodies. Specifically, the fracture structures in the Chagangnuoer and Zhibo deposits are mainly manifested as the destruction and transformation of the orebodies, whereas in the Songhu and Taertage deposits the ductile-ductile brittle shear belts are the main ore-controlling structures. The main orebodies are closely associated with the faults, which is evidenced by ore mineralization related magnetite alteration, chloritization, epidotization, and carbonatization occurring mainly along the structural cracks. The recognition of the role played by structural deformation on the formation and transformation of iron orebodies may shed light on the metallogeny of the iron deposits and future prospecting in the western Tianshan.

Chagangnuoer; Awulale metallogenic belt; tectonic deformation; correlation between tectonic and mineralization

2021-09-19;

2021-11-19

國家自然科學基金項目(41072159)和新疆油田公司科研項目(2019-C4009)聯合資助。

羅正江(1972–), 男, 高級工程師, 主要從事礦產地質、油氣地質研究。E-mail: luozj@petrochina.com.cn

魯如魁(1969–), 男, 副教授, 主要從事構造地質、構造與成礦關系研究。E-mail: lurukui@nwu.edu.cn

P542; P612

A

1001-1552(2022)02-0217-019