新疆和静县查岗诺尔铁矿床Fe矿体围岩蚀变特征

陈文革,张海军,刘铭峰

(新疆地质矿产勘查开发局第三地质大队,新疆库尔勒841000)

查岗诺尔大型磁铁矿床位于新疆巴音郭楞蒙古自治州和静县内,该铁矿床自20世纪70年代首发现以来,开展了相应的地质勘查工作。该矿床产于下石炭统具有岛弧特征的大哈拉军山组(C1d)海相火山岩夹碳酸盐岩建造中。查岗诺尔铁矿床是一个规模在1亿t以上的大型磁铁矿床。

1 区域地质背景

研究区位于西天山中部,构造位置位于伊犁-伊塞克湖微板块北缘 (图1)[1],在石炭纪期间,研究区属于博罗科努岛孤带,分布有大面积的钙碱性火山岩套和钙碱性花岗岩[2]。该岛孤带形成于伊连哈比尔尕古洋盆向南侧的B形俯冲过程,俯冲带的位置大体上位于以巴音沟蛇绿岩套为代表的北天山蛇绿岩带所在的位置。在二叠纪期间,本区西延的阿吾拉勒地区出现了裂谷化过程,产生了数量较多的双峰式火山岩和A型花岗岩[3-5]。研究区内构造活动强烈,火山机构十分发育,尤其是石炭纪火山岩和同期中酸性岩体非常发育,成矿地质条件十分有利[6]。

成矿区属阿吾拉勒金、铜、铅、锌、铁成矿区。矿产丰富,区内除本矿床外还有备战铁矿、智博铁矿、古伦沟铅锌铁矿、胜利铜矿等一系列矿产地,主要成矿类型为火山岩型和岩浆热液型[7],该区域是新疆寻找火山岩型铁铜多金属矿和斑岩型铜矿最有利地区之一[8-9]。

1.1 区域地层

区内出露的地层有元古界、志留系、泥盆系、石炭系、二迭系、三迭系、侏罗系及第四系。其中以石炭系分布最广泛,分为上、下石炭统。下石炭统为大哈拉军山组 (C1d),上石炭为统伊什基里克组 (C2y),两者之间为断层接触。下石炭统大哈拉军山组 (C1d):主要为一套海相火山岩夹碳酸盐岩建造。区域内仅出露上部,该组可分三个亚组。上石炭统伊什基里克组 (C2y):主要为一套火山角砾岩、凝灰岩及熔岩,局部夹正常沉积岩和灰岩,具海陆交互相特征[10]。

1.2 侵入岩

矿区及邻区内分布众多的侵入岩。岩体受构造制约,以酸性岩为主,中性岩次之,由海西中、晚期构造旋回的产物组成。海西中期侵入岩主要分布在区域中部,由闪长玢岩 ()、安山玢岩()、闪长玢岩()、石英闪长玢岩 ()组成;海西晚期侵入岩在区域东部、南部和北部,以中性、中酸性岩为主,主要由细粒石英闪长岩体 ()、闪长岩体 ()、细粒黑云母斜长花岩体 ()、粗粒花岗岩()、石英正长岩()及石英正长斑岩体 ()等岩体组成。岩体的空间分布受到断层带制约,构成以钙碱性、中酸性侵入岩为主的岩套。根据岩体侵入的最新地层和与邻区对比,石炭纪侵入体主要为闪长玢岩、闪长岩、石英闪长岩、黑云母斜长花岗岩和花岗岩,多呈岩基状和岩株状产出。二叠纪侵入体主要为石英正长岩和石英正长斑岩,呈小岩株状。

研究区内脉岩十分发育,主要为辉绿岩脉、闪长玢岩、石英闪长玢岩、安山玢岩、煌斑岩脉等,脉岩一般斜切地层、蚀变带及铁矿体。

1.3 区域构造

研究区处于伊犁-伊塞克湖微板块博罗科努古生代复合岛弧带。区域上经历了多阶段构造活动,造成极为复杂的构造格局,以断裂构造发育为特点,进一步可以分为受区域构造制约的断裂和受火山构造控制的环状断裂。线性断裂以北西西向为主,北东东向断裂,规模不大,构造角砾发育,气液活动明显、蚀变强烈,为查岗诺尔铁矿床的形成提供了容矿、运矿条件[11]。

图1 西天山大地构造造示意图

2 矿区地质特征

2.1 地层特征

查岗诺尔铁矿区出露的地层绝大部分为石炭纪火山岩 (图2)。下石炭统大哈拉军山组 (C1d)以细粒火山碎屑为主,上部出现少量粒度较粗的碎屑,成层性好。在下部层位中出现较多的中基性火山岩,上部酸性熔岩较多。上石炭统伊什基里克组 (C2y)中的火山碎屑多为角砾～集块级,且多见流纹斑岩等酸性熔岩出露,大多属近火山口爆发相,其间夹少量正常沉积的灰岩、凝灰砂岩、层凝灰岩等,属火山中心喷发相。

2.2 构造特征

矿区构造主要由下石炭统大哈拉军山组和上石炭统伊什基里克组所组成的火山穹隆和断裂构成,矿区构造基本形态除受区域性南北挤压应力的影响外,又受火山机构的制约。因而,各种构造形迹更为复杂,主要有火山穹隆构造、北西向压扭性断裂,及其派生之次一级断裂、环状及辐射状断裂等。

2.3 侵入岩

矿区侵入岩主要发育有海西中、晚期的的侵入岩。海西中期潜火山侵入杂岩规模一般较小,呈小岩株、岩枝、岩墙状,主要岩性为辉石闪长玢岩、闪长玢岩、石英闪长玢岩等,以及一些岩性细晶闪长岩脉、闪斜煌斑岩、辉闪斜煌岩脉、英安岩、英安斑岩脉,海西晚期酸性侵入体,主要为规模较小的花岗岩岩株,外围有规模较大的岩基和岩株。

图2 新疆西天山查岗诺尔-备战一带地质矿产略图

3 矿区蚀变带分带特征

查岗诺尔铁矿广泛发育着围岩蚀变,由于成矿矿浆的多期次活动,形成沿断裂带分布的带状蚀变带。以矿床主矿体FeⅠ矿体的围岩蚀变情况为例。蚀变带被F8及F10所限制,呈北东—南西向展布,长1800余m,宽500～600m。由于矿区蚀变类型不同以及蚀变强度的变化,自东向西分别为石榴石带、绿帘石-阳起石带、阳起石-磁铁矿带、蚀变大理岩带和阳起石带 (图3)。

3.1 石榴石带

石榴石化极为发育,主要分布在 F10以西,为蚀变带的最东侧。连续出露长约2500m,再向东被第四纪冰碛物覆盖,宽约100～250m。主要由石榴石岩组成,此外还有磁铁矿化石榴石岩、阳起石-石榴石岩、透辉石-石榴石岩等。早期石榴石被晚期蚀变之绿帘石、阳起石等交代。

3.2 阳起石-磁铁矿带

位于矿化蚀变带中心部位。规模仅次于石榴石带,东西宽 60～130余 m,南北断续延长2000m。铁矿体占据了该带绝大部分面积,蚀变岩石及变余凝灰岩呈残块零星分布。蚀变岩石为磁铁矿化绿帘石～阳起石岩、磁铁矿化阳起石岩、磁铁矿化石榴石岩等。

3.3 绿帘石-阳起石带

呈不规则带状位于阳起石-磁铁矿带西侧。一般宽20～30余m,最宽达70～80余m。其形态、规模和分布明显地受F8及一系列近东西向断裂控制,因而往往出露不连续。蚀变岩石有阳起石岩、绿帘石-阳起石岩、石榴石、磁铁矿化阳起石岩等。从产状上看,早期蚀变石榴石带在上,晚期蚀变绿帘石～阳起石化在下。绿帘石～阳起石化由于交代作用强,一般原岩不易辩认。当交代弱时,蚀变岩石部分地保留了原岩的变余凝灰结构,反映了原岩应为凝灰岩。

3.4 蚀变大理岩带

发育在蚀变带最西侧。宽30～100m,沿走向基本连续。组成岩石有透辉石～方柱石大理岩、方柱石化凝灰质大理岩、阳起石化大理岩和透闪石大理岩等。透辉石-方柱石大理岩呈灰白色,等粒花岗变晶结构,层状构造。岩石以含15%～45%的方柱石和10%～15%透辉石为特征。总体上,大理岩呈透镜状分布,和围岩之间无交代作用。

4 主要蚀变岩石的岩相学特征

4.1 石榴石岩

砖红色,自形粒状变晶结构,块状构造。其中石榴石约占71%,阳起石5%,绿泥石5%,石英4%,碳酸盐3%,金属矿物12%。石榴石呈粒状自形程度高,阳起石以毛发状为主,集合体成束状,部分被绿泥石交代,形成团块状铁绿泥石集合体。金属矿物对绿泥石和石榴石形成无选择交代。

4.2 透辉石石榴石蚀变岩

柱粒状变晶结构,其中:石榴石46%,透辉石23%,阳起石 2%,绿泥石微量,金属矿物29%。石榴石具光性异常,它形,以褐黄色为主,可见环带结构,透辉石短柱状,无色,二级干涉色,和阳起石共生,阳起石为束状,多充填在透辉石和石榴石结晶空隙中,具有明显的多色性,金属矿物交代阳起石和透辉石及石榴石,在岩石中多以它形粒集合体形式出现。

图3 查岗诺尔铁矿床 FeⅠ矿体地质图

4.3 矿化阳起石石榴石蚀变岩

交代残余结构,石榴石57%,阳起石19%,绿帘石3%,石英2%,金属矿物18%,绿泥石1%,岩石全部由蚀变矿物组成,主要以石榴石为主,其蚀变期次总体上可分为三期。第一期为:阳起石化,阳起石多以纤维状束状集合体出现。第二期为石榴石化,一部分为全自形粒状具环带结构,其余为环带状石榴石,结晶比较完整。第三期为绿帘石+石英,多以自形粒状为主,分布于金属矿物粒间,晚于金属矿物。金属矿化主要发生于石榴石化之后,可见金属矿物交代石榴石和阳起石,并以它形集合体为主。

4.4 金属矿化阳起石蚀变岩

粒状变晶结构,其中阳起石 78%、石榴石12%、透辉石3%、金属矿物7%,其他蚀变矿物有绿泥石、碳酸盐。岩石主要由蚀变矿物组成,有两期蚀变及一期矿化,早期蚀变以透辉石和石榴石为主,二者均强烈破碎,晚期以阳起石为主,后期有轻微绿泥石化,阳起石之后为金属矿化,其中透辉石以微粒状集合体为主。

4.5 透闪石透辉石大理岩

灰白、浅灰色,粗粒-细粒变晶结构,中厚～巨厚层状,块状构造。主要成份:方解石 (0.5～1.5mm)65%,透闪石20%,透辉石10%,石英5%,多掺杂1%～5%之火山灰。局部见少量方柱石、石榴子石。

5 蚀变作用类型及多阶段性

矿区蚀变岩种类繁多,面貌复杂,岩石、矿物组合、化学组成和空间分布都具有一定的规律性;多种蚀变矿物不仅有多种世代而且又相互组合;不同的蚀变岩相互组合成不同的蚀变带,蚀变带相互重叠。这就反映出蚀变作用的多阶段性和多样性。大致可以分出早、中、晚三期蚀变作用。

5.1 早期蚀变作用

蚀变作用强裂,影响广泛。在矿体周围形成了长达2000m的蚀变带,波及的地层有大哈拉军山组第二亚组第三段、第三亚组第一段,及上石炭基性～中基性凝灰岩。石榴石带及蚀变大理岩带主要在此阶段形成。该阶段矿物共生组合为:磁铁矿+透辉石+石榴石。石榴石和透辉石基本为共生关系,二者共同破碎、共同重结晶。

5.2 中期蚀变作用

为区内最主要的矿化蚀变作用,无论是蚀变作用的强度,还是蚀变带的规模,较之早期蚀变,均有过而无不及。蚀变带发育在早期蚀变岩带的内侧并部分重叠,长约2000余m。受蚀变的岩石为大哈拉军山组第二亚组第三段、第三亚组第一段。该阶段矿物共生组合为:磁铁矿+阳起石+绿帘石。该期阳起石主要交代碎粒石榴石和透辉石。

5.3 晚期蚀变作用

此类作用相当普遍,各蚀变带上均可见其痕迹。它往往使前两期蚀变作用产物的面貌复杂化,使先期生成的铁矿或铁矿化岩石进一步加富。该阶段矿物共生组合为:磁铁矿-石榴石-阳起石-绿帘石-石英-碳酸盐。热液成矿晚期有显著的热液蚀变,蚀变矿物由早到晚的生成顺序有红褐色石榴石、阳起石、绿帘石、石英和碳酸盐。

根据前人[10-11]在矿区所采的38个矿物包体测温样测试数据:早期蚀变作用的温度应高于325℃,中期矿化蚀变作用的温度大致在260～515℃间。中期又分出了磁铁矿晶出温域:390～515℃,和金属硫化物晶出温域:260～315℃。而晚期叠加蚀变的温度为180～345℃。

从以上的数据来看,查岗诺尔铁矿中的热液成矿阶段主要是在高温～气成热液阶段形成的。早期成矿阶段都是高温～气成热液阶段形成的,就是在晚期成矿阶段,也主要是在高温～气成热液阶段形成的。

6 围岩蚀变与成矿关系

早期矿化蚀变主要以透辉石-石榴石化为代表,由无水硅酸盐矿物透辉石、石榴石组成,其中又以石榴石分布最广,在东矿区石榴石岩构成颇为状观的石林地貌。西矿区石榴石化不发育。仅限于矿体内部,地表未见出露。据石榴石单矿物化学分析和晶胞参数测定,为钙铁铝榴石。早期蚀变之透辉石、石榴石,往往被晚期蚀变之绿帘石、阳起石所交代。

中期矿化蚀变以绿帘石化-阳起石化为代表,蚀变带一般都出现于磁铁矿体中及其外侧。在东西矿区均广泛发育,各铁矿体和铁矿露头都分布其中。蚀变带主要由含水硅酸盐矿物绿帘石、阳起石、透闪石及方柱石组成。生成顺序为:绿帘石最先,次为阳起石,而后为透闪石及方柱石,阳起石分布最广,方柱石化仅在大理岩层内出现。绿帘石化、阳起石不仅交代透辉石和石榴子石,而且还直接交代各种火山岩、侵入岩及大理岩。

后期叠加蚀变,即晚期成矿阶段,所形成的蚀变矿物粒径较大,多呈粗晶状及伟晶状,所形成的矿物主要是石榴石、绿帘石、阳起石、绿泥石、石英、方解石、次闪石,其次为绿钠闪石、钠长石、钾长石、绢云母等。它们常呈脉状和网状穿插于早中期蚀变岩及铁矿体中,以东矿区最为发育。

需要强调的是,在铁矿体底部附矿围岩中有碳酸盐岩夹层,呈透镜状分布。在碳酸盐岩与围岩之间没有交代关系,亦无特征蚀变和矿化现象。因此,该铁矿蚀变类型与矽卡岩化无关。总体上,矿区蚀变是由高、中温火山热液交代中酸性火山碎屑岩而形成。

7 主要认识

本文结合区域地质矿产资料,通过对查岗诺尔大型磁铁矿床地质特征、矿床的围岩蚀变特征等方面进行了研究,主要取得了以下认识:

1)查岗诺尔铁矿广泛发育着围岩蚀变,由于成矿矿浆的多期次活动和热液期成矿作用,形成沿断裂带分布的带状蚀变带。通过研究发现,矿床主矿体FeⅠ矿体的围岩蚀变,自东向西可分出石榴石带、绿帘石-阳起石带、阳起石-磁铁矿带、蚀变大理岩带和阳起石带。

2)矿区蚀变作用总体上可分为三个阶段,即早、中、晚三个阶段。各阶段的矿物共生组合分别为:磁铁矿+透辉石+石榴石;磁铁矿+阳起石+绿帘石;磁铁矿-石榴石-阳起石-绿帘石-石英-碳酸盐。

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