新疆塔什库尔干县沉积变质型铁矿成矿规律及成矿模型研究

张银洲 姚富升 景杨凡

（1.四川省核工业地质调查院；2.西安华地矿业管理有限公司；3.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司）

塔什库尔干县已发现的铁矿多处于青藏高原北缘印度板块与欧亚板块的结合部位，帕米尔构造东侧弧形湾折地带，大地构造位置属西藏—三江造山系中塔什库尔干—甜水海地块；成矿单元位于西昆仑南部慕士塔挌—阿克赛钦Fe-Cu-Au-Pb-Zn 矿带，该区域的地质工作者习惯称为“塔什库尔干沉积变质型铁矿带”；自元古代以来，该地块经历了长期复杂且强烈的构造演化，其岩浆活动、变质作用强烈，已发现几十处大小不等的磁铁矿床，如老并、赞坎、乔普卡里莫、岔河口等［1-3］。

近年来，虽然在该成矿带上开展了大量找矿工作，但仍缺乏对该区成矿规律的系统性认识和总结。基于此，本文通过对区域地质特征的归纳，通过对矿床展布特征、成矿规律、成矿时间演化规律的分析，以期对塔什库尔干地区沉积变质型铁矿成矿取得进一步认识，为找矿工作奠定理论依据。

1 区域地质特征分析

塔什库尔干县沉积变质型铁矿带北起塔什库尔干县（以下简称：塔县）北西的苏巴什以北一带，经马尔洋达坂至塔吐鲁沟南东一带，为一北西—南东走向的狭长矿带，长度约180 km，宽15～30 km。带内的赋矿地层普遍认为是古元古界布伦阔勒岩群。

1.1 岩层矿床及构造形迹特征

通过对该区域地质调查，结果显示部分矿体发育在前人划分的志留系温泉沟群内，应将原布伦阔勒岩群和该带南部区域分布的温泉沟群统一划归为古元古界塔什库尔干岩群，以下统称塔什库尔干岩群。

塔什库尔干岩群整体为一套绿片岩相-低角闪岩相变质程度的区域变质岩，可分为3 段，一段主要为片麻岩、变粒岩夹片岩（含石榴子石）；二段以云母石英片岩（含石榴子石、十字石）为主夹少量的大理岩、斜长角闪岩、变质霏细岩等；三段主要为绢白云母石英片岩、变砂岩夹变质霏细岩、大理岩、变质英安岩等。其中以二段地层（主体为原布伦阔勒岩群b岩组）中发现矿床最多，规模最大（图1）。

成矿带内构造形迹主要表现为断裂，断裂规模一般较大，多呈北西—南东向，控制了地层及岩体的展布，多为顺层断裂，性质多为逆冲平移，具多期发育的特点。纵观更大区域，塔什库尔干岩群整体呈背形发育，背形核部即变质中心位于岔河口北东阿克塔列克沟一带，背形轴面走向也为北西—南东向。带内含矿地层塔什库尔干岩群二段位于背形南西翼。

1.2 侵入岩发育特征

成矿带内侵入岩发育，且多发于在含矿带的边缘部位，对含矿带形成包夹之势。岩体长轴与区域构造线保持一致方向，即北西—南东向，且侵入岩在南部塔吐鲁沟及以南一带最为发育。侵入体岩性主要为中酸性，以酸性为主（英云闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩）。

侵入岩的时代前人多认为是印支期—燕山期，但在对该区域侵入岩中采集了大量的同位素锆石测年样显示，侵入体年龄为中寒武世，并在塔吐鲁沟以西一带在中寒武世侵入体中解体了大规模的新近纪的酸性岩体。

值得注意的是，在米斯空以北发育的矿体一般为贫矿，TFe 品位±30%，以南发育的矿体一般为富矿体，TFe 品位45%～60%。富矿体的上部距离矿体较近处大致顺层发育一大脉状的中寒武世花岗闪长岩，其由于构造作用普遍发育矿物的压扁拉长现象，岩体形成明显的片理、片麻理，构造上将其划分为片理化、片麻理化带更为合适，因片理、片麻理与围岩以构造面理接触，前人多误将其划分为塔什库尔干岩群的角闪片麻岩，岩体及片理化、片麻理化构造对成矿可能具有积极作用。

2 成矿规律分析

铁矿带严格受北西—南东向展布的火山沉积盆地控制。火山沉积盆地岩性以中基性火山-沉积岩建造为主，分布了一系列规模大小不一的磁铁矿床（点），如老并铁矿床、赞坎铁矿床、吉尔铁克沟铁矿床、岔河口铁矿床等，目前共发现30 多个矿床点，其中大型的4～5 个，其余为中小型，该铁矿带与塔阿西—塔吐鲁沟南火山沉积盆地相对应，部分区域还具有寻找超大型铁矿的潜力。

2.1 铁矿床的空间展布特征

区域内磁性铁矿的成矿过程与盆地的发生、演变有着很强的关联性和紧密的联系，由于盆地内不同部位的岩石性质的不同，造成了岩石性质上的差别，从而形成了铁矿的性质和规模的区别。目前，国内外已探明的磁性矿床及矿点大多沿盆地外围分布。区内航磁异常显示，塔阿西—塔吐鲁沟磁异常带总体由走向为北西西向的正磁异常组成，异常强度一般为200～400 nT，其与区内磁铁矿带的展布方向较为吻合，结果表明，磁异常（带）与磁铁矿化（带）之间关系密切。

2.2 矿体（层）空间赋存规律

成矿带典型矿区内，由于层位、岩性和构造位置的差异，矿体规模和矿石品位存在明显的差异，呈现出空间层状及沿构造线赋存规律。

带内含铁岩系由下到上可以分为4 个岩性段组合，分别为角闪斜长片岩、片麻岩段、石英云母片岩段、磁铁石膏岩段、石英-云母石英片岩段。铁矿层在4个含铁岩系中均有分布。

其中，角闪斜长片岩、片麻岩段发育有赞坎式的角闪磁铁矿石，石英云母片岩段中发育的马尔洋式的重晶石磁铁矿石，磁铁石膏岩段发育有老并式的膏铁建造，石英-云母石英片岩段中发育的岔河口式磁铁石英岩。各含矿岩系内磁铁矿化较为普遍，致密块状的富矿体主要产于远离大规模火山活动的片岩地层中。

矿体的整体倾向与地区的地壳运动相吻合，展布为北西—南东向。在矿床的走向上，磁铁矿床具有良好的连续性和相对的延展性。在纵向上，受火山岩-沉积构造的控制，形成多个磁性成矿层位，成矿方式、成矿程度均呈现显著的空间分带性。

2.3 成矿时间演化规律

本区以古元古代为主，并以海相型、沉积性、含磁性矿物为主。

在此期间，由于受拉伸和拉伸的影响，塔什库尔干—甜水海板块在较高强度的海底火山岩的影响下，产生了丰富的铁成矿，为原生含铁的沉积物。这些含铁构造在铁质岩层中广泛分布，厚度大，为铁质岩层的成因研究奠定了坚实的物质基础。

该时期初始沉积的铁质可能主要以Fe（OH）3凝胶、Fe3O4·nH2O 或非晶质的含铁亚硅酸盐形式存在，其经沉积成岩作用大部分形成磁铁矿。因为该时期海底火山活动的强弱、火山物质及所处构造环境、海水的分选的差异，铁质含量也明显存在差异，富铁矿分布于米斯空以南，贫铁矿分布于米斯空以北。磁铁矿形成后，原始沉积的磁铁矿层经区域变质作用，形成沉积变质型磁铁矿床（图2）。

早古生代由于强烈的由南向北的俯冲构造作用，带内伴随发育大规模的褶皱、断裂构造，构造活动使含铁沉积建造内的铁质局部重新活化、迁移及富集。由于构造活动引发大规模中酸性侵入岩的就位，岩浆就位过程中期及后期的热变质、热液蚀变同样对成矿具有积极作用，热液蚀变叠加富集主要表现在岔河口一带，表现为铁矿层及围岩大规模的黄铁矿化蚀变及矿石中伴生Co元素。但该过程中大规模的侵入岩基对铁矿的叠加作用微弱，关系密切的属距离矿体较近、规模较小的大脉状岩体（如前所述米斯空以南富矿体与侵入岩的关系）。总之，早古生代构造及岩浆活动、热液蚀变使得古元古代形成的磁铁矿层经叠加改造，最终形成现在的沉积变质型磁铁矿床，其时代大致在520～460 Ma。

之后该区域主体处于抬升剥蚀，甚至在新近纪有大规模的酸性岩浆侵位，但对铁矿的改造甚微，可忽略不计。有人认为志留纪该区域被俯冲埋深，发生了埋深变质作用，有利于铁矿的富集。直接证据表明，该区域发育大面积的志留系温泉沟群地层（原岩主要为一套碎屑-细碎屑岩建造），但该区域的温泉沟群地层时代存在很大争议，因变质程度较浅，也有学者认为原温泉沟群地层主体应划归为中元古界甜水海岩群。

通过在该区域开展地质调查，结合区域资料研究，根据地层层序、岩性组合、变质中心位置、变质程度，认为该区在志留纪不具有俯冲埋深变质改造，将大范围的温泉沟群划归为古元古界更为合理。

3 成矿模型建立及成矿分析

塔什库尔干沉积变质型铁矿应为同一时期在火山沉积盆地不同部位成矿，成矿时代与全球前寒武系BIF 型有相同之处，基于“源、移、运”原理，建立成矿模型如图3所示。

远古时期的古陆壳较薄，在拉伸作用下形成海盆，大量喷出富含铁质的帘源基性岩浆到海底，形成新的洋壳（火山盆地），其主体是基性岩。此时的海洋因为大气缺氧，只有上部水体含氧，而它下面巨大体积的水体则是缺氧的。海水（热卤水）在海底同生断裂地震泵的作用下，产生对流循环，从新生洋壳中提取大量铁和一些钡矿物质，使之溶于水。基性含铁物质沉积于火山机构附近的海盆中，形成厚度稳定、含铁建造稳定的延长、赞坎式铁矿。

在溶解了大量Fe2+、Ba2+离子的海水在洋流上升等作用下，被输送到潮线以下静水环境的氧化还原界面附近，在大陆坡和浅海陆棚附近，铁质大量沉淀成矿，因为Fe2+被氧化成Fe3+；同时，随着Eh 和pH 值的升高和压力的降低，海水中SO42-和CO32-的质量分数逐渐增加，它们与上升洋流中的Ba2+（主要在生物富集沉淀区）结合形成BaSO4和BaCO3的沉淀，由于上升洋流具有周期性，因此形成条带状构造或几条矿化层，即马尔洋式重晶石-磁铁矿床。

含铁海水受上升洋流影响，继续沿大陆棚向近岸迁移，并接受大量陆缘碎屑物沉积于近岸泻湖相附近，形成石膏-磁铁矿建造，即老并式铁矿床。随着含铁海水继续上升，越来越靠近海岸线附近，由于海水中含氧量的增加，铁质多以氧化物形态分布，同时大量发育SiO2，由于游离距离越远海水的分选越明显，铁的氧化物及SiO2的含量越高，容易形成富铁矿。同期由于远离火山活动中心，环境变得平静，主要为稳定的碎屑沉积，有利于形成大规模稳定的矿层，即形成了石英-磁铁矿建造，即岔河口式铁矿床。

在大面积区域变质变形作用下，各含铁建造发生不同程度的变质作用，较深海的赞坎式铁矿变质程度达到低角闪岩相，其他的主要以绿片岩相变质程度为主。随着该区域持续抬升，至早古生代由于南部的俯冲挤压，发生大规模的褶皱断裂，相继发育大规模的岩浆侵入活动，对矿体及含矿地层都形成了不同程度的改变，且多为成矿积极作用。

进一步分析，可将该区沉积变质型铁矿划分为4个含矿层位。

（1）底部含矿层位。以赞坎铁矿为代表，具典型的角闪-磁铁矿石特征，形成于浅海盆地远岸区域，近含铁火山喷发部位。在矿区内常见有磁铁矿层与火山岩互层或火山岩成层，并在其中发育磁铁矿层的特征。含矿岩性以角闪片岩为主，矿体规模最大。

（2）中部含矿层位。以马尔洋式铁矿为代表，具有重晶石-磁铁矿特征，形成于陆坡与陆棚交界部位，重晶石矿层的出现代表着金属矿物主要来自于火山源，陆源沉积可能性极小，并随海底搬运铁的同一种热液循环，沉积于较远离火山源区域形成矿床。含矿岩性以二云石英片（麻）岩、黑云角闪片麻岩为主，矿体规模较底部相对差。与底部含矿层位的划分标志是黑云母片（麻）岩的大量开始出现。

（3）上部含矿层位。以老并式铁矿为代表，具典型的石膏-磁铁矿石、黑云-石英-磁铁矿石特征。厚大石膏层的出现代表了封闭环境的沉积，大规模的黑云石英片岩的出现代表了陆源物质的大量补给，因此推断该类矿床应是该区沉积变质型铁矿上部含矿层位。与中部含矿层位的划分标志是二云母片（麻）岩、白云母片（麻）岩的出现。

（4）上部-顶部层位。以岔河口铁矿为代表，具典型的石英-磁铁矿石特征，矿体远离火山喷发部位，矿体及其附近原岩主要为一套陆源碎屑岩加少量的火山岩建造，以黑云母、二云母石英片岩为主，代表了主要以陆源碎屑补给的特征。其次磁铁石英岩为特征的矿层也反映了远离火山活动，近岸含氧量高的沉积特征。

4 结论

（1）铁矿带与塔阿西—塔吐鲁沟南火山沉积盆地相对应，已探明的磁铁矿床及矿点大多沿盆地外围分布，而在靠近盆地中部的区域，只有几个较小规模的磁性矿床（点）。

（2）区域磁异常（带）与磁铁矿化（带）基本相吻合。

（3）铁矿带内含矿地层主要为塔什库尔干岩群二段，整体呈背形发育，铁矿多位于该背形南西翼。

（4）以米斯空为界，以北的矿体一般为贫矿，以南的矿体一般为富矿。值得注意的是，富矿体的上部距离矿体较近处大致顺层发育一大脉状的中寒武世花岗闪长岩，其由于构造作用普遍发育矿物的压扁拉长现象（前人多误将其划分为塔什库尔干岩群的角闪片麻岩）。

（5）成矿演化主要经历了古元古代-坳陷原始物质沉积期、中新元古代-造山运动区域构造变质期、早古生代-岩浆热液叠加改造期3个时期。

（6）铁矿体的赋存主要可分为4个层位、4种矿石类型，由底到顶分别发育的矿石类型为角闪磁铁矿石、重晶石磁铁矿石、膏铁建造磁铁矿石、磁铁石英岩矿石。呈现出由底到顶及距离火山活动越远，铁矿石品位越高的特征。