胡秀軍,陳文革

(新疆地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質大隊,新疆庫爾勒841000)

新疆南天山查崗諾爾大型磁鐵礦礦床地質特征及礦床成因*

胡秀軍,陳文革

(新疆地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質大隊,新疆庫爾勒841000)

查崗諾爾鐵礦床為新疆南天山近年來發(fā)現(xiàn)的大型磁鐵礦床。該礦床產(chǎn)于南天山造山帶下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組火山-碎屑-碳酸巖建造中,儲量達到1.3億噸。礦床由多個平行于地層層理的礦體組成,其主礦體位于隱爆角礫巖內。主要的礦物組合包括磁鐵礦、磁赤鐵礦、穆磁鐵礦、赤鐵礦、假象赤鐵礦及極少量的鏡鐵礦等。通過對礦石的結構、構造以及礦石礦物化學成分的綜合分析,表明該礦床的形成與火山通道附近的潛火山構造隱爆作用密切相關。該礦床的發(fā)現(xiàn)為區(qū)域上尋找同類礦床提供了廣闊的找礦前景。

鐵礦床;火山巖;查崗諾爾;新疆

查崗諾爾鐵礦床是近年來由新疆第三地質大隊發(fā)現(xiàn)并進行勘察的大型磁鐵礦礦床。從區(qū)域構造位置來說,它位于南天山造山帶,屬于中亞造山帶的重要組成部分(圖1)。經(jīng)過多年的勘察,目前已經(jīng)獲得儲量1.3億噸,是目前在南天山地區(qū)發(fā)現(xiàn)的最大的磁鐵礦礦床。它的發(fā)現(xiàn)不僅為新疆地區(qū)提供了重要的鐵礦資源,也為在南天山地區(qū)乃至中亞造山帶內尋找大型鐵礦提供了重要線索。因此,不僅具有極大的經(jīng)濟和社會價值,同時對研究區(qū)域成礦背景并尋找類似礦床具有重要的理論和實踐意義。

1 區(qū)域地質背景

查崗諾爾鐵礦床位于南天山造山帶(圖1),大地構造位置處于伊犁微板塊之博洛科努早古生代島弧帶[1-3]。關于南天山造山帶的構造演化,尤其是南天山與塔里木發(fā)生拼合的時間目前仍存在很大分歧[1-10]。Zhang,et al(2007)通過對南天山榴輝巖鋯石U-Pb精確定年,認為南天山最終的俯沖碰撞發(fā)生在二疊紀末期至早三疊世[6];Xia,et al(2004)認為[7],從石炭紀到二疊紀,天山發(fā)育了一個巨型裂谷,這一裂谷與地幔柱有關。這一認識和Zhang,et al (2007)認為二疊紀至三疊紀的碰撞造山模式是相互對應的。然而,大多數(shù)研究者從區(qū)域地層、巖漿巖等系統(tǒng)研究,認為南天山與中天山微板塊、塔里木拼合的時間發(fā)生在早石炭世晚期,從中石炭世進入造山后演化階段[8-10]。

圖1 新疆查崗諾爾磁鐵礦床FeI號礦體地質圖Fig.1 Geologicalmap of FeI ore-body of Chagangnuoermagnetite deposit,Xinjiang

礦區(qū)內出露的地層主要為石炭系,分別為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組和中石炭統(tǒng)伊什基里克組[11]。在礦區(qū)北部分布著眾多的海西中晚期巖漿巖,巖性以酸性巖和堿性巖為主,中性巖次之。海西中期的侵入巖巖體主要分布在中部,包括閃長玢巖、安山玢巖、石英閃長巖體、閃長巖體、細粒黑云母斜長花崗巖體等。海西晚期的侵入巖以堿性為主,包括石英正長巖及石英正長斑巖體,以巖株狀為主。另外,脈巖十分發(fā)育,主要為輝綠巖、閃長玢巖、石英閃長玢巖、安山玢巖、輝綠玢巖脈、煌斑巖脈等,脈巖一般斜切地層、蝕變帶及鐵礦體。

區(qū)域上分布著眾多的銅、鐵、黃鐵礦點,重砂異常擴散暈,物探磁異常,放射性異常。如哈爾嘎嘎林恩5號磁鐵礦點,查汗烏蘇背斜1號銅礦點等。

2 礦床地質特征

2.1 礦區(qū)地層

查崗諾爾鐵礦區(qū)出露的地層絕大部分為中、下石炭統(tǒng)的一套火山碎屑巖,其間夾少量基-酸性熔巖及凝灰質砂礫巖、碳酸鹽巖等正常沉積的巖石。其中下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組主要為一套海相火山噴發(fā)-沉積碎屑巖夾碳酸鹽巖建造。從下到上由三部分組成:下部為灰綠色英安質凝灰角礫巖、安山質晶屑凝灰?guī)r、凝灰質砂礫巖、灰?guī)r、安山巖、輝綠玢巖,厚762.41 m;中部為灰色、灰綠色流紋質熔結凝灰?guī)r,白色、灰色巨厚層狀大理巖,晶屑巖屑凝灰?guī)r等,厚897.97 m。查崗諾爾鐵礦床就賦存于第二巖性段。上部為灰綠色安山質晶屑玻屑凝灰?guī)r夾閃長玢巖、安山玢巖等,厚度224m。中石炭統(tǒng)伊什基里克組主要為一套火山角礫巖、凝灰?guī)r及熔巖,局部夾正常沉積巖和灰?guī)r,具海陸交互相的類復理式建造。

2.2 礦體特征

礦區(qū)共圈定出6個礦體,規(guī)模最大的為FeI號礦體,也是最主要的工業(yè)礦體,其余礦體規(guī)模相對較小?，F(xiàn)將主要礦體FeI號礦體特征敘述如下。

FeI號礦體分布于東礦區(qū),占據(jù)了礦區(qū)鐵礦資源量的絕大部分。鐵礦依石榴石-綠簾石-陽起石蝕變帶呈向北西凸出的弧狀分布。FeI號礦體在平面上總體為北東-南西向,被礦區(qū)最大的兩條南北向斷裂所挾持,大致與這兩條斷裂平行。主礦體中段微向東南凸出并顯著膨大,南端呈逐漸尖滅,北端被第四系所覆蓋,南段明顯凹向西北。FeI礦體長約2130 m,礦體累計平均厚度87.26 m,傾向為156～172°,傾角多為15～25°。

FeI礦體出露最大厚度181.58 m,平均厚度為63.73 m,單工程見礦厚度最小為2.1 m。通過多個鉆孔資料統(tǒng)計分析,礦體厚度變化系數(shù)為80.7%,礦體厚度變化系數(shù)中等。沿走向礦體在05～06線、22～28線厚度較大,向南礦體厚度變薄。

礦體單工程最高TFe品位64.2%,最低20.18%,礦體TFe平均品位為36.87%,M Fe平均品位為27.6%(表1)。其中礦體TFe平均品位以30%～35%、37%～41%、25%～30%為主,分別占23.13%、16.08%及15.51%,其次為41%～45%、35%～37%、45%～49%,合占32.16%。礦體品位變化系數(shù)11.02%,屬有用組份分布均勻礦化連續(xù)的礦體(表1)。

2.3 圍巖蝕變

圍巖蝕變在查崗諾爾鐵礦區(qū)廣泛發(fā)育,大致可以分出早、中、晚三期蝕變作用。

早期蝕變作用,蝕變作用強裂,影響廣泛。在礦體周圍形成了長達2 000m的蝕變帶,形成石榴石帶及蝕變大理巖帶。

中期蝕變作用為區(qū)內最主要的礦化蝕變作用,蝕變帶發(fā)育在早期蝕變巖帶的內側并部分重疊,長約2000余米。形成磁鐵礦-陽起石帶、綠簾石-陽起石帶及鐵礦體。

晚期蝕變作用。此類作用相當普遍,各蝕變帶上均可見其痕跡。它往往使前兩期蝕變作用產(chǎn)物的面貌復雜化,使先期生成的鐵礦或鐵礦化巖石的礦化進一步富集。

2.4 礦石礦物組成

通過對大量光、薄片研究,共鑒定出17種礦石礦物。鐵礦物以磁鐵礦為主,次為磁赤鐵礦、穆磁鐵礦、赤鐵礦、假象赤鐵礦,鏡鐵礦少見。與之伴生的金屬硫化物以黃鐵礦最為常見,黃銅礦次之,銅藍、閃鋅礦、硫鹽類較罕見。氧化礦物為褐鐵礦、孔雀石、藍銅礦。自然銅見于個別地段,鐵礬、銅礬數(shù)量不多。

表1 FeI號礦體工程見礦厚度、品位Table 1 Thickness and tenor of FeI ore bodymeasured from drill holes

磁鐵礦:磁鐵礦石可劃分出兩種磁鐵礦,細粒磁鐵礦和粗粒磁鐵礦。前者粒度多在0.1 mm以下,肉眼難以區(qū)別,形成早,構成磁鐵礦主體,后者粒徑在1～2mm以上,呈自形晶粒,穿切早期細粒磁鐵礦集合體,常呈晶簇狀圍繞早期礦石或圍巖的隱爆角礫生長,并伴有后期熱液形成的紅褐色石榴石晶簇、陽起石、綠簾石、碳酸鹽、鐵、銅硫化物。

黃鐵礦:分布較普遍,是包含礦石中硫的主要礦物。礦漿期硫化物多呈微細粒針狀、頁片狀(長2～5mm、寬多在0.5mm)或它形粒狀,針狀透閃石等脈石礦物呈霧迷狀、陰影狀或條紋狀、條帶狀不均勻的分布在微細粒磁鐵礦基質中,或分布在與磁鐵礦反應的殘留包體附近。據(jù)此可知它們是由同化了的富含硫化物的火山碎屑形成的。

熱液期黃鐵礦粒度較粗,呈集合體或細脈狀(脈寬1～2mm),與熱液晚期綠簾石、碳酸鹽伴生或切穿礦漿期磁鐵礦。

黃銅礦:呈它形粒狀,粒徑0.03～2 mm,呈細脈浸染狀、團塊狀,分布于磁鐵礦之間,在黃銅礦中包有自形和半自形粒狀的磁鐵礦,說明黃銅礦的形成晚于磁鐵礦,屬熱液期局部聚集。

光、薄片研究還鑒定出18種脈石礦物。最常見的為石榴石、陽起石、綠簾石、透閃石,其次為綠鈉閃石、透輝石、綠泥石、鈉長石、斜長石、石英、碳酸鹽等。當?shù)V化蝕變的原巖為大理巖時,出現(xiàn)方柱石;而當?shù)V化蝕變原巖為細凝灰?guī)r或火山灰凝灰?guī)r時,則出現(xiàn)大量絹云母。此外,還有少量的白鈦石、榍石、鋯石、磷灰石,個別情況下偶見電氣石。

2.5 礦石結構和構造

2.5.1 礦石構造

礦石構造種類較多,有浸染狀、塊狀、角礫狀、對稱條帶狀、脈狀、網(wǎng)脈狀及晶洞狀,其中以浸染狀構造分布最普遍,其次是角礫狀構造。礦石組構與礦床成因有關[4-6],按成因敘述如下:

(1)礦漿成礦期構造特征

礦漿成礦期與隱爆密切相關,鐵質礦漿隱爆后由于大量的揮發(fā)份和熱量逸失,急劇過飽和,形成特征的微細粒它形粒狀磁鐵礦集合體。由于大量隱爆角礫、碎屑粉塵成為鐵質礦漿的包體,導致兩種組份之間強烈的同化混染,由此形成一系列與同化混染有關的構造特征。由于隱爆產(chǎn)生的負壓空間,導致部份鐵質礦漿伴隨的熱液流體在鐵礦體上方形成貫入脈狀角礫型磁鐵礦礦石。

浸染狀構造:是礦區(qū)分布最廣泛的礦石類型,東、西各礦體及硫化礦石都具有這類構造。根據(jù)金屬礦物含量的差異又可分為三類:金屬礦物含量>50%的為稠密浸染狀構造;含量在50%～30%者為中等浸染狀;含量在30%～20%者為稀疏浸染狀。組成礦物一般以磁鐵礦、穆磁鐵礦、黃鐵礦等呈浸染狀產(chǎn)于陽起石、綠簾石、石榴石、石英、方解石、鈉長石-斜長石集合體為特征。

塊狀構造:主要見于礦體下部富礦體中,由于強烈的同化混染,包體成份已被新生的微細粒磁鐵礦和黃鐵礦、透閃石等淺色礦物取代,保留了包體的外形成陰影狀構造;由于強烈的同化和流動,上述新生礦物集合體呈云朵狀、紋層狀分布與相鄰微細粒磁鐵礦組成明顯不同的霧迷狀構造。

角礫狀構造:礦石中包體即礦體圍巖,呈次棱角狀、次圓狀角礫懸浮于其中,被磁鐵礦膠結,包體之間接觸程度較高,同化程度較弱,并產(chǎn)生位移,主要是機械懸浮狀聚合體于磁鐵礦礦漿中,多位于主礦體頂板及其上方附近貫入角礫巖脈中,礦體內部夾石附近也可見少量該類礦石但反應邊較頂部明顯。依據(jù)包體含量多少和包體大小將其分為三類;包體含量≥70%,包體通常為mm級或cm級大小不等的隱爆碎屑、粉塵,為浮渣狀構造。包體含量≥70%,包體d值在0.5～1.5cm之間,為豹紋狀構造,位于浮渣狀構造之下同化混染增強。包體含量70～30%,包體d值在0.5～1.5cm之間,為斑點狀構造,位于豹紋狀構造之下同化混染更強。

(2)熱液成礦期礦石構造特征

在熱液成礦期,以紅褐色石榴石和粗粒磁鐵礦為特征,多呈自形晶簇產(chǎn)出,形成特征的角礫狀構造、對稱條帶狀構造,具有高溫淺成充填成礦作用的特點。由于是二次隱爆,當其疊加在主礦體上可使礦漿成礦期的礦石角礫巖化。當其疊加在貫入脈狀角礫巖型礦石之上,則明顯形成復角礫狀礦石,是二次隱爆的可靠證據(jù)。伴隨熱液充填作用可有不同程度的交代蝕變現(xiàn)象,在礦漿成礦期演化晚期也可出現(xiàn)不同程度的熱液礦化現(xiàn)象,如晶洞構造;局部出現(xiàn)的脈狀磁鐵礦,與陽起石、綠簾石交織成網(wǎng)脈。礦體底板之下的熱液蝕變形成的煙灰狀微細粒磁鐵礦等。

對稱條帶狀構造:伴隨隱爆產(chǎn)生的張性裂隙粗粒磁鐵礦晶簇垂直裂隙壁生長,其上為粗粒紅褐色石榴石晶簇進而可有少量陽起石生成,內部空隙有少量綠簾石、碳酸鹽、黃鐵礦、黃銅礦生成,形成以充填作用為主的對稱條帶狀構造。伴隨隱爆角礫巖的形成,上述礦物組合可圍繞角礫依次形成。實際上這是一種特殊的角礫狀構造,在淺成張性角礫巖中生成。

角礫狀構造:圍巖已結晶的礦體礦石在二次隱爆中形成張性角礫被紅褐色石榴石、粗粒磁鐵礦的自形晶簇充填膠結,其內部空隙為晚期階段、陽起石、綠簾石、方解石、鐵、銅硫化物充填,形成角礫狀礦石(礦化)。

2.5.2 礦石結構

總體而言,礦區(qū)的礦石結構類型較簡單,以他形-半自形微粒結構和自形-半自形粒狀結構為主,交代假象結構,粒狀-纖維狀變晶結構、碎裂結構次之。

他形-半自形微粒結構:磁鐵礦呈他形-半自形微粒狀(0.02～0.1mm)均勻嵌布于石榴石、陽起石等脈石礦物間,磁鐵礦晶出顯然晚于上述礦物。具這種結構的礦石,形成時間較早,而且常是其它結構類型的基礎。

半自形-自形粒狀結構:磁鐵礦晶形較完整,顆粒較粗大(一般0.1～0.2mm)為此類礦石特征,磁鐵礦為八面體,在礦石中不均勻浸染。在不少礦石中,石英作用突出,在不規(guī)則脈狀石英兩側磁鐵礦自形度增高,晶粒加大,顯示迭加蝕變改造之功。半自形-自形粒狀結構礦石、主要發(fā)育在各礦體中部。

粒狀-纖維狀變晶結構:多見于低品位礦石中。礦石由石榴石、陽起石等脈石組成粒狀成纖維格架,磁鐵礦充填在格架中,故自形程度極低。

交代假象結構:主要為穆磁鐵礦交代于先生成的赤鐵礦而保留了赤鐵礦的條板狀晶形而成。

2.6 礦石的化學成份

采用電子探針對4個樣品的磁鐵礦化學分析,分析結果見表2。

表2 查崗諾爾磁鐵礦的化學分析成果表Table 2 Chem ical analyses of Chagangnuoer magnetite deposit

續(xù)表2

磁鐵礦(FeO·Fe2O3)的理論化學成分為FeO=31.03%,Fe2O3=68.97%。礦區(qū)磁鐵礦除主要組份FeO、Fe2O3外,還有SiO2、A l2O3、T iO2、V2O5、M nO、M gO、CaO等次要組份及Cu、Zn、Co、N i等微量元素。因此FeO、Fe2O3的含量應低于磁鐵礦的理論值。

Fe2O3:含量61.37～72.24%,其中兩個樣,因磁鐵礦遭受氧化,故含量大于理論值。Fe2O3的含量與SiO2的增長大致呈反消長關系。而A l2O3、V2O5與Fe2O3的相關關系不明顯。FeO:含量25.35%～26.70%,除與CaO呈正相關外,與A l2O3、SiO2、T iO2、Fe2O3、M gO關系不明。SiO2:一般為0.81%～1.06%,一個樣高達6.80%。M gO:一般0.12%～0.34%,一個樣含量較高為0.63%。CaO:一般為0.44%～0.76%,一個樣較高為1.48%。三者的高含量都同為一個樣品。由于M g2+、Ca2+與Fe2+;Si4+與Fe3+呈現(xiàn)類質同像置換,因此,該磁鐵礦樣中,可能存在部分硅鈣質鎂鐵磁鐵礦。T iO2、V2O5、M nO含量均低。T iO2的含量從0.03%～0.18%,V2O5的含量從0.001%～0.003%;M nO的含量從0.061%～0.113%。與M g2+、Fe2+,T i4+、V5+與Fe3+呈現(xiàn)類質同像置換。

通過1700余件樣品的全鐵與磁性鐵的分析,在不同的勘探線之間也表明它們良好的對應關系。從全鐵與磁性鐵的變化關系看,它們呈良好的正相關關系,這表明鐵礦的形成與巖漿作用密切相關,而與沉積型鐵礦有明顯差異(圖2)。

3 礦床成因

綜合查崗諾爾鐵礦礦體特征、礦物組合、結構構造以及相關的區(qū)域地質和容礦地層的結構特征[7-10],表明礦床的形成與火山作用密切相關[8]。礦床總體上以礦漿成礦期為主,熱液成礦期只在礦漿期基礎上進行了輕微的改造,并沒有改變礦漿期成礦的基本特征。由此形成礦床現(xiàn)有的垂直分帶,即上部由角礫狀和復角礫狀礦石組成,下部由混染巖化磁鐵礦體和局部疊加的角礫狀礦石組成。

從礦石結構構造特征分析,查崗諾爾鐵礦成礦作用大致分以下幾個階段:(1)巖漿房中熔離出富含揮發(fā)份的鐵質巖漿各相應的硅酸鹽熔漿;(2)經(jīng)深大斷裂上侵的巖漿,沿火山機構的錐狀向心斷裂侵位,形成次火巖;(3)富含揮發(fā)份的鐵質礦漿沿同一通道上侵,在錐狀向心斷裂帶產(chǎn)生隱爆,上部形成貫入脈狀角礫巖型礦石,下部形成混染巖化磁鐵礦礦體;(4)由于大量巖漿、礦漿侵出和噴發(fā),巖漿房處于高溫、負壓狀態(tài)有利于雨水、地下水向負壓帶匯聚、升溫萃取途經(jīng)圍巖中的礦質,形成高溫熱液,而后沿深大斷裂上升,在錐狀向心斷裂帶產(chǎn)生隱爆形成熱液疊加礦化,并在其周圍形成強烈的面型蝕變。

4 區(qū)域找礦意義

我國鐵礦資源相對匱乏,目前主要依賴澳大利亞及巴西淡水河谷進口。而在新疆地區(qū),由于地域制約,主要依靠本地區(qū)鐵礦滿足鋼鐵生產(chǎn)需求。查崗諾爾鐵礦床的發(fā)現(xiàn),無疑對本地區(qū)日益增長的鐵礦需求具有非常重要的現(xiàn)實意義,也為區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展提供了重要的資源保證。目前,第三地質大隊與八鋼集團合作,預計在2009年底建成年產(chǎn)能500萬噸的大型選礦廠。鐵礦的投產(chǎn),對新疆地區(qū)的經(jīng)濟建設將起到重要的推動。

從找礦角度看,由于查崗諾爾鐵礦床的發(fā)現(xiàn),第三地質大隊開始對南天山地區(qū)加大鐵礦的找礦力度,目前已經(jīng)在查崗諾爾東部相同的地層層位中,發(fā)現(xiàn)另一大型鐵礦—志博鐵礦。初步勘察顯示,志博鐵礦的儲量達到1.0億噸,遠景資源量預計在2.0億噸。因此,南天山造山帶將可能成為我國重要鐵礦生產(chǎn)基地。

圖2 查崗諾爾鐵礦全鐵與磁性鐵的對應關系(a)及相關關系(b)Fig.2 Correspondence(a)and correlation(b)figures of total irons and magnetic irons in Chagangnuoer magnetite deposit

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Geological characteristics and genesis of Chagangnuoer large-sized magnetite deposit in Southern Tianshan,Xinjiang

HU Xiu-jun,CHEN W en-ge
(N o.3Geolog ical Party of X injiang B ureau of Geology and M ineral R esources, K uerle,X injiang841000,China)

Chagangnuoer large-sized magnetite deposit,which is hosted in the volcanic—clasticcarbonate rocks of the Lower Carboniferous Dahalajunshan Formation in Southern T ianshan orogenic belt,was found at Southern T ianshan area in latest years w ith its reserves reaching up to 1.3 billion tons.The deposit is composed of multiple magnetite layers paralleled w ith stratigraphical bedding surface;itsmain ore body is occurred in crypto-explosive breccias rocks.The m ineral assemblage includes mainly maghem ite,magnetite, mushketovite,hematite,martite and occasionally specularite.Based on detailed studies on the structures,textures and chem ical compositions of ores,it is suggested that the formation of the Chagangnuoer deposit is closely related to the crypto-explosive activity of the crypto-volcanic structure nearby the volcanic conduit.The discovery of this deposit is of great significance in regionally exploring the sim ilar-type deposits in T ianshan area.

iron deposit;volcanic rock;Chaganuoer;Xinjiang

book=185,ebook=111

P618.31

A

1671-4814(2010)03-185-09

2010-01-05

胡秀軍(1967～),男,河南南陽人,高級工程師,從事地質勘查。