潘鴻迪，申 萍，李昌昊，馮浩軒，武 陽，郭新成，張建收

(1. 長安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054; 2. 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029; 3. 中國科學(xué)院大學(xué) 地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049; 4. 新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第十一地質(zhì)大隊(duì)，新疆 昌吉 831100)

0 引 言

硅質(zhì)巖是一種富SiO2的沉積巖，其物質(zhì)組成簡單，以玉髓和石英為主；結(jié)構(gòu)單一，具微晶結(jié)構(gòu)，少量為細(xì)晶結(jié)構(gòu)，手標(biāo)本呈隱晶質(zhì)；在后期改造作用中穩(wěn)定性強(qiáng)，具有較強(qiáng)的抗風(fēng)化能力；在沉積礦床中，有些硅質(zhì)巖是鐵、金、銀等的賦存層位。因此，有關(guān)硅質(zhì)巖的研究一直以來備受關(guān)注，尤其是Murray等提出硅質(zhì)巖成因及沉積環(huán)境的判別標(biāo)準(zhǔn)[1-5]之后，硅質(zhì)巖的研究在其成因、構(gòu)造背景、沉積環(huán)境及成礦作用等方面取得了重要進(jìn)展[6-9]。

新疆西天山東部阿吾拉勒山發(fā)育一系列大型鐵礦床和中小型銅礦床(圖1)。前者包括松湖、查崗諾爾、智博、敦德、備戰(zhàn)等海相火山巖型鐵礦床和式克布臺火山沉積型鐵礦床，后者包括奴拉賽、群吉薩依、109和勝利等銅礦床；它們共同構(gòu)成了阿吾拉勒成礦帶[10-14]。其中，備戰(zhàn)鐵礦床位于阿吾拉勒成礦帶東端，是該成礦帶中最典型、規(guī)模最大的鐵礦床[15]。前人對備戰(zhàn)鐵礦床進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，已取得了許多重要進(jìn)展[11-35]。然而，目前對鐵礦床形成時的沉積環(huán)境研究尚不充分；對成礦構(gòu)造背景仍有不同的認(rèn)識，包括大陸裂谷或與造山后巖漿作用有關(guān)的裂谷環(huán)境[11,16-17]、與地幔柱有關(guān)的裂谷環(huán)境[18]、活動大陸邊緣環(huán)境[19-21]、大陸減薄拉張環(huán)境[22]等；對礦床的成因也有多種不同認(rèn)識，比如矽卡巖型[23]，巖漿噴溢型[24-26]，與火山沉積及接觸交代作用有關(guān)的復(fù)合型[27-30]，海相火山沉積-后期熱液疊加改造型[17,31]，海相火山噴發(fā)堆積-礦漿貫入-氣液交代充填型[32]，上疊裂谷火山巖型[11]，以巖(礦)漿作用為主、熱液作用為輔的疊加型[33-34]，礦漿-火山熱液復(fù)合型[35]等。

底圖引自文獻(xiàn)[11]、[21]，有所修改；礦床圖例大小不一表示不同規(guī)模

近年來，本課題組對備戰(zhàn)鐵礦床進(jìn)行了大量研究，包括6條地質(zhì)剖面測量、12個鉆孔巖芯編錄以及賦礦圍巖的巖相學(xué)和巖石地球化學(xué)分析等，在礦區(qū)發(fā)育的下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三亞組火山-沉積巖中識別出多層硅質(zhì)巖，并對這些硅質(zhì)巖進(jìn)行了野外產(chǎn)狀分析和室內(nèi)巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)研究，確定礦區(qū)硅質(zhì)巖為火山沉積成因，形成于大陸邊緣環(huán)境，其沉積環(huán)境為淺海、弱堿性、氧化環(huán)境，有利于磁鐵礦的形成。由此可見，礦區(qū)硅質(zhì)巖的發(fā)現(xiàn)對確定備戰(zhàn)鐵礦床的成礦構(gòu)造背景、形成環(huán)境及礦床成因具有重要的指示意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

阿吾拉勒成礦帶地處伊犁地塊東緣，夾持于中天山北緣斷裂和那拉提北緣斷裂之間(圖1)。該成礦帶主要出露石炭紀(jì)地層，包括下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組和上石炭統(tǒng)伊什基里克組。其中，大哈拉軍山組分布最廣，為一套海相火山噴發(fā)-沉積碎屑巖夾碳酸鹽巖建造，該組又分為3個亞組：第一亞組為安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、安山巖；第二亞組為流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、大理巖、晶屑巖屑凝灰?guī)r；第三亞組為安山質(zhì)晶屑玻屑凝灰?guī)r夾安山巖。阿吾拉勒成礦帶東段發(fā)育的查崗諾爾、智博、備戰(zhàn)和敦德等海相火山巖型鐵礦床賦存于第三亞組中[10-11]。伊什基里克組主要為一套海陸交互相的類復(fù)理石建造，以火山角礫巖、凝灰?guī)r、玄武巖、英安巖和流紋巖為主，局部夾正常沉積巖和灰?guī)r，阿吾拉勒成礦帶中段發(fā)育的式克布臺火山沉積型鐵礦床賦存其中[11,25,36]。阿吾拉勒成礦帶內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，包括尼勒克和鞏乃斯等斷裂，主要為一組近于平行的高角度逆沖斷裂。成礦帶內(nèi)侵入巖的時代以二疊紀(jì)為主，有少量石炭紀(jì)，侵入巖有花崗巖、花崗閃長巖、石英閃長巖和閃長巖等。

備戰(zhàn)鐵礦區(qū)出露地層主要為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三亞組(圖2)。根據(jù)巖性的不同，其又可以劃分為4個巖性段：第一巖性段以凝灰?guī)r為主，有少量安山巖、英安巖、硅化凝灰?guī)r夾砂巖、凝灰質(zhì)礫巖，深部見有磁鐵礦體；第二巖性段為玄武巖、安山巖、灰?guī)r、白云巖夾大理巖化灰?guī)r等，是主要的含礦層；第三巖性段為英安巖、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖夾大理巖化灰?guī)r等；第四巖性段為灰?guī)r、砂巖、礫巖和熔結(jié)角礫巖等[37]。此外，大哈拉軍山組火山巖具有明顯不同的巖相，包括爆發(fā)相(安山質(zhì)熔結(jié)角礫巖和集塊巖)、溢流相(玄武巖、安山巖、英安巖)和爆發(fā)沉積相(凝灰?guī)r)[12,38]；礦體主要賦存于溢流相(玄武巖、安山巖)，少量賦存于爆發(fā)沉積相(凝灰?guī)r)中[12]。礦區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，多為高角度壓扭性正斷層。侵入巖主要為鉀長花崗巖，少量花崗斑巖脈、閃長巖脈和輝綠巖脈等。

底圖引自文獻(xiàn)[37]，有所修改

2 硅質(zhì)巖巖石學(xué)特征

2.1 產(chǎn)出特征

在備戰(zhàn)鐵礦區(qū)進(jìn)行了多條剖面測量，以采坑?xùn)|、西部的A—B和C—D剖面為代表(圖3)。研究表明：礦區(qū)下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三亞組除了發(fā)育海相火山巖和碳酸鹽巖之外，還有多層硅質(zhì)巖，這些硅質(zhì)巖與碳酸鹽巖和火山巖伴生，產(chǎn)狀與上、下地層基本一致，走向近EW，傾向北(圖3)。

剖面位置見圖2

在礦區(qū)北部發(fā)育的硅質(zhì)巖呈似層狀、層狀，分布在薄層狀灰?guī)r和大理巖化灰?guī)r中[圖4(a)]，厚度較小(0.5～1.0 m)，硅質(zhì)巖呈淺灰色[圖4(b)]。在礦區(qū)南部發(fā)育的硅質(zhì)巖呈似層狀、透鏡狀，分布于灰白色英安巖中[圖4(c)]，少量位于灰黑色凝灰?guī)r中，厚度變化較大，一般為0.5～5.0 m，硅質(zhì)巖多呈灰白色[圖4(d)]，少量呈灰黑色，因抗風(fēng)化能力強(qiáng)常在地表凸出產(chǎn)出[圖4(c)]。

2.2 巖石學(xué)特征

備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖野外露頭及手標(biāo)本觀察為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，具致密塊狀構(gòu)造(圖4)，部分可見層理構(gòu)造。顯微鏡下可見硅質(zhì)巖主要由玉髓和微粒石英組成(圖5)，硅質(zhì)占巖石總體積分?jǐn)?shù)的70%～80%；玉髓極細(xì)(粒度小于0.01 mm)，石英顆粒一般為0.01～0.05 mm，呈半自形—他形粒狀。綜上所述，備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖具微晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造和層理構(gòu)造。

根據(jù)硅質(zhì)巖礦物組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)，以及含有陸源碎屑物質(zhì)和火山物質(zhì)等特征，可以將備戰(zhàn)鐵礦區(qū)內(nèi)硅質(zhì)巖劃分為Ⅰ和Ⅱ兩類。類型Ⅰ硅質(zhì)巖發(fā)育微晶石英和玉髓，具層理構(gòu)造[圖5(a)～(d)]，含有少量(體積分?jǐn)?shù)小于5%)的陸源碎屑物質(zhì)(長石、石英)和火山物質(zhì)(玻屑)；類型Ⅱ硅質(zhì)巖發(fā)育大量的玉髓和少量的微晶石英，巖石具塊狀構(gòu)造[圖5(e)～(h)]，含有較多(體積分?jǐn)?shù)大于5%)的陸源碎屑物質(zhì)和火山物質(zhì)。其中，陸源碎屑物質(zhì)包括長石、石英，碎屑形態(tài)多為棱角狀，少量為次棱角狀和次圓狀[圖5(e)、(f)]，粒度一般為0.05～0.20 mm，碎屑體積分?jǐn)?shù)一般為5%～10%，局部達(dá)20%，分布不均勻，部分斜長石絹云母化；火山物質(zhì)包括含晶屑、玻屑的凝灰?guī)r巖屑，體積分?jǐn)?shù)小于5%。此外，硅質(zhì)巖中常見絹云母細(xì)脈沿裂隙充填[圖5(g)、(h)]。

Pl為斜長石；Ser為絹云母；Cha為玉髓；Qtz為石英

3 分析方法

本次研究所選樣品主要取自備戰(zhàn)鐵礦區(qū)采坑?xùn)|、西部的A—B和C—D剖面(圖3)，少量選自礦區(qū)東南部地區(qū)，遠(yuǎn)離采坑(樣品19BZ8-47、19BZ8-54)。其中，用于硅質(zhì)巖巖石地球化學(xué)分析的樣品有10件，包括類型Ⅰ硅質(zhì)巖2件和類型Ⅱ硅質(zhì)巖8件。

硅質(zhì)巖樣品處理過程為：先用清水洗凈除去表面的覆土和風(fēng)化物，然后進(jìn)行粗粉碎，選取新鮮樣品，置于棒磨機(jī)中磨碎至200目以上，干燥保存?；瘜W(xué)前處理和上機(jī)測試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心完成。主量元素測定依據(jù)與方法為《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第1部分：吸附水量測定》(GB/T 14506.1—2010)[39]和《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第14部分：氧化亞鐵量測定》(GB/T 14506.14—2010)[40]，測試儀器為AB104L Axiosm-AX波長色散X射線熒光光譜儀，分析誤差小于1%；微量和稀土元素測試依據(jù)與方法為《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第30部分：44個元素量測定》(GB/T 14506.30—2010)[41]，測試儀器為EMEMENT XR等離子體質(zhì)譜分析儀，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1%～5%。備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖的主量、微量和稀土元素分析結(jié)果分別列于表1～3中。

4 結(jié)果分析與討論

4.1 硅質(zhì)巖成因

硅質(zhì)巖成因復(fù)雜，涉及SiO2來源、沉淀方式及沉積環(huán)境等問題，主要包括：①生物成因[42-43]；②化學(xué)成因，如火山沉積成因和熱水沉積成因[5,44]；③熱水交代(硅化)成因[44]等。據(jù)本次研究資料的綜合分析認(rèn)為，備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖應(yīng)為火山沉積成因。

4.1.1 巖相學(xué)特征

備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖呈層狀、似層狀產(chǎn)出，與下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三亞組火山巖(英安巖)和沉積巖(白云巖、灰?guī)r、大理巖化灰?guī)r)產(chǎn)狀一致(圖3、4)，且大多數(shù)硅質(zhì)巖與火山溢流作用形成的英安巖伴生，具有形成火山沉積成因硅質(zhì)巖的沉積環(huán)境，為備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖火山沉積成因提供了有力證據(jù)。

礦區(qū)硅質(zhì)巖主要由玉髓和少量石英組成，呈隱晶—微晶結(jié)構(gòu)，礦物晶粒小，結(jié)晶程度低，硅質(zhì)巖中未見交代原巖的交代結(jié)構(gòu)和原巖的殘余結(jié)構(gòu)(圖5)，不具有熱水交代(硅化)成因特征；此外，硅質(zhì)巖中也未見硅質(zhì)生物化石，因此，不可能是放射蟲、海綿骨針等硅質(zhì)生物死后堆積而成，不具有生物成因特征。綜上所述，備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖是在水體中結(jié)晶沉淀形成的，屬于化學(xué)成因。

4.1.2 巖石地球化學(xué)特征

通常熱水沉積成因的硅質(zhì)巖以Fe、Mn富集為特征，而Al的富集則與陸源物質(zhì)的介入有關(guān)[44-46]。以Al/(Al+Fe+Mn)值為界，當(dāng)該比值小于0.4時，硅質(zhì)巖為熱水成因；當(dāng)該比值大于0.4時，反映碎屑來源；當(dāng)該比值接近0.6時，硅質(zhì)巖為生物成因[44,46]。備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖TFeO和MnO2含量較低，而Al2O3含量較高(表1)，Al/(Al+Fe+Mn)值為0.85～0.95；在Al-Fe-Mn圖解(圖6)中，硅質(zhì)巖樣品遠(yuǎn)離熱水成因區(qū)域，落入富鋁端，指示了備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖為非熱水沉積成因。

底圖引自文獻(xiàn)[45]，有所修改

火山沉積成因硅質(zhì)巖通常以低SiO2、K2O、P2O5含量和高Al2O3、TiO2含量為特征，且SiO2含量變化范圍較大[3-4,44,46]。備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖SiO2含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)較低，且變化范圍較大(67.26%～83.52%)，K2O含量(0.27%～4.09%)和P2O5含量(0.06%～0.12%)較低，而Al2O3含量(5.85%～15.88%)、FeO含量(0.35%～1.25%)、MgO含量(0.44%～3.63%)和TiO2含量(0.30%～0.68%)較高(表1)，與火山沉積成因硅質(zhì)巖的主量元素含量范圍基本相當(dāng)。備戰(zhàn)鐵礦區(qū)一個樣品(19BZ8-39)的K2O含量高達(dá)8.36%，這是樣品中含有較多的絹云母所致[圖5(b)]。在TiO2-Al2O3雙變量判別圖解(圖7)中，備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖樣品落在火山成因硅質(zhì)巖區(qū)，這與礦區(qū)硅質(zhì)巖同大哈拉軍山組第三亞組海相火山巖相伴生的結(jié)果相吻合。將前人研究確定的新疆北部石炭紀(jì)火山成因硅質(zhì)巖樣品[47-49]投在TiO2-Al2O3雙變量判別圖解中，結(jié)果顯示這些樣品均落在火山成因硅質(zhì)巖區(qū)。此外，已有研究表明，與海底火山作用相關(guān)的硅質(zhì)巖以K2O/Na2O值小于1為特征，而正常生物化學(xué)作用形成的硅質(zhì)巖K2O/Na2O值遠(yuǎn)大于1[50]。備戰(zhàn)鐵礦區(qū)大多數(shù)硅質(zhì)巖K2O/Na2O值為0.06～1.02(表1)，也吻合于海底火山作用有關(guān)的硅質(zhì)巖特征。

表1 硅質(zhì)巖主量元素分析結(jié)果

底圖引自文獻(xiàn)[44]，有所修改

在硅質(zhì)巖主量元素中，Al和Ti也是判斷其形成過程有無陸源物質(zhì)加入的指示元素。通常在硅質(zhì)巖沉積過程中，鄰近和起源于剝蝕大陸或島弧的沉積物相對富集Al2O3和TiO2[5,51]。備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖Al2O3和TiO2含量較高，表明硅質(zhì)巖中陸源物質(zhì)注入較多，與巖相學(xué)研究顯示備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖中常見較多陸源碎屑物質(zhì)和火山物質(zhì)相吻合。

Girty等提出，硅質(zhì)巖Al2O3/TiO2值大于20，指示其源區(qū)具有安山巖-流紋英安巖組成特點(diǎn)，而硅質(zhì)巖Al2O3/TiO2值小于10，指示其源于鎂鐵質(zhì)源區(qū)[51]。備戰(zhàn)鐵礦區(qū)除了兩個硅質(zhì)巖樣品Al2O3/TiO2值為12.53和13.38之外，其余硅質(zhì)巖Al2O3/TiO2值為22.05～44.45(表1)，吻合于以偏中性巖漿巖為源區(qū)的硅質(zhì)巖特征，這與備戰(zhàn)鐵礦區(qū)大哈拉軍山組第三亞組發(fā)育玄武巖、安山巖和英安巖的火山巖組合以及硅質(zhì)巖與碳酸鹽巖和火山巖伴生等特征一致，產(chǎn)狀與上、下火山巖層基本一致。由此可見，備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖與火山作用關(guān)系密切。

與地殼微量元素豐度值[52-53]相比(表2)，礦區(qū)硅質(zhì)巖大多數(shù)微量元素含量明顯偏低，且濃集系數(shù)遠(yuǎn)小于1，僅Th、U、Y等含量偏高，高場強(qiáng)元素Th、U、Y富集，反映了礦區(qū)硅質(zhì)巖的物質(zhì)組成中有陸源物質(zhì)的混入。此外，礦區(qū)硅質(zhì)巖Th/U值為2.48～5.82，均小于6，表明硅質(zhì)巖的物源區(qū)主要為老的上地殼[50]，同時也表明硅質(zhì)巖主要形成于大陸邊緣環(huán)境。

表2 硅質(zhì)巖微量元素分析結(jié)果

通常硅質(zhì)巖稀土元素總含量在受陸源影響的環(huán)境中較高，但在遠(yuǎn)洋和深海盆地中較低，即陸源碎屑稀土元素總含量明顯高于海水稀土元素總含量[1-4]。備戰(zhàn)鐵礦區(qū)類型Ⅰ硅質(zhì)巖稀土元素總含量較低，為(11.32～32.94)×10-6，樣品中陸源碎屑物質(zhì)含量很少；類型Ⅱ硅質(zhì)巖稀土元素總含量較高，為(65.34～119.14)×10-6，說明其形成過程中受到陸源物質(zhì)加入的影響。

在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式(圖8)中，備戰(zhàn)鐵礦區(qū)類型Ⅰ硅質(zhì)巖稀土元素總含量較低，且輕稀土元素沒有明顯富集，具有負(fù)Eu異常(0.51～0.77)；類型Ⅱ硅質(zhì)巖稀土元素總含量較高，為輕稀土元素富集的右傾型，具有負(fù)Eu異?；駿u異常不明顯(0.59～1.00)，顯示與大陸邊緣硅質(zhì)巖一致的稀土元素配分模式[57]。備戰(zhàn)鐵礦區(qū)發(fā)育英安巖，其SiO2含量為67%～76%，稀土元素總含量為(31～146)×10-6[17,56]?？傮w上，礦區(qū)硅質(zhì)巖稀土元素總含量和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式與礦區(qū)英安巖相似。因此，備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖在稀土元素特征方面也體現(xiàn)出火山沉積成因特征。

ws為樣品含量；wc為球粒隕石含量；球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[54]；大哈拉軍山組英安巖數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[17]、[56]

4.1.3 硅質(zhì)來源

下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三亞組巖石組合及其巖石學(xué)特征顯示，該亞組是海底火山噴發(fā)及沉積的產(chǎn)物。巖相學(xué)研究表明，礦區(qū)大多數(shù)硅質(zhì)巖沉積與英安質(zhì)火山溢流和沉積相伴，并且硅質(zhì)巖中含火山凝灰物質(zhì)，說明硅質(zhì)來源主要與火山活動有關(guān)；巖石地球化學(xué)研究也表明，備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖與英安質(zhì)火山作用關(guān)系密切。已有研究表明，火山熱液溶解的SiO2可進(jìn)入水體，同時火山沉積物與海水間由于發(fā)生海解作用形成蒙脫石化會釋放部分SiO2進(jìn)入到水體中[5,44]。此外，硅質(zhì)巖中還有陸緣碎屑物質(zhì)加入，陸源硅酸鹽物質(zhì)被化學(xué)分解后也可形成部分SiO2。在備戰(zhàn)鐵礦區(qū)，這些不同來源和成因的SiO2聚集在一起，最終沉積形成本區(qū)硅質(zhì)巖。

4.2 成礦構(gòu)造背景及沉積環(huán)境

4.2.1 成礦構(gòu)造背景

前已述及，眾多學(xué)者對阿吾拉勒成礦帶成礦構(gòu)造背景有不同的認(rèn)識，本次研究識別了備戰(zhàn)鐵礦區(qū)發(fā)育有火山沉積成因硅質(zhì)巖，其沉積環(huán)境為大陸邊緣。

通常，硅質(zhì)巖中MnO來源于大洋深部熱液，TiO2與陸源碎屑物質(zhì)的加入有關(guān)。因此，MnO/TiO2值可作為判別硅質(zhì)巖沉積環(huán)境的參數(shù)[58]。硅質(zhì)巖的MnO/TiO2平均值從洋中脊附近(<19.8)→大洋盆地(1.3)→大陸邊緣(<0.5)逐漸降低[2-4,44-45]。相比之下，備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖的MnO/TiO2值低，為0.02～0.13(表1)，說明本區(qū)硅質(zhì)巖的沉積環(huán)境為大陸邊緣。

Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值是判斷硅質(zhì)巖沉積環(huán)境的一個良好指標(biāo)。Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值從洋中脊附近(<0.4)→大洋盆地(0.4～0.7)→典型大陸邊緣(>0.7)逐漸升高[1-2,5]。備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖的Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值為0.89～0.99(表1)，且在Fe2O3/TiO2-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)圖解(圖9)中，除了類型Ⅰ硅質(zhì)巖樣品具有較低的Fe2O3/TiO2值(表1)而在圖中不顯示外，類型Ⅱ硅質(zhì)巖樣品接近于大陸邊緣，也表明備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖沉積環(huán)境為大陸邊緣。

底圖引自文獻(xiàn)[2]、[5]，有所修改

硅質(zhì)巖中Ce異常和(La/Ce)N值均是判斷硅質(zhì)巖沉積環(huán)境的重要標(biāo)志[1,5]。硅質(zhì)巖Ce異常從大洋中脊(0.29)→大洋盆地(0.55)→大陸邊緣(0.90～1.30)表現(xiàn)為遞增規(guī)律；而(La/Ce)N值從大洋中脊(3.5)→大洋盆地(1.0～2.5)→大陸邊緣(0.5～1.5)表現(xiàn)為遞減規(guī)律[1,5]。備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖Ce異常為0.93～1.08，(La/Ce)N值為0.83～1.47，明顯不同于洋中脊和大洋盆地硅質(zhì)巖，而與大陸邊緣硅質(zhì)巖稀土元素特征一致。因此，備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖形成于大陸邊緣環(huán)境。

4.2.2 沉積環(huán)境

前期研究表明，備戰(zhàn)鐵礦區(qū)下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三亞組火山噴發(fā)強(qiáng)烈，且具有多個噴發(fā)旋回及巖相[12]。本次研究認(rèn)為在火山噴發(fā)的間歇期，水體中主要源于火山活動的硅質(zhì)和少量源于大陸邊緣的硅質(zhì)達(dá)到飽和，發(fā)生沉淀，形成硅質(zhì)巖，部分硅質(zhì)巖直接賦存在礦區(qū)碳酸鹽巖中。備戰(zhàn)鐵礦區(qū)發(fā)育薄層狀白云巖、灰?guī)r和大理巖化灰?guī)r，表明其形成的海水相對較淺，而礦區(qū)硅質(zhì)巖與白云巖、灰?guī)r和大理巖化灰?guī)r共生，暗示硅質(zhì)巖形成于海水較淺的沉積環(huán)境。

4.3 成礦指示意義

前人對備戰(zhàn)鐵礦床的成因有不同認(rèn)識，本次研究發(fā)現(xiàn)備戰(zhàn)鐵礦區(qū)發(fā)育火山沉積成因硅質(zhì)巖，且礦區(qū)貧礦體(L1)賦存在白云巖、灰?guī)r和大理巖化灰?guī)r中[圖3(a)、4(a)]，而硅質(zhì)巖與碳酸鹽巖共生，因此，硅質(zhì)巖的沉積環(huán)境可間接指示本區(qū)碳酸鹽巖及有關(guān)鐵礦體的形成環(huán)境。

一般情況下，硅質(zhì)巖的微量元素U/Th值和稀土元素中Ceanom值被廣泛用作判斷古海水氧化-還原條件的標(biāo)志[59-61]。通常，硅質(zhì)巖U/Th值小于0.75時指示水體為氧化環(huán)境，U/Th值大于1.25時指示水體為還原環(huán)境[59]；Ceanom值大于-0.10時反映水體呈缺氧環(huán)境，而小于-0.10時反映水體呈氧化環(huán)境[61]。備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖U/Th值為0.17～0.40(表2)，平均值為0.29，表明礦區(qū)硅質(zhì)巖形成于氧化環(huán)境；備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖Ceanom值為-0.07～-0.01(表3)，平均值為-0.04，也指示水體呈氧化環(huán)境，這有利于磁鐵礦的形成。

表3 硅質(zhì)巖稀土元素分析結(jié)果

前已述及，備戰(zhàn)鐵礦區(qū)賦存在與鐵礦體(L1)有關(guān)的白云巖、灰?guī)r和大理巖化灰?guī)r中，其中發(fā)育硅質(zhì)巖，包括樣品19BZ8-16[圖4(a)、(b)]和樣品19BZ9-10；此外，野外多條剖面測量和12個鉆孔巖芯編錄過程中，在礦區(qū)中南部和深部也見有白云巖、灰?guī)r和大理巖化灰?guī)r。李厚民等研究表明：碳酸鹽大量沉淀開始于pH值為7.8的弱堿性條件[62]；同時，pH值為7.8也是Fe(OH)3膠體的等電點(diǎn)[63]，F(xiàn)e可以大量沉淀。備戰(zhàn)鐵礦床發(fā)育碳酸鹽巖，表明其沉積時海水pH值為7.8，因此，形成碳酸鹽巖指示的弱堿性環(huán)境十分有利于Fe的沉淀，導(dǎo)致備戰(zhàn)鐵礦床碳酸鹽巖與鐵礦體(L1)共生。

綜上所述，備戰(zhàn)鐵礦區(qū)硅質(zhì)巖的形成環(huán)境為淺海、弱堿性、氧化環(huán)境，有利于磁鐵礦形成。

5 結(jié) 語

(1)新疆西天山備戰(zhàn)鐵礦床出露的下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三亞組中發(fā)育多層硅質(zhì)巖，該硅質(zhì)巖呈層狀、似層狀分布于灰?guī)r、英安巖和凝灰?guī)r中。

(2)硅質(zhì)巖形成于活動大陸邊緣環(huán)境，為火山沉積成因，硅質(zhì)主要來源于海底火山噴發(fā)，有少量陸源碎屑物質(zhì)加入。

(3)硅質(zhì)巖分為兩種類型。類型Ⅰ硅質(zhì)巖發(fā)育層理構(gòu)造，陸源碎屑物質(zhì)較少，稀土元素總含量較低；類型Ⅱ硅質(zhì)巖發(fā)育塊狀構(gòu)造，陸源碎屑物質(zhì)較多，稀土元素總含量較高。

(4)礦區(qū)發(fā)育的硅質(zhì)巖是淺海、弱堿性、氧化環(huán)境的產(chǎn)物，有利于磁鐵礦形成。