新疆南天山查岗诺尔大型磁铁矿矿床地质特征及矿床成因*

胡秀军,陈文革

(新疆地质矿产勘查开发局第三地质大队,新疆库尔勒841000)

新疆南天山查岗诺尔大型磁铁矿矿床地质特征及矿床成因*

胡秀军,陈文革

(新疆地质矿产勘查开发局第三地质大队,新疆库尔勒841000)

查岗诺尔铁矿床为新疆南天山近年来发现的大型磁铁矿床。该矿床产于南天山造山带下石炭统大哈拉军山组火山-碎屑-碳酸岩建造中,储量达到1.3亿吨。矿床由多个平行于地层层理的矿体组成,其主矿体位于隐爆角砾岩内。主要的矿物组合包括磁铁矿、磁赤铁矿、穆磁铁矿、赤铁矿、假象赤铁矿及极少量的镜铁矿等。通过对矿石的结构、构造以及矿石矿物化学成分的综合分析,表明该矿床的形成与火山通道附近的潜火山构造隐爆作用密切相关。该矿床的发现为区域上寻找同类矿床提供了广阔的找矿前景。

铁矿床;火山岩;查岗诺尔;新疆

查岗诺尔铁矿床是近年来由新疆第三地质大队发现并进行勘察的大型磁铁矿矿床。从区域构造位置来说,它位于南天山造山带,属于中亚造山带的重要组成部分(图1)。经过多年的勘察,目前已经获得储量1.3亿吨,是目前在南天山地区发现的最大的磁铁矿矿床。它的发现不仅为新疆地区提供了重要的铁矿资源,也为在南天山地区乃至中亚造山带内寻找大型铁矿提供了重要线索。因此,不仅具有极大的经济和社会价值,同时对研究区域成矿背景并寻找类似矿床具有重要的理论和实践意义。

1 区域地质背景

查岗诺尔铁矿床位于南天山造山带(图1),大地构造位置处于伊犁微板块之博洛科努早古生代岛弧带[1-3]。关于南天山造山带的构造演化,尤其是南天山与塔里木发生拼合的时间目前仍存在很大分歧[1-10]。Zhang,et al(2007)通过对南天山榴辉岩锆石U-Pb精确定年,认为南天山最终的俯冲碰撞发生在二叠纪末期至早三叠世[6];Xia,et al(2004)认为[7],从石炭纪到二叠纪,天山发育了一个巨型裂谷,这一裂谷与地幔柱有关。这一认识和Zhang,et al (2007)认为二叠纪至三叠纪的碰撞造山模式是相互对应的。然而,大多数研究者从区域地层、岩浆岩等系统研究,认为南天山与中天山微板块、塔里木拼合的时间发生在早石炭世晚期,从中石炭世进入造山后演化阶段[8-10]。

图1 新疆查岗诺尔磁铁矿床FeI号矿体地质图Fig.1 Geologicalmap of FeI ore-body of Chagangnuoermagnetite deposit,Xinjiang

矿区内出露的地层主要为石炭系,分别为下石炭统大哈拉军山组和中石炭统伊什基里克组[11]。在矿区北部分布着众多的海西中晚期岩浆岩,岩性以酸性岩和碱性岩为主,中性岩次之。海西中期的侵入岩岩体主要分布在中部,包括闪长玢岩、安山玢岩、石英闪长岩体、闪长岩体、细粒黑云母斜长花岗岩体等。海西晚期的侵入岩以碱性为主,包括石英正长岩及石英正长斑岩体,以岩株状为主。另外,脉岩十分发育,主要为辉绿岩、闪长玢岩、石英闪长玢岩、安山玢岩、辉绿玢岩脉、煌斑岩脉等,脉岩一般斜切地层、蚀变带及铁矿体。

区域上分布着众多的铜、铁、黄铁矿点,重砂异常扩散晕,物探磁异常,放射性异常。如哈尔嘎嘎林恩5号磁铁矿点,查汗乌苏背斜1号铜矿点等。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地层

查岗诺尔铁矿区出露的地层绝大部分为中、下石炭统的一套火山碎屑岩,其间夹少量基-酸性熔岩及凝灰质砂砾岩、碳酸盐岩等正常沉积的岩石。其中下石炭统大哈拉军山组主要为一套海相火山喷发-沉积碎屑岩夹碳酸盐岩建造。从下到上由三部分组成:下部为灰绿色英安质凝灰角砾岩、安山质晶屑凝灰岩、凝灰质砂砾岩、灰岩、安山岩、辉绿玢岩,厚762.41 m;中部为灰色、灰绿色流纹质熔结凝灰岩,白色、灰色巨厚层状大理岩,晶屑岩屑凝灰岩等,厚897.97 m。查岗诺尔铁矿床就赋存于第二岩性段。上部为灰绿色安山质晶屑玻屑凝灰岩夹闪长玢岩、安山玢岩等,厚度224m。中石炭统伊什基里克组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,具海陆交互相的类复理式建造。

2.2 矿体特征

矿区共圈定出6个矿体,规模最大的为FeI号矿体,也是最主要的工业矿体,其余矿体规模相对较小。现将主要矿体FeI号矿体特征叙述如下。

FeI号矿体分布于东矿区,占据了矿区铁矿资源量的绝大部分。铁矿依石榴石-绿帘石-阳起石蚀变带呈向北西凸出的弧状分布。FeI号矿体在平面上总体为北东-南西向,被矿区最大的两条南北向断裂所挟持,大致与这两条断裂平行。主矿体中段微向东南凸出并显著膨大,南端呈逐渐尖灭,北端被第四系所覆盖,南段明显凹向西北。FeI矿体长约2130 m,矿体累计平均厚度87.26 m,倾向为156～172°,倾角多为15～25°。

FeI矿体出露最大厚度181.58 m,平均厚度为63.73 m,单工程见矿厚度最小为2.1 m。通过多个钻孔资料统计分析,矿体厚度变化系数为80.7%,矿体厚度变化系数中等。沿走向矿体在05～06线、22～28线厚度较大,向南矿体厚度变薄。

矿体单工程最高TFe品位64.2%,最低20.18%,矿体TFe平均品位为36.87%,M Fe平均品位为27.6%(表1)。其中矿体TFe平均品位以30%～35%、37%～41%、25%～30%为主,分别占23.13%、16.08%及15.51%,其次为41%～45%、35%～37%、45%～49%,合占32.16%。矿体品位变化系数11.02%,属有用组份分布均匀矿化连续的矿体(表1)。

2.3 围岩蚀变

围岩蚀变在查岗诺尔铁矿区广泛发育,大致可以分出早、中、晚三期蚀变作用。

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2 000m的蚀变带,形成石榴石带及蚀变大理岩带。

中期蚀变作用为区内最主要的矿化蚀变作用,蚀变带发育在早期蚀变岩带的内侧并部分重叠,长约2000余米。形成磁铁矿-阳起石带、绿帘石-阳起石带及铁矿体。

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的矿化进一步富集。

2.4 矿石矿物组成

通过对大量光、薄片研究,共鉴定出17种矿石矿物。铁矿物以磁铁矿为主,次为磁赤铁矿、穆磁铁矿、赤铁矿、假象赤铁矿,镜铁矿少见。与之伴生的金属硫化物以黄铁矿最为常见,黄铜矿次之,铜蓝、闪锌矿、硫盐类较罕见。氧化矿物为褐铁矿、孔雀石、蓝铜矿。自然铜见于个别地段,铁矾、铜矾数量不多。

表1 FeI号矿体工程见矿厚度、品位Table 1 Thickness and tenor of FeI ore bodymeasured from drill holes

磁铁矿:磁铁矿石可划分出两种磁铁矿,细粒磁铁矿和粗粒磁铁矿。前者粒度多在0.1 mm以下,肉眼难以区别,形成早,构成磁铁矿主体,后者粒径在1～2mm以上,呈自形晶粒,穿切早期细粒磁铁矿集合体,常呈晶簇状围绕早期矿石或围岩的隐爆角砾生长,并伴有后期热液形成的红褐色石榴石晶簇、阳起石、绿帘石、碳酸盐、铁、铜硫化物。

黄铁矿:分布较普遍,是包含矿石中硫的主要矿物。矿浆期硫化物多呈微细粒针状、页片状(长2～5mm、宽多在0.5mm)或它形粒状,针状透闪石等脉石矿物呈雾迷状、阴影状或条纹状、条带状不均匀的分布在微细粒磁铁矿基质中,或分布在与磁铁矿反应的残留包体附近。据此可知它们是由同化了的富含硫化物的火山碎屑形成的。

热液期黄铁矿粒度较粗,呈集合体或细脉状(脉宽1～2mm),与热液晚期绿帘石、碳酸盐伴生或切穿矿浆期磁铁矿。

黄铜矿:呈它形粒状,粒径0.03～2 mm,呈细脉浸染状、团块状,分布于磁铁矿之间,在黄铜矿中包有自形和半自形粒状的磁铁矿,说明黄铜矿的形成晚于磁铁矿,属热液期局部聚集。

光、薄片研究还鉴定出18种脉石矿物。最常见的为石榴石、阳起石、绿帘石、透闪石,其次为绿钠闪石、透辉石、绿泥石、钠长石、斜长石、石英、碳酸盐等。当矿化蚀变的原岩为大理岩时,出现方柱石;而当矿化蚀变原岩为细凝灰岩或火山灰凝灰岩时,则出现大量绢云母。此外,还有少量的白钛石、榍石、锆石、磷灰石,个别情况下偶见电气石。

2.5 矿石结构和构造

2.5.1 矿石构造

矿石构造种类较多,有浸染状、块状、角砾状、对称条带状、脉状、网脉状及晶洞状,其中以浸染状构造分布最普遍,其次是角砾状构造。矿石组构与矿床成因有关[4-6],按成因叙述如下:

(1)矿浆成矿期构造特征

矿浆成矿期与隐爆密切相关,铁质矿浆隐爆后由于大量的挥发份和热量逸失,急剧过饱和,形成特征的微细粒它形粒状磁铁矿集合体。由于大量隐爆角砾、碎屑粉尘成为铁质矿浆的包体,导致两种组份之间强烈的同化混染,由此形成一系列与同化混染有关的构造特征。由于隐爆产生的负压空间,导致部份铁质矿浆伴随的热液流体在铁矿体上方形成贯入脉状角砾型磁铁矿矿石。

浸染状构造:是矿区分布最广泛的矿石类型,东、西各矿体及硫化矿石都具有这类构造。根据金属矿物含量的差异又可分为三类:金属矿物含量>50%的为稠密浸染状构造;含量在50%～30%者为中等浸染状;含量在30%～20%者为稀疏浸染状。组成矿物一般以磁铁矿、穆磁铁矿、黄铁矿等呈浸染状产于阳起石、绿帘石、石榴石、石英、方解石、钠长石-斜长石集合体为特征。

块状构造:主要见于矿体下部富矿体中,由于强烈的同化混染,包体成份已被新生的微细粒磁铁矿和黄铁矿、透闪石等浅色矿物取代,保留了包体的外形成阴影状构造;由于强烈的同化和流动,上述新生矿物集合体呈云朵状、纹层状分布与相邻微细粒磁铁矿组成明显不同的雾迷状构造。

角砾状构造:矿石中包体即矿体围岩,呈次棱角状、次圆状角砾悬浮于其中,被磁铁矿胶结,包体之间接触程度较高,同化程度较弱,并产生位移,主要是机械悬浮状聚合体于磁铁矿矿浆中,多位于主矿体顶板及其上方附近贯入角砾岩脉中,矿体内部夹石附近也可见少量该类矿石但反应边较顶部明显。依据包体含量多少和包体大小将其分为三类;包体含量≥70%,包体通常为mm级或cm级大小不等的隐爆碎屑、粉尘,为浮渣状构造。包体含量≥70%,包体d值在0.5～1.5cm之间,为豹纹状构造,位于浮渣状构造之下同化混染增强。包体含量70～30%,包体d值在0.5～1.5cm之间,为斑点状构造,位于豹纹状构造之下同化混染更强。

(2)热液成矿期矿石构造特征

在热液成矿期,以红褐色石榴石和粗粒磁铁矿为特征,多呈自形晶簇产出,形成特征的角砾状构造、对称条带状构造,具有高温浅成充填成矿作用的特点。由于是二次隐爆,当其叠加在主矿体上可使矿浆成矿期的矿石角砾岩化。当其叠加在贯入脉状角砾岩型矿石之上,则明显形成复角砾状矿石,是二次隐爆的可靠证据。伴随热液充填作用可有不同程度的交代蚀变现象,在矿浆成矿期演化晚期也可出现不同程度的热液矿化现象,如晶洞构造;局部出现的脉状磁铁矿,与阳起石、绿帘石交织成网脉。矿体底板之下的热液蚀变形成的烟灰状微细粒磁铁矿等。

对称条带状构造:伴随隐爆产生的张性裂隙粗粒磁铁矿晶簇垂直裂隙壁生长,其上为粗粒红褐色石榴石晶簇进而可有少量阳起石生成,内部空隙有少量绿帘石、碳酸盐、黄铁矿、黄铜矿生成,形成以充填作用为主的对称条带状构造。伴随隐爆角砾岩的形成,上述矿物组合可围绕角砾依次形成。实际上这是一种特殊的角砾状构造,在浅成张性角砾岩中生成。

角砾状构造:围岩已结晶的矿体矿石在二次隐爆中形成张性角砾被红褐色石榴石、粗粒磁铁矿的自形晶簇充填胶结,其内部空隙为晚期阶段、阳起石、绿帘石、方解石、铁、铜硫化物充填,形成角砾状矿石(矿化)。

2.5.2 矿石结构

总体而言,矿区的矿石结构类型较简单,以他形-半自形微粒结构和自形-半自形粒状结构为主,交代假象结构,粒状-纤维状变晶结构、碎裂结构次之。

他形-半自形微粒结构:磁铁矿呈他形-半自形微粒状(0.02～0.1mm)均匀嵌布于石榴石、阳起石等脉石矿物间,磁铁矿晶出显然晚于上述矿物。具这种结构的矿石,形成时间较早,而且常是其它结构类型的基础。

半自形-自形粒状结构:磁铁矿晶形较完整,颗粒较粗大(一般0.1～0.2mm)为此类矿石特征,磁铁矿为八面体,在矿石中不均匀浸染。在不少矿石中,石英作用突出,在不规则脉状石英两侧磁铁矿自形度增高,晶粒加大,显示迭加蚀变改造之功。半自形-自形粒状结构矿石、主要发育在各矿体中部。

粒状-纤维状变晶结构:多见于低品位矿石中。矿石由石榴石、阳起石等脉石组成粒状成纤维格架,磁铁矿充填在格架中,故自形程度极低。

交代假象结构:主要为穆磁铁矿交代于先生成的赤铁矿而保留了赤铁矿的条板状晶形而成。

2.6 矿石的化学成份

采用电子探针对4个样品的磁铁矿化学分析,分析结果见表2。

表2 查岗诺尔磁铁矿的化学分析成果表Table 2 Chem ical analyses of Chagangnuoer magnetite deposit

续表2

磁铁矿(FeO·Fe2O3)的理论化学成分为FeO=31.03%,Fe2O3=68.97%。矿区磁铁矿除主要组份FeO、Fe2O3外,还有SiO2、A l2O3、T iO2、V2O5、M nO、M gO、CaO等次要组份及Cu、Zn、Co、N i等微量元素。因此FeO、Fe2O3的含量应低于磁铁矿的理论值。

Fe2O3:含量61.37～72.24%,其中两个样,因磁铁矿遭受氧化,故含量大于理论值。Fe2O3的含量与SiO2的增长大致呈反消长关系。而A l2O3、V2O5与Fe2O3的相关关系不明显。FeO:含量25.35%～26.70%,除与CaO呈正相关外,与A l2O3、SiO2、T iO2、Fe2O3、M gO关系不明。SiO2:一般为0.81%～1.06%,一个样高达6.80%。M gO:一般0.12%～0.34%,一个样含量较高为0.63%。CaO:一般为0.44%～0.76%,一个样较高为1.48%。三者的高含量都同为一个样品。由于M g2+、Ca2+与Fe2+;Si4+与Fe3+呈现类质同像置换,因此,该磁铁矿样中,可能存在部分硅钙质镁铁磁铁矿。T iO2、V2O5、M nO含量均低。T iO2的含量从0.03%～0.18%,V2O5的含量从0.001%～0.003%;M nO的含量从0.061%～0.113%。与M g2+、Fe2+,T i4+、V5+与Fe3+呈现类质同像置换。

通过1700余件样品的全铁与磁性铁的分析,在不同的勘探线之间也表明它们良好的对应关系。从全铁与磁性铁的变化关系看,它们呈良好的正相关关系,这表明铁矿的形成与岩浆作用密切相关,而与沉积型铁矿有明显差异(图2)。

3 矿床成因

综合查岗诺尔铁矿矿体特征、矿物组合、结构构造以及相关的区域地质和容矿地层的结构特征[7-10],表明矿床的形成与火山作用密切相关[8]。矿床总体上以矿浆成矿期为主,热液成矿期只在矿浆期基础上进行了轻微的改造,并没有改变矿浆期成矿的基本特征。由此形成矿床现有的垂直分带,即上部由角砾状和复角砾状矿石组成,下部由混染岩化磁铁矿体和局部叠加的角砾状矿石组成。

从矿石结构构造特征分析,查岗诺尔铁矿成矿作用大致分以下几个阶段:(1)岩浆房中熔离出富含挥发份的铁质岩浆各相应的硅酸盐熔浆;(2)经深大断裂上侵的岩浆,沿火山机构的锥状向心断裂侵位,形成次火岩;(3)富含挥发份的铁质矿浆沿同一通道上侵,在锥状向心断裂带产生隐爆,上部形成贯入脉状角砾岩型矿石,下部形成混染岩化磁铁矿矿体;(4)由于大量岩浆、矿浆侵出和喷发,岩浆房处于高温、负压状态有利于雨水、地下水向负压带汇聚、升温萃取途经围岩中的矿质,形成高温热液,而后沿深大断裂上升,在锥状向心断裂带产生隐爆形成热液叠加矿化,并在其周围形成强烈的面型蚀变。

4 区域找矿意义

我国铁矿资源相对匮乏,目前主要依赖澳大利亚及巴西淡水河谷进口。而在新疆地区,由于地域制约,主要依靠本地区铁矿满足钢铁生产需求。查岗诺尔铁矿床的发现,无疑对本地区日益增长的铁矿需求具有非常重要的现实意义,也为区域经济的发展提供了重要的资源保证。目前,第三地质大队与八钢集团合作,预计在2009年底建成年产能500万吨的大型选矿厂。铁矿的投产,对新疆地区的经济建设将起到重要的推动。

从找矿角度看,由于查岗诺尔铁矿床的发现,第三地质大队开始对南天山地区加大铁矿的找矿力度,目前已经在查岗诺尔东部相同的地层层位中,发现另一大型铁矿—志博铁矿。初步勘察显示,志博铁矿的储量达到1.0亿吨,远景资源量预计在2.0亿吨。因此,南天山造山带将可能成为我国重要铁矿生产基地。

图2 查岗诺尔铁矿全铁与磁性铁的对应关系(a)及相关关系(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

胡秀军(1967～),男,河南南阳人,高级工程师,从事地质勘查。