新疆东天山小北矿铁矿地质、地球化学特征及成因

吴生军，李凤鸣，郑勇，邢德超，冯晓宏，周斌,4，王长新

（1.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第一地质大队，新疆昌吉831100；2.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局，新疆乌鲁木齐830000；3.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆乌鲁木齐830000；4.新疆有色集团物探队，新疆乌鲁木齐830000)

新疆东天山小北矿铁矿地质、地球化学特征及成因

吴生军1,3，李凤鸣2，郑勇1，邢德超1，冯晓宏1，周斌1,4，王长新1

（1.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第一地质大队，新疆昌吉831100；2.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局，新疆乌鲁木齐830000；3.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆乌鲁木齐830000；4.新疆有色集团物探队，新疆乌鲁木齐830000)

小北矿铁矿位于新疆鄯善县西南部，阿奇克库都克断裂北侧。矿体受火山机构及火山岩相控制，矿石以致密块状构造为主，浸染状构造次之。金属矿物主要由磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿、黄铜矿组成。岩体及接触带常见硅化、绿帘石化、矽卡岩化等。岩石地球化学特征表明，含矿岩性主要为中性-中酸性火山岩，里特曼指数σ为0.54~ 3.11，属低钾钙碱系列。Zr/Hf平均32.44，Nb/Ta平均16.27，与原始地幔平均值相似。δEu=0.08~0.21，平均0.13，Eu强烈亏损，δCe=0.83~0.97，平均0.91，表明Ce弱亏损。通过矿床地质和地球化学特征研究，初步认为小北矿铁矿属火山沉积-热液充填交代型铁矿。

东天山；小北矿铁矿；矿床地质；矿床地球化学；矿床成因

小北矿铁矿位于新疆鄯善县南西约160 km处，为近年来东疆主要铁矿产地[1]。新疆地矿局第一地质大队对该矿区进行勘查，评价为小型铁矿床，为火山活动后期热液裂隙充填-交代型铁矿床①新疆地矿局第一地质大队.新疆鄯善县红云滩北铁矿资源储量核查报告,2012。张立成、王义天、陈雪峰等对相邻红云滩铁矿矿床成因进行研究，认为红云滩铁矿为与岩浆热液有关的矽卡岩型矿床[2]。本文综合前人研究成果，从矿床地质、地球化学特征等方面探讨其成因，以期为外围找矿及研究阿齐山-雅满苏-沙泉子Fe-Mn-Au-Cu成矿带提供依据。

1 成矿地质背景

小北矿铁矿位于塔里木板块北部活动边缘之阿齐山-雅满苏晚古生代岛弧带，处于阿奇克库都克断裂与雅满苏断裂间（图1）。该带处于南、北两大板块结合部位，发育近EW向展布的区域性大断裂。NE、NW向断裂为次级构造，规模较小。成矿区划上该带位于古亚洲成矿域(Ⅰ-1）准噶尔成矿省（Ⅱ-2），觉罗塔格成矿带（Ⅱ-6）之阿齐山-雅满苏-沙泉子Fe-Mn-Au-Cu成矿带[3]。该成矿带为新疆东天山重要的铁矿成矿带，由西至东分布有红云滩铁矿、东岭铁矿、铁岭铁矿、百灵山铁矿、多头铁矿、乱山包铁矿、红岭铁矿、东北岭铁矿、赤龙峰铁矿和菱铁滩铁矿，及最东端的白山泉铁矿等[4]。

图1 区域构造单元划分图Fig.1 The map of regional tectonic unit divisionF1——康古尔大断裂；F2——雅满苏断裂；F3——阿奇克库都克大断裂；F4——卡瓦布拉克大断裂；F5——辛格尔大断裂

区域出露地层主要为长城系星星峡群片麻岩、混合岩及片岩组合；下石炭统雅满苏组浅海相细碎屑岩、碳酸盐岩及中酸性火山碎屑岩、熔岩；下石炭统干墩组碎屑岩夹硅质岩；上石炭统土古土布拉克组中酸性火山碎屑岩、玄武岩及少量灰岩等。区域上岩浆岩极发育，侵入岩分布广泛，具明显分带性。南带为阿奇山-雅满苏岩浆岩带，侵入岩主要为花岗岩类及辉长岩，花岗岩类最常见；北带为康古尔塔格岩浆岩带，侵入岩主要为石英闪长岩、石英二长岩、花岗斑岩和似斑状花岗岩。火山岩亦具分带性，南带为阿奇山-雅满苏岛弧带，有下石炭统阿奇山组安山岩-英安岩组合，上石炭统土古土布拉克组玄武岩-安山岩-流纹岩组合。北带康古尔塔格岛弧带发育下石炭统岛弧-拉斑系列-钙碱系列火山岩和下石炭统钙碱岩系。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质

矿区内出露5个主要铁矿体，赋存于下石炭统雅满苏组第二亚组第二岩性段灰-灰绿色粗面英安岩、安山岩及晶屑凝灰岩透镜体中。矿区构造简单，主要为小型古火山沉积盆地，断裂小而少。该火山盆地向北开口，呈北倾伏“向斜”构造，平面展布为东部呈NNW向，西北呈NW向，南部转呈近EW向，均向内倾斜。盆地中心宽400~500 m，向北逐渐扩大(图2)①新疆地矿局第一地质大队.新疆鄯善县红云滩北铁矿资源储量核查报告,2012。外环地层为下石炭统雅满苏组中亚组第一段的粗面英安岩、安山岩及安山质晶屑凝灰岩。中心部分地层为下石炭统雅满苏组第二亚组第二岩性段第二亚段的粗面英安质岩。外环地层基本对称，产状平缓，前人钻探验证岩层倾角为10°~25°。该火山沉积盆地下部或外环是以喷发相为主的火山碎屑岩夹火山岩建造，中心内部为喷溢相为主的火山岩夹火山碎屑岩建造。地貌上盆地转折部位呈半环状正地形，两翼组成NE、NW向两组正地形，核部为NW向负地形，与火山盆地地层展布特征一致。据地貌特征及前人进行的地表工程控制，矿区内仅见两条小断裂，为成矿后期产物。

图2 小北矿铁矿地质略图及剖面示意图Fig.2 The geological sketch map and geological section of XiaoBeiKuang Iron Orea——地质略图；b——剖面示意图1.第四系；2.下石炭统雅满苏组第二亚组第二岩性段第三亚段：粗面英安质岩；3.下石炭统雅满苏组第二亚组第二岩性段第二亚段第三层：细粒安山质岩屑晶屑凝灰岩；4.下石炭统雅满苏组第二亚组第二岩性段第二亚段第二层：含火山角砾岩屑晶屑凝灰岩；5.下石炭统雅满苏组第二亚组第二岩性段第二亚段第一层：含火山角砾岩屑晶屑凝灰岩；6.花岗斑岩；7.安山玢岩；8..磁铁矿体及编号；9.断裂；10.岩层产状、矿体产状；11.钻孔位置及编号

2.2 矿体特征

该矿床由5个矿体群共9个矿体组成，受火山盆地地层及岩相界面严格控制，大致呈“同心”半环状产出(图2)。其中I号和Ⅱ号矿群受第二亚组第二岩性段第二亚段含火山角砾岩屑晶屑凝灰岩控制,I号矿群分布于矿区南部，位于Ⅱ号矿群下部，从东至西由3个薄层磁铁矿脉组成，走向上断续延伸约430 m。TFe平均品位39.55%，平均厚1.05 m。Ⅱ号矿群分布于矿区南部及西部，从东至西由3个薄层磁铁矿脉组成，地表延走向出露长670 m。TFe平均品位43.06%，平均厚1.47 m。Ⅲ号和Ⅳ号矿群受第二亚组第二岩性段第二亚段第三层安山质岩屑晶屑凝灰岩控制，Ⅳ号矿群位于Ⅲ号矿群上部(图3)。Ⅲ号矿群只有1个矿体，位于矿区中部，距Ⅳ号主矿体30~ 50 m。地表呈向南西凸出的弧形，沿火山盆地中心转折端呈似层状、脉状分布，地表控制长约220 m，深部有两个钻孔控制，延深约106 m。TFe平均品位36.24%，平均厚2.65 m。Ⅳ号矿群分布于矿区中部，呈“U”字型，分东西两翼，共1个矿体。地表沿走向延伸约410 m，深部由3个钻孔控制，延深约270 m。TFe平均品位40.88%，平均厚8.33 m。Ⅴ号矿群受第二亚组第二岩性段第三亚段粗面英安质岩控制，仅1个矿体，分布于矿区中部，走向控制长约40 m，目前已采空。TFe平均品位35.87%，平均厚14.64 m。矿群、矿体展布形态大致与古火山机构分布一致，I号和Ⅱ号矿群位于最外侧，Ⅲ号和Ⅳ号矿群位于内侧，Ⅴ号矿群于中心呈同心环状展布。

图3 小北矿铁矿石及镜下照片Fig.3 The Photos under the microscope of XiaoBeiKuang Iron Orea——致密磁铁矿野外照片；b——致密磁铁矿光片10×（新疆大学包裹体实验室拍摄）；Mt——磁铁矿；Ep——绿帘石；Cp——黄铜矿

2.3 矿石特征

矿石成分简单，金属矿物以磁铁矿为主，次为磁赤铁矿、黄铁矿、黄铜矿，偶见少量穆磁铁矿。脉石矿物有石英、绿帘石、少量透辉石等。磁铁矿多以立方体、八面体粒状集合体不规则嵌布，粒径0.1~1.0 mm。磁赤铁矿交代磁铁矿，呈云片状、云雾状集合体嵌于磁铁矿之中，与磁铁矿界线不清。黄铁矿呈立方体粒状，粒径0.1~2.0 mm。磁铁矿中包含黄铜矿（图3-b）。矿石结构以自形-半自形细粒为主。矿石主要以致密块状构造为主（图3-a），次为细脉浸染状、条带状等构造。

3 矿床地球化学特征

3.1 主量元素地球化学特征

本次采集16件样品，分析测试结果见表1。在岩石TAS命名图解中（图4-a）[5]，集中分布于粗面岩、粗面英安岩和安山岩、英安岩区域交界处。红云滩铁矿的9件样品分别投在英安岩、安山岩及花岗流纹岩区（图4-b）[6]，两矿区样品均处于Ir界线以下，属亚碱性系列岩石。

图4 小北矿铁矿和红云滩铁矿主要岩石TAS图解Fig.4 The main rock TAS diagram of XiaoBeiKuang and HongYunTan Iron Orea——小北矿铁矿；b——红云滩铁矿Pc——苦橄榄玄武岩；B——玄武岩；O1——玄武安山岩；O2——安山岩；O3——英安岩；R——流纹岩；S1——粗面玄武岩；S2——玄武质粗面安山岩；S3——粗面安山岩；T——粗面岩、粗面英安岩；F——副长石岩；U1——碱玄岩、碧玄岩；U2——响岩质碱玄岩；U3——碱玄质响岩；Ph——响岩；Ir——Irvine分界线，上方为碱性，下方为亚碱性

小北矿火山岩SiO2含量49.27%~70.02%，呈中性-中酸性。火山岩中（Na2O+K2O）/Al2O3值为0.19~ 0.53，平均0.40。矿区所有样品（Na2O+K2O）/Al2O3＜0.9，为亚碱性系列。本区粗面英安岩、英安岩、安山岩具高SiO2、TiO2、Al2O3、MgO、CaO、K2O特点。Fe2O3随SiO2含量增加而减少，具很好的线性关系（图5）[7]，暗示含矿岩石为同源演化产物，K2O和P2O5含量较低，区别于陆源沉积。两件花岗岩具高SiO2、富K2O、低Na2O、Al2O3特征。从岩石化学特征看，除2个花岗岩样品外，K2O含量整体较低，里特曼指数σ为0.54~ 3.11，σ值小于3.3，为低钾钙碱性系列岩石（图5）[5,7]。

图5 小北矿铁矿主要岩石SiO2-K2O图解(a)和Fe2O3-SiO2哈克图解(b)Fig.5 The main rock SiO2-K2O diagram and Fe2O3-SiO2diagram of XiaoBeiKuang Iron Ore

3.2 微量元素地球化学特征

微量元素标准化蛛网图显示（图6）[9]，矿区所有岩石样品微量元素蛛网分布模式总体一致，呈近左右平衡的“W”型。其中 Pb，U，Th，Ta，Zr，Hf，Ga，Bi等元素相对富集，Co，Ni，Cr，Cu，Cd等元素相对亏损。Zr/Hf=26.57~39.67，平均 32.44，Nb/Ta=5.42~ 25.96，平均16.27，与原始地幔平均Zr/Hf≈36，Nb/ Ta≈17.5值相当，暗示源区可能为地幔区[8]。从图6看出，Rb，Sr，Th，U，Ta，Cs，In，Bi整体略显分散，其中花岗岩、流纹斑岩样品特征较明显，反映出同源不同阶段特征。

图6 小北矿铁矿微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.6 Trace element primitive mantle-normalized spider diagram of XiaoBeiKuang Iron Ore（原始地幔据Sun and McDonough,1989）1.粗面英安岩；2.安山岩；3.玄武岩；4.玄武安山岩；5.安山岩；6.花岗岩、流纹斑岩

3.3 稀土元素地球化学特征

稀土元素测试数据及分布模式图显示，矿区岩石∑REE=70.43×10-6~198.00×10-6（包含Y元素，下同），平均124.48×10-6，LREE/HREE=0.85~4.16，平均2.18，总体表现为轻稀土富集、重稀土亏损特征，分布曲线呈右倾（图7-a）。LaN/YbN=1.29~10.04,平均5.40，轻、重稀土具一定分馏作用。(CeN/YbN)=4.29~ 26.91，平均14.05，远大于1。δEu=0.08~0.21，平均0.13，Eu强烈亏损，Zielinski和Frey认为主要为多次分馏、广泛交代作用及多阶段分离结晶造成。δCe= 0.83~0.97，平均0.91，小于1，表明具Ce弱亏损特征（表1）。

4 矿床成因讨论与结论

（1）区域和矿床地质特征显示，与红云滩铁矿比较，二者均受火山机构控制，红云滩铁矿主要赋存在一个NEE向且两头翘起保存较完整的“向斜”翼部[2]，推测可能为古火山机构的一部分，小北矿铁矿体明显赋存于古火山机构外环及中心部位。由于火山机构外侧各岩层和岩相界面形成大量层间裂隙，及火山中心火山管道失压隐爆形成的空隙，为含矿热液充填提供了良好的容矿场所。这与西天山阿吾拉勒铁矿带查岗诺尔、智博等铁矿床具类似特点[10,11]。

（2）从矿石物质成分看，红云滩铁矿和金属矿物主要为磁铁矿、磁赤铁矿、黄铁矿、黄铜矿及穆磁铁矿。脉石矿物有石英、绿帘石、阳起石等。不同之处是红云滩铁矿蚀变矿物较多，如石榴石、透辉石、阳起石等[2]。矿石与围岩界限较清晰，接触面呈梯坎状，具明显似层状、脉状构造，偶见多孔状矿石。推测为矿浆及含矿热液沿层间裂隙和岩石空隙充填交代作用形成。

表1 小北矿铁矿岩石主量元素、微量元素、稀土元素含量及特征值表Table 1 The major elements,trace elements and REE contents table of the Xiaobeikuang Iron Ore

（3）TAS岩石分类图解说明矿区成矿岩性主要为中性-中酸性火山岩，完全符合阿齐山-雅满苏-沙泉子Fe-Mn-Au-Cu成矿带含矿岩性特征。小北矿铁矿样品分析数据显示，含矿岩体多为同源演化产物，低K2O和P2O5，为海相沉积[12]。里特曼指数σ为0.54~3.11，为低钾钙碱性系列岩石。

（4）矿区岩石微量元素蛛网分布模式总体一致（图6），Zr/Hf=26.57~39.67，平均32.44，Nb/Ta=5.42~ 25.96，平均16.27，与原始地幔平均值相当，表明源区可能为地幔区。

（5）矿区岩石总体为轻稀土富集，重稀土亏损，磁铁矿石稀土总量偏低，分布曲线呈右倾（图7-a）。与红云滩铁矿安山质凝灰岩、黑云母二长花岗岩、磁铁矿石等样品稀土分布曲线模式图一致（图7-b），均具Eu为负异常，Eu亏损特征，暗示两矿区具相似成矿过程。

图7 小北矿铁矿和红云滩铁矿稀土球粒陨石标准化分布型式图Fig.7 Chondrite-normalized REE distribution pattern of XiaoBeiKuang and HongYunTan Iron Ore（球粒陨石据Sun and McDonough,1989）a——小北矿铁矿；b——红云滩铁矿1.粗面英安岩；2.英安岩；3.玄武岩；4.玄武安山岩；5.致密块状磁铁矿石；6.花岗岩、流纹斑岩；7.黑云母二长花岗岩；8.安山质凝灰岩；9.热液期磁铁矿

综上所述，本区矿床成因初步认为属火山沉积-热液充填交代型矿床。

致谢：新疆地矿局第一地质大队总工程师杨在峰及《新疆地质》审稿专家对本文进行了认真细致的审阅并提出具体修改意见，在此表示衷心感谢！

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Geological,Geochemical Characteristics and Genesis of XiaoBeiKuang Iron Ore in East Tianshan Mountain,Xinjiang

Wu Shengjun1,3,Li Fengming2,Zheng Yong3,Xing Dechao3,Feng Xiaohong3, Zhou Bin1,4,Wang Changxin3
(1.College of Geology and mining Engineering Program,Xinjiang University,Urumqi,Xinjiang,830000,China；2.Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources,Urumqi,Xinjiang,830000,China;3.No.1Gealogical Party,Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources,Changji,Xinjiang,831100,China;4.Geophysical prospecting team of Nonferrous Metals Group in Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830000,China)

XiaoBeiKuang iron ore is located in the southwest of shanshan county,Xinjiang,north of aqikekuduke fracture.Ore bodies are controlled by volcanic mechanism and volcanic rock facies,ore with dense block structure is given priority to disseminated structure.Metal minerals are mainly magnetite,hematite,limonite,pyrite and chalcopyrite.Rock contact zone and common silicide,epidotization,skarnization.Petrogeochemical characteristics show that the ore-bearing lithology is mainly the neutral-intermediate-acid volcanic rocks,Rittmann index(σ)for 0.54~3.11,belongs to the low potassium calc-alkaline series.Averaged value of Zr/Hf is 32.44,Nb/Ta averaged 16.27,similar to the primitive mantle average.δEu=0.08~0.21,with an average of 0.13,Eu strongly losses,the δCe=0.83~0.97,averaged 0.91,shows that Ce weak losses.Based on the geological and geochemical research,preliminary thought the Xiaobeikuang iron ore belongs to volcanic sedimentary-hydrothermal filling metasomatic iron ore.

East Tianshan Moutain;TheXiaobeikuang iron ore;Mineral deposit geology;Geochemistry of mineral deposit;The genesis of mineral deposit

1000-8845(2016)02-204-07

P618.31

A

2015-05-21;

2015-06-24;作者E-mail：286054142@qq.com

吴生军（1983-），男，甘肃天祝人，硕士在读，从事地质矿产调查及矿产勘查工作

李凤鸣，男，硕士生导师，Email:lfm_lfm@sina.cn