西昆仑河可兰尔铁矿成矿地质特征及成因浅析

郝延海 张连昌 郑梦天

(①新疆地矿局第二地质大队 喀什 844002 ②中国科学院地质与地球物理研究所 北京 100029)

近年来，西昆仑塔什库尔干地区布伦阔勒群地层中先后发现了一系列的沉积变质型铁矿床，如赞坎、老并和叶里克等大中型铁矿床，以及苏巴什、孜洛依和塔阿西等一大批铁矿点（刘建平等，2009）。然而由于区域地质构造背景、塔什库尔干地块的属性及演化过程、布伦阔勒群的组成范围及时代等研究程度较低，致使赋存于塔什库尔干地块中的铁矿类型及成因机制等存在不同认识（张连昌等，2016）。主要包括前寒武纪沉积变质型铁矿（BIF）（刘国印等，2005；陈俊魁等，2011；李智泉等，2014）和海相火山-沉积变质型成因（燕长海等，2012a,2012b；陈登辉等，2013；黄朝阳，2014；郑梦天等，2016）。这一认识的分歧与原布伦阔勒群至少包含古元古代（2500～2100Ma）和寒武纪早期（540～510 Ma）地层紧密相关。河可兰尔铁矿位于塔什库尔干塔吉克自治县马尔洋乡布候吉拉甫村西一带。作为近年来塔什库尔干地区发现的一系列铁矿床之一，本文首次报道了河可兰尔铁矿的地质特征，并对其矿床成因进行了初步探讨，希望为区域矿床成因及找矿工作提供思路。

1 区域地质背景

研究区塔什库尔干在大地构造位置上位于西昆仑及喀喇昆仑两大构造单元的结合部位，位于甜水海-北羌塘地体中（李荣社等，2008；如图1）。受康西瓦断裂带和塔阿西断裂（喀喇昆仑断裂）的围限，区域构造线呈北西-南东向。

河可兰尔铁矿以及塔什库尔干地区其他铁矿均赋存于“原布伦阔勒群”变火山沉积岩系当中，在周围覆盖少量未分奥陶-志留系（O-S）、志留系温泉沟组（S1w）、石炭系（C2）、未分二叠系（P2）、白垩系（K1）等地层（如图1）。近年来，关于布伦阔勒群变质岩及其铁矿时代具有较大争议。张连昌等人（2016）综合研究认为，原“布伦阔勒群”除继续保留部分古元古代变质地层外，还应分离出一套早古生代地层，所划分出早寒武世沉积-成矿区（带）在喀来子-叶里克-塔阿西一线的证据比较充分（图1）。其中古元古界布伦阔勒群包括有四个地层单元，为磁铁石英岩单元、斜长角闪片麻岩单元和矽线石榴片岩-石英（片）岩及大理岩单元，原岩总体上应为一套沉积型火山岩-碎屑岩-碳酸盐岩建造（计文化等，2011）。新厘定的下寒武统地层沿叶里克-老并-喀来子铁矿区一线展布，主要是一套变质的沉积碎屑岩-碳酸盐岩-硫酸盐岩-磁铁矿建造，以含硫酸盐铁沉积建造为特征，且明显区别于前寒武纪BIF型铁矿。

未分奥陶-志留系（O-S）为一套经历了低绿片岩相区域变质岩系，岩石类型有板岩、结晶灰岩（大理岩）、变砂岩及少量变火山岩夹层。出露的志留系地层为温泉沟组（S1w），岩性为一套细碎屑岩夹碳酸盐岩沉积建造，主要由砂岩与粉砂质板岩组成，纵向上叠覆出现，构成旋回性沉积层序，具有深水浊积岩特征。石炭系地层（C2）下部岩性为砂泥岩、硅质岩及灰岩，代表着深水盆地及浊流沉积；上部岩性为代表着岛弧火山岩性质的英安岩夹英安角砾熔岩；未分二叠系地层（P2）总体上为一套碳酸盐夹安山质火山岩、细碎屑岩，由于断层及褶皱发育并未见底。岩层底部为火山地层，向上过渡为以沉积岩为主，二者整合接触。白垩系地层（K1）呈断裂或微角度不整合覆盖于未分石炭统和布伦阔勒群之上，岩性为一套高位湖泊沉积的碎屑岩、碳酸盐岩偶夹石膏层。此外，区域上岩浆岩发育，岩浆侵入时代可划分为元古宙、加里东、华力西、燕山、喜马拉雅等五期，主要有基性—超基性侵入岩、中酸性岩浆岩等。

2 矿床地质特征

2.1 地层、构造及岩浆岩

河可兰尔矿区出露的地层主要为原布伦阔勒岩群（Pt1b），但根据本文工作，该区地层应为含硫酸盐铁建造的早寒武世地层（∈1b），主要可划分为七个岩性段（∈1b1～∈1b7）见图1。

图1 西昆仑塔什库尔干地区河可兰尔矿区地质简图（据资料修编）

第一岩性段（∈1b1）为浅灰色黑云斜长片麻岩，局部夹角闪斜长片岩，绿泥石化较为发育；第二岩性段（∈1b2）为矿区主要含矿层位之一，出露岩性主要为浅灰色黑云长石（石英）片岩、含石榴石斜长片麻岩，顶部逐渐出现较多石英角闪片岩层，该套地层局部地段发现石英岩型小磁铁矿体；第三岩性段（∈1b3）位于矿区中西部，岩性为含角闪黑云斜长片麻岩、黑云石英片岩，局部夹角闪片岩层，局部地段出现石英型磁铁矿体；第四岩性段（∈1b4）也为矿区主要含矿层位之一，岩性主要为黑云斜长片麻岩夹黑云角闪岩，在该岩性段共发现10条磁铁矿体，断续发育，与第三岩性段呈断裂接触；第五岩性段（∈1b5）岩性以云母石英片岩为主，局部夹灰绿色角闪岩层等，与第四岩性段呈断裂接触；第六岩性段（∈1b6）位于矿区南东部，岩性主要为黑云角闪斜长片岩夹斜长角闪岩层，该套地层两侧为断裂接触，岩石较破碎，弱褐铁矿化、磁铁矿化、硫化较为发育，局部地段发现有磁铁矿（化）体产出。第七岩性段（∈1b7）位于矿区东部，出露岩性以黑云母长石（石英）片岩为主。

矿区地层整体呈单斜产出，倾向为60°～75°，倾角为50°～60°。受区域构造影响，矿区内地层明显被挤压，形成底陡顶缓弧形倾向面趋势，较大断层产状一般与地层产状基本一致或小角度相交。断裂总体倾向北东，倾角40°～75°之间，断裂通过处岩石较为破碎，局部褐铁矿化、黄钾铁钒化、硫化等蚀变较为强烈。褶皱构造在区内表现不明显。

矿区中-酸性脉岩普遍发育，规模较小，一般宽0.5～2m，长20～100m之间,顺层产出。发现最大一条花岗岩体位于矿区南东部，宽600m，长约1300m，岩性主要为黑云母斜长花岗岩，地表未见明显的矿化蚀变现象。

2.2 矿体地质

目前，河可兰尔矿区发现有四条磁铁矿化带，编号分别为Fe1、Fe2、Fe3和Fe4，共圈出了14条磁铁矿体。所有矿体均以单斜产出，倾向北东，倾角40°～65°，层状、似层状与围岩整合接触，具有明显的沉积层控特征。其中Fe1、Fe2和Fe4号矿带分别受控于第一岩性段（∈1b1）、第二岩性段（∈1b2）和第七岩性段（∈1b7），为矿区次要矿带，主要矿石类型包括角闪石型磁铁矿石和石英型磁铁矿，此处不做赘述。而Fe3矿带为矿区最重要的矿带，以发育硬石膏型磁铁矿为特征而明显区别于其他矿带，具有北窄南宽的特征。赋存的矿石类型包括硬石膏型磁铁矿石、角闪石型磁铁矿石、大理岩型磁铁矿石和石英型磁铁矿石。Fe3矿带进一步圈出了11条矿体，其中以Fe3-5矿体规模最大，呈长条带状展布，位于Fe3号矿带中部，受控于第四岩性段（∈1b4）（图2）。矿体与围岩整合接触，地表出露长约1650m，经探槽控制矿体视厚1.30～6.30m，根据样品分析结果，TFe为31.20%，MFe位28.96%。由钻孔显示矿体往深部存在变厚、变贫的趋势。

图2 西昆仑河可兰尔铁矿15线Fe3-5号矿体地质剖面图

矿区矿石类型较为简单，按照脉石矿物类型来看包括有硬石膏型、角闪石型、石英型和白云石型磁铁矿石。其中以硬石膏型磁铁矿石最为发育，也最具特色，与区域内早寒武世老并-叶里克硬石膏铁矿以及喀来子磁铁重晶石矿床相类似。矿石为半自形-他形粒状结构，浸染状构造。矿石矿物为磁铁矿，含量为10%～20%，脉石矿物以硬石膏为主，含一定黑云母和角闪石。白云石型磁铁矿石在Fe3号矿带普遍发育，但矿石品位低，多为磁铁矿化，磁铁矿呈浸染状赋存于白云石大理岩中。矿石呈他形粒状结构，矿石矿物磁铁矿含量为10%～15%，脉石矿物主要为白云石和石英。角闪石型磁铁矿石发育较少，围岩多为黑云石英片岩和二云石英片岩，磁铁矿呈浸染状或条带状分布，含量15%～25%，脉石矿物以角闪石为主，少量黑云母和绿泥石等矿物。

河可兰尔矿区矿石矿物以磁铁矿为主，另有少量赤铁矿、黄铁矿和黄铜矿，脉石矿物主要为石英、角闪石、白云石和硬石膏，其次有黑云母、白云母、石榴石等。偶见有绿泥石及碳酸盐矿物等蚀变矿物。矿石结构多为半自形-他形，构造以浸染状和条带状为主，少量呈块状构造。

3 矿床成因浅析

河可兰尔铁矿赋存于原布伦阔勒岩群含铁岩段中，从上述的矿床地质特征来看，河可兰尔铁矿并未发现典型的条带状铁建造，而是以发育硬石膏磁铁矿组合为特征，区域上应属于老并-叶里克硬石膏铁矿和喀来子磁铁重晶石矿床向南西的延伸。因此，河可兰尔铁矿成因并非是前寒武纪沉积变质型铁矿（BIF），而应该是与老并和喀来子矿床一致的早寒武世海相火山沉积型铁矿床。根据前人研究，老并和喀来子矿床形成于受局限的断陷盆地环境（张连昌等，2016），而塔阿西双峰式火山岩的发现也表明塔什库尔干地区在早寒武世时期应处于拉张的构造环境下（高晓峰等，2013）。

从矿区矿石特征来看，河可兰尔角闪石型磁铁矿石多发育在黑云石英片岩中的角闪岩夹层中，表明磁铁矿的形成与角闪岩所代表的基性火山岩密切相关。此外，硬石膏型磁铁矿石或磁铁矿化硬石膏岩中常见有粗粒半自形角闪石矿物颗粒，且角闪石与磁铁矿密切共生，也说明在早寒武世硬石膏沉积形成的过程中伴随有强烈的基性火山喷发，铁质则来源于这次火山活动。河可兰尔矿区硬石膏层是老并-喀来子硬石膏层向西南的延伸，是同期同成因的沉积产物。从前人对喀来子和老并硬石膏的硫同位素分析来看，区域硬石膏磁铁矿石中的硬石膏δ34S为35.8‰～41.3‰（燕长海等，2011b；郑梦天等，2016），硫同位素较为集中，略高于早寒武世海水δ34S值（33±3‰，Claypooletal.,1980;KampschulteandStrauss,2004），说明区域硬石膏直接由海水硫酸盐与钙结合沉淀形成，且沉淀过程中经历硫酸盐还原作用。

上述表明同生断裂、硬石膏的沉淀、基性火山活动以及铁矿化之间具有一定的耦合关系。硬石膏的沉淀作用在早寒武世拉张断陷盆地中广泛发生。而盆地内的同生断裂构造在导致盆地内基性火山岩喷发的同时，也作为盆地内深部地壳热液、铁质等向盆地内运移堆积的通道，是区域硬石膏铁矿形成的关键。因此，河可兰尔铁矿的成因可总结如下：早寒武世断裂盆地内，海水具有高的SO42-浓度，海底基性火山热液沿同生断裂运移，萃取围岩大理岩中的钙，与海水硫酸盐形成硬石膏。海底基性火山活动提供的大量铁质流体在海水中聚集，在一定的Eh和pH值条件下沉淀，形成现在的硫酸盐-磁铁矿组合。

4 结语

⑴塔什库尔干陆块处于西昆仑及喀喇昆仑两大构造单元的结合部位，区域大地构造活动复杂，致使对布伦阔勒群时代、组成范围以及赋存其中的铁矿成因认识上有很大争议。综合近年来的研究工作，基本上认为布伦阔勒岩群应该不光发育古元古界地层，还包含早寒武世火山-沉积地层；

⑵河可兰尔铁矿矿石类型以浸染状-条带状硬石膏磁铁矿为主，角闪石型、白云石和石英型次之，矿体围岩则以云母石英片岩为主，夹少量黑云角闪岩。从地质特征上来看，是属于区域老并-叶里克硬石膏铁矿和喀来子磁铁重晶石矿床南西方向的延伸。因此，河可兰尔铁矿成因为赋存于早寒武世火山-沉积地层中的海相火山沉积（变质）型铁矿。

⑶河可兰尔铁矿形成于拉张断陷盆地环境中，同生断裂为区域基性火山活动、铁质运移和聚集提供通道，为铁矿形成提供有力条件，而硬石膏矿物则由热液淋滤出的钙与海水硫酸盐直接沉积形成。

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