Question

成矿条件、主要控矿因素、年代学及成矿模式

Answer 1

1.成矿条件

阿吾拉勒西段华力西期火山活动是伴随伊犁石炭—二叠纪裂谷形成发展而发生的，对金、铜、铅、锌的形成影响很大，为主要控矿因素。早石炭纪火山活动以中偏酸性裂隙式喷发和中偏基性中心式喷发两种活动为主，与早中石炭世形成海底火山喷溢—沉积作用有关的铁矿床有查岗诺尔、式可布台，由于华力西中晚期花岗岩侵入，也叠加有矽卡岩化。

成矿控制因素 石炭纪裂谷环境，裂谷盆地沉降同时有张性断裂及裂隙产生，导致海底火山喷发，形成大量火山—潜火山岩。

地质因素 石炭系大哈拉军山组的碳酸盐岩与华力西中期石英二长斑岩岩体接触交代形成的矽卡岩带，是矿床的主要控矿因素。矽卡岩分布与接触带基本一致，宽200～300m，长大于2km，呈东西向带状展布。而铁矿床就赋存于该矽卡岩带中。

构造因素 从区域资料可知，矿区南北两侧均为近东西断裂构造，具压扭性质，是一个长期活动的构造薄弱带，有区域性断裂影响，矿区断裂构造较发育，有利于岩浆岩的侵入。在岩浆岩侵入形成矽卡岩带后，构造运动减弱，保持了矽卡岩的完成性，由于矽卡岩顶盖的圈闭性好，造成气液大量浓集且无法逸出，在内压很大的情况下引起气爆，震碎矽卡岩围岩，形成隐爆角砾岩带。备战铁矿角砾状磁铁矿石具有如下特征：

1）角砾成分较单一，均为灰绿色、浅灰白色、深灰黑色矽卡岩角砾。

2）角砾形态均具棱角状，个别角砾有微弱溶蚀，后期铁矿浆胶结角砾时，以充填为主，但大多角砾都可拼接成整体，属震碎角砾性质。角砾间有一定位移，说明角砾随矿浆有所流动。

3）岩石蚀变强烈且多次叠加，以热液蚀变为主。

综合上述条件因素，备战铁矿的成因是一个多期多阶段的复杂成矿过程，矿床特征可简单总结如下：

主矿体规模为中型，矿体形态及分布受接触带控制，似层状矿体，矿石以块状构造为主，浸染状、角砾状为次，具有交代和粒状结构。矿石矿物以磁铁矿为主，硫化物以黄铁矿、磁黄铁矿为主，脉石矿物以各类矽卡岩矿物为主，少量碳酸盐矿物，全铁品位20％～60％，硫高磷低，伴生极少量Zn。这些特征均与接触交代—热液成因的大冶铁矿非常相似。由此得出下列结论：备战铁矿床的为接触交代—热液铁矿床，即矽卡岩型矿床。

2.物理场特征

区域布格重力异常表现为近东西向分布的重力等值线，备战铁矿位于重力梯级带上。该梯级带在1：100万的布格重力异常图上正是尼勒克-阿拉沟深大断裂所在地，这个梯级带重力值变化达200×10^-5m/s²之多。而在剩余重力异常则显示为SN走向很平稳的负重力异常，备战铁矿即在其中。

1：100万航磁图上，备战铁矿处于南部为东西向高磁异常，而北部为低负磁异常的过渡带中；△T化极后南部高磁异常更加明显，备战铁矿位于高磁异常上，而垂向一阶导数图把高磁异常表现得更加细致，与铁矿的关系也就更显得密切（图3-28）。

图3-28 新疆和静县备战铁矿典型矿床所在区域地质矿产及物探剖析图（据新疆地矿局资料修编）

备战铁矿位于1：5万航磁异常区内（图3-29），航磁△T剖面平面图上可明显看出该区异常，为叠加在正异常带北部边缘的尖峰状异常，异常曲线尖锐，梯度陡，强度大，形态较规则，北侧有明显的负值伴生，最大幅度高达910nT；在△T等值线平面图上为—较规则的南正北负异常，范围约1.8km×1.5km。

矿区物性特征，磁铁矿是矿区的主要强磁性岩（矿）石，磁化率最高可达到130015×10^-5SI，常见值为68285×10^-5SI，剩余磁化强度最高32900×10^-3A/m，常见值15000×10^-3A/m。黄铁矿化磁铁矿、中基性岩次之，其余岩石磁性一般都较低（表3-9）。

表3-9 备战铁矿岩石磁性特征表

图3-29 和静县备战铁矿1：5万航磁异常、地质剖析图（据新疆地矿局资料修编）

矿区所在位置物探异常特征：1：2000磁异常为近等轴状、以正磁异常为主、强度大（图3-30），最高为39576nT，一般为20000～30000nT，梯度陡，连续性好，走向近东西。东西长大于1000m，南北宽400m，△T曲线在0线附近变化较为剧烈，形成强烈蛇形弯曲，而且异常高峰基本与地表矿体对应。从异常负值出现在北侧判断，矿体倾向北，钻探与推测结果一致。

典型剖面分析：0线勘探线剖面位于备战铁矿磁异常区中部，磁异常呈剧烈变化锯齿状，梯度陡，磁异常两翼基本对称，北侧有微弱的负异常显示，异常峰值由南向北分别位于370点、405点及495点，对应△T极值分别为36776nT、39576nT及12154nT，由勘探线上ZK001、ZK002及ZK003钻孔控制，异常为磁铁矿体的反应。正演计算矿体顶板埋深约9m，向下延深约500m（图3-31）。

3.主要控矿因素

主要控矿因素通过表3-10总结如下。

图3-30 备战铁矿区1：2000磁测等值线平面图

图3-31 备战铁矿0号勘探线地质磁测综合剖面图

表3-10 新疆和静县备战海相火山岩型铁矿床成矿要素表

续表

4.年代学研究

本次研究样品采自矿区的各种火山岩，为出露较好的岩石露头和钻孔。岩性为细晶闪长岩、杏仁状安山岩、次英安岩、花岗斑岩和凝灰岩等，新鲜样品，比较纯净，没有外来体的混入。每个样品2kg左右，共8件，进行主量、微量元素、稀土元素的测试分析。用于测试的样品经粗碎后再用碳化钨钵体磨成可过200目的粉末，每次换样品时均用自来水冲洗钵体并用酒精擦拭，防止样品间的混染。全岩主量元素采用X射线荧光法（XRF）在X荧光光谱仪上测定，测试将样品粉末熔成玻璃饼后用X射线荧光光谱（XRF）测试，测试精度优于1％。烧失量（LOI）在烘烤箱中高温（1000℃）烘烤90min获得。微量和稀土元素采用两酸（HNO₃＋HF）高压反应釜溶样方法对样品粉末进行溶解。采用等离子质谱仪（ICPMS；Agilent 7500a）来测定元素含量，含量高于10 ppm元素的误差小于5％，小于10 ppm元素误差小于10％。

用La-ICP-MS锆石U-Pb测年法测试样品均采自新鲜岩石。本次测试共四组样品，分别取自矿体磁铁矿（B01），坐标4791674，5382929；矿区南部花岗斑岩（XD10）坐标4791008，5382432；顶板矽卡岩（B03）坐标4791714，53282948；底板矽卡岩（B04）坐标4791526，5382850。样品取自矿区新鲜面，为保证测试对样品的需要，每个样品取样3～5kg。将样品送至河北省区域地质矿产调查研究所，样品经破碎后，用常规重力和磁选方法分选出锆石，在双目镜下挑纯；将挑选出的锆石送至北京大学岩石矿床矿物研究所进行测年。将锆石样品和标样TEM置于环氧树脂上，磨平抛光，具体的制备方法及锆石测年的具体流程见Li et al.（2009），对锆石进行透射光和反射光显微照相以及阴极发光图像分析观察锆石结构，选择合适定位点进行测年和数据结果的分析和解释。锆石样品的U-Th-Pb同位素比值用标准锆石91500校正获得（White et al.，1995），单点分析的同位素比值及年龄误差为1σ，数据结构用IsoPlot软件处理完成（Ludwig，2003）。

（1）LA-ICP-MS锆石U-Pb测年

本次锆石的主要类型为岩浆结晶锆石和斜锆石，岩浆结晶锆石晶型完好，呈自形晶，以柱状为主，具有岩浆结晶环带；斜锆石具有磨圆外形；测试误差小。以实测²⁰⁴Pb校正的普通铅，进行数据解释分析和形成年代的厘定。样品B01挑选出110粒锆石和100粒碎屑锆石，用激光探针打点，在110粒锆石中，完成17个有效的测试（表3-11），锆石的U、Th的质量分数分别为（20.75～1078.09）×10^-6和（16.36～5606.34）×10^-6，U/Th值均大于0.1（0.32～6.70），应属于典型的岩浆锆石（Belousova et al.，2002）。用B01-4、B01-12、B01-18、B01-26四个测点的²⁰⁶U/²³⁸Pb加权平均年龄为304.2±1.6Ma（MSWD＝1.19）（图3-32A），为晚石炭纪早期，可以代表矿体的形成时代。B01的100粒碎屑锆石，完成18个有效测试，此18个锆石的谐和年龄为335.5±1.2Ma（MSWD＝0.67）（图3-32B），为早石炭纪晚期，该年龄代表磁铁矿矿体的形成时代。对XD10进行同位素定年，其谐和年龄为301.36±0.93Ma（图3-32C），属于晚石炭世早期，可以代表花岗斑岩的形成时代。样品B03取自围岩，用激光探针打点，有效点31个，锆石的U、Th的质量分数分别为（48.11～182.22）×10^-6和（40.56～105.38）×10^-6，U/Th值均大于0.1（0.41～0.92）为岩浆锆石，用B03-4、B03-17等9个测点的谐和年龄为342.4＋1.3Ma（MSWD＝1.7），（图3-32D），为早石炭中期。样品B04取自矿体围岩，对其进行测试，有效个数为18个，这组样品呈现出3组年龄。第一组为B04-1、B04-11、B03-18，年龄分别为134.59Ma、134.85Ma、134.73 Ma，其谐和年龄为134.75±0.66Ma（MSWD＝0.047）（图3-32E），为早白垩纪早期；第二组为B04-8、B04-9、B04-12，年龄分别为245.34Ma、244.76 Ma、234.10Ma，其谐和年龄为244.6±1.1Ma（MSWD＝ 1.3）（图3-32F），为早三叠纪晚期。第三组为B04-29，年龄为2667.80Ma。

表3-11 备战铁矿LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果

续表

续表

表3-12 备战铁矿LA-ICP-MS Hf-LU同位素分析结果

续表

（2）锆石Hf-Lu同位素

备战铁矿三个样品中锆石Hf-Lu同位素进行分析测试，其测试结果（表3-12），测点位置位于同一岩浆震荡环，从测试数据看，锆石具有较高的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷ Hf（大多大于0.002），¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值的变化范围为0.000071～0.036880ppm，平均值为0.004374ppm，表明锆石在形成后具有较高放射性成因的Hf积累，所测得的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf可以代表锆石结晶时的岩浆体系，备战铁矿Hf同位素的组成比较单一，¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf＝0.281209～0.282986。εHf（t）变化范围较大，其变化范围为-51.69～3.9，单阶段模式年龄T_MD1的变化范围为528～3622Ma，二阶段模式年龄T_MD2的变化范围为581～3396Ma，二阶段模式年龄更能反映源区物质在地壳中的平均年龄（吴福元等，2007），Hf同位素测试结果表明备战铁矿的岩石来源于元古代、太古代地壳物质的部分熔融，同时二阶段模式年龄均大于一阶段模式年龄，表明源区物质在地壳中存在较长的时间。

5.成矿模式

（1）区域地质背景

备战铁矿位于塔里木板块的伊犁微板块阿吾拉勒石炭纪裂谷带中，早石炭世在伊犁微板块内部产生拉张裂谷，拉张阶段沉积了拉斑玄武岩系列和钙碱性系列的双峰式火山岩建造，于晚石炭世闭合。

（2）成矿地质环境

矿区地层为下石炭统大哈拉军山组，岩性为一套滨海相中基性火山熔岩为主，次为酸性火山熔岩夹少量火山碎屑岩、正常沉积岩的岩石组合，岩石化学类型属陆内拉斑玄武岩系列及钙碱性系列。其中第二岩性段为赋矿底层，组成岩石主要为灰色条带状灰岩。薄层灰岩，白云质大理岩，白云岩，局部夹大理岩化灰岩。

图3-32 备战铁矿锆石U-Pb年龄直方图、谐和图

矿区构造简单，总体表现为向北倾斜的单斜构造。矿区北侧泥盆纪地层由推覆构造形成飞来峰。在矿区东部存在带状喷发的火山机构，近火山口部分可见熔结火山角砾岩。

矿区出露岩浆岩主要有石英二长斑岩、闪长岩脉、辉绿岩脉等。与成矿直接相关的是石英二长斑岩。

石英二长斑岩呈浅黄色，结晶结构。斑晶以石英、更长石、钾长石为主，含量约占30％。石英为他形粒状，聚集斑状分布，具熔蚀边界，大小0.8～3.2mm；更长石、钾长石为半自形粒状，大小0.9～4mm，泥化、高岭土化强。基质为细—微晶结构，由钾长石、更长石、石英等组成，粒径0.1～0.8mm。局部地段石英二长斑岩出现细粒边缘相。

石英二长斑岩的形成时代为早石炭世，闪长岩脉和辉绿岩脉均为晚二叠世的侵入岩脉。

矿区内的变质岩主要属于接触交代变质作用形成的矽卡岩类接触交代变质岩。矽卡岩呈带状展布，长1～1.5km，一般宽200～300m，矿体即位于矽卡岩带内，近矿矽卡岩属于简单矽卡岩类，主要为绿帘石化透辉石矽卡岩。

（3）矿体组合分布及产状

矿区共有6个矿体，其中Fe3矿体为主矿体。Fe3矿体总体呈脉状，有分支复合现象。矿体总长度630m，控制深度380m，矿体厚度5.12～139.72m，平均厚度61.85m。矿体总体走向97°，倾角47°～74°，上陡下缓。根据钻孔施工情况及磁异常判断，矿体向东有侧伏趋势。

（4）矿石类型及矿物组合

矿石类型根据矿石构造划分为致密块状磁铁矿石、角砾状磁铁矿石、浸染状磁铁矿石，矿石矿物组成，金属矿物以磁铁矿为主，占85％～87％。其次有黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿；脉石矿物主要是绿帘石、绿泥石、透辉石，其次是电气石、蛇纹石、钙铁榴石、透闪石、白云母、方解石等。矿石Fe含量20％～64％，磁性铁占有率为89.53％；有害组主要为S，含量0.3％～4.24％，平均3.45％；SiO₂平均14.08％。TiO₂0.38％，（K₂O＋MgO）/（SiO₂＋Al₂O₃）＝0.54～0.91，平均0.67，属半自熔性矿石。矿石自然类型为单一的磁铁矿石。

（5）矿石结构构造

磁铁矿呈-微细粒自形、半自形粒状变晶结构；黄铁矿呈他形—半自形粒状，粒径0.06～0.8mm；磁黄铁矿他形—半自形，呈浸染状或细脉状产出。

矿石主要构造类型为致密块状、浸染状及角砾状构造。致密块状磁铁矿石中磁铁矿含量占50％～70％。浸染状磁铁矿石特征根据磁铁矿分布均匀程度，可分为稠密浸染状、稀疏浸染状构造。具角砾状构造的矿石角砾成分多为绿帘石或透辉石矽卡岩，角砾粒径一般5～20mm，含量10％～40％，小角砾碎块可镶嵌拼接为一个大角砾；胶结物为磁铁矿。

（6）矿化阶段划分及分布

备战铁矿的成矿阶段可以划分为三期：

1）火山沉积期：早石炭纪伴随阿吾拉勒裂谷的形成，在裂谷活动过程中沉积的大哈拉军山组火山岩中沉积了原始铁矿层。这一阶段铁质的来源主要来源于火山活动，形成品位较低的原始铁矿层。生成第一世代磁铁矿。

2）矽卡岩化改造期：在火山活动过程中形成的铁矿体后期受到了岩浆热液活动的强烈改造，形成了目前与矽卡岩密切共生的现状。该阶段可分出三个期次：

早期氧化物-硅酸盐阶段 石英二长斑岩侵位与石炭系地层发生接触交代变质作用，早期原始铁矿层受到矽卡岩化改造，岩体内原矿层铁矿石品位下降，外接触带铁矿石品位变富，生成第二世代磁铁矿；

硫化物阶段 在交代作用后期生成磁黄铁矿、黄铁矿、少量黄铜矿、闪锌矿等硫化物；

碳酸岩阶段 碳酸盐细脉充填于早期生成的矽卡岩和磁铁矿裂隙中。

3）表生氧化期：由于矿床海拔高度较高，风化作用以冰川刨蚀为主，矿石的氧化程度较低，偶见黄钾铁矾、孔雀石、褐铁矿，氧化带不发育。

（7）矿化蚀变带划分及分布

备战铁矿矿体产于矽卡岩带中，自矿体向两侧蚀变分别为矽卡岩化，碳酸盐化、蛇纹岩化、硅化或大理岩化。

矽卡岩化 矿区矽卡岩化普遍，多发育于矿体附近，蚀变以透辉石、绿帘石、纤闪石、硅灰石、石榴子石、阳起石、电气石等各类不同矿物组分的矽卡岩为主。矽卡岩化分带明显，矿体的顶底板为绿帘石化透辉硅石卡岩带，该带围绕矿体分布。绿帘石化透辉矽卡岩带的外侧为复杂矽卡岩，复杂矽卡岩由透闪石、硅灰石、纤闪石、石榴子石、阳起石、电气石等多种特征变质矿物组成。

碳酸盐化 一般在矿体边部发育，表现为碳酸盐脉，呈不规则脉状，为成矿后期残留热液蚀变，与成矿关系不密切。

蛇纹岩化 多为成矿期后热液蚀变，一般沿裂隙或节理发育。主要表现为集合体状或束状纤维蛇纹石，呈黄绿色，蜡状光泽，具错动划痕。一般与成矿关系不密切。

大理岩化 在接触带边部发育，一般与矿体距离较远。

（8）矿床成因机制

备战铁矿属与火山活动有关的火山沉积型铁矿床。该矿床经历了两期矿化过程，初期是通过火山沉积作用形成火山沉积型铁矿层，后期通过矽卡岩化作用使早期的矿体进一步改造成矿。

备战海相火山岩型铁矿床的形成与火山活动直接有关。早石炭世拉张期间，伴随着火山喷发作用，含矿物质大量喷出，沉积在海盆内低凹地段。

随着后期岩浆活动石英二长岩侵位于原始矿层附近，岩浆热液的接触交代作用对原始铁矿层进行了改造。该矿床的成矿模式见图3-33。

（9）找矿标志

阿吾拉勒石炭纪裂谷带 备战铁矿产出的大地构造环境为阿吾拉勒石炭纪裂谷。在该裂谷带内还有智博铁矿、查岗诺尔铁矿、式可布台铁矿等构成裂谷带内的铁矿床成矿系列。因此，阿吾拉勒石炭纪裂谷带是寻找与裂谷火山活动有关的铁矿床的有利地段。

高磁异常 备战铁矿的主要矿石矿物磁铁矿和磁黄铁矿均具有强磁性。地面磁测发现的大于3000nT的高磁异常是发现和圈定备战火山沉积型磁铁矿体的重要找矿标志。其中大于9000nT的高磁异常与矿体地表分布边界基本一致。可以利用磁异常的形态判断矿体倾向及预测隐伏矿体，效果极好。

火山机构 备战铁矿的产出部位为火山活动带的洼地，距离火山机构较近，但不在火山机构内部，寻找距离火山机构较近的火山洼地是寻找同类型矿床的找矿方向。

早石炭统石英二长斑岩接触带的矽卡岩 早石炭世侵位的浅成侵入岩体石英二长斑岩与含矿火山岩地层接触形成强烈接触交代矽卡岩，局部地段改造矿体使矿体变富。

磁铁矿露头及转石 磁铁矿抗风化能力较强，地表露头易于识别，其转石在矿体所在水系中能保存完好是找矿最直接的标志之一。

图3-33 和静县备战火山沉积型磁铁矿成矿模式图