吳海才

（新疆地礦局第二地質(zhì)大隊(duì) 喀什 844002）

新疆塔什庫爾干縣八仙尖菱鐵礦礦床地質(zhì)特征及成因淺析

吳海才

（新疆地礦局第二地質(zhì)大隊(duì) 喀什 844002）

新疆塔什庫爾干縣八仙尖菱鐵礦位于木吉-阿克塞欽Au、Cu(Fe)成礦帶的南東上,該鐵礦工作程度較低，成果并不顯著。筆者擬與多年對菱鐵礦鐵野外工作實(shí)踐,結(jié)合該種類型鐵礦有關(guān)資料,對該礦床的基本地質(zhì)特征和成因進(jìn)行初步分析和探討,為該區(qū)今后的地質(zhì)調(diào)查與找礦工作提供參考。

八仙尖菱鐵礦 地質(zhì)特征 成因淺析

八仙尖菱鐵礦位于新疆塔什庫爾干縣城160°方向，直線距離約250 km，行政區(qū)劃分隸屬塔什庫爾干縣達(dá)不達(dá)鄉(xiāng)管轄。其大地構(gòu)造位于塔里木板塊與岡底斯板塊接合部位，以麻扎-康西瓦大斷裂為界，以北屬賽圖拉島弧區(qū)，以南屬喀喇昆侖陸棚-陸坡島弧區(qū)，研究區(qū)位于阿克賽欽中間地塊帶。成礦帶位于木吉-阿克塞欽Au、Cu(Fe)成礦帶,該帶分南東段、北西段，該帶北西段自北而南分別有木吉金礦、卡拉瑪銅礦、沙子溝銅礦、切列克其菱鐵礦，研究區(qū)與塔合曼鐵礦、阿然保泰銅(金)礦點(diǎn)、卡拉吉力干含銅菱鐵礦點(diǎn)、伊力克砂金礦點(diǎn)、黑黑孜站干含鉛鐵礦等同屬該帶南東段。

1 區(qū)域成礦背景

1.1 區(qū)域成礦前景

研究區(qū)位于阿克賽欽中間地塊帶，區(qū)域地層橫跨兩個地層小區(qū)，由南向北分別為明鐵蓋-喬戈里小區(qū)和麻扎小區(qū)，區(qū)域上出露地層主要有：元古界(Pt)的中深變質(zhì)巖；未分下古生界(Pz1)和未分奧陶志留系(O3-S)h的一套海相碎屑巖，屬黑色巖系；志留泥盆系(S-D)為碎屑巖及火山巖、灰?guī)r等。區(qū)域構(gòu)造線總體呈北西-南東向，北西向的維布隆南斷裂貫穿整個工區(qū)；康西瓦大斷裂從研究區(qū)西南部的塔吐魯溝附近通過，走向北西，該斷裂在伊力克附近折向北東東，在麻扎大拉東與維布隆南斷裂交匯，控制了區(qū)域上巖漿巖及地層的分布。研究區(qū)位于維布隆南斷裂與麻扎-康西瓦大斷裂之間，次級構(gòu)造較發(fā)育。區(qū)域上巖漿巖活動頻繁，占據(jù)了相當(dāng)大的空間，有印支期閃長巖(維布隆南巖體(δ51)和燕山期的中酸性侵入巖塔吐魯溝北東巖體(γ52)等。

1.2 區(qū)域地球化學(xué)特征

1.2.1 各地層中元素的背景分布及離散特征

未分下古生界(Pz1):富集系數(shù)>1.1的元素(或氧化物)有 As、B、Sb、Bi、F、Cu、Au、Ni、Co、Ti、Cr、 Mo、 V、 TFe2O3、 Ag、 Mn、 MgO、 P、 Na2O、Sn、Be、W共22種，是區(qū)內(nèi)富集元素最多的層位。成礦元素主要是Au、Cu及其伴生元素和高溫?zé)嵋涸?。該地層單元明顯貧Sr。

圖1 區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)圖

未分奧陶志留系(O3-S)h：富集系數(shù)>1.1的元素(或氧化物)依次為 Sb、As、Li、F、Cu、Zn、Ni、Co、Cr、Au、V、TFe2O3、B、Hg、Al2O3、Bi、Cd、Ti、Mn、Na2O共20種，屬多元素富集的層位之一，其中富集的成礦元素較多且都是中低溫?zé)嵋涸?。該地層區(qū)是全區(qū)找Au、Cu、多金屬礦產(chǎn)及鐵礦最有利也是潛力最大的地區(qū)，Sb也具有富集成礦的地球化學(xué)信息。該地層貧CaO、Sr、Y、La、U、Nb、Sn、Th。

1.2.2 巖漿巖中元素的背景分布及離散特征

這里主要敘述研究區(qū)出露的燕山期中酸性巖(γ52)及印支期閃長巖(δ51)兩個時期巖漿巖中元素的背景分布及離散特征。

印支期閃長巖(δ51)：該巖體中Au平均值(X)為4.589×10-9，全區(qū)Au平均值為3.077×10-9，富集系數(shù)(K)達(dá)1.49，標(biāo)準(zhǔn)差(S)為13.838，變差系數(shù)為3.015，以上數(shù)據(jù)表明金元素在巖體中背景含量較高，分布不均勻，具有一定富集成礦的趨勢。此外，Cu、W、Mo3種元素平均含量接近查證區(qū)平均值分別為 49.3×10-6、2.59×10-6、1.92×10-6（Cu、W、Mo地殼豐度值分別為63.0×10-6、1.10×10-6、1.30×10-6）；Ag、Pb、Zn、As、Sb、Bi、Hg、Sn、Cd 9種元素表現(xiàn)為明顯的貧化，其富集系數(shù)均＜0.80，貧化程度最強(qiáng)的元素是Pb，富集系數(shù)僅為0.369；這些元素在地球化學(xué)圖上表現(xiàn)為明顯的低值區(qū)。

燕山期中酸性巖(γ52)：富集系數(shù)＞1.1的元素有 F、Bi、U、Be、W、Sn、Na2O、Th、K2O、Ba、La、P、SiO2、Pb共14種，其中F的富集系數(shù)最大為＞2.3，居各單元之首。變差系數(shù)＞0.2的元素(或氧化物)有 22種，前 10位為Mo、MgO、Au、B、CaO、Sn、Sb、W、TFe2O3和U，其中Mo的變差系數(shù)達(dá)39.08。W、Sn、Mo、Bi 4種元素在該期中酸性巖中不但富集程度高，而且變差系數(shù)也大，表明它們在燕山期中酸性巖中具有較大的成礦優(yōu)勢。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地層特征

工區(qū)內(nèi)出露地層為未分下古生界(Pz1)和第四系堆積物(Q)。

2.1.1 未分下古生界(Pz1)

該套地層在工區(qū)大面積出露，呈北西-南東向展布，為一套淺-中變質(zhì)巖系，巖性為絹云母石英片巖、黑云母石英片巖、綠簾陽起石綠泥石片巖、二云母片巖、大理巖、變砂巖、千枚巖、變粒巖等。在八仙尖一帶，絹云母片巖及大理巖中夾有菱鐵礦層或含褐鐵礦變余砂質(zhì)泥巖。由5個巖性段組成：

第五巖性段(Pz15)：灰色含炭絹云母片巖夾變砂巖，局部夾有褐鐵礦化大理巖，巖石變質(zhì)程度一般，小揉曲、褶皺較發(fā)育。厚度＞518.8m。

第四巖性段(Pz14)：灰色絹云母石英片巖夾綠泥石英片巖，偶見大理巖透鏡體。74 km溝Ⅲ號礦化體產(chǎn)于此中，厚度約371.5m。

第三巖性段(Pz13)：灰黑色黑云母石英片巖，74 km溝Ⅱ號礦體及Ⅳ號礦化體產(chǎn)于此巖性段中，巖層厚度達(dá)826m。

第二巖性段(Pz12)：淺灰色角巖化凝灰質(zhì)變砂巖。厚度＞14.8m。

第一巖性段(Pz11)：灰色混合巖化黑云母石英片巖，可見有基體和脈體。厚度＞342.1m。

在第三、四、五巖性段中均夾有大理巖條帶，在大理巖條帶中普遍存在含鐵熱液交代或充填現(xiàn)象，形成菱鐵礦、赤鐵礦及鐵白云石等礦物。

圖2 八仙尖菱鐵礦地質(zhì)圖

2.1.2 第四系(Q)

研究區(qū)內(nèi)第四系為全新統(tǒng)沖洪積物(Q4apl)，分布于各溝谷及溝口兩側(cè)。由漂礫、礫石、砂土等混雜堆積。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造特征

研究區(qū)在構(gòu)造上屬阿克賽欽-羌塘地塊，維布隆南斷裂從北東部邊緣通過，工區(qū)南側(cè)為麻扎-康西瓦大斷裂轉(zhuǎn)折端并與阿格勒大坂斷裂交匯。由于工區(qū)巖性多為韌性片巖，次級構(gòu)造在地層中表現(xiàn)為揉皺發(fā)育，產(chǎn)狀較紊亂，片理化明顯。而地層中的大理巖條帶巖性為脆性，同沉積的碎屑巖與大理巖的能干性存在明顯的差異，受后期構(gòu)造應(yīng)力影響變形程度也明顯不同，砂質(zhì)碎屑巖宏觀上形成片巖，揉皺發(fā)育；大理巖條帶受后期構(gòu)造影響變形較小，因此其產(chǎn)狀往往表現(xiàn)為與片巖斜交，在脆性大理巖條帶中形成東西向、北西西向和北東東向三組裂隙，為含鐵熱液提供了運(yùn)礦通道和容礦空間。

2.3 巖漿巖

研究區(qū)巖漿巖位于南西部，由2個毗鄰巖體組成：維布隆南巖體和塔吐魯溝北東巖體，其巖性分別為中性閃長巖及酸性花崗巖。

維布隆南巖體(δ51):出露在維布隆以南8 km，平面上呈半環(huán)狀，呈北西-南東向展布，面積約79 km2。侵入于奧陶-志留系黑黑孜群砂板巖中，與灰綠色板巖的侵入界線清楚，其外接觸帶主要表現(xiàn)為混染巖化、黑云母化、硅化。內(nèi)接觸帶表現(xiàn)為片麻狀細(xì)粒結(jié)構(gòu)帶，主要發(fā)育有綠簾石化和綠泥石化，局部有絹云母化和碳酸鹽化。組成巖體的巖石均系閃長巖類，多為中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，巖相分帶不明顯。

塔吐魯溝北東巖體(γ52)：呈北西-南東向展布，僅在南西角有少量出露，北東側(cè)與維布隆南巖體(δ51)緊密相連局部侵入于維布隆南巖體之中，巖體巖相分帶較明顯：邊緣相為灰白-深灰色中細(xì)粒二長花崗巖；內(nèi)部相為灰白色中粗粒黑云母花崗巖；二者間為中細(xì)粒結(jié)構(gòu)的黑云母花崗閃長巖組成過渡相。

3 礦床特征

3.1 礦體組合分布及產(chǎn)狀

區(qū)內(nèi)出露的鐵礦(化)體共有4條：

Ⅰ號礦化體：出露在礦區(qū)的北東角，呈脈狀，出露長約215m，厚度10～26m。礦化體呈北東-南西向分布，傾向18°～25°，傾角58°。圍巖為灰黑色含炭絹云母片巖，片理面產(chǎn)狀基本上與巖層產(chǎn)狀一致，礦化體與圍巖為穿層產(chǎn)出的接觸關(guān)系。礦化體附近圍巖沿片理面局部有石英、方解石、赤鐵礦細(xì)脈，推測為該礦化體形成時同源熱液分散所致。礦體單樣TFe品位(13.00～25.40)×10-2。

Ⅱ號礦體：該礦體是區(qū)內(nèi)最大的礦體，出露于礦區(qū)的南西部，產(chǎn)出于第三巖性段(Pz13)灰黑色黑云母石英片巖層中，礦體地表呈透鏡狀，出露長約228m，厚度8.4～52.0m，平均厚度為30.5m，礦體呈近東西向，傾向15°～30°，傾角約60°，礦體的頂?shù)装鍘r性均為菱鐵礦化大理巖，礦體與圍巖之間為漸變過渡關(guān)系，礦體及菱鐵礦化大理巖均嚴(yán)格受構(gòu)造裂隙控制。礦體單樣TFe品位(17.50～55.80)×10-2，礦體單工程 TFe品位(28.83～48.75)×10-2，礦體平均TFe品位41.71×10-2。

Ⅲ號礦化體：礦化體產(chǎn)于第四巖性段(Pz14)灰色絹云母石英片巖夾綠泥石石英片巖中，由2條褐紅色褐鐵礦化、赤鐵礦化大理巖條帶組成，走向分別為290°、305°，傾向20°～35°，傾角50°～56°，沿走向出露長分別為110m、200m，厚度5～10m，礦化體中熱液充填成因的赤鐵礦TFe品位一般在(40～50)×10-2，但礦化體中容礦裂隙極不規(guī)則，致使赤鐵礦在其中分布無規(guī)律，而交代成因的菱鐵礦TFe品位一般在(16～19)×10-2。

Ⅳ號礦化體：礦化體產(chǎn)于第三巖性段(Pz13)灰黑色黑云母石英片巖層中，礦化體在地表呈透鏡狀，出露長約280m，厚度25～40m，地表最大視厚度約65m，礦體呈近東西向，傾向?yàn)?°～20°，傾角約55°～65°，礦化體單樣TFe品位(12.70～17.40)×10-2，普遍低于邊界品位。

3.2 礦石質(zhì)量及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3.2.1 礦石質(zhì)量

礦物特征:據(jù)巖礦鑒定結(jié)果認(rèn)為礦區(qū)內(nèi)礦石礦物成分較簡單，主要由赤鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦組成。在鐵礦區(qū)Ⅱ號礦體中見有少量磁鐵礦，其中赤鐵礦、菱鐵礦含量可達(dá)60%～80%。巖石表層的褐鐵礦化現(xiàn)象由赤鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦受氧化等因素形成，脈石礦物主要為方解石、石英等。

礦石化學(xué)成分:①總的來說礦區(qū)內(nèi)的鐵礦石多為需選鐵礦石(TFe品位＜50×102）。②礦石主要造碴組分CaO+MgO/SiO2+Al2O3的比值為2.67(Ⅱ號礦體），大于自溶性礦石的劃分標(biāo)準(zhǔn)1.2，為堿性礦石。③礦石中有害元素種類少而含量低。硫的含量均低于含量允許指標(biāo)(≤0.30×10-2),且含硫物質(zhì)主要為硫化物；磷的含量低于含量允許指標(biāo)(≤0.25×10-2），銅含量只有(0.01～0.06)×10-2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于允許含量標(biāo)準(zhǔn)；不含其他有害組分。④礦石中有益元素只有錳，其含量最高可達(dá)2.42×10-2，普遍都在(1.50～2.42)×10-2之間。

3.2.2 礦石結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu):①中、粗粒它形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)是礦石最主要的結(jié)構(gòu)，在礦區(qū)中比較常見，主要是含礦熱液在適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力等因素下較完全結(jié)晶或者成礦后進(jìn)一步富集的結(jié)果。②細(xì)粒結(jié)構(gòu)為礦石的常見結(jié)構(gòu)，赤鐵礦、菱鐵礦礦物粒度相對較細(xì)，粒徑介于0.3～0.5mm。

礦石構(gòu)造:①致密塊狀構(gòu)造是赤鐵礦和菱鐵礦礦石常見的構(gòu)造。②條帶狀構(gòu)造由磁鐵礦、白云母、石英、方解石組成微條帶或紋層構(gòu)成，紋層或條帶寬多數(shù)不到1mm，少數(shù)一至數(shù)毫米寬。③假波紋構(gòu)造：似層狀菱鐵礦經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用所形成，為次生構(gòu)造，較少見，分布在Ⅰ號礦化體中。④晶洞構(gòu)造沿赤鐵礦脈、裂隙或裂隙交叉處發(fā)育有晶洞，形態(tài)以不規(guī)則狀為主，晶洞大小一般在10 cm以下，洞壁有方解石薄膜，晶洞中往往發(fā)育有粗晶菱鐵礦、文石及少量小水晶。

4 找礦標(biāo)志及方向

4.1 找礦標(biāo)志

⑴褐鐵礦化是原生菱鐵礦、赤鐵礦在表生作用下的產(chǎn)物，可以指導(dǎo)尋找原生菱鐵礦及赤鐵礦。

⑵從含礦層來講，巖相厚度變化大、碳酸鹽比較發(fā)育的層位，尤其是碳酸鹽巖與碎屑巖過渡部位有利于后期含鐵熱液的交代充填形成礦體。

⑶無論是鐵礦體還是鐵礦化體，因其抗風(fēng)化能力較綠片巖相圍巖強(qiáng)，宏觀上往往形成脈狀正地形。

⑷礦區(qū)及外圍所發(fā)現(xiàn)有價值的鐵礦體均位于中酸性巖體的外接觸帶，并以熱液交代形成菱鐵礦、熱液充填形成赤鐵礦復(fù)合成因?yàn)樘攸c(diǎn)。

4.2 找礦方向

該區(qū)有工業(yè)價值的鐵、銅礦床都分布于加里東期酸性侵入巖的外接觸帶，而產(chǎn)于巖漿巖內(nèi)部的礦點(diǎn)多無工業(yè)意義。這說明本區(qū)礦物質(zhì)的來源具多樣性，除巖漿后期熱液本身可能含有一定的含礦物質(zhì)外，應(yīng)該是通過溶解和交代作用更多地集中了古老地層中沉積的礦物質(zhì)。本區(qū)找礦需注意以下二點(diǎn)：巖漿巖的外接觸帶、與碳酸鹽巖有關(guān)的圍巖。

5 礦床成因初探

礦區(qū)出露礦體礦物成分主要為菱鐵礦及赤鐵礦，理論上菱鐵礦具有熱液和沉積兩種成因。Fe2+是一種較強(qiáng)的堿，可在弱酸(如碳酸)中溶解、遷移，只有在pH＞5.5時才產(chǎn)生沉積；介質(zhì)離子電位(Eh)降低會使Fe3+減少，轉(zhuǎn)化為Fe2+，所以菱鐵礦(FeCO3）的形成與環(huán)境的Eh和pH有關(guān)；此外還與S的濃度降低、極高的CO2分壓及還原條件有關(guān)。S離子濃度很大時，形成黃鐵礦，所以當(dāng)菱鐵礦大量出現(xiàn)時，黃鐵礦較少；而黃鐵礦大量出現(xiàn)的地質(zhì)體(黑色頁巖)中，很少有菱鐵礦產(chǎn)出。極高的CO2分壓條件，只有在能自發(fā)生成CO2的封閉和半封閉的環(huán)境里實(shí)現(xiàn)。在深湖處，當(dāng)H2S和CO2含量都較高時，能同時產(chǎn)生FeS2和FeCO2。沉積成因的菱鐵礦，常產(chǎn)于粘土、頁巖或煤層中，具鮞狀和結(jié)核狀形態(tài)，與鮞狀綠泥石、針鐵礦共生。熱液成因的菱鐵礦，可呈單獨(dú)菱鐵礦脈或與鐵白云石、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、磁黃鐵礦等硫化物共生。亦可交代石灰?guī)r等形成不規(guī)則的交代礦層。

赤鐵礦是在氧化條件下形成的礦物。廣布于各種成因類型的礦床和巖石中。規(guī)模較大的赤鐵礦床，多與熱液作用和沉積作用有關(guān)。與熱液作用有關(guān)的赤鐵礦床，共生礦物除磁鐵礦、石英、重晶石、綠泥石、菱鐵礦等碳酸鹽礦物外，常含有方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、毒砂等金屬硫化物；礦物間相互交代和蝕變現(xiàn)像顯著而普遍。我國遼寧、江西等沉積變質(zhì)型鐵礦床，主要由磁鐵礦、赤鐵礦、假象赤鐵礦所組成；與石英、綠泥石等礦物共生。產(chǎn)于接觸變質(zhì)型的銅鐵礦床里的赤鐵礦，與磁鐵礦、黃銅礦、斑銅礦、磁黃鐵礦等硫化物及石榴子石、透輝石、金云母、陽起石等礦物共生。赤鐵礦還作為副礦物出現(xiàn)于巖漿巖中。在火山口的周壁或凝固了的熔巖的表面或裂隙中，都發(fā)現(xiàn)有赤鐵礦的晶體或薄膜狀的赤鐵礦；這種火山升華作用的產(chǎn)物，其成因可用下式表示：

在氧化帶里，赤鐵礦可以由褐鐵礦或纖鐵、針鐵礦經(jīng)脫水作用形成；但又可水化變成針鐵礦、水赤鐵礦等。實(shí)驗(yàn)證明這種脫水反應(yīng)有個轉(zhuǎn)變過程：

上列脫水轉(zhuǎn)變過程表明：由針鐵礦脫水轉(zhuǎn)變而成的赤鐵礦，可不經(jīng)過磁赤鐵礦(γ-Fe2O3)這一中間狀態(tài)。經(jīng)脫水作用形成的赤鐵礦，多為皮殼狀、同心環(huán)狀、土狀及塊狀集合體形態(tài)；一般與針鐵礦共生，有時呈針鐵礦的假象。在還原的條件下，赤鐵礦可轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦，稱假象磁鐵礦。磁鐵礦受氧化可轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦，稱假象赤鐵礦。實(shí)驗(yàn)說明：隨著氧的分壓(PO2)的增大,Fe2O3/FeO或Fe2O3/FeO+Fe2O3也增大，因而PO2可以作為兩者相互轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。赤鐵礦為常見的易被蝕變的礦物，除可轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦外，還可轉(zhuǎn)變?yōu)榱忤F礦、褐鐵礦、黃鐵礦等。

綜上所述，八仙尖一帶鐵礦多為穿層產(chǎn)出，礦體的兩側(cè)往往被菱鐵礦化石英方解石脈(脈中局部地段夾有灰-灰綠色角閃千枚巖)包圍，二者之間為漸變的過渡關(guān)系，推測菱鐵礦體與菱鐵礦化石英方解石脈為同期熱液作用的產(chǎn)物，另外還可見到少量的黃鐵礦，表現(xiàn)為熱液成因類型，古生代研究區(qū)內(nèi)形成了淺海海盆，到了中、晚生代以后，海進(jìn)海退交替輪回，巖漿、火山活動頻繁，伴隨著超大巖石圈斷裂活動的加劇，在區(qū)域上形成了一系列中-晚生代的巖體、巖墻，巖脈，此時，維布隆南斷裂帶侵入了大量的巖漿巖，并進(jìn)一步淬取地層中的鐵質(zhì)與其本身所攜帶的鐵質(zhì)在容礦構(gòu)造上進(jìn)行充填、交代和變質(zhì)，從而形成現(xiàn)在所見到的鐵礦體呈透鏡狀，主要沿裂隙發(fā)育的現(xiàn)象。先形成的菱鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦、黃鐵礦，在地質(zhì)演化歷史過程中，最后在近地表氧化成赤鐵礦、褐鐵礦等。

收稿：2013-10-31