江宏君, 陳華勇, 韓金生, 張維峰, 陸萬(wàn)儉

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東天山沙泉子鐵銅礦床礦物學(xué)特征及其成礦意義

江宏君1,2, 陳華勇1,3*, 韓金生1, 張維峰1,2, 陸萬(wàn)儉1,2

(1. 中國(guó)科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所 礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510640; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3. 廣東省 礦物物理與材料研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510640)

東天山沙泉子鐵銅礦床賦存于沙泉子組火山巖地層之中, 是阿齊山-雅滿蘇鐵銅成礦帶中重要的礦床之一。礦床的蝕變礦化期次可依次劃分為早夕卡巖階段、晚夕卡巖階段、磁鐵礦化階段、黃銅礦化階段和晚期綠簾石-碳酸鹽化階段, 而磁鐵礦化階段又可細(xì)分為赤鐵礦亞階段、鉀長(zhǎng)石-綠簾石-磁鐵礦亞階段以及磁鐵礦-黃鐵礦亞階段。電子探針?lè)治霰砻? 夕卡巖階段主要發(fā)育鈣鐵榴石(And39~100Gro0~50Spe + Alm0.26~11.23)和陽(yáng)起石, 暗示早期流體具有高氧逸度和堿性的特征, 并導(dǎo)致流體中的鐵質(zhì)不斷富集。磁鐵礦化階段主要發(fā)育低鈦磁鐵礦(TiO2≤0.17%)、鉀長(zhǎng)石(Or97.09~97.43Ab2.35~2.60An0.22~0.31)、富鐵綠簾石(TFeO = 14.13%~16.32%)、黃鐵礦、石英以及赤鐵礦。隨著鉀長(zhǎng)石和富鐵綠簾石的開(kāi)始形成, 成礦流體中鐵質(zhì)大量沉淀形成富鐵礦石; 而赤鐵礦和低鈦磁鐵礦的沉淀使得流體氧逸度逐漸降低, 進(jìn)而使黃鐵礦發(fā)生沉淀。黃銅礦化階段主要發(fā)育赤鐵礦、富鐵綠簾石(TFeO = 11.95%~16.29%)、密綠泥石、黃銅礦、方解石等礦物, 密綠泥石形成溫度為147~190 ℃,平均為168 ℃, 說(shuō)明其為低溫中性流體; 該階段赤鐵礦和綠簾石先沉淀, 隨著氧逸度的降低, 黃銅礦、密綠泥石等礦物形成。黃鐵礦和方解石的硫、碳、氧同位素組成(34S流體= –1.7‰~ +4.7‰以及+15.6‰和+17.5‰;13C流體= –6.6‰~ –3.4‰;18O流體= –2.0‰~ +0.7‰)表明磁鐵礦化階段流體主要為巖漿流體并伴隨有海水的加入, 而黃銅礦階段為低溫非巖漿熱液流體, 主要為盆地鹵水或海水, 可能伴隨有大氣降水的加入。結(jié)合沙泉子鐵銅礦礦床地質(zhì)、圍巖蝕變特征以及礦床對(duì)比研究, 我們認(rèn)為沙泉子鐵銅礦床的形成與礦區(qū)晚石炭紀(jì)閃長(zhǎng)巖的侵入有關(guān), 不同于火山巖賦存的雅滿蘇鐵礦, 且與典型的夕卡巖型鐵銅礦床不同, 而具有許多與安第斯鐵氧化物銅金(IOCG)礦床類似的特征。

蝕變礦化期次; 電子探針; 成礦作用; 鐵銅礦床; 沙泉子; 東天山

0 引 言

賦存于海相火山巖中的鐵礦床是我國(guó)高品位鐵礦石的重要來(lái)源之一, 主要指與火山作用相關(guān)或賦存于火山-沉積巖中的鐵氧化物成礦系統(tǒng)。大多數(shù)賦存于海相火山巖中的鐵礦床常伴隨有廣泛的夕卡巖蝕變, 但是夕卡巖與侵入體缺少明顯的空間關(guān)系, 導(dǎo)致其成因和成礦機(jī)制等問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)存在著夕卡巖型和海相火山巖型(與海底火山作用晚期巖漿-熱液相關(guān))的爭(zhēng)議[1–5]。

東天山成礦帶位于新疆北部, 是中亞成礦域的重要組成部分(圖1a和1b), 也是我國(guó)重要的銅、鎳、金、鐵、鉛鋅等大型礦床集中區(qū)[6–17](圖1c)。其中阿齊山-雅滿蘇弧后盆地以富集一系列產(chǎn)于火山巖中的鐵(銅)礦床著稱, 探明鐵礦資源儲(chǔ)量為2.07×108t, 是新疆重要的鐵礦成礦遠(yuǎn)景區(qū), 具有重要研究意義。代表性礦床有紅云灘、百靈山、赤龍峰、雅滿蘇鐵礦和沙泉子、黑尖山鐵銅礦等。這些礦床通常賦存于海相火山巖中, 發(fā)育有廣泛的夕卡巖化蝕變, 與侵入體缺少明顯的空間關(guān)系[4,5,15–18], 是研究賦存于海相火山巖中的鐵礦床的天然實(shí)驗(yàn)室。

本文研究的沙泉子鐵銅礦位于阿齊山-雅滿蘇成礦帶的東段, 是該帶眾多鐵礦床中少數(shù)含有銅作為經(jīng)濟(jì)元素的礦床代表。關(guān)于沙泉子鐵銅礦床的地質(zhì)特征、成礦構(gòu)造背景、成礦流體以及成礦時(shí)代, 國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了一些研究[4,19–27], 但關(guān)于礦床成因認(rèn)識(shí)仍存在較大分歧。宋治杰[25]根據(jù)礦床的成礦特征認(rèn)為該礦床是火山噴發(fā)晚期與火山侵入巖有關(guān)的氣液交代-充填成因; 徐曉彤等[26]根據(jù)礦床發(fā)育廣泛的夕卡巖化蝕變, 認(rèn)為該礦床為夕卡巖型礦床; Huang.[19]和黃小文等[23]根據(jù)礦床的磁鐵礦、黃鐵礦、方解石的微量元素及稀土元素組成認(rèn)為磁鐵礦為熱液成因, 且該礦床為火山熱液充填交代成因; Huang.[21]根據(jù)沙泉子鐵銅礦床的礦化類型和地質(zhì)特征認(rèn)為該礦床還具有一些與鐵氧化物銅金(IOCG)礦床相似的地質(zhì)特征。此外, 黃小文等[22]和Huang.[20–21]根據(jù)對(duì)礦區(qū)火山巖地球化學(xué)特征以及礦床中磁鐵礦和黃鐵礦的Re-Os定年研究認(rèn)為沙泉子鐵銅礦床的成礦構(gòu)造背景為弧后盆地環(huán)境, 成礦時(shí)代為300 Ma左右。同時(shí), 黃鐵礦和方解石的硫、碳、氧同位素研究表明成礦流體具有來(lái)源于幔源的特征, 礦床的形成可能與300 Ma左右的幔源巖漿有關(guān)?？傊? 研究者普遍認(rèn)為沙泉子鐵銅礦床的成礦作用與巖漿作用有關(guān), 但具體是火山活動(dòng)還是侵入活動(dòng)則存在分歧。由于缺乏詳細(xì)的蝕變礦化期次研究, 使得前人關(guān)于礦物微量和同位素的研究不能與蝕變礦化階段一一對(duì)應(yīng), 且未根據(jù)物理化學(xué)條件對(duì)礦物同位素進(jìn)行換算, 進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)各階段流體性質(zhì)以及流體演化過(guò)程的解釋可能存在問(wèn)題。此外, 對(duì)于廣泛發(fā)育的夕卡巖化(特別是夕卡巖礦物)的相關(guān)研究還處于空白; 同時(shí), 沙泉子鐵銅礦床作為少數(shù)含銅礦床的代表, 磁鐵礦化和黃銅礦化之間相互關(guān)系的研究仍然缺失, 這些研究上的不足顯然不利于礦床成因確立和進(jìn)一步找礦勘查的突破。

圖1 中亞造山帶構(gòu)造簡(jiǎn)圖(a, 據(jù)文獻(xiàn)[6]編修)、新疆北部構(gòu)造綱要圖(b, 據(jù)文獻(xiàn)[7–8]編修)及東天山構(gòu)造及礦床分布(c, 據(jù)文獻(xiàn)[9–10]編修)

因此, 本文在建立詳細(xì)蝕變礦化期次的基礎(chǔ)上選取沙泉子鐵銅礦中與成礦密切相關(guān)的主要蝕變礦物(石榴子石、角閃石、鉀長(zhǎng)石、綠簾石、綠泥石)和礦石礦物(磁鐵礦、黃鐵礦)進(jìn)行電子探針?lè)治? 并結(jié)合前人研究結(jié)果, 初步探討礦床的圍巖蝕變特征、流體性質(zhì)、成礦的物理化學(xué)環(huán)境以及礦床成因, 為進(jìn)一步研究阿齊山-雅滿蘇成礦帶中鐵銅礦床的成礦機(jī)制和成礦規(guī)律提供新依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

東天山位于中亞造山帶的南緣(圖1a), 是古亞洲洋構(gòu)造演化的產(chǎn)物, 含有豐富的礦產(chǎn)資源[4–8,10,12,25]。東天山構(gòu)造帶自北向南依次被近東西向展布的深大斷裂(康古爾、雅滿蘇和阿奇克庫(kù)都克)劃分為大南湖-頭蘇泉島弧帶、康古爾-黃山剪切帶、阿齊山-雅滿蘇弧后盆地以及中天山地塊。相應(yīng)的不同構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)育有不同類型的礦床, 成礦元素主要呈現(xiàn)出北銅、中金-銅鎳、南鐵-鉛鋅-銀的特征[10,11,14,23,28–34](圖1c)。大南湖-頭蘇泉島弧帶位于吐哈盆地南緣, 出露地層主要為奧陶系-石炭系火山-沉積巖系, 主要發(fā)育以卡拉塔格和土屋-延?xùn)|為代表的火山塊狀銅鋅礦床和斑巖型銅礦; 康古爾-黃山剪切帶夾于康古爾斷裂和雅滿蘇斷裂之間, 為一套變形變質(zhì)強(qiáng)烈的無(wú)序地層-構(gòu)造巖(糜棱巖、構(gòu)造碎屑巖、構(gòu)造透鏡體和角礫巖), 其原巖主要為復(fù)理石建造和枕狀拉斑玄武巖、硅質(zhì)巖、泥質(zhì)巖等深水相組合, 主要發(fā)育以康古爾和石英灘金礦為代表的剪切帶型和淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V(西段)以及以黃山、黃山東為代表的銅鎳硫化物礦床(東段); 阿齊山-雅滿蘇弧后盆地位于雅滿蘇斷裂和阿奇克庫(kù)都克斷裂之間, 出露地層主要由下石炭統(tǒng)火山-沉積巖系及二疊系互層的海相和陸相碎屑巖組成, 主要發(fā)育產(chǎn)于火山巖中的鐵(銅)礦床, 代表性礦床有百靈山、赤龍峰、雅滿蘇鐵礦和沙泉子、黑尖山鐵銅礦等; 中天山地塊位于阿奇克庫(kù)都克斷裂以南, 為中深變質(zhì)巖系, 原巖主要為基性-酸性火山巖, 以發(fā)育鐵礦(尾埡、天湖)、鉛鋅礦(彩霞山)和銀多金屬礦(玉溪)為特色?；◢弾r類在區(qū)內(nèi)分布廣泛, 在各個(gè)地層構(gòu)造單元均有發(fā)育(圖1c), 主要由泥盆系-二疊系的石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、鉀長(zhǎng)花崗巖、花崗斑巖和二長(zhǎng)花崗巖等組成, 年齡主要集中在386~252 Ma[35]。

研究區(qū)位于阿齊山-雅滿蘇弧后盆地的東段(圖1c), 出露的地層主要為中元古界中天山群、下石炭統(tǒng)雅滿蘇組、上石炭統(tǒng)沙泉子組和上二疊統(tǒng)阿其克布拉克組(圖2)。元古宇中天山群主要由中元古界的長(zhǎng)城系星星峽群和薊縣系卡瓦布拉克群的片巖、片麻巖、混合巖和大理巖等組成[10]; 雅滿蘇組整體上由以玄武巖和英安巖類為主的雙峰式火山巖組合和火山碎屑巖、巖屑砂巖、粉砂巖等組成, 火山巖以鈣堿性系列為主[36–37]; 沙泉子組與雅滿蘇組呈不整合接觸, 為復(fù)理石建造夾基性-中性-酸性火山巖建造, 主要由玄武質(zhì)、安山質(zhì)熔巖, 凝灰?guī)r, 火山角礫巖組成, 夾有少量中酸性熔巖、細(xì)碧-石英角斑巖、石灰?guī)r和鈣質(zhì)砂巖、粉砂巖[23]; 阿其克布拉克組主要由中基性熔巖、火山碎屑巖、雜色長(zhǎng)石石英砂巖、鈣質(zhì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖組成, 與沙泉子組呈不整合或斷層接觸[23]。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈, 閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、花崗巖和黑云母花崗巖廣泛分布, 同時(shí)也可見(jiàn)一些零星分布的基性-超基性巖、橄欖輝長(zhǎng)巖和輝綠玢巖。

2 礦床地質(zhì)

2.1 礦區(qū)和礦體地質(zhì)特征

沙泉子鐵銅礦床位于阿奇克庫(kù)都克斷裂北側(cè)約500 m處(圖2), 是一個(gè)以鐵為主, 并伴生有銅的鐵銅礦床。礦區(qū)出露地層主要為沙泉子組火山巖(圖3), 礦體主要賦存在含礦蝕變帶中, 其延伸方向與沙泉子組火山巖地層一致, 含礦帶總長(zhǎng)約5 km, 寬3~80 m,頂部為沙泉子組凝灰?guī)r, 底部為沙泉子組安山巖。鐵儲(chǔ)量為249萬(wàn)t, 品位為26%~49%, 銅儲(chǔ)量為2040 t,品位為0.23%~1.58%。礦區(qū)被較大的斷層錯(cuò)斷為東段、中段和西段三個(gè)部分, 礦體數(shù)量較多, 其中規(guī)模較大的有8個(gè), 主要分布在中礦段。鐵礦體一般長(zhǎng)50~500 m, 寬1~10 m, 最寬可達(dá)17 m。銅礦體主要分布于深部, 常產(chǎn)于鐵礦體的內(nèi)部或邊部, 延伸最長(zhǎng)可達(dá)300 m, 厚度為2 m左右, 最大厚度可達(dá)8 m (圖4)。鐵銅礦體常呈透鏡狀或扁平狀, 受近東西向的斷裂控制, 并被后期近南北向斷裂所切割。礦石礦物主要為磁鐵礦、黃銅礦和少量的黃鐵礦、赤鐵礦以及閃鋅礦。磁鐵礦主要呈浸染狀、塊狀和條帶狀。黃銅礦主要呈浸染狀。脈石礦物主要為石榴子石、綠簾石、鉀長(zhǎng)石、石英、綠泥石、方解石和少量角閃石。

圖2 新疆沙泉子區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)新疆地礦局第六地質(zhì)大隊(duì) 1) 編修)

圖3 沙泉子鐵銅礦床中段地質(zhì)圖(據(jù)新疆地礦局第六地質(zhì)大隊(duì) 2) 編修)

圖4 沙泉子鐵銅礦床0號(hào)勘探線(圖3中0-0′)剖面圖(據(jù)新疆地礦局第六地質(zhì)大隊(duì)2)編修)

2.2 圍巖蝕變及蝕變礦化期次

沙泉子鐵銅礦床發(fā)育有廣泛的圍巖蝕變, 以石榴子石化、鉀長(zhǎng)石化、綠簾石化、綠泥石化和碳酸鹽化為主, 局部可見(jiàn)少量的角閃石化。在野外和室內(nèi)詳細(xì)觀察的基礎(chǔ)上, 根據(jù)脈體的穿插關(guān)系和蝕變礦物的共生組合類型, 我們將沙泉子鐵銅礦床的成礦階段依次劃分為早夕卡巖蝕變階段(Stage 1)、晚夕卡巖蝕變階段(Stage 2)、磁鐵礦礦化階段(Stage 3)、黃銅礦礦化階段(Stage 4)和晚期綠簾石-碳酸鹽化階段(Stage 5) (圖5)。早夕卡巖階段(Stage 1)主要發(fā)育石榴子石并伴隨有少量的輝石, 可見(jiàn)石榴子石被晚階段的磁鐵礦、鉀長(zhǎng)石、綠簾石和石英等交代充填(圖6a)。晚夕卡巖階段(Stage 2)主要發(fā)育角閃石, 呈長(zhǎng)柱狀, 被磁鐵礦化階段的礦物沿其解理交代(圖6b)。磁鐵礦化階段(Stage 3)可細(xì)分為: 赤鐵礦亞階段(Stage 3A), 主要發(fā)育具有赤鐵礦晶型的磁鐵礦(假像磁鐵礦), 但局部可發(fā)現(xiàn)赤鐵礦的殘余, 并可見(jiàn)晚階段的石英、黃鐵礦、黃銅礦、綠泥石和方解石等充填在其格架中(圖6c); 鉀長(zhǎng)石-綠簾石-磁鐵礦亞階段(Stage 3B), 主要發(fā)育他形-半自形的鉀長(zhǎng)石, 細(xì)粒的綠簾石和少量細(xì)粒磁鐵礦(圖5d); 磁鐵礦-黃鐵礦亞階段(Stage 3C), 主要發(fā)育磁鐵礦、黃鐵礦和石英, 它們的接觸邊界較為平直, 指示它們可能具有共生關(guān)系(圖6e和6f)。黃銅礦化階段(Stage 4)主要發(fā)育黃銅礦、斑銅礦、赤鐵礦、閃鋅礦、綠簾石、綠泥石和方解石, 常呈脈狀穿切早階段形成的礦物組合, 該階段赤鐵礦呈自形針柱狀結(jié)構(gòu), 可能與含銅硫化物為共生關(guān)系(圖6g~6k)。晚期綠簾石-碳酸鹽化階段(Stage 5)主要發(fā)育一些切穿早階段礦物和圍巖的方解石、綠簾石以及少量石英和角閃石脈(圖6l)。

圖5 沙泉子鐵銅礦床蝕變礦化期次

圖6 沙泉子鐵銅礦床主要礦物組成及其結(jié)構(gòu)特征

Grt–石榴子石; Amp–角閃石; Kfs–鉀長(zhǎng)石; Ep–綠簾石; Qtz–石英; Chl–綠泥石; Cal–方解石; Mag–磁鐵礦; Hem–赤鐵礦; Py–黃鐵礦; Ccp–黃銅礦; Bn–斑銅礦; Sp–閃鋅礦。

(a) 磁鐵礦化階段磁鐵礦、綠簾石、鉀長(zhǎng)石以及石英交代早夕卡巖階段石榴子石(單偏光); (b) 磁鐵礦化階段磁鐵礦、綠簾石、鉀長(zhǎng)石以及石英交代晚夕卡巖階段角閃石(單偏光); (c) 假像磁鐵礦被晚期石英、黃鐵礦、綠簾石、方解石、綠泥石等充填, 并可見(jiàn)少量赤鐵礦的殘余(反射光); (d) 鉀長(zhǎng)石、綠簾石和細(xì)粒的磁鐵礦共生(單偏光); (e) 磁鐵礦和黃鐵礦接觸邊界較為平直, 指示其共生的關(guān)系, 并被后期黃銅礦交代(反射光); (f) 石英與磁鐵礦邊界較為平直, 表明其共生的關(guān)系, 并被后期黃銅礦交代(反射光); (g) 黃銅礦、綠簾石、石英脈穿切早階段的磁鐵礦和綠簾石(單偏光); (h) 黃銅礦交代早階段生成的磁鐵礦、石英、黃鐵礦(手標(biāo)本); (i) 黃銅礦階段綠簾石交代早階段生成的礦物(反射光); (j) 赤鐵礦、黃銅礦、赤鐵礦、方解石和綠泥石呈脈狀穿切早期黃鐵礦(反射光); (k) 斑銅礦與黃銅礦共生, 并可見(jiàn)針狀的赤鐵礦(反射光); (l) 晚期方解石、角閃石、綠簾石脈交切圍巖(正交偏光)。

3 蝕變礦物學(xué)特征及電子探針?lè)治?/h2>

為了確定蝕變礦物的成分和限定成礦流體的性質(zhì), 在劃分蝕變礦化階段的基礎(chǔ)上, 我們挑選石榴子石、角閃石、鉀長(zhǎng)石、綠簾石、綠泥石、磁鐵礦和黃鐵礦進(jìn)行礦物化學(xué)分析。電子探針測(cè)試在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所進(jìn)行, 使用儀器為JEOL JXA-8100。工作條件為: 加速電壓15 kV, 電流20 nA,束斑直徑1 μm。主要蝕變礦物及礦石礦物的礦物學(xué)和礦物化學(xué)特征如下。

3.1 石榴子石

石榴子石化蝕變通常產(chǎn)于中酸性的火山圍巖中, 分布廣泛, 多呈紅棕色, 單偏光下為棕黃色, 正極高突起, 正交偏光下局部有異常干涉色, 環(huán)帶和裂隙較發(fā)育, 往往被磁鐵礦、鉀長(zhǎng)石以及綠簾石等晚期礦物充填交代(圖6a)。石榴子石中SiO2含量為34.94%~40.05%; CaO含量主要為31.51%~35.53%; TFeO和Al2O3含量變化范圍較大, TFeO含量為12.06%~29.89%, Al2O3主要為0.00%~12.87%; MgO的含量較低, 變化范圍為0.00%~0.25%(表1)。電子探針結(jié)果表明, 沙泉子鐵銅礦石榴子石以鈣鐵榴石(And = 38.59%~99.99%)為主(圖7), 其次為鈣鋁榴石(Gro = 0.00%~49.53%), 還有少量的鎂鋁榴石、鐵鋁榴石和錳鋁榴石, 屬于鈣鐵榴石–鈣鋁榴石固溶體系列(And39~100Gro0~50Spe + Alm0.26~11.23)。對(duì)于出現(xiàn)明暗交替環(huán)帶的石榴子石, 自邊部到中心SiO2和CaO的含量呈正相關(guān)關(guān)系, TFeO和Al2O3呈震蕩式變化, 且相鄰環(huán)帶間呈現(xiàn)周期性漸變(圖8)。

3.2 角閃石

角閃石分布范圍相對(duì)石榴子石較小, 僅在少量樣品中可見(jiàn)。主要呈淺墨綠色柱狀, 節(jié)理較為發(fā)育(圖6b), 常被后期的綠簾石、鉀長(zhǎng)石、石英以及磁鐵礦沿解理充填交代。角閃石中SiO2含量為47.76%~ 57.28%; CaO含量為10.30%~12.67%; TFeO含量為9.92%~20.04%; MgO含量為9.71%~16.38%; 而Al2O3的含量相對(duì)較低, 主要為0.40%~7.08%; Na2O含量為0.15%~1.00%(表2)。其特征陽(yáng)離子組成和比值為SiT= 7.08~8.00; (Na + K)A= 0.034~0.23; Mg/(Mg + Fe2+) = 0.43~0.96; Mg/(Mg + Al) = 0.63~ 0.97。根據(jù)Leake.[41]的分類可知, 沙泉子鐵銅礦的角閃石主要為陽(yáng)起石, 但其中有2個(gè)點(diǎn)落入鎂角閃石范圍(圖9)。

3.3 鉀長(zhǎng)石

鉀長(zhǎng)石分布相對(duì)廣泛, 通?？梢?jiàn)其交代早期的石榴子石和角閃石。主要呈他形粒狀, 伴生有細(xì)粒的磁鐵礦(圖6a、6b和6d)。其SiO2含量為63.96%~64.50%; Al2O3含量為19.32%~19.74%; K2O含量為15.88%~17.34%; Na2O含量為0.27%~ 0.29%(表3)。沙泉子鐵銅礦床的鉀長(zhǎng)石成分可表示為Or97.09~97.43Ab2.35~2.60An0.22~0.31。

圖7 沙泉子鐵銅礦床石榴子石端元組分三角圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[38–40])

圖8 沙泉子鐵銅礦床石榴子石環(huán)帶成分變化示意圖(SY0402)

圖9 沙泉子鐵銅礦床角閃石分類圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[41–43])

3.4 綠簾石

礦區(qū)內(nèi)綠簾石分布廣泛, 在磁鐵礦化階段和黃銅礦化階段均有產(chǎn)出。磁鐵礦階段綠簾石通常為細(xì)粒他形, 而黃銅礦階段綠簾石為粗粒半自形-自形。磁鐵礦階段綠簾石SiO2含量為37.06%~38.42%, CaO含量為23.10%~24.19%, TFeO含量為14.13%~ 16.32%, Al2O3的含量為21.01%~22.37%; 而黃銅礦階段綠簾石具有相對(duì)較高的SiO2(38.87%~39.63%)、CaO (23.14%~24.32%)、Al2O3(20.90%~24.14%)和相對(duì)較低的TFeO (11.95%~16.29%)。同時(shí), 黃銅礦階段綠簾石的SiO2與TFeO、Al2O3和CaO有較好的線性關(guān)系, 而磁鐵礦階段的線性關(guān)系不明顯(圖10a~10c)。兩類綠簾石Fe和Al置換的現(xiàn)象均比較普遍(圖10d), 且均含有少量的MnO (表4)。

3.5 綠泥石

綠泥石通常與方解石、黃銅礦和赤鐵礦等共生, 呈鱗片狀集合體, 主要以交代充填早期礦物的形式產(chǎn)出。其SiO2含量為26.08%~29.15%, Al2O3含量為16.75%~19.94%, TFeO含量為18.40%~28.12%, MgO含量為12.86%~20.33%(表5)。根據(jù)Deer.[44]綠泥石分類圖解, 沙泉子鐵銅礦綠泥石主要為密綠泥石和少量的鐵鎂綠泥石(圖11)。

3.6 磁鐵礦

作為沙泉子鐵銅礦中最重要的礦石礦物, 礦區(qū)磁鐵礦石按結(jié)構(gòu)和生成順序可分為細(xì)粒浸染狀磁鐵礦、樹(shù)枝狀假像磁鐵礦和塊狀磁鐵礦。電子探針?lè)治鲲@示(表6), 礦石中磁鐵礦整體以低TiO2(≤0.17%)、低Cr2O3(≤0.06%)和低MgO (≤0.31%, 主要接近于0.00%)含量為特點(diǎn), 不同結(jié)構(gòu)特征的磁鐵礦成分略有區(qū)別。細(xì)粒浸染狀磁鐵礦的SiO2、TFeO、Al2O3、CaO和MnO含量范圍相對(duì)較窄, SiO2含量為0.03%~0.54%, TFeO含量為92.81%~94.13%, Al2O3含量為0.00%~0.22%, CaO含量為0.00%~ 0.17%, MnO含量為0.00%~0.15%, 并且均與TFeO沒(méi)有明顯的線性關(guān)系; 樹(shù)枝狀假像磁鐵礦的SiO2、TFeO、Al2O3、CaO和MnO含量分布較寬, SiO2含量主要為0.00%~1.68%(僅一個(gè)點(diǎn)為3.18%), TFeO含量為89.03%~93.55%, Al2O3含量主要為0.00%~ 0.34%(僅一個(gè)點(diǎn)為0.71%), CaO含量為0.00%~ 0.37%, 主要接近于0.00%, MnO含量為0.03%~ 0.35%; 其與TFeO也沒(méi)有明顯的線性關(guān)系; 塊狀磁鐵礦相對(duì)細(xì)粒浸染狀磁鐵礦和樹(shù)枝狀假像磁鐵礦具有相對(duì)較高的SiO2、TFeO、Al2O3、CaO和MnO含量。

圖10 沙泉子鐵銅礦床綠簾石中氧化物和主要陽(yáng)離子相關(guān)圖解

表3 沙泉子鐵銅礦鉀長(zhǎng)石(ZK2-8)電子探針成分(%)

圖11 沙泉子鐵銅礦床綠泥石分類圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[42,44–47])

其SiO2含量為0.02%~4.02%, TFeO含量為88.32%~ 94.73%, Al2O3含量為0.00%~0.67%, CaO含量為0.00%~0.99%, MnO含量為0.00%~0.22%, 且與TFeO有較為明顯的線性關(guān)系(圖12)。

圖12 沙泉子鐵銅礦床磁鐵礦中氧化物相關(guān)圖解

3.7 黃鐵礦

黃鐵礦在礦區(qū)較為常見(jiàn), 呈他形-半自形和磁鐵礦石英共生, 并被后期黃銅礦等礦物交代(圖6e、6f和6h)。電子探針?lè)治鼋Y(jié)果表明(表7), 黃鐵礦成分較為穩(wěn)定, 但Co、Ni、Au、Cu、As和Se等元素的值略有不同。Co含量變化范圍較廣(0.05%~1.78%), 平均為0.32%; Ni含量較低, 小于0.1%, 多數(shù)低于檢測(cè)限; Au含量相對(duì)較高, 變化范圍為0.02%~0.65%, 平均為0.29%; Cu (0.00%~0.05%)、As (0.00%~0.07%)相對(duì)Se具有較高的含量。

4 討 論

4.1 圍巖蝕變特征和成礦物理化學(xué)環(huán)境

4.1.1 早夕卡巖階段和晚夕卡巖階段

巖相學(xué)和電子探針?lè)治霰砻? 沙泉子鐵銅礦床礦化前蝕變主要為鈣質(zhì)蝕變, 形成鈣質(zhì)石榴子石和角閃石。石榴子石以鈣鐵榴石為主, 其次為鈣鋁榴石(圖7), 角閃石主要為陽(yáng)起石(圖9)。實(shí)驗(yàn)研究表明, 石榴子石形成于較氧化的條件, 且鈣鐵榴石組分越高代表其形成條件越氧化[48]。同時(shí), 在中-堿性溶液中, 鈣鐵榴石最易形成, 而酸性介質(zhì)更易形成鈣鋁榴石[49]。沙泉子鐵銅礦石榴子石屬于鈣鐵榴石-鈣鋁榴石系列(Ad39~100Gro0~50Spe + Alm0.26~11.23), 且鈣鐵榴石組分含量明顯高于鈣鋁榴石組分含量, 指示石榴子石形成于較氧化、中-堿性的環(huán)境。

沙泉子鐵銅礦床石榴子石多發(fā)育有震蕩環(huán)帶(圖8), 與滇西紅牛夕卡巖型銅礦和江西永平銅礦中石榴子石的特征相似[50–51]。前人研究表明, 這種震蕩環(huán)帶與石榴子石形成時(shí)的溫度無(wú)關(guān), 而與流體成分變化有關(guān), 是石榴子石-流體相互作用的結(jié)果。同時(shí), 這些韻律環(huán)帶能有效記錄成礦熱液的演化歷史, 可以為研究石榴子石環(huán)帶成因及成礦熱液演化提供重要信息[50–55]。具有震蕩環(huán)帶的石榴子石從邊部至中心, SiO2和CaO的含量呈正相關(guān)關(guān)系, 而TFeO和Al2O3的含量呈震蕩式變化, 且相鄰環(huán)帶間呈現(xiàn)周期性漸變(圖8), 但總體看來(lái), 邊部鈣鐵榴石的含量高于鈣鋁榴石, 反映了晚期氧逸度增加, 堿性增強(qiáng)的特征。Yardley.[56]和Growe.[57]認(rèn)為石榴子石明暗環(huán)帶中Fe、Al含量的變化, 可能是流體氧逸度變化引起含礦熱液中Fe3+含量周期性變化導(dǎo)致。因此沙泉子鐵銅礦石榴子石震蕩環(huán)帶的形成可能是由于流體中某些組分發(fā)生周期性變化, 導(dǎo)致氧逸度發(fā)生變化, 進(jìn)而引起流體中Fe3+和Al3+活度發(fā)生變化所致, 流體持續(xù)補(bǔ)充, 石榴子石多次生長(zhǎng), 從而形成震蕩式環(huán)帶。隨著流體的進(jìn)一步演化, 溫度逐漸降低, 水分增高, 少量含OH–礦物如陽(yáng)起石開(kāi)始形成, 并消耗流體中的少量H+, 使流體的堿性相對(duì)增強(qiáng)[58]。

因此, 早夕卡巖階段成礦流體應(yīng)具有相對(duì)較高的氧逸度和pH值。隨著晚夕卡巖階段少量陽(yáng)起石的形成, 流體仍舊具有較高的氧逸度和pH值, 而在高氧逸度條件下, 可使得Fe以離子形式進(jìn)入流體, 為鐵質(zhì)的富集提供了條件[3,48,59,60]。同時(shí), 石榴子石的大量形成, 可能導(dǎo)致圍巖CO2的丟失, 致使圍巖孔隙度和滲透性增加, 為成礦提供空間條件[61]。

4.1.2 磁鐵礦化階段

礦區(qū)鉀長(zhǎng)石化強(qiáng)烈, 且與細(xì)粒磁鐵礦緊密共生(圖6d)。鉀長(zhǎng)石中鈉長(zhǎng)石分子含量相對(duì)較低, 其成分可表示為Or97.09~97.43Ab2.35~2.60An0.22~0.31。一般高溫條件下, 巖漿成因的鉀長(zhǎng)石中鈉長(zhǎng)石分子含量相對(duì)較高, 為Or82.3~88.0Ab11.7~17.3, 而鉀長(zhǎng)石交代巖中(即鉀長(zhǎng)石化)鈉長(zhǎng)石分子含量相對(duì)較低, 為Or89.3~94.8Ab5~10.5[61–62]。因此, 沙泉子鐵銅礦中發(fā)育的鉀長(zhǎng)石可能屬于巖漿熱液階段的產(chǎn)物, 是鉀質(zhì)交代的表現(xiàn)。磁鐵礦化階段的綠簾石大量出現(xiàn)且TFeO含量較高, 為14.13%~16.32%, 指示該階段具有較高的氧逸度以及成礦流體含鐵量較高[63]。磁鐵礦階段綠簾石的SiO2含量與TFeO、Al2O3和CaO含量線性關(guān)系不明顯(圖10a~10c), 可能與后期流體的多次交代有關(guān)。

塊狀磁鐵礦TFeO含量與SiO2、CaO、Al2O3具有負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖12), 可能因?yàn)樵诔傻V的過(guò)程中, 成礦流體不斷從中-基性圍巖中萃取Fe質(zhì), 并使之富集沉淀, 最終導(dǎo)致磁鐵礦的純度逐漸升高, 而Si、Al、Ca等元素則進(jìn)入鉀長(zhǎng)石、綠簾石等礦物之中[63]。然而, 細(xì)粒浸染狀磁鐵礦和樹(shù)枝狀假像磁鐵礦的TFeO含量高于塊狀磁鐵礦, 且與SiO2、CaO、Al2O3不具有明顯的相關(guān)關(guān)系, 說(shuō)明早期成礦流體自身可能就具有很高的含鐵量, 磁鐵礦以高純度的形式發(fā)生沉淀。假像磁鐵礦的形成可能指示早期存在一個(gè)赤鐵礦的階段[64], 表明當(dāng)時(shí)成礦熱液的氧逸度已經(jīng)升至較高的狀態(tài), 但由于成礦環(huán)境的改變, 導(dǎo)致赤鐵礦轉(zhuǎn)化為磁鐵礦, 形成目前大量存在的樹(shù)枝狀假像磁鐵礦(圖6c)。與磁鐵礦共生的黃鐵礦作為一種重要的硫化物, 它的出現(xiàn)表明成礦流體已經(jīng)處于相對(duì)還原的環(huán)境, 這可能與赤鐵礦和磁鐵礦的沉淀導(dǎo)致氧逸度下降有關(guān)[59]。

因此, 鉀長(zhǎng)石和綠簾石的形成標(biāo)志著成礦流體的氧逸度和堿度已經(jīng)處于較高的狀態(tài), 而綠簾石中TFeO含量較高也表明流體中的Fe已升至較高的狀態(tài), 使得鐵以大量赤鐵礦和少量磁鐵礦的形式發(fā)生沉淀[58,45]。大量Fe3+的消耗, 使得流體氧逸度降低, 導(dǎo)致先形成的赤鐵礦轉(zhuǎn)化為磁鐵礦, 并伴隨有大量塊狀磁鐵礦的形成。隨著氧逸度的降低, 以高價(jià)態(tài)(S6 +、S4 +)存在的S易于被還原, 形成還原性的S2–, 為黃鐵礦的沉淀創(chuàng)造了條件[45,61]。同時(shí), 黃鐵礦的硫同位素組成除兩個(gè)較高的值+15.6‰和+17.5‰外, 主要為–1.7‰~ +4.7‰[21], 由于其與磁鐵礦共生, 表明形成環(huán)境可能為中-高溫、中氧逸度, 因此黃鐵礦的硫同位素值可以近似代表熱液流體的硫同位素值, 即磁鐵礦化階段熱液流體的硫同位素值主要為–1.7‰~ +4.7‰, 以及+15.6‰和+17.5‰[65]。而晚石炭世海水的硫同位素值為約+15‰[66], 指示沙泉子鐵銅礦磁鐵礦化階段成礦流體可能主要為巖漿熱液, 并伴隨有海水的加入。

4.1.3 黃銅礦化階段

黃銅礦階段綠簾石SiO2含量與TFeO呈負(fù)相關(guān)關(guān)系, 而與Al2O3和CaO呈正相關(guān)關(guān)系, 可能指示其形成環(huán)境向酸性轉(zhuǎn)變[68]。同時(shí), TFeO含量為11.95%~16.29%, 指示流體中含鐵量可能仍然較高。此外, 溶液中氧逸度的升高對(duì)于綠簾石的形成具有重要的作用[59], 說(shuō)明此階段具有較高的氧逸度, 而針柱狀赤鐵礦在這一階段的出現(xiàn)更證明了這一點(diǎn)(圖6k)。

黃銅礦化階段綠泥石分布廣泛, 與方解石緊密共生, 主要為密綠泥石和少量的鐵鎂綠泥石(圖11)。Inoue[68]認(rèn)為在低氧逸度和低pH值的環(huán)境下有利于鎂質(zhì)綠泥石的形成, 而在相對(duì)還原的環(huán)境中則有利于富鐵綠泥石的形成。同時(shí), 相對(duì)富鐵的綠泥石代表更為酸性的環(huán)境[69]。沙泉子鐵銅礦綠泥石Fe/(Fe + Mg) = 0.34~0.55, 平均為0.47, 介于鐵質(zhì)和鎂質(zhì)之間, 因此其可能形成于較低氧逸度和中等pH(方解石的穩(wěn)定態(tài))的環(huán)境。Al/(Al + Mg + Fe)和Mg/(Fe + Mg)比值可以用來(lái)判別綠泥石與其母巖的關(guān)系[70]。一般認(rèn)為, 由泥質(zhì)巖蝕變形成的綠泥石, 比由鎂鐵質(zhì)巖石轉(zhuǎn)化而成的綠泥石具有較高的Al/(Al + Mg + Fe)比值(> 0.35)[71]。由表5可知, 幾乎所有綠泥石的Al/(Al + Mg + Fe)比值小于或等于0.35, 反映礦區(qū)綠泥石的化學(xué)成分主要來(lái)源于鐵鎂質(zhì)巖石。Mg/(Fe + Mg)比值高的綠泥石一般產(chǎn)于基性巖中, 而Mg/ (Fe + Mg)比值低的綠泥石產(chǎn)于含鐵建造中[46,70]。礦區(qū)綠泥石Mg/(Fe + Mg)比值為0.45~0.66, 平均為0.53, 相對(duì)中等, 指示其形成于基性巖和含鐵建造中, 這與礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境基本一致。利用綠泥石成分進(jìn)行溫度測(cè)算[72–74], 結(jié)果表明(表5)綠泥石的形成溫度范圍為147~190 ℃, 平均為168 ℃, 屬于低溫?zé)嵋何g變范圍。

因此, 黃銅礦化階段成礦流體應(yīng)該屬于低溫中等pH熱液。高氧逸度礦物赤鐵礦、綠簾石先發(fā)生沉淀, 隨著氧逸度的逐漸降低, 黃銅礦、綠泥石等低氧逸度礦物隨之發(fā)生沉淀。此階段方解石的碳氧同位素值分別為–5.5‰~ –2.4‰和+10.0‰~ +12.7‰[21], 根據(jù)綠泥石電子探針溫度(168 ℃)換算為流體后分別為–6.6‰~ –3.4‰和–2‰~ +0.7‰[75–76], 表明黃銅礦階段流體介于盆地鹵水(13C = –9.3‰~ –5‰;18O =–2‰~ +4‰)[77]和海水(13C和18O均在0‰附近)[78]之間, 但更靠近盆地鹵水的范圍, 同時(shí)包裹體研究表明其為低鹽度的流體[79], 因此我們推測(cè)可能有大氣降水的加入。此階段流體的性質(zhì)與磁鐵礦化階段明顯不同。

4.2 成礦流體特征及演化

沙泉子鐵銅礦床早夕卡巖階段和晚夕卡巖階段形成大量的鈣鐵石榴子石和少量的陽(yáng)起石, 暗示成礦熱液可能具有相對(duì)較高的氧逸度和pH值, 有利于鐵以離子的形式存在于溶液中發(fā)生遷移, 為鐵質(zhì)的富集提供條件。隨著成礦熱液(巖漿熱液)中鐵質(zhì)的不斷富集, 鐵質(zhì)以赤鐵礦和少量浸染狀磁鐵礦的形式發(fā)生沉淀, 并交代圍巖形成鉀長(zhǎng)石和富鐵綠簾石, 表明當(dāng)時(shí)成礦熱液已具有很高的氧逸度和pH值, 但由于環(huán)境的轉(zhuǎn)變, 大量赤鐵礦轉(zhuǎn)化為假像磁鐵礦, 隨著成礦熱液不斷交代圍巖從圍巖中萃取鐵質(zhì), 以及晚石炭世海水的加入導(dǎo)致成礦熱液中鐵質(zhì)的溶解和沉淀, 最終形成塊狀磁鐵礦。大量磁鐵礦的沉淀導(dǎo)致成礦熱液的氧逸度逐漸降低, S以低價(jià)的形式出現(xiàn), 與Fe結(jié)合形成黃鐵礦。黃銅礦化階段成礦流體主要為盆地鹵水并且可能有大氣降水加入的低溫非巖漿熱液(168 ℃), 赤鐵礦、富鐵綠簾石等代表較高氧逸度礦物先發(fā)生沉淀, 隨著氧逸度的逐漸降低, 形成還原性的S, 為以黃銅礦為主的銅硫化物、密綠泥石等低氧逸度礦物的沉淀創(chuàng)造了有利條件, 并形成了方解石。磁鐵礦化階段流體特征與黃銅礦化階段的流體特征截然不同, 表明其可能為兩個(gè)不同的熱液系統(tǒng)。

4.3 礦床成因探討

關(guān)于沙泉子鐵銅礦床的成因認(rèn)識(shí)目前主要有: (1) 夕卡巖型, 認(rèn)為礦化與夕卡巖化和火山侵入巖有關(guān)[25–26]; (2) 海相火山巖型, 認(rèn)為礦化與火山熱液有關(guān)[23]; (3) IOCG型, 認(rèn)為沙泉子鐵銅礦床具有一些與IOCG礦床相似的地質(zhì)特征[21]。

Huang.[20–21]對(duì)沙泉子鐵銅礦床磁鐵礦和黃鐵礦進(jìn)行了Re-Os定年研究, 獲得了較為一致的年齡, 表明礦床形成時(shí)代為303~295 Ma。同時(shí), 沙泉子鐵銅礦區(qū)出露的沙泉子組火山巖和閃長(zhǎng)巖的鋯石U-Pb年齡分別為315~305 Ma和298 Ma[80]。成礦年齡小于地層年齡且與閃長(zhǎng)巖形成時(shí)代相近, 即沙泉子鐵銅礦的形成可能與閃長(zhǎng)巖巖漿作用相關(guān), 不同于以雅滿蘇鐵礦為代表的海相火山巖型鐵礦(成礦年齡與海相火山巖地層年齡一致)[2,18]。黃鐵礦Co、Ni含量和比值落入火山成因和熱液成因區(qū)(圖13), 指示其可能由巖漿熱液流體從火山圍巖中萃取成礦物質(zhì)所導(dǎo)致。

圖13 沙泉子鐵銅礦床黃鐵礦的Co-Ni圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[42,81])

沙泉子鐵銅礦床夕卡巖化蝕變強(qiáng)烈, 礦體與夕卡巖蝕變關(guān)系密切。石榴子石主要為鈣鐵榴石, 其次為鈣鋁榴石, 其成分與典型夕卡巖鐵礦和銅礦的成分相似[38], 也與澳大利亞南部Hillside IOCG礦床一致[39], 不同于火山噴流沉積鉛鋅礦床中所形成的富Mn、Fe的石榴子石, 如阿勒泰薩吾斯[40](圖7)。角閃石主要為陽(yáng)起石, 其成分與夕卡巖型鐵礦和巴西Sessego IOCG礦床部分相同[42–43](圖9)。磁鐵礦TiO2-Al2O3-(MgO+MnO)三角圖解也表明磁鐵礦的成因主要為接觸交代型, 部分為夕卡巖型(圖14), 落入其他范圍的點(diǎn)主要為稍早階段的浸染狀磁鐵礦和假像磁鐵礦, 可能由流體從火山圍巖中萃取成礦物質(zhì)以及后期流體的擾動(dòng)所導(dǎo)致。然而, 沙泉子鐵銅礦中的綠泥石主要為密綠泥石和鐵鎂綠泥石, 其成分與巴西Igarapé Bahia 和Sessego IOCG礦床部分相同, 而與弓長(zhǎng)嶺鐵礦和西藏尼雄日阿等夕卡巖型銅礦不同[42,45–47](圖11)。由上可見(jiàn), 沙泉子鐵銅礦床的高溫礦物普遍兼有夕卡巖和IOCG型礦床成因特征, 但黃銅礦階段的低溫蝕變礦物則更多表現(xiàn)出IOCG型礦床特征。

圖14 沙泉子鐵銅礦床磁鐵礦TiO2-Al2O3-(MgO+MnO)圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[82])

一般認(rèn)為, 夕卡巖由酸性-中酸性花崗質(zhì)巖體與碳酸鹽巖以及富鈣鎂質(zhì)的碎屑巖接觸交代作用而形成, 廣泛發(fā)育于接觸帶, 與大量金屬堆積成礦密切相關(guān)[62,83]。沙泉子鐵銅礦床夕卡巖和礦體呈層狀產(chǎn)出在沙泉子組凝灰?guī)r和中基性火山巖中, 與礦區(qū)出露閃長(zhǎng)巖體在時(shí)間上相關(guān), 但在空間上無(wú)直接接觸關(guān)系。典型夕卡巖型鐵銅礦床早夕卡巖階段通常發(fā)育石榴子和輝石, 晚夕卡巖階段通常發(fā)育角閃石、綠簾石等礦物且磁鐵礦主要在該階段形成[38,62], 而沙泉子鐵銅礦床早夕卡巖階段只發(fā)育鈣鐵榴石-鈣鋁榴石, 透輝石少見(jiàn), 晚夕卡巖階段發(fā)育少量陽(yáng)起石, 且被磁鐵礦化階段的磁鐵礦、綠簾石、鉀長(zhǎng)石、石英所交代(圖6), 這些均與典型夕卡巖型鐵銅礦床不同。此外, 沙泉子鐵銅礦床磁鐵礦化階段流體的硫同位素表明該階段成礦流體主要為巖漿熱液, 并伴隨有海水的加入, 不同于典型夕卡巖中巖漿熱液伴隨少量大氣降水的特征。同時(shí), 沙泉子鐵銅礦黃銅礦階段綠泥石的形成溫度平均為168 ℃, 屬于低溫?zé)嵋何g變范圍, 且流體的碳氧同位素表明該階段流體介于盆地鹵水和海水之間, 而典型夕卡巖型鐵銅礦的硫化物階段形成溫度通常大于200 ℃, 且流體主要為巖漿熱液流體[38,43,62,83,84]。這些特征均表明沙泉子鐵銅礦與典型的夕卡巖型鐵銅礦床不同。

沙泉子鐵銅礦床的蝕變礦化期次(圖5)與安第斯IOCG礦床中典型代表-秘魯Mina Justa IOCG礦床是較為相似的。Mina Justa IOCG礦床早期為K-Ca-Fe蝕變, 主要發(fā)育正長(zhǎng)石、透輝石、陽(yáng)起石以及少量的磁鐵礦; 磁鐵礦化階段早期發(fā)育有以假像磁鐵礦為代表的赤鐵礦亞階段, 晚期主要發(fā)育磁鐵礦、黃鐵礦、石英和綠泥石, 銅礦化階段主要發(fā)育赤鐵礦、黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦、閃鋅礦和方解石等[64,85]。同時(shí), 對(duì)Mina Justa IOCG礦床的同位素以及流體包裹體研究也表明其磁鐵礦化階段熱液主要為巖漿熱液流體, 銅礦化階段熱液為低溫(140 ℃)的非巖漿流體, 主要為盆地鹵水, 并伴隨有大氣降水的混合[85]。安第斯La Candelaria-Punta del Cobre、Raúl-Condestable以及Mantoverde等一系列弧間盆地閉合過(guò)程中形成的IOCG礦床成礦流體也具有相似的特征[86]。沙泉子鐵銅礦床磁鐵礦化階段的流體主要為巖漿熱液, 并伴隨有少量海水的加入, 黃銅礦階段流體主要是低溫的(168 ℃)盆地鹵水或海水, 可能有大氣降水的加入, 與安第斯IOCG礦床的流體特征非常相似。此外, 阿齊山-雅滿蘇成礦帶在晚石炭世為弧后盆地環(huán)境, 隨著俯沖的持續(xù)進(jìn)行在晚石炭世末期弧后盆地開(kāi)始閉合[18,22,80], 因此沙泉子鐵銅礦床很可能也形成于弧后盆地閉合的環(huán)境, 同時(shí)其還具有一些IOCG礦床的普遍特征[87]): (1) 含有Cu (Au、REE)等有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的成礦元素; (2) 受斷裂控制; (3) 含大量低鈦鐵氧化物(磁鐵礦)[21]; (4) 交代結(jié)構(gòu)的礦石較為發(fā)育; (5) 與礦區(qū)閃長(zhǎng)巖侵入體時(shí)間上相關(guān)但空間上關(guān)系不明顯。因此, 沙泉子鐵銅礦床不同于典型的夕卡巖型鐵銅礦床, 而具有許多與安第斯IOCG礦床相似的特征。

5 結(jié) 論

(1) 沙泉子鐵銅礦床蝕變礦化期次為早夕卡巖階段、晚夕卡巖階段、磁鐵礦化階段、黃銅礦化階段和晚期熱液脈階段。磁鐵礦化階段又可細(xì)分為赤鐵礦亞階段、鉀長(zhǎng)石-綠簾石-磁鐵礦亞階段以及磁鐵礦-黃鐵礦亞階段。

(2) 早夕卡巖階段和晚夕卡巖階段主要發(fā)育鈣鐵榴石和陽(yáng)起石, 暗示早期流體具有高氧逸度和堿性的特征, 進(jìn)而導(dǎo)致流體中的鐵質(zhì)不斷富集; 磁鐵礦化階段隨著鉀長(zhǎng)石和富鐵綠簾石的開(kāi)始形成, 導(dǎo)致鐵質(zhì)大量沉淀形成富鐵礦石, 赤鐵礦和磁鐵礦的沉淀使得流體氧逸度逐漸降低進(jìn)而使黃鐵礦發(fā)生沉淀; 黃銅礦化階段為低溫中性流體, 高氧逸度礦物赤鐵礦和綠簾石先沉淀, 隨著氧逸度的降低, 黃銅礦、密綠泥石等較低氧逸度的礦物再次形成。

(3) 磁鐵礦化階段流體主要為巖漿流體并伴隨有海水的加入, 而黃銅礦階段為低溫非巖漿流體, 主要為盆地鹵水或海水, 可能伴隨有大氣降水的加入。

(4) 沙泉子鐵銅礦床不同于雅滿蘇鐵礦, 且與典型的夕卡巖型鐵銅礦床不同, 而具有許多與安第斯IOCG礦床類似的特征。

本文受?chē)?guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃“新疆北部古弧盆體系成礦機(jī)理”(批準(zhǔn)號(hào): 2014CB440802)資助。電子探針實(shí)驗(yàn)和野外工作分別得到中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所梁培博士和新疆地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì)譚志雄工程師的大力幫助; 兩位審稿人和編輯提出了寶貴的修改意見(jiàn), 在此一并表示衷心的感謝！

[1] Zhang Z C, Hou T, Santosh M, Li H M, Li J W, Zhang Z H, Song X Y, Wang M. Spatio-temporal distribution and tectonic settings of the major iron deposits in China: An overview[J]. Ore Geol Rev, 2014, 57: 247–263.

[2] Hou T, Zhang Z C, Pirajno F, Santosh M, Encarnacion J, Liu J L, Zhao Z D, Zhang L J. Geology, tectonic settings and iron ore metallogenesis associated with submarine volcanism in China: An overview [J]. Ore Geol Rev, 2014, 57: 498–517.

[3] 張招崇, 侯通, 李厚民, 李建威, 張作衡, 宋謝炎. 巖漿-熱液系統(tǒng)中鐵的富集機(jī)制探討[J]. 巖石學(xué)報(bào), 2014, 30(5): 1189–1204. Zhang Zhao-chong, Hou Tong, Li Hou-min, Li Jian-wei, Zhang Zuo-heng, Song Xie-yan. Enrichment mechanism of iron in magmatic hydrothermal system [J]. Acta Petrol Sinica, 2014, 30(5): 1189–1204 (in Chinese with English abstract).

[4] 姜福芝, 秦克章, 方同輝, 王書(shū)來(lái). 東天山鐵礦床類型、地質(zhì)特征成礦規(guī)律與找礦方向[J]. 新疆地質(zhì), 2002, 20(4): 379–383. Jiang Fu-zhi, Qin Ke-zhang, Fang Tong-hui, Wang Shu-lai. Types, geological characteristics, metallogenic regularity and exploration target of iron deposits in eastern Tianshan mountains [J]. Xinjiang Geol, 2002, 20(4): 379–383 (in Chinese with English abstract).

[5] 徐仕琪, 趙同陽(yáng), 馮京, 高永峰, 田江濤, 楊在峰, 劉德權(quán). 東天山海相火山巖型鐵礦區(qū)域成礦規(guī)律研究[J]. 新疆地質(zhì), 2011. 29(2): 173–177. Xu Shi-qi, Zhao Tong-yang, Feng Jing, Gao Yong-feng, Tian Jiang-tao, Yang Zai-feng, Liu De-quan. Study on regional metallogenic regularity of marine volcanic type iron ore in the easern Tianshan of Xinjiang [J]. Xinjiang Geol, 2011, 29(2): 173–177 (in Chinese with English abstract).

[6] Sengor A M C, Natalin B A. Paleotectonics of Asia: Fragments of a synthesis [M]//Yin A, Harrison T M. The Tectonic Evolution of Asia. Cambridge: Cambridge University Press, 1996: 486–640.

[7] Chen Y J, Pirajno F, Wu G, Qi J P, Xiong X L. Epithermal deposits in north Xinjiang, NW China [J]. Int J Earth Sci, 2012, 101(4): 889–917.

[8] Xiao W J, Han C M, Yuan C, Sun M, Lin S F, Chen H L, Li Z L, Li J L, Sun S. Middle Cambrian to Permian subduction-related accretionary orogenesis of Northern Xinjiang, NW China: Implications for the tectonic evolution of central Asia [J]. J Asian Earth Sci, 2008, 32(2): 102–117.

[9] Qin K Z, Su B X, Sakyi P A, Tang D M, Li X H, Sun H, Xiao Q H, Liu P P. SIMS zircon U-Pb geochronology and Sr-Nd isotopes of Ni-Cu-bearing mafic-ultramafic intrusions in eastern Tianshan and Beishan in correlation with flood basalts in Tarim Basin (NW China): Constraints on a ca. 280 Ma mantle plume [J]. Am J Sci, 2011, 311(3): 237–260.

[10] 鄧小華, 王京彬, 王玉往, 李月臣, 方同輝, 毛啟貴. 東天山卡拉塔格紅石銅礦地質(zhì)特征及礦床成因初步探討[J]. 礦產(chǎn)勘查, 2014, 5(2): 159–168. Deng Xiao-hua, Wang Jing-bin, Wang Yu-wang, Li Yue-chen, Fang Tong-hui, Mao Qi-gui. Geological characteristics of the Hongshi Cu-Au deposit, eastern Tianshan, Xinjiang and discussion of the deposit genesis [J]. Mineral Explor, 2014, 5(2): 159–168 (in Chinese with English abstract).

[11] Su B X, Qin K Z, Sun H, Tang D M, Sakyi P A, Chu Z Y, Liu P P, Xiao Q H. Subduction-induced mantle heterogeneity beneath Eastern Tianshan and Beishan: Insights from Nd-Sr-Hf-O isotopic mapping of Late Paleozoic mafic-ultramafic complexes [J]. Lithos, 2012, 134: 41–51.

[12] Xiao W J, Han C M, Liu Wei, Wan B, Zhang J E, Ao S J, Zhang Z Y, Song D F, Tian Z H, Luo J. How many sutures in the southern Central Asian Orogenic Belt: Insights from East Xinjiang-West Gansu (NW China)? [J]. Geosci Front, 2014, 5(4): 525–536.

[13] Xiao W J, Zhang L C, Qin K Z, Sun S, Li J L. Paleozoic accretionary and collisional tectonics of the eastern Tianshan (China): Implications for the continental growth of central Asia [J]. Am J Sci, 2004, 304(4): 370–395.

[14] 秦克章, 方同輝, 王書(shū)來(lái), 朱寶清, 馮益民, 于海峰, 修群業(yè). 東天山板塊構(gòu)造分區(qū)、演化與成礦地質(zhì)背景研究[J]. 新疆地質(zhì), 2002, 20(4): 302–308. Qin Ke-zhang, Fang Tong-hui, Wang Shu-lai, Zhu Bao-qing, Feng Yi-min, Yu Hai-feng, Xiu Qun-ye. Plate tectonics division, evolution and metallogenic setting in eastern Tianshan Mountains, NE-China [J]. Xinjiang Geol, 2002, 20(4): 302–308 (in Chinese with English abstract).

[15] 秦克章, 彭曉明, 徐興旺, 方同輝, 王書(shū)來(lái), 于海峰. 東天山主要礦床類型、成礦區(qū)帶劃分與成礦遠(yuǎn)景區(qū)優(yōu)選[J]. 新疆地質(zhì), 2003, 21(2): 143–150. Qin Ke-zhang, Peng Xiao-ming, Xu Xin-wang, Fang Tong-hui, Wang Shu-lai, Yu Hai-feng. Types of major ore deposits, division of metallocenic belts in eastern Tianshan, and discrimination of potential prospects of Cu, Au, Ni mineralization [J]. Xinjiang Geol, 2003, 21(2): 143–150 (in Chinese with English abstract).

[16] 王登紅, 李純杰, 陳鄭輝, 陳世平, 肖克炎, 李華芹, 梁婷. 東天山成礦規(guī)律與找礦方向的初步研究[J]. 地質(zhì)通報(bào), 2006, 25(8): 910–915. Wang Deng-hong, Li Chun-jie, Chen Zheng-hui, Chen Shi-ping, Xiao Ke-yan, Li Hua-qin, Liang Ting. Metallogenic characteristics and direction in mineral search in the East Tianshan, Xinjiang, China [J]. Geol Bull China, 2006, 25(8): 910–915 (in Chinese with English abstract).

[17] 王京彬, 王玉往, 何志軍. 東天山大地構(gòu)造演化的成礦示蹤[J]. 中國(guó)地質(zhì), 2006, 33(3): 461–469. Wang Jing-bin, Wang Yu-wang, He Zhi-jun. Ore deposits as a guide to the tectonic evolution in the East Tianshan Mountains, NW China [J]. Geol China, 2006, 33(3), 461–469 (in Chinese with English abstract).

[18] Hou T, Zhang Z C, Santosh M, Encarnacion J, Zhu J, Luo W J. Geochronology and geochemistry of submarine volcanic rocks in the Yamansu iron deposit, Eastern Tianshan Mountains, NW China: Constraints on the metallogenesis [J]. Ore Geol Rev, 2014, 56: 487–502.

[19] Huang X W, Qi L, Meng Y M. Trace element geochemistry of magnetite from the Fe (-Cu) deposits in the Hami Region, eastern Tianshan orogenic belt, NW China [J]. Acta Geol Sinica (English Ed), 2014, 88(1): 176–195.

[20] Huang X W, Qi L, Wang Y C, Liu Y Y. Re-Os dating of magnetite from the Shaquanzi Fe-Cu deposit, eastern Tianshan, NW China [J]. Sci China Earth Sci, 2014, 57(2): 267–277.

[21] Huang X W, Qi L, Gao J F, Zhou M F. First Reliable Re-Os ages of pyrite and stable isotope compositions of Fe (-Cu) deposits in the Hami Region, eastern Tianshan orogenic belt, NW China [J]. Resour Geol, 2013, 63(2): 166–187.

[22] 黃小文, 漆亮, 高劍峰, 劉瑩瑩, 王怡昌. 東天山覺(jué)羅塔格地區(qū)底坎兒組火山巖地球化學(xué)特征及構(gòu)造環(huán)境探討[J]. 巖石礦物學(xué)雜志, 2013, 31(6): 799–817. Huang Xiao-wen, Qi Liang, Gao Jian-feng, Liu Ying-ying, Wang Yi-chang. Geochemistry of volcanic rocks in the Dikan'er Formation of Jueluotage region, eastern Tianshan Mountains and its tectonic implications [J]. Acta Petrol Mineral, 2013, 31(6): 799–817 (in Chinese with English abstract).

[23] 黃小文, 漆亮, 孟郁苗. 東天山黑峰山、雙峰山及沙泉子(銅)鐵礦床的礦物微量和稀土元素地球化學(xué)特征[J]. 礦床地質(zhì), 2013, 32(6): 1188–1210. Huang Xiao-wen, Qi Liang, Meng Yu-miao. Trace element and REE geochemistry of minerals from Heifengshan, Shuangfengshanand Shaquanzi (Cu-) Fe deposits, eastern Tianshan Mountains [J]. Mineral Deposits, 2013, 32(6): 1188–1210 (in Chinese with English abstract).

[24] 方維萱, 高珍權(quán), 賈潤(rùn)幸, 劉正桃, 李豐收, 徐國(guó)端. 東疆沙泉子銅和銅鐵礦床巖(礦)石地球化學(xué)研究與地質(zhì)找礦前景[J]. 巖石學(xué)報(bào), 2006, 22(5): 1413–1424. Fang Wei-xuan, Gao Zhen-quan, Jia Run-xing, Liu Zheng-tao, Li Feng-shou, Xu Guo-rui. Geological exploration potentials and geochemical study on rocks abd ores in Shaquanzi copper and copper-iron deposits, eastern Xinjiang [J]. Acta Petrol Sinica, 2006, 22(5): 1413–1424 (in Chinese with English abstract).

[25] 宋治杰. 新疆哈密火山-侵入雜巖地區(qū)一組磁鐵礦床的形成條件與成礦作用[J]. 西北地質(zhì)科學(xué), 1985 (9): 58–73. Song Zhi-jie. The formative conditions and mineralization of a group of magnetite deposits in volcanic-intrusive complex region near Hami, Xinjiang [J]. Bull Xi’an Inst Geol Miner Resour Chin Acad Geol Sci, 1985 (9): 58–73 (in Chinese with English abstract).

[26] 徐曉彤, 袁萬(wàn)明, 龔慶杰, 吳發(fā)富, 黃志新, 鄧軍. 利用裂變徑跡定年分析新疆沙泉子銅鐵礦成礦時(shí)代[J]. 中國(guó)礦業(yè), 2010, 19(4): 105–108. Xu Xiao-tong, Yuan Wan-ming, Gong Qing-jie, Wu Fa-fu, Huang Zhi-xin, Deng Jun. The analysis of zircon fission tracks’ ore-forming epoch in Shaquanzi copper-iron deposits, Xinjiang [J]. China Min Mag, 2010, 19(4): 105–108 (in Chinese with English abstract).

[27] 徐璐璐, 柴鳳梅, 李強(qiáng), 曾紅, 耿新霞, 夏芳, 鄧剛. 東天山沙泉子鐵銅礦區(qū)火山巖地球化學(xué)特征、鋯石 U-Pb年齡及地質(zhì)意義[J]. 中國(guó)地質(zhì), 2014, 41(6): 1771–1790. Xu Lu-lu, Chai Feng-mei, Li Qiang, Zeng Hong, Geng Xin-xia, Xia Fang, Deng Gang. Geochemistry and ziron U-Pb age of volcanic rocks from the Shaquanzi Fe-Cu deposit in east Tianshan Mountains and their geological significance [J]. Geol China, 2014, 41(6): 1771–1790 (in Chinese with English abstract).

[28] Mao J W, Goldfarb R J, Wang Y T, Hart C J, Wang Z L, Yang J M. Late Paleozoic base and precious metal deposits, East Tianshan, Xinjiang, China: Characteristics and geodynamic setting [J]. Episodes, 2005, 28(1): 23–30.

[29] 韓春明, 毛景文, 楊建民. 新疆東天山銅及其多金屬礦床成礦系列研究[J]. 礦床地質(zhì), 2002, 21(增刊): 125–127. Han Chun-ming, Mao Jing-wen, Yang Jian-min. Research on metallogenic series of copper-polymetallic deposits in eastern Tianshan mountains [J]. Mineral Deposits, 2002, 21(suppl): 125–127 (in Chinese with English abstract).

[30] 孫赫, 秦克章, 徐興旺, 李金祥, 丁奎首, 許英霞, 三金柱. 東天山鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖帶巖石特征及銅鎳成礦作用[J]. 礦床地質(zhì), 2007, 26(1): 98–108. Sun He, Qin Ke-zhang, Xu Xing-wang, Li Jin-xiang, Ding Kui-shou, Xu Ying-xia, San Jin-zhu. Petrological characteristics and copper-nickel ore-forming processes of Early Permian mafic-ultramafic intrusion belts in east Tianshan [J]. Mineral Deposits, 2007, 26(1): 98–108 (in Chinese with English abstract).

[31] 楊興科, 陶洪祥, 羅桂昌, 姬金生. 東天山板塊構(gòu)造基本特征[J]. 新疆地質(zhì), 1996, 14(3): 221–227. Yang Xing-ke, Tao Hong-xiang, Luo Gui-chang, Ji Jin-sheng. Basic features of plate tectonics in east Tianshan of China [J]. Xinjiang Geol, 1996, 14(3): 221–227 (in Chinese with English abstract).

[32] 楊興科, 程宏賓, 姬金生, 陳強(qiáng), 羅桂昌. 東天山碰撞造山與金銅成礦系統(tǒng)分析[J]. 大地構(gòu)造與成礦學(xué), 1999, 23(4): 315–322. Yang Xing-ke, Chen Hong-bin, Ji Jin-sheng. Analysis on gold and copper ore-forming system with collision orogeny of eastern Tianshan [J]. Geotectin Metallogen, 1996, 14(3): 315–322 (in Chinese with English abstract).

[33] 張達(dá)玉, 周濤發(fā), 袁峰, 范裕, 劉帥, 寧福泉. 東天山覺(jué)羅塔格地區(qū)晚古生代礦床類型和時(shí)空分布規(guī)律研究[J]. 礦床地質(zhì), 2010, 29(增刊): 28–29. Zhang Da-yu, Zhou Tao-fa, Yuan Feng, Fan Yu, Liu Shuai, Ning Fu-quan. Study on Paleozoic ore deposit types and their space-time distribution in Jueluotage, eastern Tianshan [J]. Mineral Deposits, 2010, 29(suppl): 28–29 (in Chinese). .

[34] 張連昌, 夏斌, 牛賀才, 李文鉛, 方維萱, 唐紅峰, 萬(wàn)博. 新疆晚古生代大陸邊緣成礦系統(tǒng)與成礦區(qū)帶初步探討[J]. 巖石學(xué)報(bào), 2006, 22(5): 1387–1398. Zhang Lian-chang, Xia Bin, Niu He-cai, Li Wen-qian, Fang Wei-xuan, Tang Hong-feng, Wan Bo. Metallogenic systems and belts developed on the late Paleozoic continental margin in Xinjiang [J]. Acta Petrol Sinica, 2006, 22(5): 1387–1398 (in Chinese with English abstract).

[35] 周濤發(fā), 袁峰, 張達(dá)玉, 范裕, 劉帥, 彭明興, 張建滇. 新疆東天山覺(jué)羅塔格地區(qū)花崗巖類年代學(xué)、構(gòu)造背景及其成礦作用研究[J]. 巖石學(xué)報(bào), 2010, 26(2): 478–502. Zhou Tao-fa, Yuan Feng, Zhang Da-yu, Fan Yu, Liu Shuai, Peng Ming-xing, Zhang Jian-dian. Geochronology, tectonic setting and mineralization of granitoids in Jueluotage area, eastern Tianshan, Xingjiang [J]. Acta Petrol Sinica, 2010, 26(2): 478–502 (in Chinese with English abstract).

[36] 陳富文, 何國(guó)琦, 李華芹. 論東天山覺(jué)羅塔格造山帶的大地構(gòu)造屬性[J]. 中國(guó)地質(zhì), 2003, 30(4): 361–366. Chen Fu-wen, He Guo-qi, Li Hua-qin. Tectonic attribute of Qoltag orogenic belt in the Eastern Tianshan Mountains, northwestern China [J]. Geol China, 2003, 30(4): 361–366 (in Chinese with English abstract).

[37] 侯廣順, 唐紅峰, 劉叢強(qiáng). 東天山覺(jué)羅塔格構(gòu)造帶晚古生代火山巖地球化學(xué)特征及意義[J]. 巖石學(xué)報(bào), 2006, 22(5): 1167–1177. Hou Guang-shun, Tang Hong-feng, Liu Cong-qiang. Geochemical characteristics of the Late Paleozoic volcanics in Jueluotage tectonic belt, eastern Tianshan and its implications [J]. Acta Petrol Sinica, 2006, 22(5): 1167–1177 (in Chinese with English abstract).

[38] Meinert L D, Dipple G M, Nicolescu S. World skarn deposits [J]. Econ Geol, 2005, 100th Anniv Vol: 299–336.

[39] Ismail R, Ciobanu C L, Cook N J, Teale G S, Giles D, Mumm A S, Wade B. Rare earths and other trace elements in minerals from skarn assemblages, Hillside iron oxide-copper-gold deposit, Yorke Peninsula, South Australia [J]. Lithos, 2014, 184/187: 456–477.

[40] Liu X J, Liu W, Liu L J. The generation of a stratiform skarn and volcanic exhalative Pb-Zn deposit (Sawusi) in the southern Chinese Altay Mountains: The constraints from petrography, mineral assemblage and chemistry [J]. Gondw Res, 2012, 22(2): 597–614.

[41] Hawthorne F C, Kato A, Kisch H J, Krivovichev V G, Linthout K, Laird J, Maresch V, Schumacher J C, Stephenson N C, Whittaker E J. Nomenclature of amphiboles: Report of the subcommittee on amphiboles of the International Mineralogical Association, Commission on New Minerals and Mineral Names [J]. Can Mineral, 1997, 35(1): 219–246.

[42] Monteiro L V S, Xavier R P, Hitzman M W, Juliani C, de Souza F C Ro, Carvalho E de R. Mineral chemistry of ore and hydrothermal alteration at the Sossego iron oxide-copper-gold deposit, Carajás Mineral Province, Brazil [J]. Ore Geol Rev, 2008, 34(3): 317–336.

[43] Pons J M, Franchini M, Meinert L, Recio C, Etcheverry R. Iron Skarns of the Vegas Peladas District, Mendoza, Argentina [J]. Econ Geol, 2009, 104(2): 157–184.

[44] Deer W A, Howie R A and Iussman J. Rock-Forming Minerals: Sheet Silicates [M]. London: Loongman, 1962: 1–270.

[45] 于玉帥, 楊竹森, 劉英超, 田世洪, 趙燦, 高原, 紀(jì)現(xiàn)華, 胡為正, 曹圣華. 西藏尼雄礦田日阿銅礦床矽卡巖礦物學(xué)特征及地質(zhì)意義[J]. 礦床地質(zhì), 2012, 31(4): 775–790. Yu Yu-shuai, Yang Zhu-sen, Liu Ying-chao, Tian Shi-hong, Zhao Can, Gao Yuan, Ji Xian-hua, Hu Wei-zheng, Cao Sheng-hua. Mineralogical characteristics of skran in Ri’a copper deposit of Nixiong orefield, Tibet, and their geological significance [J]. Mineral Deposits, 2012, 31(4): 775–790 (in Chinese with English abstract).

[46] Zang W, Fyfe W S. Chloritization of the hydrothermally altered bedrock at the Igarapé Bahia gold deposit, Carajás, Brazil [J]. Mineral Deposita, 1995, 30(1): 30–38.

[47] 劉明軍, 李厚民, 李立興, 楊秀清, 姚良德, 洪學(xué)寬, 陳靖. 遼寧弓長(zhǎng)嶺鐵礦床二礦區(qū)類矽卡巖的巖石礦物學(xué)特征[J]. 巖礦測(cè)試, 2013, 31(6): 1067–1076. Liu Ming-jun, Li Hou-min, Li Li-xing, Yang Xiu-qing, Yao Liang-de, Hong Xue-kuan, Chen Jing. Petrological and mineralogical characteristics of the skarnoid in No.2 mining area of the Gongchangling iron deposit, Liaoning, China [J]. Rock Mineral Anal, 2013, 31(6): 1067–1076 (in Chinese with English abstract).

[48] 趙斌, 李統(tǒng)錦, 李昭平. 夕卡巖形成的物理化學(xué)條件實(shí)驗(yàn)研究[J]. 地球化學(xué), 1983, 12(3): 256–267. Zhao Bin, Li Tong-jin, Li Zhao-ping. Experimental study of physico-chemical conditions of the formation of skarns [J]. Geochimica, 2004, 12(3): 256–267 (in Chinese with English abstract).

[49] 艾永富, 金玲年. 石榴石成分與礦化關(guān)系的初步研究[J]. 北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 1981 (1): 83–90. Ai Yong-fu, Jin Ling-nian. The study of the relationship between the mineralization and the garnet in the skarn ore deposits [J]. Acta Sci Nat Univ Pekin, 1981 (1): 83–90 (in Chinese with English abstract).

[50] 高雪, 鄧軍, 孟健寅, 閆寒, 李建新, 楊春海, 孫諾, 魏超. 滇西紅牛矽卡巖型銅礦床石榴子石特征[J]. 巖石學(xué)報(bào), 2014, 30(9): 2695–2708. Gao Xue, Deng Jun, Meng Jian-yin, Yan Han, Li Jian-xin, Yang Chun-hai, Sun Nuo, Wei Chao. Characteristics of garnet in the Hongniu skarn copper deposit, western Yunnan [J]. Acta Petrol Sinica, 2014, 30(9): 2695–2708 (in Chinese with English abstract).

[51] 田明君, 李永剛, 萬(wàn)浩章, 張宇, 高婷婷. 江西永平銅礦矽卡巖礦物特征及其地質(zhì)意義[J]. 巖石學(xué)報(bào), 2014, 30(12): 3741–3758. Tian Ming-jun, Li Yong-gang, Wang Hao-zhang, Zhang Yu, Gao Ting-ting. Characteristics of skarn minerals in Yongping copper deposit, Jiangxi Province, and geological significance [J]. Acta Petrol Sinica, 2014, 30(12): 3741–3758 (in Chinese with English abstract).

[52] Gaspar M, Knaack C, Meinert L D, Moretti R. REE in skarn systems: A LA-ICP-MS study of garnets from the Crown Jewel gold deposit [J]. Geochim Cosmochim Acta, 2008, 72(1): 185–205.

[53] Jamtveit B, Wogelius R A, Fraser D G. Zonation patterns of skarn garnets: Records of hydrothermal system evolution [J]. Geology, 1993, 21(2): 113–116.

[54] Somarin A K. Garnet composition as an indicator of Cu mineralization: evidence from skarn deposits of NW Iran [J]. J Geochem Explor, 2004, 81(1): 47–57.

[55] Zhai D G, Liu J J, Zhang H Y, Wang J P, Su L, Yang X A, Wu S H. Origin of oscillatory zoned garnets from the Xieertala Fe-Zn skarn deposit, northern China: In situ LA-ICP-MS evidence [J]. Lithos, 2014, 190: 279–291.

[56] Yardley B W D, Rochelle C A, Barnicoat A C, Lloyd G E. Oscillatory zoning in metamorphic minerals: An indicator of infiltration metasomatism [J]. Mineral Mag, 1991, 55(3): 357–365.

[57] Crowe D E, Riciputi L R, Bezenek S, Ignatiev A. Oxygen isotope and trace element zoning in hydrothermal garnets: Windows into large-scale fluid-flow behavior [J]. Geology, 2001, 29(6): 479–482.

[58] 姚磊, 謝桂青, 張承帥, 劉佳林, 楊海波, 鄭先偉, 劉曉帆. 鄂東南礦集區(qū)程潮大型矽卡巖鐵礦的礦物學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J]. 巖石學(xué)報(bào), 2012, 28(1): 133–146. Yao Lei, Xie Gui-qing, Zhang Cheng-shuai, Liu Jia-lin, Yang Hai-bo, Zheng Xian-wei, Liu Xiao-fan. Mineral characteristics of skarns in the Chengchao large-scale Fe deposit of southeastern Hubei Province and their geological significance [J]. Acta Petrol Sinica, 2012, 28(1): 133–146 (in Chinese with English abstract).

[59] 費(fèi)詳惠, 張招崇, 韓鎏. 山東張家洼矽卡巖型鐵礦礦物學(xué)特征及其對(duì)成礦環(huán)境的指示意義[J]. 中國(guó)地質(zhì), 2014, 41(6): 1873–1896. Fei Xiang-hui, Zhang Zhao-chong, Han Liu. Mineralogy of the Zhangjiawa skarn iron deposit in Shandong Province and its implications for metallogenic environment [J]. Geol China, 2014, 41(6): 1873–1896 (in Chinese with English abstract).

[60] 梁祥濟(jì). 鈣鋁-鈣鐵系列石榴子石的特征及其交代機(jī)理[J]. 巖石礦物學(xué)雜志, 1994, 13(4): 342–352. Liang Xiang-ji. Garnet of grossular-andradite series: Their characteristics and metasomatic mechanism [J]. Acta Petrol Mineral, 1994, 13(4): 342–352 (in Chinese with English abstract).

[61] 彭惠娟, 李洪英, 裴榮富, 張長(zhǎng)青, 周云滿, 田廣, 李建新, 龍飛. 云南中甸紅牛-紅山矽卡巖型銅礦床礦物學(xué)特征與成礦作用[J]. 巖石學(xué)報(bào), 2014, 30(1): 237–256. Peng Hui-juan, Li Hong-ying, Pei Rong-fu, Zhang Chang-qing, Zhou Yun-man, Tian Guang, Li Jian-xin, Long Fei. Mineralogical characteristics and metallogeny of the Hongniu-Hongshan copper deposit in Zhongdian area, Yunnan Province, China [J]. Acta Petrol Sinica, 2014, 30(1): 237–256 (in Chinese with English abstract).

[62] 趙一鳴, 林文蔚, 畢承思. 中國(guó)矽卡巖礦床[M]. 北京: 地質(zhì)出版社, 1990: 164–171. Zhao Yi-ming, Lin Wen-wei, Bi Cheng-si. Skarn Deposits of China [M]. Beijing: Geological Pbulishing House, 1990: 164–171 (in Chinese).

[63] Hu H, Lentz D, Li J W, McCarron T, Zhao X F, Hall D. Reequilibration processes in magnetite from iron skarn deposits [J]. Econ Geol, 2015, 110: 1–8.

[64] Chen H Y, Clark A H, Kyser T K, Ullrich T D, Baxter R, Chen Y M, Moody T C. Evolution of the giant Marcona-Mina Justa iron oxide-copper-gold district, south-central Peru [J]. Econ Geol, 2010, 105(1): 155–185.

[65] Ohmoto H, Goldhaber M. Sulphur and carbon isotopes [M]// Barnes H L. Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits. New York: Wiley, 1997: 517–611.

[66] Chang Z S, Large R R, Maslennikov V. Sulfur isotopes in sediment-hosted orogenic gold deposits: Evidence for an early timing and a seawater sulfur source [J]. Geology, 2008, 36(12): 971–974.

[67] 洪為, 張作衡, 趙軍, 王志華, 李鳳鳴, 石福品, 劉興忠. 新疆西天山查崗諾爾鐵礦床礦物學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J]. 巖石礦物學(xué)雜志, 2012, 31(2): 191–211. Hong Wei, Zhang Zuo-heng, Zhao Jun, Wang Zhi-hua, Li Feng-ming, Shi Fu-pin, Liu Xing-zhong. Mineralogy of the Chagangnuoer iron deposit in western Tianshan Mountains, Xinjiang, and its geological significance [J]. Acta Petrol Mineral, 2012, 31(2): 191–211 (in Chinese with English abstract).

[68] Inoue A. Formation of clay minerals in hydrothermal environments [M]//Velde B. Origin and Mineralogy of Clays. Berlin: Springer, 1995: 268–329.

[69] 艾永富, 劉國(guó)平. 內(nèi)蒙大井礦床的綠泥石研究[J]. 北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 1998, 34(1): 97–105. Ai Yong-fu, Liu Guo-ping. The study of chlorite at Dajing deposit in Innrer Mongolia of China [J]. Acta Sci Nat Univ Pekin, 1998, 34(1): 97-105 (in Chinese with English abstract).

[70] Laird J. Chlorites: Metamorphic petrology [J]. Rev Mineral Geochem, 1988, 19(1): 405–453.

[71] 廖震, 劉玉平, 李朝陽(yáng), 葉霖, 劉世榮, 鄭文勤. 都龍錫鋅礦床綠泥石特征及其成礦意義[J]. 礦床地質(zhì), 2010, 29(1): 169–176. Liao Zhen, Liu Yu-ping, Li Chao-yang, Ye Lin, Liu Shi-rong, Zheng Wen-qin. Characteristics of chlorites from Dulong Sn-Zn deposit and their metallogenic implications [J]. Mineral Deposits, 2010, 29(1): 169–176 (in Chinese with English abstract).

[72] Battaglia S. Applying X-ray geothermometer diffraction to a chlorite [J]. Clay Clay Mineral, 1999, 47(1): 54–63.

[73] Nieto F. Chemical composition of metapelitic chlorites: X-ray diffraction and optical property approach [J]. Eur J Mineral, 1997, 9(4): 829–842.

[74] Rausell Colom J A, Wiewiora A, Matesanz E. Relationship between composition and d001 for chlorite [J]. Am Mineral, 1991, 76: 1373–1379.

[75] Horita J. Oxygen and carbon isotope fractionation in the system dolomite-water-CO2to elevated temperatures [J]. Geochim Cosmochim Acta, 2014, 129: 111–124.

[76] Ohmoto H, Rye R O. Isotopes of sulphur and carbon [M]// Barnes H L. Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits. New York: Wiley, 1979: 509–567.

[77] Longstaffe F J. Stable isotope studies of diagenetic processes [J]. Minerall Assoc Can Short Course Ser, 1987, 13: 187–257.

[78] Rotherham J F, Blake K L, Cartwright I, Williams P J. Stable isotope evidence for the origin of the Mesoproterozoic Starra Au-Cu deposit, Cloncurry district, northwest Queensland [J]. Econ Geol, 1998, 93: 1435–1449.

[79] Jiang H J, Han J S, Chen H Y, Zheng Y, Zhang W F, Lu W J, Deng G, Tan Z X. Hydrothermal alteration, fluid inclusions and stable isotope characteristics of the Shaquanzi Fe-Cu deposit, Eastern Tianshan: Implications for deposit type and metallogenesis [J]. Ore Geol Rev, (In press).

[80] Jiang H J, Han J S, Chen H Y, Zheng Y, Lu W J, Deng G, Tan Z X. An intra-continental back-arc basin setting for the Yamansu mineralization belt, eastern Tianshan: Constraints from geochronology and geochemical study of the Shaquanzi igneous rocks [J]. J Asian Earth Sci, (Be submitted).

[81] Brill B A. Trace-element contents and partitioning of elements in ore minerals from the CSA Cu-Pb-Zn deposit, Australia [J]. Can Mineral, 1989, 27: 263–274.

[82] 林師整. 磁鐵礦礦物化學(xué)、成因及演化的探討[J]. 礦物學(xué)報(bào), 1982 (3): 166–174. Lin Shi-zheng. A contribution to the chemistry, origin and evolution of magnetite [J]. Acta Mineral Sinica, 1982 (3): 166–174 (in Chinese with English abstract).

[83] 曾紅, 柴鳳梅, 周剛, 耿新霞, 李強(qiáng), 孟慶鵬, 徐璐璐. 新疆雅滿蘇鐵礦床矽卡巖和磁鐵礦礦物學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J]. 中國(guó)地質(zhì), 2014, 41(6): 1914–1928. Zeng Hong, Chai Feng-mei, Zhou Gang, Geng Xin-xia, Li Qiang, Meng Qing-peng, Xu Lu-lu. Mineralogy of skarn and magnetite of the Yamansu iron deposit and its geological significance [J]. Geol China, 2014, 41(6): 1914–1928 (in Chinese with English abstract).

[84] Lai J Q, Chi G X, Peng S L, Shao Y J, Yang B. Fluid evolution in the formation of the Fenghuangshan Cu-Fe-Au deposit, Tongling, Anhui, China [J]. Econ Geol, 2007, 102(5): 949–970.

[85] Chen H Y, Kyser T K, Clark A H. Contrasting fluids and reservoirs in the contiguous Marcona and Mina Justa iron oxide-Cu (-Ag-Au) deposits, south-central Perú [J]. Mineral Deposita, 2011, 46(7): 677–706.

[86] Chen H Y. External sulphur in IOCG mineralization: Implications on definition and classification of the IOCG clan [J]. Ore Geol Rev, 2013, 51: 74–78.

[87] Williams P J, Barton M D, Johnson D A, Fontboté L, De Haller A, Mark G, Oliver N H S, Marschik R. Iron oxide copper-gold deposits: Geology, space-time distribution, and possible modes of origin [J]. Econ Geol, 2005: 371–405.

1) 新疆地礦局第六地質(zhì)大隊(duì), 新疆哈密市沙泉子鐵銅礦補(bǔ)充勘查地質(zhì)報(bào)告。

2)新疆地礦局第六地質(zhì)大隊(duì), 新疆哈密市沙泉子鐵銅礦補(bǔ)充勘查地質(zhì)報(bào)告。

Mineralogy of the Shaquanzi Fe-Cu deposit, eastern Tianshan and its metallogenic implications

JIANG Hong-jun1,2, CHEN Hua-yong1,3*, HAN Jin-sheng1, ZHANG Wei-feng1,2and LU Wan-jian1,2

1. Key Laboratory of Mineralogy and Metallogeny, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Guangdong Provincial Key Laboratory of Mineral Physics and Materials, Guangzhou 510640, China

The Shaquanzi Fe-Cu deposit is hosted in the volcanic rocks of the Shaquanzi Formation as one of the important deposits in the Aqishan-Yamansu Fe (-Cu) metallogenic belt. The alteration and mineralization sequence can be divided into the early skarn alteration stage, the late skarn alteration stage, the magnetite mineralization stage, the chalcopyrite mineralization stage and the late epidote-carbonatation stage. The magnetite mineralization stage can be subdivided into the hematite sub-stage, the K-feldspar-epidote-magnetite sub-stage and the magnetite-pyrite sub-stage. Electron microprobe analyses indicate that in the skarn stages are mainly developed andradite (And39~100Gro0~50Spe + Alm0.26~11.23) and actinolite, with minor grossularite, indicating that the early fluid is characterized by high(O2) and pH, resulting in the enrichment of Fe. The magnetite mineralization stage is characterized by low Ti magnetite (TiO2≤0.17%), K-feldspar (Or97.09~97.43Ab2.35~2.60An0.22~0.31), Fe-rich epidote (TFeO = 14.13%~16.32%), pyrite, quartz and hematite. Accompanied by precipitating of K-feldspar and Fe-rich epidote, abundant high-grade iron ores were formed. After hematite and low-Ti magnetite were precipitated, the(O2) of the ore-forming fluid tended to decrease, leading to the formation of pyrite. Dominated in the chalcopyrite mineralization stage are hematite, Fe-rich epidote (TFeO = 11.95%~16.29%), pycnochlorite, chalcopyrite, calcite, etc. The chlorite geothermometer temperatures range from 147 ℃ to 190 ℃ with an average of 168 ℃, suggesting that the fluid developed in the chalcopyrite mineralization stage is characterized by low temperature (168 ℃) and medium pH. With the formation of hematite and epidote, the(O2) of the ore-forming fluid tended to decrease, giving rise to the precipitation of chalcopyrite and pycnochlorite. The S, C, O isotope data of pyrite and calcite (34Sfluid= –1.7‰~ +4.7‰, and +15.6‰, +17.5‰;13Cfluid= –6.6‰~ –3.4‰;18Ofluid= –2‰~ +0.7‰) indicate that the fluid developed in the magnetite mineralization stage is dominated by magmatic-hydrothermal water mixing with minor seawater, whereas that developed in the chalcopyrite mineralization stage is dominated by basin brine (seawater) with the mixture of some meteotic water. Ore geology of the Shaquanzi Fe-Cu deposit, together with wall rock alteration features and deposit comparison study, suggests that the Shaquanzi Fe-Cu deposit is genetically related to the diorite intrusion, which differs from the volcanic-hosted Yamansu Fe deposit and classic skarn type Fe (Cu) deposit, but shares similarities with the Central Andes IOCG deposits.

alteration and mlization sequence; electron microprobe; mineralization; Fe-Cu deposit; Shaquanzi; eastern Tianshan

P594; P618.31; P618.41; P614

A

0379-1726(2016)04-0329-27

2015-11-04;

2015-12-21;

2016-01-11

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2014CB440802)

江宏君(1990–), 男, 碩士, 礦床學(xué)專業(yè)。E-mail: jhj120210@163.com

CHEN Hua-yong, E-mail: huayongchen@gig.ac.cn, Tel: +86-20-85292708