西天山二疊紀(jì)火山成礦地質(zhì)條件分析

西天山二疊紀(jì)火山成礦地質(zhì)條件分析

1阿吾拉勒大型鐵礦隊(duì)自新疆開(kāi)展“38”項(xiàng)目以來(lái)，地質(zhì)勘察工作取得了全面進(jìn)展，地質(zhì)勘察取得了顯著成效。先后圈定了13個(gè)金屬礦遠(yuǎn)景成礦區(qū),確定了新的礦集區(qū)。評(píng)價(jià)出準(zhǔn)噶爾盆地西南緣長(zhǎng)250km,寬20~40km的西天山阿吾拉勒大型鐵礦帶。在面積約7100km2阿吾拉勒大型鐵礦帶上已評(píng)價(jià)有松湖、尼新塔格、查崗諾爾、智博、敦德、備戰(zhàn)等中-大型鐵礦床8處。探獲鐵礦資源量13.65億噸,預(yù)測(cè)遠(yuǎn)景資源量大于20億噸。其中累計(jì)探獲富鐵礦約3.97億噸,是2010年我國(guó)富鐵礦9.2億噸儲(chǔ)量的43%。阿吾拉勒一帶是新疆目前最大富鐵礦帶,在全國(guó)鐵礦資源總體格局中也具有重要的地位。筆者通過(guò)學(xué)習(xí)有關(guān)研究成果,就西天山阿吾拉勒礦帶的成礦模式談?wù)務(wù)J識(shí)。2阿吾拉勒-智博成礦作用天山構(gòu)造帶是是世界上最重要的古生代造山帶之一。古生代時(shí)期它位于西伯利亞板塊、哈薩克斯坦板塊-伊犁板塊和卡拉庫(kù)姆-塔里木板塊之間,為古亞洲洋演化史上一個(gè)重要的構(gòu)造域。伊犁地塊夾于天山主斷裂和南部尼古拉耶夫-那拉提北坡斷裂之間,呈楔形向東部殲滅。阿吾拉勒成礦帶位于西天山中部,構(gòu)造位置位于伊犁地塊東北部。在石炭紀(jì)期間,本區(qū)域?qū)儆诓┝_科努石炭紀(jì)活動(dòng)陸緣帶,分布有大面積的鈣堿性火山巖套和鈣堿性花崗巖,該活動(dòng)陸緣帶形成于伊連哈比爾尕古洋盆向南側(cè)的B形俯沖過(guò)程,俯沖帶的位置大體上位于以巴音溝蛇綠巖套為代表的北天山蛇綠巖所在位置。在二疊紀(jì)期間,天山地區(qū)出現(xiàn)了后碰撞伸展環(huán)境下的裂谷化過(guò)程,產(chǎn)生了數(shù)量較多的雙峰式火山巖和A型火山巖。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,火山機(jī)構(gòu)十分發(fā)育,成礦地質(zhì)條件十分有利。本區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富,分布有查崗諾爾鐵礦、智博鐵礦、備戰(zhàn)鐵礦、敦德鐵礦、霧嶺鐵礦、古倫溝鐵鉛鋅礦、勝利銅礦等一系列礦產(chǎn)地。已知礦產(chǎn)多與火山活動(dòng)有密切成因聯(lián)系,阿吾拉勒區(qū)域是尋找與火山活動(dòng)有關(guān)的巖漿型和火山熱液型鐵銅多金屬礦床以及斑巖型銅礦最有利的地區(qū)之一。通過(guò)地層看,本區(qū)域內(nèi)出露的地層有元古宇星星峽群(PtXa)、志留系(S)、泥盆系(D)、二疊系(P)、三疊系(T)、侏羅系(J)及第四系(Q)。但石炭系(C)是阿吾拉勒區(qū)域出露最廣泛的地層,從查崗諾爾向東到備戰(zhàn)鐵礦均有廣泛出露。具體分為上、下石炭統(tǒng),下石炭統(tǒng)為大哈拉軍山組(C1d),上石炭統(tǒng)為伊什基里克組見(jiàn)圖1)。本區(qū)域內(nèi)分布有眾多的侵入巖,主要分布在查崗諾爾和智博礦區(qū)的北部。巖體受構(gòu)造制約,以酸性巖和堿性巖為主,中性巖次之,由石炭紀(jì)、二疊紀(jì)構(gòu)造旋回的產(chǎn)物組成。石炭紀(jì)侵入巖可分三個(gè)侵入期次,二疊紀(jì)侵入巖可分兩個(gè)侵入期次。3噴溢-凹陷過(guò)程西天山阿吾拉勒山脈式可布臺(tái)-備戰(zhàn)鐵礦一帶,礦產(chǎn)豐富尤其是外生鐵礦最為豐富,是新疆海相火山巖鐵礦成礦區(qū)域之一。通過(guò)近幾年地質(zhì)工作的進(jìn)展,各礦種在空間和時(shí)間上的分布主要受地層、構(gòu)造、侵入巖等因素的控制,尤其是火山-沉積鐵礦受地層控制明顯。其中查崗諾爾鐵礦和智博鐵礦同受一個(gè)面積為314km2的破火山口控制(見(jiàn)圖2)。衛(wèi)星影像清晰的顯示了破火山口至少經(jīng)歷了四次噴溢-塌陷過(guò)程。查崗諾爾鐵礦位于破火山口西北緣,智博鐵礦位于破火山口的中心部位,敦德鐵礦位于破火山口東部?？傮w上巖層向周邊傾斜,近中心部位產(chǎn)狀較陡,這一地區(qū)的火山巖主要為下石炭統(tǒng)為大哈拉軍山組,少部分屬上石炭統(tǒng)伊什基里克組。晚石炭世伊犁盆地處于后碰撞的拉張期,在伊犁地塊的邊緣拉伸產(chǎn)生了阿吾拉勒帶,早期的海底火山噴氣-熱液沉積型鐵礦床,代表有式可布臺(tái)-備戰(zhàn)鐵礦等,當(dāng)時(shí)處于動(dòng)蕩的海退過(guò)程的相對(duì)穩(wěn)定期,式可布臺(tái)-備戰(zhàn)鐵礦等處于伊寧海灣東部邊緣地域,雙峰式海底火山噴發(fā)攜帶大量的鐵質(zhì)及四周古路剝蝕后攜入海水的鐵質(zhì)(見(jiàn)圖3),通過(guò)介質(zhì)的復(fù)雜化學(xué)作用,鐵質(zhì)集中。當(dāng)化學(xué)作用達(dá)到一定階段,pH值大于5.5時(shí),鐵質(zhì)發(fā)生沉淀,在海灣穩(wěn)定地區(qū)而沉積生成鐵礦。并經(jīng)后期淺變質(zhì)加富。本區(qū)域斷裂構(gòu)造十分發(fā)育,東西向斷裂帶分布于區(qū)域中部。構(gòu)造內(nèi)角礫發(fā)育,氣液活動(dòng)明顯、蝕變強(qiáng)烈。斷裂構(gòu)造活動(dòng)是內(nèi)生礦產(chǎn)成礦物質(zhì)活化遷移的主要驅(qū)動(dòng)力,是巖漿遷移的主要因素之一,同時(shí)斷裂構(gòu)造本身又是礦漿活動(dòng)的通道和沉淀場(chǎng)所。在查崗諾爾-備戰(zhàn)鐵礦礦區(qū)遙感影像顯示出明顯的的環(huán)狀斷裂和放射狀斷裂,查崗諾爾、智博、敦德三個(gè)鐵礦在破火山口范圍內(nèi)呈北西-南東向線性排列。4成礦帶的主要特征是礦山的成礦特征簡(jiǎn)單介紹4.1成礦地質(zhì)及成礦階段本戰(zhàn)鐵礦位于本區(qū)域最東側(cè),賦礦圍巖為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組中基性火山碎屑巖和火山巖。該礦成礦劃分兩個(gè)成礦期,五個(gè)礦化段,即火山作用成礦期和巖漿熱液疊加期(見(jiàn)圖4)。前者又分為火山噴溢沉積成礦、次火山接觸交代形成矽卡巖化成礦、隱爆-礦漿充填成礦等三個(gè)主要礦化階段;后者又分為矽卡巖化及復(fù)雜矽卡巖化等兩個(gè)階段。礦體圍巖蝕變主要為綠簾石化、陽(yáng)起石化、透輝石化、黝簾石化,礦體呈透鏡狀、似層狀分布于火山碎屑巖中。由于礦床位于火山活動(dòng)中心地區(qū),次火山熱液交代形成矽卡巖化磁鐵礦的接觸交代成礦作用更為發(fā)育,且隱爆-礦漿充填成礦作用明顯,有利于富鐵礦成礦。備戰(zhàn)鐵礦經(jīng)歷兩次礦化過(guò)程,初期是次火山熱液活動(dòng)形成的矽卡巖化磁鐵礦貧礦,后期礦漿以熔融體狀態(tài)貫入火山管道疊加成礦。該礦屬于海相火山巖噴溢沉積-熱液交代-礦漿填充型鐵礦。4.2細(xì)碎屑與下旋回地層沉積特征敦德鐵礦位于智博鐵礦和備戰(zhàn)鐵礦之間,該礦床兼具查崗諾爾和智博礦床特征:大哈拉軍山組地層在礦區(qū)出露較大,頂、底板都不完整,從巖相特征看,可分為兩個(gè)噴發(fā)旋回。每個(gè)旋回基本上是由噴發(fā)沉積到正常的海水沉積;每個(gè)噴發(fā)沉積旋回中又有爆發(fā)-溢流相的一次或多次交替出現(xiàn)。下部旋回基本上為一較穩(wěn)定的海相火山細(xì)碎屑韻律沉積階段,到后期趨于穩(wěn)定的淺海正?；?guī)r沉積。下部旋回的后期階段,火山作用趨于平靜,出現(xiàn)了多次短暫的間歇,沉積了許多薄層石灰?guī)r夾層或與凝灰?guī)r互層。又因火山作用及地殼活動(dòng)的不均一性造成了海底起伏變化較大,所以灰?guī)r沉積具有不連續(xù)性及厚度的不穩(wěn)定性。根據(jù)新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘探開(kāi)發(fā)局第三地質(zhì)隊(duì)2011年提交的《新疆和靜縣敦德鋅鐵礦勘探報(bào)告》:上部旋回地層遭受蝕變及破壞較強(qiáng)?？偟目磥?lái)地殼又向活動(dòng)性方向發(fā)展,仍以中性及中酸性火山碎屑巖為主,但粒度較粗,熔巖增多,趨向于酸性噴發(fā),后期出現(xiàn)陸源碎屑沉積。上部旋回地層與下部旋回地層比較,前者以近火山口為主。初期有少量玄武巖溢流,后期有石英鈉長(zhǎng)斑巖及流紋巖溢流;爆發(fā)相沉積中,火山角礫巖、凝灰?guī)r較多。賦礦圍巖為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組中基性火山巖和少量火山碎屑巖,圍巖蝕變特征和查崗諾爾鐵礦相似,即石榴子石化、陽(yáng)起石化、綠泥石化和綠簾石化。從總體特征看,該礦屬于火山巖型鐵礦。4.3成礦地質(zhì)特征礦床成因與火山活動(dòng)直接有關(guān),受基底斷裂及火山機(jī)構(gòu)所控制(見(jiàn)圖5)。其成因機(jī)理與查崗諾爾鐵礦相似,礦區(qū)位于破火山口的中心位置,成礦中具有多次隱爆與多次成礦和富礦多等特點(diǎn)。智博鐵礦礦體經(jīng)歷了多次隱爆成礦過(guò)程,總體上以礦漿成礦期為主,熱液成礦期只在礦漿期基礎(chǔ)上進(jìn)行了輕微的改造。因此智博鐵礦成因上屬于以玄武質(zhì)巖漿為母巖漿的海相火山噴溢沉積-熱液交代-礦漿填充型鐵礦。4.4巖漿熱液成礦期受基底斷裂和火山機(jī)構(gòu)的控制,有兩個(gè)成礦期,其成礦機(jī)制:在早石炭世拉張期的同火山成礦作用是主體,首先發(fā)育裂隙型中心式的海底火山噴發(fā)作用,大量含礦火山物質(zhì)被帶入海盆,熾熱的火山噴發(fā)物加熱的海水,對(duì)火山噴發(fā)物進(jìn)行滲慮與分解,使其中的成礦物質(zhì)逐步進(jìn)入海水中,在火山噴發(fā)的間歇期,通過(guò)沉積作用首先形成沉積型鐵礦層(見(jiàn)圖6)。之后是火山熱液對(duì)火山堆積物和其中的鐵礦層進(jìn)行熱液交代形成交代型鐵礦體。由于火山噴發(fā)作用導(dǎo)致內(nèi)能大量消耗而處于負(fù)壓狀態(tài),為了使負(fù)壓區(qū)的壓力達(dá)到平衡,經(jīng)過(guò)巖漿加熱的鹵水?dāng)y帶著礦化劑和圍巖交代后產(chǎn)生的大量鐵等金屬離子一起被帶入巖漿房,進(jìn)一步發(fā)展成礦漿,當(dāng)內(nèi)壓過(guò)大時(shí)產(chǎn)生隱爆,礦漿沿層間斷裂充填和角礫巖帶溢流成礦,形成部分角礫狀礦石。隨著交代作用的繼續(xù)進(jìn)行,圍巖中的鐵離子狀態(tài)被不斷的轉(zhuǎn)移到角礫礦石的底部沉淀富集成礦,形成了侵染狀礦石;在巖漿熱液成礦期,主要是對(duì)同火山成礦期形成鐵礦的疊加與改造,也形成矽卡巖型鐵礦化。巖漿熱液首先進(jìn)行堿交代作用,形成復(fù)雜矽卡巖化及含礦熱液,之后使原有鐵礦加富或形成新的鐵礦體。整個(gè)成礦過(guò)程是含礦熱液在礦漿房不斷上升,成礦環(huán)境由封閉轉(zhuǎn)為開(kāi)放,成礦元素不斷交代置換作用下完成的。礦床屬于海相火山噴溢沉積-熱液交代-礦漿填充型鐵礦。4.5含礦物質(zhì)的酸性氣流鐵礦層和其下部的含銅塊狀硫化物是海底火山噴流作用在同點(diǎn)成礦環(huán)境下不同階段的產(chǎn)物。其成礦機(jī)理:在火山活動(dòng)噴發(fā)晚期或噴發(fā)間歇期,大規(guī)模的巖漿噴發(fā)已經(jīng)停止,但火山噴流作用仍在繼續(xù)進(jìn)行,這些富含成礦物質(zhì)的酸性熱氣流體,沿?cái)嗔鸦蚧鹕酵ǖ绹娏鞫?源源不斷遷移至海盆中(見(jiàn)圖7)。熱氣流體對(duì)火山噴發(fā)物通過(guò)滲濾與水解作用,析出含礦物質(zhì),由于物理化學(xué)條件的改變而沉淀。礦漿中Fe、Si、Ba、Mn等元素富集,在弱酸性-氧化環(huán)境條件下,形成大量赤鐵礦,夾透鏡狀紅碧玉和流紋狀重晶石赤鐵礦,構(gòu)成重晶石-紅碧玉-赤鐵礦建造,Ba-Si-Fe“三位一體”是海底火山流溢作用產(chǎn)生的含礦熱流體與海水作用在海盆沉積的產(chǎn)物。說(shuō)明該礦是在同一成礦環(huán)境下,不同階段形成火山噴發(fā),溢流沉積。式可布臺(tái)鐵礦屬于海相火山溢流沉積型鐵礦。5海相火山巖型銅礦成礦模式及地質(zhì)特征任何礦床的成礦模式,各學(xué)者均持有不同的觀點(diǎn)。例如阿勒泰蒙庫(kù)鐵礦的成因和成礦模式仍有較大的爭(zhēng)論。其成礦模式主要觀點(diǎn)有:(1)海相火山熱液沉積礦床;(2)海相火山-沉積變質(zhì)礦床;(3)變質(zhì)富鐵VMS型礦床;(4)與矽卡巖礦化有關(guān)的礦床;(5)海相火山噴流沉積-巖漿熱液疊加-變質(zhì)改造多因復(fù)成型礦床。通過(guò)地質(zhì)工作的不斷深入。學(xué)者們通過(guò)對(duì)大量成果的綜合研究后,將阿勒泰蒙庫(kù)鐵礦礦床的成礦類型劃分為海相火山巖型鐵礦。學(xué)者們對(duì)阿吾拉勒區(qū)域的成礦模式也有不同的認(rèn)識(shí),例如:有學(xué)者認(rèn)為備戰(zhàn)鐵礦、阿克薩依鐵礦的成礦觀點(diǎn)是火山礦漿貫入充填(火山噴溢)型鐵礦,也有學(xué)者認(rèn)為屬于矽卡巖型鐵礦;查崗諾爾鐵礦成礦觀點(diǎn)認(rèn)為是次火山型鐵礦;鐵木里克鐵礦成礦觀點(diǎn)認(rèn)為是火山-次火山氣液交代型鐵礦;式可布臺(tái)鐵礦成礦觀點(diǎn)是火山沉積變質(zhì)型鐵礦。地質(zhì)工作者通過(guò)對(duì)阿吾拉勒鐵礦帶區(qū)域構(gòu)造、區(qū)域成礦模式、地質(zhì)礦產(chǎn)等地質(zhì)特征的研究,并通過(guò)近年新疆鐵礦地質(zhì)科技成果的對(duì)比和分類,對(duì)此類鐵礦成礦模式,現(xiàn)統(tǒng)一劃分為海相火山巖型鐵礦。新疆海相火山巖型鐵礦基本特征:(1)新疆海相火山巖型鐵礦分布廣泛,并以晚古生代為主的特點(diǎn),成礦地質(zhì)環(huán)境多與拉張型構(gòu)造動(dòng)力學(xué)形成的裂隙槽、裂隙盆地、裂谷帶及上疊盆地等構(gòu)造有關(guān)。(2)鐵礦床一般受不同時(shí)代的古火山活動(dòng)中心控制,產(chǎn)于火山-次火山建造內(nèi),常具有一定的層位。(3)礦體形態(tài)比較復(fù)雜,圍巖一般為中基性-中酸性火山巖、次火山巖或火山碎屑巖。礦體與火山巖層間整合或不整合。(4)圍巖蝕變強(qiáng)烈。主要有透輝石化、陽(yáng)起石化、綠簾石化、石榴子石化、鈉長(zhǎng)石化等。(5)礦石礦物以磁鐵礦為主,次有赤鐵礦、磁赤鐵礦等;礦石結(jié)構(gòu)一般為塊狀、侵染狀及其他多種復(fù)雜構(gòu)造。(6)空間位置上,礦體產(chǎn)于火山機(jī)構(gòu)內(nèi)不同部位或其附近環(huán)狀斷裂及放射性斷裂系內(nèi)。6阿吾拉勒區(qū)域礦的構(gòu)造背景伊犁裂谷的發(fā)展演化過(guò)程實(shí)質(zhì)就是優(yōu)地槽火山開(kāi)裂、拼合的演化過(guò)程,地槽期構(gòu)造事件主要是區(qū)域構(gòu)造拉張、沉降,大規(guī)模的帶狀火山巖頻繁噴發(fā)沉積,火山巖由單峰向雙峰式發(fā)展,構(gòu)造活動(dòng)和火山活動(dòng)由東向西遷移;后地槽構(gòu)造事件主要是地槽褶皺回返,沿區(qū)域性大斷裂俯沖,碰撞造山,產(chǎn)生大量中酸性巖漿侵入活動(dòng)。整體上區(qū)域性斷裂控制著次級(jí)斷裂和火山巖帶的分布,控制著鐵礦帶的分布范圍和展布方向。次級(jí)斷裂系統(tǒng)和火山機(jī)構(gòu)是礦液運(yùn)移的通道,也是良好的控礦、容礦構(gòu)造,直接控制著礦床的形狀、產(chǎn)狀和規(guī)模,是重要的控礦因素。此外,裂谷帶由火山島弧構(gòu)