新疆西天山备战铁矿花岗岩锆石U-Pb年龄及其构造成因

西天山阿吾拉勒成矿带是中国重要的铁成矿带之一,但目前对该成矿带上的铁矿成因类型和成矿构造环境仍存在争议,主要原因是对赋铁矿火山岩和侵入其中的花岗岩缺乏深入研究,特别是对可能与成矿有关的花岗岩研究更少。通过对该成矿带中的备战铁矿区花岗岩进行锆石U-Pb测年和岩石地球化学研究,探讨其成因及构造环境,为西天山地区铁矿成因提供新信息。对备战矿区花岗岩进行LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年,获得正长花岗岩年龄为321.5±3.6 Ma,花岗斑岩年龄为308±1.2 Ma,均形成于晚石炭世。岩石地球化学特征显示,该区花岗岩具有高钾钙碱性、准铝质特征;稀土元素球粒陨石标准化分布图表现为左陡右缓,Eu强烈负异常;微量元素分析结果显示,富集Rb、K、Th、Sr、U等,亏损Ba、Nb、Ta、Ti、P等元素,结合构造环境判别图解,认为其形成于后碰撞环境。εHf(t)值分别介于5.7~13.3和7.5~12.5之间,平均值为10.91和10.06,为较高的正值,Hf二阶段模式年龄分别介于479~947 Ma和526~843 Ma之间,平均值为700 Ma和679 Ma。综合前人研究成果,认为晚石炭世西天山阿吾拉勒铁成矿带主要形成于由汇聚向伸展演化的后碰撞造山的构造转折期,此时由于岩石圈拆沉导致地幔物质底侵下地壳发生部分熔融作用,最终形成了晚石炭世备战铁矿花岗岩。

西天山备战铁矿成岩年代厘定及矿床成因研究

运用同位素定年技术厘定西天山备战铁矿成岩年代,结合成矿地质背景研究矿床成因。通过对备战铁矿矿带南侧花岗斑岩样品中分选出的锆石单矿物颗粒进行锆石U-Pb法同位素定年,获得谐和年龄为(301.36±0.39)Ma。初步认为备战铁矿成岩时代为晚石炭世早期。结合区域构造背景认为,备战铁矿成矿环境为晚石炭世裂谷闭合环境,成矿岩浆形成于海陆交互相。矿石与围岩在成因上有联系,来自富集地幔,喷发过程中含矿岩浆与陆壳物质或花岗岩发生混染,形成铁矿床。综合分析认为,该矿床为火山沉积后期矽卡岩化改造富集型磁铁矿床。

新疆西天山备战铁矿流纹岩的形成时代及其地质意义

大哈拉军山组火山岩在西天山分布范围较大,不同区域沉积建造具有不同的岩石组合特征和相对较长的时间跨度(约40Ma)。从西天山西段巩留—特克斯地区的晚泥盆世(>363Ma)、中部新源城南沿那拉提北坡地区的早石炭世(约354Ma),一直到东段拉尔敦达坂一带的晚石炭世(约313Ma),整体表现出从西到东逐渐变年轻的趋势。近年在西天山地区发现有较多的金、铁、铜矿床,赋矿围岩均为大哈拉军山组火山岩,总体呈北部富金,中部富铁铜的特征。备战铁矿是西天山中部阿吾拉勒矿集区一个重要的大型铁矿床,铁矿赋存在石炭纪大哈拉军山组火山岩中。对备战铁矿赋矿的英安岩及侵入于英安岩中的花岗岩进行单颗粒锆石LA-ICPMS U-Pb同位素测年。英安岩获得2组同位素年龄数据,分别为329.1Ma±1.0Ma和296.7Ma±2.0Ma。花岗岩的定年结果为307Ma±1.2Ma。测试结果表明,备战铁矿区英安岩的形成时代为329.1Ma±1.0Ma,属于早石炭世中期的岩浆活动事件;花岗岩体的形成时代是307Ma±1.2Ma,代表了晚石炭世的岩浆侵入事件;英安岩中296.7Ma±2.0Ma(晚石炭世—早二叠世)的年龄代表英安岩中的锆石封闭系统受到后期花岗岩侵入热事件的影响,发生改变重新形成的年龄。

新疆西天山备战铁矿矿床地质特征与矿床成因

备战铁矿位于新疆西天山阿吾拉勒成矿带东段,赋存于石炭系大哈拉军山组中基性熔岩及火山碎屑岩中。矿体呈层状、似层状。矿石中的金属矿物以磁铁矿为主。其中,矿石结构包括半自形-他形粒状结构、交代残余结构、板条状结构、放射状结构等。基于磁铁矿的粒度和其颜色,磁铁矿又可分为2种类型。矿石构造主要有隐爆角砾状、贯入角砾状、斑杂状、致密块状、斑点状、条带状、网脉状和浸染状等类型。矿区内的蚀变矿物主要有透辉石、石榴石、阳起石、透闪石、绿帘石、绿泥石、电气石和碳酸盐等。根据对矿石组构、成因和产出特征的研究,备战铁矿的成矿期次可划分为隐爆-矿浆期(a)和隐爆-热液期(b)这两期,进一步可划分为磁铁矿-透辉石-石榴石(a1)、磁铁矿-阳起石-透闪石-石榴石-绿帘石-绿泥石(a2)、磁铁矿-石榴石-绿泥石(b1)、绿帘石-电气石-碳酸盐(b2)这4个成矿阶段。该铁矿床与其赋矿围岩大哈拉军山组中基性火山岩有密切的成因联系,属于火山岩型岩浆-热液复合矿床。

新疆西天山备战基性-超基性岩年代学和岩石地球化学研究及其对铁成矿背景的制约

对新疆西天山备战铁矿区附近的基性-超基性岩体———金云母辉石橄榄岩与侵入其中的闪长岩脉进行了年代学和岩石地球化学研究。金云母辉石橄榄岩中金云母^(40)Ar/^(39)Ar坪年龄为298.1±1.9 Ma,该岩石的锆石U-Pb年龄为302.5±1.3 Ma,与备战铁矿的成矿年龄相近。备战金云母辉石橄榄岩具有低Si O_2(42.51%~50.82%)、Al_2O_3(4.87%~7.38%)、Ti O_2(0.25%~0.77%)和全碱(Na_2O+K_2O=0.87%~1.87%)含量,而高Mg O(26.36%~30.17%)、TFe O(12.33%~15.99%)含量的特征,过渡元素丰度(Cr=523×10^(-6)~7 026×10^(-6),Ni=906×10^(-6)~1 088×10^(-6),Co=109×10^(-6)~132×10^(-6))和Mg~#值(0.76~0.79)均较高,表明岩浆经历了橄榄石堆晶作用。由橄榄石最高Fo值(0.79)和岩石的TFe O含量计算得其母岩浆为玄武质岩浆。所有的岩石具有相似的稀土、微量元素配分模式,均呈轻稀土元素富集的右倾型,且重稀土元素较平坦[(Gd/Lu)_N=0.70~2.00],明显富集大离子亲石元素Rb、Ba、U、K,亏损高场强元素Nb、Ta、Zr、Hf和Ti。总体上Sr、Nd同位素较均一,金云母辉石橄榄岩的(^(87)Sr/^(86)Sr)_i=0.704 4~0.704 7,εNd(t)=2.23~3.90,闪长岩(^(87)Sr/^(86)Sr)_i=0.704 4,εNd(t)=3.79~4.07,表明金云母辉石橄榄岩和闪长岩为同源演化的岩石。微量元素特征表明金云母辉石橄榄岩起源于尖晶石相,源区为受俯冲流体或熔体交代的软流圈地幔。结合区域构造背景,推测金云母辉石橄榄岩的形成与西天山造山带在晚古生代的山根拆沉引起的软流圈上涌有关,而备战铁矿晚期成矿事件很可能形成于相同的深部动力学背景下。

新疆备战火山岩型铁矿床大哈拉军山组碳酸盐岩中铁矿体的发现及成因意义

新疆西天山备战铁矿床出露下石炭统大哈拉军山组海相火山喷发-沉积碎屑岩夹碳酸盐岩建造,前人认为矿区铁矿体赋存在中-基性火山岩中,主要为岩浆-热液成因。本文作者对矿区进行了剖面测量和钻孔岩芯编录,发现在碳酸盐岩地层中也发育有铁矿体,该矿体由纹层状、浸染状、条带状和块状矿石组成,前三种矿石组成贫矿体,呈层状分布于碳酸盐岩中;块状矿石组成富矿体,呈脉状产出于不同围岩界面及裂隙中。对矿区的碳酸盐岩进行了岩相学、地球化学和同位素分析,认为区内碳酸盐岩包括灰岩、硅质灰岩、白云岩、钙质白云岩和大理岩等,含矿岩石主要是白云岩。碳酸盐岩的碳同位素δ^(13)C_(V-PDB)值(3.0‰~5.2‰)变化小,而氧同位素δ^(18)O_(V-PDB)值(-21.7‰~-12.3‰)变化大,与成岩作用及热液活动有关;灰岩和硅质灰岩的U/Th(<0.5)、Ni/Co(2.99~7.59)和V/Cr(1.37~2.32)比值相对较低,δCe(0.85~1.02)异常不明显,硅质灰岩中含有较高的SiO_(2)(>15%)和Al_(2)O_(3)(>3%),其中还有硅质岩夹层,指示其沉积环境为受陆源碎屑混染作用影响的酸性、氧化环境。白云岩的U/Th(>0.5)、Ni/Co(6.01~-18.36)、V/Cr(2.06~5.38)比值适中,δCe(0.83~0.98)具有负异常,岩石含有硫化物和有机质,很少有陆源碎屑混染,指示白云岩沉积环境为碱性、还原环境,利于Fe^(2+)的溶解及铁胶体沉淀成矿。矿相学和矿物化学研究表明,碳酸盐岩中的纹层状和浸染状矿石的磁铁矿分别是铁胶体后期转化和黄铁矿被交代的产物,磁铁矿具有富镁低硅的特点,为沉积成因;而条带状和块状矿石中的磁铁矿是重结晶作用和热液交代及充填作用所致,磁铁矿具有富钙和铝的特点,为热液成因。因此,备战铁矿床的碳酸盐岩中发育的铁矿体为沉积成因,有后期热液成矿作用的叠加,可归为沉积-热液叠加成因。

新疆西天山备战基性-超基性岩矿物地球化学研究及其对铁成矿作用的制约

文章对备战铁矿区内的基性-超基性岩、中基性岩脉、矿体围岩和铁矿石中的辉石、橄榄石、金云母、铁钛氧化物进行了电子探针分析与显微特征研究。金云母辉石橄榄岩中辉石的化学成分在w(SiO2)-w(Al2O3)图中均落于亚碱性系列区域,在w(Al2O3)-w(Na2O)-w(TiO2)图中,辉石主要落在拉斑玄武岩系列区域,表明该区岩浆经历了拉斑玄武岩系列演化。备战金云母辉石橄榄岩中橄榄石的w(FeO)较低,介于19.22%~23.79%,w(MgO)较高,介于37.35%~41.30%,Fo变化介于0.74~0.79,属于贵橄榄石。橄榄石中较低的w(FeO)表明其形成于较高的氧逸度环境,而岩浆的拉斑玄武岩系列演化一般发生于低氧逸度条件,综合分析岩浆经历了从低氧逸度到高氧逸度变化的过程。随着岩浆的演化,橄榄石Fo与w(Ni)由负相关变为正相关又变为负相关关系,其中负相关关系表明在岩浆演化过程中橄榄石与粒间硫化物熔浆发生过Ni-Fe交换反应,从另一方面可以认为岩浆中含有丰富的硫,岩浆中的高硫特征很可能是备战磁铁矿为较纯磁铁矿(低Ti)的原因之一。此外,成矿岩浆具有高氧逸度特征,铁钛氧化物固溶体在亚固相条件下的氧化作用使固溶体发生分离以及铁磷络合物的发育等因素是造成矿区磁铁矿为较纯磁铁矿(成分接近分子式Fe3O4)的原因。金云母辉石橄榄岩和铁矿石中均发育金云母,表明铁矿与基性-超基性岩的源区都是富含挥发分的。该区铁钛氧化物主要有4种:较纯磁铁矿、含钛铬磁铁矿、铬铁矿、钛铁矿。金云母辉石橄榄岩中的较纯磁铁矿(低Ti),与铁矿石中磁铁矿成分类似,表明两者具有成因联系。结合金云母辉石橄榄岩的显微特征分析,在岩浆阶段曾有一期富铁镁岩浆的加入,这很可能为备战铁矿的形成提供了主要的铁质来源。

新疆西天山备战铁矿区火山岩地球化学特征与构造环境

西天山备战铁矿赋存于以玄武岩、玄武质凝灰岩、安山质凝灰岩、安山岩和英安岩为主的晚石炭世火山岩中,属于高钾钙碱性系列。本文通过对矿区火山岩进行岩石地球化学分析探讨火山岩形成的构造环境。地球化学分析表明,火山岩表现为轻稀土(LREE)相对于重稀土(HREE)富集的配分形式,具有"左陡右缓"的特征;相对富集大离子亲石元素(LILE)Ba、Rb、Th和U等,亏损高场强元素(HFSE)Ta、Nb、Y和Hf等,且具有高LREE/HREE(平均5.2)的特征,类似于大陆边缘岛弧火山岩的特征。在构造环境图解中,火山岩样品落在岛弧火山岩区域内,并显示出偏向富集地幔源区演化的趋势。结合区域地质背景资料,笔者认为矿区内的火山岩应属南天山洋向伊犁-中天山板块俯冲末期大陆边缘岛弧环境的产物。

Micromine软件在西天山备战铁矿床三维建模及资源量估算中的应用

矿床三维立体模型是“数字矿山”的基础,在综合研究区域成矿地质背景、矿床地质特征、已有勘探资料和澳大利亚Micromine软件技术研究基础上,构建了备战铁矿床地表模型、矿体模型、钻孔模型和综合地质模型。在立方体预测模型基础上,综合分析处理各种深部找矿评价定量化信息,建立研究区三维实体模型。据实体模型进行研究区三维立方体提取,并将找矿定量化信息赋予每一个立方体,应用距离反比加权法,开展研究区深部矿体三维预测,优选找矿区和资源量估算,为该矿床深部找矿和矿山开采提供理论支撑和技术依据。

新疆西天山备战铁矿成矿作用初探

该文在野外地质调查基础上,对备战铁矿区内的火山岩和矿石进行了详细的矿物学和岩石地球化学研究,并深入讨论了矿床成因。研究表明,该区的主要赋矿围岩为火山岛弧玄武岩,其与磁铁矿有着类似的稀土元素配分模式,说明二者有成因上的联系。成矿物质可能来源于北天山洋块向伊犁板块之下俯冲过程中软流圈上涌形成的富铁玄武质岩浆。受洋块俯冲作用影响,富铁玄武质岩浆沿北天山压扭性深大断裂底侵,并经历了一定的结晶分离或同化混染作用,最后在中地壳形成一套演化的玄武质(安山质)岩浆,并在岩浆晚期阶段发生富铁岩浆和硅酸盐岩浆的分离,此时,火山岩中的普通辉石受岩浆晚期的热液作用影响蚀变为透辉石,发生了Si,Ca,Mg的富集和Fe,Al,Ti的缺失,一定程度上促进了含铁矿浆的富集。