新疆尼勒克县尼新塔格铁矿地质特征及成因

李新光　程雅军　张　波　王晓薇　姚新桃

(新疆地质矿产勘查开发局第九地质大队)



新疆尼勒克县尼新塔格铁矿地质特征及成因

李新光程雅军张波王晓薇姚新桃

(新疆地质矿产勘查开发局第九地质大队)

摘要新疆尼勒克县尼新塔格铁矿位于阿吾拉勒铁、铜、金、铅、锌成矿带中部，通过分析该矿区成矿大地构造背景、地层、岩性、构造、岩浆岩、矿体、蚀变带特征，并结合矿区岩石学、地球化学、同位素及包裹体等研究成果，分析了该铁矿的成矿环境和控矿因素，探讨了成矿地质特征和矿床成因，结果表明：①矿床形成于陆缘火山弧中的海相火山活动中，矿体与幔源的玄武质岩浆分异演化密切相关，层控性强；②火山成岩和成矿岩浆具有同源性、同位叠加特征，次火山作用(隐爆作用)较强，矿体围岩蚀变发育，属海相火山喷流沉积型和次火山气液交代型的复合成因；③成矿流体具有岩浆水与热卤水(加热的海水)混合的特点，全岩矿化、矿石矿物粒度微细，具有多阶段成矿的规律。上述研究成果对于区内找矿勘探工作有一定的参考价值。

关键词成矿环境控矿因素地质特征矿床成因成矿规律

伊犁盆地位于北天山中部, 阿吾拉勒山岩浆-火山活动剧烈，古火山机构发育，2005年以来先后发现了松湖、智博、阿克萨依—尼新塔格、敦德、科克萨依等中大型铁矿，新增铁矿石资源量超过10亿t，构成新疆重要的铁矿矿集区。国内地质工作者从不同角度对该区域的铁矿成因进行了相关研究，探讨了火山成矿作用在该区域铁矿成矿过程中的重要性，建立了火山喷发沉积-喷溢、热液交代的成矿模式，但不同矿床的成因类型仍存在差异。本研究通过深入分析尼新塔格铁矿床成因，发现该矿床的矿石特征和成矿作用有别于周边区域铁矿床，磁铁矿嵌布粒度细，火山隐爆作用居主导地位，因此，确定其成因类型对于类似铁矿的找矿勘查工作有重要的指导意义。

1成矿地质背景

阿吾拉勒山位于欧亚板块中部，是在早元古代变质基底上经历大规模板块运动导致地壳挤压、拉张、叠覆以及伸展现象而形成的复杂造山带[1]。尼新塔格铁矿位于尼勒克县东南的依生布谷沟上游(距松湖铁矿东南20 km)。矿区断裂构造发育、岩浆岩广布，岩石蚀变现象复杂。海西中期的构造-岩浆活动构成了规模宏大的火山-侵入岩带，壳幔混源的深成岩浆侵入带来了大量的铁镁质成矿物质，海底火山活动产生的火山热液成矿作用在火山机构通道内外形成了厚大的磁铁矿化带和铁矿体[2]。

2地质特征

2.1矿区地质特征

尼新塔格铁矿矿区位于伊赛克湖—伊犁板块内的阿吾拉勒裂谷系中部(图1)，出露下石炭统大哈拉军山组(C1d3)、上石炭统伊什基里克组(C2y2)。大哈拉军山组仅有第三岩性段(全岩Rb-Sr年龄(337±16)Ma)由海相中—基性火山熔岩及同质火山碎屑岩组成，下部以玄武岩、玄武安山岩、安山岩、安山玢岩、少量霏细斑岩为主，上部以安山质火山碎屑岩为主，地表浅部的安山岩、安山玢岩在深部渐变为闪长玢岩、闪长岩、辉长岩，次火山岩建造特征典型。伊什基里克组(全岩Rb-Sr年龄(317±16)Ma)为近海相的酸性火山岩组合，以紫褐色、浅褐色酸性火山角砾岩、英安岩为主，夹角砾凝灰岩、凝灰质砂岩，与下伏的大哈拉军山组地层呈断层接触。

图1　新疆阿吾拉勒山中段地质概况

矿区总体表现为近EW向展布的单斜岩层与近EW—NW向断层交错的构造格局，褶皱构造不明显。岩层总体倾向S，倾角50°～ 75°，北部较老地层被海西中晚期酸性岩体侵位熔蚀，受推覆构造作用及岩浆侵入的影响发生了偏转(矿化区域岩层倒转、倾向N)。矿区断裂构造发育，以NW、近EW向延伸的断裂为主(均倾向N，倾角75°～80°)，与区域构造格局走向一致；次有NNW、NE向延伸的次级断层，对铁矿体的存在有破坏作用。

矿区岩浆活动频繁而强烈，岩石类型多样，以裂隙式的火山—次火山喷发为主，地表浅部爆发相的中—酸性凝灰岩约占70%，深部以次火山岩相为主，多为安山玢岩(闪长玢岩)、霏细斑岩。酸性中深成侵入岩广泛分布，构成岩基状复合岩体，中心相为黑云母二长花岗岩(锆石U-Pb年龄335 Ma)[3]，过渡相为花岗闪长岩、正长斑岩，边缘相为斜长花岗岩(锆石U-Pb年龄323 Ma)[3]、石英闪长岩、辉长岩等。

2.2矿体特征

根据矿区探矿工程圈定成果，铁矿床长1 200 m，宽600 m，共55个矿体。矿体形态呈条带状、透镜状或似层状赋存于大哈拉军山组第三岩性段内，矿体与围岩呈渐变过渡(整合)关系，仅矿体边缘含铁量逐渐降低、磁性减弱。该铁矿东延进入阿克萨依铁矿区，含矿层沿走向、倾向延伸稳定，矿田范围内控制的铁矿石资源量达到大型铁矿规模。矿区浅部(0～-300 m)赋矿岩石以磁铁矿化角砾凝灰岩为主，次为磁铁矿化火山角砾岩，形成浸染状、角砾状矿石；深部(-300 m以下)赋矿岩石以磁铁矿化安山岩和磁铁矿化闪长玢岩为主，形成角砾状、条带状矿石，少量块状矿石，矿石常见他形—半自形细粒状和交代假象结构，角砾状、浸染状(斑点状)、脉状及团块状构造，显示多期次成矿的特点，围岩青磐岩化强烈，次有透辉石化、钠长石化、阳起石化、硅化等蚀变。

矿石中金属矿物以磁铁矿为主，含少量黄铁矿、赤铁矿、钛铁矿，偶见黄铜矿，矿石矿物为磁铁矿、赤铁矿,早期磁铁矿粒度细小(小于0.1 mm)，多呈浆屑状分布于斑晶或岩屑之间；晚期磁铁矿粒度较粗(0.2～1.5 mm)，多呈网脉状、角砾状充填于角砾状矿石、条带状矿石的脉石矿物之间。脉石矿物主要为斜长石、角闪石、辉石，次有绿泥石、绿帘石、方解石、钠长石、石英、绢云母。矿相分析确定磁铁矿含量占全铁含量的71.25%～71.78%。矿石中有害元素(SiO2、S、P)经选矿处理后均未超标，其余伴生元素含量较低，属以磁铁矿为主，含部分赤铁矿、硅酸铁的复合矿石，经三段式反浮选试验可得到合格的铁精粉[4]。

3地球化学特征

3.1主量元素地球化学特征

矿区岩石硅酸盐样品分析结果(表1)显示：①岩石w(SiO2) 52.86%～71.03%，w(K2O+Na2O) (全碱)3.09%～6.68%，w(K2O)/w(Na2O)值小于1，里特曼指数0.90～1.68，Mg#值32～67；②火山岩具有中—高铝(w(Al2O3) 12.10%～18.50%)、低钾(w(K2O)0.71%～2.07%)的特征，属中—高铝低钾低镁钙碱性系列，具有岛弧高铝火山岩、派生岩浆的特征(w(Al2O3)大于16.0%、w(MgO)小于8.0%)，且从基性岩到中性岩经历了一定的铁镁质分异作用[5]；③花岗岩具有低铝(w(Al2O3)13.82%～14.23%)、高钾(w(K2O)3.15%～4.36%、w(K2O) /w(Na2O) 1.68～1.88)、高A/CNK值(1.54～1.55)、S型(地壳重熔型)花岗岩的特征。

尼新塔格铁矿矿区岩石化学图解(图2～图5)显示：①火山岩集中分布于玄武岩和玄武安山岩区域，花岗岩分布于流纹岩和英安岩的分界处，岩石分异不显著[6]；②矿区所有样品均属钙碱性系列、钾玄岩系列岩石，包含低钾、中—高钾、高钾岩石类型；③火山岩样品主要分布于洋中脊玄武岩区(1#、2#、3#样品)，揭示其直接来源于上地幔，其次(4#、5#样品)位于岛弧拉斑玄武岩区，则为上地幔橄榄岩部分熔融的产物，构成不成熟岛弧的主体岩石组合[7]。

表1　尼新塔格铁矿区岩石化学分析成果

续表

注：Mg#=w(MgO)/w(MgO+FeO)×100； A/CNK=w(Al2O3)/w(Na2O+K2O+ CaO)。

图2　矿区岩石TAS图解

图3　矿区岩石w(SiO2)-w(K2O+Na2O)图解

图4　矿区岩石w(SiO2)-w(K2O)图解

图5　矿区岩石w(Na2O+K2O)-w(SiO2)图解

3.2稀土、微量元素地球化学特征

矿区岩石稀土、微量元素分析结果(表2)及标准化型式图(图6)表明：①火山岩和花岗岩的稀土总量变化范围较小((78.98～152.70)×10-6)，w(LREE)/w(HREE) 3.89～7.66，普遍小于8，说明矿区岩石中稀土元素分馏作用不显著；②稀土元素配分曲线分布趋势高度相似，均为平缓右倾型(轻稀土富集型w(∑Ce)>w(∑Y))，并具有弱的负铕异常，与岛弧火山岩的特征相似[8]，揭示岩石结晶分异过程短暂，轻、重稀土元素分异程度差。

区内花岗岩均位于混染和改造型花岗岩区域(图7)表明：①岩石来自靠近大陆边缘的岛弧带，偏基性的安山岩经历了一定的变异作用过程；②花岗岩与火山岩的稀土曲线一致性较好，说明两者形成于相同的地质环境，具有同源岩浆演化的特点，在岩浆侵入过程中显示同熔和混染花岗岩的特征[9]。

表2　尼新塔格铁矿区岩石稀土、微量元素分析成果

续表

图6　岩石稀土元素配分模式

图7　花岗岩δEu-w(REE)图解

矿区岩石微量元素蛛网图(图8)显示：岩石具有类似的配分模式，与稀土元素反映出的同一构造环境岩浆演化特征一致，其中，玄武安山岩中大离子亲石元素(Rb、Th、U)不同程度地富集，高场强元素(La、Nb、Sr)适度亏损，显现湿地幔楔部分熔融的陆缘弧玄武岩的特点，与俯冲带岩石(岛弧火山岩)特征相似[10]，安山岩中Rb、Ba、Nb、Sr含量显著降低，显示有壳源物质加入。

图8　岩石微量元素蛛网

在岩石构造环境判别图中(图9)火山岩集中分布于大陆边缘弧和演化的大洋弧区域，揭示是与消减作用密切的陆缘岛弧成因。花岗岩中大离子亲石元素(Rb、Th、U)显著富集，Ba、Sr明显亏损，高场强元素(Nb、Ta)明显亏损，表明混源岩浆作用较强。在稀土-微量元素构造环境判别图中(图10、图11)，花岗岩位于火山弧花岗岩区和同碰撞花岗岩区的过渡区，显示具壳幔混源的特征，整体上与阿吾拉勒山的二叠纪侵入岩特征一致[11]。

4成矿流体及同位素特征

4.1成矿流体包裹体特征

矿区铁矿石中的石英、方解石矿物中发育包裹体(图12、图13)，以透明无色的纯液体及无色—灰色的富液包裹体为主，具成群、成带状分布特征[12]，包裹体粒径一般(5 μm×6 μm)～(8 μm×10 μm)，均一温度102～136 ℃，盐度6.45%～22.38%。鉴于200 ℃为中温、低温热液成矿作用的分界温度[13]，尼新塔格铁矿属典型的低温热液矿床，显示从玄武岩向玄武安山岩的分异过程中，岩浆温度降低，成矿流体盐度不断增高，高盐度阶段相对富集Cl-，有利于磁铁矿的析出和沉淀，与火山岩型铁矿石的实际特征相符[14]。

图9　安山岩构造环境判别

图10　岩石构造环境判别

图11　花岗岩构造环境判别

图12　石英矿物中包裹体分布特征

矿区铁矿石H同位素含量-75.6‰，O同位素含量8.44‰～8.53‰，围岩(石英)H同位素含量 -130.2‰，O同位素含量14.10‰，反映矿石的H同位素含量低且组成较稳定，脉石矿物O同位素含量较高。在w(18D)-w(18OH2O)关系投图中反映脉石形成阶段流体主要来源于海水，矿石形成阶段流体主要来源于原生岩浆水(即岩浆演化末期形成的富铁火山热液)[15]，成矿阶段流体具有岩浆水与海水混合的特点。

图13　方解石矿物中包裹体分布特征

4.2矿石中S同位素特征

矿石S同位素含量-1.8‰～+0 .9‰，算术平均值-0.45‰, 具有地幔硫同位素特征(-3‰～ +3‰)，说明矿石中的硫来源于火山成因，来源单一，成矿过程中火山成因的硫起主导作用。

5矿床成因

古生代以来矿区进入盖层发育阶段，石炭纪火山岩成因上与俯冲板片脱水引起的湿地幔楔部分熔融密切相关,是与地幔柱活动有关的幔源岩浆熔融陆壳岩石的产物，显示板内边缘火山弧的演化特点[16-17]。石炭世早期因岩石圈板块俯冲导致基底洋壳破裂，形成裂陷海槽和以溢流相为主的火山活动，中晚期裂陷海槽北缘发育向南的A型俯冲消减作用，进而演化为多岛弧盆系的陆缘弧构造[18]。矿区铁矿床严格受区域性断裂构造和火山沉积建造控制，赋存于玄武安山岩及同质火山碎屑岩中，矿体多呈陡倾状，顺层产出，矿化均匀，磁铁矿呈浆屑或气孔发育的磁铁矿角砾，颗粒细小，部分条带状矿石分布有气孔发育的磁铁矿细脉，并且被拉长定向而显示流动构造，反映矿体是与火山岩同源岩浆演化的特征，此外，火山矿浆成因特征显著。强烈的陆缘弧碰撞造山作用使幔源玄武质岩浆上涌喷发过程中不断有地壳硅铝质成分的混入，出现的“夺硅出铁”反应(玄武岩中辉石、橄榄石转化为角闪石过程诱发多余铁质脱离硅酸盐晶格与氧结合成磁铁矿析出[19])导致含铁矿源层聚集整合，随着岩石基性程度的逐渐降低，大量铁质进入残余岩浆或火山热液中初步富集成含铁矿浆，经火山喷流、火山隐爆作用诱发铁质的沉淀形成细粒浸染状、角砾状矿石。火山活动间歇期岩浆热液叠加改造作用(类矽卡岩化)增强，产生广泛的交代充填成矿作用，形成脉状、块状矿石。成矿时间与火山岩成岩时间一致或略晚，与阔尔库岩体晚于矿体形成以及火山成矿作用居主导地位的特征相符[3]。

6结论

(1)尼新塔格铁矿床与海底火山活动具有同生和整合的关系，磁铁矿体整合产出于富钠火山岩中，受特定的层位和岩性控制，层控性强。

(2)矿床成岩、成矿的岩浆具有同源性、同位叠加特征，成矿流体具有岩浆水与热卤水(加热的海水)混合的特征，次火山作用(隐爆作用)较强，矿体围岩蚀变发育，全岩矿化、矿石矿物粒度细微，品位偏低。

(3)矿床兼有火山喷流沉积型、次火山气液交代型的复合成因特征以及岩相、界面控矿(定位)的成矿规律。

参考文献

[1]董连慧，冯京，刘德权，等.新疆成矿单元划分方案研究[J].新疆地质，2010，28(1)：1-15.

[2]邬介人，于浦生，贾群子.海相火山-沉积建造区铜、多金属成矿系列及铁-铜矿型矿床的勘查前景[J].地质与勘探，2000，36(6)：15-19.

[3]朱维娜.新疆阿吾拉勒成矿带中段典型铁矿床成矿物质来源与矿床成因研究[D].北京：中国地质大学(北京)，2014.

[4]张永.新疆尼新塔格铁矿区铁矿石选矿工艺试验[J].现代矿业，2014(11)：93-95.

[5]李昌年.火成岩微量元素地球化学[M].武汉：中国地质大学出版社，1995.

[6]路风香，桑隆康.岩石学[M].北京：地质出版社，2006.

[7]邓晋福，肖庆辉，苏尚国，等.火成岩组合与构造环境讨论[J].高校地质学报，2007，13(3)：392-401.

[8]Frey．F．A.上地幔岩石的稀土元素丰度[J].国外地质，1985(6)：17-24.

[9]姜常义，吴文奎，张学仁，等.从岛弧向裂谷的变迁——来自阿吾拉勒地区火山岩的证据[J].岩石矿物学杂志，1995，14(4)：289-293.

[10]王博，舒良树，Cluzel D，等.新疆伊犁北部石炭纪火山岩地球化学特征及其地质意义[J].中国地质，2006，33(3)：498-508。

[11]朱志新，李锦轶，董连慧，等.新疆西天山古生代侵入岩的地质特征及构造意义[J].地学前沿，2011，18(2)：170-179.

[12]卢焕章，范宏瑞，倪培，等.流体包裹体[M].北京：科学出版社，2004.

[13]胡受奚.矿床学[M].北京：地质出版社，1982.

[14]祝新友，王玉往.铁矿浆出现的构造背景及其找矿评价意义[J].矿产与地质，1996，10(2)：80-86.

[15]周延武，武玲，康丛轩，等.永梅凹陷带铁多金属矿成矿特征与找矿方向[J].金属矿山，2015(9)：85-88.

[16]夏林圻，夏祖春，徐学义，等.天山古生代洋盆开启、闭合时限的岩石学约束——来自震旦纪、石炭纪火山岩的证据[J].地质通报，2002，21(2)：55- 62．

[17]龙灵利，高俊，钱青，等.西天山伊犁地区石炭纪火山岩地球化学特征及构造环境[J].岩石学报，2008，24(4)：600-710.

[18]潘桂棠，王立全，尹福光，等.从多岛弧盆系研究实践看板块构造登陆的魅力[J].地质通报，2004，23(9)：933-938.

[19]张树业，常丽华，康维国，等.岩石中的成矿迹象[M].北京：地质出版社，1989.

(收稿日期2016-01-21)

Geological Characteristics and Genesis of Nixintage Iron Deposit in Nileke County, Xinjiang

Li XinguangCheng YajunZhang BoWang XiaoweiYao Xintao

(9thGeological Team, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development)

AbstractNixintage iron deposit is located in the middle section of Awulale iron, copper, gold, lead and zinc mineralization belt.The characteristics of metallogenic tectonic setting background, strata, lithology, structure, magmatic rock, ore-bodies and alteration zones of the mining area are analyzed in detail, combining with the comprehensive research results of the petrology, geochemistry, isotope and inclusion of the mining area, the metallogenic environment and ore-controlling factors of the iron deposit are analyzed, besides that, the metallogenic geological characteristics and genesis of the iron deposit are also discussed in depth.The results show that:①the iron deposit is formed in the marine volcanic activities of the epicontinental volcanic arc, the ore-bodies of the iron deposit is closely related to the differentiation and evolution of mantle-derived basaltic magma, and it has strong strataboundness; ②the volcanic magma diagenesis and metallogenic magma have the characteristics of homology and isotopic superposition, the subvolcanic action (cryptoexplosive role) is strong, the ore-bodies rock alteration is developed, the iron deposit is belongs to the composite genesis of marine volcanic type spray flow deposits and subvolcanic type gas-liquid metasomatic; ③the ore-forming fluid has the composite characteristics of magmatic water mixed with hot brine (heated seawater), and it also has the characteristics of whole rock mineralization, fine granularity of ore minerals and the multi-stage mineralization regularity.The above research results have some reference for the prospecting exploration in the mining area.

KeywordsMetallogenic environment, Ore-controlling factors, Geological characteristics, Deposit genesis, Metallogenic regularity

李新光(1964—)，男，教授级高级工程师，硕士，830009 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市沙依巴克区西山东街1号。