新疆尼勒克縣松湖鐵礦火山巖地質(zhì)特征

王滿，劉學良，李莉，任毅

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新疆尼勒克縣松湖鐵礦火山巖地質(zhì)特征

王滿1，劉學良2，李莉1，任毅3

（1.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學院，新疆克拉瑪依 834000；2.新疆能源集團，烏魯木齊 830047；3.新疆地礦局第七地質(zhì)大隊，新疆烏蘇 833000）

松湖鐵礦主要產(chǎn)于下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組二段火山巖地層中，經(jīng)勘探，該礦床深部仍有資源潛力。筆者根據(jù)松湖鐵礦區(qū)火山巖地層及巖相、巖石地球化學特征、年代、巖石成因與構(gòu)造環(huán)境四個方面特征進行分析，最終認定該區(qū)火山巖屬于海相近火山口爆發(fā)相；火山巖屬亞堿性--堿性系列，亞堿性系列的巖石呈鈣堿性系列，具有火山弧型巖石地球化學特征，形成于大陸型島弧或活動大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境；其諧和年齡為343.2±2Ma，形成時間為早石炭世維憲期。

火山巖；鐵礦；特征；尼克縣

松湖鐵礦位于新疆尼勒克縣養(yǎng)鹿場南側(cè)，礦床成因類型為海相火山-沉積型鐵礦床，相對較穩(wěn)定的海相環(huán)境沉積形成的灰?guī)r（或其類質(zhì)同相巖石）及區(qū)內(nèi)多發(fā)育火山巖、火山碎屑巖的沉積已被認定為松湖式鐵礦床主要找礦標志。通過長期的勘探工作，查明礦區(qū)出露地層主要為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組二段，系賦礦母巖。

圖1 松湖鐵礦區(qū)及外圍火山巖TAS圖和SiO2-K2O圖

1 火山巖地層及火山巖相

松湖鐵礦區(qū)及其外圍出露的地層石炭紀火山碎屑巖，其間夾中基性和酸性熔巖及少量碳酸鹽巖等正常沉積的巖石，巖石組合為火山碎屑巖夾熔巖。

礦區(qū)及其外圍早石炭世火山活動強烈，其中火山碎屑巖的火山角礫粒徑相對較大，安山質(zhì)火山集塊巖和安山質(zhì)含集塊火山角礫巖局部分布。該部分火山碎屑巖屬于近火山口爆發(fā)相，其間夾安山巖以及少量的正常沉積的層凝灰?guī)r和灰?guī)r等。

礦區(qū)地層早石炭世大哈拉軍山組二段（Cd）是松湖鐵礦的主要賦礦地層，主要由一套中性-酸性火山碎屑巖組成，夾蝕變凝灰?guī)r、少量安山質(zhì)巖及灰?guī)r透鏡體。鐵礦層狀、似層狀和透鏡狀分布于火山碎屑巖中，與圍巖呈漸變過渡關系。該段巖石組合由老到新分為c-tf、b-tf、a-tf及c-tf中的夾層tl。

圖2 松湖鐵礦區(qū)及外圍火山巖AFM圖

1）c-tf為紫紅—灰紫晶屑、巖屑中細粒凝灰，風化面淺紫灰，新鮮面為灰紫，凝灰結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。巖石中，巖屑5%～8%、晶屑5%～17%，致密火山灰75%～90%。巖屑為凝灰?guī)r，棱角狀-次棱角狀，粒度0.3～2mm；晶屑有斜長石（3%～8%）、鉀長石（2%～5%）和石英（1%～4%），斜長石呈板柱狀或不規(guī)則狀，粒徑d=0.5～3mm；鉀長石和石英均呈不規(guī)則狀分布，粒徑d=0.5～1.5mm；基質(zhì)為致密火山灰。巖石局部見綠簾石、陽起石和綠泥石呈團塊狀交代。

2）b-tf為淺紫色中細粒凝灰?guī)r，風化面淺灰色，凝灰結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。巖石由晶屑（5%~10%）和致密火山灰（90%~95%）組成。晶屑為斜長石（4%~5%）和石英（5%~6%），粒度均小于0.5mm；基質(zhì)為火山灰。

3）a-tf為灰綠色中細粒凝灰?guī)r，風化面淺灰綠色，凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。巖石由變余火山碎屑和蝕變礦物組成。變余火山碎屑由斜長石、石英組成。蝕變礦物為綠簾石、陽起石、綠泥石，三者均呈團塊狀分布。

4）tl為凝灰角礫巖，風化面為淺灰色，角礫凝灰結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。巖石由火山角礫（5%～8%）、巖屑（2%～3%）、晶屑（8%～10%）和致密火山灰（79%～85%）組成。角礫有晶屑凝灰?guī)r、凝灰?guī)r及安山巖；巖屑成分與火山角礫一致；晶屑為斜長石，石英少量。斜長石晶屑呈板柱狀或不規(guī)則狀分布，粒徑d=0.5~2mm；石英呈細粒狀分布，粒徑d＜0.5mm。

地層南南西、南西西傾斜，傾角58°～84°，局部為北東傾和北北東傾，傾角62°～78°。因受后期構(gòu)造的影響裂隙發(fā)育，充填碳酸鹽細脈網(wǎng)、鏡鐵礦細脈（鱗片狀）。巖石具褐鐵礦化、綠（黝）簾石化、綠泥石化、硅化、碳酸鹽化等、局部黃鐵礦化。

2 火山巖巖石地球化學特征

2.1 主量元素地球化學特征（表1）

表1松湖鐵礦區(qū)火山巖主量元素分析結(jié)果（wt%）（據(jù)新疆地礦局七大隊） 樣品巖性SiO2TiO2Al2O3TFe2O3MnOMgOCaONa2OK2OP2O5LOITOTALMg# H-e2-1H-b1-1H-d13-1H-a10-1H-d11-1H-a14-1H-a3-1H-a1-1H-a6-1H-1405-1H-1405-2H-a12-1H-a5-1蝕變凝灰?guī)r蝕變安山質(zhì)凝灰?guī)r蝕變安山質(zhì)凝灰?guī)r玄武安山巖安山質(zhì)凝灰?guī)r粗面安山巖安山質(zhì)凝灰?guī)r安山巖安山巖流紋質(zhì)凝灰?guī)r流紋質(zhì)凝灰?guī)r流紋質(zhì)凝灰?guī)r流紋質(zhì)凝灰?guī)r50.5251.7050.5051.8855.4456.8456.5461.1960.1862.4866.1461.6662.001.161.360.630.460.740.740.690.840.770.540.470.540.6317.3519.2215.7212.9816.4416.5617.1716.1415.1616.3214.1016.6216.7811.289.6313.554.609.148.158.147.706.585.085.142.896.730.200.250.250.180.210.140.100.060.130.130.110.060.114.593.084.062.563.022.232.941.392.072.642.031.722.388.507.274.6511.784.383.313.152.734.402.182.822.661.692.792.583.022.785.004.313.674.064.073.801.315.144.274.593.084.062.563.022.232.941.392.072.642.031.722.380.300.230.150.070.160.210.150.310.110.050.060.100.123.192.875.2611.454.063.544.853.464.443.744.053.782.78101.2898.4096.5989.8597.5594.7295.4995.8195.5495.8694.2193.1197.090.560.520.580.580.510.550.700.450.720.700.590.640.76

Mg#=Mg/（Mg+FeT）

在TAS圖上（圖1）有6件樣品屬于亞堿性系列，其余樣品均為堿性系列。巖石化學定名為堿玄巖、粗面玄武巖、玄武安山巖、玄武質(zhì)粗面安山巖、粗面安山巖、安山巖和英安巖。將亞堿性系列的巖石樣品投于AFM圖上（圖2），樣品均呈鈣堿性系列演化趨勢。在SiO2-K2O圖中，絕大部分樣品點落入了高鉀鈣堿性系列區(qū)域和鉀玄巖系列區(qū)域，僅有3個樣品點落入了鈣堿性系列區(qū)域，1個樣品落入低鉀拉斑系列區(qū)域（圖1）。

2.2 稀土元素地球化學特征

松湖鐵礦巖石的稀土元素豐度分析數(shù)據(jù)見表2。蝕變火山碎屑巖的∑REE=47.80×10-6～73.90×10-6，δEu=0.83～1.29，（La/Yb）N比值為2.85～4.25，（La/Sm）N比值為2.62～2.92，（Gd/Yb）N比值為0.12～0.14。輕稀土元素和重稀土元素之間的分餾程度較強，輕稀土元素內(nèi)部分餾程度中等，重稀土元素內(nèi)部分餾程度較弱。從球粒隕石標準化的稀土元素配分曲線圖上（圖3）可看出，配分曲線均為向右傾的輕稀土富集型，除1件樣品外，其余均有弱的負Eu異常。

中性火山巖，∑REE=54.76×10-6～121.14×10-6，δEu=0.74～1.21，（La/Yb）N比值為2.68～8.35，（La/Sm）N比值為1.96～4.01，（Gd/Yb）N比值為0.13～0.16。表明它們的輕稀土元素和重稀土元素之間的分餾程度較強，輕稀土元素內(nèi)部分餾程度中等，重稀土元素內(nèi)部分餾程度較弱。從球粒隕石標準化的稀土元素配分曲線圖上（圖3）可看出，樣品的配分曲線為向右傾的輕稀土元素富集型。一件玄武粗面安山巖和安山巖表現(xiàn)出弱正Eu異常，其余均有弱的負Eu異常。

酸性火山巖碎屑，∑REE=60.94×10-6～108.73-6，δEu=0.60～0.90，（La/Yb）N比值為2.30～6.33，（La/Sm）N比值為1.49～5.26，（Gd/Yb）N比值為0.12～0.16。表明它們的輕稀土元素和重稀土元素之間的分餾程度較強，輕稀土元素內(nèi)部分餾程度中等，重稀土元素內(nèi)部分餾程度較弱。從球粒隕石標準化的稀土元素配分曲線圖上（圖3）可看出，巖石的配分曲線為“v”字型，并且有明顯的負Eu異常。

2.3 微量元素地球化學

蝕變火山碎屑巖的不相容元素原始地幔標準化圖上（圖3）可以看出，Rb、Ba、Th、K四種元素有小幅度的相對富集，Sr有不同程度虧損， Nb、Ta和Ti顯著虧損。總體上，配分曲線相對平滑，曲線形態(tài)基本一致。

中性火山巖的不相容元素原始地幔標準化圖上（圖3）可以看出，Rb、Ba、Th、K四種元素有小幅度的相對富集，Sr元素有不同程度虧損，Nb、Ta和Ti顯著虧損。除了上述相對虧損或富集的元素外，樣品其余元素的原始地幔標準化比值介于3～30之間。總體上，配分曲線相對平滑，曲線形態(tài)基本一致。

酸性火山碎屑巖的不相容元素原始地幔標準化圖上（圖3）可以看出，Rb、Ba、Th、K四種元素不同程度富集，Sr元素不同程度虧損，Nb、Ta和Ti顯著虧損。除了上述相對虧損或富集的元素外，樣品其余元素的原始地幔標準化比值介于2～30之間。總體上，配分曲線相對平滑，曲線形態(tài)基本一致。

3 火山巖年代

為了獲得火山巖的形成時代，選取松湖礦區(qū)的安山巖進行LA－ICP－MS鋯石U－Pb定年（礦區(qū)1∶2000平面地質(zhì)圖中未劃分安山巖界線）。該安山巖采自松湖鐵礦L1號礦體頂部層位。

從安山巖中選出的鋯石為淺黃色-無色透明的正方雙錐狀、中長柱狀、渾圓狀、短柱狀及半截錐狀自形晶體，少數(shù)鋯石遭受破碎后晶形不完整，粒度多為70～160μm。陰極發(fā)光圖像表現(xiàn)出典型的巖漿韻律環(huán)帶和明暗相間的條帶結(jié)構(gòu)，屬于巖漿結(jié)晶產(chǎn)物（圖4）。鋯石的20個測點Th/U比值為0.48～1.09，Th含量變化范圍是54.55×10-6～340.44×10-6，U含量變化范圍是58.55×10-6～410.79×10-6。且Th、U含量呈現(xiàn)較好的正相關關系，故獲得的年齡可以代表該組火山巖的形成年齡（圖5、圖6）。安山巖的鋯石的諧和年齡為343.2±2Ma，MSWD=1.8（圖5），證明該組火山巖形成時間為早石炭世維憲期。

圖4 松湖L1號礦體頂部安山巖鋯石陰極發(fā)光照片（據(jù)新疆地礦局七大隊）

4 火山巖巖石成因與構(gòu)造環(huán)境

礦區(qū)及外圍區(qū)的火山巖巖石組合為粗面玄武巖、玄武安山巖、玄武質(zhì)粗面安山巖、粗面安山巖、安山巖、粗面英安巖和英安巖以及同成分的火山碎屑巖，除了少數(shù)樣品屬于拉班玄武巖系列外，絕大部分巖石樣品均為高鉀鈣堿性或鉀玄巖系列。從礦區(qū)及其外圍的巖石組合、稀土元素和微量元素特征來看，該組火山巖形成于俯沖環(huán)境。由于本區(qū)存在前寒武紀結(jié)晶基底，巖石組合屬鈣堿性火山巖套，并具有火山弧型巖石地球化學特征，所以本區(qū)的石炭紀火山巖應該形成于大陸型島弧或活動大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境。從Th-Hf-Ta和Th-Hf-Nb圖解中（圖7），樣品點落入了活動陸緣火山弧區(qū)域，這一結(jié)果也印證了上述的認識。

圖5 松湖鐵礦區(qū)L1號礦體頂部安山巖鋯石U-Pb諧和圖

圖6 松湖鐵礦區(qū)L1號礦體頂部安山巖鋯石U-Pb直方圖

作為造山帶中重要的火成巖系列，高鉀鈣堿性和鉀玄巖系列巖石在空間上常分布于主弧帶靠弧后一側(cè)，時間上則主要在整個俯沖過程的晚期階段出現(xiàn)。松湖礦區(qū)的該套巖石中取得的鋯石U-Pb年齡：343.2±2Ma，表明從早石炭世中期開始，松湖鐵礦區(qū)及其外圍很可能由活動大陸邊緣階段經(jīng)過同碰撞階段進而轉(zhuǎn)入碰撞后階段。

圖7 松湖鐵礦區(qū)火山巖大地構(gòu)造判別圖

5 結(jié)論

1）該區(qū)火山巖屬于海相近火山口爆發(fā)相，其間夾安山巖以及少量的正常沉積的層凝灰?guī)r和灰?guī)r等。

2）該區(qū)火山巖多屬亞堿性--堿性系列，亞堿性系列的巖石呈鈣堿性系列演化趨勢，具有火山弧型巖石地球化學特征，形成于大陸型島弧或活動大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境。

3）安山巖中鋯石的諧和年齡為343.2±2Ma，其形成時間為早石炭世維憲期。

4）該區(qū)石炭紀火山巖應該形成于大陸型島弧或活動大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境。

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Volcanic Rock in the Songhu Iron Deposit, Nilka, Xinjiang

WANG Man1LIU Xue-liang2LI Li1REN Yi3

(1-Keramay Vocational Technical College, Karamay, Xinjiang 834000; 2-Xinjiang Energy Group, ürümqi 830047; 3-No.7 Geological Brigade, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources, Usu, Xinjiang 833000)

The Songhu Fe deposit is confined to volcanic rock of the Second Member of the Lower Carboniferous Halajunshan Formation. The volcanic rock belongs to submarine crater facies and to subalkaline and alkaline series characterized by petrogeochemistry in magmatic arc which indicates that it was formed in continental island arc or active continental marginal environment. The volcanic rock yields isotopic ages of 343.2±2Ma.

volcanic rock; Fe deposit; geological feature; Nilka, Xinjiang

P511.4

A

1006-0995（2017）02-0200-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.02.006

2017-02-12

中國地質(zhì)調(diào)查局項目“西天山阿吾拉勒成礦帶鐵礦成礦條件、成礦規(guī)律與勘查示范研究”子項目“西天山阿吾拉勒成礦帶鐵礦成礦條件與成礦規(guī)律研究”資助，編號資[2010]礦評012032

王滿（1982-），男（漢族），新疆新源縣人，講師，碩士，現(xiàn)從事資源勘查方面教學工作