新疆東天山紅云灘北鐵礦床稀土微量元素地球化學(xué)示蹤

吳生軍，馮曉宏，陳學(xué)龍

（1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)大隊(duì)，新疆 昌吉 831100；2.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第十一地質(zhì)大隊(duì) 新疆 昌吉 831100）

新疆東天山是我國重要鐵成礦區(qū)，沿著阿奇山-雅滿蘇構(gòu)造帶，由西至東分布有紅云灘鐵礦、紅云灘北鐵礦、東嶺鐵礦、鐵嶺鐵礦、百靈山鐵礦、多頭山鐵礦等等，大部分礦床均成型，且當(dāng)前正在開發(fā)中。新疆地礦局第一地質(zhì)大隊(duì)先后對紅云灘北鐵礦礦床做過勘查評價(jià)工作，資料顯示該鐵礦為火山活動(dòng)后期熱液裂隙充填-交代型鐵礦床[7]。該礦床研究程度相對低，但與相鄰的紅云灘鐵礦床在同一個(gè)成礦帶，距離較近，具有相似的成礦模式和成因。張立成、王義天、陳雪峰等人（2013）認(rèn)為紅云灘鐵礦為與巖漿熱液有關(guān)的矽卡巖型礦床[1]。王正廷（1980)根據(jù)礦床的地質(zhì)特征及硫同位素特征認(rèn)為該礦床是多次火山蝕變和接觸變質(zhì)疊加火山噴發(fā)堆積型鐵礦模式[2]。吳昌志等（2006）對礦區(qū)花崗巖的年代學(xué)和地球化學(xué)開展了研究，認(rèn)為其形成于早-中石炭世的島弧環(huán)境[3]。本文在參照借鑒相鄰礦床前人的研究成果基礎(chǔ)上，對紅云灘北鐵礦床的賦礦火山巖（含角礫安山質(zhì)凝灰?guī)r、強(qiáng)綠簾石化凝灰?guī)r、粗面英安巖等）、礦石以及火山巖底部的花崗巖微量元素和稀土元素進(jìn)行了分析，探討其物質(zhì)來源及礦床成因，為東天山阿奇山-雅滿蘇成礦帶鐵礦床的成因研究提供資料。

1 礦床地質(zhì)特征

紅云灘北鐵礦床位于新疆鄯善縣西南約160km，東天山阿其克庫都克深大斷裂的北側(cè)，礦體產(chǎn)出形態(tài)受古火山構(gòu)造和火山巖相控制，礦石以致密塊狀和浸染狀構(gòu)造為主。礦區(qū)出露地層主要為下石炭統(tǒng)雅滿蘇組（C1y），巖性為灰—灰綠色粗面英安巖、含角礫安山質(zhì)凝灰?guī)r以及晶屑凝灰?guī)r，為主要的賦礦層位；礦區(qū)西南部大面積出露花崗斑巖體，低角度北傾，傾伏與雅滿蘇地層之下；礦區(qū)東南部出露有安山玢巖。礦區(qū)構(gòu)造較為簡單，有一條近東西走向的主斷裂，控制了Ⅲ號和Ⅳ號礦體北端。由于小型古火山沉積盆地構(gòu)造，致使礦區(qū)小微型斷裂極發(fā)育，為成礦后期的熱液改造活動(dòng)奠定了基礎(chǔ)。礦區(qū)內(nèi)出露有五個(gè)主要鐵礦體，受火山盆地地層及其巖相界面嚴(yán)格控制，形成I號和Ⅱ號礦體在最外側(cè)，Ⅲ號和Ⅳ號礦體在內(nèi)側(cè)，Ⅴ號礦體在中心的近同心環(huán)狀展布特征（圖1）。礦石類型主要為致密塊狀磁鐵礦、浸染狀磁鐵礦，前者品位一般較高，分布于I號和Ⅱ號礦體，TFe平均品位分別為44.08%、41.39%，平均厚度分別為1.05m、1.47m；后者品位相對低，分布于Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ號礦體，TFe平均品位介于35.87%～37.82%，各礦體平均厚度介于2.65m～14.64m之間[7]。

2 微量元素特征

通過分析紅云灘北鐵礦床的不同種類礦石、賦礦巖石以及底界花崗巖等樣品的微量元素，從原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（圖2-a、b、c）顯示，蛛網(wǎng)分布模式具有一致性，近似平衡的“W”型。其中，Th、U、La、Ce、Zr、Hf等高場強(qiáng)元素相對富集，Zr/Hf=26.57～45.36，平均為34.05，Nb/Ta=5.42～25.96，平均為17.16，與原始地幔平均Zr/Hf≈36，Nb/Ta≈17.5值相當(dāng)，說明源區(qū)可能為地幔區(qū)[4]；Rb、Ba、Sr等低場強(qiáng)元素相對虧損，顯示有殼源成分的加入。火山巖和礦石中Ba、Sr具明顯趨向虧損，說明殼源巖漿作用強(qiáng)烈，亦為成礦后期的熱液改造提供熱源。而花崗巖中的Sr略顯正異常，區(qū)別于殼源，花崗巖中Rb/Yb+Nb均大于1，且小于100，投點(diǎn)花崗巖構(gòu)造環(huán)境Rb—Yb+Nb判別圖可知，其為島弧型花崗巖，鐵礦形成的構(gòu)造環(huán)境是與鈣堿性火山巖密切相關(guān)的陸緣火山弧。綜上表明巖石具幔源、殼源加入和殼幔混源特征。

圖1 紅云灘北礦鐵地質(zhì)略圖（據(jù)吳生軍，2016）

圖2 紅云灘北鐵礦微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖

3 稀土元素特征

稀土元素分布型式圖顯示（圖2-d），礦區(qū)巖石∑REE=70.43×10-6～198.80×10-6（包含Y元素，下同）。平均為115.88×10-6，LREE/HREE=0.85～4.66，平均為2.48，總體表現(xiàn)為輕稀土富集，重稀土虧損。LaN/YbN=1.29～23.42，平均為7.64，輕、重稀土具有一定的分餾作用。含角礫安山質(zhì)凝灰?guī)r、粗面英安巖、致密塊狀磁鐵礦中Eu強(qiáng)烈虧損趨勢和花崗巖一致，并且LREE相對富集，說明它們具有相似的稀土元素來源且分異作用明顯。而強(qiáng)綠簾石化晶屑凝灰?guī)r和浸染狀磁鐵礦中Eu具富集和正異常，這是因?yàn)橛捎诤笃诘臒嵋焊脑炜赡転闊嵋罕旧砀患腅u2+或者在礦物沉淀時(shí)因?yàn)楦鞯V物之間Eu分配不同而引起Eu的異常，這兩個(gè)過程中均要求Eu的變化從Eu3+轉(zhuǎn)變?yōu)镋u2+（Sverjensky，1984）[6]。據(jù)Eu2+/Eu3+氧化還原電位計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，其氧化還原電位主要受溫度的控制，隨著溫度升高，流體中Eu主要以Eu2+為主，表現(xiàn)為Eu正異常。δCe=0.77～1.02，均值為0.89，表明Ce具弱虧損特征，在氧化條件下Ce可呈Ce4+，其離子電位與REE3+差別較大而彼此分離，在海水中Ce停留時(shí)間為50年，遠(yuǎn)少于其他REE的存留時(shí)間，表明流體形成于高溫氧化環(huán)境，并且可能有海水的加入。

4 結(jié)論

通過對紅云灘北鐵礦床微量元素和稀土元素特征研究，Zr/Hf和Nb/Ta的平均值與原始地幔平均值相當(dāng)，說明源區(qū)可能為地幔區(qū)。火山巖和礦石中Ba、Sr具明顯趨向虧損，火山后期巖漿作用強(qiáng)烈，熱液對巖石和礦體的改造較為明顯，表明巖石具幔源、殼源加入和殼幔混源特征。輕稀土富集，重稀土虧損。LaN/YbN的平均為7.64，輕、重稀土具有一定的分餾作用。圍巖、礦石與花崗巖中Eu具相同的虧損趨勢，具同源性。強(qiáng)綠簾石化晶屑凝灰?guī)r和浸染狀磁鐵礦中Eu具富集和正異常，表明熱液改造的存在。Ce具弱虧損特征暗示流體形成于高溫氧化環(huán)境，并且可能有海水的加入。總之，通過微量元素和稀土元素示蹤研究，初步認(rèn)為紅云灘北鐵礦床屬海相火山噴發(fā)沉積-熱液充填交代型礦床。