新疆尼勒克县松湖铁矿火山岩地质特征

王满，刘学良，李莉，任毅



新疆尼勒克县松湖铁矿火山岩地质特征

王满1，刘学良2，李莉1，任毅3

（1.克拉玛依职业技术学院，新疆克拉玛依 834000；2.新疆能源集团，乌鲁木齐 830047；3.新疆地矿局第七地质大队，新疆乌苏 833000）

松湖铁矿主要产于下石炭统大哈拉军山组二段火山岩地层中，经勘探，该矿床深部仍有资源潜力。笔者根据松湖铁矿区火山岩地层及岩相、岩石地球化学特征、年代、岩石成因与构造环境四个方面特征进行分析，最终认定该区火山岩属于海相近火山口爆发相；火山岩属亚碱性--碱性系列，亚碱性系列的岩石呈钙碱性系列，具有火山弧型岩石地球化学特征，形成于大陆型岛弧或活动大陆边缘构造环境；其谐和年龄为343.2±2Ma，形成时间为早石炭世维宪期。

火山岩；铁矿；特征；尼克县

松湖铁矿位于新疆尼勒克县养鹿场南侧，矿床成因类型为海相火山-沉积型铁矿床，相对较稳定的海相环境沉积形成的灰岩（或其类质同相岩石）及区内多发育火山岩、火山碎屑岩的沉积已被认定为松湖式铁矿床主要找矿标志。通过长期的勘探工作，查明矿区出露地层主要为下石炭统大哈拉军山组二段，系赋矿母岩。

图1 松湖铁矿区及外围火山岩TAS图和SiO2-K2O图

1 火山岩地层及火山岩相

松湖铁矿区及其外围出露的地层石炭纪火山碎屑岩，其间夹中基性和酸性熔岩及少量碳酸盐岩等正常沉积的岩石，岩石组合为火山碎屑岩夹熔岩。

矿区及其外围早石炭世火山活动强烈，其中火山碎屑岩的火山角砾粒径相对较大，安山质火山集块岩和安山质含集块火山角砾岩局部分布。该部分火山碎屑岩属于近火山口爆发相，其间夹安山岩以及少量的正常沉积的层凝灰岩和灰岩等。

矿区地层早石炭世大哈拉军山组二段（Cd）是松湖铁矿的主要赋矿地层，主要由一套中性-酸性火山碎屑岩组成，夹蚀变凝灰岩、少量安山质岩及灰岩透镜体。铁矿层状、似层状和透镜状分布于火山碎屑岩中，与围岩呈渐变过渡关系。该段岩石组合由老到新分为c-tf、b-tf、a-tf及c-tf中的夹层tl。

图2 松湖铁矿区及外围火山岩AFM图

1）c-tf为紫红—灰紫晶屑、岩屑中细粒凝灰，风化面浅紫灰，新鲜面为灰紫，凝灰结构，层状构造。岩石中，岩屑5%～8%、晶屑5%～17%，致密火山灰75%～90%。岩屑为凝灰岩，棱角状-次棱角状，粒度0.3～2mm；晶屑有斜长石（3%～8%）、钾长石（2%～5%）和石英（1%～4%），斜长石呈板柱状或不规则状，粒径d=0.5～3mm；钾长石和石英均呈不规则状分布，粒径d=0.5～1.5mm；基质为致密火山灰。岩石局部见绿帘石、阳起石和绿泥石呈团块状交代。

2）b-tf为浅紫色中细粒凝灰岩，风化面浅灰色，凝灰结构，层状构造。岩石由晶屑（5%~10%）和致密火山灰（90%~95%）组成。晶屑为斜长石（4%~5%）和石英（5%~6%），粒度均小于0.5mm；基质为火山灰。

3）a-tf为灰绿色中细粒凝灰岩，风化面浅灰绿色，凝灰质结构、交代残余结构，层状构造。岩石由变余火山碎屑和蚀变矿物组成。变余火山碎屑由斜长石、石英组成。蚀变矿物为绿帘石、阳起石、绿泥石，三者均呈团块状分布。

4）tl为凝灰角砾岩，风化面为浅灰色，角砾凝灰结构，层状构造。岩石由火山角砾（5%～8%）、岩屑（2%～3%）、晶屑（8%～10%）和致密火山灰（79%～85%）组成。角砾有晶屑凝灰岩、凝灰岩及安山岩；岩屑成分与火山角砾一致；晶屑为斜长石，石英少量。斜长石晶屑呈板柱状或不规则状分布，粒径d=0.5~2mm；石英呈细粒状分布，粒径d＜0.5mm。

地层南南西、南西西倾斜，倾角58°～84°，局部为北东倾和北北东倾，倾角62°～78°。因受后期构造的影响裂隙发育，充填碳酸盐细脉网、镜铁矿细脉（鳞片状）。岩石具褐铁矿化、绿（黝）帘石化、绿泥石化、硅化、碳酸盐化等、局部黄铁矿化。

2 火山岩岩石地球化学特征

2.1 主量元素地球化学特征（表1）

表1松湖铁矿区火山岩主量元素分析结果（wt%）（据新疆地矿局七大队） 样品岩性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蚀变凝灰岩蚀变安山质凝灰岩蚀变安山质凝灰岩玄武安山岩安山质凝灰岩粗面安山岩安山质凝灰岩安山岩安山岩流纹质凝灰岩流纹质凝灰岩流纹质凝灰岩流纹质凝灰岩50.5251.7050.5051.8855.4456.8456.5461.1960.1862.4866.1461.6662.001.161.360.630.460.740.740.690.840.770.540.470.540.6317.3519.2215.7212.9816.4416.5617.1716.1415.1616.3214.1016.6216.7811.289.6313.554.609.148.158.147.706.585.085.142.896.730.200.250.250.180.210.140.100.060.130.130.110.060.114.593.084.062.563.022.232.941.392.072.642.031.722.388.507.274.6511.784.383.313.152.734.402.182.822.661.692.792.583.022.785.004.313.674.064.073.801.315.144.274.593.084.062.563.022.232.941.392.072.642.031.722.380.300.230.150.070.160.210.150.310.110.050.060.100.123.192.875.2611.454.063.544.853.464.443.744.053.782.78101.2898.4096.5989.8597.5594.7295.4995.8195.5495.8694.2193.1197.090.560.520.580.580.510.550.700.450.720.700.590.640.76

Mg#=Mg/（Mg+FeT）

在TAS图上（图1）有6件样品属于亚碱性系列，其余样品均为碱性系列。岩石化学定名为碱玄岩、粗面玄武岩、玄武安山岩、玄武质粗面安山岩、粗面安山岩、安山岩和英安岩。将亚碱性系列的岩石样品投于AFM图上（图2），样品均呈钙碱性系列演化趋势。在SiO2-K2O图中，绝大部分样品点落入了高钾钙碱性系列区域和钾玄岩系列区域，仅有3个样品点落入了钙碱性系列区域，1个样品落入低钾拉斑系列区域（图1）。

2.2 稀土元素地球化学特征

松湖铁矿岩石的稀土元素丰度分析数据见表2。蚀变火山碎屑岩的∑REE=47.80×10-6～73.90×10-6，δEu=0.83～1.29，（La/Yb）N比值为2.85～4.25，（La/Sm）N比值为2.62～2.92，（Gd/Yb）N比值为0.12～0.14。轻稀土元素和重稀土元素之间的分馏程度较强，轻稀土元素内部分馏程度中等，重稀土元素内部分馏程度较弱。从球粒陨石标准化的稀土元素配分曲线图上（图3）可看出，配分曲线均为向右倾的轻稀土富集型，除1件样品外，其余均有弱的负Eu异常。

中性火山岩，∑REE=54.76×10-6～121.14×10-6，δEu=0.74～1.21，（La/Yb）N比值为2.68～8.35，（La/Sm）N比值为1.96～4.01，（Gd/Yb）N比值为0.13～0.16。表明它们的轻稀土元素和重稀土元素之间的分馏程度较强，轻稀土元素内部分馏程度中等，重稀土元素内部分馏程度较弱。从球粒陨石标准化的稀土元素配分曲线图上（图3）可看出，样品的配分曲线为向右倾的轻稀土元素富集型。一件玄武粗面安山岩和安山岩表现出弱正Eu异常，其余均有弱的负Eu异常。

酸性火山岩碎屑，∑REE=60.94×10-6～108.73-6，δEu=0.60～0.90，（La/Yb）N比值为2.30～6.33，（La/Sm）N比值为1.49～5.26，（Gd/Yb）N比值为0.12～0.16。表明它们的轻稀土元素和重稀土元素之间的分馏程度较强，轻稀土元素内部分馏程度中等，重稀土元素内部分馏程度较弱。从球粒陨石标准化的稀土元素配分曲线图上（图3）可看出，岩石的配分曲线为“v”字型，并且有明显的负Eu异常。

2.3 微量元素地球化学

蚀变火山碎屑岩的不相容元素原始地幔标准化图上（图3）可以看出，Rb、Ba、Th、K四种元素有小幅度的相对富集，Sr有不同程度亏损， Nb、Ta和Ti显著亏损。总体上，配分曲线相对平滑，曲线形态基本一致。

中性火山岩的不相容元素原始地幔标准化图上（图3）可以看出，Rb、Ba、Th、K四种元素有小幅度的相对富集，Sr元素有不同程度亏损，Nb、Ta和Ti显著亏损。除了上述相对亏损或富集的元素外，样品其余元素的原始地幔标准化比值介于3～30之间。总体上，配分曲线相对平滑，曲线形态基本一致。

酸性火山碎屑岩的不相容元素原始地幔标准化图上（图3）可以看出，Rb、Ba、Th、K四种元素不同程度富集，Sr元素不同程度亏损，Nb、Ta和Ti显著亏损。除了上述相对亏损或富集的元素外，样品其余元素的原始地幔标准化比值介于2～30之间。总体上，配分曲线相对平滑，曲线形态基本一致。

3 火山岩年代

为了获得火山岩的形成时代，选取松湖矿区的安山岩进行LA－ICP－MS锆石U－Pb定年（矿区1∶2000平面地质图中未划分安山岩界线）。该安山岩采自松湖铁矿L1号矿体顶部层位。

从安山岩中选出的锆石为浅黄色-无色透明的正方双锥状、中长柱状、浑圆状、短柱状及半截锥状自形晶体，少数锆石遭受破碎后晶形不完整，粒度多为70～160μm。阴极发光图像表现出典型的岩浆韵律环带和明暗相间的条带结构，属于岩浆结晶产物（图4）。锆石的20个测点Th/U比值为0.48～1.09，Th含量变化范围是54.55×10-6～340.44×10-6，U含量变化范围是58.55×10-6～410.79×10-6。且Th、U含量呈现较好的正相关关系，故获得的年龄可以代表该组火山岩的形成年龄（图5、图6）。安山岩的锆石的谐和年龄为343.2±2Ma，MSWD=1.8（图5），证明该组火山岩形成时间为早石炭世维宪期。

图4 松湖L1号矿体顶部安山岩锆石阴极发光照片（据新疆地矿局七大队）

4 火山岩岩石成因与构造环境

矿区及外围区的火山岩岩石组合为粗面玄武岩、玄武安山岩、玄武质粗面安山岩、粗面安山岩、安山岩、粗面英安岩和英安岩以及同成分的火山碎屑岩，除了少数样品属于拉班玄武岩系列外，绝大部分岩石样品均为高钾钙碱性或钾玄岩系列。从矿区及其外围的岩石组合、稀土元素和微量元素特征来看，该组火山岩形成于俯冲环境。由于本区存在前寒武纪结晶基底，岩石组合属钙碱性火山岩套，并具有火山弧型岩石地球化学特征，所以本区的石炭纪火山岩应该形成于大陆型岛弧或活动大陆边缘构造环境。从Th-Hf-Ta和Th-Hf-Nb图解中（图7），样品点落入了活动陆缘火山弧区域，这一结果也印证了上述的认识。

图5 松湖铁矿区L1号矿体顶部安山岩锆石U-Pb谐和图

图6 松湖铁矿区L1号矿体顶部安山岩锆石U-Pb直方图

作为造山带中重要的火成岩系列，高钾钙碱性和钾玄岩系列岩石在空间上常分布于主弧带靠弧后一侧，时间上则主要在整个俯冲过程的晚期阶段出现。松湖矿区的该套岩石中取得的锆石U-Pb年龄：343.2±2Ma，表明从早石炭世中期开始，松湖铁矿区及其外围很可能由活动大陆边缘阶段经过同碰撞阶段进而转入碰撞后阶段。

图7 松湖铁矿区火山岩大地构造判别图

5 结论

1）该区火山岩属于海相近火山口爆发相，其间夹安山岩以及少量的正常沉积的层凝灰岩和灰岩等。

2）该区火山岩多属亚碱性--碱性系列，亚碱性系列的岩石呈钙碱性系列演化趋势，具有火山弧型岩石地球化学特征，形成于大陆型岛弧或活动大陆边缘构造环境。

3）安山岩中锆石的谐和年龄为343.2±2Ma，其形成时间为早石炭世维宪期。

4）该区石炭纪火山岩应该形成于大陆型岛弧或活动大陆边缘构造环境。

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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

中国地质调查局项目“西天山阿吾拉勒成矿带铁矿成矿条件、成矿规律与勘查示范研究”子项目“西天山阿吾拉勒成矿带铁矿成矿条件与成矿规律研究”资助，编号资[2010]矿评012032

王满（1982-），男（汉族），新疆新源县人，讲师，硕士，现从事资源勘查方面教学工作