那西郭勒沉积变质型铁-石墨矿床成矿特征及找矿方法组合

郭崑明， 严永邦， 严 鸿， 张爱奎， 王宜庆

(青海省第三地质矿产勘查院，西宁 810029)

0 引言

那西郭勒位于伯喀里克-香日德印支期金、铅、锌(铜、稀有、稀土)成矿带(Ⅲ12)的最西端,区域矿产呈北西-南东向带状分布。在古元古代形成结晶基底，在该套地层中形成沉积变质型铁矿。后期从新元古代-晚三叠世经历了长期的、多旋回的构造发展演化过程，这种区域性构造-岩浆-变质演化，为本区铜、铅、锌、铁、金等多金属矿的形成提供了地质前提[1]。

前人在该区开展了不同比例尺的地物化工作，大致查明了区内地层、构造、岩浆岩的分布及其特点，圈定了众多的有找矿意义物化探异常，通过对部分异常的检查，发现了卡而却卡大型铜钼矿床、乌兰拜兴铁矿床以及多处矿(化)点及矿化线索，这些成矿信息对本次工作具有较好的借鉴，但限于工作程度，其中多数异常尚未进行查证，包括涉及本次预查区的青DC-2009-M61地磁异常及水系HS49综合异常。

由于本次预查区处于荒漠区第四系覆盖较大，岩石露头出露少，常规大比例尺地质填图、化探测量无法施展，效果不佳，找矿效率低；以物探为主的方法组合是这种特殊景观区探矿方法的首选，但目前对高原荒漠区找矿方法组合总结研究不足。

图1 那西郭勒矿区地质图Fig.1 Mining area geological map of Naxi

笔者通过“青海省祁漫塔格整装勘查区关键科学技术难题研究与示范”所属子课题“祁漫塔格有效找矿方法组合研究”工作，以那西郭勒铁多金属矿为例，提出了一套适合高原荒漠区沉积变质型铁多金属矿勘查技术组合方法，希望对地质矿产勘查工作有所帮助。

1 矿区地质

矿区出露地层主要为中元古界金水口岩群(Pt2J)。根据岩石组合特征、岩石变质变形特征等，可分为片麻岩岩组(Pt2J1)、斜长角闪片岩、斜长角闪岩、磁铁石英岩岩组(Pt2J2)和大理岩岩组(Pt2J3)，该套地层遭受后期多期次构造运动及岩浆活动的改造及侵噬，呈带状或残留顶盖状以北西-近东西向分布于矿区的中南部及西部(图1)，系一套层状无序的中高级变质岩系。片麻岩组分布于矿区中部，组成矿区背斜的核部；斜长角闪片岩、斜长角闪岩、磁铁石英岩岩组和大理岩组分布于片麻岩组两侧，组成矿区背斜的翼部，北侧地层倾向北，南侧地层倾向南，倾角38 °～68 °。矿区金水口岩群岩性与区域基本一致，仅混合岩、变粒岩较少，而斜长角闪片岩、石英片岩和磁铁石英岩则较发育。

矿区构造较为发育，其形式以断裂和褶皱为主。断裂主要发育北西向断裂，其次为北东向断裂，另有少量近东西、北东东向和南北向断裂。北西向断裂控制着地层的展布方向[7]。背斜构造由金水口岩群组成，受印支期侵入岩体影响，背斜两翼地层并不完整、对称，北翼大部分缺失。受北西向断裂构造影响，两翼岩层局部重叠或缺失，目前发现的四条磁铁矿带位于背斜的两翼。矿区岩浆岩活动十分强烈，侵入岩发育，出露面积约占基岩面积的30%。侵入岩主要是早三叠世花岗闪长岩和二长花岗岩，岩体对矿体具有强烈的破坏作用[2]。

图2 那西郭勒矿区A- A地质剖面图Fig.2 A - A geological profile of Naxi mining area

2 矿床特征

2.1 矿带特征

矿区已发现四条磁铁矿带位于背形构造两翼，主要产于金水口岩群斜长角闪片岩岩组中，呈条带状北西-南东向展布，长度1.2 km～5 km不等，Ⅰ矿带倾向北，倾角45 °～60 °，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ矿带倾向南，倾角40°～70 °(图2)。

四条石墨矿带主要位于金水口岩群斜长角闪片岩岩组和大理岩岩组中，长度为5 km～10 km，宽为20 m～80 m，矿带倾向南，倾角50°～70 °。

2.2 矿体特征

铁矿体主要含矿岩性为石英岩、斜长角闪片岩和石英片岩，矿体底板常出现斜长角闪岩，顶板多为大理岩。矿体厚度变化较大，但品位相对均一，反映矿体受后期变形作用控制。总体来看，靠近背形构造转折端矿体厚度较大[3]。

1)Ⅰ矿带圈出磁铁矿体11条，矿体长为100 m～600 m，厚度为4.2 m～7.45 m，TFe平均品位为23.48%～27.58%。Ⅰ-3主矿体长为600 m，厚度为2.88 m～3.50 m，平均厚度为2.29 m，TFe品位为21.13%～24.63%，平均品位为24.40%。矿体整体北倾，产状在50°左右。

2)Ⅱ矿带圈出磁铁矿体16条，矿体长为200 m～2 390 m，厚度为1.02 m～14.75 m，TFe平均品位为21.65%～26.37%。矿体向深部延伸稳定，最大延伸超过1 000 m。Ⅱ-5主矿体南倾，倾角为40°～70°(图2)，矿体长为2 390 m，厚度为1.38 m～37.66 m，平均厚度为12.25 m，TFe品位为20.7%～27.11%，平均品位为24.85%。

石墨矿体含矿岩性为石英岩、斜长角闪片岩、石英片岩和大理岩，多位于铁矿顶部(图1、图2)。两个岩组中产出的石墨矿具有一定差异，前者产出的石墨矿体厚度大，但品质相对后者差。矿区发现石墨矿体10余条，圈定5条主矿体，长为200 m～1 000 m，走向未系统追索，地表厚度为1 m～30 m，钻孔中厚度为3.9 m～60 m，单孔累计最大厚度达127.10 m，固定碳品位为3%～25.58%。

2.3 矿石特征

矿区矿石类型主要为磁铁矿矿石和石墨矿石。

1)磁铁矿矿石：半自形粒状、他形粒状结构、鳞片变晶结构为主，次有胶状结构，以条带状(图3)、稠密浸染状构造为主，次有角砾状、脉状构造、似片麻状构造等。矿石矿物主要为磁铁矿矿，次有赤铁矿、褐铁矿等，磁铁矿含量为25%～30%，褐铁矿含量为0.1%，赤铁矿少量，黄铁矿极少量。磁铁矿呈他形粒状，大小一般为0.05 mm～0.1 mm，部分为0.1 mm～0.2 mm，少量为0.2 mm～0.5 mm，星散状定向分布。部分集合体呈似纹层状分布。脉石矿物主要有石英、斜长石、角闪石、绿泥石及少量黑云母等。对20件磁铁矿矿石进行统计，矿石中S含量为0.02%～0.34%，平均含量为0.08%；P含量为0.037%～0.72%，平均含量为0.21%；SiO2含量为44.65%～57.49%，平均含量为51.65%，矿石属低磷低硫铁矿石[4]。

2)石墨矿石：石墨矿根据含矿岩性不同，分为大理岩型和石英岩、斜长角闪片岩型。大理岩型石墨矿石墨含量为5%～10%，石墨呈鳞片状变晶结构(图4)，多具弯曲变形，片径大小在0.06×0.01 mm～0.58×0.16 mm之间，强非均质性，反射多色性，为灰色带棕-蓝灰色，偏光色为橙黄-暗蓝紫色，定向或半定向较均匀分布，呈片麻状构造，偶见少量的星点状、浸染状构造。脉石矿物主要为方解石、白云石，少量透闪石、透辉石、绿泥石。石英岩型石墨矿石墨含量为3%～8%，石墨片径大小约0.015 mm～0.38 mm(长径)，浅灰棕色，石墨呈半自形片状结构，带状、稀疏浸染状、星点状构造，石墨沿长轴方向定向排列，少部分呈星散状分布。脉石矿物主要有石英、斜长石、角闪石、绿泥石及少量黑云母等[6]。

图3 条带状磁铁矿矿石Fig.3 Banded magnetite ore(a)标本；(b)镜下照片

图4 石墨矿矿石Fig.4 Graphite ore(a)标本；(b)镜下照片

样品号SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5LolTotalZK8801GS848.882.4715.5315.4510.650.184.737.823.970.220.200.68110.78ZK1602-2∗55.200.223.9016.0312.340.372.523.610.551.650.681.0498.09ZK8801GS948.532.6217.0416.189.970.153.626.564.570.200.190.36109.99ZK8801GS1047.632.8115.5017.5610.650.225.556.093.450.750.190.46110.86NXGL-T02Z03∗46.150.192.5624.8611.681.473.735.300.751.190.650.1498.67NXGL-T03Z04∗37.340.271.9637.3315.770.251.021.980.270.711.090.1498.13DP2-GS1274.740.111.8418.667.240.101.501.680.341.060.20-0.20107.27样品平均7.4614.6710.795.608.211.510.710.45Algoma(氧化物相)341.1131.531.510.310.580.21Lake Superior(氧化物相)1.3944.58.21.241.580.120.140.06Algoma(硅酸盐相)7.5636.118.13.890.830.050.410.42Lake Superior(硅酸盐相)2.4126.716.32.732.40.20.630.1Algoma(碳酸盐相)6.0720155.541.781.070.860.44Lake Superior(碳酸盐相)1.428.521.24.545.120.150.150.15Algoma(硫化物相)6.2327.714.62.422.270.910.730.17

样品为本次实测；带*样品测试单位为核工业北京地质研究院分析测试研究中心；其余样品测试单位均为廊坊市宏信地质勘查技术服务有限公司；Algoma和Lake Superior数据来源于Gross[5]；数据单位为%

表2 那西郭勒矿区铁矿石稀土元素含量及参数特征

带*样品测试单位为核工业北京地质研究院分析测试研究中心；其余样品测试单位均为廊坊市宏信地质勘查技术服务有限公司；数据单位为10-6

3 矿床地球化学特征

3.1 矿石主量元素

那西郭勒矿区铁矿石与Algoma和Lake Superior型铁矿石相比，矿石主量元素存在明显的差异(表1)，那西郭勒矿区铁矿石MgO、CaO、Al2O3、Na2O和P2O5含量偏高，Fe2O3和FeO含量偏低，可能反映了矿石形成过程中陆源碎屑和碳酸盐相的沉积组分较多[7]。

3.2 矿石稀土元素

由于Y离子半径和化学性质与Ho相似(Henderson，1984；Bau et al.，1996、1999)[8]，近来很多学者经常利用REE和Y研究前寒武纪条带状铁建造。

矿石中稀土总量ΣREE为39.63×10-6～142.08×10-6(表2)，变化范围较大，平均为96.83×10-6。经PAAS(后太古宙澳大利亚沉积岩)标准化后，呈现轻稀土元素相对亏损，重稀土元素相对富集的分馏模式(图5)，具Eu正异常(δEu=0.91～1.42，平均为1.16)，轻微的Y异常(δY=0.84～1.17，平均为0.99)，较低的Y/Ho(Y/Ho=24.20～33.15，平均为28.37)，大部分样品都有La正异常[9]。

图5 那西郭勒铁矿石稀土元素配分曲线图Fig.5 Diagram of rare earth elements of Naxi iron ore

图6 那西郭勒铁矿石Ce异常判别图解Fig.6 Distinguish iron ore ce anomaly discrimination diagram

4 矿床形成机制及矿床成因

东昆仑地区中元古代处于活动大陆边缘，该时期是基底形成的主要时期，地壳相对较薄。金水口岩群为一套活动大陆边缘火山-沉积盆地内形成的陆源碎屑岩、中基性火山岩-热水沉积岩、镁质碳酸盐岩组合。铁、石墨矿体主要赋存于金水口岩群地层中的条带状磁铁石英岩、石英片岩、斜长角闪片岩、斜长角闪岩和大理岩中。从含矿岩系及其顶底板岩石分析，由早到晚构成一套边缘海相海侵沉积，中期发育较强烈基性火山岩浆活动和热水喷流沉积。铁矿往往产出于强烈基性火山岩浆活动之后，海侵接近高潮，出现碳酸盐或白云质碳酸盐，海水相对较深的环境下[10]。强烈基性火山岩浆活动加热海水促使海水发生循环，萃取岩石中的硅、铁等成分，在氧化-还原界面形成热水喷流沉积岩系及条带状硅铁建造，在其顶部还原条件下炭质沉积后期变质则形成石墨矿体。铁、石墨矿体的产出受地层和岩性控制，矿体与围岩界线一般清晰，产状一致，矿体不穿层。磁铁矿矿石条带状构造明显，具有典型热水沉积硅铁建造的特征[11]。

在沉积成矿作用之后，变质作用是成矿的重要过程。变质作用过程中硅质发生重结晶形成石英，赤铁矿变质为磁铁矿，钙质流失，泥质转变为绿泥石，形成磁铁矿和石英等主要的矿石矿物和脉石矿物。变质作用对铁矿的进一步富集起到了重要作用，且使得磁铁矿和脉石矿物粒度变粗,而石墨矿主要是在变质作用过程中形成[12]。

由于后期岩浆岩的侵入，在侵入岩与金水口岩群大理岩接触部位发育矽卡岩化,矿床发现初期存在接触交代矽卡岩型矿床和沉积变质型矿床的认识争论。但是接触带部位的矽卡岩中很少发现有铁矿体，在侵入岩捕虏体内发现有磁铁石英岩，说明铁矿的形成明显早于侵入岩，与矽卡岩型铁矿具有本质区别。

总体来看，矿体产出受地层岩性控制，成矿经历了热水喷流沉积期、变质作用期和构造-岩浆变形-改造期三个阶段。热水喷流沉积期铁质、炭质与热水沉积硅质、陆源碎屑物及碳酸盐一起沉积；变质作用期矿质与围岩一起发生重结晶，致使矿物形态、颗粒大小发生变化，但没有化学组分的交代；构造-岩浆变形-改造期矿体形态被构造或岩浆作用所改造，矿体厚度、连续性等发生一定改变,矿床成因属于沉积变质型。

那西郭勒矿床形成于中元古代，含矿建造为变质陆源碎屑岩、变质碳酸盐岩及变质基性火山岩，经受了绿片岩相的变质作用，从变质程度与苏比利尔型铁矿具有一定的相似性，从矿床发育基性火山岩特点比较，与阿尔戈马型铁矿具有一定的相似性。然而，那西郭勒矿床含矿建造中发育一定的变质基性火山岩，斜长角闪片岩、斜长角闪岩等变质基性火山岩中赋存一定规模的铁矿体，与苏比利尔型铁矿以变质陆源碎屑岩为主，很少见变质火山岩的含矿建造存在一定差异；矿床形成于中元古代造山带基底演化的活动大陆边缘火山-沉积盆地环境，与苏比利尔型形成于古元古代时期的稳定克拉通之上的海相沉积盆地或被动大陆边缘环境也存在很大差异[13]。

那西郭勒矿床形成于中元古代造山带基底；含矿建造方面，那西郭勒矿床以大量出现变质陆源碎屑岩、变质碳酸盐岩。那西郭勒矿床矿石地球化学特征显示，矿石物质来源存在大量陆源成分。

因此认为，那西郭勒矿床是在造山带基底环境下形成的一种铁矿类型，属于热水喷流沉积-变质型(沉积变质型)。

表3 那西郭勒矿床与Algoma type，Superior type铁矿床特征对比

图7 那西郭勒沉积变质型铁-石墨矿床成矿模式图Fig.7 Ore-forming sedimentary metamorphic iron-graphite deposit metallogenic model

5 成矿模式

根据矿床特征、地球化学特征、控矿因素及矿床成因的分析，提取重要的成矿要素，建立的中元古代沉积变质型铁-石墨矿床成矿模式见图7及表4。

那西郭勒式铁-石墨矿床是东昆仑地区中元古代造山带基底形成阶段，在活动大陆边缘火山-沉积盆地内形成的沉积变质型矿产。金水口岩群是主要赋矿层位，石英岩、斜长角闪片岩、石英片岩和大理岩是铁和石墨矿主要含矿岩石，矿石呈条带状构造，矿石矿物变质特征明显，矿石成分单一，矿种以铁或石墨矿为主，矿体与围岩产状基本一致，构造和后期岩浆岩对矿体具有破坏作用。这些特征是鉴别该类矿床的主要标志[14]。

6 地球物理特征及找矿模型

6.1 岩矿石物性特征

6.1.1 磁物性特征

根据那西郭勒铁多金属矿普查项目磁物性统计结果，主要岩矿石磁物性特征总结如下：

1)磁铁矿矿石具超强磁性，磁化率平均值大于45 000×4π×10-6SI，剩余磁化强度大于10 000×10-3A/M。

2)磁铁矿化角闪片岩、磁铁矿石英岩等具较强磁性，磁化率几何平均值一般在4 000×4π×10-6SI～12 000×4π×10-6SI之间，剩余磁化强度平均值一般小于2 000×10-3A/M。

3)角闪片岩具中等磁性，磁化率平均值一般在4 000×4π×10-6SI左右，但深磁较强，剩余磁化强度平均值达4 000×10-3A/M。

表4 那西郭勒式沉积变质型铁-石墨矿床成矿模式

4)其他岩石具弱或无磁性，磁异常一般呈背景常特征。

6.1.2 电物性特征

根据矿区内各类岩矿石标本电性参数统计结果，各类岩矿石的电性特征如下：

1)石墨矿具有明显的高极化率、低电阻率的电性特征。极化率变化范围14.63%～74.73%，平均值为49.98%；电阻率平均值小于1 000 Ω·m, 与其他岩矿石电性差异明显，能够引起清晰可辨的低阻高极化异常。

2)磁铁矿石、磁铁矿石英岩、含石墨大理岩具有中低阻高极化的特征，极化率平均值均大于6%，电阻率平均值在2 000 Ω·m～3 000 Ω·m之间，其中含石墨石英岩电阻率较高，平均值达4 500 Ω·m以上三种岩性能够引起较为明显的中低阻高极化异常。

3)片麻岩、二长花岗岩、花岗质片麻岩具有高阻中低极化特征，极化率值在2%～3%之间，电阻率值在3 500 Ω·m～7 000 Ω·m之间，能引起范围较大、略高于背景值的激电异常。

6.2 地磁异常特征及钻探验证

矿区地磁异常具有明显的分带性，总体显示南、北两条异常带(图8)。其中北异常带走向呈北西—南东向展布，异常宽约0.1 km～0.5 km不等，该带总长度超过9 km，单个异常最大长度约0.5 m，异常沿走向呈串珠状分布，连续性差，总体呈现西部强，东部逐渐变弱的趋势，从图8看，该异常带显示正负伴生、曲线形态较为规则，ΔT极大值约5 000 nT。

图8 那西郭勒ΔT异常等值线平面图Fig.8 Naxi ΔT anomaly contour plan

图9 那西郭勒视极化率异常剖面平面图Fig.9 Naxi apparent polarization anomaly profile plan

图10 那西郭勒地区Ⅰ矿带21勘探线高磁正演推断图Fig.10 High - magnetic forward modeling for prospecting line 21 of the I area in Naxi area

南异常带分布走向呈北西—南东向展布，异常宽约0.1 m～0.5 m不等，推断为矿致异常。该异常带总长度约6 km，矿致异常集中分布区的长度约3.9 km，单个异常最大长度约1.7 km，总体异常沿走向呈带状分布，连续性好，且在中部显示膨大趋势，异常强度大、梯度陡、正负伴生，ΔT极大值约12 000 nT，ΔT极小值约-3 500 nT。

6.3 激电异常特征

矿区中部(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ铁矿带)发现一条激电异常带(图9)，走向北西-南东向，长约10 km，宽0.7 km～3.5 km，通过工作，在地表和深部钻孔中发现厚大的石墨矿带，石墨矿体表现为明显的低阻高极化特征，视极化率幅值范围在7%～15%，视电阻率值小于200 Ω·m，激电异常与石墨矿带具有一定的对应性，激电异常为寻找石墨矿提供了良好的依据。

6.4 钻探验证

经钻探ⅠZK2101等工程验证，孔深41.21 m～69.8 m见磁铁矿化体，视厚度28.59 m，孔深71.25 m～73.45 m见磁铁矿化体，视厚度2.2 m，TFe品位最高达27.30%；说明反演结果与矿体较为吻合(图10)。

结合ⅠZK2101各项物探参数及钻孔分层对21勘探线进行正演模拟计算，实测曲线与正演曲线拟合很好，可以确定该异常就是磁铁矿矿体所引起，综上分析，该异常沿走向连续性较好，钻探验证见视厚度30.79 m磁铁矿体，初步判断磁铁矿体其厚度、宽度、延伸较为稳定。

图11 那西郭勒沉积变质型铁-石墨矿床找矿方法流程图Fig.11 Process sedimentary metamorphic iron-graphite deposit prospecting method flow chart

7 找矿标志

根据本次研究情况，初步建立如下找矿标志：

1)地层标志。金水口岩群是矿区含矿层位，铁矿体主要产在斜长角闪片岩、石英岩、石英片岩中；石墨矿主要产在大理岩、斜长角闪片岩中，含矿层较为稳定。

2)该区的磁铁矿带与磁异常带非常吻合。因此磁异常对寻找及圈定磁铁矿体，尤其对隐伏磁铁矿来说，是区内最为重要找矿标志[15]。

3)通过对区内圈定的石墨矿(化)体与激电异常对比发现，激电异常与石墨矿化十分吻合，含石墨石英岩的极化率与石墨含量呈正相关关系，因此激电异常是寻找石墨矿的重要找矿标志[16]。

8 找矿方法组合

矿区发现的主要矿种为磁铁矿和石墨矿。主要赋矿层位是金水口岩群中岩组和上岩组，主要含矿岩石是石英岩、斜长角闪片岩、石英片岩和大理岩。磁铁矿具有强磁性、中高极化率、高密度特征，与围岩物性差异明显；石墨矿具有超高极化率低电阻率特征。

磁铁矿和石墨矿在空间分布上具有一定的相关性，地质和物探为直接找矿手段，对找矿具有很好的指导意义。地质测量、磁法测量和激电测量是该类矿床最佳的找矿方法组合。具体流程如下(图11)：

1)确定找矿靶区：根据地质背景、成矿条件结合1∶50 000航磁(或地磁)异常特征确定找矿靶区。

2)开展1∶10 000面积性地磁测量，圈定地磁异常，根据异常特征、地面初步检查及地质工作成果，初步判断异常性质，推断具有较好找矿前景的异常及有利地段开展1∶10 000激电剖面，初步圈定矿体可能的分布范围。

3)选择有利地段进行1∶2 000磁法剖面测量，进行反演计算等定量解释，选择有利部位进行工程验证，圈定磁铁矿体及石墨矿体。

利用该方法组合，能克服荒漠区地质观察、化探测量的困难，快速了解荒漠区磁异常的性质，减小磁异常解释的多解性，达到较为经济地寻找沉积变质型铁多金属矿的目的，缩短沉积变质型铁多金属矿的勘查周期。

9 结论

以那西郭勒铁-石墨矿床的勘查为例，在研究矿床特征和地球物理特征的基础上，总结出了一套适合高原荒漠区沉积变质型铁多金属矿的有效找矿组合方法，并梳理了勘查方法组合的流程。该方法对高原荒漠区铁多金属矿勘查具有经济、快速、有效的特点，在东昆仑西段荒漠区沉积变质型铁多金属矿的寻找具有重要意义。

本次预查工作主要采用了1：10 000高精度磁测、同步开展了1：10 000地质草测工作、1：10 000土壤剖面测量、1：2 000地质剖面及物探磁电剖面等工作，通过工作，大致了解了预查区的地质背景和矿床成因类型，并且在异常区发现磁铁矿化及石墨矿化线索，对发现的矿(化)体利用槽探和钻探工程进行控制追索，同时配套相应的光薄片、岩矿测试等方法和手段开展预查找矿工作，最终圈定4条磁铁矿带和9条石墨矿化体，提交铁矿石量约6 954×104t，石墨资源量约52×104t，由此说明，本次预查工作所选择的工作手段及方法合理、有效。