东天山帕尔岗铁矿地球化学特征及成因分析

冯友全

(新疆八钢矿业资源有限公司)

前言

东天山位于新疆东部，西起小热泉子，东至甘新交界，面积约6万km2，是中国重要的铜、镍、金、铁、铅锌等大型矿床集中区，是我国最有潜力的铁矿找矿远景区之一。东天山成型的铁矿床主要分布于阿齐山-雅满苏-沙泉子(裂陷槽)Fe-Mn-Co-V-Ti-Au-Cu-石膏-煤-硫铁矿矿带、艾尔宾山(残余海盆)Fe-Mn-Cu-Au-W-Sn-Pb-Zn-U-菱镁矿-石墨-硅灰石-红柱石-石棉-滑石-蛇纹岩-硫铁矿-盐类矿带两个成矿带内。带内规模较大的矿床有尖山铁矿、梧桐沟铁矿、M135铁矿、卧龙岗铁矿、帕尔岗铁矿。其中，帕尔岗铁矿为带内规模最大的铁矿床，已达大型铁矿床规模。通过对帕尔岗铁矿展开了勘查工作，收集和整理了大量的野外成果资料，展开地质及岩石化学特征研究工作，重点是对矿体、围岩的主量元素、微量元素及稀土元素特征进行了系统研究，为进一步研究东天山铁矿床乃至整个天山铁矿的成矿机制和成矿规律提供新依据。

1 区域地质背景

帕尔岗铁矿床位于东天山南部，库米什残余盆地，处于卡瓦布拉克大断裂与辛格尔大断裂之间。属于艾尔宾山(残余海盆)，卡瓦布拉克大断裂与辛格尔大断裂之间(图1)。据区调成果，区域上出露地层主要有志留系中、下统叉口组，志留系上统阿尔彼什麦组，泥盆系中统萨阿尔明组，泥盆系上统哈孜尔布拉克组，泥盆系上统褐岭组等。

志留系中、下统叉口组进一步划分为两个岩性段：第一岩性段为一套浅变质灰绿色、灰色碎屑岩夹碳酸盐岩组合，发育平行层理、水平层理。粒度分布累积曲线特征和Cox.R(1998)典型环境砂岩粒度曲线相比，与前滨冲刷带相近；第二岩性段为一套镁质碳酸盐组合，水平层理，为浅海相碳酸盐岩台地沉积。侵入岩主要受断裂构造严格控制，属被动就位机制，多呈岩株状和岩枝状分布，岩性主要为石英闪长岩、石英二长岩、正长花岗岩，另有辉绿岩、辉绿玢岩、闪长玢岩、花岗闪长岩等岩脉。

2 矿床地球化学特征

2.1 主量元素地球化学特征

本次收集帕尔岗铁矿石及其围岩的5件样品主量元素、微量元素、稀土元素分析成果资料，原岩均为沉积岩，5件样品中有4件样品投入岩屑砂岩中，仅一件样品投入杂砂岩中。铁矿体为矿石外，本次其他1件围岩样品进行了含矿性分析，确定此1件样品均具有一定的含矿性。迪金森三角图解法，根据5件样品中石英+燧石、长石、不稳定岩屑的含量进行投图分析，确定砂岩均来源于石英质再旋回造山带源区。

2.2 微量元素地球化学特征

5件样品La含量18.9×10-6～40.2×10-6，平均含量25.56×10-6；Th含量5×10-6～227.9×10-6，平均含量52×10-6；Sc含量2×10-6～5.8×10-6，平均含量3.48×10-6。根据La-Th-Sc微量元素构造环境判别，环境均处于大陆边缘环境中。与典型构造环境的砂岩比较，除TiO2、Fe2O3、MnO、CaO的含量较典型构造环境低，Na2O 的含量变化范围较大，其它岩石化学成分介于被动陆缘与活动陆缘之间，总体来讲构造背景与活动陆缘较接近。

Sr/Ba比值可作为古盐度判别的灵敏标志，是依据溶液中Sr的迁移能力及其硫酸盐化和物的溶度远大于Ba的地球化学性质。淡水沉积物中Sr/Ba值小于1(1～0.6为半咸水相，小于0.6为微咸水相)，而盐湖(海相)沉积物中Sr/Ba值大于1。本次微量元素测试结果显示Sr/Ba为0.1～0.6，为微咸水相～半咸水相的淡水环境中，其中铁矿石Sr/Ba为0.6，其余为0.1～0.3，显示铁矿成矿期水体盐度增加较大。与地壳砂岩平均值相比，具高Co、Ni、Cr、V、Ba、Sr、Li、B，低Th、Rb、Zr的特点，表明为河流入海口沉积。

研究认为[1]，V、Ni同属铁族元素，其离子价态易随氧化度变化，V、Ni主要被胶体质点或粘土等吸附沉淀，但V易于在氧化环境下被吸附富集，Ni则在还原环境下更易于富集，因此元素V/(V+Ni)比值可反映沉积水体的氧化还原环境。高比值(>0.84)反映水体分层及底层水体中出现H2S的厌氧环境；中等比值(0.6～0.82)为水体分层不强的厌氧环境；低比值时(0.46～0.60)为水体分层弱的贫氧环境。本次微量元素测试结果显示V/(V+Ni)为0.63～0.86，显示沉积环境为水体分层不强的厌氧环境～水体分层及底层水体中出现H2S的厌氧环境中。

2.3 稀土元素地球化学特征

稀土元素含量总体较高，5件样品稀土总量介于75.71×10-6～197.18×10-6,平均152.83×10-6,稀土总量变化较大。LREE/HREE介于7.84～30.41，平均值17.30，总体表现为轻稀土富集，重稀土亏损特征，分布曲线呈右倾，LaN/YbN介于0.98～2.32，平均值1.73，表明轻、重稀土具有一定分馏作用。δEu值介于0.81×10-6～1.59×10-6,平均值1.12×10-6, δEu为正异常。δCe介于1.19×10-6～2.61×10-6,平均值1.80×10-6, δCe为正异常。在碎屑岩La/Yb-∑REE图解中，5件样品有4件样品投入沉积岩中，1件样品投入沉积岩与碱性玄武岩混合源区，投入沉积岩与碱性玄武岩混合源区的样品为铁矿石，说明帕尔岗铁矿围岩来自于沉积岩母岩风化成岩产物，铁矿石来自于沉积岩与碱性玄武岩混合源区。

3 矿床成因分析

3.1 区域构造演化特征

奥陶纪-志留纪在此阶段由于受南北向挤压作用，库米什洋向北俯冲、卡拉麦里洋向南俯冲，中天山构造带表现为岩浆弧特征，南天山构造带表现为弧后盆地性质，在水平挤压强烈地区，形成弧后扩张现象，区外见有蛇绿岩产出，区内南天山弧后盆地带上形成大规模海侵，沉积了下—中志留统叉口组地层，形成了帕尔岗铁矿含矿层，物源来自于中天山岩浆弧带和库鲁克塔格隆起带。

3.2 控矿构造分析

含矿岩性以含铁硅质岩为主，矿体呈层状、似层状产出，顶板为灰白色含黄铁矿变粉砂岩夹变细砂岩，矿层底板为深绿色绿泥石板岩，矿体产状与地层一致，严格受地层控制。

3.3 变质作用

铁矿石以粒状变晶结构，条带状构造为主。经岩矿鉴定成果：磁铁矿在矿石中受变质重结晶作用呈自形、半自形及它形粒状变晶结构，还有的是后期多次重结晶，按其粒径大小分为中粒、细粒状两种，在矿石中普遍以细粒为主；条带由黑灰相间的铁质条带及硅质条带组成，黑色条带主要由铁矿物及少量的绿泥石、碳酸盐及石英等组成，局部受构造作用及热液活动铁质有迁移富集呈铁条带，贫化部位形成了富硅质条带。

3.4 成矿时代

根据成果报告[2]，采集的安山岩砾石锆石单颗粒Pb-Pb年龄为443±33Ma，相当于早志留世；被晚志留世片麻状花岗岩侵入，与上覆上志留统阿尔彼什麦布拉克组整合接触，故其时代应为早-中志留世。

3.5 成矿环境

根据微量元素确定帕尔岗铁矿大地构造环境认为表现为弧后盆地性质。河流入海口沉积的微咸水相～半咸水相的淡水环境中。水体为分层不强的厌氧环境～水体分层及底层水体中出现H2S的厌氧环境中。

3.6 成矿物质来源

根据主量元素确定铁矿来源于石英质再旋回造山带源区，根据稀土元素确定铁矿物资来自于沉积岩与碱性玄武岩混合源区。根据成矿水来源分析，4件样品投入到热水区。

综合分析，确定成矿物质来源于造山带源区。

3.7 矿床成因

林师整[3]通过对3000多个磁铁矿化学成分数据的系统分析，利用统计学的第五章矿床地球化学特征原理，制作了TiO2-Al2O3-(MgO+MnO)磁铁矿成因三角图解，能够更为准确的将侵入岩中副矿物型及岩浆型、火山岩型、接触交代型、砂卡岩型和沉积-变质型铁矿床中形成的磁铁矿区分开来。

在帕尔岗铁矿TiO2-Al2O3-(MgO+MnO)图解中，帕尔岗铁矿铁矿样品中全部落在了沉积-变质型区。这就说明帕尔岗铁矿是具有沉积-变质型成矿特点。

综上所述，帕尔岗铁矿属沉积-变质型铁矿床。

4 结论

(1)区内矿体赋存于志留系中-下统叉口组第一岩性段为一套浅变质灰绿色、灰色碎屑岩夹碳酸盐岩组合，发育平行层理、水平层理。矿体顶板为灰白色-灰色含黄铁矿化变粉砂岩夹薄层状变细砂岩，中部为红褐色，黑色赤铁-磁铁矿体，底板为绿泥石板岩，矿体受地层严格控制。

(2)区内共圈定大小矿体21条，主要矿体为Z-L3矿体，地表呈一弧形层状展布，长度约1300米，矿体平均厚度为22.00米，TFe平均品位31.56%；矿石结构主要为粒状变晶结构及交代结构两种，矿石构造主要为条带状、块状构造两种。

(3)矿床地球化学特征显示，原岩以岩屑砂岩为主，均具有一定的含矿性，来源于石英质再旋回造山带源区；构造背景与活动大陆边缘接近，具有弧后盆地性质，河流入海口沉积的微咸水相～半咸水相的淡水环境中；水体为分层不强的厌氧环境～水体分层及底层水体中出现H2S的厌氧环境中；稀土总量较大，轻稀土富集，重稀土亏损特征，轻、重稀土具有一定分馏作用，δEu为正异常，δCe为正异常；铁矿石来自于沉积岩与碱性玄武岩混合源区。

(4)通过矿床地质和地球化学特征等研究，初步认为帕尔岗铁矿属沉积-变质型铁矿床。