新疆阿克苏沙井子一带玄武岩矿床地质特征

隆 云

(中国建筑材料工业地质勘查中心新疆总队，新疆 乌鲁木齐 830000)

玄武岩是天然硅酸盐矿物，属基性火山岩，具有较高的耐化学腐蚀性、耐酸性能、较大的硬度和机械强度，广泛用于化工、冶金、电力、煤炭、建材、纺织和轻工等工业部门。玄武岩是生产玄武岩纸、石灰火山岩无熟料水泥、装饰板材、人造纤维的原料，还是陶瓷工业中的节能原料。

阿克苏市沙井子一带玄武岩矿产资源丰富，2020 年我单位通过实施新疆维吾尔自治区地质勘查基金项目，开展了新疆阿克苏市沙井子一带玄武岩矿预普查工作。通过1 ∶1 万地质填图、1 ∶2 千地质填图及钻探查证等工作方法手段，基本查明下二叠统库普库兹满组、开派兹雷克组地层为赋矿地层，圈定3 个玄武岩矿体，矿石质量较好，总结了玄武岩矿床特征及成因，对该区寻找玄武岩矿产资源具有一定指导意义[1]。

1 区域地质背景

区域大地构造位置地处塔里木陆块区(Ⅲ)、塔里木陆块(Ⅲ-1)、柯坪陆缘盆地(Ⅲ-1-3)的东缘。出露地层主要为古生代及新生代地层，区域岩浆活动较强，断裂构造不发育。

区域地层主要有上寒武—下奥陶统、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、新近系，含矿层位于下二叠统库普库兹满组(P1kp) 、开派兹雷克组(P1kpz)(图1)，前者为碎屑岩夹互火山岩沉积，岩性为钙质砂岩和玄武岩等为主；后者为杂色碎屑岩和玄武岩，岩性为灰黑色玄武岩、泥质粉砂岩、石英砂岩、岩屑砂岩等，玄武岩柱状节理发育，显示陆相火山岩特征。

图1 新疆阿克苏沙井子一带区域地质图

区域断裂构造较发育，构造线方向北东向，库如克吾组木断裂(F5)是具有继承性的一条大断裂，有深断裂性质，为区域重要的控矿断裂构造，从二叠纪末到现今仍处于活动中。

区域侵入岩不发育，火山岩较发育，火山活动主要发生在早二叠世早期及晚期，早二叠世早期火山岩为库普库兹满组火山岩，岩性为玄武岩和凝灰岩为主，早二叠世晚期火山岩为开派兹雷克组火山岩，岩性为玄武岩和气孔状玄武岩组成，二叠纪火山岩活动时限较长、出露面积较大，并且在横向上稳定延伸，火山岩以陆相溢流、喷发为产出相[2]，具一定规模喷发状的玄武岩柱。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层主要有下二叠统开派兹雷克组(P1kpz)、上新统库车组(N2k)。

下二叠统开派兹雷克组根据岩石组合特征划分为上、下两段[3]。下段(P1kpz1)分布于矿区北部，岩石组合为长石石英砂岩、粉砂质泥岩，产状130°～160°∠27°～29°，与上覆的下二叠统开派兹雷克组上段呈整合接触；上段(P1kpz2)分布于矿区中部，为一套基性玄武岩夹碎屑岩建造，该段是本区玄武岩矿的赋矿地层，按火山喷发韵律划分为三个喷发韵律。第一喷发韵律岩性为浅紫红色中厚层状粉砂质泥岩、灰黑色玄武岩、灰绿色中厚层状钙质细粒岩屑砂岩等组成；第二、第三喷发韵律岩性组合与第一喷发韵律一致，在岩石颜色上存在较小的区别。产状130°～168°∠23°～46°，与上覆第四系西域组呈角度不整合接触。

上新统库车组(N2k)分布于矿区东南部，总体呈北东向分布，主要岩石组合为状粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，局部夹有含砾细砂岩，产状130°～150°∠10°～15°。与上覆第四系西域组呈角度不整合接触。

2.2 构造

矿区构造简单，为向南倾单斜构造，区内断裂构造不发育，未见断层分布，节理裂隙为主要构造形迹，构造对矿体影响不大。

2.3 岩浆岩

矿区内侵入岩不发育，火山岩较发育。本次对开派兹雷克组地层中火山岩进行了重点研究，火山岩呈似层状产出[1]，呈1 个喷发旋回，3 个火山喷发韵律[4]，与圈定的3 个矿体对应，每个喷发韵律以基性火山岩—正常沉积碎屑岩为特征；各个喷发韵律的厚度为30.4 ～37.8m、29.0 ～45.6m、43.2 ～120.9m，最大的一个喷发旋回产出厚度为120.9m，野外见到柱状节理。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

通过本次工作，在下二叠统开派兹雷克组上段地层中圈定3 个玄武岩矿体(图2)。矿体呈单缓倾斜的似层状产出，Ⅰ号矿体长495 ～1 960m，宽30 ～40m；Ⅱ号 矿 体 长235 ～1 500m，宽20 ～50m；Ⅲ号矿体长620 ～1 210m，宽30 ～110m。产状142°～175°∠23°～38°，产状基本稳定，地表基岩裸露良好，柱状节理发育。矿体沿走向厚度变化较不稳定(表1)，向深部总体延伸稳定，矿体顶板围岩为灰绿色钙质细粒岩屑砂岩，底板围岩为紫红色粉砂质泥岩，与矿体呈整合接触(图3)。

图2 矿区地质剖面简图

表1 矿体基本特征一览表

图3 矿区典型剖面简图

3.2 矿石特征

(1)矿石自然类型及结构构造。

矿石自然类型单一，为灰黑色玄武岩。呈灰黑色，风化面呈浅灰黑色[5]，少斑结构，块状构造。岩石斑晶为斜长石，基质由斜长石、辉石和金属矿物组成。斑晶斜长石半自形板状，为中长石，见简单双晶，未见明显蚀变，粒度为2.3 ～3.95mm，含量2%。基质中斜长石呈半自形板状、长板状，简单双晶常见，呈格架状分布，粒度0.05 ～0.5mm，含量60%，在其间分布辉石和金属矿物，其中辉石为普通辉石，绿泥石化、绿帘石化，部分已完全被蚀变矿物取代，粒度0.06 ～0.3mm，含量33%，金属矿物半自形—他形粒状，多呈聚粒状或连晶状分布，单晶粒状者少见，粒度0.01%～0.25%，含量5%(图4)。

图4 玄武岩镜下鉴定照片

(2)矿石化学成分。

根据样品分析成果统计，矿石化学成分为：SiO242.98% ～49.44%， 平 均 值46.48%；Al2O310.37%～17.98%，平均值14.32%；CaO 4.68%～10.61%，平 均 值7.67%；MgO 2.83% ～8.39%，平均值5.02%；Fe2O313.07%～16.99%，平均值15.71%；FeO 0.29% ～12.76%，平均值8.17%；K2O 0.80%～2.56%，平均值1.40%；Na2O 1.98%～4.26%，平均值2.81%，矿石质量较好[6]。

(3)矿石物理力学性能。

2 组10 件代表性样品进行了矿石的物理力学性能测定，饱和状态下单轴抗压强度平均值为137.1MPa，干燥状态下单轴抗压强度平均值为176.0MPa，属于坚硬岩石[6-7]，强度较高。

(4)矿石放射性。

2 件代表性样品进行了矿石的放射性核素的比活度测定，矿石内照射指数(IRa)平均值为2.00Bq/kg，矿石的外照射指数(Iγ)平均值为1.38Bq/kg，使用范围只可用于建筑物的外饰面及室外其他用途[8]。

4 成因探讨

阿克苏市沙井子一带玄武岩的空间分布及其岩石学矿物学特征，揭示了该区岩浆活动的演化形成过程[9]。早二叠世早期—晚期塔里木板块来自地球深部的地幔柱源的岩浆开始上升，并导致塔里木板块的地壳抬升，海水向西退出，逐渐过渡为陆相沉积[10-11]，形成如库普库兹曼组陆相碎屑岩。当热熔体状态的岩浆上浮力超过上覆岩石圈的扰曲强度时，岩石圈发生破裂，深部积聚的岩浆快速沿破裂带上升，在地表喷发并成溢流状玄武岩[12]。随着岩浆房内岩浆的不断消耗，喷发作用逐渐消退，岩浆通道附近的围岩在失去支撑后垮塌破裂，并在后期被残余岩浆带出，形成角砾熔岩、火山角砾岩。随后岩浆作用停止，高密度的熔岩造成地表沉降，接受陆相沉积。同时岩浆房重新积聚来自源区部分熔融产生的岩浆，等待新一轮喷发，如此反复。

阿克苏市沙井子一带玄武岩是多期喷发作用的结果，每次喷发可以来自不同的岩浆房或火山通道，但岩浆源区基本一致，因为上下各层玄武岩的岩石矿物学特征相似。每期喷发作用都具有一定的序列，先是稳定的熔岩流，由于受沉积地层的冷却作用，在近沉积地层的上部形成柱状节理，往上则为致密块状玄武岩。在喷发结束时多发育火山角砾岩或凝灰岩，而在喷发停止后的沉积作用阶段，则可以发育凝灰质的细粒碎屑沉积岩。多期玄武岩浆的喷发作用，指示了该区二叠纪玄武岩的岩浆房经历了“积聚—喷发—再积聚—再喷发”的过程，而熔融岩浆的源区则经历了不断“部分熔融”和“岩浆抽提”的过程。根据矿区玄武岩矿床岩石、矿物组合特征及矿体形态、产状、规模、矿石质量特征，矿区玄武岩矿床为典型的火山岩型玄武岩矿床。

5 结论

(1)阿克苏市沙井子一带玄武岩矿体赋存于下二叠统开派兹雷克组地层中，为一套基性玄武岩夹碎屑岩建造，产出受地层控制，呈似层状。火山岩呈1 个喷发旋回，3 个火山喷发韵律，每个喷发韵律以基性火山岩—正常沉积碎屑岩为特征；喷发形式显示为喷发—喷溢—间歇—再喷发，圈定的3 个矿体，与3 个火山喷发韵律对应。

(2)矿石自然类型为灰黑色玄武岩，呈少斑结构，块状构造。矿石质量较好，矿石成分平均值：SiO246.48%、Al2O314.32%、CaO 7.67%、MgO 5.02%，可用于岩棉，属大型矿床，开采技术条件良好，外部建设条件优越，开发利用前景较广。

(3)早二叠世南天山与塔里木接合部发生上二叠纪裂谷事件，沿构造线大量的碱性玄武岩喷发，并在横向上稳定延伸，火山岩以陆相溢流、喷发为产出相，具有较好的找矿潜力。