西天山查岗诺尔矿区构造变形研究:对阿吾拉勒成矿带构造控矿模式的启示

罗正江, 鲁如魁, 王 剑, 刘 奎, 周小虎,冯 乔, 李 阳, 孙少林

西天山查岗诺尔矿区构造变形研究:对阿吾拉勒成矿带构造控矿模式的启示

罗正江1, 2, 鲁如魁1*, 王 剑2, 刘 奎1, 周小虎1,冯 乔1, 李 阳1, 孙少林1

(1. 大陆动力学国家重点实验室, 西北大学 地质学系, 陕西 西安 710069; 2. 新疆油田公司实验检测 研究院, 新疆 克拉玛依 834000)

阿吾拉勒成矿带是西天山重要成矿带之一, 经历了多期构造作用, 并伴生多期成矿作用。本文对成矿带内查岗诺尔矿区及邻区构造变形特征以及变形序列精细解析, 探讨构造变形对铁矿的成矿作用以及后期改造作用的影响, 为西天山地区铁矿床成因和找矿方向提供新启示。野外构造观察发现, 研究区断裂构造主要分为NW-NWW向高角度韧性‒韧脆性走滑断层及逆冲推覆断层, 以近EW向、近SN向为主的高角度共轭脆(韧)性走滑断层和近SN向脆性右行走滑断层。年代学研究表明, 断层分别形成于燕山晚期‒喜马拉雅早期、喜马拉雅中期和喜马拉雅晚期, 均为成矿期‒成矿期后的构造记录。早期高角度韧性‒韧脆性走滑断层是区域性控矿构造, 而逆冲推覆断层是矿区主导控制性构造; 中期共轭脆(韧)性走滑断层对矿体具有较为强烈的破坏和改造作用; 晚期脆性右行走滑断层对矿体影响较小。查岗诺尔和智博矿区的断裂构造主要表现为对矿体的破坏和改造作用, 而在松湖和塔尔塔格矿区, 韧性‒韧脆性剪切带是主要的控矿构造。主矿脉与构造密切伴生, 具体表现为与成矿作用密切相关的磁铁矿化、绿泥石绿帘石化、碳酸盐化等蚀变多沿构造裂隙发生。

查岗诺尔; 阿吾拉勒成矿带; 构造变形; 构造与成矿

0 引 言

我国西北地区铁矿资源丰富, 高品位铁矿床多分布于阿尔泰中东部、准噶尔地块两侧、天山及阿尔金等地区(李小军, 1994; 赵玉社, 2003; 郭玉峰等, 2005; 卢宗柳和莫江平, 2006; Jiang et al., 2014; Zhang et al., 2014)。西天山地区构造变形强烈、火山活动频繁, 伴生有多期成矿作用, 特别发育石炭纪火山岩型铁矿, 为成矿作用研究提供了得天独厚的条件(姜常义等, 1996; 左国朝等, 2008; 高俊等, 2009; 李永军等, 2009; 田敬全等, 2009, 2015; 朱志新等, 2013; Zheng et al., 2020)。

阿吾拉勒成矿带是西天山地区的重要成矿带, 也是新疆地区极具潜力的铁矿带之一, 一直备受关注(冯金星等, 2010; 胡秀军等, 2010; 陈文革等, 2011; 董连慧等, 2011; 王志华等, 2012; 牛贺才等, 2012; 张作衡等, 2012; 李大鹏, 2013; 严爽等, 2013; Jiang et al., 2014; Hou et al., 2014; 张喜, 2014; 田敬全等, 2015; 申萍和潘鸿迪, 2020)。阿吾拉勒成矿带铁矿床形成过程中经历多期次构造变形, 成矿地质条件十分复杂。目前关于该成矿带的形成机制, 尚存在火山岩型、火山沉积改造型、矽卡岩型、岩浆矿床叠加后期热液交代的复合型等多种不同认识(冯金星等, 2010; 洪为等, 2012; 赵军, 2013; 葛松胜等, 2014; Duan et al., 2014; Jiang et al., 2014; Sun et al., 2015; 申萍等, 2020)。此外, 由于该成矿带内古火山机构发育, 有研究者认为铁矿床主要受控于海相火山活动中心, 呈线性分布(陈毓川等, 2008)。李凤鸣等(2011)则指出铁矿的成矿类型与距离火山中心远近有直接的关联。董连慧等(2011)在研究新疆富铁矿床特征的基础上, 提出了铁矿床预测类型, 并构建了上叠裂谷火山岩型富铁矿床的成矿模式。张喜(2014)则提出矿床成因具有由近火山口火山喷溢‒矿浆贯入等作用为主的观点。前人对阿吾拉勒成矿带铁矿床研究多集中于矿床探测与矿床成因, 而关于阿吾拉勒成矿带矿床构造控矿模式的研究鲜有报道。

构造在成矿过程中起重要作用, 是成矿作用不可或缺的组成部分。一般来说, 在整个成矿过程中构造变形与成矿流体、成矿作用关系紧密。构造作用既驱动流体运移, 为其赋存提供空间, 又影响着区域内各地质体, 对其进行破坏或改造(Henley and Adams, 1992; 翟裕生, 1994; Groves et al., 1998; Cox et al., 2001; 翟裕生和吕古贤, 2002; Blenkinsop, 2004; Goldfarb et al., 2005)。不同的构造表现出不同的成矿方式, 从而导致矿床(体)类型的多样性。因此, 构造活动的多期次、多阶段性通常是造成矿区成矿格局复杂的重要原因。据此, 针对阿吾拉勒成矿带铁矿床成因, 本文选择带内最具代表性的查岗诺尔及其相邻的智博、松湖和塔尔塔格等矿区作为研究对象, 开展构造变形研究。通过构造专项填图和构造剖面测制, 查明查岗诺尔等矿区构造变形特征以及构造变形序列, 进而探讨构造变形与成矿作用之间的关系, 为建立和完善阿吾拉勒成矿带控矿模式提供新的资料与证据。

1 矿区地质概况

西天山造山带是中亚造山带的重要组成部分(Windley et al., 2007; Xiao et al., 2013; Han and Zhao, 2018), 在晚古生代增生造山过程中, 火山活动强烈, 伴生多期次、多阶段的壳幔相互作用, 造成了铜铁金的富集。自西北向东南形成了3个重要成矿带, 依次是别珍套‒汗吉尕铜多金属成矿带、博罗霍洛铜金成矿带和阿吾拉勒成矿带(朱永峰, 2009)。其中阿吾拉勒成矿带处于西天山造山带中部伊犁地块东北缘活动带中, 夹持于卡拉库姆‒塔里木、哈萨克斯坦‒准噶尔两大板块之间, 南北侧分别是天山主干断裂(中天山北缘断裂)和尼古拉耶夫线‒那拉提北缘断裂(图1)。

图1 阿吾拉勒成矿带构造背景简图(据姜常义等, 1996)

阿吾拉勒成矿带是西天山主要成矿带之一。自2007年起在该地区6000 km2的范围内累计发现了查岗诺尔铁矿、备战铁矿、智博铁矿3处亿吨级高品位大型铁矿区。该成矿带内构造活动强烈, 火山机构发育, 主要发育火山岩型铁矿, 铁矿与海相火山岩及火山碎屑岩密切相关, 少数与陆相火山岩相关, 普遍形成于早石炭世(汪帮耀等, 2011; 洪为等, 2012)。矿体常与火山机构和断裂构造关系密切, 它们为成矿流体提供了运移通道和沉淀场所, 形成大量与火山活动有关的铁铜等多金属矿床。总体上, 矿床具有分布广泛且成群集中的特点, 整体沿NWW向呈带状展布, 具有东铁(铜)西铜的特征。

阿吾拉勒成矿区内出露的地层主要有元古宇、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系和第四系(陈毓川等, 2008; 冯金星等, 2010), 其中石炭系大哈拉军山组(C1)和伊什基里克组(C2)是该成矿区铁铜矿床的主要容矿地层。大哈拉军山组为一套海相火山岩夹碳酸盐岩的火山喷发‒沉积岩建造, 发育多个喷发旋回, 主要由玄武岩、安山岩、灰岩、砂岩、凝灰岩和集块岩等组成, 是成矿带内多个火山岩铁矿的赋矿围岩。伊什基里克组主要是一套酸性火山岩、凝灰岩及熔岩。熔岩以玄武岩、流纹岩为主, 具双峰式组合特征, 与大哈拉军山组之间为不整合接触。区域岩浆活动频繁, 呈近东西向带状分布, 以华力西期岩浆活动最普遍, 少量为加里东晚期。区内同样广泛分布有侵入岩, 以中酸性花岗岩类为主, 呈岩基、岩株、岩枝、岩脉等多种形态产出, 有从东向西逐渐变新的特点(朱志新等, 2013)。

阿吾拉勒成矿带位于博罗科努山系主脊线石炭纪活动陆缘带内, 火山机构发育, 褶皱构造以及由火山活动诱发的断裂构造较常见, 主要表现为华力西晚期构造形迹。作为重要赋矿岩层的大哈拉军山组呈现为一大型向斜构造, 构成独立的构造岩片。而断裂构造错综复杂, 主要为区域性断裂和火山机构派生的环状断裂、放射状断裂系等。早期断裂主要为东西向展布, 晚期则发育NW向和NE向压扭性断裂。

查岗诺尔矿区位于一个面积约314 km2的破火山口西北缘。该矿区以巩乃斯河为界, 分为Fe1和Fe2两个矿体(图2)。东侧的Fe1矿体为矿区主体, 长度约3 km, 平均厚度约为70 m。矿体呈NNE-SSW向展布, 并向东倾斜。中段微向南东东凸出, 并具有显著膨大, 向北被第四系覆盖; 南段逐渐尖灭, 且具有明显凹向北西的趋势。矿体两侧围岩发生强烈的石榴子石化、绿帘石化、阳起石化等蚀变, 围绕矿体呈条带状分布, 并有向矿体方向蚀变程度加强的趋势。矿体具有较规则的形态, 主要呈层状、透镜状产出, 具有整体分散聚合、局部膨大狭缩、两端尖灭再现的特征。矿体围岩主要是下石炭统大哈拉军山组安山岩、大理岩和流纹质熔岩及中酸性火山碎屑岩。Fe2矿体由Fe2-1和Fe2-2两个矿体组成, 平均厚度约45 m, 呈条带状或椭圆状展布, 倾向北西, 局部出露零星矿体。矿体周围可见第四系冰碛岩、石榴石化矽卡岩或阳起石岩等。矿体剖面上呈现为锥形, 向深部尖灭。矿石品位和矿体埋藏深度有关, 表现出深部矿体厚、品位较低, 而浅部矿体比较窄、品位较高的特征。

图2 查岗诺尔矿区地质构造简图(据田敬佺等, 2015)

2 査岗诺尔矿区及邻区构造

2.1 查岗诺尔、智博矿区构造特征

阿吾拉勒成矿带东段查岗诺尔、智博矿区的基本构造格架是轴迹近南北向的宽缓背斜构造, 叠加NW-NWW向逆冲推覆断层和高角度韧性‒韧脆性断层, 以及近EW向和近SN向高角度走滑断层(图3)。

图3 查岗诺尔矿区构造地质图

2.1.1 NW-NWW向断裂

NW-NWW向逆冲推覆断层及高角度韧性‒韧脆性断层在矿区内广泛发育。其中, 高角度韧性‒韧脆性走滑断层规模较大, 是发育较早的区域性控矿构造, 由一系列产状较为一致的次级断层及其伴生的紧闭褶皱(图4)构成, 时而分枝、时而复合、扭动延伸, 沿走向产状有所变化, 但总体趋势不变。断面波状起伏, 为压性结构面。断裂带宽窄不一, 主要由断层破碎带、挤压片理化带、矿化蚀变带等组成, 局部可见擦痕、阶步等小构造以及晚期叠加其上的共轭X剪节理(图5)。

NW-NWW向逆冲推覆断层为两矿区控制性构造。断层规模不等, 断面产状陡缓变化较大, 多呈铲状, 正冲与反冲相伴发育。断层带内岩石支离破碎, 沿裂隙发生磁铁矿化、褐铁矿化、绿帘石化、石榴石化等蚀变作用。该组逆冲推覆断层发生于走滑断层之后, 主要沿两个方向发生推覆, 优势倾向分别为205°～235°和355°～15°。其中, 自南西向北东的推覆更显著(图6)。而在北缘, 有一定规模的由北东向南西的推覆, 两者表现为对冲形式。

图4 查岗诺尔矿区高角度韧性‒韧脆性走滑断层及其伴生的紧闭褶皱

图5 查岗诺尔矿区NW-NWW向断裂带内发育的擦痕、共轭节理

图6 查岗诺尔矿区NW-NWW向逆冲推覆断层野外露头

F1断裂是NW-NWW向逆冲推覆断层的典型代表。该断裂出露于Fe2矿体的东北侧, 并从Fe1、Fe2矿体中间穿过, 呈NW-SE向延伸。该断裂在Fe2矿体的北侧被近EW向的断裂截切, 在Fe1矿体南侧与F3断裂交切, 南段被近南北向断裂截切, 全长约5 km, 为右行走滑断层。破碎带宽15～25 m, 优势产状为240°∠35°～55°, 多条产状相近的断裂将岩石切割成大小不一的菱形块体, 多条断裂平行分布, 间距约10～40 cm, 带内形成规模不等的构造透镜体, 围绕透镜体分布有强烈的挤压片理化带。岩石破碎强烈, 沿裂隙发生石榴石化、绿帘石化、阳起石化等蚀变。多组构造与F1断裂交切: 产状为190°∠81°近EW向韧脆性变形带, 宽约15 m, 带内发育紧闭的背向斜构造、挤压片理化带和构造透镜体, 被F1切割; 而产状为265°～276°∠80°～87°(局部110°∠68°)的近SN向韧脆性变形带, 宽5 m左右, 以左行走滑为主, 截切F1。蚀变产出状态表明, 其与上述3组构造关系密切, 尤其是产状陡倾的韧脆性变形带控制了蚀变的发生。

2.1.2 近EW向与近SN向共轭断裂

近EW向高角度右行走滑断裂和近SN向高角度左行走滑断裂在矿区交织出现, 尤其是近矿体处往往形成网格状格局, 两者互相截切, 具有共轭构造特征。空间上, 这些走滑断层与上述逆冲断层相伴产出; 时间上, 与逆冲断层同期或略晚于逆冲断层。值得一提的是, 这两组走滑断裂对矿体具有较为强烈的破坏和改造作用, 尤其是近SN向高角度走滑断层在局部控制了部分矿体的产出。

近EW向断裂以F5断裂为代表。该断裂出露于Fe1、Fe2矿体的北侧, 优势产状为15°∠83°, 断裂面呈波状起伏, 扭动延伸, 其上可见擦痕和阶步, 擦痕产状为100°∠25°, 运动学特征指示其为右行走滑。断层破碎带宽约10 m, 带内构造劈理化带与构造透镜体发育, 局部出露密集的挤压片理, 岩石破碎成次棱角状、透镜状, 并发生较强烈的绿泥石、绿帘石、褐铁矿化等蚀变。该断裂在矿区内长约3 km, 控制了矿体向北侧的延伸, 在部分地段又截切矿体和矿化蚀变带, 被近SN向脆性断裂破坏切割, 向东止于NW向断裂。

近SN向的F6断裂出露于Fe2矿体的南侧, 优势产状为265°∠79°, 断面亦呈波状起伏, 规模不大。该断裂在矿区内出露长度约1.5 km, 为韧脆性左行走滑断层。破碎带宽5～10 m不等, 韧脆性变形强烈, 发育剪切相关褶皱、无根钩状褶皱、条带化构造、挤压片理化带、构造透镜体、石香肠构造以及其他不对称构造等, 均指示了左行走滑特征。带内多条断裂面产状相近, 其间有多条次级高角度的逆冲断层和反冲断层, 形成似“S-C”组构样式, 并将岩石切割成多个叠瓦状断块。

2.1.3 近SN向右行走滑断裂

近SN向断裂主要分布于矿区东侧, 表现为高角度脆性右行走滑断层, 为矿区最后一期构造活动。空间上, 它们不等距稀疏发育, 对上述各期构造形迹以及矿体产状有一定影响, 但总体位移量较小(图7)。近SN向断裂以F7和F8断裂为典型代表(图3)。该组断裂北段与近EW向断裂相交, 形成网格状格局, 局部切过石榴石蚀变带和部分岩体, 中、南段切穿多条与F3断裂大致平行的断裂, 局部与近EW向断裂交切。断裂优势产状为93°∠76°～85°, 带内岩石破碎变形呈次圆状、浑圆状, 具叠瓦状构造面貌, 较为密集的片理化带绕断块分布。

构造剖面(图8)特征与填图资料共同反映了研究区构造格局, 即主要表现为一系列大型逆冲推覆构造、高角度韧性‒韧脆性断层、高角度走滑断层, 逆冲、反冲断层是矿区较为常见的构造类型, 且构造变形带、矿化蚀变带等十分发育。

2.2 松湖矿区构造特征

松湖矿区位于阿吾拉勒成矿带西段, 矿区内基本构造格架为NWW向高角度韧‒韧脆性剪切走滑断层、NW-NWW向韧脆性逆冲断层和高角度多方向脆性走滑断层相互叠加改造。其中, 逆冲断层是该矿区尤为醒目的构造类型。

图7 查岗诺尔矿区近南北向脆性右行走滑断层(照片在剖面中的位置请见图8)

2.2.1 NW-NWW向断裂

NW-NWW向断裂在矿区比较发育, 主要表现为高角度韧‒韧脆性剪切走滑断层和逆冲断层, 二者分别沿着矿体北侧和南侧出露, 共同围限矿体。其中, 高角度韧‒韧脆性剪切走滑断层在松湖矿区稀疏分布, 但规模较大, 由一系列倾向基本一致的次级断层组成, 不同级别、不同规模的断层分枝复合, 扭动延伸, 沿走向产状有所变化, 但总体为NWW向。

沿断裂带塑性变形强烈, 形成不同尺度的韧性剪切构造, 发育糜棱岩, 糜棱面理产状陡倾。变形带内岩石多具透镜化, 围绕透镜体的碎基发生强烈的塑性流动。矿物定向排列、旋转拉长、拔丝拖尾, 常见规模不等的眼球碎斑(图9、10)。该组断层是区内发育较早的断裂构造, 也是区域性控矿构造。磁铁矿化、阳起石化、绿帘石化等蚀变多沿构造裂隙发生。强变形带内多有磁铁矿体充填, 形成网格状的磁铁矿细脉, 并表现出较强烈的塑性变形。松湖主矿脉赋存于韧性变形带中, 被后期逆冲断层、走滑断层破坏改造, 反映出与构造变形的相关性。NW-NWW向逆冲断层作为矿区主导控制性构造, 可能衍生于前述走滑断层之上, 并截切走滑断层及其所控制的磁铁矿矿体。正、反冲断层均十分发育(图11), 沿断面可见大量的片理化带发育, 为典型的压性结构面。两个方向的逆冲(推覆)组成矿区复杂的构造变形系统, 优势产状分别为225°～255°∠34°～ 68°和345°～10°∠35°～75°, 其中自南西向北东的推覆更为显著。

另外, 野外见宽约5 m的磁铁矿体, 矿体与围岩整合接触, 沿两者接触带及矿体内部发育产状为219°∠86°的断裂, 矿体局部被破坏。断面沿走向扭动延伸, 可见产状为176°∠35°擦痕阶步, 指示断层上盘向北西方向逆冲走滑。矿体走向与该断裂基本一致, 受该断裂改造明显。磁铁矿体内部及与围岩接触带有多条碳酸盐细脉贯入, 并被拉断成香肠状、透镜状, 塑性变形特征显著, 糜棱面理产状与矿体产状一致。点北约20～30 m处发育产状为261°∠69°的断面, 断面波状起伏, 发育近平行的擦痕和阶步, 指示断层右行走滑, 该组断裂剪切产状为65°∠52°的压性断裂。

2.2.2 近EW向和近SN向断裂

近EW向、近SN向高角度脆(韧)性走滑断层在矿区出露规模较小, 两者互相截切, 为共轭构造, 是矿区最后一期构造活动的表现。它们对矿体具有较强烈的破坏和改造作用, 使矿石强烈破碎, 局部呈粉末状, 并有强烈的绿泥石化、绿帘石化等蚀变。优势产状为178°～195°∠70°～89°近EW向高角度逆断层将岩层切割成大小不一透镜体和片理化带, 同时衍生出产状为115°～127°∠32°～49°缓倾断层及其反冲构造, 高角度逆断层断面发育产状与其相近的擦痕。根据露头特点, 推断研究区所发育的一系列缓倾断层与高角度逆断层具有相同的力学机制和构造演化相关性。近SN向断层优势产状为270°～296°∠67°～83°, 发育多条产状相近、规模不等的断面, 结构面波状起伏, 将岩石切割成大小不一的叠瓦状透镜体, 构成了网格状的几何面貌。与近EW向断裂相似, 近SN向断裂亦伴有规模不等、产状相近的反冲构造。

2.3 塔尔塔格矿区构造特征

塔尔塔格矿区位于松湖矿区与查岗诺尔矿区之间。NWW向高角度韧‒韧脆性剪切走滑断层、NW-NWW向韧脆性逆冲断层和高角度多方向脆性走滑断层相互叠加改造, 共同构成了塔尔塔格矿区基本构造格架, 其中逆冲断层是该矿区最发育的构造类型。

2.3.1 NW-NWW向断裂

NWW向高角度韧‒韧脆性剪切走滑断层在塔尔塔格矿区广泛发育, 且规模较大。如同松湖矿区, 该组断裂由一系列产状相近的次级断层组成, 或分枝或复合, NWW向扭动延伸, 沿走向产状有所变化。断裂带内岩石塑性变形强烈, 形成不同尺度的韧性剪切构造, 局部糜棱岩发育。带内岩石多透镜化, 围绕透镜体的碎基发生塑性流动变形, 矿物定向排列、拔丝拖尾, 发育大大小小的眼球碎斑。该组断层是区内发育较早的断裂构造, 也是区域性控矿构造。磁铁矿化、绿帘石化、阳起石化等蚀变多沿构造裂隙发生, 强变形带边部多有磁铁矿体充填, 磁铁矿细脉呈网格状分布, 复合部位矿体较厚。韧性、韧脆性构造发育, 多形成强变形带与弱变形域相间分布格局。

(a) 大理岩韧性变形; (b) 石香肠构造; (c) 露头尺度的“眼球构造”, 被后期断层破坏改造; (d) 凝灰岩韧脆性变形。

与松湖矿区相似, NW-NWW向逆冲断层为塔尔塔格矿区主导控制性构造, 也可能衍生于高角度走滑断层之上, 并截切走滑断层。断面波状起伏, 附近可观察到大小不等的菱形透镜体定向排列, 均指示断裂带中存在逆冲推覆构造。正、反冲断层均较发育(图12), 优势产状分别为215°～253°∠34°～70°和25°～50°∠35°～68°。

2.3.2 近EW向和近SN向断裂

以近EW向和近SN向为主的高角度脆性走滑断层是塔尔塔格矿区最后一期构造活动的表现, 二者相互截切, 呈共轭关系。近EW向断层优势产状为15°～345°∠48°～85°, 断层倾角变化大, 破碎带宽2～10 m不等, 沿断面可见大小不一的挤压透镜体。在透镜体边部有大量的片理化带分布, 形成强弱不同的变形格局, 主体显示由北东往南西的推覆。近SN向断裂倾向不定, 或东倾或西倾, 代表性产状为271°∠58°和106°∠51°。破碎带宽度窄者1 m, 宽者可达数十米, 破碎岩石具绿帘石化、绿泥石化蚀变现象。断面附近可见密集的挤压片理化带以及呈叠瓦状排列的次圆状、浑圆状构造透镜体, 指示该断裂具逆冲推覆性质, 并且断裂在由底部至顶部逆冲过程中逐渐呈发散趋势。

2.4 变形年代学约束

2.4.1 测试方法

野外构造观察可确定断裂变形的相对时代关系, 为了准确限定研究区断裂带的活动时间, 并更好地厘定矿区断裂构造变形序列, 从而揭示矿区构造变形与铁矿形成演化的关系, 本次研究运用石英电子自旋共振测年法(ESR)对断裂带的活动时间进行约束。ESR测年现已成为浅层次脆性断层活动定年的常用手段, 广泛应用于众多研究实例中(Anne, 2000; Fukuchi, 2001; Lin, 2006; 杨坤光等, 2006; 朱清波, 2011; 刘春茹等, 2013; Moreno et al., 2021)。在样品采集方面, 由于查岗诺尔矿区断裂方向和断裂性质与邻区的松湖及塔格塔尔矿区具有相似性, 故选取具代表性的查岗诺尔矿区脆(韧)性断裂带内的断层泥样品进行ESR测年, 具体采样位置见图3。ESR测年工作在成都俊兴地质勘查技术有限公司完成。顺磁测定采用德国ER-200D-SRC型电子自旋共振谱仪, 其顺磁测量相对误差小于1%。天然放射性核素含量用CIT-3000F数字化全自动铀钍钾谱谱仪测定, 微机α数据采集系统。

2.4.2 测试结果

ESR测年结果见表1。研究区内断裂带石英ESR年龄范围为2.3～89.9 Ma, 代表了燕山晚期以来的年龄记录。该年代学结果具有明显的阶段性分布特征(图13), 可分为3个阶段: 燕山晚期‒喜马拉雅早期(>65 Ma)、喜马拉雅中期(23～65 Ma)和喜马拉雅晚期(<23 Ma), 代表研究区断层活动三个主要的构造演化事件。

3 讨论

3.1 研究区断裂构造变形序列

矿区构造变形是区域构造派生或引发的低级别和低序次构造形迹, 是区域构造成生演化的具体表现(陈柏林, 2000)。通过矿区精细构造解析以及ESR年代学结果, 将查岗诺尔矿区及其邻区的断裂构造划分为3个主要阶段, 分别为燕山晚期‒喜马拉雅早期、喜马拉雅中期和喜马拉雅晚期, 均为成矿期‒成矿期后的构造活动记录。①早期活动记录为NW-NWW向的高角度韧性‒韧脆性走滑断层与逆冲推覆断层, 前者是区内发育较早的断裂构造, 也是区域性的控矿构造, 后者为矿区主导控制性构造, 发育于走滑断层之后; ②中期活动记录为近SN向、近EW向的高角度脆(韧)性走滑断层, 二者为共轭构造, 前者为左行走滑, 后者为右行走滑, 同期或略晚于逆冲推覆断层, 并与逆冲断层相伴产出, 它们对矿体具有较为强烈的破坏和改造作用, 尤其是近SN向高角度走滑断层更是在局部控制了部分矿体; ③晚期为近SN向的脆性右行走滑断层, 对前期构造和矿体都有所影响, 但总体位移量较小。三期断裂带相互叠加改造, 共同构成区域上的基本构造格架, 其中逆冲断层是该地区最醒目的构造类型, 而韧‒韧脆性剪切走滑断层则控制了矿体的布局。

松湖、塔尔塔格矿区断裂构造序列与查岗诺尔矿区相近, 但有所差异的是, 前两期断裂活动比较强烈, 晚期的断裂活动相对较微弱。前期的NW-NWW向高角度韧‒韧脆性剪切走滑断层是区域性的控矿构造(松湖主矿脉即与该构造密切伴生)。磁铁矿化、绿帘石化多沿构造裂隙发生, 强变形带内多有磁铁矿体充填, 形成网格状的磁铁矿细脉, 复合部位常见较厚的矿体。而逆冲推覆断层为矿区主导控制性构造, 可能是早期走滑断层递进变形的产物, 但又截切走滑断层及其所控制的磁铁矿矿体。中期EW向、SN向为主的高角度脆(韧)性走滑断层多为共轭构造。断裂强烈改造矿体, 使矿体矿石的完整性受到破坏, 发生绿泥石化、绿帘石化等蚀变。

图11 松湖矿区逆冲与反冲断层野外露头

图12 塔尔塔格矿区发育的逆冲与反冲断层

表1 断层石英热活化ESR测年数据

图13 查岗诺尔矿区断裂ESR年龄分布直方图

3.2 构造变形与成矿作用关系

3.2.1 韧‒韧脆性剪切带对矿体的控制作用

松湖、塔尔塔格矿区发育规模较大的NWW向高角度韧‒韧脆性剪切走滑断层, 断裂带内强变形域与弱变形域相间分布, 磁铁矿化以及与矿化具有密切成因联系的阳起石化、绿帘石化、绿泥石化等蚀变多沿构造裂隙发生, 强变形带内多有磁铁矿体充填, 形成网格状的磁铁矿细脉, 复合部位常见较厚的矿体。可见, 在松湖和塔尔塔格矿区, 早期韧‒韧脆性剪切带对矿体有显著的控制作用。

特别是松湖矿体主体赋存于韧‒韧脆性变形带中, 被后期逆冲断层、走滑断层破坏改造(图14)。韧脆性构造带中发生明显的矿化现象, 主要出现在构造带顶底界面附近(图15a)。与磁铁矿伴生的黄铁矿细脉发生强烈的塑性变形, 呈无根钩状褶皱(图15c), 并有绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化等蚀变沿着裂隙发生(图15b)。近EW向的高角度走滑断层破坏韧性构造带及其控制的矿体, 发生蚀变并使矿石破碎呈碎粉状(图15d、e)。

塔尔塔格矿区矿脉在构造裂隙中也出露得很好(图16a), 同样显示与构造具有很好的相关性。由于岩石发生极为强烈的塑性变形, 并呈现强变形带与弱变形域间隔分布的格局, 因此矿化沿强变形带分布呈网格状(图16b), 后被逆冲断层破坏(图16c)。此外, 韧脆性构造带中有明显的矿化现象, 出现磁铁矿体与绿帘石伴生的现象(图16d)。

3.2.2 韧脆性‒脆性断裂对矿体的破坏作用

韧脆性‒脆性断裂对矿体的破坏作用, 主要体现在以逆冲推覆构造为主导的查岗诺尔矿区。在多方向的断裂构造作用下, 矿区形成了纷繁复杂的网格状构造格局, 共同造成了矿区支离破碎的局面。NW-NWW向逆冲推覆断层发育于走滑断层之后, 表现为来自两个方向的逆冲推覆作用。而受逆冲推覆构造的影响, 岩石被切割成规模不等的构造透镜体。在局部地段岩石表面可见擦痕、节理等小构造, 并有近SW向、近EW向的高角度走滑断层的叠加, 且与逆冲断层相伴产出, 这些构造形迹在坑道内清晰可见(图17)。沿着构造带可见发育的黄铜及黄铁矿化、矿石夹块和矿石角砾。EW向和SN向构造强烈截切矿体, 并切割NW向构造, 在时间上应晚于NW向构造。SN向构造破碎带十分发育, 沿着裂隙有石榴石集合体分布, 在构造裂隙内同样可以观察到矿化蚀变现象。

查岗诺尔矿区在控矿的韧‒韧脆性剪切构造之后, 主要发育有矿体形成之后的破矿构造, 它们对矿体具有较强烈的破坏和改造作用。逆冲断层尤其是高角度走滑断层错移了控矿构造及其控制的矿体。近SN向脆性右行走滑断层, 总体位移量较小, 对矿体的破坏作用不太明显。

图14 松湖矿区主矿脉矿体构造

(a) 沿构造带顶底面发生的矿化; (b) 沿裂隙发生的矿化蚀变; (c) 强塑性变形呈无根钩状褶皱的黄铁矿脉体; (d)、(e) 近东西向高角度走滑断层破坏矿体。

(a) 构造裂隙中发育的磁铁矿脉; (b) 网格状矿化细脉; (c) 韧脆性变形形成强变形带与弱变形域相间分布格局及矿化现象; (d) 韧脆性构造带中的矿化蚀变现象。

4 结 论

(1) 阿吾拉勒成矿带内查岗诺尔矿区及其邻区的构造格架基本一致, 总体表现为NW-NWW向逆冲推覆断层及高角度韧性‒韧脆性剪切走滑断层、近EW向和近SN向高角度脆(韧)性走滑断层等相互叠加改造。断裂带石英ESR年龄范围为2.3～89.9 Ma,具有明显的阶段性分布特征, 可划分为3个阶段: 燕山晚期‒喜马拉雅早期(>65 Ma)、喜马拉雅中期(23～ 65 Ma)和喜马拉雅晚期(<23 Ma)。

(2) 断裂构造主要形成于成矿期及成矿期后。燕山晚期‒喜马拉雅早期NW-NWW向高角度韧性‒韧脆性走滑断层是区内发育较早的断裂构造, 也是区域性的控矿构造, 而逆冲推覆断层为矿区主导控制性构造, 正、反冲断层均较发育, 两个方向的逆冲(推覆)组成矿区复杂的变形系统, 截切走滑断层及其所控制的磁铁矿矿体。喜马拉雅中期近SN向、近EW向为主的高角度多方向脆(韧)性走滑断层多为共轭构造, 对矿体具有较为强烈的破坏和改造作用, 尤其是高角度走滑断层更是在局部控制了部分矿体, 或使矿石强烈破碎蚀变呈粉末状; 喜山晚期近SN向脆性右行走滑是区内最后一期构造活动, 总体位移较小, 主要发育在查岗诺尔、智博矿区。

(3) 阿吾拉勒成矿带内构造变形和成矿作用关系密切。在查岗诺尔、智博矿区, 除高角度走滑断层在局部控制了部分矿体外, 主要表现出的是构造作用对矿体的破坏和改造, 使得矿体在延伸方向上中断、尖灭再现、分枝复合。而在松湖、塔尔塔格矿区, 整体为韧性‒韧脆性剪切带对矿体的控制作用。松湖主矿脉与构造密切伴生, 磁铁矿化、绿帘石化多沿构造裂隙发生, 强变形带内多有磁铁矿体充填, 形成网格状的磁铁矿细脉, 复合部位常见较厚的矿体。

(a) 3125中段, SN向构造与矿体接触关系; (b) 3125中段, EW向构造截切矿体; (c) 3140中段, SN向构造破碎带及沿破裂面发育的矿化蚀变; (d) NW向逆冲推覆构造中矿石夹块; (e) 3155中段, NW向逆冲推覆构造及沿构造带发育的黄铜矿黄铁矿矿化; (f) 3140中段, SN向构造带切割矿体。

致谢:野外期间长安大学姜常义教授、新疆地矿局第三地质大队领导及工作人员给予诸多指导与帮助, 长安大学李永军教授和北京矿产地质研究院方维萱研究员对本文提出了许多建设性修改意见, 笔者受益颇多, 在此一并致以诚挚的谢意！

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Structural Study of the Chagangnuoer Iron Deposit, West Tianshan: Implication for Tectonic-controlled Mineralization Model of the Awulale Metallogenic Belt

LUO Zhengjiang1, 2, LU Rukui1*, WANG Jian2, LIU Kui1, ZHOU Xiaohu1,FENG Qiao1, LI Yang1, SUN Shaolin1

(1.State Key Laboratory of Continental Dynamics, Department of Geology, Northwest University, Xi’an 710069, Shaanxi, China; 2. Research Institute of Experiment and Detection, Xinjiang Oilfield Company, Karamay 834000, Xinjiang, China)

The Awulale metallogenic belt is one of the important metallogenic belts in the West Tianshan, which experienced multi-stage tectonic events and related mineralization. In this study, the deformation characteristics and sequence in the Chagangnuoer iron deposit and adjacent areas were analyzed with the aim of investigating the correlation between the deformation and mineralization. According to field observations, the fracture structures in the study area can be divided into the NW-NWW high-angle ductile to ductile-brittle strike-slip faults and the thrust faults, the nearly E-W and N-S high-angle conjugate brittle (ductile) strike-slip faults and the near N-S brittle dextral strike-slip faults. Geochronological studies show that these faults were formed in three stages, during the late Yanshanian-early Himalayan epoch, middle Himalayan epoch and late Himalayan epoch, representing the structural records during or post mineralization period. The early-stage high-angle ductile to ductile-brittle strike-slip faults are regional ore-controlling structures, while the thrust faults are the dominant structures in the mining area; the mid-stage conjugate brittle (ductile) strike-slip faults strongly destructed and transformed the ore bodies; the late-stage dextral strike-slip faults exerted little influence on the orebodies. Specifically, the fracture structures in the Chagangnuoer and Zhibo deposits are mainly manifested as the destruction and transformation of the orebodies, whereas in the Songhu and Taertage deposits the ductile-ductile brittle shear belts are the main ore-controlling structures. The main orebodies are closely associated with the faults, which is evidenced by ore mineralization related magnetite alteration, chloritization, epidotization, and carbonatization occurring mainly along the structural cracks. The recognition of the role played by structural deformation on the formation and transformation of iron orebodies may shed light on the metallogeny of the iron deposits and future prospecting in the western Tianshan.

Chagangnuoer; Awulale metallogenic belt; tectonic deformation; correlation between tectonic and mineralization

2021-09-19;

2021-11-19

国家自然科学基金项目(41072159)和新疆油田公司科研项目(2019-C4009)联合资助。

罗正江(1972–), 男, 高级工程师, 主要从事矿产地质、油气地质研究。E-mail: luozj@petrochina.com.cn

鲁如魁(1969–), 男, 副教授, 主要从事构造地质、构造与成矿关系研究。E-mail: lurukui@nwu.edu.cn

P542; P612

A

1001-1552(2022)02-0217-019