尚海军,陈维民,张志欣,刘锋,李强,王金林,于秀斌(.新疆维吾尔自治区地质勘查基金项目管理中心，新疆 乌鲁木齐 830002；2.中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆矿产资源研究中心，新疆 乌鲁木齐 8300；3.新疆矿产资源与数字地质重点实验室，新疆 乌鲁木齐 8300；.中国地质科学院矿产资源研究所，国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 00037; .中国冶金地质总局第一地质勘查院，河北 燕郊 0620)

东天山突出山铁铜矿床磁铁矿特征及成因意义

尚海军1,陈维民1,张志欣2,3,刘锋4,李强4,王金林2,3,于秀斌5
(1.新疆维吾尔自治区地质勘查基金项目管理中心，新疆 乌鲁木齐 830002；2.中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆矿产资源研究中心，新疆 乌鲁木齐 830011；3.新疆矿产资源与数字地质重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011；4.中国地质科学院矿产资源研究所，国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037; 5.中国冶金地质总局第一地质勘查院，河北 燕郊 065201)

突出山铁铜矿床位于东天山雅满苏石炭纪弧前-岛弧带，矿体呈透镜状、脉状、似层状赋存于上石炭统底坎尔组下亚组火山岩中，矿体内部及周围发育大量矽卡岩矿物。本文对火山沉积阶段、矽卡岩阶段和硫化物阶段的磁铁矿进行了电子探针分析，表明其具有FeOT、MnO、MgO含量较高，Al2O3含量较低的特点。矽卡岩阶段与火山沉积-热液阶段相比，磁铁矿的MgO、Al2O3、SiO2、CaO含量明显升高，与该阶段中石榴子石、透辉石、透闪石等矽卡岩矿物的形成有关。热液硫化物阶段与矽卡岩阶段相比，SiO2与FeOT含量相对增高，表明磁铁矿在该阶段进一步富集。磁铁矿的成分呈矽卡岩型和火山热液型特点，结合矿床地质与地球化学特征，认为矿区矽卡岩和铁矿体可能是火山热液交代底坎尔组碳酸盐岩和中-基性火山岩形成的，矿床成因类型属火山热液交代型。

东天山；突出山；磁铁矿；电子探针分析；矿床成因

图1　突出山铁铜矿床矿区地质图Fig.1 Geological map of Tuchushan iron-copper ore district

东天山是新疆主要的富铁矿集中区之一，已发现如帕尔岗、磁海、尾亚、天湖、雅满苏、玉山等一系列大中型铁矿床，矿床类型为BIF型、火山-沉积-变质型、岩浆型（钒钛磁铁矿型）和矽卡岩型等，成矿作用从前寒武纪、古生代延续到中生代[1]，展现出广阔的铁矿找矿前景。这些铁矿床以其赋存于（变质）火山-沉积岩系中，具独特的成矿元素组合（Fe-Cu、Fe-Cu-Co、Fe-Cu-Au等）为特征，一直是国内外矿床学家研究的热点。突出山是新疆地矿局第六地质大队近年来新发现的小型铁铜矿床，位于东天山雅满苏石炭纪弧前-岛弧带，赋矿层位为上石炭统底坎尔组，成矿元素组合以Fe-Cu-(Au)为特点(图1)。目前，对于该矿床地质特征与成矿作用尚未进行过系统研究工作，在一定程度上制约了外围与深边部找矿工作。不同成因类型磁铁矿的类质同象替代作用不同，其主量和微量元素具标型特征[2-3]。因此，磁铁矿成分的特征差异可为认识矿床成因和指导矿床勘探提供直接依据。

1　矿床地质特征

突出山铁铜矿床位于哈密市南西约130 km处，所处大地构造为雅满苏石炭纪弧前-岛弧带。矿区以阿奇克库都克-沙泉子深大断裂为界，南侧主要出露中元古界长城系星星峡群，北侧为下石炭统雅满苏组、白鱼山组和下二叠统阿奇克布拉克群，上石炭统底坎尔组沿断裂两侧分布。长城系星星峡群为一套中-深变质的浅海相碎屑岩建造，呈NEE向展布。下石炭统雅满苏组为一套浅变质海相陆源碎屑岩，生物碎屑灰岩及火山碎屑岩组合。下石炭统白鱼山组为一套海相碎屑岩、碳酸盐岩夹火山岩建造。上石炭统底坎尔组为一套浅海-滨海相火山岩、碎屑岩夹碳酸盐岩建造，突出山铁铜矿即产于该组火山岩中。下二叠统阿奇克布拉克群为一套浅海-滨海相碎屑岩夹火山岩建造。北侧雅满苏断裂和南侧阿奇克库都克-沙泉子断裂是区内主要的断裂构造，其余为两条深大断裂派生的次级断层。区内侵入岩分布广泛，出露面积达50%，以酸性-中性侵入岩为主，岩性为二云母花岗岩、黑云母花岗岩、石英闪长岩、闪长岩、辉长岩与玄武岩。

矿区赋矿地层为上石炭统底坎尔组下亚组，由火山岩、火山碎屑岩组成，据岩性组合可分为3个岩性段：①第一岩性段。分布于矿区东南部，岩石组合为硅化大理岩和玄武岩；②第二岩性段。分布于矿区中部，岩石组合为凝灰岩、沉凝灰岩、灰岩和流纹岩；③第三岩性段。分布于矿区北西部，岩石组合为熔结火山角砾岩和流纹岩。矿区北东部侵入岩发育，以酸性岩为主，主要为糜棱岩化花岗岩、钾长花岗岩和细晶花岗岩。岩体侵位于上石炭统底坎尔组下亚组中。矿区出露多条脉岩，岩性为闪长岩、花岗斑岩、石英斑岩和花岗细晶岩，其中闪长岩脉最发育。闪长岩长数十米至几公里不等，规模最大的两条位于矿区东部。矿区闪长岩和钾长花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb谐和年龄分别为(326.2± 1.6)Ma与(318.2±2.5)Ma，均为石炭纪岩浆侵入活动的产物[4]。

突出山铁铜矿床分为东、西两个矿区，东矿区圈定15个铁矿体（含7个盲矿体），西矿区圈定12个铁矿体（含3个盲矿体），1个铁铜矿体。铁矿体主要呈透镜状，次为脉状、似层状，具膨大缩小、分枝复合等现象。矿体产状与地层基本一致，东矿区矿体总体向南倾斜，倾向122°~75°，倾角33°~79°；西矿区矿体向NW倾斜，倾向300°~360°，倾角50°~75°。单个矿体水平厚度最大18.09 m，延长50~300 m，一般在150 m以内。铁铜矿体呈似层状产出，顶底板为大理岩和矽卡岩。矿体中西部倾向SE，东部倾向NW，呈反转S型，倾向70°~83°。矿体平均厚度为5.43 m，最大厚度7.82 m，长约280 m。矿石构造主要为浸染状、斑杂状-稠密浸染状、块状、角砾状及多孔状构造。矿石结构主要有半自形粒状结构、它形-自形-半自形粒状结构、叶片状结构、半自形板（柱）状结构和碎裂结构。矿石中主要金属矿物为磁铁矿，次为穆磁铁矿、赤铁矿、镜铁矿，少量黄铁矿、黄铜矿、辉铜矿、闪锌矿、辉锑矿等。非金属矿物主要为方解石、石英、绿泥石、绿帘石、石榴子石，次为阳起石、纤闪石、云母和玉髓等。铁矿体全铁平均品位33.86%~40.35%，铁铜矿体全铁平均品位35.95%，铜平均品位1.44%，同时伴生少量锌、金、银等[1]。

围岩蚀变发育，主要为矽卡岩化（石榴子石、透闪石、阳起石、绿帘石），次为硅化、碳酸盐化。据野外及室内镜下矿物的组合与穿插关系，将突出山铁铜矿床成矿过程划分为热液成矿期和表生成矿期。热液成矿期进一步划分为3个阶段：①火山沉积阶段。主要形成星点状、自形粒状磁铁矿和黄铁矿；②矽卡岩阶段。主要形成磁铁矿及石榴子石、透辉石、透闪石、阳起石等矽卡岩矿物，是形成磁铁矿的主要阶段；③硫化物阶段。主要形成石英、黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方解石及少量磁铁矿等，是形成黄铜矿的主要阶段，同时使磁铁矿进一步富集。表生氧化期主要形成褐铁矿、赤铁矿、黄钾铁帆、铜蓝、孔雀石等。

2　电子探针分析

2.1样品与分析方法

用于电子探针分析的18件样品分别采自突出山铁铜矿床东西2个矿区，样品名称、采样位置、主要矿物组合及所代表的成矿阶段见表1。火山沉积阶段选取了含星点状磁铁矿火山岩（TCSE-25、TCSE-29、TCSW-62），矽卡岩阶段磁铁矿主要为浸染状和块状构造，硫化物阶段选取了块状（黄铁矿）磁铁矿矿石（图2）。

表1　突出山铁铜矿床电子探针分析样品特征表Table 1 Characteristic of samples in electron microprobe analyses from Tuchushan iron-copper deposit

电子探针分析测试在中国地质科学院矿产资源研究所电子探针实验室完成，仪器型号为JXA-8230，硅酸盐、氧化物分析条件为加速电压为5 kV、电流为20 nA、束斑5 μm，标样采用天然矿物合成金属国家标准，分析精度为0.01%。

2.2磁铁矿分析结果

45件磁铁矿的电子探针分析结果见表2，磁铁矿主要成分为FeOT，次为SiO2、MnO和Al2O3，其它氧化物含量均较低。

8件火山沉积阶段磁铁矿的FeOT含量为88.766%~92.445%，SiO2含量为0.001%~0.030%，MnO含量为0.012%~ 0.372%，Al2O3含量为0.011%~0.19%，Na2O含量0.017%~0.059%，MgO含量0.011%~0.032%，K2O含量为0.006%~ 0.014%，CaO含量0.057%~0.110%，P2O5含量为0.005%~0.014%，TiO2含量为0.008%~0.116%，Cr2O3含量为0.004%~ 0.028%，NiO含量0.017%~0.037%，V2O3未检测出。

图2　突出山铁铜矿床中磁铁矿特征Fig.2 Characteristics of magnetite in Tuchushan iron-copper deposit

30件矽卡岩阶段磁铁矿的FeOT含量为86.966%~92.910%，SiO2含量0.004%~2.343%，MnO含量0.001%~0.351%，Al2O3含量0.001%~ 1.006%，Na2O含量0.007%~0.115%，MgO含量0.003%~0.566%，K2O含量0.002%~0.119%，CaO含量0.010%~0.567%，P2O5含量0.008%~0.036%，TiO2含量0.008%~0.235%，V2O3含量0.012%~0.094%， Cr2O3含量0.001%~0.060%，NiO含量0.005%~ 0.030%。

7件硫化物阶段磁铁矿的FeOT含量89.133%~ 93.306%，SiO2含量为0.006%~3.006%，MnO含量0.071%~0.218%，Al2O3含量0.000%~0.374%，Na2O含量0.004%~0.039%，MgO含量0.006%~0.113%，K2O含量0.006%~0.026%，CaO含量0.023%，P2O5含量0.003%~0.030%，TiO2含量0.008%~0.083%，V2O3含量0.036%~0.053%，Cr2O3含量0.009%~0.023%，NiO含量0.023%。

表2　突出山铁铜矿床磁铁矿电子探针分析结果Table 2 Electron microprobe analyses of magnetite from Tuchushan iron-copper deposit　单位：%

矽卡岩阶段与火山沉积阶段的磁铁矿氧化物含量相比，MgO、Al2O3、SiO2、CaO的含量明显升高，与该阶段中石榴子石、透辉石、透闪石等矽卡岩矿物的形成有关，MnO含量明显降低，表明Mn元素主要来源于火山沉积阶段。硫化物阶段与矽卡岩阶段相比，SiO2与FeOT含量相对增高，表明磁铁矿在该阶段进一步富集。各阶段样品成分与典型接触交代型磁铁矿的化学组成相似，均呈磁铁矿纯度较高，锰镁组分含量较高，Al2O3含量较低的特点[2]。图3中FeOT与MnO、V2O3呈正相关关系，与SiO2、K2O、MgO、TiO2、Al2O3等呈负相关关系，表明相对基性的环境有利于磁铁矿的形成，同时暗示成矿过程中存在Mn2+与Fe2+的类质同象替代作用。

图3　突出山铁铜矿床中磁铁矿氧化物含量关系图Fig.3 Plot of oxide content of magnetite in Tuchushan iron-copper deposit

3　讨论

3.1磁铁矿成因

不同成因类型磁铁矿的成分具不同特征，磁铁矿的TiO2、Al2O3、MgO、MnO、V2O3等化学组分对判定矿床成因具指示意义。突出山铁铜矿床中磁铁矿的TiO2含量0.008%~0.235%，平均为0.053% （28）；V2O3含量0.012%~0.094%，平均为0.053% （18）；Al2O3含量0.001%~1.006%，平均为0.053% （35）；MnO含量0.001%~0.145%，平均为0.185% （41）；MgO含量0.003%~0.566%，平均为0.085% （33），与前人总结的接触交代和热液交代成因的磁铁矿特征相似[2]。磁铁矿的主量元素一般呈对数偏态分布，副矿物型磁铁矿的Al2O3、MnO呈正偏态分布，TiO2、MgO呈负偏态分布；岩浆型磁铁矿的TiO2、Al2O3、MgO和MnO呈负倾斜分布；火山岩型磁铁矿的TiO2呈正偏态分布，MgO、MnO呈负偏态分布；接触交代型磁铁矿的Al2O3、MgO和MnO均呈正倾斜分布，TiO2呈负偏态分布；矽卡岩型磁铁矿的MgO、MnO呈正偏态分布，而TiO2、Al2O3呈负偏态分布；沉积变质型磁铁矿的Al2O3呈正偏态分布，TiO2、MgO、MnO则呈负偏态分布[5]。突出山磁铁矿的主量元素Al2O3、MgO、TiO2、MnO均呈对数分布，Al2O3和MgO呈正偏态分布特征，而TiO2和MnO则呈负偏态分布特征。磁铁矿Al2O3分布形态与接触交代型和沉积变质型磁铁矿相似，MgO、TiO2分布形态与接触交代型和矽卡岩型磁铁矿相似，而MnO分布形态与火山岩型和沉积变质型磁铁矿相似。

国内外学者在统计大量磁铁矿成分数据的基础上，提出了成因类型判别图解[5-8]。突出山铁铜矿床磁铁矿在TiO2-Al2O3-MgO图解中主要落于热液型与钙矽卡岩型区和过渡区，部分落于岩浆区中性-基性岩浆区中(图4-a)，在TiO2-Al2O3-MgO+MnO图解中主要落于矽卡岩型区和沉积变质型区中，部分落于火山岩型区(图4-b)，而在Ti+V-Ca+Al+Mn成因图解中主要落于矽卡岩型区和IOCG型区(图5)。

以上分析表明，突出山铁铜矿床中的磁铁矿多数具矽卡岩型和热液型特征，部分具火山岩型、IOCG型和沉积变质型特点，这与矿床地质特征相吻合。突出山铁矿赋矿层位为上石炭统底坎尔组下亚组火山岩，矿体赋存于凝灰岩、结晶灰岩和矽卡岩中，矿体呈透镜状、脉状与似层状，表现出矽卡岩型和火山热液型特点。矿相学研究表明，矿石矿物组合为磁铁矿、穆磁铁矿、赤铁矿、镜铁矿及少量黄铁矿、黄铜矿、辉铜矿、闪锌矿、辉锑矿等。磁铁矿在后期变质作用下形成赤铁矿与镜铁矿，在镜下磁铁矿颗粒间见有微细粒状、细鳞片状赤铁矿、显微叶片状镜铁矿等现象，这可能是导致矿床中磁铁矿表现出IOCG型和沉积变质型特征的原因。

图4　突出山铁铜矿床中磁铁矿的TiO2-Al2O3-MgO(a)与TiO2-Al2O3-MgO+MnO(b)判别图解Fig.4 TiO2-Al2O3-MgO diagram(a)and TiO2-Al2O3-MgO+MnO diagram(b)of magnetite in Tuchushan ironcopper deposit

3.2矿床成因探讨

突出山铁铜矿床地质特征与东天山沙泉子铁铜矿床、雅满苏铁矿床、红云滩铁矿床和近年来发现的西天山智博铁矿床、敦德铁锌矿床、查岗诺尔铁矿床均表现出相似性，矿体赋存于火山岩夹碳酸盐岩地层中，矿体附近发育大量矽卡岩矿物，但缺乏相应的侵入体，矿体沿某一层位分布，矿种以铁为主，部分含铜或铅锌。前人对上述类型铁矿的成因及矽卡岩和成矿关系长期以来存在不同认识，主要有矽卡岩型、海相火山喷流沉积型或火山岩型等观点[9-18]。矽卡岩型矿床是指“产在火成岩体与碳酸盐类岩石或火山-沉积岩系接触带的接触交代矿床，因含大量矽卡岩矿物故称为矽卡岩矿床”[19]。近年来研究表明，此类铁矿床中的火山岩和矽卡岩是同期形成，矽卡岩是海底火山作用岩浆-热液演化的结果[20]，矿区铁矿化和矽卡岩是火山活动期间热液交代作用的产物，矿床类型不属于矽卡岩型矿床[16]。突出山铁铜矿床赋存于底坎尔组下亚组火山岩中，矿体内部及周围发育大量矽卡岩。矽卡岩的稀土分布模式具交代成因特点，矿石的稀土分布模式表现出火山热液成因特点，硫同位素显示成矿物质来源于底坎尔组中-基性火山岩[21]。结合本文研究的磁铁矿成分特征分析，认为矿区矽卡岩和铁矿体可能是由火山热液交代碳酸盐岩和中-基性火山岩形成的，矿床成因类型属火山热液交代型。

图5　突出山铁铜矿床中磁铁矿的Ti+V-Ca+Al+Mn成因图解Fig.5 Ti+V versus Ca+Al+Mn discriminant diagram of magnetite in Tuchushan iron-copper deposit(据Dupuis C,2011)(图例同图4)

4　结论

（1）突出山铁铜矿床赋存于上石炭统底坎尔组下亚组火山岩中，矿体呈透镜状，次为脉状、似层状。矿床的形成经历了火山沉积阶段、矽卡岩阶段和硫化物阶段，磁铁矿主要形成于矽卡岩阶段。

（2）各阶段磁铁矿的成分表现出一定的差异性，具FeOT、MnO、MgO含量较高，Al2O3含量较低的特点，表明磁铁矿具矽卡岩型和火山热液型特点，矿床成因类型属火山热液交代型。

致谢：野外期间得到新疆地矿局第六地质大队领导的大力支持和帮助；电子探针分析测试过程中得到了新疆大学杨俊杰、中国地质科学院矿产资源研究所陈振宇和陈晓丹老师等的帮助和指导，在此一并致以衷心的感谢。

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Characteristics of Magnetite of Tuchushan Iron-Cooper Deposit in the Eastern Tianshan and Ore Genesis

Shang Haijun1,Chen Weimin1,Zhang Zhixin2,3,Liu Feng4,Li Qiang4,Wang Jinlin2,3,Yu Xiubin5
(1.Geological Prospecting Fund Project Management Center of Xinjiang Uygur Autonomous Region,Urumqi,Xinjiang, 830002,China;2.Xinjiang Research Center for Mineral Resources,Xinjiang Institute of Ecology and Geography Chinese Academy of Sciences,Urumqi,Xinjiang,830011,China;3.Xinjiang Laboratory of Mineral Resources and Digital Geology, Urumqi,Xinjiang,830011,China;4.MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment,Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing,100037,China;5.The First Geological Institute of the China Metallurgical Geology Bureau,Yanjiao,Hebei,065201,China)

Tuchushan iron-copper deposit is located in Yamansu Carboniferous forearc/arc belt of eastern Tianshan,the orebodies occurs as lenses,veins and stratoids,which is surrounded by the skarns minerals and hosted in volcanic rocks of the Upper Carboniferous Dikaner Lower Formation.In this paper,the magnetite in volcanic sedimentary stage,skarn stage and sulfide stage of electron microprobe analyses show that its characteristics of high-content FeOT,MnO,MgO and lowcontent Al2O3.The MgO,Al2O3,SiO2,CaO contents of magnetite increased significantly in skarn stage in comparison with volcanic sedimentary stage which is related to the forming of garnet,diopside,tremolite in skarn stage.The SiO2and FeOTcontents of magnetite relative increased in sulfide stage in comparison with in skarn stage,and this suggest that magnetite is further enrichment in sulfide stage.The composition of magnetite have the characteristics of skarn type and volcanic hydrothermal type.Combining the geological and geochemical characteristics,we hold that skarns and iron bodies might have resulted from volcanic hydrothermal interaction with cabonate and intermediate-basic volcanic rocks.The genesis of mineral deposit is belong to volcanic hydrothermal metasomatic type.

Eastern Tianshan;Tuchushan;Magnetite;Electron microprobe analysis;Ore genesis

1000-8845(2016)03-360-07

P578.2+4

A

项目资助：国土资源部公益性行业科研专项经费项目（201211073-3）、自治区重大专项（201330121-3）联合资助

2016-04-18;

2016-05-03;作者E-mail:332691297@qq.com

尚海军（1970-），男，河南太康人，高级工程师，毕业于新疆大学地质矿产勘查专业，主要从事矿产勘查与技术管理工作