新疆哈密黄园山沉积变质型铁磷矿岩石地球化学特征及其原岩恢复*

2018-11-20刘星旺郗国庆王朝金

现代矿业 2018年10期

刘星旺郗国庆刘超王朝金张旭于汪

(1.中化矿山地质总局地质研究院；2.长春黄金研究院有限公司)

新疆哈密黄园山地区地处环塔里木成矿带北缘，该区是新疆境内地质工作程度相对较高的地区。前人在该成矿带发现的金属及非金属矿种繁多[1-2]，与沉积有关的层控型铁矿床是该区重要的成矿类型。本研究通过对黄园山沉积变质型铁磷矿化点进行地质特征、岩石学特征研究和详细的岩石地球化学分析，为该区后续地质勘探工作提供可靠依据。

1 研究区地质背景

哈密黄园山地区(研究区)位于准噶尔盆地南缘，属哈萨克斯坦—准噶尔板块内的巴仑台—星星峡离散地体(图1中“Ⅱ3”)，靠近准噶尔板块和塔里木板块交接的那提拉—红柳河缝合带(图1)[3-4]。区内构造运动、变质作用、岩浆活动较为复杂，在这几种地质因素的共同作用下，形成了不同矿种、不同类型的金属、非金属矿产。研究区所在区域出露的地层有古元古界、中元古界长城系星星峡群、中元古界蓟县系卡瓦布拉克群、新元古界青白口系、震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、新近系、古近系、第四系。区域上侵入岩分布广泛，分布区域比较集中，拜城黑英山一带主要分布有碱性花岗岩、霞石正长岩等，时代为志留纪；库鲁克塔格则以辉石岩、辉长岩等基性—超基性岩为主；觉罗塔格以蛇纹石化橄榄岩为主的超基性岩带断续分布数十千米，呈岩基和岩株状产出，时代为泥盆纪(图2)。

图1 研究区大地构造特征

图2 研究区地层分布特征

研究区主要出露的地层为元古界长城系星星峡群、蓟县系卡瓦布拉克群(图2)。其中，星星峡群为一套角闪岩相—高角闪岩相变质地层地质体，岩性主要是以各种片麻岩为主体，夹变粒岩和少量大理岩、斜长角闪岩等。卡瓦布拉克组分为2个岩性亚组，上亚组岩性为深灰色角闪斜长片岩、绢云斜长片麻岩、角闪片岩，下亚组岩性为大理岩、石英片岩等。研究区构造以断裂为主，中部有1条NWW向深大断裂(F1)，贯穿整个研究区，为主要控矿构造。区内岩浆岩主要为花岗岩、花岗闪长岩、角闪石岩、石英闪长岩、辉石岩等，一般呈岩墙、小岩株状产出。

2 岩石学及岩石地球化学特征

2.1 岩石学特征

研究区沉积变质型铁磷矿赋存于长城系星星峡群黑云角闪岩中，岩石呈灰色，粒状变晶结构，片状构造，片理局部较发育。岩石矿物成分为：角闪石，含量为70%～75%；石英含量相对较高，可见到硅化，石英脉发育，含量约8%；斜长石含量为5%～8%；少量黄铁矿，半自形粒状结构，粒径约1%；方解石脉发育，局部形成网脉状，沿裂隙充填，含量约2%；另有少量的黑云母及绿泥石等。矿体围岩主要为黑云角闪片岩。矿体与围岩的界线不明显，多数为过渡关系。岩石一般比较完整，局部破碎。

黑云角闪岩岩石呈灰色，柱状变晶结构，块状构造(图3(a))。岩石矿物成分为：角闪石含量约75%；黑云母呈片状分布，粒径为0.5～1.0 mm，含量为10%；斜长石呈不规则状，聚片双晶隐约可见，常见被石英交代，含量为5%；石英呈他形粒状，分布于角闪石和其他矿物粒间空隙中，含量为5%；其余为磁铁矿磷灰石等。

图3 长城系星星峡群岩矿石镜下(正交偏光)矿物特征

二长变粒岩岩石呈深灰色，粒状变晶结构，块状构造(图3(b))。岩石矿物成分主要由钾长石、斜长石、石英组成，含少量黑云母。钾长石呈板状、粒状，表面泥化，粒径为0.6～1.5 mm，含量为60%。斜长石呈板状、柱状、粒状，聚片双晶发育，粒径为0.6～2 mm，含量为30%。石英呈他形粒状，分布于长石粒间，形成粒状变晶结构。黑云母呈褐色，多色性和吸收性显著，呈鳞片状，粒径为0.5～1 mm，星散分布。岩石受应力作用局部产生碎粒化。

矿石矿物主要为磁铁矿、磷灰石。在矿石中磁铁矿和磷灰石呈团块状、不规则集合体等紧密共生。脉石矿物主要有透辉石、角闪石、绿帘石、斜长石、绿泥石等。磷灰石呈灰白色，一般为自形、半自形，呈柱状及粒状产出，少量呈长柱状或针状分布，粒径一般为0.1～0.5 mm，部分呈集合体赋存于黑云角闪岩中(图4)。磁铁矿呈深灰色、黑色，具有强磁性，以他形晶为主，半自形晶次之，粒径一般为0.1～0.3 mm。辉石呈淡绿色，多色性不明显，呈短柱状、粒状，与磁铁矿共生。2种岩石的接触界线清楚，呈黑灰色相间分布。

2.2 岩石地球化学特征

由研究区赋矿岩石的主量元素分析结果可知：赋矿的黑云角闪岩样品中w(SiO2)为49.27%～53.91%，w(Al2O3)为13.37%～16.04%，w(MgO)

图4 铁磷矿镜下(单偏光)特征

为1.76%～3.25%，w(CaO)为3.88%～6.61%，w(K2O+Na2O)为6.02%～7.47%，w(K2O)/w(Na2O)值变化较大，为0.35～1.27；区内斜长角闪片岩样品中w(SiO2)为53.15%～58.34%，w(Al2O3)为15.02%～15.27%，w(MgO)为3.38%～3.72%，w(CaO)为5.22%～7.28%，w(K2O+Na2O)为5.85%～5.98%，w(K2O)

由研究区赋矿岩石的稀土元素含量分析结果可知：黑云角闪岩稀土元素总量w(∑REE)为(320.43～436.57)×10-6，轻稀土含量较高，w(LREE)为(269.28～376.54)×10-6，轻稀土元素相对富集，重稀土元素相对亏损且分异不明显(w(LREE)/w(HREE)为4.92～6.27，LaN/YbN为4.06～5.13)，具有弱的Eu负异常(δEu为0.65～0.72)。在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图上表现为右倾趋势。在原始地幔标准化微量元素蛛网图中，大离子亲石元素K、Rb、Th富集，Ba亏损；高场强元素P、Ce亏损，Zr富集(图5)。斜长角闪片岩稀土元素总量较低，w(∑REE)为(134.33～148.61)×10-6，轻稀土相对富集，重稀土相对亏损且分异不明显(w(LREE)/w(HREE)为4.5～6.27，LaN/YbN为3.4～5.56)，具有弱的Eu负异常(δEu为0.72～0.88)。在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图上表现为右倾趋势。在原始地幔标准化微量元素蛛网图中，大离子亲石元素K、Rb、Th富集，Ba亏损；高场强元素P、Ce亏损，Zr富集(图6)。

3 原岩恢复

本研究通过参考前人成果、区域地质背景及研究区变质岩化学成分来确定原岩类型。前人对星星峡群变质岩及区域内其他变质地层进行了大量的原岩恢复工作，但取得的认识并不统一。其中，胡霭琴等[5]认为星星峡群副片麻岩的原岩主要为杂砂岩和火山碎屑岩；郭琳[6]认为，星星峡群变质岩分为粗碎屑岩以及火山碎屑岩建造和碎屑岩夹碳酸盐岩建造；卞翔等[7]认为星星峡群变质岩原岩为一套中—基性火山岩，含少量沉积型铁泥质岩。在新疆地区大地构造演化中，中—晚元古代期间，研究区内的星星峡离散地块总体处于地壳演化的早期阶段[6,8-9]，早期构造不稳定的盆地沉积和火山喷发事件必然会对星星峡岩群建造留下深刻影响，比如代表不稳定沉积环境的杂砂岩与代表火山活动的火山碎屑岩等。根据本研究原岩恢复结果，结合塔里木地块构造演化背景进行分析，认为该群黑云角闪岩的原岩为杂砂岩及火山碎屑岩，可能有部分泥灰岩。

图5 黑云角闪岩和斜长角闪岩稀土元素球粒陨石标准化图解

图6 黑云角闪岩和斜长角闪岩微量元素原始地幔标准化图解

4 成矿条件

(1)成矿控制条件。卡瓦布拉克深大断裂是中天山结晶带内部的1条断裂，近EW走向，从吕梁构造旋回形成以来，长期处于活动状态，控制了断裂两侧地质构造的发展和区域成矿作用。

(2)矿产空间分布特征。从矿产空间分布特征看，研究区有1个变质型铁磷矿点，含磷矿层沿NW向呈狭长带状展布，总体位于卡瓦布拉克断裂北侧，延长达20 km。黑云角闪岩的磁异常值一般为4 000 nT，最大值为6 000 nT，磁异常的分布与变质型铁磷矿密切相关。

(3)成矿时间演化特征。沉积变质型铁磷矿主要赋存于长城系星星峡群黑云角闪岩中，成矿时代为中元古代。研究区处于塔里木变质区的卡瓦布拉克地块变质分区。卡瓦布拉克变质分区由前震旦纪结晶基底中的中深区域变质带组成，其中晚元古代以前的地层变质较深，局部达到角闪岩相—麻粒岩相，经后期变质作用叠加，导致中—上元古代退变为高绿片岩相—低绿片岩相，其显生宙地层除个别地段叠加区域动力变质作用和热液接触变质作用外，基本未发生变质。由于区内变质作用强，受多期构造叠加作用的影响，导致古生代某些地层和侵入岩具有角闪岩相—低角闪岩相及低绿片岩相的变质特征。

综上所述，黄园山地区具有良好的沉积变质型铁磷矿的成矿条件，成矿时代为中元古代，受到卡瓦布拉克深大断裂的影响，赋矿围岩主要为长城系星星峡群黑云角闪岩，含矿规模较小，具有较高的磁异常。容矿岩石原岩主要为杂砂岩及火山碎屑岩，矿石组合主要为磁铁矿、磷灰石等，脉石矿物主要有透辉石、角闪石、绿帘石、斜长石、绿泥石等。矿石结构主要为粒状变晶结构，构造为片状构造。通过分析研究区航磁异常剖面与地质剖面(图7)可知：研究区矿化与磁异常高值关系密切，航磁高值异常为最直接的找矿标志。