新疆哈密黃園山沉積變質型鐵磷礦巖石地球化學特征及其原巖恢復*

劉星旺 郗國慶 劉 超 王朝金 張 旭 于 汪

(1.中化礦山地質總局地質研究院；2.長春黃金研究院有限公司)

新疆哈密黃園山地區地處環塔里木成礦帶北緣，該區是新疆境內地質工作程度相對較高的地區。前人在該成礦帶發現的金屬及非金屬礦種繁多[1-2]，與沉積有關的層控型鐵礦床是該區重要的成礦類型。本研究通過對黃園山沉積變質型鐵磷礦化點進行地質特征、巖石學特征研究和詳細的巖石地球化學分析，為該區后續地質勘探工作提供可靠依據。

1 研究區地質背景

哈密黃園山地區(研究區)位于準噶爾盆地南緣，屬哈薩克斯坦—準噶爾板塊內的巴侖臺—星星峽離散地體(圖1中“Ⅱ3”)，靠近準噶爾板塊和塔里木板塊交接的那提拉—紅柳河縫合帶(圖1)[3-4]。區內構造運動、變質作用、巖漿活動較為復雜，在這幾種地質因素的共同作用下，形成了不同礦種、不同類型的金屬、非金屬礦產。研究區所在區域出露的地層有古元古界、中元古界長城系星星峽群、中元古界薊縣系卡瓦布拉克群、新元古界青白口系、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、新近系、古近系、第四系。區域上侵入巖分布廣泛，分布區域比較集中，拜城黑英山一帶主要分布有堿性花崗巖、霞石正長巖等，時代為志留紀；庫魯克塔格則以輝石巖、輝長巖等基性—超基性巖為主；覺羅塔格以蛇紋石化橄欖巖為主的超基性巖帶斷續分布數十千米，呈巖基和巖株狀產出，時代為泥盆紀(圖2)。

圖1 研究區大地構造特征

圖2 研究區地層分布特征

研究區主要出露的地層為元古界長城系星星峽群、薊縣系卡瓦布拉克群(圖2)。其中，星星峽群為一套角閃巖相—高角閃巖相變質地層地質體，巖性主要是以各種片麻巖為主體，夾變粒巖和少量大理巖、斜長角閃巖等?？ㄍ卟祭私M分為2個巖性亞組，上亞組巖性為深灰色角閃斜長片巖、絹云斜長片麻巖、角閃片巖，下亞組巖性為大理巖、石英片巖等。研究區構造以斷裂為主，中部有1條NWW向深大斷裂(F1)，貫穿整個研究區，為主要控礦構造。區內巖漿巖主要為花崗巖、花崗閃長巖、角閃石巖、石英閃長巖、輝石巖等，一般呈巖墻、小巖株狀產出。

2 巖石學及巖石地球化學特征

2.1 巖石學特征

研究區沉積變質型鐵磷礦賦存于長城系星星峽群黑云角閃巖中，巖石呈灰色，粒狀變晶結構，片狀構造，片理局部較發育。巖石礦物成分為：角閃石，含量為70%～75%；石英含量相對較高，可見到硅化，石英脈發育，含量約8%；斜長石含量為5%～8%；少量黃鐵礦，半自形粒狀結構，粒徑約1%；方解石脈發育，局部形成網脈狀，沿裂隙充填，含量約2%；另有少量的黑云母及綠泥石等。礦體圍巖主要為黑云角閃片巖。礦體與圍巖的界線不明顯，多數為過渡關系。巖石一般比較完整，局部破碎。

黑云角閃巖巖石呈灰色，柱狀變晶結構，塊狀構造(圖3(a))。巖石礦物成分為：角閃石含量約75%；黑云母呈片狀分布，粒徑為0.5～1.0 mm，含量為10%；斜長石呈不規則狀，聚片雙晶隱約可見，常見被石英交代，含量為5%；石英呈他形粒狀，分布于角閃石和其他礦物粒間空隙中，含量為5%；其余為磁鐵礦磷灰石等。

圖3 長城系星星峽群巖礦石鏡下(正交偏光)礦物特征

二長變粒巖巖石呈深灰色，粒狀變晶結構，塊狀構造(圖3(b))。巖石礦物成分主要由鉀長石、斜長石、石英組成，含少量黑云母。鉀長石呈板狀、粒狀，表面泥化，粒徑為0.6～1.5 mm，含量為60%。斜長石呈板狀、柱狀、粒狀，聚片雙晶發育，粒徑為0.6～2 mm，含量為30%。石英呈他形粒狀，分布于長石粒間，形成粒狀變晶結構。黑云母呈褐色，多色性和吸收性顯著，呈鱗片狀，粒徑為0.5～1 mm，星散分布。巖石受應力作用局部產生碎?；?。

礦石礦物主要為磁鐵礦、磷灰石。在礦石中磁鐵礦和磷灰石呈團塊狀、不規則集合體等緊密共生。脈石礦物主要有透輝石、角閃石、綠簾石、斜長石、綠泥石等。磷灰石呈灰白色，一般為自形、半自形，呈柱狀及粒狀產出，少量呈長柱狀或針狀分布，粒徑一般為0.1～0.5 mm，部分呈集合體賦存于黑云角閃巖中(圖4)。磁鐵礦呈深灰色、黑色，具有強磁性，以他形晶為主，半自形晶次之，粒徑一般為0.1～0.3 mm。輝石呈淡綠色，多色性不明顯，呈短柱狀、粒狀，與磁鐵礦共生。2種巖石的接觸界線清楚，呈黑灰色相間分布。

2.2 巖石地球化學特征

由研究區賦礦巖石的主量元素分析結果可知：賦礦的黑云角閃巖樣品中w(SiO2)為49.27%～53.91%，w(Al2O3)為13.37%～16.04%，w(MgO)

圖4 鐵磷礦鏡下(單偏光)特征

為1.76%～3.25%，w(CaO)為3.88%～6.61%，w(K2O+Na2O)為6.02%～7.47%，w(K2O)/w(Na2O)值變化較大，為0.35～1.27；區內斜長角閃片巖樣品中w(SiO2)為53.15%～58.34%，w(Al2O3)為15.02%～15.27%，w(MgO)為3.38%～3.72%，w(CaO)為5.22%～7.28%，w(K2O+Na2O)為5.85%～5.98%，w(K2O)

由研究區賦礦巖石的稀土元素含量分析結果可知：黑云角閃巖稀土元素總量w(∑REE)為(320.43～436.57)×10-6，輕稀土含量較高，w(LREE)為(269.28～376.54)×10-6，輕稀土元素相對富集，重稀土元素相對虧損且分異不明顯(w(LREE)/w(HREE)為4.92～6.27，LaN/YbN為4.06～5.13)，具有弱的Eu負異常(δEu為0.65～0.72)。在球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖上表現為右傾趨勢。在原始地幔標準化微量元素蛛網圖中，大離子親石元素K、Rb、Th富集，Ba虧損；高場強元素P、Ce虧損，Zr富集(圖5)。斜長角閃片巖稀土元素總量較低，w(∑REE)為(134.33～148.61)×10-6，輕稀土相對富集，重稀土相對虧損且分異不明顯(w(LREE)/w(HREE)為4.5～6.27，LaN/YbN為3.4～5.56)，具有弱的Eu負異常(δEu為0.72～0.88)。在球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖上表現為右傾趨勢。在原始地幔標準化微量元素蛛網圖中，大離子親石元素K、Rb、Th富集，Ba虧損；高場強元素P、Ce虧損，Zr富集(圖6)。

3 原巖恢復

本研究通過參考前人成果、區域地質背景及研究區變質巖化學成分來確定原巖類型。前人對星星峽群變質巖及區域內其他變質地層進行了大量的原巖恢復工作，但取得的認識并不統一。其中，胡靄琴等[5]認為星星峽群副片麻巖的原巖主要為雜砂巖和火山碎屑巖；郭琳[6]認為，星星峽群變質巖分為粗碎屑巖以及火山碎屑巖建造和碎屑巖夾碳酸鹽巖建造；卞翔等[7]認為星星峽群變質巖原巖為一套中—基性火山巖，含少量沉積型鐵泥質巖。在新疆地區大地構造演化中，中—晚元古代期間，研究區內的星星峽離散地塊總體處于地殼演化的早期階段[6,8-9]，早期構造不穩定的盆地沉積和火山噴發事件必然會對星星峽巖群建造留下深刻影響，比如代表不穩定沉積環境的雜砂巖與代表火山活動的火山碎屑巖等。根據本研究原巖恢復結果，結合塔里木地塊構造演化背景進行分析，認為該群黑云角閃巖的原巖為雜砂巖及火山碎屑巖，可能有部分泥灰巖。

圖5 黑云角閃巖和斜長角閃巖稀土元素球粒隕石標準化圖解

圖6 黑云角閃巖和斜長角閃巖微量元素原始地幔標準化圖解

4 成礦條件

(1)成礦控制條件?？ㄍ卟祭松畲髷嗔咽侵刑焐浇Y晶帶內部的1條斷裂，近EW走向，從呂梁構造旋回形成以來，長期處于活動狀態，控制了斷裂兩側地質構造的發展和區域成礦作用。

(2)礦產空間分布特征。從礦產空間分布特征看，研究區有1個變質型鐵磷礦點，含磷礦層沿NW向呈狹長帶狀展布，總體位于卡瓦布拉克斷裂北側，延長達20 km。黑云角閃巖的磁異常值一般為4 000 nT，最大值為6 000 nT，磁異常的分布與變質型鐵磷礦密切相關。

(3)成礦時間演化特征。沉積變質型鐵磷礦主要賦存于長城系星星峽群黑云角閃巖中，成礦時代為中元古代。研究區處于塔里木變質區的卡瓦布拉克地塊變質分區?？ㄍ卟祭俗冑|分區由前震旦紀結晶基底中的中深區域變質帶組成，其中晚元古代以前的地層變質較深，局部達到角閃巖相—麻粒巖相，經后期變質作用疊加，導致中—上元古代退變為高綠片巖相—低綠片巖相，其顯生宙地層除個別地段疊加區域動力變質作用和熱液接觸變質作用外，基本未發生變質。由于區內變質作用強，受多期構造疊加作用的影響，導致古生代某些地層和侵入巖具有角閃巖相—低角閃巖相及低綠片巖相的變質特征。

綜上所述，黃園山地區具有良好的沉積變質型鐵磷礦的成礦條件，成礦時代為中元古代，受到卡瓦布拉克深大斷裂的影響，賦礦圍巖主要為長城系星星峽群黑云角閃巖，含礦規模較小，具有較高的磁異常。容礦巖石原巖主要為雜砂巖及火山碎屑巖，礦石組合主要為磁鐵礦、磷灰石等，脈石礦物主要有透輝石、角閃石、綠簾石、斜長石、綠泥石等。礦石結構主要為粒狀變晶結構，構造為片狀構造。通過分析研究區航磁異常剖面與地質剖面(圖7)可知：研究區礦化與磁異常高值關系密切，航磁高值異常為最直接的找礦標志。

圖7 黃園山礦點航磁異常剖面及地質剖面

5 結 論

(1)黃園山沉積變質型鐵磷礦化主要受NWW向斷裂控制，同時與航磁高值異常關系密切，航磁高值異常為最直接的找礦標志。

(2)黃園山地區不同含礦巖石的稀土配分型式基本一致，呈弱“V”型平滑曲線，均顯示Eu和Gd嚴重虧損。

(3)黃園山沉積變質型鐵磷礦點的主要礦石礦物為磁鐵礦和磷灰石，兩者呈團塊狀緊密共生，脈石礦物主要有透輝石、角閃石、綠簾石、斜長石、綠泥石等。

(4)黃園山地區內的賦礦巖石主要為長城系星星峽群黑云角閃巖，其原巖為雜砂巖及火山碎屑巖，可能有部分泥灰巖，含礦建造原巖受后期巖漿熱液作用的影響較大。