新疆阿勒泰市阿巴宫铁矿磷灰石微量和稀土元素特征及矿床成因探讨.pdf

“ “ 年月 8 “ （ “ “ ）“ 6 9 “ 7 8 9 8 新疆阿勒泰市阿巴宫铁矿磷灰石微量和稀土元素 特征及矿床成因探讨 刘锋8， 杨富全8， 李延河8， 马宝钦， 柴凤梅6， 耿新霞8 （8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，北京8 “ “ “ 6 ;；新疆地质矿产局 物化探大队，新疆 昌吉，5 6 8 8 “ “；6新疆大学地质与勘查工程学院，新疆 乌鲁木齐，5 6 “ “ ） 摘要阿巴宫铁矿床产于阿尔泰南缘晚志留世早泥盆世的酸性火山岩中。矿体呈透镜状、 脉状及似层状， 受火山断裂构造控制， 与围岩界线清楚； 围岩蚀变不很发育， 矿石品位较高； 磷灰石与磁铁矿共生。其特征可以与瑞 典北部 8 ; ; “A8 “B ； （/ ／C D） 比值变化于8 6 ; ; ;之间， 平均值7 ；“ , H N Y ’ [ I M \ Y R V X U ’ OI M X Y W X U , ] \ U M S M ’1 S R H P ’ Z ’ GL “ 7） 、 “十一五” 国家科技支撑 计划重点项目 （ “ “ L . L “ ; L “ 9 “ 8） 和国土资源大调查项目 （8 8 “ 8 “ ; 5 “ “ ） 的联合资助 第一作者简介刘锋，男，8 5年生，博士，高级工程师，主要从事金属矿床及同位素地球化学的研究工作。电话 “ 8 “ 9 5 “ ； , W UU T 8 5 ; 6 8 6 X M W 收稿日期 “ “ 9 “ 8 9 “ ；改回日期 “ “ 9 “ 6 9 8 7。李德先编辑。 “ . 3 1 . 9 0, 3 0 0 K - 3 ; , - . /“ JD 3 - 1 5 H H B 0 2 3 4 0 5 3 K L H G E M / 3 ; 3 / 0 4 0 . 3 4 - ; . - ; - 1 I - 0 . 3 . / 0 . . / 3N D 0 5 6 1 5 - 4 6 1 6 4 3 I 3 O 6 ; - . 9 . / 3P - 4 J 1 0 . L O 3 - 4 6 16 4 3I 3 O 6 ; - . - 11 6 4 . / 3 4 1Q , 3 I 3 10 1 I . / 3 O 6 4 O / L 4 - . 3 - 4 6 16 4 3 I 3 O 6 ; - . ; - 1F - 1 5 , J 0 4 3 0/ 0 2 3 0 6 6 15 3 1 3 ; - ; 6 7 0 5 0 . - I - 7 7 3 4 3 1 . - 0 . - 6 1 M / 3 0 O O 0 4 3 1 . K L ; - - K 0 4 ; / 0 O 3 6 7 . / 3* J 4 2 3 0 1 I . / 3 6 1 ; - ; . 3 1 L 6 7 0 2 0 4 - 3 . L 6 7 . 4 0 3 3 K 3 3 1 . ; D 3 . , 3 3 1 0 O 0 . - . 3 0 1 I 3 . 0 6 4 O / - 4 / L 6 K - . 3 - 1 I - 0 . 3 . / 0 . . / 3 - 4 6 1 6 4 3 R 7 6 4 - 1 5 O 4 6 3 ; ; - 5 / . / 0 2 3D 3 3 1 4 3 K 0 . 3 I . 6 . / 3I - 7 7 3 4 3 1 . - 0 . - 6 16 7 5 4 0 1 - . - 0 5 0 6 4 . / 3 6 4 3 0 5 0 - 1 . 4 J ; - 6 1 “ . 4 L 9 0 O 0 . - . 3 9 * 9 - 1 3 4 0 K - S 0 . - 6 1 9 N D 0 5 6 1 50 4 3 0 9 N K . 0 L 在一些产于火山岩或次火山岩的铁矿床中， 常 见较多的磷灰石与矿石矿物磁铁矿共生， 形成矿物 组合对， 如安徽宁芜地区玢岩型铁矿床、 瑞典P - 4 J 1 0 型铁矿床等。对于磁铁矿和磷灰石共生的成因， 不 同学者有不同的认识T 4 - 3 . ; /等 （’ “ “ G； ’ “ “ 8） 将其 归为两种， 一种是与后期热液作用或侵入岩有关， 另 一种是产于钙碱R碱性中酸性火山岩 （安山岩R流纹 岩） 中的P - 4 J 1 0型铁矿， 其磁铁矿R磷灰石R阳起石共 生组合归入晚期的分异岩浆 （矿浆） 侵入成因， 形成 于岩浆活动的晚期阶段； U 0 4 . 6 1等 （’ “ “ ） 认为主要是 热液交代成因； V / - K O 6 . . ; （’ “ 8） 认为磁铁矿和磷灰石共 生就是由岩浆熔融体演化发生不混熔作用形成的。 对宁芜玢岩铁矿床中磁铁矿和磷灰石的成因则主要 认为是岩浆分异的矿浆成因 （陈毓川等， ’ “ ’；常印佛 等， ’ “ “ ’；翟裕生等，’ “ “ H；余金杰等，H H） ， 也有人认 为是岩浆R热液过渡型成因 （林新多， ’ “ “ “） 。 阿巴宫铁矿床是新疆阿勒泰R富蕴铁多金属成 矿带众多铁矿床中的一个中小型矿床。该矿床产于 火山岩中， 具有磁铁矿R磷灰石以及磁铁矿R赤铁矿R 磷灰石共生的特点， 局部形成磷灰石矿。其成因类 型有矿浆贯入型、 矽卡岩型、 火山喷流沉积型等 （张 振福， H ； 王登红等，H H） 不同认识。对与磁铁矿 共生的磷灰石稀土及微量元素的系统研究是探讨这 类矿床成因的重要途径。目前， 国内针对该方面的 研究较少。余金杰等 （H H） 研究了宁芜玢岩铁矿床 中磷灰石和成矿母岩辉长闪长玢岩的稀土元素特 征，并与P - 4 J 1 0型铁矿床和斜长岩、 苏长岩、 钛铁霞 辉岩中磷灰石的稀土元素特征进行对比， 认为宁芜 玢岩型铁矿床主要是由岩浆不混熔作用形成的矿浆 成矿。 本文在对阿巴宫铁矿矿床特征的研究基础上， 从磷灰石微量、 稀土元素特征入手， 与宁芜玢岩铁矿 床、 P - 4 J 1 0型铁矿床、 岩浆期后热液铁矿床中的磷灰 石特征进行对比， 同时与矿体围岩中变质流纹岩的 微量、 稀土元素特征进行对比， 探讨了阿巴宫铁矿床 的成因， 为阿尔泰区域铁矿成矿规律的研究总结奠 定基础， 为进一步找矿提供重要的理论依据。 ’ 区域地质背景 阿巴宫铁矿床位于新疆阿尔泰南缘， 大地构造 位置上属于西伯利亚板块的南阿尔泰晚古生代活动 陆缘、 南阿尔泰的克兰泥盆纪R石炭纪弧后盆地， 其 北与喀纳斯R可可托海古生代岩浆弧相接 （何国琦 等， H W） （图’） 。 中国境内阿尔泰地区位于西伯利亚板块。北部 诺尔特泥盆纪石炭纪上叠火山R沉积盆地位于红 山嘴R诺尔特断裂以北一带， 主要由中晚泥盆世早 石炭世火山R沉积岩组成， Q型花岗岩侵入时代主要 为志留纪、 泥盆纪， 少数为二叠纪侏罗纪 （袁峰等， H ’） 。中部喀纳斯R可可托海古生代岩浆弧位于红 山嘴R诺尔特断裂与阿巴宫断裂、 巴寨断裂之间， 主 要为早古生代深变质岩系， 出露地层主要有震旦纪 至中奥陶世的浅变质巨厚陆源复理石建造 （哈巴河 群） 、 晚奥陶世的火山R磨拉石及陆源碎屑建造 （东锡 勒科组、 白哈巴组） ， 中R晚志留世变砂岩 （库鲁姆提 组） 。花岗岩类分布广泛， 主要为片麻状黑云母二长 花岗岩、 片麻状黑云母花岗岩、 片麻状斜长花岗岩、 黑云母花岗岩、 二云母花岗岩等。时代以早泥盆世 为主， 少数为中奥陶世 （如阿巴宫岩体， W H X GY 0； 刘 锋， H ） 。 南阿尔泰主要由上志留统R下泥盆统康布铁堡 组 （柴凤梅， H “） 和中泥盆统阿勒泰镇组变质火山R 沉积岩系组成， 其次是石炭纪火山R沉积岩系。康布 铁堡组、 阿勒泰镇组和中泥盆统阿舍勒组海相火山 岩主要分布在北西向W个斜列的火山沉积盆地中， 从北西至南东依次为阿舍勒盆地、 冲乎尔盆地、 克兰 盆地和麦兹盆地， 与火山岩系有关的铜、 铅、 锌、 铁、 HGH 矿床地质 H “年 图阿巴宫铁矿地质矿产图 （地质图据新疆有色地勘局“ 队资料编绘； 构造单元图据何国琦等， 4，; 5 - - * “ , - . - / 0 . 0 9 4 - 3A 8 B 0 8 - 8 3 , 9 9 - ; , - , C 2 . - 9 0 4 - 8D 9 , 0 ； 9 , - 8 0 . 4 , / 4 - 8 / 8 4 ; 1 - 3 , 3 9 - 1E , , 4 0 . *， . 0 0 - A 0 J . 0型铁矿的个铁矿床、 岩浆期后热液型F个 铁矿床的磷灰石稀土元素组成 （, - J . 0型铁矿床中磷灰石稀土元素组成各 项指标或程度介于阿巴宫铁矿床和宁芜玢岩铁矿床 之间， 和阿巴宫铁矿床中磷灰石稀土元素特征最为接 近。总体上， 三者的组成基本特征和分布型式相似。 产于斜长岩 A ; B 7 B B 8 A A 7 ; ; ; A A B 7 A B 7 B 7 B A 8 7 A ; B 8 8 8 B A 7 8 8 7 B A A B 8 7 5 6 - 7 8 9 A B; ; B A ; A A ; 7 ; A B A 8 7 B 7 8 A B ; 8 A 8 A B A B B B B 5 6 - 7 8 9 A 8 8 7 B A 7 A A 8 B ; A A ; B 8 5 6 - 7 8 9 A 7 ; A 7 7 B 8 A ; ; ; A A ; 8 A 8 8 8 B 7 8 7 7 5 6 - 7 8 9 A A A 7 8 8 B; 7 B ; A 7 A A ; ; B B 8 A A ; A B 8 A ; ; A A A B 8 ; A ; 8 B A 7 A 8 A B 8 B 8 A B A ; A 7 A 8 5 6 - 7 8 9 B ; B 8A 8 8B B B B 88 8 BA 8 A A A 7 ; A 7 8 ; 平均值 8 A B A A 7 A A 8 7 A B 瑞士C D B 7 A ; 7 7 7 B B 7 8 7 A A A 8 7 B 7 7 C D D 7 8 8 7 A 7 7 平均值 8 8 B B B 7 ; A 8 A 8 B 7 ; B 8 ; 8 7 B ; B B 7B 8; 7 B 7 8 7 7 A 7 7 7B A A 7 7 7 A 7 ; A 7A ; 7 A B 8 7 A 8 7 8 ; B 87 A ; 5 / L A A ; AB A A ; BA B ; 7 7A 8 5 / L A 88 A 96 6 ; “ ; ; 6 “9 ; ““ ; ; ; 6 8 5 0 6 7 “ ““ 9 ; 8 6 6 ; “ “ ; “ ; 9“ ; “ ; “ ; ; 8 5 0 6 7 “ 9 9 8 ; “ 9 8 8 ; 8 ; ; 9 “ ; 5 0 6 7 “ 9 ; 89 ; 6 6 88 ; ; 9 “ ; ; “ ; “ ; 9 ; 9 9 ; 6 ; “ ; “ ; ; 8 5 0 6 7 9 “ “ ; “ ; 86 ; 9 ; 5 0 6 7 9 ; 8 “ ; “ 9 ; “ “9 ; “ ; 9 ; 8 瑞士 A 2 B *型铁矿石中磷灰石 A 2 B * C * * A *9 9 8 ; 9 ; “ ; ; “ ; 9 A 2 B * C * * A * 6 6 ; ; “ 66 ; 8 ; “ ; 8 ; 9“ ; 9 “ 4 B A G ; “ ; 6 ; ; “ 9 ; “ ; 6 ; ; 8 ; 8 9 ; “ “ “ “ 9 ; 6 ; “ ; “ 8 宁芜玢岩型铁矿中磷灰石 平均值 9 ; 6 ; “ 8“ ; ; 8 6 8 ; “ 9 ; 9 ; 9 ; 8 ““ ; “ K A F B. L A B J M， N . 5 “ 8 ; “ 8 ; 8 8 ; 8 ; ““ ; “ ; 6 ; 6 8 ; ; 8 6 9 第9 6卷第期刘锋等新疆阿勒泰市阿巴宫铁矿磷灰石微量稀土元素特征及矿床成因探讨 表稀土元素特征参数变化 “ 4 9 5- 4 3 5 8 7铁矿 A B C D , ’ 2 * , 2 ; ’ 3；, 5 , 3 “ 5 2 1 ’ 1 2 6 ’ 3 , - 2 5 “ . 2 * . “ , “；- “ A , “ . ,8 9 9 2 * 3 , * 3 ; 2 - “ “ 3 ’ 3 ,；. “ “ 3 ’ 3 , ’ * ; , ’ 5 , * 3 “ , * A ’ 2 * 5 , * 3 BCD 矿床地质 D B B E年 图阿巴宫铁矿磷灰石原始地幔标准化蛛网图 “ 0、 负 异常和 ’、 、 8正异常特征与磷灰石微量元素特 征也具有一致性， 这些都说明阿巴宫铁矿床磷灰石 与流纹岩具有同源性， 铁的成矿作用与花岗质岩浆 的分异.侵入有关。 岩浆.侵入成因矿床和后期岩浆热液成因矿床， 具有不同的稀土元素特征， 利用稀土元素分布型式 一般能够加以区分。事实上， “ - 4 , 3 ’ （A B B C） 研究了 众多含磷灰石铁矿床后发现， 利用不同矿床中磷灰 石稀土元素特征及分布型式可以很好地区分沉积成 因矿床和与岩浆或岩浆热液有关的矿床， 但并不能完 全区分岩浆成因磷灰石和后期热液成因磷灰石 （可 能是由于上述两种成因类型都与岩浆作用有关） 。 不管是9 0型还是宁芜玢岩型铁矿床， 或多或少 均受到后期热液作用的影响， 在共生的磷灰石中留 下 “热液痕迹” 。因此， 热液交代蚀变作用以及氧化 还原状态的变化都可能改变稀土元素组成模式， 如 稀土元素总量变化、 分馏变化、 D 0和 - 1 4 E 0（F G G F） 等研究了大量不同类型岩石中 磷灰石微量和稀土元素特征， 揭示出各种类型岩石 中磷灰石微量和稀土元素的变化特征， 利用稀土元 素、 、H等的关系图解能够较为清晰地反映出磷灰 石来源的岩石类型性质。在H . I 图解中 （图C 0） 中， 磷灰石样品绝大多数落入基性岩和花岗质岩石的重 叠区， 只有一个样品在花岗伟晶岩区内边部与花岗质 岩的重叠区， 表明岩浆后期热液作用对阿巴宫铁矿共 生磷灰石的形成影响很有限， 这与矿床地质特征表现 相一致。阿巴宫铁矿床直接赋矿围岩为变质流纹岩， . H图解 （图C 8） 则显示大多数样品落入花岗质岩区， 少数样品位于区外侧边部附近， 印证了磷灰石的形成 与花岗质岩浆侵入有关， 为岩浆分异成因。 综上所述， 阿巴宫铁矿成矿过程可简述如下 晚 志留世泥盆纪早期， 阿尔泰南缘为活动大陆边缘 的陆缘火山弧环境， 板块俯冲形成了一系列拉张断 陷盆地 （牛贺才等， F G G J； 丛峰等；F G G K； 杨富全等， F G G L； 柴凤梅等；F G G B） 。 在板块俯冲作用过程中， 下 图C磷灰石微量稀土元素判别图解 0 H . I 图解；8 . H图解 “ C M 4 3 / 0 , 5 1 , 4 8 0 4 - * , 0 3 - - 1 - / - , 4 0 *N I I 0 H . I 5 1 ,；8 . H5 1 , AJF 第F L卷第O期刘锋等新疆阿勒泰市阿巴宫铁矿磷灰石微量稀土元素特征及矿床成因探讨 地壳发生部分熔融， 形成花岗质岩浆。这种岩浆在 向上运移过程中， 由于温度、 压力以及氧化还原环境 的改变， 发生分异甚至不混熔作用， 形成分异岩浆和 铁质矿浆。早期酸性岩浆喷出地表， 形成了康布铁 堡组流纹质火山岩组合。在火山喷发过程中形成了 火山断裂， 晚期铁质矿浆沿着火山断裂构造贯入充 填、 沉淀， 形成阿巴宫铁矿床。 结论 （“）阿巴宫铁矿床产于晚志留世早泥盆世康布 铁堡组火山岩系中。矿体呈透镜状、 脉状及似层状 沿断裂构造产出， 与围岩界线清楚， 围岩蚀变不很发 育， 磷灰石与磁铁矿共生。 （）阿巴宫铁矿床磷灰石稀土元素组成及分布 型式与瑞典北部 * * / ;_* 2 * / A N N B AK , 0 9 ’ 0 0 3 0 / 1* 2/ , , - F 0 - ］ ，1 8 5 1 3 5 2 B 8 9 ’ 4 1 3 W , - - , 8 G ’ 9 1 9 ’ 9 5 , - . F G ’ 9 1 3 8 2 9 4 N 5 8 ’ 2 5 8I 1 2 ’ 1 9 5 ’ 8 ’ 9 ’ 8， F - （T） D - V E . S /（’ 9B ’ 9 1 1M ’ 5 * 9 4 ’ 8 3 5 ］ 8 4 1 2 R 2 ’ A 2 4 8 9 ’ 8 9 8 2 ’ 8 5 1 1 5 8 4 4 2 1 9 1 ’ ’ 9 5 1; 4 5 8 68 , - T D L , - D / 0 13 1 8 A ’ 2 5 8，C ., V / - E , V D D 1 8 2 H , - D D 0 5 2 ’ * 9 1 4 5 8 ’ 2 4 5 8 ’G 2 “ 9 5 8 ’ 9 ，9 2 9 8 4 6 ’ 2 7 8 4 5 8 ’ 1 ’ 2 9，Z ’ 9 ] ’ 8 9 8 9 5 1 ’ 1 9 1 ’ 8 9 2 5 1 9 5 ’ 8 4 ［O］ B 2 9 5 ’ 3 “ 5 ’ 2 9 5 2 I 1 2 4 2 68 9 G ’ 9 1 8 4 1 2 “ 1 1 1 8 ，, . （ “ ） . S E . C（’ 9 B ’ 9 1 1M ’ 5 * 9 4 ’ 8 3 5 8 5） 附中文参考文献 常印佛，刘湘培，吴言昌 , - - , 长江中下游铜铁成矿带 ［G］北京 地质出版社 C D -页 柴凤梅，毛景文， 董连慧， 杨富全， 刘锋， 耿新霞， 张志欣， 黄承科 F S S - 阿尔泰南缘克朗盆地康布铁堡组变质火山岩年龄及岩石 成因 ［O］岩石学报 （待刊） 陈毓川，盛继福，艾永德 , - . , 梅山铁矿 一个矿浆热液矿床 ［O］中国地质科学院院报矿床地质研究所所刊，F（,） F T E / . CTF 第F .卷第C期刘锋等新疆阿勒泰市阿巴宫铁矿磷灰石微量稀土元素特征及矿床成因探讨 丛峰，唐红峰，苏玉平 “ 阿尔泰南缘泥盆纪流纹岩的地球化 学和大地构造背景 ［］大地构造与成矿学， ’ （） * , 何国琦，成守德，徐新，李锦轶，郝杰 “ , 中国新疆及邻区 大地构造图 （’ “ ） 说明书 ［-］北京 地质出版社 ’ * 林新多 ’ 岩浆*热液过渡型矿床 ［-］武汉 中国地质大学出版 社 * . 刘锋，李延河，毛景文，杨福全，柴凤梅，耿新霞，杨宗喜 “ . 阿尔泰造山带阿巴宫花岗岩体锆石/ 0 1 2 - 3年龄及其地质意义 ［］地球学报，“ （） * . , 牛贺才，于学元，许继峰，单强，陈繁荣，张海祥，郑作平 “ 中国新疆阿尔泰晚古生代火山作用及成矿 ［-］北京地质出 版社 ’ * ’ . , 王登红， 陈毓川， 徐志刚， 李天德， 傅旭杰 “ “ 阿尔泰成矿省的成 矿系列及成矿规律 ［-］北京原子能出版社 ’ * , 王涛，洪大卫，童英，韩宝福，石玉若 “ 中国阿尔泰造山 带后造山喇嘛昭花岗岩体锆石/ 0 1 2 - 3年龄、 成因及陆壳垂向 生长意义 ［］岩石学报，“ ’（） , * 杨富全，毛景文，闫升好，刘锋，柴凤梅，周刚，刘国仁，何立 新，耿新霞，代军治 “ . 新疆阿尔泰蒙库同造山斜长花岗岩 年代学、 地球化学及其地质意义 ［］地质学报， . “ （,） , . * , 袁峰，周涛发，岳书仓 “ ’ 阿尔泰诺尔特地区花岗岩形成时代 及成因类型 ［］新疆地质，’ （,） “ “ * “ 余金杰，毛景文 “ “ 宁芜玢岩铁矿磷灰石的稀土元素特征 ［］ 矿床地质，“ ’（’） * 翟裕生，姚书振，林新多，等 ’ “ 长江