北祁连山镜铁山地区镜铁山群...石地球化学特征及其地质意义_赵建仓.pdf

第 6 9 卷第 2 期2 0 2 3 年 3 月地质论评GEOLOGICAL EVIEWVol 69No 2March，2 0 2 3注:本文为酒泉钢铁(集团)有限责任公司科技项目“镜铁山铁铜矿床成矿机理研究”(编号:10305035)的成果。收稿日期:2022-07-07;改回日期:2022-10-15;网络首发:2022-10-20;责任编辑:章雨旭。Doi:1016509/jgeoreview202210095作者简介:赵建仓，男，1966 年生，高级工程师，现在酒泉钢铁(集团)有限责任公司矿业研究院从事资源开发及矿床成因的研究;Email:zhaojiancang jiugangcom。通讯作者:何谋惷，男，1965 年生，副教授，主要从事矿床地质、找矿勘探研究及 矿床学 的教学工作，研究方向为成矿流体;Email:hemch 126com;OCID:0000000317638273。北祁连山镜铁山地区镜铁山群岩石地球化学特征及其地质意义赵建仓1，2)，吴雯辉1)，何谋惷3，4)，丁振举3，4)，胡新露3，4)，宫勇军3，4)1)酒泉钢铁(集团)有限责任公司矿业研究院，甘肃嘉峪关，735100;2)甘肃省难选铁矿石资源利用重点实验室，甘肃嘉峪关，735100;3)中国地质大学(武汉)资源学院，武汉，430074;4)固体矿产勘查国家级实验教学示范中心 中国地质大学(武汉)，武汉，430074内容提要:镜铁山铁(铜)矿床是我国西北地区发现和勘探最早的大型铁(铜)矿床。对于铁矿床的成因，目前还存在不同的观点。笔者等对镜铁山铁铜矿床赋矿地层开展了岩石学和岩石化学成分分析，结果显示:变质石英砂岩的 SiO2平均含量为 96.95%、Al2O3平均为 1.36%、Fe2O3平均为 0.31%，SiO2/Al2O3平均值为 73.26，K2O/Na2O 平均值为 12.54;除 Sn 以外，其他微量元素平均含量均低于后太古宙澳大利亚页岩(PAAS)值，稀土元素总量显著低于PAAS 值，具有弱的 Eu 正异常，Ce 异常不明显;铁碧玉岩 SiO2平均含量为 85.67%、Fe2O3平均含量为 10.19%、SiO2/Al2O3平均为 430.47、K2O/Na2O 平均为 0.79;除 Cu、Ba 和 Pb 平均含量显著高于 PAAS 外，其他微量元素平均含量均低于 PAAS，具有极低的稀土总量、较明显的 Eu 正异常和不明显的 Ce 异常;千枚岩 SiO2平均为 63.56%、Al2O3平均为 14.35%、Fe2O3平均为 5.04%，K2O 平均为 5.08%，MgO 平均为 2.46%，SiO2/Al2O3=4.24.95，平均为 4.44，除了Cu、Sr 和 U 外，其他微量元素均高于 PAAS，尤其是 Sn 和 Ba 显著高于 PAAS。稀土元素总量与 PAAS 相当，Ce 和 Eu异常不明显。认为镜铁山群下岩组千枚岩和变质石英砂岩为陆源石英质沉积岩和中中酸性火成岩在半干旱潮湿的气候条件下经历了中等强烈的风化并在被动大陆边缘的氧化贫氧次氧化水体环境沉积而成，铁碧玉岩源岩主要为火成岩，形成于氧化的水体环境，为典型的热水成因。镜铁山铁矿为 SEDEX 型矿床，其形成与哥伦比亚超大陆裂解有关。关键词:镜铁山群;沉积物物源;构造环境;北祁连构造带;哥伦比亚超大陆位于祁连造山带北祁连构造带西段的镜铁山铁(铜)矿床是我国西北地区发现和勘探最早的大型铁(铜)矿床，截止到 2019 年累计探明铁矿石量545.91 Mt，TFe 平均品位达 36%，铜矿石量 9.3221Mt，Cu 平均品位 1.85%，由相距约 2 km 的桦树沟矿区和黑沟矿区组成，是“镜铁山式”铁矿床的典型代表，也是酒泉钢铁(集团)有限责任公司主要矿石生产基地。镜铁山铁(铜)矿床铁矿体呈层状产于中元古界镜铁山群千枚岩中。前人对该矿初始沉积条件、矿质来源及矿床成因以及主要控矿因素和铁铜矿矿化分布规律等都开展过研究(薛春纪等，1997;周涛发等，1997，1999;刘华山等，1998;毛景文等，1999)，但对铁矿床成因仍然存在“火山热液沉积铁矿”(陈鑫等)、“海相陆源远火山深变质同生沉积铁矿床”(杨化洲等)、海底喷气沉积成因(刘华山等，1998)、SEDEX 型矿床(杨建民，1999)以及“BIF 型铁矿床”(Sun et al，1998;Yang xiuqing et al，2015)等不同观点。笔者等拟通过对镜铁山铁铜矿床赋矿地层 镜铁山群下岩组中变质石英砂岩、千枚岩和铁碧玉岩开展岩石化学成分分析，明确岩石成因类型，限定岩石沉积物物质来源及其成熟度，分析源岩古风化特征与岩石沉积环境，探讨岩石形成的构造环境，为铁矿成因的进一步厘定提供理论依据。1区域地质背景北祁连造山带(NQOB)夹持于阿拉善地块与祁连柴达木地块之间，大地构造单元属于秦祁昆复合板块之祁连山加里东褶皱系。区内构造演化经历了古元古代的大陆岩石圈拉伸、减薄，发生裂谷化(左国朝等，1987;夏林圻等，1995，2000;葛肖虹等，1999)、新元古代的裂谷形成、早古生代洋盆的形成以及奥陶纪的俯冲消减等阶段(左国朝等，1987;夏林圻等，1995;葛肖虹等，1999;张旗等，2000;曾建元等，2007)。区内具有典型的双层结构，前寒武系变质岩系构成基底，古生界新生界作为盖层。其中，基底地层包括古元古界北大河群、中元古界朱龙关群和镜铁山群、新元古界的大柳沟群和白杨沟群，它们以大小不一的残块镶嵌于早古生代火山岩系之中，被认为是飞来峰(许志琴等，1994)、滑覆体(冯益民，1995)或陆壳残块(左国朝等，2002)。盖层包括寒武系第四系。地层明显受区域构造线控制，呈北西西向带状展布(图 1)。图 1 北祁连山地质简图(据李文渊等，2005 修改)Fig1 Geological sketch map of Northern Qilian Mountains(after Li Wenyuan et al，2005)区内经历了多次构造运动，构造形式较为复杂。不同级别和期次的断裂和褶皱构造十分发育。形成一系列由元古界组成的北西西向紧闭褶皱和断裂，构成一个南北宽 40 km，东西延展 100 km 的构造带。区内侵入岩较发育，岩石类型从超基性岩到碱性岩均有出露，其中以酸性中酸性岩体分布最广，规模亦较大，其次为基性、超基性岩体。中性岩体多沿断裂和背斜轴部侵入，而超基性性岩体受深断裂控制，展布方向与区域构造线基本一致。区内矿床类型多、矿产种类丰富。按照构造岩浆热事件演化阶段和含矿建造组合的空间展布，北祁连造山带主要的金属成矿系统和矿床组合划分为:中新元古代裂谷或洋盆成矿系统，形成以桦树沟铁矿、黑沟铁矿等为代表的海底喷流型矿床和以小柳沟钨钼多金属矿床为代表的加里东期岩浆热液成矿系统。镜铁山群是以陆源碎屑为主夹有白云质大理岩及铁矿层的沉积岩系，平行不整合于朱龙关群之上，并被青白口系大柳沟群不整合所覆，厚达 6000 余米，呈 NWW 向分布于北祁连西段的走廊南山南坡与托莱山北坡一带(图 2)。按岩性组合特征分为上、下两个岩组，下岩组为碎屑岩、火山岩、火山碎屑岩及铁矿层，厚约 2000 m，共分 8 个岩性段，除第二岩性段的变质石英砂岩和第七岩性段的铁矿层外，其余各层均为千枚岩。该岩组是“镜铁山式”铁矿的赋存层位。上岩组由灰灰黑色大理岩、白云质大理岩、泥质大理岩夹粉砂质板岩及砾岩透镜体组成，厚约 4000 m。827地质论评2023 年图 2 祁连山地区镜铁山群下岩组分布图(据中国冶金地质总局西北局五队，修编)Fig2 The location map of Pt2jt21in Qilian Mountains area(modified from the 5th Team ofChina Metallurgical Geology General Administration)2样品概况及分析方法21样品概况211样品采集本次研究的 15 件样品全部采自镜铁山矿田及外围镜铁山群下岩组，其中，3 件变质石英砂岩(BDHG-1BDHG-3)采自镜铁山检查站东北 200 m山坡处(E:9757，N:3915，H:2689 m)，4 件铁碧玉岩中 2 件(HG-22、HG-23)采自黑沟矿区 3640m 采场(E:975755，N:391851，H:3640 m)，另 2 件(HG-31、HG-32)采自黑沟矿区 3610 m 采场(E:975749，N:391854，H:3610 m);5 件含铁碧玉千枚岩中 3 件(HGH-01-1 3)采自黑沟铁矿3745 m 采场(E:975822，N:391842H:3745m)，2 件(HG-24、HG-25)采自黑沟铁矿 3625 m 采场(E:975754，N:391856，H:3625 m)。3 件(HG-28、HG-29、HG-30)黑色千枚岩采自黑沟矿区3615 m 采场(E:975751，N:391855，H:3615m)。各样品采集位置见图 3。212样品岩石学特征变质石英砂岩:由于抗风化剥蚀能力强，野外常形成正地形，岩石呈灰白色(图 4a)。变晶结构、变余砂屑结构，变余层状构造，主要由石英组成，少量绢云母、绿泥石。石英粒径在 0.10.2 mm 之间，含量约占 95%，呈次浑圆浑圆状，部分石英颗粒受构造挤压应力作用呈齿状镶嵌变晶。颗粒间胶结物较少，由绢云母及少量绿泥石组成，含量约占整体5%(图 4b、c)。含铁质条带千枚岩:岩石呈灰绿色，沉积层理发育，富铁红色条带与贫铁浅色岩石构成互层的含铁质条带千枚岩(图 4d)。镜下主要矿物为石英、绿泥石、绢云母，鳞片变晶结构，千枚状构造。石英呈粒状，粒径在 0.050.1 mm 之间，与绢云母、绿泥石呈定向排列，组成 S 状劈理，含量 25%。绢云母，鳞片变晶结构，含量约 50%。绿泥石含量约 25%，它们构成 C 组构。岩性为石英绿泥绢云母千枚岩(图4e、f)。黑色千枚岩:岩石呈灰黑色，局部含铁碧玉团块，片理不发育(图 4g)。主要矿物为绢云母、石英、绿泥石，鳞片变晶结构，千枚状构造。石英粒径在 0.050.1 mm 之间，与绢云母、绿泥石定向排列，含量约 20%。绢云母，鳞片变晶结构，含量 50%。绿泥石含量 30%(图 4h、i)。927第 2 期赵建仓等:北祁连山镜铁山地区镜铁山群岩石地球化学特征及其地质意义图 3 北祁连山镜铁山矿田地质图(附采样位置图)(底图据中国冶金地质总局西北局五队，修编)Fig 3 Geological map of the Jingtieshan ore field，north Qilian Mountains(with sampling location map)(modified from the 5th Team of China Metallurgical Geology General Administration)037地质论评2023 年图 4 北祁连山镜铁山地区镜铁山群岩石标本和镜下特征:(a)变质石英砂岩手标本;(b)胶结粗粒石英颗粒的胶结物已经绿泥石化(正交偏光);(c)胶结石英颗粒的胶结物已经绿泥石化(正交偏光);(d)含铁质条带千枚岩手标本;(e)石英、绿泥石、绢云母定向排列(正交偏光);(f)石英、绿泥石绢云母定向排列(正交偏光);(g)黑色千枚岩手标本;(h)石英、绿泥石、绢云母定向排列(正交偏光);(i)绿泥石(正交偏光);(j)铁碧玉岩手标本;(k)铁碧玉中的板状镜铁矿(正交偏光);(l)铁碧玉中的镜铁矿细脉(正交偏光)Fig4 The photographs and microphotographs of the study samples from the Jingtieshan Group in Jingtieshan area，north QilianMountains:(a)metamorphic quartz sandstone;(b)chl