西天山阿吾拉勒成矿带铁矿成矿作用与成矿规律研究

摘要

由于火山岩型铁矿资源量巨大，并且常常形成富铁矿床，长期以来一直是国内外矿床学研究的热点。我国对火山岩型铁矿床的研究多集中于长江中下游等地区的陆相火山岩型铁矿床，而海相火山岩型铁矿床研究相对较少。近年来随着一系列勘查、研究工作的开展，西天山阿吾拉勒成矿带相继发现和重新评价了包括智博、查岗诺尔、松湖等一系列大-中型海相火山岩型富铁矿床，使该带成为新疆乃至全国重要的大型富铁成矿带之一。同时，该带也成为研究海相火山岩型铁矿床的理想研究对象，针对这些铁矿床的深入研究不仅对于提高我国海相火山岩型铁矿床的理论研究水平具有重要的实践意义，同时对该成矿带乃至整个西天山地区火山岩型铁矿的找矿工作都具有一定的指导意义。然而，迄今为止，研究区铁矿床成因机制的研究程度较低，成矿动力学背景仍存在争议，整个成矿带成作用与成矿规律亟待总结。据此，本文选取成矿带内松湖、尼新塔格和敦德三个典型铁矿床作为研究对象，通过对铁矿床系统的矿物学、岩石学、地地球化学、同位素地球化学以及同位素年代学研究，总结了矿床地质特征、讨论了赋矿火山岩岩石成因，探讨了铁矿床成矿作用与成矿物质来源。在此基础上尝试探索俯冲带岩浆作用与铁成矿物质的富集机制，探讨西天山大陆动力学过程与成矿作用的耦合关系，总结海相火山岩型铁矿控矿因素及成矿规律，建立典型矿床成矿模型，为该类型铁矿床的找矿勘查提供理论依据。
　　阿吾拉勒成矿带位于伊犁地块东北缘，成矿带内自西向东依次分布有预须开普台、松湖、尼新塔格、查岗诺尔、智博、敦德和备战7个大-中型铁矿床，以及若干小型铁矿床（点）。结合遥感地质解译与地球物理资料，在成矿带内圈定多个破火山口构造，各矿区均见火山集块岩出露，确定成矿带内各铁矿床除预须开普台（式可布台）铁矿外均赋存于破火山口内，铁矿化受火山机构的控制。预须开普台赤铁矿床亦受火山斜坡及火山机构旁沉积洼地控制。
　　成矿带内7个典型铁矿床中，除预须开普台铁矿赋存于上石炭统伊什基里克组外，其余6个铁矿床均赋存于下石炭统大哈拉军山组火山岩地层中。智博铁矿区矿体顶板紫红色安山岩的年龄为321.6±2.4Ma，敦德铁矿区Fe12号矿体顶部的灰绿色安山岩年龄为320.6±2.4Ma，备战铁矿区采坑内玄武安山岩的年龄为尼新塔格铁矿区顶板灰绿色安山岩年龄为340.3±7Ma，松湖铁矿区矿体底板灰绿色安山岩年龄为343.2±2Ma。结合前人研究成果可知，阿吾拉勒成矿带东段成岩、成矿时代集中于320Ma左右，热液成矿作用稍晚，集中于310Ma～316Ma。而成矿带西段，大规模磁铁矿化作用伴随火山作用发生，其时代集中于343Ma～340Ma左右。
　　石炭纪期间北天山洋向伊犁地块之下俯冲，阿吾拉勒成矿带所处的伊犁地块东北缘即为活动大陆边缘环境，强烈的构造-岩浆活动为该区铁矿床形成提供了重要的物质基础和有利的成矿条件。岩石学及矿床地球化学特征表明，矿区内矿石与围岩具有同源性，成矿物质来源于深源岩浆。松湖和查岗诺尔铁矿床成矿母岩浆为安山质岩浆，其源区为岛弧型地壳（岩浆弧地壳）根部。智博、敦德、备战以及尼新塔格4个铁矿床成矿母岩浆则为玄武质岩浆，其源区为俯冲板片之上受流体交代的地幔楔。随着北天山洋不断向南俯冲，岩浆源区遭受流体交代程度增强而更加富铁，晚期地幔楔部分熔融形成的玄武质岩浆更具有形成大型铁矿床的潜力。
　　各矿区磁铁矿明显分为两类：一类磁铁矿包裹体爆裂温度较高，介于424℃～520℃，与攀枝花地区岩浆结晶成因钒钛磁铁矿相似（410℃～560℃），指示其为岩（矿）浆成因；另一类磁铁矿包裹体爆裂温度较低，介于343℃～480℃，与平川地区次火山热液充填-交代成因磁铁矿相似（365℃～438℃），指示其具有岩浆热液成因特征。磁铁矿LA-ICP-MS微量元素分析结果表明，早期成矿作用以矿（岩）浆成矿作用为主（富Ti、V、Ga，低M g、M n），晚期热液成矿作用逐渐增强而使得部分磁铁矿具有热液成因特征（富Al、Mg、Mn，低Ti、V）。磁铁矿的形成受到岩浆作用的控制。
　　阿吾拉勒成矿带内铁矿床的形成与海相火山作用关系密切，均经历了富铁矿（岩）浆成矿和岩浆热液成矿作用，成矿过程可划分为富铁母岩浆喷溢成矿、矿浆熔离成矿、隐爆热液成矿和热液充填-交代成矿四个阶段。其中尼新塔格铁矿以矿浆成矿作用为主，而敦德与松湖铁矿晚期岩浆热液成矿作用叠加改造作用明显。三个铁矿床在成因类型上均属于海相火山岩型矿浆-热液复合成因磁铁矿床。
　　阿吾拉勒成矿带海相火山岩型铁矿床受石炭系中基性火山岩地层及破火山口构造双重控制，成矿母岩浆的强烈分异演化是导致氧化物熔离的基本因素，而火山机构既为矿床的形成提供了综合性成矿条件也是矿床赋存的场所。西天山地区，石炭纪火山岩地层广泛分布，且火山机构发育，具有巨大的火山岩型铁矿找矿潜力。在今后应注意综合利用地、物、化、遥多种勘查手段，围绕火山机构开展深部及外围找矿工作。此外，本区亦具有与中酸性侵入岩有关的热液矿床以及玢岩型铁矿找矿潜力。

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第一章 绪论

1. 1 研究现状

1. 2 选题依据及研究意义

1. 3 研究内容、技术路线和完成工作量

1. 4 论文进展与创新

第二章 区域地质背景

2. 1 研究区地理位置

2. 2 大地构造位置

2. 3 区域地质概况

2. 4 区域遥感解译

2. 5 区域地球物理特征

2. 6 区域矿产特征

第三章 矿床地质特征

3. 1 敦德铁矿床

3. 2 尼新塔格铁矿床

3. 3 松湖铁矿床

第四章 火山岩年代学及成矿时代

4. 1 样品与测试方法

4. 2 火山岩年代学

4. 3 大哈拉军山组火山岩年代学格架

4. 4 成矿时代限定

第五章 火山岩岩石成因与构造环境

5. 1 样品采集与分析方法

5. 2 火山岩地球化学特征

5. 3 同化混染与源区性质

5. 4 火山岩形成构造环境

5. 5 西天山晚古生代构造演化

第六章 成因矿物学特征

6. 1 分析方法

6. 2 磁铁矿标型特征

6. 3 磁铁矿微量元素特征

6. 4 磁铁矿成因探讨

6. 5 辉石

第七章 矿床地球化学

7. 1 矿石稀土、微量元素地球化学

7. 2 磁铁矿氧同位素特征

7. 3 磁铁矿P b同位素特征

7. 4 硫化物硫同位素特征

7. 5 成矿物质来源探讨

第八章 矿床成因与成矿模式

8. 1 成矿物质来源

8. 2 成矿作用与成矿过程

8. 3 火山作用与成矿

8. 4 成因类型

8. 5 岩浆演化与铁的富集机理

8. 6 成矿模型

第九章 区域铁矿成矿规律

9. 1 主要铁矿床地质特征

9. 2 铁成矿控矿因素与成矿条件

9. 3 找矿前景

结论与存在的问题

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢

附表