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    东天山卡拉塔格西二区铁铜矿床地质地球化学特征及成因

    陈磊 王京彬 邓小华 吴湘滨 邹海洋 张会琼 毛启贵 孙燕

    陈磊, 王京彬, 邓小华, 吴湘滨, 邹海洋, 张会琼, 毛启贵, 孙燕, 2018. 东天山卡拉塔格西二区铁铜矿床地质地球化学特征及成因. 地球科学, 43(9): 3065-3085. doi: 10.3799/dqkx.2018.157
    引用本文: 陈磊, 王京彬, 邓小华, 吴湘滨, 邹海洋, 张会琼, 毛启贵, 孙燕, 2018. 东天山卡拉塔格西二区铁铜矿床地质地球化学特征及成因. 地球科学, 43(9): 3065-3085. doi: 10.3799/dqkx.2018.157
    Chen Lei, Wang Jingbin, Deng Xiaohua, Wu Xiangbin, Zou Haiyang, Zhang Huiqiong, Mao Qigui, Sun Yan, 2018. Geological and Geochemical Characteristics and Genesis of Xierqu Fe-Cu Deposit in the Kalatag District, Eastern Tianshan, NW China. Earth Science, 43(9): 3065-3085. doi: 10.3799/dqkx.2018.157
    Citation: Chen Lei, Wang Jingbin, Deng Xiaohua, Wu Xiangbin, Zou Haiyang, Zhang Huiqiong, Mao Qigui, Sun Yan, 2018. Geological and Geochemical Characteristics and Genesis of Xierqu Fe-Cu Deposit in the Kalatag District, Eastern Tianshan, NW China. Earth Science, 43(9): 3065-3085. doi: 10.3799/dqkx.2018.157

    东天山卡拉塔格西二区铁铜矿床地质地球化学特征及成因

    doi: 10.3799/dqkx.2018.157
    基金项目: 

    国土资源部公益性行业科研专项 201411026

    国家自然科学基金项目 41602087

    中国地质调查局项目 12120114065801

    中国地质调查局项目 DD20160071

    国家重点基础研究发展计划(973计划)项目 2014CB440803

    中国地质调查局项目 121201004000160901-66

    国家自然科学基金项目 41572077

    详细信息
      作者简介:

      陈磊(1988-), 男, 博士, 主要从事矿床学和成矿规律研究.E-mail:chenleicsu@163.com

      通讯作者: 王京彬, Email:wjb@bigm.com.cn
    • 中图分类号: P611

    Geological and Geochemical Characteristics and Genesis of Xierqu Fe-Cu Deposit in the Kalatag District, Eastern Tianshan, NW China

    • 摘要: 西二区铁铜矿床是东天山卡拉塔格地区近年来新发现的矿床,但其矿床成因类型尚不明确.通过开展系统的电子探针、流体包裹体及H、O同位素研究,结果表明矿体赋存于大南湖组火山岩-火山碎屑岩中,受断裂控制,矿体呈似层状、透镜状.矿石结构主要为粒状结构和交代结构,矿石构造以块状构造和条带状构造为主.金属矿物主要为磁铁矿,脉石矿物主要为石榴子石、绿帘石、绿泥石、方解石等.成矿过程可划分为干矽卡岩、磁铁矿、石英-硫化物、碳酸盐这4个阶段.电子探针表明矿床早期形成钙铁榴石,磁铁矿阶段形成富铁矿石和富铁绿帘石.流体包裹体研究表明,从早到晚,成矿温度和盐度逐渐降低.H-O同位素表明成矿流体以岩浆水为主,演化至大气降水.由此可知西二区铁铜矿床属于矽卡岩型铁铜矿床.
    • 图 1  中亚造山带构造简图(a)、新疆北部构造纲要图(b)和东天山矿产分布图(c)

      Figure 1.  Tectonic sketch of the Central Asian orogenic belt (a) and North Xinjiang (b), and the ore deposits distribution of eastern Tianshan (c)

      图a据Șengör et al.(1993)改编;图b据Chen et al.(2012)改编;图c据王京彬等(2006)改编

      图 2  卡拉塔格区域地质简图

      Figure 2.  Regional geological sketch of the Kalatag district

      Deng et al.(2016)改编

      图 3  西二区铁铜矿地质简图(a)和2号勘探线剖面(b)

      Figure 3.  Geological sketch of the Xierqu Fe-Cu deposit (a) and cross-section along the No.2 prospecting line (b)

      图 4  西二区铁铜矿床矿石特征

      Figure 4.  Photos and microphotographs of ore features for the Xierqu Fe-Cu deposit

      a.稀疏浸染状矿石;b.似层状矿石;c.致密块状矿石;d.块状矿石;e.稠密浸染状石榴子石型矿石;f.浸染状绿帘石型矿石;g.自形柱状结构(反射光);h.自形粒状黄铁矿(反射光);i.他形粒状磁铁矿(反射光);j.他形粒状黄铜矿(反射光);k.黄铁矿交代磁铁矿(反射光);l.黄铜矿交代磁铁矿和黄铜矿.矿物缩写:Cal.碳酸盐;Ccp.黄铜矿;Chl.绿泥石;Ep.绿帘石;Grt.石榴子石;Hem.赤铁矿;Mag.磁铁矿;Py.黄铁矿;Spe.镜铁矿

      图 5  西二区铁铜矿床矽卡岩分带剖面

      Figure 5.  Alteration zoning of skarns for the Xierqu Fe-Cu deposit

      图 6  西二区铁铜矿床矿物生成顺序表

      Figure 6.  Paragenetic sequence of the Xierqu Fe-Cu deposit

      图 7  西二区铁铜矿床石榴子石显微特征及矽卡岩端元成分图解

      Figure 7.  Characteristics of garnet and end member component of skarns from the Xierqu Fe-Cu deposit

      a.棕黄色石榴子石;b.自形-半自形石榴子石(单偏光);c.石榴子石环带结构(单偏光);d.环带石榴子石正交镜下核部全消光(正交偏光);e.无环带石榴子石围绕有环带石榴子石发育(正交偏光);f.石榴子石电子探针背散射图像.矿物缩写:Grt.石榴子石;Chl.绿泥石;Ep.绿帘石;Cal.碳酸盐.h底图据Meinert et al.(2005);i底图据Meinert(1992);j底图据Deer et al.(1962)

      图 8  西二区铁铜矿床矽卡岩特征

      Figure 8.  Characteristics of skarn from the Xierqu Fe-Cu deposit

      a.自形粒状透辉石(单偏光);b.透辉石沿石榴子石颗粒间隙分布(单偏光);c.透辉石被磁铁矿、绿泥石交代(单偏光);d.磁铁矿手标本;e.自形柱状磁铁矿(反射光);f.磁铁矿交代石榴子石(单偏光);g.褐铁矿交代磁铁矿(反射光);h.绿帘石矽卡岩;i.自形-半自形粒状绿帘石(单偏光);j.绿帘石交代石榴子石(单偏光);k.叶片状绿泥石(单偏光);l.绿泥石交代磁铁矿(单偏光).矿物缩写:Cal.碳酸盐;Chl.绿泥石;Di.透辉石;Ep.绿帘石;Grt.石榴子石;Lim.褐铁矿;Mag.磁铁矿;Qtz.石英

      图 9  西二区铁铜矿床流体包裹体特征

      Figure 9.  Micrographs for fluid inclusions of the Xierqu Fe-Cu deposit

      a~c.石英中富液相包裹体;d.石英中富气相包裹体与富液相包裹体共生;e~h.方解石中富液相包裹体;i.方解石中富气相包裹体与富液相包裹体共生.L.液相水;V.气相水

      图 10  西二区铁铜矿床流体包裹体均一温度-盐度直方图

      Figure 10.  Histograms of salinities and homogenization temperatures of fluid inclusions from the Xierqu Fe-Cu deposit

      图 11  西二区铁铜矿床流体包裹体压力和盐度估计及演化(a、b)和氧同位素组成及δD-δ18O图解(c、d)

      Figure 11.  Pressures and salinities estimation for fluid inclusions (a, b) and oxygen isotopic compositions and δD-δ18O diagrams of the Xierqu Fe-Cu deposit (c, d)

      a底图据Driesner and Heinrich(2007);b底图据Bodnar et al.(1985);d底图据Hedenquist and Lowenstern(1994);SMOW.标准平均大洋水

      图 12  西二区铁铜矿床磁铁矿地球化学成因图解

      Figure 12.  Discrimination diagrams for the genesis of magnetite in the Xierqu Fe-Cu deposit

      a底图据Dupuis and Beaudoin(2011);b底图据陈光远等(1987)

      表 1  西二区铁铜矿矽卡岩电子探针分析测试数据(%)

      Table 1.  Electron probe microanalyses (%) of the skarn from the Xierqu Fe-Cu deposit

      探针点 XCK-32.1 XCK-32.2 XCK-32.3 XCK-32.4 XCK-32.5 XCK-32.6 XCK-32.7 XCK-32.8 XCK-32.9 XCK-32.10 XCK-32.11 XCK-32.12 XCK-32.13 XCK-33.1 XCK-33.2 XCK-33.3 XCK-33.4
      石榴子石 核部 边部 核部 边部 无环带
      SiO2 35.68 35.92 35.78 35.26 35.38 34.84 34.87 35.19 35.39 36.19 35.05 36.52 35.43 35.92 35.66 35.93 35.33
      TiO2 0.00 0.11 0.00 0.00 0.07 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Al2O3 1.09 0.80 3.29 1.15 0.51 0.97 0.94 1.82 1.87 7.68 1.07 7.97 0.83 0.27 0.08 0.22 0.71
      CaO 32.39 32.84 32.77 32.10 32.05 31.86 32.12 31.82 31.53 33.64 33.15 33.40 32.17 32.65 31.89 32.98 32.72
      Na2O 0.00 0.00 0.02 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00
      K2O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      MgO 0.04 0.07 0.00 0.00 0.00 0.03 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.00 0.02 0.00
      MnO 0.30 0.25 0.24 0.13 0.25 0.34 0.35 0.31 0.19 0.62 0.22 0.71 0.28 0.25 0.22 0.16 0.34
      Cr2O3 0.00 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.03
      NiO 0.04 0.05 0.03 0.00 0.06 0.08 0.04 0.03 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      FeOT 31.34 30.29 28.45 31.04 31.96 31.43 32.25 30.92 30.94 21.73 29.92 22.00 31.46 31.41 31.58 30.22 30.21
      Total 100.88 100.38 100.58 99.73 100.28 99.55 100.64 100.09 99.92 99.86 99.50 100.63 100.20 100.50 99.48 99.53 99.34
      Si 2.90 2.93 2.89 2.90 2.90 2.87 2.85 2.88 2.90 2.88 2.88 2.88 2.90 2.93 2.95 2.96 2.91
      Ti 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Al 0.10 0.08 0.31 0.11 0.05 0.09 0.09 0.18 0.18 0.72 0.10 0.74 0.08 0.03 0.01 0.02 0.07
      Ca 2.82 2.87 2.84 2.83 2.82 2.81 2.81 2.79 2.77 2.87 2.92 2.82 2.82 2.86 2.83 2.91 2.89
      Na 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      K 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Mg 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Mn 0.04 0.03 0.03 0.02 0.03 0.05 0.05 0.04 0.03 0.08 0.03 0.09 0.04 0.03 0.03 0.02 0.05
      Cr 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Ni 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Fe2+ 0.07 0.05 0.05 0.06 0.09 0.05 0.03 0.09 0.13 0.01 -0.04 0.05 0.07 0.08 0.12 0.05 0.02
      Fe3+ 2.06 2.01 1.88 2.08 2.11 2.12 2.17 2.03 1.99 1.43 2.10 1.40 2.08 2.07 2.07 2.04 2.06
      And 1.03 1.01 0.94 1.04 1.05 1.06 1.09 1.01 0.99 0.72 1.05 0.70 1.04 1.03 1.03 1.02 1.03
      Gro -0.09 -0.05 0.01 -0.01 -0.11 -0.12 -0.15 -0.08 -0.07 0.24 -0.07 0.24 -0.10 -0.08 -0.09 -0.05 -0.07
      Alm+Sps+Prp 0.03 0.02 0.02 0.02 0.03 0.02 0.01 0.03 0.04 0.00 -0.01 0.02 0.03 0.03 0.04 0.02 0.01
      探针点 XCK-33.1 XCK-33.2 XCK-33.3 XCK-33.4 XCK-33.5 XCK-33.6 XCK-33.7 XCK-33.8 XCK-33.9 XCK-33.10
      辉石
      SiO2 53.17 53.59 53.80 54.13 55.58 53.99 52.35 54.68 52.50 52.98
      TiO2 0.00 0.08 0.00 0.01 0.00 0.02 0.07 0.02 0.00 0.00
      Al2O3 2.61 0.45 1.82 2.34 1.58 1.43 2.75 1.76 3.53 2.61
      CaO 24.09 23.47 23.79 23.48 21.14 25.19 21.32 22.66 21.37 24.01
      Na2O 0.07 0.27 0.00 0.46 0.28 0.09 1.09 0.12 0.29 0.46
      K2O 0.00 0.00 0.00 0.17 0.00 0.02 0.24 0.01 0.02 0.12
      MgO 15.68 14.37 15.26 16.10 16.42 15.01 15.61 16.82 13.98 15.68
      MnO 0.24 0.30 0.34 0.27 0.20 0.66 0.41 0.37 0.18 0.32
      Cr2O3 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.02 0.02 0.00 0.01 0.02
      NiO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.02 0.00 0.00
      FeO 3.55 7.07 3.42 2.83 4.64 3.73 1.26 2.53 5.56 1.86
      Fe2O3 0.00 0.36 0.00 0.00 0.00 0.00 4.46 0.00 0.00 0.82
      Total 99.41 99.97 98.43 99.81 99.84 100.16 99.60 98.99 97.44 98.87
      Si 1.96 1.99 2.01 1.97 2.04 1.99 1.92 2.01 1.99 1.95
      Ti 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Al 0.11 0.02 0.08 0.10 0.07 0.06 0.12 0.08 0.16 0.11
      Ca 0.95 0.94 0.95 0.92 0.83 0.99 0.84 0.89 0.87 0.95
      Na 0.00 0.02 0.00 0.03 0.02 0.01 0.08 0.01 0.02 0.03
      K 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Mg 0.86 0.80 0.85 0.88 0.90 0.82 0.86 0.92 0.79 0.86
      Mn 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00
      Cr 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Ni 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Fe2+ 0.11 0.22 0.11 0.09 0.14 0.11 0.04 0.08 0.18 0.06
      Fe3+ 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.12 0.00 0.00 0.02
      Di 0.89 0.77 0.89 0.91 0.85 0.88 0.83 0.92 0.82 0.92
      Hd 0.11 0.23 0.11 0.09 0.14 0.11 0.16 0.08 0.18 0.08
      Jo 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00
      探针点 XCK-27.1 XCK-27.2 XCK-27.3 XCK-27.4 XCK-27.5 XCK-27.6 XCK-27.7 XCK-27.8 XCK-27.9 XCK-27.10 XCK-21.2 XCK-21.3
      磁铁矿
      SiO2 0.00 0.02 0.06 0.04 0.00 0.05 0.00 0.02 0.08 0.02 0.03 0.12
      TiO2 0.00 0.06 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.76 0.21
      Al2O3 0.12 0.27 0.70 0.68 0.25 0.70 0.49 0.57 0.66 0.45 0.46 0.74
      V2O3 0.00 0.00 0.05 0.07 0.06 0.00 0.00 0.00 0.00 0.06 0.00 0.00
      CaO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03
      Na2O 0.10 0.00 0.03 0.02 0.04 0.04 0.06 0.00 0.04 0.00 0.02 0.07
      K2O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      MgO 0.02 0.00 0.03 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02
      MnO 0.07 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Cr2O3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00 0.05
      NiO 0.03 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00
      FeO 29.34 29.98 29.80 29.83 29.12 29.55 29.78 29.79 29.81 29.42 30.55 30.04
      Fe2O3 66.31 65.88 65.32 65.28 64.94 64.91 66.26 65.21 65.37 64.67 64.24 65.26
      Total 95.99 96.21 95.98 95.92 94.45 95.26 96.61 95.58 96.00 94.66 96.06 96.54
      Si 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Ti 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.01
      Al 0.01 0.01 0.03 0.03 0.01 0.03 0.02 0.03 0.03 0.02 0.02 0.03
      Ca 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Na 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01
      K 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Mg 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Mn 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Cr 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Ni 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Fe2+ 0.98 1.00 1.00 1.00 0.99 0.99 0.99 1.00 1.00 1.00 1.02 1.00
      Fe3+ 2.00 1.98 1.96 1.97 1.99 1.97 1.98 1.97 1.97 1.98 1.93 1.95
      探针点 XCK-21.4 XCK-21.5 XCK-21.6 XCK-21.7 XCK-21.8 XCK-21.9 XCK-21.10 XCK-21.11 XCK-21.12 XCK-21.13
      绿帘石
      SiO2 37.32 37.16 36.99 37.56 37.06 37.11 36.98 37.74 37.57 37.28
      TiO2 0.06 0.33 0.12 0.20 0.16 0.07 0.00 0.00 0.00 0.00
      Al2O3 21.85 20.60 19.11 21.05 20.11 20.29 19.03 20.67 20.09 19.72
      CaO 20.54 21.70 21.89 21.78 21.88 21.97 21.97 20.95 21.30 20.53
      Na2O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.07 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00
      K2O 0.29 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      MgO 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      MnO 0.14 0.05 0.00 0.08 0.07 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04
      Cr2O3 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00 0.06 0.04 0.00 0.00 0.00
      NiO 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00
      FeO 2.32 2.30 1.71 2.49 1.58 1.57 1.65 3.75 2.91 3.86
      Fe2O3 13.07 13.44 16.50 13.30 14.90 16.00 15.92 12.70 14.67 14.10
      Total 95.70 95.64 96.39 96.47 95.83 97.11 95.60 95.81 96.57 95.53
      Si 3.06 3.06 3.05 3.06 3.05 3.03 3.07 3.10 3.08 3.09
      Ti 0.00 0.02 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Al 2.11 2.00 1.86 2.02 1.95 1.95 1.86 2.00 1.94 1.93
      Ca 1.80 1.91 1.93 1.90 1.93 1.92 1.95 1.85 1.87 1.82
      Na 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      K 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Mg 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Mn 0.02 0.01 0.00 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01
      Cr 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Ni 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Fe2+ 0.16 0.16 0.12 0.17 0.11 0.11 0.11 0.26 0.20 0.27
      Fe3+ 0.81 0.83 1.02 0.82 0.92 0.98 1.00 0.79 0.91 0.88
      探针点 XCK-20.1 XCK-20.2 XCK-20.3 XCK-20.4 XCK-20.5 XCK-20.6 XCK-20.7 XCK-20.8 XCK-20.9 XCK-20.10 XCK-21.1
      绿泥石
      SiO2 27.27 27.36 27.25 27.39 27.69 27.59 26.76 27.61 28.50 27.23 27.03
      TiO2 0.05 0.00 0.00 0.09 0.07 0.00 0.00 0.06 0.00 0.05 0.08
      Al2O3 16.90 17.02 16.95 16.85 16.66 17.74 17.32 15.75 15.81 17.94 16.84
      CaO 0.05 0.06 0.08 0.21 0.12 0.09 0.06 0.04 0.05 0.07 0.09
      Na2O 0.08 0.06 0.10 0.10 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.05
      K2O 0.00 0.00 0.02 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.03 0.04 0.00
      MgO 14.44 14.20 13.71 14.70 14.48 15.78 14.89 14.22 15.27 15.31 12.57
      MnO 0.57 0.58 0.67 0.82 0.45 0.37 0.56 0.39 0.49 0.53 0.50
      Cr2O3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.05
      NiO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      FeO 29.05 28.95 28.26 27.45 28.94 26.82 27.79 29.99 28.77 26.84 30.45
      Fe2O3 0.19 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.09 0.20 0.00 0.00 0.00
      Total 88.60 88.23 87.04 87.61 88.45 88.44 87.47 88.26 88.95 88.04 87.66
      Si 2.89 2.91 2.94 2.91 2.94 2.90 2.86 2.96 3.00 2.87 2.93
      Ti 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01
      Al 2.11 2.14 2.15 2.11 2.09 2.20 2.18 1.99 1.96 2.23 2.15
      Ca 0.01 0.01 0.01 0.02 0.01 0.01 0.01 0.00 0.01 0.01 0.01
      Na 0.02 0.01 0.02 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01
      K 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Mg 2.28 2.25 2.20 2.33 2.29 2.47 2.37 2.27 2.40 2.41 2.03
      Mn 0.10 0.10 0.12 0.15 0.08 0.07 0.10 0.07 0.09 0.09 0.09
      Cr 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Ni 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
      Fe2+ 2.57 2.58 2.55 2.44 2.57 2.36 2.48 2.69 2.54 2.37 2.76
      Fe3+ 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.02 0.00 0.00 0.00
      Al 1.11 1.09 1.06 1.09 1.06 1.10 1.14 1.04 1.00 1.13 1.07
      Al 1.00 1.05 1.09 1.03 1.03 1.09 1.04 0.95 0.97 1.10 1.08
      Fe/(Mg+Fe) 0.53 0.53 0.54 0.51 0.53 0.49 0.51 0.54 0.51 0.50 0.58
      Mg/(Mg+Fe) 0.47 0.47 0.46 0.49 0.47 0.51 0.49 0.46 0.49 0.50 0.42
      d001 14.159 0 14.161 5 14.165 1 14.164 5 14.165 1 14.164 3 14.157 0 14.164 6 14.172 9 14.161 3 14.160 1
      T(℃) 219.96 217.48 213.85 214.53 213.90 214.68 221.97 214.41 206.08 217.73 218.92
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      表 2  西二区铁铜矿床流体包裹体测温数据及计算结果

      Table 2.  Microther mometric data for fluid inclusions of the Xierqu Fe-Cu deposit

      成矿阶段 矿物 包裹体类型 均一温度(℃) 冰点温度(℃) 盐度(% NaCleqv)
      磁铁矿阶段 绿帘石 富液相包裹体 304~352 -11.6~-2.6 4.34~15.57
      碳酸盐阶段 石英 富液相包裹体 138~318 -10.9~-0.5 0.88~14.87
      富气相包裹体 251~292 -6.5~-2.3 3.87~9.86
      方解石 富液相包裹体 151~270 -4.8~-0.1 0.18~7.59
      富气相包裹体 183 -0.2 0.35
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      表 3  西二区铁铜矿床H、O同位素分析结果

      Table 3.  Hydrogen and oxygen isotope data of the Xierqu Fe-Cu deposit

      样品编号 成矿阶段 测定矿物 δDV-SMOW(‰) δ18O(‰) δ18OV-SMOW(‰)
      XCK-1 磁铁矿阶段 绿帘石 -36.2 5.9 6.4
      XCK-2 磁铁矿阶段 绿帘石 -42.1 4.5 5.0
      XCK-8 磁铁矿 -2.7 -2.2
      XCK-9 碳酸盐阶段 磁铁矿 -1.3 -0.8
      ZK0204-5 磁铁矿 -1.9 -1.4
      XCK-31 石英 -65.0 0.6 11.2
      XCK-32 石英 -59.6 -0.1 10.5
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      表 4  东天山典型矽卡岩型铁铜矿床地质特征对比

      Table 4.  Comparison of the geological characteristics of the typical skarn Fe-Cu deposits

      矿床名称 雅满苏 沙泉子 红云滩 百灵山 西二区
      构造位置 雅满苏岛弧带中段 雅满苏岛弧带东段 雅满苏岛弧带西段 雅满苏岛弧带西段 大南湖-头苏泉岛弧带北段
      成矿时代 石炭纪 石炭纪 石炭纪 石炭纪 泥盆纪
      赋矿围岩 下石炭统火山碎屑岩 下石炭统火山岩-火山碎屑岩 下石炭统火山碎屑岩 下石炭统火山碎屑岩 下泥盆统火山岩-火山碎屑岩
      控矿构造 近东西向断裂 东西向断裂 东西向断裂 东西向断裂 北北西向断裂
      成矿岩体 辉绿岩 闪长玢岩 花岗岩 花岗闪长岩 石英闪长玢岩
      矿体特征 似层状、透镜状倾向南,倾角35°~60° 似层状、透镜状倾向北,倾角65°~74° 似层状、透镜状倾向北西,倾角20°~75° 透镜状、似层状倾向北东,倾角12°~29° 透镜状、似层状倾向北东,倾角20°~30°
      矿石结构构造 粒状结构、交代结构块状、条带状构造 粒状结构细脉浸染状构造 粒状结构、交代结构块状、条带状、浸染状构造 粒状结构块状、条带状构造 粒状结构、交代结构块状、浸染状、条带状构造
      金属矿物 磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、赤铁矿、褐铁矿 磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、赤铁矿、闪锌矿 磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、磁赤铁矿、镜铁矿 磁铁矿、黄铁矿、磁赤铁矿、镜铁矿 磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、镜铁矿、赤铁矿、褐铁矿
      脉石矿物 石榴子石、透辉石、阳起石、绿帘石、绿泥石、方解石 石榴子石、绿帘石、绿泥石、钾长石、方解石 石榴子石、透辉石、阳起石、绿帘石、绿泥石、石英 石榴子石、透辉石、阳起石、绿帘石、绿泥石、石英 石英、石榴子石、绿泥石、绿帘石、方解石
      围岩蚀变 硅化、矽卡岩化、青磐岩化、碳酸盐化 硅化、矽卡岩化、青磐岩化、碳酸盐化 硅化、矽卡岩化、青磐岩化、钾化、碳酸盐化 硅化、矽卡岩化、青磐岩化、钾化、碳酸盐化 硅化、矽卡岩化、青磐岩化、碳酸盐化
      矿床规模品位 中型,Fe为46.69% 中型,Fe为26%~49%,Cu为0.20%~1.39% 中型,Fe为45%~58% 中型,Fe为32.54%~44.56% 小型,Fe为35.52%,Cu为0.20%~3.62%
      资料来源 李厚民等,2014 江宏君等,2016 张立成等,2013 戴安峰,2015 本文
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    出版历程
    • 收稿日期:  2018-03-26
    • 刊出日期:  2018-09-01

    东天山卡拉塔格西二区铁铜矿床地质地球化学特征及成因

      通讯作者: 王京彬, wjb@bigm.com.cn
      作者简介: 陈磊(1988-), 男, 博士, 主要从事矿床学和成矿规律研究.E-mail:chenleicsu@163.com
    • 1. 中南大学地球科学与信息物理学院, 湖南长沙 410083
    • 2. 中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室, 湖南长沙 410083
    • 3. 北京矿产地质研究院, 北京 100012
    基金项目:  国土资源部公益性行业科研专项 201411026国家自然科学基金项目 41602087中国地质调查局项目 12120114065801中国地质调查局项目 DD20160071国家重点基础研究发展计划(973计划)项目 2014CB440803中国地质调查局项目 121201004000160901-66国家自然科学基金项目 41572077

    摘要: 西二区铁铜矿床是东天山卡拉塔格地区近年来新发现的矿床,但其矿床成因类型尚不明确.通过开展系统的电子探针、流体包裹体及H、O同位素研究,结果表明矿体赋存于大南湖组火山岩-火山碎屑岩中,受断裂控制,矿体呈似层状、透镜状.矿石结构主要为粒状结构和交代结构,矿石构造以块状构造和条带状构造为主.金属矿物主要为磁铁矿,脉石矿物主要为石榴子石、绿帘石、绿泥石、方解石等.成矿过程可划分为干矽卡岩、磁铁矿、石英-硫化物、碳酸盐这4个阶段.电子探针表明矿床早期形成钙铁榴石,磁铁矿阶段形成富铁矿石和富铁绿帘石.流体包裹体研究表明,从早到晚,成矿温度和盐度逐渐降低.H-O同位素表明成矿流体以岩浆水为主,演化至大气降水.由此可知西二区铁铜矿床属于矽卡岩型铁铜矿床.

    English Abstract

      • 东天山成矿带位于中亚增生型造山带的西段南缘,是中亚成矿域的重要组成部分(图 1a1b),自早古生代以来,经历了从俯冲-碰撞到后碰撞-板内环境的完整造山演化过程,并伴随大规模的成矿作用,是中国重要的铜、镍、金、铁、铅锌等大型矿床集中区(王京彬等,2006Pirajno et al., 2011石煜等,2017).东天山成矿带由北向南包括博格达-哈尔里克带、大南湖-头苏泉带、康古尔-黄山带、阿齐山-雅满苏带及中天山成矿带(秦克章等,2002)(图 1c),其中,已发现的铁矿床如雅满苏、沙泉子、红云滩和百灵山等均位于雅满苏岛弧带,这些铁矿床构成了东天山最重要的铁矿带(张立成等,2013李厚民等,2014戴安峰,2015江宏君等,2016).

        图  1  中亚造山带构造简图(a)、新疆北部构造纲要图(b)和东天山矿产分布图(c)

        Figure 1.  Tectonic sketch of the Central Asian orogenic belt (a) and North Xinjiang (b), and the ore deposits distribution of eastern Tianshan (c)

        卡拉塔格地区位于东天山大南湖-头苏泉古生代岛弧带北缘(图 1c),近年来,前人在该地区相继发现了红海VMS型铜锌矿床(Deng et al., 2016)、红石、梅岭热液脉状铜矿床(邓小华等,2014)、玉带斑岩型铜矿床(Chen et al., 2017)和西二区矽卡岩型铁铜矿床(Mao et al., 2018),其找矿潜力大,成为东天山勘查和研究的热点地区.西二区铁铜矿床自2011年被发现以来,尽管前人对该矿床的地质特征进行过初步研究(Mao et al., 2018),但对矿床的矿物特征、围岩蚀变、成矿期次及成矿流体等精细矿床解剖工作还不够深入,在一定程度上阻碍了矿床的成因研究和找矿勘查.因此,急需更系统地开展野外和室内研究工作,摸清矿床的矿化蚀变特征及成矿流体演化特征,分析成矿地质条件.本文在已有工作基础上,通过详细的野外地质调查,对西二区铁铜矿床系统地进行了矿床地质地球化学研究,并探讨其成因.

      • 东天山造山带由北向南被东西向的克拉麦里断裂和阿奇克库都克断裂分为3个构造成矿单元:博格达-哈尔里克带、觉罗塔格带、中天山地块.每个单元的地层、构造变形强度、矿床类型等差异较大(秦克章等,2002Zhu et al., 2016)(图 1c).博格达-哈尔里克带发育奥陶纪-石炭纪火山岩、花岗岩和基性-超基性杂岩体,带内发育少量的铜、金矿点(马星华等,2015).中天山地块主体出露前寒武纪结晶基底和部分早古生代岛弧火山岩,变质作用强烈,主要发育铁、铅、锌矿床(雷如雄等,2014).觉罗塔格带主要由古生代火山岩和沉积岩组成,带内发育大量铜、铁、金矿床,该带由北向南被东西向的康古尔断裂和雅满苏断裂分为3个构造成矿亚单元:大南湖-头苏泉岛弧带、康古尔-黄山韧性剪切带、雅满苏岛弧带(秦克章等,2002)(图 1c).卡拉塔格隶属大南湖-头苏泉岛弧带,北部紧邻吐哈盆地.

        卡拉塔格地区出露的地层有中奥陶统大柳沟组、下泥盆统大南湖组、上石炭统脐山组及下二叠统卡拉岗组(图 2).其中,大柳沟组为一套海相安山岩(>450Ma)、凝灰岩(450~440Ma)及英安岩(440~420Ma)建造(Deng et al., 2017);大南湖组为海相火山碎屑岩、碎屑沉积岩夹中基性火山熔岩及碳酸盐岩,不整合叠加于大柳沟组;脐山组为一套基性-中酸性火山碎屑岩夹中-基性火山熔岩;卡拉岗组为一套陆相火山熔岩夹少量火山碎屑岩建造(Deng et al., 2017).

        图  2  卡拉塔格区域地质简图

        Figure 2.  Regional geological sketch of the Kalatag district

        卡拉塔格地区褶皱和断裂构造发育,构造线方向与区域一致.区内整体为一近东西向的原生复背斜构造,主要是受近南北向的挤压作用形成,轴线走向295°~305°.断裂主要发育有北西向、北北西向和北东东向3组(图 2).其中,北西向断裂具多阶段演化、多性质转换的特点,是区内重要的控岩控矿断裂;北北西向断裂为北西向断裂的次级断裂,仅发育于火山岩地层中;北东东向断裂为左行走滑断裂,错断了北北西向断裂和晚期花岗岩类(邓小华等,2014).

        卡拉塔格地区侵入岩较发育,时代主要为加里东期和海西期.其中,加里东期侵入体包括英云闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩等,它们的SIMS锆石U-Pb年龄为426~430Ma(Deng et al., 2017).海西期侵入体主要于泥盆纪侵位,主要为中酸性脉岩或次火山岩.

      • 西二区铁铜矿位于卡拉塔格地区西部,矿区出露地层比较简单,南部为中奥陶统大柳沟组中基性火山岩建造,岩性以灰绿色安山岩为主;北部为下泥盆统大南湖组火山岩和火山碎屑岩建造,岩性有凝灰岩、凝灰质砂岩、大理岩、安山岩等,与南部中奥陶统大柳沟组呈不整合接触关系(图 3a).矿区断裂构造主要为卡拉塔格断裂,于矿区中部横贯全区,走向北西-北西西,倾向北东-北北东,倾角70°(图 3a).矿区侵入岩十分发育,以中性岩为主,次为基性岩与酸性岩,岩性有辉长岩、闪长岩、石英闪长岩、石英闪长玢岩、二长岩等,规模大小不等,但多呈脉状产出,总体可分为北西向和南北向两组.其中,石英闪长玢岩与成矿关系密切.

        图  3  西二区铁铜矿地质简图(a)和2号勘探线剖面(b)

        Figure 3.  Geological sketch of the Xierqu Fe-Cu deposit (a) and cross-section along the No.2 prospecting line (b)

      • 矿体分布于矿区中部,产于大南湖组火山岩-火山碎屑岩中,且与大南湖组大理岩在同一层位,层控特征明显.矿体为铁铜矿体,西段以铁矿体为主,地表有铜矿化,而深部无铜矿化;东段为铁铜矿体,铁铜伴生,但是铁含量普遍较低,少数能达到品位,因此,在圈矿体时分别圈出了I-Fe和I-Cu矿体(图 3a).

        I-Fe矿体呈透镜状-似层状,具有膨大缩小现象,长约400m,宽约100m,厚度为4~20m,走向北西,倾向北东,倾角20°~30°(图 3b).Fe品位10%~55%,平均Fe品位35.52%.

        I-Cu矿体呈似层状,长约100m,宽约100m,厚度为1.02~9.86m,平均厚度6.38m,走向北西,倾向北东,倾角约30°,Cu品位0.20%~3.62%,平均Cu品位0.52%.

        矿体上盘近矿围岩主要为层状凝灰岩、凝灰质砂岩,平均品位Cu为0.06%、Fe为4.0%;矿体下盘近矿围岩主要为大理岩、火山角砾岩、凝灰质砂岩、内矽卡岩等,平均品位Cu为0.03%、Fe为4.0%.

      • 矿石按其组构特征可分为浸染状矿石(图 4a)、似层状矿石(图 4b)及块状矿石(图 4c4d).按其脉石矿物含量可分为石榴子石型矿石(图 4e)、绿帘石型矿石(图 4f)、绿帘石-石榴子石型矿石、磁铁矿型矿石.矿石结构较简单,以自形柱状结构(图 4g)、粒状结构(图 4h~4k)为主,其次为交代结构(图 4k4l).矿石构造也比较简单,以致密块状构造为主(图 4c4d),其次为浸染状构造(图 4a4e4f)和条带状构造(图 4b)等.矿物成分较简单,其中原生金属矿物包括磁铁矿、黄铜矿、黄铁矿等;表生金属矿物包括赤铁矿、褐铁矿、镜铁矿、孔雀石等;脉石矿物主要有石榴子石、透辉石、绿帘石、绿泥石、方解石、石英等.

        图  4  西二区铁铜矿床矿石特征

        Figure 4.  Photos and microphotographs of ore features for the Xierqu Fe-Cu deposit

      • 西二区铁铜矿床围岩蚀变类型多,分布范围广,但强度较弱,主要蚀变类型有硅化、绢云母化、绿泥石化、绿帘石化、石榴子石化、磁铁矿化、碳酸盐化等.其中以硅化、石榴子石化、磁铁矿化和绿帘石化与铁铜矿化关系最为密切.在水平方向上,蚀变类型具对称分带特征(图 5),从矿体到围岩,蚀变具有从深色到浅色的变化现象,总体表现为:绿帘石化凝灰岩→石榴子石矽卡岩→矽卡岩化大理岩→石榴子石绿帘石矽卡岩→绿帘石矽卡岩→石榴子石绿帘石矽卡岩→矽卡岩化大理岩→石榴子石绿帘石矽卡岩→绿帘石化凝灰岩.但各蚀变带宽度变化不一,由几厘米至数米不等,相邻蚀变带之间具有渐变过渡关系.

        图  5  西二区铁铜矿床矽卡岩分带剖面

        Figure 5.  Alteration zoning of skarns for the Xierqu Fe-Cu deposit

      • 综合西二区铁铜矿床矽卡岩矿物共生组合及显微结构构造特征,指示矽卡岩由高温过渡至低温,其成矿过程从早到晚可划分为干矽卡岩阶段、磁铁矿阶段、石英-硫化物阶段、碳酸盐阶段(图 6).

        图  6  西二区铁铜矿床矿物生成顺序表

        Figure 6.  Paragenetic sequence of the Xierqu Fe-Cu deposit

        (1) 干矽卡岩阶段:该阶段形成的矿物为石榴子石和辉石,其中石榴子石呈黄褐色-棕黄色,自形-半自形粒状,粒径一般为0.2~1.0mm;辉石呈无色,自形-半自形粒状,粒径多为0.5~1.0mm,多产于石榴子石间隙,表明其形成稍晚于石榴子石.

        (2) 磁铁矿阶段:伴随着岩浆结晶,温度降低,早期形成的无水硅酸盐类矿物被岩浆演化分离出的流体交代(Meinert, 1992),形成大量的含水硅酸盐类矿物(如绿帘石)和氧化物(磁铁矿和赤铁矿).该阶段为本区矽卡岩最主要的矿化阶段,形成本区主要的浸染状石榴子石型矿石、绿帘石型矿石及块状磁铁矿型矿石.

        (3) 石英-硫化物阶段:随着岩浆温度继续降低,流体交代早期矽卡岩矿物,形成含铜矽卡岩,该阶段矿物组合主要为黄铜矿、黄铁矿和石英.

        (4) 碳酸盐阶段:前期形成的硅酸盐类矿物被大量的中低温矿物交代,如绿泥石、方解石等,表现为沿矽卡岩裂隙充填碳酸盐脉.

      • 为了确定蚀变矿物成分,依据成矿期次的划分,笔者挑选了石榴子石、辉石、磁铁矿、绿帘石及绿泥石进行电子探针分析.电子探针测试分析在核工业北京地质研究院电子探针实验室完成,仪器型号为JXA-8100,分析条件为加速电压20kV,电流20nA,束斑直径1μm.

      • 流体包裹体测温的样品包括磁铁矿阶段的绿帘石及碳酸盐阶段的石英和方解石.流体包裹体显微测温实验是在北京矿产地质研究院流体包裹体实验室完成的,使用的仪器为英国生产的LinkamTHMSG600型显微冷热台,该仪器测温范围介于-196~+600℃.待校正后,冷冻过程的测试精度优于±0.5℃,升温过程的测试精度优于±5℃.在测试过程中,升温或降温速率一般为0.5~10.0℃/min,至相变点附近速率则控制为0.1~0.5℃/min,以便准确记录.

      • H、O同位素分析样品包括磁铁矿阶段的绿帘石、磁铁矿和碳酸盐阶段的石英.H、O同位素分析样品的单矿物挑选是在河北省廊坊市岩拓地质服务有限公司完成,采用手工破碎,双目镜下挑选,保证单矿物纯度在99%以上.H、O同位素分析测试是在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成.H同位素分析采用爆裂法取水,铬法制氢,爆裂温度为550℃(万德芳等,2005).分析仪器为MAT-253质谱仪,结果采用国际标准V-SMOW;O同位素采用BrF5法(王键等,2017),测试仪器采用MAT-253质谱仪,测试精度优于0.2‰,采用国际标准V-SMOW.

      • 石榴子石通常产于矿体附近,呈黄褐色-棕黄色(图 7a),自形-半自形粒状(图 7b),一般呈菱形十二面体,粒径多为0.2~1.0mm,镜下呈灰-灰白色,部分石榴子石发育环带,核部为灰-灰白色,边部为黄色-黄褐色(图 7c),正交偏光下核部全消光,边部则出现较弱的一级灰-灰白的异常干涉色(图 7d),反映其核部和边部矿物成分可能有差异.另一类石榴子石不发育环带,这类石榴子石多呈半自形晶,且粒径较发育环带的石榴子石小,并多围绕其产出(图 7e),表明该类石榴子石结晶稍晚于前者.

        图  7  西二区铁铜矿床石榴子石显微特征及矽卡岩端元成分图解

        Figure 7.  Characteristics of garnet and end member component of skarns from the Xierqu Fe-Cu deposit

        图 7f和分析测试结果(表 1)可知,石榴子石SiO2含量为34.84%~36.19%,CaO含量为31.53%~33.64%,FeOT含量与Al2O3含量变化较大,FeOT含量为21.23%~32.25%,Al2O3含量为0.22%~7.97%,说明石榴子石从核部至边部Si和Ca元素的含量基本无变化,Fe与Al之间呈一定的振荡式变化,而无环带石榴子石与有环带石榴子石矿物成分基本相同(图 7g).其整体化学式可表示为:Ca2.92~2.77Fe0.13~02+Fe2.17~1.403+Al0.74~0.01Ti0.01~0Si2.96~2.85O12.

        探针点 XCK-32.1 XCK-32.2 XCK-32.3 XCK-32.4 XCK-32.5 XCK-32.6 XCK-32.7 XCK-32.8 XCK-32.9 XCK-32.10 XCK-32.11 XCK-32.12 XCK-32.13 XCK-33.1 XCK-33.2 XCK-33.3 XCK-33.4
        石榴子石 核部 边部 核部 边部 无环带
        SiO2 35.68 35.92 35.78 35.26 35.38 34.84 34.87 35.19 35.39 36.19 35.05 36.52 35.43 35.92 35.66 35.93 35.33
        TiO2 0.00 0.11 0.00 0.00 0.07 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Al2O3 1.09 0.80 3.29 1.15 0.51 0.97 0.94 1.82 1.87 7.68 1.07 7.97 0.83 0.27 0.08 0.22 0.71
        CaO 32.39 32.84 32.77 32.10 32.05 31.86 32.12 31.82 31.53 33.64 33.15 33.40 32.17 32.65 31.89 32.98 32.72
        Na2O 0.00 0.00 0.02 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00
        K2O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        MgO 0.04 0.07 0.00 0.00 0.00 0.03 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.00 0.02 0.00
        MnO 0.30 0.25 0.24 0.13 0.25 0.34 0.35 0.31 0.19 0.62 0.22 0.71 0.28 0.25 0.22 0.16 0.34
        Cr2O3 0.00 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.03
        NiO 0.04 0.05 0.03 0.00 0.06 0.08 0.04 0.03 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        FeOT 31.34 30.29 28.45 31.04 31.96 31.43 32.25 30.92 30.94 21.73 29.92 22.00 31.46 31.41 31.58 30.22 30.21
        Total 100.88 100.38 100.58 99.73 100.28 99.55 100.64 100.09 99.92 99.86 99.50 100.63 100.20 100.50 99.48 99.53 99.34
        Si 2.90 2.93 2.89 2.90 2.90 2.87 2.85 2.88 2.90 2.88 2.88 2.88 2.90 2.93 2.95 2.96 2.91
        Ti 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Al 0.10 0.08 0.31 0.11 0.05 0.09 0.09 0.18 0.18 0.72 0.10 0.74 0.08 0.03 0.01 0.02 0.07
        Ca 2.82 2.87 2.84 2.83 2.82 2.81 2.81 2.79 2.77 2.87 2.92 2.82 2.82 2.86 2.83 2.91 2.89
        Na 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        K 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Mg 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Mn 0.04 0.03 0.03 0.02 0.03 0.05 0.05 0.04 0.03 0.08 0.03 0.09 0.04 0.03 0.03 0.02 0.05
        Cr 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Ni 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Fe2+ 0.07 0.05 0.05 0.06 0.09 0.05 0.03 0.09 0.13 0.01 -0.04 0.05 0.07 0.08 0.12 0.05 0.02
        Fe3+ 2.06 2.01 1.88 2.08 2.11 2.12 2.17 2.03 1.99 1.43 2.10 1.40 2.08 2.07 2.07 2.04 2.06
        And 1.03 1.01 0.94 1.04 1.05 1.06 1.09 1.01 0.99 0.72 1.05 0.70 1.04 1.03 1.03 1.02 1.03
        Gro -0.09 -0.05 0.01 -0.01 -0.11 -0.12 -0.15 -0.08 -0.07 0.24 -0.07 0.24 -0.10 -0.08 -0.09 -0.05 -0.07
        Alm+Sps+Prp 0.03 0.02 0.02 0.02 0.03 0.02 0.01 0.03 0.04 0.00 -0.01 0.02 0.03 0.03 0.04 0.02 0.01
        探针点 XCK-33.1 XCK-33.2 XCK-33.3 XCK-33.4 XCK-33.5 XCK-33.6 XCK-33.7 XCK-33.8 XCK-33.9 XCK-33.10
        辉石
        SiO2 53.17 53.59 53.80 54.13 55.58 53.99 52.35 54.68 52.50 52.98
        TiO2 0.00 0.08 0.00 0.01 0.00 0.02 0.07 0.02 0.00 0.00
        Al2O3 2.61 0.45 1.82 2.34 1.58 1.43 2.75 1.76 3.53 2.61
        CaO 24.09 23.47 23.79 23.48 21.14 25.19 21.32 22.66 21.37 24.01
        Na2O 0.07 0.27 0.00 0.46 0.28 0.09 1.09 0.12 0.29 0.46
        K2O 0.00 0.00 0.00 0.17 0.00 0.02 0.24 0.01 0.02 0.12
        MgO 15.68 14.37 15.26 16.10 16.42 15.01 15.61 16.82 13.98 15.68
        MnO 0.24 0.30 0.34 0.27 0.20 0.66 0.41 0.37 0.18 0.32
        Cr2O3 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.02 0.02 0.00 0.01 0.02
        NiO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.02 0.00 0.00
        FeO 3.55 7.07 3.42 2.83 4.64 3.73 1.26 2.53 5.56 1.86
        Fe2O3 0.00 0.36 0.00 0.00 0.00 0.00 4.46 0.00 0.00 0.82
        Total 99.41 99.97 98.43 99.81 99.84 100.16 99.60 98.99 97.44 98.87
        Si 1.96 1.99 2.01 1.97 2.04 1.99 1.92 2.01 1.99 1.95
        Ti 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Al 0.11 0.02 0.08 0.10 0.07 0.06 0.12 0.08 0.16 0.11
        Ca 0.95 0.94 0.95 0.92 0.83 0.99 0.84 0.89 0.87 0.95
        Na 0.00 0.02 0.00 0.03 0.02 0.01 0.08 0.01 0.02 0.03
        K 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Mg 0.86 0.80 0.85 0.88 0.90 0.82 0.86 0.92 0.79 0.86
        Mn 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00
        Cr 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Ni 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Fe2+ 0.11 0.22 0.11 0.09 0.14 0.11 0.04 0.08 0.18 0.06
        Fe3+ 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.12 0.00 0.00 0.02
        Di 0.89 0.77 0.89 0.91 0.85 0.88 0.83 0.92 0.82 0.92
        Hd 0.11 0.23 0.11 0.09 0.14 0.11 0.16 0.08 0.18 0.08
        Jo 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00
        探针点 XCK-27.1 XCK-27.2 XCK-27.3 XCK-27.4 XCK-27.5 XCK-27.6 XCK-27.7 XCK-27.8 XCK-27.9 XCK-27.10 XCK-21.2 XCK-21.3
        磁铁矿
        SiO2 0.00 0.02 0.06 0.04 0.00 0.05 0.00 0.02 0.08 0.02 0.03 0.12
        TiO2 0.00 0.06 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.76 0.21
        Al2O3 0.12 0.27 0.70 0.68 0.25 0.70 0.49 0.57 0.66 0.45 0.46 0.74
        V2O3 0.00 0.00 0.05 0.07 0.06 0.00 0.00 0.00 0.00 0.06 0.00 0.00
        CaO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03
        Na2O 0.10 0.00 0.03 0.02 0.04 0.04 0.06 0.00 0.04 0.00 0.02 0.07
        K2O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        MgO 0.02 0.00 0.03 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02
        MnO 0.07 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Cr2O3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00 0.05
        NiO 0.03 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00
        FeO 29.34 29.98 29.80 29.83 29.12 29.55 29.78 29.79 29.81 29.42 30.55 30.04
        Fe2O3 66.31 65.88 65.32 65.28 64.94 64.91 66.26 65.21 65.37 64.67 64.24 65.26
        Total 95.99 96.21 95.98 95.92 94.45 95.26 96.61 95.58 96.00 94.66 96.06 96.54
        Si 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Ti 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.01
        Al 0.01 0.01 0.03 0.03 0.01 0.03 0.02 0.03 0.03 0.02 0.02 0.03
        Ca 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Na 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01
        K 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Mg 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Mn 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Cr 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Ni 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Fe2+ 0.98 1.00 1.00 1.00 0.99 0.99 0.99 1.00 1.00 1.00 1.02 1.00
        Fe3+ 2.00 1.98 1.96 1.97 1.99 1.97 1.98 1.97 1.97 1.98 1.93 1.95
        探针点 XCK-21.4 XCK-21.5 XCK-21.6 XCK-21.7 XCK-21.8 XCK-21.9 XCK-21.10 XCK-21.11 XCK-21.12 XCK-21.13
        绿帘石
        SiO2 37.32 37.16 36.99 37.56 37.06 37.11 36.98 37.74 37.57 37.28
        TiO2 0.06 0.33 0.12 0.20 0.16 0.07 0.00 0.00 0.00 0.00
        Al2O3 21.85 20.60 19.11 21.05 20.11 20.29 19.03 20.67 20.09 19.72
        CaO 20.54 21.70 21.89 21.78 21.88 21.97 21.97 20.95 21.30 20.53
        Na2O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.07 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00
        K2O 0.29 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        MgO 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        MnO 0.14 0.05 0.00 0.08 0.07 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04
        Cr2O3 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00 0.06 0.04 0.00 0.00 0.00
        NiO 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00
        FeO 2.32 2.30 1.71 2.49 1.58 1.57 1.65 3.75 2.91 3.86
        Fe2O3 13.07 13.44 16.50 13.30 14.90 16.00 15.92 12.70 14.67 14.10
        Total 95.70 95.64 96.39 96.47 95.83 97.11 95.60 95.81 96.57 95.53
        Si 3.06 3.06 3.05 3.06 3.05 3.03 3.07 3.10 3.08 3.09
        Ti 0.00 0.02 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Al 2.11 2.00 1.86 2.02 1.95 1.95 1.86 2.00 1.94 1.93
        Ca 1.80 1.91 1.93 1.90 1.93 1.92 1.95 1.85 1.87 1.82
        Na 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        K 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Mg 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Mn 0.02 0.01 0.00 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01
        Cr 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Ni 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Fe2+ 0.16 0.16 0.12 0.17 0.11 0.11 0.11 0.26 0.20 0.27
        Fe3+ 0.81 0.83 1.02 0.82 0.92 0.98 1.00 0.79 0.91 0.88
        探针点 XCK-20.1 XCK-20.2 XCK-20.3 XCK-20.4 XCK-20.5 XCK-20.6 XCK-20.7 XCK-20.8 XCK-20.9 XCK-20.10 XCK-21.1
        绿泥石
        SiO2 27.27 27.36 27.25 27.39 27.69 27.59 26.76 27.61 28.50 27.23 27.03
        TiO2 0.05 0.00 0.00 0.09 0.07 0.00 0.00 0.06 0.00 0.05 0.08
        Al2O3 16.90 17.02 16.95 16.85 16.66 17.74 17.32 15.75 15.81 17.94 16.84
        CaO 0.05 0.06 0.08 0.21 0.12 0.09 0.06 0.04 0.05 0.07 0.09
        Na2O 0.08 0.06 0.10 0.10 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.05
        K2O 0.00 0.00 0.02 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.03 0.04 0.00
        MgO 14.44 14.20 13.71 14.70 14.48 15.78 14.89 14.22 15.27 15.31 12.57
        MnO 0.57 0.58 0.67 0.82 0.45 0.37 0.56 0.39 0.49 0.53 0.50
        Cr2O3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.05
        NiO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        FeO 29.05 28.95 28.26 27.45 28.94 26.82 27.79 29.99 28.77 26.84 30.45
        Fe2O3 0.19 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.09 0.20 0.00 0.00 0.00
        Total 88.60 88.23 87.04 87.61 88.45 88.44 87.47 88.26 88.95 88.04 87.66
        Si 2.89 2.91 2.94 2.91 2.94 2.90 2.86 2.96 3.00 2.87 2.93
        Ti 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01
        Al 2.11 2.14 2.15 2.11 2.09 2.20 2.18 1.99 1.96 2.23 2.15
        Ca 0.01 0.01 0.01 0.02 0.01 0.01 0.01 0.00 0.01 0.01 0.01
        Na 0.02 0.01 0.02 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01
        K 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Mg 2.28 2.25 2.20 2.33 2.29 2.47 2.37 2.27 2.40 2.41 2.03
        Mn 0.10 0.10 0.12 0.15 0.08 0.07 0.10 0.07 0.09 0.09 0.09
        Cr 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Ni 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
        Fe2+ 2.57 2.58 2.55 2.44 2.57 2.36 2.48 2.69 2.54 2.37 2.76
        Fe3+ 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.02 0.00 0.00 0.00
        Al 1.11 1.09 1.06 1.09 1.06 1.10 1.14 1.04 1.00 1.13 1.07
        Al 1.00 1.05 1.09 1.03 1.03 1.09 1.04 0.95 0.97 1.10 1.08
        Fe/(Mg+Fe) 0.53 0.53 0.54 0.51 0.53 0.49 0.51 0.54 0.51 0.50 0.58
        Mg/(Mg+Fe) 0.47 0.47 0.46 0.49 0.47 0.51 0.49 0.46 0.49 0.50 0.42
        d001 14.159 0 14.161 5 14.165 1 14.164 5 14.165 1 14.164 3 14.157 0 14.164 6 14.172 9 14.161 3 14.160 1
        T(℃) 219.96 217.48 213.85 214.53 213.90 214.68 221.97 214.41 206.08 217.73 218.92

        表 1  西二区铁铜矿矽卡岩电子探针分析测试数据(%)

        Table 1.  Electron probe microanalyses (%) of the skarn from the Xierqu Fe-Cu deposit

        测试结果显示,西二区铁铜矿石榴子石以钙铁榴石为主(And109~70Gro24~0Prp+Sps+Alm4~0),其中有环带石榴子石核部近于纯钙铁榴石(And109~101Gro1~0Prp+Sps+Alm3~1图 7h),边部为钙铁铝榴石,但以钙铁榴石为主(And105~70Gro24~0Prp+Sps+Alm4~0图 7h);无环带石榴子石也近于纯钙铁石榴子石(And103~102Gro0Prp+Sps+Alm4~1图 7h).

      • 为西二区铁铜矿矽卡岩早期蚀变矿物,呈自形-半自形粒状(图 8a),粒径多为0.5~1.0mm,少数可达2mm,多产于石榴子石颗粒间隙(图 8b),被绿帘石、绿泥石或磁铁矿交代(图 8c).其电子探针分析测试结果见表 1,透辉石端元组分变化范围为76.55%~91.67%,钙铁辉石变化范围为7.79%~23.01%,钙锰辉石变化范围为0.27%~ 0.96%,属于透辉石-钙铁辉石固溶体系列(Di92~71Hd23~8Jo1~0),且以透辉石为主(图 7i).其化学式可表示为:Na0.08~0.00Ca0.99~0.83Mg0.92~0.79Fe0.22~0.042+Fe0.12~0.003+Al0.12~0.02Si2.04~1.92O6.

        图  8  西二区铁铜矿床矽卡岩特征

        Figure 8.  Characteristics of skarn from the Xierqu Fe-Cu deposit

      • 磁铁矿为西二区铁铜矿最主要的矿石矿物,产于矽卡岩蚀变带内,主要呈块状或条带状产出,呈灰黑色(图 8d),镜下为灰色,多呈自形柱状(图 8e),粒径一般在1~2mm,可见磁铁矿交代透辉石、石榴子石(图 8c8f)或被赤铁矿、褐铁矿交代(图 8g).磁铁矿电子探针结果见表 1,磁铁矿TiO2(0~0.21%)、V2O5(0~0.07%)、MnO(0~0.07%)含量均较低,其化学式可表示为:Fe2.00~1.933+O3Fe1.02~0.982+O.

      • 绿帘石分布范围较广,主要为凝灰岩蚀变产物,黄绿色(图 8h),呈自形-半自形粒状(图 8i),粒径多为0.2~1.0mm,可见绿帘石交代石榴子石(图 8j).绿帘石电子探针分析测试结果见表 1,其主要化学成分为:SiO2为36.98%~37.74%,Al2O3为19.03%~21.85%,CaO为20.53%~21.97%,Fe2O3为12.70%~16.50%,表现出富铁的特征,其化学式可表示为:Ca1.95~1.80Fe1.02~0.793+Fe0.27~0.112+Al2.11~1.86Si3.10~3.03(OH)O12.

      • 绿泥石在矿区内分布较广,草绿色,多呈叶片状或集合体状(图 8k),粒径0.1~ 0.5mm,见其沿石榴子石、透辉石、绿帘石裂隙发育(图 8b8c8k),或是交代磁铁矿(图 8l).绿泥石电子探针分析测试结果见表 1,其SiO2含量为26.76%~28.50%、Al2O3含量为15.75%~17.94%、FeOT含量为26.82%~30.45%、MgO含量为12.57%~15.78,其化学式可表示为:Mg2.47~2.03Fe2.76~2.362+Al2.23~1.96Si3.00~2.86(OH)2O12.

        Deer et al.(1962)提出的Fe-Si分类图解,本区绿泥石大多投入铁镁绿泥石区域,少数投入密绿泥石区域(图 7j,图中Si和Fe原子数以28个氧原子为标准计算).Stefano(1999)拟合出等式:d001(0.1nm)=14.339-0.1155Al-0.0201Fe2+d001=14.379-0.001t.

        计算出绿泥石的形成温度td001(表 1),温度变化于206~222℃,平均为216℃.

      • 西二区铁铜矿床流体包裹体类型较为单一,零星随机分布,依据常温下流体包裹体的相态种类及充填度特征,其流体包裹体可分为2种类型(图 9):富液相包裹体(L型)和富气相包裹体(V型).

        图  9  西二区铁铜矿床流体包裹体特征

        Figure 9.  Micrographs for fluid inclusions of the Xierqu Fe-Cu deposit

        (1) 富液相包裹体(L型):常温下由气液两相组成,气相充填度<50%,多为10%~20%,少数可达30%~40%,加热后均一至液相,在绿帘石、石英、方解石中均有分布,大小多为4~10μm,形态以椭圆形、不规则状及长条形为主.

        (2) 富气相包裹体(V型):常温下由气液两相组成,气液比一般>50%,加热后均一至气相,该类包裹体很少,仅见于石英和方解石中,且常与富液相包裹体共生,大小为4~8μm,形态为椭圆形、不规则状等.

      • 西二区铁铜矿床包裹体冷冻及均一法测温结果见表 2图 10.富液相包裹体和富气相包裹体的盐度依据Hall et al.(1988)的盐度-冰点公式计算.磁铁矿阶段绿帘石富液相包裹体均一温度介于304~352℃,冰点温度介于-11.6~-2.6℃,盐度介于4.3%~15.6%NaCleqv.碳酸盐阶段石英富液相包裹体均一温度介于138~318℃,冰点温度介于-10.9~-0.5℃,盐度介于0.9%~14.9%NaCleqv;富气相包裹体均一温度介于251~292℃,冰点温度介于-6.5~-2.3℃,盐度介于3.9%~9.9%NaCleqv;方解石富液相包裹体均一温度介于151~270℃,冰点温度介于-4.8~-0.1℃,盐度介于0.2%~7.6%NaCleqv;富气相包裹体均一温度为183℃,冰点温度为-0.2℃,盐度为0.4%NaCleqv.

        成矿阶段 矿物 包裹体类型 均一温度(℃) 冰点温度(℃) 盐度(% NaCleqv)
        磁铁矿阶段 绿帘石 富液相包裹体 304~352 -11.6~-2.6 4.34~15.57
        碳酸盐阶段 石英 富液相包裹体 138~318 -10.9~-0.5 0.88~14.87
        富气相包裹体 251~292 -6.5~-2.3 3.87~9.86
        方解石 富液相包裹体 151~270 -4.8~-0.1 0.18~7.59
        富气相包裹体 183 -0.2 0.35

        表 2  西二区铁铜矿床流体包裹体测温数据及计算结果

        Table 2.  Microther mometric data for fluid inclusions of the Xierqu Fe-Cu deposit

        图  10  西二区铁铜矿床流体包裹体均一温度-盐度直方图

        Figure 10.  Histograms of salinities and homogenization temperatures of fluid inclusions from the Xierqu Fe-Cu deposit

      • 通过流体包裹体的测温能准确获得流体捕获压力,但前提是流体发生不混溶或沸腾现象.西二区铁铜矿床碳酸盐阶段石英和方解石中均可见富液相包裹体与富气相包裹体共生且均一温度相差不大,因此,西二区铁铜矿在碳酸盐阶段发生了沸腾作用.研究表明,岩浆流体系统沸腾以前常为超静岩压力或静岩压力,沸腾期和沸腾后则处于静岩压力及静水压力交替的流体系统(Fournier, 1999).由于流体包裹体圈闭可能处在静岩压力和静水压力的变化环境,准确估计成矿压力和深度往往较困难.因此,一般采用最大均一温度来估计压力和深度(Hedenquist et al., 1998).流体密度则依据NaCl-H2O体系的T-ω-ρ相图进行估算(Bodnar et al., 1985).

        西二区铁铜矿床流体包裹体估算的压力和密度结果如图 11所示,磁铁矿阶段绿帘石捕获压力为10~18MPa,对应静水压力深度为1.0~1.8km,流体密度为0.75~0.81g/cm3;碳酸盐阶段石英捕获压力区间较大,为0.5~10.0MPa,对应静水压力深度为0.05~1.00km,流体密度为0.81~1.03g/cm3;碳酸盐阶段方解石捕获压力约为0.5~5.0MPa,对应静水压力深度也小于0.05~0.50km,流体密度为0.76~0.94g/cm3.综上可知,西二区铁铜矿床成矿深度逐渐由深变浅.

        图  11  西二区铁铜矿床流体包裹体压力和盐度估计及演化(a、b)和氧同位素组成及δD-δ18O图解(c、d)

        Figure 11.  Pressures and salinities estimation for fluid inclusions (a, b) and oxygen isotopic compositions and δD-δ18O diagrams of the Xierqu Fe-Cu deposit (c, d)

      • 西二区H-O同位素分析结果见表 3,矿物与氢氧同位素分馏平衡计算公式据Zheng(1993).其中,磁铁矿阶段绿帘石δ18OV-SMOW值介于5.0‰~6.4‰;δDV-SMOW值为-36.2‰~-42.1‰;δ18O值介于4.5‰~5.9‰;磁铁矿δ18OV-SMOW值介于-2.2‰~-0.8‰,δ18O值介于-2.7‰~-1.3‰;碳酸盐阶段石英的δ18OV-SMOW值介于10.5‰~11.2‰,δDV-SMOW值为-65.0‰~-59.6‰,δ18O值介于-0.1‰~0.6‰(图 11c).在图 11d中,显示西二区铁铜矿磁铁矿阶段成矿流体以岩浆水为主;至晚期碳酸盐阶段成矿流体则逐渐向大气降水演化.

        样品编号 成矿阶段 测定矿物 δDV-SMOW(‰) δ18O(‰) δ18OV-SMOW(‰)
        XCK-1 磁铁矿阶段 绿帘石 -36.2 5.9 6.4
        XCK-2 磁铁矿阶段 绿帘石 -42.1 4.5 5.0
        XCK-8 磁铁矿 -2.7 -2.2
        XCK-9 碳酸盐阶段 磁铁矿 -1.3 -0.8
        ZK0204-5 磁铁矿 -1.9 -1.4
        XCK-31 石英 -65.0 0.6 11.2
        XCK-32 石英 -59.6 -0.1 10.5

        表 3  西二区铁铜矿床H、O同位素分析结果

        Table 3.  Hydrogen and oxygen isotope data of the Xierqu Fe-Cu deposit

      • 岩相学和电子探针分析表明,西二区铁铜矿矽卡岩矿物主要由钙铁榴石、绿帘石组成,矽卡岩为钙矽卡岩,磁铁矿均为Al含量低而Mn、Mg及Si含量高,与典型的交代钙矽卡岩中磁铁矿的化学成分相似(张立成等,2013).Crowe et al.(2001)指出石榴子石环带中Fe3+与Al3+含量的变化,可能是由流体氧逸度变化导致含矿热液中Fe3+含量周期性变化所致.西二区铁铜矿石榴子石多发育环带结构,且从核部至中心FeOT和Al2O3的含量呈振荡式变化,表明其形成因流体组分的周期性变化,引起氧逸度改变,从而使流体中Fe3+与Al3+活度产生变化所致.

        研究表明,石榴子石成分组成可记录热液流体的演化历史,从而为成矿物理化学环境提供重要的信息,且石榴子石环带的形成与温度变化无关,而与流体成分相关,为石榴子石-流体相互作用的结果(江宏君等,2016).此外,如果石榴子石形成于较氧化环境,且钙铁榴石组分越高表明其形成条件越氧化(江宏君等,2016).一般在中-碱性介质中,钙铁榴石最容易形成,而酸性溶液则容易形成钙铝榴石.氧化条件下形成的石榴子石Fe3+/Fe2+值一般较高,而还原条件下形成的石榴子石具有较低的Fe3+/Fe2+值(Sato, 1980).西二区铁铜矿石榴子石为钙铁榴石(And109~70Gro24~0Prp+Sps+Alm4~0),具较高的Fe3+/Fe2+值,指示其形成于氧化、中-碱性的环境.该环境为铁质富集提供了条件,伴随着中泥盆世海水的加入引起铁质的溶解与沉淀,从而形成块状磁铁矿,并交代围岩形成富铁绿帘石.由于磁铁矿、富铁绿帘石的形成,成矿热液的氧逸度逐渐降低,形成富S2-的还原环境,Fe、Cu发生沉淀,形成黄铁矿、黄铜矿.从矽卡岩阶段到硫化物阶段,伴随着温度的逐渐降低与矿物的晶出,流体性质由氧化转为还原;再到碳酸盐阶段绿泥石的形成,为水-岩反应控制的动力学过程,受温度、压力、水/岩比、流体和岩石化学成分等因素的控制(孙军刚等,2015).本区绿泥石主要沿矿物裂隙或与磁铁矿等伴生呈脉状分布,显示其形成与热液流体活动关系密切,电子探针分析结果表明绿泥石的化学类型为铁镁绿泥石及少量密绿泥石(图 7j),为富铁种属的绿泥石.在矿床的热液蚀变过程中,低氧化、低pH值的条件有利于形成富镁绿泥石,而还原条件下则有利于富铁绿泥石的形成,此外,富铁绿泥石的形成还可能与流体的沸腾作用密切相关(孙军刚等,2015).这也与西二区铁铜矿在碳酸盐阶段,石英和方解石都可见富液相包裹体与富气相包裹体共生且均一温度相近一致,表明发生了沸腾作用.由此可知,西二区铁铜矿绿泥石形成于还原环境.

      • 流体包裹体研究表明,在磁铁矿阶段绿帘石富液相包裹体均一温度为304~352℃,盐度为4.3%~15.6%NaCleqv,表明该阶段成矿流体为中温、中低盐度的H2O-NaCl体系.碳酸盐阶段石英和方解石均发育富液相包裹体和富气相包裹体,其中石英流体包裹体均一温度为138~318℃,盐度为0.9%~14.9%NaCleqv;方解石流体包裹体均一温度为151~270℃,盐度为0.2%~7.6%NaCleqv,表明该阶段成矿流体具有中低温、中低盐度的特点.总体上,从磁铁矿阶段至晚期碳酸盐阶段,成矿流体温度和盐度逐渐降低.

        西二区铁铜矿床H-O同位素分析结果显示,磁铁矿阶段成矿流体以岩浆水为主,至碳酸盐阶段,逐渐演化为大气水.研究表明,矿床成因类型不同会导致具有不同的磁铁矿δ18O特征范围,岩浆成因磁铁矿δ18O值多集中于1‰~4‰之间(郑仁乔,2015),西二区铁矿床磁铁矿δ18O值为-2.7‰~-1.3‰,超出了该范围,说明磁铁矿可能因热液蚀变或重结晶等作用的影响而产生了偏离(郑仁乔,2015).这也与同阶段绿帘石氧同位素特征显示为变质水与岩浆水的混合相一致.

      • 研究表明,与矽卡岩型铁矿有关的辉石以透辉石-钙铁辉石系列为主,国外的矽卡岩型铁矿中钙铁辉石的含量多在80%以上(Meinert, 1992),而中国的矽卡岩型铁矿则以富透辉石为特征,其含量往往介于50%~90%,为钙质矽卡岩(赵一鸣等,1997).西二区铁铜矿也以富透辉石为特征,与新疆红云滩铁矿的特征一致(张立成等,2013).

        Dupuis and Beaudoin(2011)针对不同的铁矿床类型的铁氧化物中微量元素做了对比分析,提出用铁氧化物中微量元素(Ca+Al+Mn)-(Ti+V)判别图解可以判定多数矿床的成因类型.在图 12a中,除一个点投入斑岩型区,其余均落入矽卡岩型区.在图 12b中,大多数投入矽卡岩区及接触交代区,表明磁铁矿为热液交代成因而非岩浆成因.同时,本区磁铁矿的TiO2及MnO含量同国内外与辉长岩、闪长岩有关的矽卡岩型矿床中磁铁矿的成分特征相同(MnO<0.3%)(Schwartz and Melcher, 2004),明显区别于与花岗岩有关的矽卡岩中磁铁矿的成分特征(MnO:0.38%~0.93%)(Xu and Zhang, 1994).

        图  12  西二区铁铜矿床磁铁矿地球化学成因图解

        Figure 12.  Discrimination diagrams for the genesis of magnetite in the Xierqu Fe-Cu deposit

        矽卡岩一般由中酸性岩体与碳酸盐岩或富钙镁质的碎屑岩接触交代作用而形成,接触带内产出大量矽卡岩,且与金属成矿密切相关(张立成等,2013江宏君等,2016).西二区铁铜矿与形成矽卡岩相关的岩体为石英闪长玢岩,侵位于下泥盆统大南湖组,形成时代为382.1±2.4Ma(Mao et al., 2018).矿体呈似层状、透镜状产于下泥盆统大南湖组火山岩-火山碎屑岩地层中,矿体及其周围发育大量的矽卡岩矿物,但矿体和矽卡岩并未显示沿岩体接触带分布的特征,这与东天山地区一些典型铁矿床的地质特征相似,均产于受构造控制的矽卡岩带内(张立成等,2013李厚民等,2014戴安峰,2015江宏君等,2016).从成矿地质背景、赋矿围岩、控矿构造、矿化特征及蚀变特征等方面,将西二区铁铜矿与东天山阿齐山-雅满苏岛弧带上的雅满苏矽卡岩型铁矿、沙泉子矽卡岩型铁铜矿、红云滩矽卡岩型铁矿及百灵山矽卡岩型铁矿进行对比分析(表 4).

        矿床名称 雅满苏 沙泉子 红云滩 百灵山 西二区
        构造位置 雅满苏岛弧带中段 雅满苏岛弧带东段 雅满苏岛弧带西段 雅满苏岛弧带西段 大南湖-头苏泉岛弧带北段
        成矿时代 石炭纪 石炭纪 石炭纪 石炭纪 泥盆纪
        赋矿围岩 下石炭统火山碎屑岩 下石炭统火山岩-火山碎屑岩 下石炭统火山碎屑岩 下石炭统火山碎屑岩 下泥盆统火山岩-火山碎屑岩
        控矿构造 近东西向断裂 东西向断裂 东西向断裂 东西向断裂 北北西向断裂
        成矿岩体 辉绿岩 闪长玢岩 花岗岩 花岗闪长岩 石英闪长玢岩
        矿体特征 似层状、透镜状倾向南,倾角35°~60° 似层状、透镜状倾向北,倾角65°~74° 似层状、透镜状倾向北西,倾角20°~75° 透镜状、似层状倾向北东,倾角12°~29° 透镜状、似层状倾向北东,倾角20°~30°
        矿石结构构造 粒状结构、交代结构块状、条带状构造 粒状结构细脉浸染状构造 粒状结构、交代结构块状、条带状、浸染状构造 粒状结构块状、条带状构造 粒状结构、交代结构块状、浸染状、条带状构造
        金属矿物 磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、赤铁矿、褐铁矿 磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、赤铁矿、闪锌矿 磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、磁赤铁矿、镜铁矿 磁铁矿、黄铁矿、磁赤铁矿、镜铁矿 磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、镜铁矿、赤铁矿、褐铁矿
        脉石矿物 石榴子石、透辉石、阳起石、绿帘石、绿泥石、方解石 石榴子石、绿帘石、绿泥石、钾长石、方解石 石榴子石、透辉石、阳起石、绿帘石、绿泥石、石英 石榴子石、透辉石、阳起石、绿帘石、绿泥石、石英 石英、石榴子石、绿泥石、绿帘石、方解石
        围岩蚀变 硅化、矽卡岩化、青磐岩化、碳酸盐化 硅化、矽卡岩化、青磐岩化、碳酸盐化 硅化、矽卡岩化、青磐岩化、钾化、碳酸盐化 硅化、矽卡岩化、青磐岩化、钾化、碳酸盐化 硅化、矽卡岩化、青磐岩化、碳酸盐化
        矿床规模品位 中型,Fe为46.69% 中型,Fe为26%~49%,Cu为0.20%~1.39% 中型,Fe为45%~58% 中型,Fe为32.54%~44.56% 小型,Fe为35.52%,Cu为0.20%~3.62%
        资料来源 李厚民等,2014 江宏君等,2016 张立成等,2013 戴安峰,2015 本文

        表 4  东天山典型矽卡岩型铁铜矿床地质特征对比

        Table 4.  Comparison of the geological characteristics of the typical skarn Fe-Cu deposits

        (1) 成矿地质背景.均产于东天山觉罗塔格构造带内,与俯冲环境下的岩浆活动有关,形成于岛弧环境.雅满苏岛弧带上的矽卡岩型铁矿赋矿围岩为下石炭统雅满苏组火山岩-火山碎屑岩,以钙碱性安山质凝灰岩为主,受东西向区域性断裂控制;西二区铁铜矿赋矿围岩为下泥盆统大南湖组火山岩-火山碎屑岩,以钙碱性安山质凝灰岩为主,受北西向区域性大断裂控制.

        (2) 成矿特征.西二区铁铜矿矿体呈似层状、透镜状,矿石以磁铁矿为主,矿石结构以粒状结构、交代结构为主,矿石构造为块状构造和条带状构造,金属矿物组合为磁铁矿、黄铁矿、赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿等,脉石矿物组合为石榴子石、辉石、绿帘石、绿泥石、方解石等.

        (3) 蚀变特征.围岩蚀变也较为相似,主要蚀变类型有硅化、石榴子石化、绿帘石化、绿泥石化、碳酸盐化等,呈对称带状分布,从矿体到围岩,蚀变具有从深色到浅色的变化.

        (4) 成矿阶段特征.西二区成矿过程从早到晚可划分为:干矽卡岩阶段、磁铁矿阶段、石英-硫化物阶段及碳酸盐阶段.

        (5) 成矿流体特征.矽卡岩矿物电子探针、流体包裹体及H-O同位素研究表明,西二区铁铜矿床成矿作用从早期磁铁矿阶段至晚期碳酸盐阶段,成矿流体温度和盐度逐渐降低,且早期磁铁矿阶段成矿流体以岩浆水为主,至晚期碳酸盐阶段则逐渐向大气降水演化.成矿环境由早期的氧化环境转为晚期的还原环境.

        综上所述,西二区铁铜矿床的成矿地质条件、控矿因素、矿化特征、蚀变特征和成矿阶段特征及成矿流体特征等均与东天山阿齐山-雅满苏岛弧带上的雅满苏矽卡岩型铁矿床、沙泉子矽卡岩型铁铜矿床、红云滩矽卡岩型铁矿床及百灵山矽卡岩型铁矿床极为相似,初步表明它们属同一成因类型,即为接触交代矽卡岩型铁铜矿床.

      • (1) 西二区铁铜矿矿体赋存于下泥盆统大南湖组火山岩-火山碎屑岩中,受断裂构造控制,矿体呈似层状、透镜状产出于矽卡岩蚀变带中.成矿过程可划分为干矽卡岩阶段、磁铁矿阶段、石英-硫化物阶段、碳酸盐阶段4个阶段.围岩蚀变具对称分带特征,从矿体到围岩,蚀变由深色变为浅色.

        (2) 西二区铁铜矿床矽卡岩为钙矽卡岩,早期形成钙铁榴石,为高氧逸度、碱性流体;磁铁矿阶段形成富铁矿石和富铁绿帘石,流体氧逸度逐渐降低使黄铁矿发生沉淀;在碳酸盐阶段形成富铁绿泥石;成矿环境由早期的氧化环境转为晚期的还原环境.

        (3) 西二区铁铜矿床发育富液相包裹体和富气相包裹体,从成矿作用早期磁铁矿阶段至晚期碳酸盐阶段,成矿流体温度和盐度逐渐降低;磁铁矿阶段成矿流体以岩浆水为主,至碳酸盐阶段则逐渐向大气降水演化.

        (4) 西二区铁铜矿床的成矿地质条件、控矿因素、矿化特征、蚀变特征及成矿流体特征等均与东天山阿齐山-雅满苏岛弧带上典型的矽卡岩型铁矿极为相似,表明其成因类型为矽卡岩型铁铜矿床.

    参考文献 (56)

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