研究区处于祁连地块与柴达木地块拼接部位的柴北缘成矿带西段, 地层分区属秦祁昆地层区柴达木北缘地层小区(图1)。 自古元古代基底形成以来, 在漫长的地球历史发展过程中, 由于遭受了多期不同规模地质构造活动的影响, 导致区内较多时代地层缺失和岩石变形变质, 大部分地质体相互间多以断层接触, 严重破坏了地层系统的连续性和完整性^[12]。

图1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 研究区区域大地构造位置 I1.北祁连分区; I2.中祁连分区; I3.南祁连分区; II1.宗务隆山分区; II2.欧龙布鲁克分区; II3.柴达木北缘分区; II4.柴达木盆地分区; II5.柴达木南缘分区; II6.东昆仑南坡分区; Ⅳ 1.阿尼马卿分区; Ⅳ 2.巴颜喀拉分区; Ⅳ 3.义敦— 中甸分区Fig.1 Regional tectonic position of the study area

研究区仅出露寒武系— 奥陶系滩间山群安山玄武岩地层( OT^b-3), 主要分布于研究区F₆构造以北(图2)。 该套安山玄武岩总体呈灰黑色隐晶质结构, 块状构造, 沿F₆构造带滩间山群安山玄武岩中发育辉石斑晶, 斑晶含量占5%~10%, 向北逐渐过渡为隐晶质结构。 地层走向为310° ~330° , 倾向为220° ~240° , 倾角为56° ~75° 。 在藏羊沟东侧F₅构造带及黑山泉西北侧安山玄武岩中发育少量的透镜状大理岩, 其空间展布受构造影响明显, 大理岩一般宽度为0.5~2 m, 延长多小于50 m。 受构造及中酸性侵入岩的破坏, 大理岩透镜体表现为沿构造带断续分布, 在大理岩与中酸性侵入岩接触部位多发育矽卡岩和绿帘石化, 在黑山泉西北侧大理岩与侵入岩接触带上发育孔雀石化。 其余地段岩性变化小, 矿化蚀变不发育。

图2

Fig.2

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	图2 长征沟铁矿地质简图Fig.2 Geological sketch of Changzhenggou iron deposit

研究区位于赛什腾山复式向斜北翼, 区内褶皱不发育, 以断裂构造为主。 断裂构造以NW向韧性剪切带(F₇)最醒目, 其次为NW向脆性断裂(F₄和F₆)(图2), 共同控制了加里东期中酸性、基性侵入岩及火山岩的分布。 研究区主要构造特征见表1。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 研究区主要断裂特征 Tab.1 Features of the main faults in the study area 断裂 编号 走 向 构造产状 构造性质 断裂规模 构造特征 矿化蚀变特征 长度/km 宽度/m F4 310° 发育2期面理, 218° ± ∠43° ~52° , 34° ∠63° 早期挤压兼剪切变形为主, 晚期逆冲推覆 > 9 5~100 沿断裂带发育辉长岩脉, 构造带中的玄武岩及侵入岩脉体多呈片状构造, 其次为碎裂构造 局部发育黄铁矿化和绿帘石化 F5 320° 225° ∠67° 逆断层 > 5, 向西与 F6合并 20~50 断裂带内玄武岩强烈片理化, 辉长岩体也卷入变形中, 斜长花岗岩脉大量发育, 延伸与断裂带走向一致 磁铁矿化、黄铁矿化、绿泥石化、大理岩化和孔雀石化 F6 330° 发育2期面理, 早期180° ~230° ∠78° ~85° ; 晚期20° ~ 30° ∠65° 早期挤压兼剪切变形为主, 晚期逆冲推覆 > 11, 向西出图, 向东与 F7合并 20~200 沿断裂带发育花岗岩脉体, 走向与断裂带一致, 断裂带内玄武岩强烈片理化并伴褐铁矿化, 褐铁矿化带宽约50余m, 延伸约5 km 强烈褐铁矿化、黄铁矿化、黄钾铁矾化、硅化和绿帘石化 F7 325° 糜棱面理产状201° ~234° ∠47° ~69° ; 后期叠加脆性断层产状13° ~50° ∠55° ~67° 早期挤压兼剪切变形为主, 晚期逆冲推覆 > 31 10~230 中酸性侵入岩呈透镜状沿断裂带分布, 局部夹含玄武岩片, 与断裂带走向一致。 岩石破碎强烈, 褐铁矿化发育 强烈褐铁矿化、黄铁矿化、黄钾铁矾化和绿帘石化

表1 研究区主要断裂特征 Tab.1 Features of the main faults in the study area

与铁矿成矿关系密切的构造主要为F₅断裂, 沿构造带多呈负地形或构造垭口地貌, 构造带中玄武岩呈强片状构造及碎裂构造。

研究区出露的岩浆岩可分为喷发的滩间山群海相火山岩及基性、中性和酸性侵入岩, 其中侵入岩出露面积约占50%。

1.4.1 侵入岩

1.4.1.1 基性侵入岩

研究区基性侵入岩为辉长岩( υ32), 主要分布于羊皮沟— 长征沟一带的F₃与F₄断层构造之间, 呈浅灰黑色、灰绿色和浅黄绿色, 细— 中粒结构, 块状构造, 岩石普遍发育微弱绿帘石化和绿泥石化; 其次为局部沿断层侵入的辉长岩, 与滩间山群安山玄武岩之间多呈断层接触关系, 蚀变作用明显增强。 另外, 在滩间山群安山玄武岩地层中局部零星发育脉状辉长岩小侵入体, 与围岩呈侵入接触关系(图3(a)), 辉长岩局部又被后期的岩脉侵入(图3(b))。

图3

Fig.3

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	图3 研究区基性侵入岩野外照片Fig.3 Field photos of the basic intrusive rocks in the study area

1.4.1.2 中性侵入岩

中性侵入岩主要为闪长岩( δ32), 花岗闪长岩(γ δ32)和英云闪长岩(γ δ ο41)仅局部零星分布。 大面积的闪长岩主要分布于F₆构造以南黑山— 藏羊沟上游一带及长征沟东侧F₄构造带以南。

1.4.1.3 酸性侵入岩

酸性侵入岩主要沿西挺沟— 裂陷沟构造带展布, 岩性以斜长花岗岩(γ ο41)为主, 局部为少量的二长花岗岩(η γ41)。 在长征沟上游裂陷沟一带, 岩石风化破碎, 地表发育强烈的褐铁矿化, 局部岩石新鲜断面上见细粒黄铁矿立方体。

在F₆构造带以北的基性火山岩分布区, 发育岩株状、脉状的斜长花岗岩、二长花岗岩及斜长花岗斑岩等, 脉体长轴多呈NW向, 侵入岩的规模一般较小。

1.4.2 喷出岩

研究区喷出岩为滩间山群安山玄武岩( OT^b-3), 岩性单一, 地层韵律不发育。 火山岩基本色调为灰绿色, 还原条件海相环境下形成。

研究区大部分地段岩石变质程度较低, 为绿片岩相区域变质, 沿构造带附近滩间山群安山玄武岩局部呈绿泥绿帘片岩特征。 安山玄武岩在区域变质和局部韧性剪切作用下, 普通辉石和角闪石发生绿帘石化和绿泥石化, 同时次变析出微晶— 泥晶磁铁矿及泥晶榍石, 浸染状分布于次变绿帘石及绿泥石集合体中。

同时, 沿构造带侵入的中酸性岩脉(斜长花岗岩、二长花岗岩等)带来的岩浆热液, 在构造的共同作用下, 使围岩玄武岩发生热液接触变质, 形成绿帘石矽卡岩、阳起石矽卡岩和石榴子石矽卡岩等, 代表性蚀变有透辉石化、绿帘石化及石榴子石化等, 这与铁矿的形成有密切联系。

按照铁矿床一般工业指标(全铁wTFe边界品位为20%, 工业品位为25%), 3条矿化带共圈定矿体11条, 各矿体特征见表2所列。

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 矿体特征一览表 Tab.2 Features of the ore bodies 矿体 编号 分布范围 矿石类型 围岩 矿化蚀变类型 矿体规模 矿体产状 矿体平均 品位/% 长度/m 平均真 厚度/m FeⅠ -1 黑山泉西 F6构造 致密块状磁铁矿石 滩间山群玄武岩、矽卡岩、闪长岩、侵入的花岗岩类脉体及透镜状大理岩 磁铁矿化、孔雀石化、矽卡岩化及绿帘石化 200 7.30 250° ∠47° 48.25 FeⅡ -1 F1构造北 侧山前 稠密浸染状磁铁矿石 滩间山群玄武岩、玄武玢岩、闪长岩类及花岗岩类侵入体 磁铁矿化、绿帘石化、磁黄铁矿化及黄铁矿化 200 3.07 240° ∠40° 22.41 FeⅢ -1 F5构造中 部北侧 致密块状磁铁矿石及条带状磁铁矿石 滩间山群玄武岩、矽卡岩、大理岩及花岗岩类脉体 磁铁矿化、矽卡岩化、绿帘石化及少量孔雀石化 200 8.30 23° ∠81° 37.08 FeⅢ -2 F5构造中部 致密块状磁铁矿石 滩间山群玄武岩、矽卡岩、闪长岩类及花岗岩类侵入体 磁铁矿化、矽卡岩化、绿帘石化及少量孔雀石化 200 4.83 205° ∠67° 40.40 FeⅢ -3 F5构造中部 致密块状磁铁矿石 滩间山群玄武岩、矽卡岩、闪长岩类及花岗岩类侵入体 磁铁矿化、矽卡岩化、绿帘石化及少量孔雀石化 200 5.66 233° ∠69° 43.80 FeⅢ -4 F5构造中部 致密块状磁铁矿石 滩间山群玄武岩、矽卡岩、闪长岩类及花岗岩类脉体 磁铁矿化、矽卡岩化、绿帘石化及少量孔雀石化 400 3.88 210° ∠76° 44.47 FeⅢ -5 F5构造中部 致密块状磁铁矿石 滩间山群玄武岩、矽卡岩、闪长岩类及花岗岩类脉体 磁铁矿化、矽卡岩化、绿帘石化及少量孔雀石化 390 3.95 230° ∠70° 58.08 FeⅢ -6 F5构造中部 致密块状磁铁矿石 滩间山群玄武岩、矽卡岩、闪长岩及花岗岩类脉体 磁铁矿化、矽卡岩化、绿帘石化及少量孔雀石化 400 4.58 228° ∠72° 51.17 FeⅢ -7 F5构造中 部南侧 浸染状磁铁矿石 滩间山群玄武岩、矽卡岩、大理岩及中酸性侵入脉体 磁铁矿化、矽卡岩化、黄铁矿化、绿帘石化及少量孔雀石化 200 2.83 195° ∠72° 21.25 FeⅢ -8 F5构造中 部南侧 致密块状磁铁矿石 玄武岩、矽卡岩、大理岩及花岗岩脉体 磁铁矿化、矽卡岩化、黄铁矿化、绿帘石化及少量孔雀石化 160 4.30 30° ∠72° 31.52 FeⅢ -9 F5构造中 部南侧 致密块状磁铁矿石 滩间山群玄武岩、矽卡岩、大理岩及中酸性侵入脉体 磁铁矿化、矽卡岩化、黄铁矿化、绿帘石化及少量孔雀石化 171 2.74 286° ∠46° 31.02 注: 矿体基本形态多为豆荚状、透镜状, 倾角> 45° 的陡倾矿体, 走向具尖灭再现、膨胀狭缩的特点, 矿体规模是按照Ⅲ 类工程控制程度矿体圈定原则所圈定。

表2 矿体特征一览表 Tab.2 Features of the ore bodies

对上述3条矿化带, 选取典型代表矿体Fe Ⅰ -1、FeⅡ -1和FeⅢ -6分别详述如下:

(1)FeⅠ -1矿体。矿化带受F₆构造的次级构造控制, 片状构造发育。 岩性主要为滩间山群蚀变安山岩, 其次为沿片理发育的扁豆状闪长岩、花岗闪长岩脉体, 其规模小, 零星出露。 在侵入岩与围岩的接触带上发育强烈的矽卡岩化和绿帘石化。 矿化主要为沿片理发育的致密块状孔雀石化的磁铁矿, 呈透镜状(图4(a)、(b)), 具强磁性。 磁铁矿化带宽约7.8 m, 向东延伸被第四系覆盖。

图4

Fig.4

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	图4 铁矿体矿石照片Fig.4 Photoes of the ore bodies

(2)FeⅡ -1矿体。位于长征沟北侧, 地表被第四系冲洪积物覆盖。 磁铁矿主要赋存于滩间山群玄武岩中, 沿玄武岩中的片理侵入长英质岩脉, 在接触-交代热液作用下发育绿帘石化、浸染状磁铁矿化、磁黄铁矿化及黄铁矿化等。 磁铁矿总体呈浸染状不均匀分布, 矿化规模较大, 平均品位约22.41%(图4(c))。

(3)FeⅢ -6矿体。该矿体沿走向断续延伸, 长度约200 m, 宽约9 m, 围岩主要为滩间山群玄武岩、矽卡岩、大理岩及中酸性侵入脉体, 发育磁铁矿化、矽卡岩化、黄铁矿化和绿帘石化等。 磁铁矿产于矽卡岩中, 呈致密块状, 磁铁矿体NWW向展布, 磁铁矿体呈透镜状断续出露(图4(d)), 钻孔中钻遇矽卡岩化及磁铁矿化, 表明该矿体可能有一定延伸, 但品位变化较大。

矿石矿物主要为磁铁矿, 局部为少量假象赤铁矿和黄铜矿。 脉石矿物为石榴子石、透辉石、绿帘石、绿泥石、方解石、石英和黄铁矿等, 具体如下:

(1)磁铁矿。磁铁矿为铁矿的主要矿石矿物, 磁铁矿含量一般位于60%~80%之间, 最高可达95%。 磁铁矿多呈半自形粒状结构, 其次为它形或自形粒状结构, 局部为海绵陨铁结构等。 多呈铁黑色致密块状, 具强磁性。 从绿帘石矽卡岩化玄武岩、绿帘石矽卡岩化斜长花岗岩、钙铝榴石矽卡岩过渡带, 逐渐过渡为稠密浸染状、团块状磁铁矿。

(2)黄铜矿。黄铜矿多为不规则它形浸染状分布于磁铁矿矿物颗粒间, 少数发育于磁铁矿化体围岩中浸染状黄铁矿边部或附近。

(3)孔雀石。呈粉末状、薄膜状沿地表岩石裂隙分布, 仅在黑山泉西F₆构造地段强烈发育。

(4)黄铁矿。主要分布于FeⅢ 矿点西侧, 其余地段发育程度较低, 黄铁矿含量为1%~8%, 呈立方体结构, 星点状、不均匀浸染状、星散-细脉浸染状分布于次变的安山玄武岩或斜长花岗岩中。

(5)绿帘石。在圈定的各个矿体中普遍发育, 多为微粒状、等轴粒状, 一般粒径0.1~0.25 mm, 大部分分布于阳起石颗粒间。

(6)绿泥石。呈鳞片状、片状, 其片径一般都在0.07 mm× 0.27 mm以下, 揉皱定向分布, 构成片理, 沿片理方向局部呈条纹状或条带状聚集。

FeⅡ 号矿点磁铁矿主要为它形— 半自形粒状结构、聚晶结构, 角砾状、块状构造, 其次为星散浸染状构造。FeⅢ 号矿点磁铁矿主要呈它形— 半自形晶粒结构, 块状构造, 一般粒径0.1~0.5 mm。 向西主要为它形— 半自形粒状结构, 块状构造, 其次为它形粒状— 栉状结构, 细脉状构造、浸染状构造。 磁铁矿大部分为不规则它形粒状, 镶嵌分布, 少部分略显半自形粒状特征, 粒径0.05~0.2 mm。 方解石和石英等脉石矿物均为不规则它形粒状, 沿矿石裂隙呈细脉状分布, 部分尚沿脉壁垂直分布形成栉状特征。

长征沟矽卡岩型磁铁矿成矿作用演化与矿物共生组合、生成顺序概括如下。

2.4.1 次生变质作用期

该作用期主要指基性— 中基性火山岩在剪切构造变形作用下, 火山岩原岩的退化变质作用。 主要特征是基性玄武岩原生矿物的次变, 辉石-角闪石的次闪石化、绿帘石化、绿泥石化和碳酸盐岩化, 同时暗色矿物分解析出的多余钛铁质形成微晶状钛铁矿和泥晶榍石。 基性斜长石存在强烈绿帘石化及绢云母化。 岩石变余的微细晶辉长-交织结构隐约可见。

该次生变质作用期产生一定量的次生碳酸盐矿物, 在后期矽卡岩化作用阶段, 积极参与了次变火山岩矽卡岩化的形成, 微细粒钛铁矿部分或全部加入了磁铁矿矿化作用之中。

2.4.2 岩浆期后热液成矿作用期

该成矿作用进一步划分为矽卡岩化作用阶段、氧化物矿化作用阶段、石英-硫化物矿化作用阶段及碳酸盐岩化作用阶段。 其中矽卡岩化作用阶段又可划分为无水矽卡岩矿化阶段和含水矽卡岩矿化阶段。

(1)无水矽卡岩矿化阶段。早期阶段出现的矽卡岩矿物比较简单, 主要标型蚀变矿物为石榴子石。 有时几乎由石榴子石组成的石榴子石矽卡岩, 在后期阶段的矽卡岩化作用下, 多被绿帘石沿晶粒边缘交代, 局部地段石榴子石出现异常消光, 石榴子石矽卡岩呈块状构造, 含矿性较差。 后期阶段矿化蚀变组分多叠加其上, 组成较为复杂的矽卡岩矿化蚀变岩石。

(2)含水矽卡岩矿化阶段。属于晚期阶段矽卡岩矿物, 叠加于早期矽卡岩化蚀变岩石之上, 形成复杂矽卡岩类型。 重要的标志性蚀变矿物为阳起石、透闪石和绿帘石等, 往往伴随浸染状微— 细粒磁铁矿化的出现。 该作用阶段的磁铁矿矿化作用较稳定, 矿化普遍。

(3)氧化物矿化作用阶段。该阶段是磁铁矿矿化的重要阶段, 磁铁矿呈中细粒、中粗粒斑杂浸染-团块状聚合分布, 并与早期的不等粒斑杂浸染-团块状共生, 多形成块状磁铁矿矿石、稠密浸染状磁铁矿矿石和中等浸染状磁铁矿较富的铁矿石。

(4)石英-硫化物矿化作用阶段。该阶段在长征沟工作区普遍不发育, 大部分成矿地段矿化阶段夭折, 偶见与本阶段硅化-铁白云石化密切共生的微量黄铜矿出现, 而闪锌矿和方铅矿几乎不见。

(5)碳酸盐岩化作用阶段。该阶段属于无矿阶段, 仅仅发育方解石不规则脉体, 其中含有少量硅化石英。

2.4.3 表生作用期

表生作用期主要表现为地表及近地表的氧化作用, 少部分的磁铁矿沿晶粒边缘、粒间轻度赤铁矿化和褐铁矿化, 保留原生磁铁矿轮廓。

2.4.4 矿物生成顺序

根据上述成矿阶段划分, 初步总结了本区矿化蚀变矿物及成矿期次的关系(表3)。

表3

Tab.3

表3(Tab.3)

表3 长征沟磁铁矿矿床成矿期、成矿阶段与矿物生成顺序 Tab.3 Metallogenic epoch, stage and generation sequence of magnetite deposit in Changzhenggou 矿物 次生变质 作用期 岩浆期后热液作用期 表生 作用期 无水矽卡岩 矿化阶段 含水矽卡岩 矿化阶段 氧化物矿化 作用阶段 石英-硫化物 矿化作用阶段 碳酸盐岩 化作用阶段 碳酸盐矿物+钛铁矿 较发育 石榴子石 发育 阳起石 发育 透闪石 极发育 绿帘石 极发育 硅化石英 极发育 微细粒磁铁矿 发育 中粗粒磁铁矿 极发育 黄铜矿 微弱 绿泥石 中等发育 发育 方解石 发育 赤铁矿 轻度 褐铁矿 轻度

表3 长征沟磁铁矿矿床成矿期、成矿阶段与矿物生成顺序 Tab.3 Metallogenic epoch, stage and generation sequence of magnetite deposit in Changzhenggou

矽卡岩型矿床又称接触交代型矿床, 主要是指产在中酸性侵入岩、火山岩与碳酸盐岩类岩石或其他岩石接触带或其附近岩石中的矿床 [13-18]。 矽卡岩矿床是所有类型矿床中数量最多、变化最复杂的矿床, 是一种具有重要经济和工业意义的矿床类型, 是世界上铜、富铁、锡、钨、铅、锌和金等金属矿产以及蛭石、云母、硅灰石和透辉石等非金属矿产的重要来源^{[19, 20, 21, 22]}。

根据地质调查及室内岩矿鉴定资料分析, 研究区发现的3处铁矿点中, FeⅠ 和FeⅢ 矿点的铁矿具有相似的成因类型, 成矿作用均位于次级断层构造带上, 构造对矿体的分布及中酸性侵入岩脉体的控制作用明显。 矿体围岩受斜长花岗岩、二长花岗岩侵入作用及构造作用, 使原玄武岩和大理岩发育矽卡岩化, 形成绿帘石矽卡岩、阳起石矽卡岩和石榴子石矽卡岩等。 在矽卡岩带中形成透镜状、豆荚状致密块状磁铁矿和浸染状磁铁矿, 矿床成因属矽卡岩型。 二长花岗岩和斜长花岗岩沿构造破碎带侵入与玄武岩接触交代形成自形— 半自形结构、聚晶结构的角砾状块状构造、星散浸染状构造的磁铁矿, 其成因类型属于与中酸性侵入岩有关的铁矿。

中酸性岩体与成矿关系密切, 是成矿母岩。 接触构造带不仅是成矿物质迁移的通道, 又充当了成矿物质沉淀富集的有利场所。 在区域构造作用影响下, 携带成矿物质的岩浆沿着有利构造部位上升, 当岩体侵位于地壳上部大理岩、富钙质火山岩等有利围岩时, 岩浆中的挥发组分开始向岩体的顶部和边部集中, 随着压力、温度降低, 铁及其他矿质从岩浆中析出, 同时高钙围岩与含矿岩浆接触, 高钙围岩从岩浆中吸收SiO₂而形成钙矽卡岩, 使磁铁矿在矽卡岩中得以交代富集成矿。

研究区磁铁矿的分布与中酸性侵入岩、构造的关系密切, 沿NW向次级脆性构造发育的斜长花岗岩、二长花岗岩和闪长玢岩等侵入岩与围岩的接触边界是找矿的重点地段。 本区主要的找矿标志归纳如下:

(1)岩性标志。中性— 中酸性— 酸性侵入岩的不同岩相分带, 特别是蚀变花岗岩与有利围岩的接触带是找矿的岩性标志, 中酸性小规模侵入岩体与滩间山群富钙火山岩侵入接触带是成矿有利部位, 侵入岩与大理岩同时出现是找矿的重点地段。

(2)构造标志。在中酸性侵入岩与富钙变火山岩、大理岩接触带, 叠加脆性次级构造, 岩石发生碎裂岩化等地段是找矿的有利构造部位。

(3)矿化蚀变标志。在接触带附近侵入岩与围岩发生绿帘石化、绿泥石化、石榴子石矽卡岩化及磁铁矿化等作为矿化蚀变集中发育地段是找矿的矿化蚀变标志。

(4)物探标志。地面高精度磁测圈定的磁异常是寻找铁多金属矿的最直接、最有利的物探标志。