西天山阿吾拉勒铁成矿带位于伊犁地块东缘,该带发育大量海相火山岩型铁矿床。近年来,随着新疆新一轮铁矿找矿勘查与评价的开展,以阿吾拉勒铁成矿带为主的西天山铁矿勘查工作取得重大进展,相继发现了一系列大型富铁矿床,该成矿带也成为新疆乃至全国重要的大型富铁矿成矿带之一。智博和查岗诺尔铁矿位于该成矿带东段,为规模较大的两个铁矿床,其发现和评价对于阿吾拉勒铁成矿带矿床勘查和研究具有重要的科学意义和经济意义。然而,迄今为止,研究区铁矿床成因机制的研究程度较低,成矿动力学背景的讨论仍存争议,大规模铁矿床富集机制亟待解决,该类型矿床的勘查找矿标志急需总结。因此,本论文从成矿动力学背景和成矿机制研究两方面出发,通过典型矿床剖析将其有机结合起来,讨论大陆动力学过程与成矿作用的耦合关系,探索俯冲带中流体作用与铁成矿物质富集的可能机制,总结海相火山岩型铁矿成矿理论,构建典型矿床与区域成矿模式,为该类型铁矿床的找矿勘查提供理论依据。
智博和查岗诺尔铁矿分别赋存于大哈拉军山组玄武岩和安山岩中。两矿床位于一大型火山机构的不同部位,靠近火山机构中心的智博矿区以单斜构造为主,位于火山机构西北缘的查岗诺尔矿区发育火山穹窿构造和环状断裂。矿区围岩蚀变强烈,面状和带状蚀变带广泛发育。智博矿区矿石类型多样,金属矿物主要为磁铁矿,矿石构造以致密块状构造为主,矿石结构多为自形板条状和半自形-自形粒状结构,矿化可分为两个成矿期和四个成矿阶段;查岗诺尔矿区矿石种类丰富,金属矿物为磁铁矿,矿石构造以浸染状构造为主,矿石结构多为他形-半自形微粒和自形-半自形粒状结构,矿化可分为两个成矿期和四个成矿阶段。
智博矿区矿石和查岗诺尔矿区流纹岩中锆石U-Pb年龄分别为350±2 Ma和321±2 Ma;侵入到智博矿区No.15号矿体中的两个岩脉锆石U-Pb年龄分别为320±3 Ma和295±2 Ma;侵入到查岗诺尔矿区No.1号矿体的岩脉锆石U-Pb年龄为319±2 Ma;查岗诺尔东矿区发育的蚀变岩全岩-矿物Sm-Nd等时线年龄为313±7 Ma。结合矿床地质特征可见,智博和查岗诺尔铁矿矿化分别形成于早晚两期火山旋回中,共经历了三期成矿作用,即350 Ma(第一期)、350 Ma~321 Ma(第二期)和319 Ma~313 Ma(第三期)。
研究区位于西天山伊犁地块东缘,夹持于伊犁-中天山北缘断裂带、那拉提山北坡断裂带和中天山南缘断裂带之间,处于北天山弧增生体、伊犁地块和中天山复合弧地体的三角地带。其构造演化过程复杂,与北天山洋、帖尔斯克依洋和南天山洋的开启与闭合及西天山增生造山过程密切相关。成矿动力学背景研究表明:研究区晚奥陶世至早志留世岩浆岩形成于与大洋俯冲有关的活动大陆边缘岛弧环境;晚泥盆世至早石炭世岩浆岩形成于洋陆俯冲晚期阶段、活动大陆边缘岛弧环境中;晚石炭世岩浆岩形成于后碰撞造山的伸展环境中。伊犁地块东缘自晚奥陶世开始,南天山洋向北侧伊犁-中天山地块之下俯冲,在活动大陆边缘的岛弧环境中,形成了晚奥陶世至早志留世火山岩和侵入岩;早石炭世时期,南天山洋持续向北俯冲,在活动大陆边缘岛弧环境中,形成高钾钙碱性或钾玄岩系列岛弧岩浆,并通过两个古火山机构岩浆活动的叠加作用形成了智博和查岗诺尔铁矿赋矿火山岩及铁矿体;晚石炭世末,南天山洋逐渐闭合,早期形成的岛弧火山与伊犁-中天山地块碰撞拼接,构造体制由活动大陆边缘俯冲-碰撞体系向后碰撞造山阶段的拉张体系转变。
矿物学特征分析可见,两矿区磁铁矿的形成复杂,总体受到了岩浆作用、火山沉积作用和热液作用等的综合影响。其中,智博矿区磁铁矿以岩浆作用为主,而查岗诺尔矿区磁铁矿具有较明显的火山沉积成因特征。智博和查岗诺尔铁矿早期形成的磁铁矿成矿流体温度较高、相对还原、来自岩浆或岩浆热液,成矿物质可能来自于深部的火山岩浆,与岩浆作用相关。其中,智博矿区成矿流体以来自深部的高温流体为主,成矿后期热液成矿作用程度不高;查岗诺尔矿区磁铁矿是来自深部的高温成矿流体与较低温海水在近海底附近发生对流混合而成,成矿后期受到来自海水等的热液流体的改造。两矿区晚期形成的磁铁矿逐步向热液型磁铁矿演变,早期形成的磁铁矿受热液作用影响而渐失岩浆型磁铁矿特征。智博和查岗诺尔铁矿各类矿石中黄铁矿形成于还原性流体中,受到了岩浆作用、火山作用和热液作用的共同影响,其热液流体来源与围岩火山岩关系密切。查岗诺尔矿区早期类矽卡岩可能为受钙质地层混染的岩浆演化的产物,而晚期类矽卡岩应是热液流体沿矿区东部大型断裂带活动交代钙质火山岩地层而成。
成矿流体研究表明,智博和查岗诺尔铁矿岩浆成矿期成矿温度分别为650℃~700℃和540℃,两矿区热液成矿期成矿温度约为200℃~300℃。智博矿区磁铁矿包裹体中的流体属Na+—Cl-(SO42-)型,而查岗诺尔矿区磁铁矿包裹体中的流体为Mg2+(Ca2+)—SO42-型或Na+—Cl-型。两矿区成矿流体可分为岩浆热液流体、岩浆成矿流体和热液成矿流体三种,岩浆成矿期,成矿流体为含有大量FeCl2或Na3[FeCl6]的“富铁岩浆”;热液成矿期成矿流体以水为主。成矿流体具有由相对还原向氧化的环境转变的特征,成矿后期外界流体加入增加,成矿温度逐渐降低。智博和查岗诺尔铁矿受岩浆流体和热液流体双重作用的影响,岩浆流体发挥主导作用。
智博和查岗诺尔铁矿各类型矿石中磁铁矿δ18O值分别集中于0.6‰~2.9‰和-0.4‰~3.7‰之间;两矿区不同类型矿石中黄铁矿δ34SV-CDT值分别介于-1.7‰~0.3‰和4.1‰~6.2‰之间;查岗诺尔矿区319Ma钾长花岗岩岩脉与313 Ma蚀变岩具有相似的εNd(t)值。结合微量元素、稳定同位素和Sm-Nd同位素分析可见,两矿区岩浆成矿期铁质来源于与赋矿火山岩同源的岩浆,热液成矿期铁质来源于同期活动的花岗质岩浆。
智博铁矿为以岩浆成矿作用为主(叠加有热液成矿作用)的矿床,查岗诺尔铁矿为以岩浆成矿作用为主、叠加有火山沉积作用和热液成矿作用的复合型矿床。两矿床大都经历了“二阶段成矿”,早期矿浆喷溢或贯入形成富铁矿,晚期为热液交代成矿阶段,使得早期矿体更加富集,并有铜多金属硫化物的后期叠加。其成矿过程与古火山机构的演化密切相关,智博铁矿化和查岗诺尔第二层矿化形成于早期火山旋回中,由通过液态不混熔分离作用形成的“富铁熔浆”经喷溢或贯入/充填等作用而成;查岗诺尔第一层矿化形成于晚期火山旋回中,由通过一系列作用演化而来的“矽卡岩岩浆和铁矿浆”经喷溢或贯入/充填等作用而成。
区域上,阿吾拉勒成矿带铁矿床具有成矿时代多阶段性、成矿环境海陆变迁、火山控矿作用显著的特征,矿床成因类型具有由近火山口火山喷溢-矿浆贯入等作用为主,到远离火山口以火山沉积作用为主的规律性演变特征。
两矿区在平面上和垂向上均具有巨大的找矿潜力,同时应侧重寻找与侵入岩有关的磁铁矿矿床,与晚期火山气液作用有关的火山-气液矿床,并在深部开展火山岩型铜矿床和斑岩型铜矿的勘查工作。区域上,侧重伴生的铜、铅锌等矿床的勘查,并结合区域成矿模式,注重在同一矿区寻找其他类型或过渡类型矿床。