西昆仑造山带位于青藏高原西北缘,塔里木盆地西南缘,是横贯中国的秦祁昆中央造山系的重要组成部分。西昆仑构造单元自北向南可分为北昆仑地体、奥依塔格-库地缝合带、南昆仑地体、麻扎-康西瓦缝合带、甜水海地体、乔尔天山-红山湖缝合带、喀喇昆仑地体。阿克萨依磁铁矿处于麻扎-康西瓦缝合带以南,甜水海地体东段,是近年来发现的中型磁铁矿。本文以阿克萨依磁铁矿及与之密切的岩浆岩为重点,开展系统的矿床地质、岩石地球化学、矽卡岩矿物学、流体包裹体、稳定同位素、成岩成矿年代学等方面的研究,厘定成岩成矿时代,探究成矿环境、成矿流体及成矿物质来源,限定矿床成因和成矿动力学背景,建立成矿模式,并取得如下认识和成果: 1.矿体赋存在中新世侵入岩与二叠纪黄羊岭群碳酸盐岩接触带内及其附近,矿体主要呈似层状、脉状、透镜状、分枝状,走向以北西、北西西向为主。矿石整体品位21~54%,平均品位为38%。矿石构造主要有块状构造、条带状构造以及浸染状构造,结构主要有自形-半自形粒状结构、它形粒状结构、镶边结构、溶蚀结构、交代残余结构、交代网状结构。矿石矿物以磁铁矿、黄铁矿为主,脉石矿物主要有橄榄石、石榴石、角闪石、黑云母、镁铁闪石、阳起石、斜长石、石英、方解石等。矿区主要的蚀变类型有矽卡岩化、钠长石化、绿泥石化、绢云母化、高岭土化、碳酸盐化。矿化阶段可分为早矽卡岩阶段、晚矽卡岩阶段、氧化物阶段、石英硫化物阶段、碳酸盐阶段。矿床具有典型的矽卡岩铁矿特征。 2.阿克萨依矿区碎屑围岩地层形成时代不早于256±3Ma,属于二叠系黄羊岭群。阿克萨依铁矿床中与磁铁矿密切共生的石榴石的Rb-Sr等时线年龄为12.4±0.3Ma,Sm-Nd等时线年龄为12.6±0.5Ma,两者在误差范围内一致,表明阿克萨依磁铁矿床形成于中新世。与矿体具有密切空间关系的二长花岗岩和闪长玢岩分别形成于12.4±0.2Ma和12.8±0.1Ma。岩体与矿体具有空间和时间上的一致性,表明中新世岩体为致矿岩体,矿床属于矽卡岩型磁铁矿。 3.闪长玢岩属于准铝质高钾钙碱性-钾玄岩系列,具有轻稀土富集、重稀土亏损,弱负Eu异常,亏损大离子亲石元素Ba、Sr及高场强元素Nb、Ta、P、Ti,富集Th、U,高Rb/Sr比值的特征。二长花岗岩属准铝质-弱过铝质高钾钙碱性-钾玄岩系列,具有高Sr,低Y和Yb以及高Sr/Y比值以及轻稀土富集、重稀土亏损,无明显Eu异常,富集高场强元素Th、U、Pb和大离子亲石元素Rb,相对亏损高场强元素Nb、Ta、Ce、P、Ti和大离子亲石元素Ba等的特点。闪长玢岩和二长花岗岩具有相同的同位素特征((87Sr/86Sr)i分别为0.708111~0.709840和0.707458~0.707667;(143Nd/144Nd)i分别为0.512331~0.512424和0.512381~0.512423;(206Pb/204Pb)i分别为18.732~18.823和18.601~18.716)表明二者为同一玄武质岩浆分异产生的,二长花岗岩的埃达克岩特征(高Sr/Y比值,低Y和Yb含量)是由于玄武质岩浆中角闪石的分离结晶造成的。该岩浆起源于受富Nb、Ta软流圈地幔交代的岩石圈地幔,并在上升过程中受少量地壳物质的混染。 4.矽卡岩矿物学研究表明阿克萨依矿区广泛发育锰质矽卡岩。其中橄榄石有两个世代,从第一世代橄榄石(Fa53~62Tp33~46Fo2~5)到第二世代橄榄石(Fa61~64Tp26~29Fo8~11),锰橄榄石端员组分降低,反映随着流体演化过程中锰含量逐渐降低。矿区石榴石大部分具有均质性,可分为两类,第一种属于锰铝榴石-铁铝榴石-钙铁榴石系列(Spe58~72Alm11~20And5~11Gro+Pyr4~12),第二种属于锰铝榴石-钙铝榴石-铁铝榴石系列(Spe41~50Gro19~25Alm15~26And+Pyr10~12)。对部分具环带结构的石榴石分析表明,流体成分处于动荡变化中,且成矿环境从还原状态逐渐向氧化状态转变。晚矽卡岩阶段大量发育的绿钙闪石证明成矿流体富含挥发分,这有利于铁的运移。磁铁矿主要形成于晚矽卡岩阶段和氧化物阶段,按矿石结构可分为条带状磁铁矿(BO)、浸染状磁铁矿(DO)和块状磁铁矿(MO)。根据BSE图像,MO磁铁矿可进一步分为原生块状磁铁矿(MO-1)和次生块状磁铁矿(MO-2)。不同类型的磁铁矿均为热液磁铁矿,具有相似的微量元素大陆地壳标准化配分曲线,显示出同源性,但是不同类型磁铁矿在个别元素上具有较大的差异,这些差异受水岩反应、温度、氧逸度(fO2)、共沉淀矿物以及溶解-再沉淀等条件或过程的控制。不同类型的磁铁矿在(Ca+Al+Mn)-(Ti+V)和(Ni/(Cr+Mn)-(Ti+V)图解中呈现出不同的范围可能表明矽卡岩矿床中磁铁矿成分的变化比以前认为的要大。 5.阿克萨依铁矿早矽卡岩阶段发育富液相气液两相包裹体、富气相气液两相包裹体以及单相富CH4包裹体;石英硫化物阶段发育富液相气液两相包裹体、富气相气液两相包裹体、含子晶多相包裹体、富气相CH4-H2O包裹体、单相富CH4包裹体以及单相富CO2包裹体;碳酸盐阶段发育富液相气液两相包裹体。总体上成矿流体为NaCl-H2O-CH4±CO2体系,其中CH4来自中新世岩体侵入活动带来的深源流体。包裹体测温数据和H-O同位素分析结果表明,早期成矿流体为受围岩影响的高温、高-中盐度岩浆水,在演化过程中逐渐有大气降水加入,导致流体温度和盐度不断降低,并在这个过程中发生了以盐水溶液与碳质流体相分离为特征的流体不混溶,这可能是导致矿物沉淀的主要机制。此外,碳同位素(-5.9~-8.1‰)落在岩浆碳储库,表明来自于岩浆,锶同位素(0.71046~0.71225)位于岩体与地层之间,指示来自于岩体和地层的混合,铁质和锰质则主要来源于基底地层和岩体的双重贡献。 6.阿克萨依矽卡岩铁矿形成于藏北区域伸展的构造背景下。中新世岩浆上侵结晶过程中,产生熔体-流体相分离,分异出富挥发分(CH4、CO2、F、Cl)的高温高盐度流体,并在岩浆房顶部或旁侧聚集。这些流体在侵位过程中萃取地层中的Fe、Mn,使得流体以富Fe、Mn和挥发分为特征。流体在岩浆热及构造应力的驱动下发生迁移,与二叠系黄羊岭群大理岩发生接触交代反应,在大气降水的参与下,最终在有利部位形成矽卡岩和铁矿体。