新疆西天山铁木里克铁矿床火山岩锆石U-Pb年代学、岩石地球化学特征及地质意义

铁木里克铁矿位于西天山阿吾拉勒铁铜成矿带中段,矿床围岩为一套以粗面安山岩、安山岩和流纹岩为主的连续变化的中酸性火山岩。本文通过对铁木里克铁矿床火山岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,并且结合Hf同位素和岩石地球化学研究,对火山岩的形成时代以及大地构造背景进行探讨。锆石LA-ICP-MS测年结果显示,粗面安山岩、安山岩以及流纹岩的测年结果分别是318.8±2.3Ma、320.8±2.5Ma和319.1±3.5Ma。地球化学分析表明该套火山岩属于高钾钙碱性-钾玄岩系列,富集轻稀土元素(LREE)和大离子亲石元素(LILE;如Rb、Th、K),重稀土元素(HREE)配分平坦,同时具有Nb、Ta的强烈亏损,具有明显的岛弧火山岩地球化学特征。在火山岩的大地构造判别图解上,样品点都落在了大陆弧部分。锆石的Hf同位素显示εHf(t)具有一致的变化范围(+6.2~+12.0),指示火山岩具有相同的岩浆来源,都是来源于早古生代新生陆壳的重熔,形成于相同的构造岩浆背景下。结合区域地质资料,本文认为铁木里克铁矿床出露的这套高钾钙碱性-钾玄岩系列火山岩可能是南天山洋闭合末期到陆陆碰撞早期大陆弧岩浆作用的产物。     

阿吾拉勒山西段二叠纪火山岩组合与构造环境分析

阿吾拉勒山体西段发育了厚度巨大的下二叠统火山岩,这些火山岩均属碱性玄武岩系列,以钾质类型为主,钠质类型次之,岩浆演化呈现出跨越B型趋势。这种火山活动是在大陆地壳内部产生的,代表了陆内裂谷演化的早期阶段。在早二叠世末期,由于受到新源运动的影响,这种火山活动被终止了。     

中国西北部成矿地质特征及找矿新发现

西北地区地处中亚构造域和特提斯构造域的交汇处,中间夹有塔里木克拉通和华北克拉通的西段。地质历史上,两个克拉通及其裂解的微陆块的形成和运动史,基本约束了中国西北部的构造发展历程。围绕克拉通及微陆块的显生宙造山带基本是其周缘增生的结果,由于大陆运移,其他大陆边缘增生的产物,在早三叠世(210 Ma)大陆汇聚中也添加了进来,这些造山带及其陆块边缘的增生是西北各种内生金属矿床的重要形成背景。同时,新元古代、晚古生代陆内与地幔柱有关的大火成岩省的发育,为铜镍等重要矿床的形成提供了条件。此外,在克拉通及其微陆块形成和后期的叠生盆地中,形成了重要的沉积和沉积变质矿床。西北地区近年来重要找矿发现,不断印证了西北克拉通边缘板块构造增生和板内幔源构造岩浆作用成矿的特点,并对传统的地质背景构造认识提出了挑战。这其中,最具经济价值和地质意义的是3个超大型金属矿床的发现:西天山早石炭世阿吾拉勒火山-次火山岩浆喷溢型磁铁矿矿床、东昆仑早泥盆世夏日哈木岩浆深部熔离-贯入型铜镍矿床和西昆仑侏罗—白垩纪火烧云构造热液型铅锌矿床。阿吾拉勒磁铁矿矿床是中国首例火山-次火山岩浆喷溢型磁铁矿矿床,可与智利的拉科超大型典型磁铁矿矿床对比,且更具有经济价值,该矿床的勘查和研究为深入理解中亚造山带天山及其邻区石炭纪裂谷型火山岩浆作用与成矿提供了研究的范例;夏日哈木铜镍矿是中国近年来最重要的铜镍矿发现,探明镍资源量已达百万吨以上,该矿床的发现为查明中国早古生代末期新的岩浆铜镍成矿事件及其找矿潜力提供了研究新区;火烧云铅锌矿床是新近发现的具有超大型资源潜力的铅锌矿床,也是喀喇昆仑—三江造山带中蕴藏的中新生代巨型铅锌成矿带上最重要的成矿发现,为深化研究青藏高原东北缘巨型铅锌成矿带的成矿物质来源和构造控矿机制提供了新的基地。     

塔尔塔格铁矿床——新疆阿吾拉勒铁成矿带内首例IOA型铁矿床的厘定及意义

塔尔塔格铁矿是新疆西天山阿吾拉勒海相火山岩型铁成矿带内的一处中型铁矿床,其铁矿体呈透镜状产于粗安玢岩内顶部,在揭示海相火山岩中铁矿床与侵入岩关系方面具有重要意义。该铁矿床发育典型的磁铁矿 磷灰石组合,基本不含硫化物,矿石以似斑状、浸染状、球粒状和晶洞等构造类型为特色,磁铁矿内发育由条带状或叶片状钛铁矿和钛氧化物构成的出溶结构,并有少量的榍石、钍石、萤石等副矿物与之共生,矿床地质特征表明该矿床为典型的与富碱、中性侵入岩有关的IOA（iron oxide apatite）型铁矿床。该矿床围岩英安岩、赋矿粗安玢岩与成矿后正长花岗岩的锆石SHRIMP U Pb同位素加权平均年龄分别为311. 3±1. 4 Ma、304. 7±2. 9 Ma和301. 1±2. 8 Ma,铁矿石样品中与磁铁矿共生的榍石的LA ICP MS U Pb同位素加权平均年龄为302. 3±4. 0 Ma和303. 7±4. 2 Ma,成岩成矿年龄高度吻合,进一步确定其在晚石炭世晚期成矿。本文根据地质特征认为该矿床矿石是由粗安玢岩顶部富铁挥发分聚集而形成的,并初步提出“超浅成侵入岩顶部富挥发分囊体”成矿模型,即富碱、中性岩体超浅成侵位导致挥发分在岩体顶部迅速聚集形成多处富铁和挥发分的囊体,岩体冷凝固结的同时磁铁矿快速结晶成矿。塔尔塔格“IOA型”型铁矿的成因厘定,不仅表明海相火山岩型铁矿与IOA型铁矿可能存在成因联系,还暗示了海相火山岩型铁成矿带内具有寻找IOA型铁矿的潜力。     

西天山阿吾拉勒一带侏罗纪生物组合和沉积环境

西天山阿吾拉勒一带侏罗系地层根据其岩石组合、生物组合面貌等特征,可分为下侏罗统八道湾组（J1b）、下侏罗统三工河组（J1s）和中侏罗统的西山窑组（J2x）,并在此基础上对侏罗纪地层的沉积环境进行分析,其为大陆裂谷衰亡之后河湖相沉积环境。     

西天山阿吾拉勒埃达克质岩石成因：Nd和Sr同位素组成的限制

西天山阿吾拉勒二叠纪钠质英安岩和钠长斑岩具有与埃达克岩一致的高Sr,低Y、Yb和Eu正异常等独特岩石地球化学特征。系统的Nd和Sr同位素组成研究表明，其（^143Nd/^144Nd)i为0．512384－0．512470，εNd(t)为正值（＋1．57－＋3．26）；（^87Sr/^86Sr)i为0．0751－0．7054，与本区同时代幔源玄武岩的Nd和Sr同位素组成特征相似，但与俯冲洋壳部分熔融成因埃达克岩的Nd和Sr同位素组成有显著区别。结合这些埃达克质岩石形成二叠纪后碰撞阶段构造背景，认为本区埃达克质岩浆最有可能由新底侵的玄武质下地壳在角闪岩相向榴辉岩相过渡或榴辉岩相的条件下部分熔融形成，是西天山晚古生代后碰撞阶段地幔玄武岩浆底侵作用和地壳垂向增生的重要岩石标志。     

西天山阿吾拉勒石炭纪火山岩年代学和地球化学研究

西天山阿吾拉勒裂谷带内广泛发育石炭纪火山岩,主要由玄武岩、粗面玄武岩、玄武质粗安岩、玄武质安山岩、粗面岩和流纹岩组成.以中基性岩为主,多为钙碱性系列.LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示,区内流纹岩形成于(316.1±2.2) Ma,为早石炭世晚期.微量和稀土元素特征表明,本区的火山岩具有俯冲带大陆边缘岛弧火山岩的典型特征,应形成于早石炭世晚期的准噶尔洋向伊犁板块俯冲的大陆边缘弧环境.可能是由受俯冲流(熔)体交代的地幔楔尖晶石二辉橄榄岩发生1%~5%的部分熔融,并在上升过程中经历了不同程度的结晶分离和同化混染作用而形成的.     

西天山阿吾拉勒地区下二叠统乌郎组火山岩地球化学特征及构造环境

西天山阿吾拉勒地区下二叠统乌郎组火山岩为一套陆相火山岩,主要由基性火山岩和酸性火山岩组成,中性火山熔岩较少,表现出双峰式火山岩特征.研究表明,下二叠统乌郎组经碰撞后松弛拉张,伊犁地块拉伸出现陆内火山裂谷环境,该组地层广泛夹持火山岩及火山碎屑岩,表明早中二叠世地壳活动频繁,局部地段地壳拉伸,产生同沉积断层,该断陷盆地经历发生、发展和消亡全过程.     

新疆阿吾拉勒铁矿带成矿系列和找矿重大突破

西天山阿吾拉勒铁矿带是新疆最重要的铁矿带之一。在伊犁地块前寒武纪基底上发育起来的阿吾拉勒石炭纪上叠裂谷, 形成了由一套海相双峰式火山岩建造组成的火山岩带, 伴随强烈火山活动和岩浆成矿作用, 形成以铁为主, 铜、锌、铅、金、银等共生的海相火山岩型矿床。按照矿床成矿系列理论, 建立了矿床成矿系列(组)、亚系列及矿床式(组), 随着火山活动强度由强到弱, 清晰表现出铁矿成矿强度由弱到强, 再变弱, 就位方式由火山喷发沉积到火山气液-矿浆贯入-喷溢充填, 再到火山喷流沉积, 最后结束于含矿次火山岩浆侵入, 成矿组分由单一的铁逐渐变成铁、铜、锌、铅、金、银的多元素组合的演化规律。进入新世纪, 特别是新疆“358”项目实施以来, 阿吾拉勒铁矿带勘查在资金、人员、技术、政策等方面得到加强, 首次在西天山高山地区实施铁矿整装勘查, 构建了由正确的技术路线、科学的成矿理论、先进的技术方法、有力的保障措施等关键要素组成的评价体系, 实现了阿吾拉勒铁矿带找矿重大突破, 使之成为新疆最大的富铁矿带, 形成了实现勘查突破的关键路径和经验范式。     

Pyrite Re–Os and muscovite 40Ar/39Ar dating of the Beizhan iron deposit in the Chinese Tianshan Orogen and its geological significance

The Awulale iron metallogenic belt (AIMB) hosts the majority of rich iron ores in Tianshan Orogen and has attracted much attention. However, a hot debate exists about the genesis of these iron deposits. Geochronological data are among the few critical evidences to solve the dispute. This study chooses the Beizhan iron deposit to carry out a geochronological research. The Beizhan magnetite deposit, with total iron ore reserves of 468 Mt at an average grade of 41% TFe, is the largest iron deposit in the AIMB. The orebodies of the Beizhan deposit are hosted in Carboniferous dacite and crystal tuff. Four stages of mineral formation can be recognized: an early skarn mineral stage, followed by the magnetite stage, the sulphide stage, and the carbonate stage in order. Pyrite separated from pyrite-rich ore samples yields an isochron age of 302.5 ± 8.2 Ma. Muscovite separated from muscovite-rich ore samples yields ⁴⁰Ar/³⁹Ar plateau ages of 304.7 ± 1.8 Ma, 304.5 ± 1.9 Ma, 308.1 ± 1.9 Ma, and 307.2 ± 1.8 Ma, and isochron ages of 306.1 ± 3.5Ma, 304.0 ± 3.0Ma, 308.2 ± 3.1Ma, and 308.7 ± 3.1Ma, respectively. These ages are consistent within the error range and are interpreted as the age of the Beizhan iron deposit. The results, combined with the other latest precise dating and geologically inferred ages, demonstrate that the iron deposits in the AIMB were formed in the Late Carboniferous. These iron deposits are considered to be iron skarn or medium–low -temperature hydrothermal origin and have genetic linkages between each other. They may be different mineralizing manifestations proximal to or distal from a pluton. The Late Carboniferous iron ores and the related magmatic rocks in the AIMB were produced when upwelling of the asthenosphere causes the partial melting of various sources and the formation of a narrow linear extension in the upper crust. The upwelling of the asthenosphere may be triggered by the detachment of an orogenic root zone.