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西昆仑塔什库尔干新迭铁矿床赋矿地层形成时代 及其地质意义 *

    陈 港1, 2，陈懋弘1**，杨成栋1，刘 峰1，李厚民1，马收先1，任程昊1，张 磊1

1中国地质科学院矿产资源研究所 自然资源部成矿作用与评价重点实验室，北京 100037； 
2中国地质调查局武汉地质调查中心（中南地质科技创新中心），湖北 武汉 430205

Doi:10. 16111/j. 0258-7106. 2024. 05. 002

中图分类号：P618.31         文献标志码：A

Age of ore-bearing strata of Xindie iron deposit in Taxkorgan of West Kunlun and its geological significance

    CHEN Gang1, 2, CHEN MaoHong1, YANG ChengDong1, LIU Feng1, LI HouMing1, MA ShouXian1,REN ChengHao1 and ZHANG Lei1

1 MNR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, CAGS, Beijing 100037, China;
2 Wuhan Center, China Geological Survey (Central South China Innovation Center for Geosciences), Wuhan 430205, Hubei, China

目录contents

    摘要

    布伦阔勒群是西昆仑塔什库尔干地块的主要组成部分，也是该区域铁矿床的赋矿层位，主要发育有老并、赞坎、喀来子和叶里克等矿床。新迭铁矿为塔什库尔干成矿带北部新发现的一个小型矿床，主要含矿岩性为石英片岩、云母斜长片岩、大理岩等。新迭铁矿的形成与沉积成矿作用密切相关，其主要矿体与布伦阔勒群底部的含铁建造同生，且顺层产出。笔者对新迭铁矿赋矿围岩布伦阔勒群和铁矿体中的碎屑锆石进行年代学研究，结果表明布伦阔勒群最年轻碎屑锆石年龄主要集中在588.0~513.6 Ma，推测新迭铁矿布伦阔勒群的形成年龄应晚于588.0~513.6 Ma，为寒武纪成岩。因此，新迭铁矿的形成与寒武纪铁建造沉积有关，后期经历了区域高级变质作用和岩浆热液的改造。新迭铁矿布伦阔勒群形成时代为早古生代，应从原划分方案的古元古界地层中剥离出来。

    Abstract

    The Bulunkuole Group is a main component of the Taxkorgan Terrane of West Kunlun and represents the ore-bearing strata of iron deposits in the region, including the prominent deposits such as Laobing, Zankan, Kalaizi, and Yelike. The Xindie iron deposit is a newly discovered small deposit in the northern part of the Taxkorgan iron belt, and the main ore-bearing lithology is quartz schist, mica plagioclase schist and marble. The formation of Xindie iron deposit is closely related to sedimentary mineralization, and its main ore body intimate with the iron-bearing formation at the bottom of the Bulunkuole Group, and is produced along the bed. Based on the chronology of the detrital zircons in the Bulunkuole Group and the ore body of the Xindie iron deposit in the Tashkorgan Terrane, the age of the youngest detrital zircons in the Bulunkuole Group is mainly 588.0~513.6 Ma. Therefore, the author speculated that the formation age of the Bulunkuole Group in the Xindie iron deposit should be later than 588.0~513.6 Ma, which is a Cambrian. The formation of the new layer iron ore is related to the iron construction deposits of the Cambria, and has undergone regional advanced metamorphism and magmatic hydrothermal reform in the later period. The Bulunkuole Group in Xindie iron deposit was formed in the early Paleozoic and should be separated from the paleoproterozoic strata of the original division scheme.

  • 铁建造（IF）是指由铁质（Fe2O3、Fe3O4）和硅质（SiO2）或碳酸盐岩薄层组成的沉积变质铁矿（James, 1954；1983）。尽管关于IF的起源尚不完全清楚，然而人们普遍认为IF沉积与氧化机制有关，该机制将溶解的Fe（Ⅱ）转化为Fe（Ⅲ）颗粒，然后在海底沉积和积累（Bekker et al., 2010），这意味着Fe（Ⅱ）储层是BIF形成的关键。巨大的IF主要形成于太古宙和古元古代，次要的IF形成在新元古代末期。这些IF与全球大氧化事件（GOE，约2.45 Ga，Barley et al., 2005）、超大陆拼贴（约1.88 Ga，Bekker et al., 2010）和雪球地球事件（约0.7 Ga，Kirschvink, 1992）之前极低的大气和海洋氧水平密切相关。IF的形成在新元古代成冰纪冰川作用结束后停止（Marinoan冰川作用，约635 Ma），主要是因为海洋完全被氧化（Holland, 1984; Berner, 2009; Chen et al., 2015）和深海硫化物发育的条件受限。然而，大量研究表明，从埃迪卡拉纪至早寒武世的海洋经历了逐步且长期的氧化过程，缺氧含铁深海是新元古代晚期至早寒武世的典型特征，这是根据铁的化学等地球化学特征而推断的（Canfield et al., 2008; Sperling et al., 2015）。例如，氧化还原敏感元素（Schröder et al., 2007; Rajabi et al., 2015）和草莓状黄铁矿的存在（Rajabi et al., 2015）。尽管对于IF的显生宙类似物尚不清楚，但前人研究表明，新元古代晚期至寒武纪早期的深层含铁海水代表了早期（>1.8 Ga）海洋环境（Canfield et al., 2008）。因此，可能存在尚未被发现的较年轻的IF。

    近几年，在中国西部西昆仑造山带（WKOB）发现了塔什库尔干铁矿带（图1a、b），其中包含20多个具有重要经济价值的铁矿床（图1c；Zhou et al., 2017; 2018）。这些矿床以布伦阔勒群内的层状矿体为特征，与变质火山岩和/或变质沉积岩为整合接触关系。矿物组合通常包括磁铁矿、石英、方解石、硬石膏、重晶石和黄铁矿。磁铁矿矿石在许多矿床中呈层状构造，形成典型的带状构造。然而，布伦阔勒群的形成时代仍不确定。Ji等（2011）报道了其中一个流纹岩的锆石U-Pb年龄为(2481±14)Ma（古元古代早期）。然而，该流纹岩现在被认为是布伦阔勒群下太古宙基底的露头（Zhang et al., 2018a），多数研究认为布伦阔勒群形成于早古生代，因为布伦阔勒群的大多数流纹岩具有540~510 Ma的锆石U-Pb年龄。此外，早寒武纪双峰式火山岩的出现是布仑阔勒群的共同特征（高晓峰等，2013；Zhang et al.，2018b）。这表明布仑阔勒群形成于弧前裂谷环境中的增生楔中，因为在530~480 Ma，塔里木地块和冈瓦纳大陆之间的原特提斯洋是向南俯冲（Chen et al., 2004；Zhang et al., 2018b）。

    布仑阔勒群中类似于典型IF的层状铁矿可能形成于寒武纪，这意味着塔什库尔干铁矿带的成矿机制和铁矿化类型仍存在争议，这些铁矿床被解释为不同的类型：①变质的元古代IF，与已知的全球IF沉积事件有关；②独特的早寒武纪IF，是局部海洋缺氧环境的结果（Li et al., 2018; Hu et al., 2020）；③与海底火山热液系统相关的沉积喷流铁矿化（张德贤等，2016;郑梦天等, 2016; Zhou et al., 2017; 2018）；④后期热液叠加改造的元古代IF（张连昌, 2016）。

    在详细的野外调查基础上，笔者对新迭矿床与铁矿体顺层产出的布仑阔勒群赋矿围岩进行了研究，重点对这些赋矿地层和铁矿体中的锆石进行U-Pb定年，以限制塔什库尔干铁矿带赋矿围岩的形成时代，查明是否存在寒武系IF矿化，并进一步明确铁矿化的类型。

    1区域地质

    西昆仑造山带（WKOB）位于帕米尔高原、塔里木克拉通、中央造山带和青藏高原交界处，是一个重要的构造单元（图1a；潘裕生等, 1994；Xiao et al., 2000；Zhang et al.,2018a; 2018b; 2019）。WKOB可能形成于古特提斯洋最北端，并受到华北-塔里木板块与冈瓦纳大陆衍生构造块之间中生代早期大陆碰撞的影响（Chen et al., 2014）。WKOB北部由奥依塔克-科岗断层与塔里木盆地隔开，南部则由龙木错-双湖/喀喇昆仑断层与喀喇昆仑地块隔开。该带从北向南分为北昆仑地块（NKT）、南昆仑（SKT）和塔什库尔干-甜水海地台（TTT），分别被库地断层和康西瓦断层隔开（图1b；Xiao et al., 2005; Yang et al., 2010）。由于其偏远且恶劣的环境，WKOB的构造演化仍然鲜为人知。

    TTT可进一步分为西北部的塔什库尔干地块和东南部的甜水海地块，分别包含塔什库尔干和大红柳滩铁矿带（图1b）。大红柳滩带的铁矿床是典型的新元古代IF（Hu et al., 2016; 2017）。塔什库尔干地块中矿体主要存在于布伦阔勒群中。上石炭统和下白垩统不整合地覆盖在布伦阔勒群之上。塔什库尔干地块横跨东北部的康西瓦断层，以及横跨西南部的塔阿西断层的下志留统温泉沟群（S1w）（图1c）。布伦阔勒群为绿片岩相变质岩，包括黑云母-斜长石片麻岩、斜长石-角闪岩片麻岩、黑云母-石英片岩、硅线石-石榴石片岩、磁铁矿-石英岩、变质粉砂岩和大理岩。这些岩石的锆石U-Pb年龄在500~2700 Ma之间，表明布伦阔勒群成岩年龄为太古宙至寒武纪。此外，塔什库尔干地块还经历了元古代花岗闪长岩和二长岩、中生代花岗闪长岩和二长花岗岩，以及新生代正长花岗岩和正长岩的侵入（韩春明等，2021）。

    塔什库尔干地块已发现20多个铁矿床，铁总资源量达到了1.556×109t，全铁平均品位为28%~60%，主要分布于布伦阔勒群中（图1c），前人对部分矿床中与矿石互层的变火山岩锆石U-Pb年龄进行了测定，包括老并（530 Ma；燕长海等，2012）、赞坎（530 Ma；林尚康，2015）、塔阿西（521~515 Ma；高晓峰，2013；Zhang et al., 2018b）和孜洛依（510 Ma；Zhang et al., 2018b; 2018c），这些年龄数据表明，布伦阔勒群可能为寒武纪形成的。在塔什库尔干地块中，矿体通常是层状分布，与变火山岩和变沉积岩整合接触，矿物组合以磁铁矿、硅酸盐、石英、方解石、硬石膏、重晶石和黄铁矿为主。

    2矿床地质

    新迭铁矿位于塔什库尔干县城北东方向45 km处的新迭村，塔什库尔干河北部。新迭铁矿出露地层主要为布伦阔勒群（图2）。布伦阔勒群是一套中高级变质岩系，主要由黑云斜长片麻岩、花岗片麻岩、黑云母石英片岩、石英岩、大理岩和少量磁铁矿体组成。为了确定成岩时代和成矿模式，本次工作选取Ⅱ号矿体代表性的剖面进行了相关研究（图3，图4a），剖面从矿体底板到顶板依次出露含白云母变质石英砂岩（XD-1）（图4b），主要矿物为石英，夹一层石英脉，与地层产状一致（图5a）；斜长云母石英片岩（XD-3），主要矿物为石英，含少量的斜长石，黑云母以及极少量的石榴子石（图4c，图5b）；大理岩，主要由粗粒的重结晶方解石组成；石英+磁铁矿组成的条带状铁矿体（XD-5），主要以粗粒石英为主，磁铁矿约占40%（图4d、e，图5c、d）；云母斜长片岩（XD-8），主要矿物为石英、斜长石、云母，呈现明显的定向构造（图4f，图5e）。

    矿区断裂构造不发育，仅见一条右行走滑断裂，断裂带宽5~10 m，呈北东向延伸，走向30°~45°，总体约38°，倾向北西。断裂将矿区的矿体分割成Ⅰ、Ⅱ号矿体。

    矿区内出露的岩浆岩主要为喜山期中酸性岩浆岩，岩体侵入于地层中，但对矿体未造成破坏，在接触带上仅使地层发生局部变形变质作用。

    新迭铁矿目前仅划分2个矿体，受右行走滑断裂的影响，矿体分居断裂两侧。矿体产状与顶、底板围岩产状基本一致，走向为北东-南西向。矿体长度均在300 m左右，平均宽约2 m。矿石呈浸染状、条带状和块状构造，矿石矿物主要为磁铁矿，脉石矿物主要为石英，长石等，其中，磁铁矿以自形-半自形粒状为主（图5c）。

    3采样及测试方法

    锆石U-Pb定年测试在中国地质科学院矿产资源研究所LA-ICP-MS实验室完成，锆石定年分析所用仪器为Finnigan Neptune型LA-ICP-MS及与之配套的Newwave UP 213激光剥蚀系统。激光剥蚀所用的斑束直径为25μm，频率为10 Hz，能量密度约为2.5 J/cm2，以He为载气。信号较小的207Pb、206Pb、204Pb(+204Hg)、202Hg用离子计数器接收，208Pb、232Th、238U信号用法拉第杯接收，实现了所有目标同位素信号的同时接收并且不同质量数的峰基本上都是平坦的，进而可以获得高精度的数据，均匀锆石颗粒207Pb/206Pb、206Pb/238U、207Pb/235U的测试精度(2σ)均为2%左右。LA-ICP-MS激光剥蚀采样采用单点剥蚀的方式，数据分析前用锆石GJ-1进行调试仪器，使之达到最优状态。锆石U-Pb定年以锆石GJ-1为外标，U、Th含量以锆石M127为外标进行校正。测试过程中在每测定10个样品前后重复测定2个锆石GJ-1对样品进行校正，并测量1个锆石标样Plesovice，观察仪器的状态以保证测试的精确度。数据处理采用ICP MS Data Cal 4.3程序(Liu et al., 2008)。测量过程中206Pb/204Pb＞1000的分析结果未进行普通铅校正，而204Pb含量异常高的分析点可能受到包体等普通Pb的影响，在计算时剔除，锆石年龄谐和图用Isoplot 3.2程序（Ludwig, 2003）获得。详细实验测试过程参照侯可军等(2009)。

    4结果
    4.1含云母变质石英砂岩（XD-1）

    对从矿体底板的含云母变质石英砂岩中的锆石颗粒进行了年代测定（表1）。本次测试所有锆石自形粗粒的，部分颗粒被磨圆。CL图像（图6a、b）表现出明显的明暗分带，不规则的锆石边缘和镶嵌锆石边缘很常见。

    对XD-1样品23个锆石点进行测试，这23个数据点都分布在谐和线上及其附近，年龄比较集中，谐和度较高，协和年龄为（517.9±3.9）Ma（MSWD=3.5）；加权平均值为（517.6±3.8）Ma（MSWD=1.3）（图6a、b）。

    4.2斜长云母片岩（XD-3）

    矿体底板选取了斜长云母片岩中挑选出的锆石，锆石形态完整，多数为单一成因，局震荡环带明显，具有典型的岩浆锆石特征。

    21个锆石颗粒测点，获得了一致协和图（图7a），其中8个有效点的协和年龄为（719.9±9.8）Ma（MSWD=23）；加权平均年龄为（715.4±6.8）Ma（MSWD=0.49）（图7b）。7个有效点的协和年龄为（768.5±8.3）Ma（MSWD=2.1）；加权平均年龄为（768.0±12.0）Ma（MSWD=1.4）（图7c）。剩余6个有效点的协和年龄为(588.9±6.2)Ma（MSWD=1.5），加权平均年龄为(588.0±11.0)Ma（图7d）。

    4.3石英片岩-矿体（XD-5）

    选取铁矿石中的石英片岩夹层的30个锆石颗粒进行分析。锆石形态多数不完整,但晶形完好，锆石整体发光性较好,均具有明显的核-边结构特征，环带清晰具岩浆成因结构特点。

    其中30个有效点的协和年龄为(521.6±4.2)Ma（MSWD=0.55）；加权平均年龄为(522.1±4.1)Ma（MSWD=1.4）（图8）。

    4.4云母斜长片岩（XD-8）

    矿体顶板选取了云母斜长片岩中的13个锆石颗粒测点，锆石的测试选点多为核部具明显岩浆环带的部位，其变质边由于过于狭窄而无法测试。

    其中13个有效点的协和年龄为(513.6±4.0)Ma（MSWD=19）；加权平均年龄为(513.3±3.9)Ma（MSWD=0.25）（图9a、b）。

    5讨论
    5.1赋矿地层的形成时代

    碎屑锆石年龄谱中最小U-Pb年龄可以代表其原岩沉积时间下限（Gehrels et al., 2014）。由于布伦阔勒群分布广泛，不同研究者对于该群的年代学测试结果不同，时间范围主要从新元古代至晚古生代，差异较大，可能需要对于不同地段的群体做分类解剖（乔耿彪等，2016）。本次研究中，笔者对于新迭矿区与成矿密切相关的布伦阔勒群典型剖面的锆石进行了U-Pb测年，对于具有振荡环带结构的岩浆成因的碎屑锆石年龄，限定了该区含矿地层的形成时代可能晚于588.0~513.6 Ma。

    本次通过对布伦阔勒群（XD-1、XD-3、XD-5、XD-8）碎屑锆石U-Pb年龄，综合4件样品碎屑锆石年龄数据频率分布图（图10），具有统计意义的最年轻的年龄约为500 Ma，表明布伦阔勒群的最大沉积年龄为晚寒武世。

    5.2铁矿床的成因类型

    虽然塔什库尔干铁矿带的铁矿床具有典型的条带状特征，但其铁矿化的成因仍不清楚。最初，布伦阔勒群被认为是元古代形成的（燕长海等，2012；乔耿彪等，2015；张德会等，2016），地层中的矿体可能被新生代的岩浆-热液活动叠加改造（Zhang et al., 2016b）。进一步的研究表明，布伦阔勒群的年龄为早寒武世（540~520 Ma）（高晓峰等，2013；Zhang et al., 2016a；郑梦天等，2016）。布伦阔勒群中的含铁地层具有显著的正Eu异常，因此被认为是独特环境的早寒武世IF。然而，有文献记载的寒武纪IF的例子（Hu et al., 2020）并不多见。此外，在赞坎和附近的老并和喀来子铁矿床中发现了丰富的黄铁矿和硫酸盐（硬石膏和重晶石），因此，这些含铁地层被认为代表了海底喷流沉积铁矿化（郑梦天等，2016；Zhou et al., 2017; 2018）。赋矿围岩中的大理石和层状双峰式火山岩表明布伦阔勒群为海底火山-沉积序列（Ding et al., 2021）。新迭铁矿赋矿围岩顶底板的锆石U-Pb测年得出的年龄为588.0~513.6 Ma，证实了布伦阔勒群极有可能为寒武纪成岩。然而，在塔什库尔干-甜水海地块（TTT）的麻扎附近新发现的太古宙（2502.9±7.4）Ma变质流纹岩表明塔什库尔干地块存在前寒武纪基底，表明赋存于布伦阔勒群中的铁矿床可能是早前的铁建造。但是，这些来源于前寒武纪基底的碎屑锆石年龄会导致布伦阔勒群中层状铁矿存在古元古代或太古宙的年龄误解（乔耿彪等，2015），这也是该地区对布伦阔勒群形成年龄一直存在争议的原因。注：比值单位为1。

    新迭铁矿矿体中的石英脉发育表明矿石可能经历了脱硅作用显著提高了铁品位（Li et al., 2015），这也可以解释新迭铁矿中铁矿石的富集，即从条带状转化为块状。底板的含云母变质石英砂岩中的顺层石英脉也从一定程度上反映了脱硅作用（图4b，图5a）。此外，布伦阔勒群中铁矿石的脉石矿物主要是角闪岩相变质硅酸盐矿物（如角闪石、石榴石和黑云母），而不是矽卡岩矿物（图5b~f），这表明铁矿石很可能在地层沉积过程中沉淀，后经历了角闪岩相变质作用。前人的研究表明，布伦阔勒群中的火山-沉积序列形成于弧前环境（530~480 Ma），这种环境与塔里木地块和冈瓦纳大陆之间的原特提斯洋岩石圈向南俯冲有关（Zhang et al., 2018b）。布伦阔勒群中变质锆石的U-Pb年龄表明发生角闪岩-麻粒岩相变质作用发生在180~200 Ma（Zhang et al., 2018b），为矿化后的变质作用提供了一定的约束证据。此外，矿区北部的新生代花岗质岩浆可能为后期的富集改造提供了相关热源和物质。此外，矿体接触部位未发育明显矽卡岩化蚀变，表明岩浆热液活动不是控制新迭铁矿形成的主要因素。

    6结论

    （1）西昆仑塔什库尔干地块新迭铁矿布伦阔勒群变质岩碎屑锆石年龄主要集中在588.0~513.6 Ma，因此，推测新迭铁矿布伦阔勒群的形成年龄为寒武纪。

    （2）新迭铁矿与区域上分布的其他大型铁矿的成因类似，均为典型的铁建造成因，后期经历了区域变质作用和岩浆热液的改造。

    致谢中国地质科学院矿产资源研究所侯可军研究员在锆石U-Pb分析过程中提供了指导和帮助；野外工作期间得到了中国地质大学（北京）蔺仁杰硕士的大力支持，在此表示诚挚的感谢；感谢审稿人的宝贵意见使本文的讨论和研究意义得到升华。

    注：比值单位为1。

  • 参考文献

  • *    本文得到地质调查项目“南疆铁多金属矿产地质调查评价”（编号：DD20240117）和“大宗紧缺战略性矿产重点远景区矿产地质调查”（编号：DD20221684）联合资助

    中图分类号：P618.31         文献标志码：A

    第一作者简介    陈 港，男，1997年生，助理研究员，矿物学、岩石学、矿床学专业。Email：cccg0105@163.com
    通讯作者    陈懋弘，男，1971年生，研究员，博士生导师，主要从事矿床学研究。Email：mhchen666@163.com

    Doi:10. 16111/j. 0258-7106. 2024. 05. 002

  • 参考文献

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