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新疆磁海铁矿床Fe-O-S同位素和元素地球化学示踪

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齐天骄, 薛春纪, 朱祥坤. 新疆磁海铁矿床Fe-O-S同位素和元素地球化学示踪[J]. 地质通报, 2017, 36(6): 1064-1076.
引用本文: 齐天骄, 薛春纪, 朱祥坤. 新疆磁海铁矿床Fe-O-S同位素和元素地球化学示踪[J]. 地质通报, 2017, 36(6): 1064-1076.
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QI Tianjiao, XUE Chunji, ZHU Xiangkun. Fe-O-S isotopic and geochemical characteristics of the Cihai iron deposit, Xinjiang[J]. Geological Bulletin of China, 2017, 36(6): 1064-1076.
Citation: QI Tianjiao, XUE Chunji, ZHU Xiangkun. Fe-O-S isotopic and geochemical characteristics of the Cihai iron deposit, Xinjiang[J]. Geological Bulletin of China, 2017, 36(6): 1064-1076.
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新疆磁海铁矿床Fe-O-S同位素和元素地球化学示踪

  • 1.

    地质过程与矿产资源国家重点实验室/中国地质大学 (北京) 地球科学与资源学院, 北京 100083

  • 2.

    中国地质科学院地质研究所/国土资源部同位素地质重点实验室, 北京 100037

  • 基金项目:
    国家自然科学基金项目《西天山Almalyk和吐拉苏矿集区成矿作用对比研究》（批准号:U1303292）、《沙漠-草原覆盖区矿产综合预测理论与隐伏矿床含矿信息提取方法》（批准号:41430320）
详细信息
    作者简介: 齐天骄(1988-), 男, 博士, 矿产普查与勘探专业。E-mail:qtj3002@qq.com
    通讯作者: 薛春纪(1962-), 男, 教授, 从事矿床学、矿产普查与勘探专业研究。E-mail:chunji.xue@cugb.edu.cn

  • 中图分类号: P618.31;P595

Fe-O-S isotopic and geochemical characteristics of the Cihai iron deposit, Xinjiang

  • 1.

    State key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, School of Geosciences and Resources, China University of Geosci-ence, Beijing 100083, China

  • 2.

    MLR Key Laboratory of Isotope Geology/Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China

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    摘要

  • 新疆磁海铁矿位于北山构造-成矿带西端，以磁海矿段为主要组成部分，铁矿体主要为透镜状、似层状，围岩以辉绿岩为主，二者接触线截然且平直；另外一种矿体产在基性岩体与地层接触带的石榴子石透辉石矽卡岩岩体内，整个矽卡岩岩体即为铁矿体。通过野外矿床特征与矿相学研究，成矿过程可分为：① 矿浆期，以磁铁矿+单斜辉石+普通角闪石的近同时产出为特征；② 矽卡岩期，先期以石榴子石+透辉石+磁铁矿为特征，后期以透闪石/阳起石+石英+磁黄铁矿+黄铜矿+黄铁矿的组合为特征。通过对矿浆期及矽卡岩期典型矿物的地球化学及Fe、S、O同位素结果分析，认为矿浆期铁质具有幔源特征，矽卡岩期成矿流体对矿浆期具有继承性。通过与前人研究结果对比分析，认为磁海成矿可能形成于塔里木地区二叠纪地幔柱背景，含矿母岩浆可能为地幔柱的分支。

    The Cihai iron deposit, located in the western Beishan tectonic-metallogenic belt, is mainly composed of Cihai ore block, in which the orebodies hosted by diabases in direct contact show stratiform and lentoid forms, whereas other orebodies in Cihai ore block are hosted by garnet-diopside-skarns.Based on the study of field geochemical characteristics and ore microscopy, the authors hold that the formation processes of the Cihai iron deposit involved two periods:① ore-magma period characterized by magnetite+clinopyrox-ene+hornblende formed almost simultaneously, and ② skarn period which contained garnet+diopside+magnetite formed earlier and tremolite/actinolite+quartz+pyrrhotine+chalcopyrite+pyrite formed at late stage.The geochemical and Fe-S-O isotopic data of main minerals in two periods show that the metallogenic iron was mainly derived from the upper mantle, and the ore-forming fluid in skarn period inherited that of the ore-magma period.In combination with previous studies, it is suggested that the iron mineralization of the Cihai iron deposit occurred in a setting of Permian mantle plum in Tarim.Targeted on iron ores in diabases and based on geological, geo-chemical and isotopic data and previous researches, the authors hold that the formation process of the Cihai deposit could be divided into immiscibility and injection of iron-rich silicate liquids(primary process)and hydrothermal metasomatic process.The iron mineraliza-tion occurred in a setting of Permian mantle plum in Tarim Basin and the metallogenic magma was a branch of mantle plume.

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  • 图 1  磁海矿区磁海矿段地质简图（据参考文献[8]修改）

    Figure 1. 

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    图 图版Ⅰ   

    Figure 图版Ⅰ. 

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    图 2  矿浆期和矽卡岩期磁铁矿稀土元素(a)和微量元素(b)球粒陨石标准化蛛网图（标准化数据据参考文献[23]）

    Figure 2. 

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    图 3  矿浆期磁铁矿和矽卡岩期黄铁矿稀土元素(a)与微量元素(b)球粒陨石标准化配分图（标准化数据据参考文献[23]）

    Figure 3. 

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    图 4  磁海铁矿及其他地质体Fe同位素组成（攀枝花数据据参考文献[27]；其他主要地质体数据据参考文献[27-28]）

    Figure 4. 

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    表 1  矿浆期磁铁矿电子探针分析结果

    Table 1.  Electron microprobe analyses of magnetite from massive iron ore

    %
    样号 CH-8-1 CH-8-2 CH10-1 CH15-2 CH35-1 CH35-2 CH22-1 CH23-1 CH25-3 CH-25-1 Cn4-1 CN3-1 CN-5
    SiO2 0.19 0.00 0.07 0.02 0.24 0.27 0.36 0.16 0.08 0.22 0.13 0.16 0.14
    TiO2 0.00 1.18 0.03 0.10 0.13 0.21 0.03 0.00 0.05 0.04 0.02 0.09 0.00
    Al2O3 0.54 0.55 0.65 0.59 3.16 3.24 0.59 0.77 0.73 0.84 0.03 1.88 1.50
    TFeO 90.69 89.59 90.44 91.56 89.43 89.47 91.26 91.98 92.28 92.07 92.90 91.33 92.93
    MnO 0.04 0.05 0.15 0.20 0.22 0.31 0.09 0.08 0.06 0.15 0.08 0.25 0.52
    MgO 0.12 0.32 0.04 0.04 0.08 0.13 0.08 0.07 0.04 0.19 0.04 0.16 0.08
    CaO 0.00 0.16 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
    Na2O 0.62 0.30 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.15 0.00 0.01 0.00 0.15 0.04
    K2O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
    P2O5 0.01 0.00 0.03 0.01 0.00 0.01 0.01 0.02 0.00 0.00 0.03 0.02 0.02
    Cr2O3 0.12 0.02 0.02 0.01 0.05 0.10 0.07 0.04 0.05 0.01 0.04 0.02 0.03
    NiO 0.05 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00
    总计 92.38 92.18 91.44 92.53 93.30 93.73 92.52 93.28 93.30 93.53 93.26 94.06 95.27
        注：TFeO代表全铁含量
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    表 2  矿浆期磁铁矿和矽卡岩期磁铁矿及黄铁矿微量和稀土元素分析结果

    Table 2.  Analytical results of trace and rare earth elements of the magnetite from massive iron ore and magnetite and pyrite from skarn iron ore

    10-6
    矿浆期 矽卡岩期
    样号 CH-2 CH-3 CH-4 CH-5 CH-6 CH22-1 CH22-2 CH14-1 CH14-2 CH-7 CH-12 CH-29
    矿物 磁铁矿 磁铁矿 磁铁矿 磁铁矿 磁铁矿 磁铁矿 磁铁矿 磁铁矿 磁铁矿 黄铁矿 黄铁矿 黄铁矿
    Li 0.853 0.57 0.682 0.478 0.341 0.584 0.592 5.23 5.6 0.154 0.134 0.57
    Be 0.319 0.409 0.47 0.425 0.476 0.054 0.077 0.234 0.256 0.335 0.25 0.343
    Sc 0.701 0.592 0.644 0.654 0.567 4.51 5.62 7.2 7.93 0.054 0.141 0.542
    V 17.7 17.2 24.6 16.5 22.6 134 143 167 176 0.385 0.393 6.22
    Cr 6.51 6.98 34.7 24.6 12.7 121 128 251 264 2.88 1.82 3.69
    Co 61.7 64.7 70.7 63.7 77.8 40.2 42.7 31.5 33.4 213 182 943
    Ni 19 16.9 18.9 16.9 15.6 28.4 30 35.7 36.2 39.5 23.6 908
    Cu 4.86 6.88 16 6.89 7.31 14.4 14.8 31.5 34.3 58 112 4461
    Zn 149 293 403 346 331 121 126 302 322 22.2 20.2 93
    Ga 7.96 7.82 6.42 6.11 6.51 14.2 14.6 14 15.2 0.388 0.341 1.24
    Rb 0.218 0.297 0.485 0.163 0.064 0.155 0.208 2.72 2.92 0.058 0.021 0.384
    Sr 2.23 1.26 1.6 1.43 2.11 2.81 2.79 21.2 23.1 1.19 1.62 3.52
    Y 0.098 0.066 0.116 0.191 0.201 0.338 0.299 4.24 4.52 0.043 0.093 1.42
    Zr 3.39 5.17 8.27 4.7 5.23 2.54 2.72 51.4 55.1 0.153 0.484 2.27
    Nb 2.54 2.91 3.05 1.79 2.46 1.65 1.7 6.93 8.73 0.746 0.052 0.082
    Cs 0.064 0.062 0.084 0.03 0.028 0.044 0.035 0.169 0.189 0.025 0.021 0.174
    Ba 2.5 1.9 2.21 3.38 1.47 16.2 16.3 37.9 38 2.31 8.6 5.93
    La 0.838 0.921 0.829 1.07 2.83 0.739 0.77 4.6 5.24 2.27 0.073 0.729
    Ce 1.39 1.51 1.35 1.82 4.96 1.12 1.23 8.73 10.1 3.97 0.151 1.82
    Pr 0.132 0.143 0.134 0.19 0.511 0.109 0.117 1.24 1.4 0.369 0.02 0.206
    Nd 0.368 0.383 0.343 0.624 1.5 0.456 0.369 5.44 5.89 1.05 0.079 0.895
    Sm 0.041 0.045 0.024 0.062 0.156 0.104 0.074 1.19 1.27 0.075 0.01 0.168
    Eu 0.015 0.011 0.008 0.026 0.05 0.023 0.011 0.479 0.536 0.016 0.007 0.047
    Gd 0.028 0.031 0.033 0.07 0.138 0.063 0.077 0.832 0.961 0.081 0.019 0.207
    Tb 0.003 0.003 0.004 0.008 0.01 0.013 0.014 0.144 0.17 0.003 0.003 0.042
    Dy 0.011 0.017 0.022 0.033 0.028 0.078 0.099 0.779 0.744 0.015 0.018 0.255
    Ho 0.003 0.003 0.005 0.009 0.008 0.016 0.012 0.156 0.18 0.002 0.005 0.057
    Er 0.012 0.006 0.018 0.025 0.026 0.037 0.047 0.44 0.452 0.01 0.008 0.186
    Tm 0.002 0.001 0.002 0.003 0.002 0.007 0.003 0.077 0.065 0.001 0.002 0.025
    Yb 0.007 0.006 0.019 0.02 0.014 0.056 0.059 0.451 0.452 0.006 0.011 0.247
    Lu 0.003 0.001 0.003 0.006 0.003 0.013 0.012 0.066 0.07 0.002 0.003 0.064
    Hf 0.054 0.151 0.234 0.202 0.096 0.094 0.089 1.61 1.72 0.009 0.027 0.059
    Ta 0.056 0.007 0.069 0.06 0.085 0.015 0.004 0.031 0.124 0.006 0.003 未检出
    Tl 0.023 0.02 0.018 0.021 0.009 0.015 0.011 0.031 0.025 0.549 0.787 7.76
    Pb 18.3 10.4 10.6 5.02 6.08 4.65 4.71 10.7 11.2 18.2 26.1 268
    Bi 0.088 0.284 1.17 0.175 0.221 0.122 0.095 0.373 0.391 0.19 0.375 2.93
    Th 0.122 0.177 0.264 0.178 0.477 0.145 0.132 4.81 4.96 0.073 0.019 0.075
    U 0.108 0.126 0.732 0.127 0.326 0.185 0.195 2.58 2.71 0.049 0.021 0.096
    ΣREE 2.95 3.15 2.91 4.16 10.44 3.17 3.19 28.86 32.05 7.91 0.50 6.37
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    表 3  矿浆期和矽卡岩期辉石电子探针分析结果

    Table 3.  Electron probe ingredients of pyroxene from massive iron ore and skarn iron ore

    %
    矿浆期单斜辉石 矽卡岩期透辉石
    CH10-2 CH15-1 CH35-1 CH35-2 CH23-2 CN-5-2 CN3-2 GH12-14-3 CH12-Z2-2 CH12-Z2-4 CH12-Z2-5 CH12-Z2-6
    SiO2 51.74 53.06 49.53 48.34 39.59 49.23 50.84 SiO2 21.65 35.28 34.68 49.82 49.93
    TiO2 0.101 0 0 0 0.099 0.061 0 TiO2 14.89 1.06 0.39 0 0.15
    Al2O3 2.89 1.15 1.28 1.85 11.81 1.19 0.53 Al2O3 6.23 10.78 7.38 0.96 1.65
    FeO 16.15 8.44 20.87 20.99 25.01 18.34 14.96 Cr2O3 0.31 0.02 0.05 0.07 0.03
    MnO 0.12 0.18 0.46 0.25 0.21 0.59 0.39 FeO 26.35 30.96 17.25 8.86 11.33
    MgO 13.11 12.43 5.26 5.23 5.89 6.94 9.28 MnO 0.11 0.14 0.14 0.08 0.19
    CaO 11.95 24.43 23.28 22.54 11.39 23.64 23.97 MgO 2.18 1.85 0.27 12.86 10.69
    Na2O 0.43 0.01 0.1 0.11 2.57 0.03 0.06 CaO 11.92 11.25 32.35 23.55 24.52
    K2O 0.136 0 0.011 0 1.281 0.003 0 Na2O 0.04 0.95 0.01 0.08 0.08
    P2O5 0.019 0 0.037 0.012 0 0.012 0.04 K2O 0.01 2.49 0 0.01 0.01
    Cr2O3 0 0.021 0 0.048 0.056 0.035 0.015
    NiO 0 0 0.001 0 0.018 0 0
    Si 2.00 1.99 1.95 1.94 1.63 1.94 1.97 Si 1.13 1.57 1.57 1.95 1.93
    Al(ⅳ) 0.00 0.01 0.05 0.06 0.37 0.00 0.00 Al(ⅳ) 0.58 0.43 0.01 0.00 0.07
    Al(ⅵ) 0.13 0.04 0.01 0.02 0.20 0.00 0.00 Al(ⅵ) 0.00 0.14 0.00 0.00 0.01
    Ti 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Ti 0.58 0.04 0.01 0.00 0.00
    Cr 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Cr 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00
    Fe3+ 0.00 0.00 0.06 0.07 0.61 0.09 0.07 Fe3+ 0.28 0.62 0.63 0.09 0.08
    Fe2+ 0.53 0.27 0.63 0.63 0.21 0.51 0.41 Fe2+ 0.84 0.47 0.00 0.19 0.28
    Mn 0.00 0.01 0.02 0.01 0.01 0.02 0.01 Mn 0.00 0.01 0.01 0.00 0.01
    Mg 0.76 0.69 0.31 0.31 0.36 0.41 0.54 Mg 0.17 0.12 0.02 0.75 0.62
    Ca 0.50 0.98 0.98 0.97 0.50 1.00 0.99 Ca 0.66 0.54 1.57 0.99 1.02
    Na 0.03 0.00 0.01 0.01 0.21 0.00 0.00 Na 0.00 0.08 0.00 0.01 0.01
    K 0.01 0.00 0.00 0.00 0.07 0.00 0.00 K 0.00 0.14 0.00 0.00 0.00
    Wo 27.26 50.38 49.15 48.48 26.53 49.23 49 Wo 33.84 29.17 70.95 48.54 50.59
    En 41.62 35.67 15.46 15.65 19.1 20.11 26.39 En 8.63 6.68 0.81 36.87 30.69
    Fs 29.34 13.93 34.99 35.44 43.54 30.56 24.37 Fs 57.3 59.69 28.22 14.28 18.43
        注：以6个氧原子和4个阳离子为基准；Wo为硅辉石；En为顽火辉石；Fs为斜方铁辉石
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    表 4  矽卡岩期金属矿物电子探针分析结果

    Table 4.  Electron probe ingredients of ore minerals from skarn iron ore

    %
    磁铁矿 黄铁矿 黄铜矿
    GH12-14-1 GH12-14-2 GH12-14-4 CH12-Z2-1 CH12-Z2-3 CH13-2 CH-25-3 CN-4-4 CH13-1 CH-25-2 CN-4-3
    SiO2 2.13 0.62 0.9 0.03 0 Se 0 0.004 0 0 0 0
    TiO2 0.28 0.99 0.58 0.61 0.39 As 0.015 0 0.066 0 0 0
    Al2O3 1.4 0.47 0.64 0.49 0.47 Pb 0 0 0.01 0 0.003 0.042
    TFeO 90.62 92.69 90.67 93.22 93.46 Bi 0 0 0 0 0 0
    MnO 0 0.02 0.04 0.06 0 Sb 0 0 0.013 0 0 0
    MgO 0.59 0.03 0.3 0 0 Fe 45.733 58.233 59.989 29.8 29.715 30.485
    CaO 0.1 0.26 0.14 0 0 Cu 0 0.032 0.013 34.466 34.037 34.858
    Na2O 0 0 0.04 0 0.03 S 52.309 39.934 38.232 34.677 35.318 34.264
    K2O 0 0 0.02 0 0.01 Ni 0 0.151 0.061 0 0 0
    P2O5 0.02 0.04 0.02 0 0 Co 0.13 0.323 0.142 0.086 0.066 0.044
    Cr2O3 0.09 0.09 0.16 0.03 0.03 Zn 0.011 0 0.005 0.167 0.043 0.16
    NiO 0 0.01 0.01 0 0
    总计 95.23 95.23 93.53 94.44 94.39 总计 98.198 98.677 98.531 99.196 99.182 99.853
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    表 5  磁海铁矿床岩石和矿物Fe同位素组成分析结果

    Table 5.  Fe isotope compositions of diabase, iron ore and ilmenite of diabase in Cihai

    样号 岩性/矿物 δ57Fe样-IRMM/‰ δ56Fe样-IRMM/‰
    Q1 辉绿岩 0.36 0.29
    Q2 辉绿岩 -0.29 -0.21
    Q4 辉绿岩 0.01 0.02
    Q5 辉绿岩 0.01 0.05
    Q31 辉绿岩 0.11 0.10
    Q6 铁矿石 0.13 0.13
    Q7 铁矿石 0.43 0.33
    Q10 铁矿石 -0.01 0.01
    Q30 铁矿石 0.00 0.03
    Q18 钛铁矿 -0.02 -0.01
    Q19 钛铁矿 0.69 0.47
    Q20 钛铁矿 0.46 0.33
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    表 6  磁海铁矿S和O同位素组成分析结果

    Table 6.  S isotope and O isotope compositions of different minerals

    样品编号 样品性质 分析矿物 δ34SV-CDT/‰ δ18OV-SMOW/‰
    CH22 辉绿岩容矿矿石 黄铁矿 1.58
    CH27 辉绿岩容矿矿石 黄铁矿 0.04
    CH-2 辉绿岩容矿矿石 黄铁矿 2.09
    CH-3 辉绿岩容矿矿石 黄铁矿 1.91
    CH-5 辉绿岩容矿矿石 黄铁矿 1.53
    CH-7 辉绿岩容矿矿石 黄铁矿 -1.75
    CH-12 辉绿岩容矿矿石 黄铁矿 1.06
    CH-29 辉绿岩容矿矿石 黄铁矿 1.74
    CH2 辉绿岩容矿矿石 磁黄铁矿 1.59
    CH25 辉绿岩容矿矿石 磁黄铁矿 2.76
    CH27 辉绿岩容矿矿石 磁黄铁矿 2.10
    CH32 矽卡岩矿石 黄铁矿 -6.09
    CH12-27 矽卡岩矿石 黄铁矿 2.38
    CH-24 矽卡岩矿石 黄铁矿 0.81
    CH-01 矽卡岩矿石 黄铁矿 -1.08
    CH12-14 矽卡岩矿石 黄铁矿 1.21
    CH12-26 矽卡岩矿石 黄铁矿 0.81
    CH12-15 矽卡岩矿石 黄铁矿 4.03
    CH-4 辉绿岩容矿矿石 磁铁矿 7.4
    CH-5 辉绿岩容矿矿石 磁铁矿 10.3
    CH-6 辉绿岩容矿矿石 磁铁矿 11.1
    CH-7 辉绿岩容矿矿石 磁铁矿 3.5
    CH-12 辉绿岩容矿矿石 磁铁矿 4.0
    CH-22 辉绿岩容矿矿石 磁铁矿 5.0
    CH25 辉绿岩容矿矿石 磁铁矿 3.9
    CH36 围岩辉绿岩 钛铁矿 2.6
    CH40 围岩辉绿岩 钛铁矿 2.6
    CH57 围岩辉绿岩 钛铁矿 5.8
    CH58 围岩辉绿岩 钛铁矿 3.1
    CH12-28 矽卡岩矿石 磁铁矿 4.8
    CH12-27 矽卡岩矿石 磁铁矿 5.7
    CH-24 矽卡岩矿石 磁铁矿 5.4
    CH12-14 矽卡岩矿石 磁铁矿 4
    CH12-26 矽卡岩矿石 磁铁矿 4.4
    CH12-15 矽卡岩矿石 磁铁矿 4.2
    CH12-8 矽卡岩矿石 磁铁矿 4
    CH32 矽卡岩矿石 石榴子石 6.6
    CH33 矽卡岩矿石 石榴子石 7.1
    CH12-28 矽卡岩矿石 石榴子石 7.2
    CH12-27 矽卡岩矿石 石榴子石 7.3
    CH-24 矽卡岩矿石 石榴子石 1.6
    CH-01 矽卡岩矿石 石榴子石 7.1
    CH12-14 矽卡岩矿石 石榴子石 6.6
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出版历程
收稿日期:  2016-12-22
修回日期:  2017-01-06
刊出日期:  2017-06-25

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