2020, Vol. 36
2. 中国科学院大学地球与行星科学学院, 北京 100049;
3. 长安大学地球科学与资源学院, 西安 71005;
4. 新疆地质矿产勘查开发局第三地质大队, 库尔勒 841000;
5. 新疆地质矿产勘查开发局第十一地质大队, 昌吉 831100
2. College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. College of Earth Sciences, Chang'an University, Xi'an 71005;
4. The Third Geological Branch, Xinjiang Geological and Mineral Bureau, Kuerle 841000, China;
5. The Eleven Geological Branch, Xinjiang Geological and Mineral Bureau, Changji 831100, China
许多金属矿床的形成与火山活动及火山机构关系密切，诸如，浅成低温热液型矿床、火山成因块状硫化物(VMS)型矿床、多金属脉状矿床及赋存于火山岩中的铁矿床等(Elston, 1994; Rytuba, 1994; Stix et al., 2003; Mueller et al., 2009; Zhang et al., 2014; Fouquet et al., 2018)。这是由于火山活动能够为矿床形成提供充足的物源，而高渗透性的火山机构及其断裂系能够为成矿流体的迁移和矿质沉淀提供有利的空间，是矿床形成的关键控制因素和矿体的主要赋矿部位。因此，查明矿区火山活动及火山机构，对确立矿床成因、构建成矿模式及开展成矿预测(尤其是深部找矿)等均具有重要意义。
新疆西天山是中亚成矿域重要的铁-铜-金成矿省(图 1)，发育式可布台、查岗诺尔和备战等大型铁矿床(陈毓川等，2008；冯金星等，2010；董连慧等，2011；张作衡等，2012；Jiang et al., 2014; Zhang et al., 2014)、阿希、京西-伊尔曼德等大型金矿床(Zheng et al., 2020)以及喇嘛苏-赛博等大型铜矿床(王核，2002；申萍和潘鸿迪，2020)。2004年以来，新疆地质矿产勘查开发局在西天山东部的阿吾拉勒山相继重启了查岗诺尔和备战等铁矿床的勘查工作，并于2006年和2010年分别发现了智博和敦德两个大型铁矿床，累计探获铁矿石资源量11.7亿吨，预测铁矿石资源量17.28亿吨(董连慧等，2011)，智博和敦德与原先已经查明的铁矿床共同构成了阿吾拉勒成矿带(图 1)，该成矿带的铁矿床具有规模大、发育富铁矿石(FeOT＞50%)及矿体赋存于火山岩中等特点，我国学者将其称之为海相火山岩型铁矿床(冯金星等，2010；董连慧等，2011；张作衡等，2012; Zhang et al., 2014)。目前，阿吾拉勒成矿带已经成为中国十大重要金属矿产资源接替基地之一(董连慧等，2011)，备受中外学者瞩目。
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图 1 新疆西天山地质矿产分布图(据Gao et al., 2009; 董连慧等，2010; Zhang et al., 2015) Fig. 1 Geological map of the Western Tianshan, showing the distribution of iron, gold, and copper deposits and the location of the Awulale iron metallogenic belt (after Gao et al., 2009; Dong et al., 2010; Zhang et al., 2015) |
阿吾拉勒成矿带作为一个新发现的大型铁矿基地，近年来，在成矿构造背景、区域成矿规律和成矿模式、矿床地质特征及成因等方面的研究取得了一系列成果(陈毓川等，2008；冯金星等，2010；董连慧等，2011；李凤鸣等，2011；汪帮耀等，2011；Zhang et al., 2012, 2014；洪为，2012；李厚民等，2012；孙吉明等，2012；王志华等, 2012, 2018；张作衡等2012；韩琼等，2013；张喜，2013；Duan et al., 2014, 2018；Jiang et al., 2014；蒋宗胜，2014；张招崇等, 2014, 2016；杨富全等，2016；张博，2016)。多数学者认为铁矿床的形成与火山活动关系密切，其分布受火山活动中心控制(陈毓川等，2008；董连慧等，2011；李凤鸣等，2011；张作衡，2012；张喜，2013；蒋宗胜，2014)，近火山口的矿床为喷溢充填热液交代铁矿，远火山口的矿床为火山沉积铁矿等(陈毓川等，2008)，并提出了多种成矿模式，比如：裂谷火山岩型富铁矿的成矿模式，即早期火山作用形成矿源层或铁矿体，随后经历了热液交代富集成矿(董连慧等，2011)；叠加成矿模式，即早期为富铁流体(熔体)充填-交代成矿作用，晚期为热液交代富集成矿作用(张作衡等，2012；Jiang et al., 2014; 蒋宗胜，2014；张博，2016)；热液成矿模式(洪为等，2012；Duan et al., 2014)等等。
阿吾拉勒成矿带东段断裂构造，尤其是环状和放射状断裂发育，表明该地区存在一系列的火山机构(陈毓川等，2008；王志华等，2012)，以一个面积为314km2的区域艾肯达坂破火山口为代表。就该成矿带东段发育的查岗诺尔、智博、敦德、备战等大型铁矿床而言(图 2)，多数学者认为査岗诺尔铁矿和智博铁矿均受艾肯达坂破火山口控制，其中査岗诺尔铁矿位于艾肯达坂破火山口西北部，而智博铁矿位于艾肯达坂破火山口中部(李凤鸣等，2011；张作衡等，2012；张喜，2013；蒋宗胜，2014；荆德龙，2016)；也有学者提出敦德铁矿也位于该破火山口的东南缘(冯金星等，2010；汪帮耀等，2011)，备战铁矿的形成与该破火山口在空间上是否存在联系，目前还不能确定(汪帮耀等，2011；韩琼等，2013)；一些学者也提出敦德和备战矿床形成受火山机构控制的认识(荆德龙，2016；张博，2016；丁海波等，2017)。然而，目前，这些矿床范围内具体的火山机构尚未确立，矿床与火山机构具体关系没有查明，相应地，成矿模式也有待深入研究；此外，阿吾拉勒成矿带中仅有敦德矿床发育Fe-Zn-An元素组合，而其它矿床为单一的Fe元素，其原因一直不清楚。
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图 2 阿吾拉勒成矿带东段地质简图(据冯金星等，2010；张喜，2013) Fig. 2 Geological map of the the eastern Awulale metallogenic belt (after Feng et al., 2010; Zhang, 2013) |
本文基于课题组的工作，结合前人的研究成果，初步确定阿吾拉勒成矿带东段的查岗诺尔、智博、敦德和备战等铁矿床均发育独立的与成矿有关的小规模火山机构，成矿作用以热液成矿作用为主，火山机构与铁矿床之间具有时空及成因联系，并将铁矿床分为火山通道型铁多金属矿床和火山边缘型铁矿床两个亚类，建立了火山通道相热液富集铁多金属成矿模式和火山边缘相沉积-热液富集铁成矿模式，该研究旨在为阿吾拉勒成矿带铁矿床深部找矿勘探取得突破提供理论支撑。
1 区域地质背景和矿床地质特征 1.1 区域地质背景阿吾拉勒成矿带地处伊犁地块东缘(图 1)，属伊犁-中天山板块北缘活动大陆边缘带(Gao et al., 1998, 2009)。前寒武纪结晶基底仅在阿吾拉勒成矿带局部地区出露(Gao et al., 1998, 2009; Qian et al., 2009)；志留系和泥盆系位于该成矿带的南、北边缘，岩性主要为砾岩、砂岩、泥岩、灰岩、凝灰岩和熔岩等；石炭系是该成矿带内出露的主要地层，包括下石炭统大哈拉军山组和上石炭统伊什基里克组(图 2)，其中，大哈拉军山组分布最为广泛，主要为一套海相火山喷发-沉积碎屑岩夹碳酸盐岩建造，从下到上该组又分为三个亚组：第一亚组为安山质晶屑凝灰岩、安山岩；第二亚组为流纹质熔结凝灰岩、大理岩、晶屑岩屑凝灰岩；第三亚组为安山质晶屑玻屑凝灰岩夹安山岩。阿吾拉勒成矿带中发育的海相火山岩型铁矿床主要赋存于第三亚组中，比如查岗诺尔、智博、备战和敦德等铁矿床(郭新成等，2009；冯金星等，2010；田敬佺等，2015)。伊什基里克组主要为一套海陆交互相的类复理式建造，以火山角砾岩、凝灰岩、玄武岩、英安岩和流纹岩为主，局部夹灰岩，阿吾拉勒成矿带中发育的火山沉积型铁矿床赋存其中，比如式克布台铁矿床(蒋宗胜，2014；田敬佺等，2015; Yang et al., 2019)。二叠系、三叠系和侏罗系仅在成矿带的局部地区出露，主要为砾岩、砂岩、泥岩和页岩等沉积岩(冯金星等，2010)。
阿吾拉勒成矿带断裂构造十分发育，包括区域性边界深大断裂及其次级断裂(图 1、图 2)，前者包括中天山北缘断裂、尼古拉耶夫-那拉提山北坡断裂、中天山南缘断裂和塔里木北缘断裂等，后者包括尼勒克和巩乃斯等断裂，主要为一组近于平行的高角度逆冲断裂，控制着成矿带的金属成矿事件(冯金星等，2010)。该成矿带东段褶皱构造较发育，主要是存在于尼勒克断裂和查岗诺尔-敦德开勒迪达坂断裂之间的大型向斜构造，由大哈拉军山组组成(冯金星等，2010)。
阿吾拉勒成矿带侵入岩广泛分布，侵入时代以二叠纪为主，有少量石炭纪，以花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩和闪长岩为主。此外，二叠纪脉岩十分发育，主要为辉绿岩、闪长玢岩、石英闪长玢岩等(蒋宗胜，2014)。
1.2 矿床地质特征前人对阿吾拉勒成矿带东部的查岗诺尔、智博、备战和敦德等大型铁矿床进行了系统的研究，我们将前人成果总结在表 1中，并将矿区地层、构造及矿体分布特征等作简要介绍。
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表 1 西天山阿吾拉勒成矿带东段大型铁矿床地质特征 Table 1 Geological characteristics of the large-scale iron deposits in the eastern Awulale metallogenic belt, Western Tianshan |
查岗诺尔矿区出露的地层主要为下石炭统大哈拉军山组和上石炭统伊什基里克组(图 3)，大哈拉军山组第二和第三亚组，其中，第二亚组的底部为安山质凝灰岩，发育稀疏浸染状的铁矿化，中部为层状安山质凝灰岩，上部为大理岩夹凝灰岩；第三亚组下部以凝灰岩夹安山岩和大理岩为主，矿区80%的工业铁矿体赋存于地层内，上部则以安山质凝灰岩及安山质凝灰角砾岩为主，局部见有集块岩(田敬佺，2008①；洪为，2012；张喜，2013)。伊什基里克组下部以安山质凝灰岩为主，上部为含角砾凝灰岩和火山角砾岩(田敬佺，2008)。查岗诺尔矿区总体为一火山穹隆，穹隆中心为大哈拉军山组，边缘为伊什基里克组，地层向周边倾斜(田敬佺，2008)。矿区断裂主要为北西向断裂及其派生的次级近东西向断裂，以F1、F2规模较大(图 3)。矿区已圈定6个矿体，其中，No.1和No.2是最大的两个矿体，且以No.1矿体为主(冯金星等, 2010)。矿体形态较规则，呈层状、似层状、透镜状(图 3)。
① 田敬佺. 2008.新疆西天山查岗诺尔-备战一带铜铁矿资源评价报告.乌鲁木齐:新疆维吾尔自治区地质调查院
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图 3 查岗诺尔铁矿床地质图(a)、00勘探线(b)和16勘探线(c)剖面图(据田敬佺，2008；冯金星等, 2010) Fig. 3 Geological map (a) and geological section along 00 exploration line (b) and 16 exploration line (c) of the Chagangnuoer iron deposit (after Feng et al., 2010) |
智博矿区出露地层主要为下石炭统大哈拉军山组第三亚组的一套火山熔岩-火山碎屑岩(图 4)，总体走向NW，倾角较陡(50°~75°)，在深部倾角变缓(10°~30°)，岩性主要为玄武岩、玄武质凝灰岩、玄武安山岩、粗面安山岩、安山岩和粗面岩，矿体主要赋存于玄武质安山岩中(田敬佺，2013①；蒋宗胜，2014)。智博矿床已圈定68个铁矿体，构成一个东西长约5.5km，南北宽约1.5km的矿化带，并分为东、中、西3个矿区，其中，东矿区的矿体为主矿体，矿体走向北西-南东，产状较缓(冯金星等，2010；田敬佺等，2015)，深部矿体产状北倾，倾角较缓并向东侧伏，矿体形态较规则，多为似层状、厚板状或透镜状，矿体与围岩界线多呈渐变关系(田敬佺，2013)。
① 田敬佺. 2013.新疆和静县诺尔湖铁矿资源储量核实报告.库尔勒:新疆地质矿产勘查开发局第三地质大队
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图 4 智博铁矿床地质图(据田敬佺，2013) Fig. 4 Geological map of the Zhibo iron deposit |
敦德矿区出露下石炭统大哈拉军山组第三亚组(图 5)，下部为玄武岩、玄武质凝灰岩、玄武安山岩、粗面安山岩和安山岩，上部发育集块岩和火山角砾岩(荆德龙，2016)，地层走向为北东向，倾向北西，倾角较陡(57°~76°)，赋矿围岩主要为玄武质凝灰岩、安山质晶屑玻屑凝灰岩、安山岩(Duan et al., 2014；荆德龙，2016；丁海波，2017；康永建，2018)。矿区深部大型断裂构造并不发育。矿区发育7条铁矿体，在铁矿体边缘圈定出2条独立的锌矿体，并发育有独立的金矿体。铁矿体一般呈板状、大透镜状、不规则团块状、条带状，矿体产在切穿围岩层理的断裂构造中，向北陡倾，产状为355°~15°∠52°~75°(新疆地质矿产勘查开发局第三地质大队(后文简称第三地质大队)，2011②)。
② 新疆地质矿产勘查开发局第三地质大队. 2011.新疆和静县敦德锌铁矿勘查报告
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图 5 敦德铁锌矿床地质图(a)和03勘探线剖面图(b)(据第三地质大队，2011) Fig. 5 Geological map (a) and geological section of No.03 exploration line (b) of the Dunde Fe-Zn deposit |
备战矿区出露的地层包括下石炭统大哈拉军山组第三亚组和阿克沙克组第二亚组，以前者为主(图 6)，大哈拉军山组第三亚组可分为4段：第一段以凝灰岩为主，夹少量安山岩和凝灰质砾岩，深部见有磁铁矿体；第二段主要为玄武岩、安山岩，局部夹大理岩，是主要的含矿层；第三段主要为英安岩和大理岩；第四段为灰岩、砂岩和砾岩。阿克沙克组第二亚组下部为灰岩，上部为碳质灰岩。备战地区发育夏格孜达坂向斜，矿区处于该向斜的南翼。矿区断裂构造发育，多为高角度压扭性正断层。矿体为似层状或透镜状，与火山岩地层呈不整合接触，矿区共圈定出3个矿体，其中L3矿体为主矿体，总体呈EW走向，倾向北，倾角变化较大(37°~79°)，上陡下缓(新疆地质矿产勘查开发局第十一地质大队(后文简称第十一地质大队), 2017①)。
① 新疆地质矿产勘查开发局第十一地质大队. 2017.新疆和静县备战铁矿1：2000地质矿产图
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图 6 备战铁矿床地质图(a)和00勘探线剖面图(b)(据第十一地质大队, 2017) Fig. 6 Geological map (a) and geological section of No.00 exploration line (b) of the Beizhan iron deposit |
早石炭世伊犁地块东缘海底火山作用强烈，在阿吾拉勒山形成火山机构群，其构造方位大致为北西西向(图 7)，与阿吾拉勒山的区域构造线方位一致(冯金星等，2010)。位于阿吾拉勒成矿带东段的艾肯达坂古火山口(陈毓川等，2008；蒋宗胜，2014)是该地区保存较好、发育较全的一个古火山口，地貌上呈一负地形，火山口周围海拔高，中心低，外围发育环状、放射状沟谷，遥感影像图显示该火山口有四个明显的环状构造(图 7)，表明该火山口可能至少经历了四次以上的喷溢塌陷过程(冯金星等，2010；汪帮耀等，2011)。总体上，该破火山口的岩层向周边倾斜，近中心处产状较陡，倾角为20°~40°，近边缘处产状较缓，倾角为10°~20°(田敬佺，2008)。
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图 7 阿吾拉勒成矿带东段遥感构造解译示意图(据冯金星等，2010；汪帮耀等，2011；张喜，2013；荆德龙，2016等资料修改；底图源自Google Earth) Fig. 7 Schematic structural interpretation of remote sensing in the eastern Awulalemetallogenic belt(modified after Feng et al., 2010; Wang et al., 2011; Zhang, 2013; Jin, 2016; based on Google Earth) |
在野外剖面观察和测量的基础上，我们对遥感影像(图 7)和区域地质图(图 2)进行了对比研究，结果发现，遥感影像呈现的巨大的环形影像是由两部分组成的，其西北部是石炭纪火山岩形成的弧形地形所致，东南部为二叠纪中厚层砾岩夹薄层砂岩等沉积地层的形态(图 2、图 7)，指示艾肯达坂古火山口在二叠纪陆源碎屑物沉积之前，发生了明显的塌陷，尤其是在其东南缘，塌陷最为强烈，沉积了二叠纪的砾岩和砂岩；也正是由于二叠纪发育具有明显层理的沉积岩，使得遥感图上的环形影像清晰可见。另外，从二叠纪的砾岩和砂岩沉积在艾肯达坂古火山口的东南缘的位置，也说明艾肯达坂古火山口石炭纪火山活动中心逐渐向东迁移，考虑到空间上智博矿床位于查干诺尔矿床的东部，艾肯达坂古火山口塌陷对智博矿床的作用明显大于对查干诺尔矿床的作用。
与查干诺尔和智博一带发育艾肯达坂古火山口，具有完整的环状影像不同，在敦德和备战一带，卫星影像图上仅显示几个半环状影像(图 7)，敦德和备战铁矿都在这些半环形影像的外围，与这些半环形影像所代表的火山活动关系并不密切。
2.2 矿区古火山机构阿吾拉勒成矿带东段石炭纪火山喷发的产物经历了二叠纪、三叠纪等多次强烈的构造变形和岩浆侵入的叠加及改造，且该地区地处海拔2700~4500m的高寒山区，常年积雪，冰川覆盖，因此，一些火山活动的产物不易被保存或因掩盖而不易被识别。即便如此，在前人研究基础上，我们进行了矿区剖面观察和测量，分析了各个矿区火山岩相及火山喷发旋回，根据矿区地层、构造、蚀变岩、矿体、脉岩等的产状及其空间分布规律，并借助于遥感影像特点，初步识别了4个矿区的与成矿有关的古火山机构。
2.2.1 查干诺尔古火山机构前人认为查岗诺尔铁矿位于区域艾肯达坂破火山口的西北缘，并依据矿区存在火山穹窿及环状断裂构造，提出矿区发育火山机构的认识(冯金星等，2010；汪帮耀等，2011；韩琼等，2013；张喜，2013)，但是，未提出与矿床直接相关的具体的火山机构。我们进一步研究认为，虽然查岗诺尔矿区位于区域艾肯达坂破火山口的西北缘，但是矿区发育一个独立的与成矿有关的小规模火山机构，该火山机构发生了塌陷形成破火山口，该破火山口呈圆形分布，面积约为10km2，依据如下：
(1) 火山喷发旋回。路线观察和剖面测量(图 8)结果表明，矿区发育有多种火山岩相，包括火山爆发相(安山质角砾岩和集块岩，图 8a)、火山沉积相(凝灰岩和含角砾凝灰岩，图 8b)和火山溢流相(安山岩)。
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图 8 查岗诺尔矿床AB剖面图(剖面位置见图 3a)及大哈拉军山组主要岩石和矿床主要矿石野外照片 Fig. 8 Geological section of AB (location is showed in Fig. 3a) and field photographs of the major rocks in the Dalalajunshan Formation and typical ores at Chagangnuoer |
在此基础上，结合前人对矿区大哈拉军山组和伊什基里克组的研究成果(田敬佺，2008；洪为，2012；张喜，2013)，我们认为：大哈拉军山组第二亚组发育的凝灰岩代表火山沉积相，火山喷发间歇期形成碳酸盐岩沉积，构成了矿区火山喷发的第一旋回；第三亚组下部以凝灰岩夹安山岩和大理岩为主，代表火山活动以火山沉积相为主，有少量溢流相，火山喷发间歇期形成碳酸盐岩沉积，为矿区火山喷发的第二旋回；上部以凝灰岩及火山角砾岩为主，代表矿区发育火山沉积相(凝灰岩)和火山爆发相(火山角砾岩和集块岩)，为矿区火山喷发的第三旋回。矿区出露的伊什基里克组下部发育火山沉积相(凝灰岩)，上部发育火山爆发相(火山角砾岩、集块岩)和火山沉积相(含角砾凝灰岩和层凝灰岩)，构成矿区火山喷发的第四旋回。因此，查岗诺尔矿区至少发育四个火山喷发旋回，且火山活动强度逐渐增加，火山碎屑粒度逐渐变粗，形成时间经历了整个石炭纪。此外，矿区南部出现了近500m的厚层灰岩，向北呈一楔形迅速变薄(田敬佺，2008)，地层厚度的突变可能指示火山中心出现在矿区的南部，而伊什基里克组层凝灰岩的出现，表明在晚石炭世发生了火山口的塌陷，形成了破火山口。
(2) 矿区内断裂、矿体及其蚀变岩带呈弧形展布。矿区地质图(图 3a)显示，断裂构造(F8、F10)呈向西北凸出的弧形展布，No.1矿体及其蚀变岩带总体呈NE走向，向西凸出，向南北两端逐渐尖灭，整个矿体呈一向西凸出的弧形；剖面上，矿体较为平缓，但总体上向东南倾斜并收敛，比如，在00勘探线，矿体向东南倾斜(图 3b)，而北部的16勘探线，矿体向南倾斜(图 3c)，表明火山机构中心应位于矿区东南部，且矿体很可能赋存于火山机构环状断裂中。
(3) 矿区发育环形构造。查岗诺尔矿区位于区域艾肯达坂破火山口的西北缘(图 7)，但是，在大比例尺的遥感影像图中(图 9)，查岗诺尔矿区本身还显示环形影像，该环形影像西部比东部清晰，这是由于东部的环形构造受到区域艾肯达坂火山口塌陷作用影响所致，因此，该环形影像可指示矿区发育环形构造，该环形构造所圈定的面积约为10km2，查岗诺尔铁矿位于该环形构造的北缘。
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图 9 阿吾拉勒成矿带艾肯达坂西部地区遥感影像图(据田敬佺等，2013) Fig. 9 Remote sensing image of the western Aikeng Daban district along the Awulale metallogenic belt |
从上述几方面的证据，我们认为查岗诺尔矿区发育一个独立的与成矿有关的小规模火山机构，其形成时间从早石炭世到晚石炭世，并经历了火山口的塌陷，形成破火山口，其破火山口面积约为10km2，查岗诺尔铁矿位于该破火山口北部。
2.2.2 智博古火山机构智博矿区位于区域艾肯达坂破火山口的中心部位(冯金星等，2010；张喜，2013；蒋宗胜，2014)，我们研究进一步认为，虽然智博矿区位于艾肯达坂破火山口的中心，但是矿区发育一个独立的与成矿有关的小规模火山机构，且该火山机构发生了塌陷，其破火山口为东西向展布的椭圆形，面积约为15km2，依据如下：
(1) 火山喷发旋回。对西、中、东矿区进行了野外76个岩性点的地质观察和剖面测量(图 10)，结果显示，东矿区发育火山溢流相(安山岩)和火山沉积相(凝灰岩和含角砾凝灰岩，图 11a)；更重要的是，在东矿区的36-42勘探线之间的山坡上(图 12)，我们发现了安山质火山角砾岩和集块岩露头(图 11b-d、图 12a)，并且，在28-42勘探线多个钻孔岩心编录中也见到集块岩及火山角砾岩，比如，钻孔ZK4002的215m深处的火山角砾岩等，表明矿区发育火山爆发相；此外，在42勘探线以东地区的山顶上还发现了典型的层凝灰岩(图 11e)。这些火山碎屑岩的类型及空间分布特点表明，矿区除了发育火山溢流相和火山沉积相之外，还发育火山爆发相，东矿区接近火山活动中心，而层凝灰岩的发育，表明火山口发生了明显的塌陷，形成了破火山口。
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图 10 智博矿床AB剖面图(位置见图 4) Fig. 10 Geological section of AB in the Zhibo iron deposit (location shown in Fig. 4) |
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图 11 智博矿床东矿区大哈拉军山组主要火山岩野外照片及其分布 (a)主要火山岩位置；(b)安山质集块岩；(c)安山质含角砾集块岩；(d)安山质凝灰角砾岩；(e)层凝灰岩 Fig. 11 Field photographs and their distribution of the main volcanic rocks from the Dalalajunshan Formation in the Zhibo iron deposit (a) distribution and location of the major volcanic rocks; (b) andesitic agglomerate; (c) andesitic breccias-bearing volcanic agglomerate; (d) andesitic tufficeous volcanic breccias; (e) sedimentary tuff |
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图 12 智博矿床东矿区地质图(a)、CC′剖面图(b)和28勘探线剖面图(c)(据张喜，2013修改) Fig. 12 Geological map (a), geologic sections of representative CC′ line (b) and No.28 exploration line (c) of the Zhibo iron deposit (modified after Zhang, 2013) |
基于此，结合前人对矿区岩性的研究成果(田敬佺等, 2015；张喜，2013)，初步构建了矿区火山岩岩相图(图 13)。从图 13可见，智博矿区火山活动经历了至少两个火山喷发旋回，第一旋回为溢流相(玄武岩和安山岩)夹火山沉积相(玄武质凝灰岩)，主要位于矿区的中南部；第二旋回为火山爆发相(集块岩、凝灰质角砾岩)和火山沉积相(层凝灰岩)，主要位于矿区的东北部，破火山口的中心即位于此处。
(2) 矿区断裂呈弧形展布。田敬佺(2013)提出矿区发育单斜构造，走向从北西300°到330°，倾向北，倾角从50°到75°，深部倾角平缓(10°~30°)。我们在东矿区05勘探线进行的地球物理测量(何兰芳等，未发表)表明，低电阻率异常在浅部陡立，而在深部明显变缓，因此，矿区的单斜构造在平面上呈向南西凸出的弧形，在剖面上呈“铲式”展布，上陡下缓。
(3) 矿体产状受环状断裂系控制。矿区含矿地层(安山岩和玄武岩)总体产状较陡，向南倾斜(图 4)，而矿体产状平缓(图 12b, c)，可见，矿体明显斜切地层，这一现象说明，虽然矿体位于大哈拉军山组中基性火山岩中，但大多数矿体与地层的产状并不一致，矿体受发育于该火山岩地层中的断裂构造控制。
(4) 矿区发育环形构造。智博矿区位于区域艾肯达坂破火山口的中心位置(图 7)，在大比例尺的遥感影像图中(图 9)，智博矿区周围显示清晰的环形影像，指示矿区发育环形构造，该环形构造的面积约为15km2，智博矿区位于该环形构造的南部。
上述研究表明，智博矿区发育一个独立的与成矿有关的小规模火山机构，形成于早石炭世，并经历了火山口的塌陷，形成破火山口，其面积约为15km2，智博矿区位于该破火山口西南部(图 13)。
2.2.3 敦德古火山机构一些学者认为，敦德矿区位于区域艾肯达坂火山口的东南缘(冯金星等，2010；汪帮耀等，2011)，然而，敦德矿区与艾肯达坂火山口最外的环状断裂构造相距7km(图 7)，因此，敦德矿床的形成可能与艾肯达坂火山活动关系并不密切。我们研究认为敦德矿区存在独立的与成矿有关的小规模火山机构，其破火山口的面积约为6km2，依据如下：
(1) 火山喷发旋回。由于矿区地形陡立，无法在地表开展垂直矿体走向的地质剖面测量，因此，我们主要在3912m、3850m和3788m中段坑道中进行观察和编录(图 14a, b)，结果表明，矿区发育火山溢流相(玄武岩、安山岩)和火山沉积相(玄武质凝灰岩)(详见后文图 22所示)，在3912中段坑道12勘探线处见有热液矿物胶结的角砾岩(图 14c, d)，指示该处有位于火山通道相中。结合前人对矿区岩性的研究(荆德龙，2016；康永建，2018)，即大哈拉军山组第三亚组下部为玄武岩、安山岩、凝灰岩和大理岩，上部为集块岩和火山角砾岩，我们认为矿区首先发育火山溢流相(玄武岩、安山岩)和火山沉积相(玄武质凝灰岩)，并有海相碳酸盐岩沉积，构成矿区火山活动的第一旋回；随后，发育火山爆发相(集块岩、火山角砾岩)，为矿区火山活动的第二旋回。可见，矿区至少经历了两个火山喷发旋回，火山口的中心位于矿区的中部。
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图 14 敦德铁锌矿床3912中段(a)和3850中段(b)平面图(据第三地质大队，2011)及3912中段12勘探线处的热液角砾岩野外照片(c、d) Fig. 14 Geological maps of 3912m Level (a) and 3850m Level (b) in the Dunde Fe-Zn deposit, showing field photographs of the hydrothermal agglomerate (c) and breccias (d) in 12 exploration line of 3912m Level |
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图 22 敦德大型Fe-Zn矿床矿物生成顺序图(据Li et al., 2020) Fig. 22 Paragenesis of minerals in the Dunde large Fe-Zn deposit (after Li et al., 2020) |
(2) 地层、脉岩、金矿体均呈弧形-环形分布。对矿区不同中段进行了剖面观察和测量，并对其平面图进行了综合分析(图 14)，结果显示，大哈拉军山组凝灰岩中的大理岩夹层呈明显的环形分布；后期侵入的辉绿岩脉总体呈环形分布；锌矿体产状复杂，多数与铁矿体共生，而金矿体在平面上主要呈脉状、透镜状，分布在铁矿体外围，环绕铁矿体分布，辉绿岩脉和金矿体这种弧形-环状分布的特点，指示其可能充填在火山机构的环形断裂系中。
(3) 铁矿体呈不规则筒状分布。铁矿体平面上呈不规则团块状(图 14a, b)，剖面上为似层状、透镜状、脉状，向北和北西倾斜(图 5b)，在08-12勘探线上，矿体倾向延深最大(第三地质大队，2011)，这与我们在3912中段的12勘探线附近的穿脉中(图 14c, d)观察到的热液角砾岩的位置相吻合，表明在08-12勘探线及其附近可能是火山-热液通道出现的位置；从矿区不同中段平面图中铁矿体的分布位置可见，铁矿体总体向西侧伏(图 14)。因此，敦德矿区的火山-热液通道在平面上是长轴为北东东向的不规则团块状，在剖面上为向西侧伏的不规则筒状，铁矿体和锌矿体位于火山通道及其附近的断裂系中，金矿体围绕铁矿体周围的环状断裂分布。
(4) 矿区局部的断裂构造和矿体呈环状和放射状分布。矿区地质图(图 5)显示，矿区大多数矿体产在切穿围岩层理的断裂构造中，走向近东西向，向北陡倾(第三地质大队，2011)，然而，在矿区西部的FeIII矿体走向为南北向，与主要矿体总体走向明显不同，而FeI矿体走向为近东西向，与主要矿体总体走向一致，因此，FeIII和FeI矿体可能是分别沿着火山机构的环状和放射状断裂分布。此外，虽然在矿区深部未见大型断裂通过，但是在各中段，尤其是3788m中段，局部断裂构造发育，且走向明显不同，包括北北东向、北北西向、北西向和近南北向等(Duan et al., 2014)，这种不同方向断裂的发育可能指示火山机构的放射状断裂系。
(5) 矿区发育环形构造。敦德铁矿远离艾肯达坂区域破火山口(图 7)，与该火山机构无关，而在矿区大比例尺的遥感影像图中(图 15)，敦德矿区显示环形影像，其中，北部大半个环清晰，南部小半个环由于区域断裂破坏，不易分辨，地貌上，矿区呈一负地形，周围海拔高，中心低，外围发育放射状沟谷，表明敦德矿区发育独立的火山口，遥感影像图显示一个明显的环状构造，表明该火山口至少经历了一次的喷溢塌陷过程。总体上，环形影像显示的环形构造所限定的面积约为6km2，敦德矿区位于该环形构造的中部偏北。
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图 15 敦德地区遥感影像图(资料源于Google Earth) Fig. 15 Remote sensing image of the Dunde area (image from Google Earth) |
上述研究表明，敦德矿区发育独立的小规模火山机构，形成于早石炭世，并经历了火山口塌陷，破火山口面积约为6km2，敦德铁矿位于该破火山口中偏北位置。
2.2.4 备战古火山机构在卫星影像图上，备战矿区未见环状影像(图 7)，我们主要根据矿区的地质特征，识别了火山机构，其火山口面积约为4km2，依据如下：
(1) 火山喷发旋回。对备战矿区进行了多条剖面测量，以08勘探线附近的AB剖面为代表(图 16)，可见，矿区发育火山沉积相(凝灰岩)和溢流相(玄武岩、安山岩)，其上发育溢流相(英安岩)及碳酸盐岩沉积相；在采坑东北部8勘探线附近的山顶上，出露有紫红色和灰绿色安山质熔结集块岩和角砾岩及集块岩和火山角砾岩(图 16a-c)；此外，在钻孔编录时，在16勘探线的ZK1603钻孔、12勘探线的ZK1203和ZK12012钻孔和8勘探线的ZK807钻孔中，均见到厚约20~80m的紫红色和灰绿色安山质熔结集块岩及角砾岩(图 16d)；这些岩石均位于大哈拉军山组第三亚组的第四段内，表明时间上，矿区火山活动在早石炭世晚期发生了强烈的爆发，空间上，火山爆发相位于火山口外围。
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图 16 备战铁矿区AB剖面图(位置显示在图 6a)和大哈拉军山组火山岩野外照片 (a)紫红色安山质火山角砾岩；(b)紫红色安山质集块岩；(c)紫红色安山质熔结火山角砾岩；(d)紫红色安山质熔结火山角砾岩(钻孔ZK1203) Fig. 16 Geological section AB (location is shown in Fig. 6a) and field photographs of the major rocks of the Dalalajunshan Formation at Beizhan (a) purplish red andesitic volcanic breccia; (b) purplish red andesitic agglomerate; (c) purplish red andesitic welded volcanic breccia; (d) purplish red andesitic welded volcanic breccias in the drill ZK1203 |
基于此，结合前人对备战矿区地层研究成果(据第十一地质大队，2017)，可以认为，备战矿区大哈拉军山组第三亚组火山活动至少经历了三个火山喷发旋回，第三亚组第一段发育火山沉积相(凝灰岩)和第二段发育溢流相(玄武岩、安山岩)，构成矿区火山喷发第一旋回；第三段发育溢流相(英安岩)，有碳酸盐岩沉积，为火山喷发第二旋回；第四段发育爆发相(熔结角砾岩和集块岩)及较厚的碳酸盐岩沉积，为火山喷发第三旋回。总体上，火山喷发以宁静式溢流为主，晚期有火山爆发，熔岩成分从中基性演化到酸性，形成时间经历了整个石炭纪。以图 6a为基础，我们初步构建了备战矿区火山岩岩相图(图 17)，可见，矿区大哈拉军山组第三亚组火山岩相总体呈向北凸出的弧形展布，指示矿区火山喷发中心在其南部。
(2) 含矿地层、晚期脉岩和控矿断裂均呈弧形分布。矿区第三亚组的火山岩地层呈向北凸出的弧形分布；F6断裂构造呈清楚的向北凸出的弧形；矿区发育大量的辉绿岩脉，也呈弧形分布(图 17)。
(3) 矿体呈弧形分布。备战矿区的矿体在平面上呈近东西走向，具有明显的向北凸出的特点，向西南逐渐尖灭，且西段矿体明显凸向西北，整体呈一向西北凸出的弧形(图 17)，剖面上，矿体总体向北倾斜，指示矿体可能位于火山机构的环形断裂中。
可见，备战矿区含矿地层、晚期脉岩、控矿断裂和矿体等均向北凸出，指示备战矿区火山活动中心位于矿区南部，由于在矿区南部有大量的冰蹟物和冰川覆盖，火山口南部地质体在地表尚未出露，就观察地表出露部分，并根据弧形地层和断裂及岩脉展布的弧度，初步估算整个古火山口面积约为4km2，由于矿区发育夏格孜达坂向斜，因此，矿区受到区域南北向挤压应力的影响，火山口应呈椭圆形分布，目前地表出露的半个火山口，其面积约为2km2。
3 火山机构与成矿的时空关系 3.1 火山机构与矿床的关系上述研究表明，查岗诺尔、智博、敦德、备战等铁矿床均独自发育与成矿有关的火山机构，其中，查岗诺尔、智博、备战矿床位于相应的火山口边缘，而敦德矿床位于敦德火山口中心。因此，矿区火山机构控制了矿床的空间分布。
前人对这些铁矿床发育的火山岩和侵入岩进行了大量的锆石U-Pb年龄分析，并对一些矿床矽卡岩的石榴石Sm-Nd年龄、硫化物的Re-Os年龄和蚀变矿物白云母的Ar-Ar年龄以及磁铁矿矿石的榍石U-Pb年龄等进行了定年(图 18)。结果表明，虽然，大哈拉军山组火山活动时间较长(328.7± 2.1Ma~300.3±1.1Ma)，但是，赋矿中基性火山岩的年龄相对集中(328.7±2.1Ma~319.9±3.7Ma)，且成矿年龄(319.9±3.7Ma~304.5±1.9Ma)一般滞后于含矿火山岩成岩年龄，说明铁成矿作用可能发生在火山活动和火山机构形成过程中，但是，在火山机构形成之后的(岩浆-)热液流体作用下发生大规模成矿。
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图 18 阿吾拉勒铁矿带东段铁矿床的成岩成矿年龄图谱 数据来源：冯金星等，2010；张喜，2013；Li et al., 2015；Hong et al., 2020；Sun et al., 2015；杨富全等，2016；洪为等，2012；蒋宗胜等，2012；Jiang et al., 2014, 2018；荆德龙，2016；Zhang et al., 2012；Duan et al., 2014, 2018；康永建，2018；李大鹏等，2013；孙吉明等，2012；郭新成等，2009；郑勇等，2014；韩琼等，2013 Fig. 18 Summary of the geochronology of major iron ore deposits in the eastern Awulale belt Data from: Feng et al., 2010; Zhang, 2013; Li et al., 2013, 2015; Hong et al., 2012, 2020; Sun et al., 2012, 2015; Yang et al., 2016; Jiang et al., 2012, 2014, 2018; Jin, 2016; Zhang et al., 2012; Duan et al., 2014, 2018; Kang, 2018; Guo et al., 2009; Zhen et al., 2014; Han et al., 2013 |
已有的研究表明查干诺尔、智博、敦德和备战等铁矿床的直接赋矿围岩为大哈拉军山组第三亚组中基性火山岩。本次研究认为，虽然铁矿体位于中基性火山岩中，但是，多数矿体产状与围岩产状并不一致，表明矿体主要受发育于该火山地层中的断裂构造即火山机构断裂系控制，依据如下。
(1) 矿体位于火山机构断裂系中。在智博和敦德矿区，矿体明显斜切地层，比如，智博矿区含矿地层总体向南陡倾(图 4)，而矿体产状平缓(图 11)，敦德矿区地层总体向北西倾，而铁矿体向北陡倾；在查干诺尔和备战矿区，部分矿体与围岩产状一致，大多数矿体与火山岩地层呈不整合接触。这些特点表明，矿体分布主要受发育于该火山岩地层中的断裂构造控制，其中，查干诺尔、智博和备战等矿床的主要矿体赋存于火山机构的环状断裂系中，而敦德矿床的主要矿体赋存于火山通道及其附近的环状和放射状系断裂中。
(2) 矿体产状受矿区火山机构和区域火山机构双重作用的影响。查岗诺尔和智博矿床的矿体产状较缓(图 3b, c、图 11b, c)，这是由于矿体受矿区火山机构和区域火山机构双重作用的影响所致。查岗诺尔和智博矿区火山口面积分别为10km2和15km2，规模较大，且在火山喷发晚期，火山口发生塌陷，形成破火山口，相应地，控矿的火山机构环状断裂系在剖面上发生向下的塌陷变形而呈“铲式”分布，致使赋存其中的矿体产状随之改变。此外，由于矿床位于区域艾肯达坂破火山口中，不可避免地受到艾肯达坂火山机构多次塌陷的影响，查岗诺尔和智博矿床分别位于艾肯达坂破火山口的西北缘和中心位置，因此，智博矿床受到艾肯达坂破火山口塌陷的作用比查岗诺尔矿床的作用大；再者，前已述及，艾肯达坂古火山口在石炭纪的火山活动中心逐渐向东迁移，区域古火山口塌陷对智博矿床的影响也应强于对查干诺尔矿床的影响，致使智博矿床的矿体产状更为平缓。
(3) 矿体产状受矿区火山机构断裂系的控制。敦德矿床的矿体产状陡立且形态不规则，总体呈不规则筒状分布(图 14)，这是由于矿床位于规模较小的敦德古破火山口(面积约6km2)的中偏北部，矿体位于火山通道及附近的断裂系中，陡立的火山通道致使赋存其中的矿体的产状陡立，而火山通道附近的环状和放射状断裂系发育，位于其中的矿体的形态呈不规则状。由于矿体位于火山通道及附近的断裂系中，因此，火山口塌陷形成破火山口的过程对矿体的产状没有明显影响。备战矿床的矿体产状陡立且形态规则，这是由于矿床位于较小的备战古火山口(面积约4km2)的北缘，矿体赋存于环状断裂系中，该火山机构受到后期夏格孜达坂紧闭向斜构造影响而发生变形，致使赋存其中的矿体产状随着火山机构被挤压而变得陡立。
(4) 矿床形成于火山活动晚期。前已述及，铁矿床的成矿年龄(319~304Ma)滞后于火山岩成岩年龄(328~319Ma)，也表明火山喷发晚期的(岩浆-)热液流体在火山机构断裂系中大规模沉淀成矿。
总之，虽然矿床赋存于大哈拉军山组火山岩中，但是，大多数矿体分布受火山机构断裂系控制，火山机构断裂系具有高渗透性，可为含矿流体迁移和金属沉淀提供有利的空间，是铁矿体形成的关键控矿因素和赋矿部位。
4 成矿模式 4.1 矿床成因浅析前人对阿吾拉勒成矿带东段发育的大型铁矿床进行了系统的研究，提出了不同的成因认识，可概括为以热液作用为主(郭新成等，2009；洪为，2012；蒋宗胜等，2012；李大鹏，2012；王志华等，2012；Duan et al., 2014, 2018；蒋宗胜，2014；Jiang et al., 2018；康永建，2018；Hong et al., 2020; Li et al., 2020; 冯浩轩等，2020)和以矿浆作用为主(冯金星等, 2010；汪帮耀等，2011；李大鹏，2012；张喜，2013；王腾，2014；荆德龙，2016；张博，2016；丁海波，2017)这两种不同的认识。我们进行了野外剖面测量和部分室内研究，对这些铁矿床的形成也提出了一些补充认识，即这些铁矿床以热液成矿作用为主，其中，查岗诺尔和敦德矿床矽卡岩化强烈，矿体主要赋存于矽卡岩中，此外，查岗诺尔、智博和备战铁矿还显示有沉积成矿作用的特点，智博铁矿可能有部分岩浆熔体(矿浆)成矿作用，进一步的研究还需进行。
4.1.1 查岗诺尔铁矿床成因对查岗诺尔铁矿床进行的地质剖面测量(图 8)表明，矿区热液蚀变发育，以矽卡岩化极其发育为特征，形成浸染状、角砾状矿石，矿体与围岩之间为渐变关系，显示热液成矿作用的特点。我们对矿区广泛发育的矽卡岩化进行了矿物学研究，结果表明，石榴子石和绿帘石矿物的干涉色和背散射图像具有丰富的环带结构，并具有明显的成分变化，石榴子石包括两期三个类型，绿帘石发育有三个不同世代，表明矿床的热液活动强烈，并具有复杂的演化历史(冯浩轩等，2020)。
前人研究认为大哈拉军山组第二亚组发育稀疏浸染状的磁铁矿矿化，该矿化是与火山活动喷发同期的产物(洪为，2012)，磁铁矿具有较明显的火山沉积成因特征(张喜，2013)，Li et al.(2015)研究发现矿区发育富铁玄武岩，这些现象表明，矿区存在早期火山作用形成的贫铁矿体和富铁火山岩。同位素研究表明，大多数磁铁矿样品的δ18O值为1‰~4‰(洪为，2012；张喜，2013)，磁铁矿δ56Fe值介于0.039‰~0.276‰之间(杨富全等，2016)，表明磁铁矿以岩浆成因为主；硫化物的δ34S值介于0.8‰~7.3‰之间，表明硫主要来源于岩浆热液(洪为，2012；张喜，2013)，少量样品的δ34S值＞10‰，可能有地层硫的混入(洪为，2012)。
综上所述，我们认为查岗诺尔铁矿床的成矿作用以热液成矿作用为主，矿床也发育早期的火山沉积成矿作用，与洪为(2012)和蒋宗胜(2014)的观点一致。
4.1.2 智博铁矿床成因前人对智博矿床的成因有以矿浆作用为主(冯金星等, 2010；张喜，2013)和以热液作用为主(蒋宗胜等，2012；王志华等，2012；蒋宗胜，2014)的不同认识，骆文娟等(2019)发现智博矿区火山碎屑岩中的富铁岩屑，但并非矿浆成因。我们对矿区进行剖面测量，并对采坑的3610m和3580m平台进行了编录，以3610m剖面图为例(图 19)，矿区热液蚀变发育，包括绿帘石化、钾长石化、钠长石化和绿泥石化等，以绿帘石化极其发育为特征，形成浸染状、角砾状矿石，也有脉状和块状矿石，矿体与围岩之间多为渐变关系，显示热液成矿作用的特点。
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图 19 智博铁矿床采坑3610平台剖面图(位置见图 3剖面CD) Fig. 19 Geological section of 3610m Level within the pit in the Zhibo iron deposit (location is showed in Fig. 3 CD section) |
对矿区不同类型矿石的磁铁矿进行了研究，浸染状和细脉状矿石中的磁铁矿主要呈半自形-他形粒状，采坑中发育的致密块状和角砾状矿石中的磁铁矿主要呈自形板条状，这些磁铁矿晶体之间常充填有绿帘石和透辉石等热液矿物(图 20a-c)；在钻孔深部，比如ZK3602钻孔391m处发育的致密块状矿石中的磁铁矿主要呈揉皱板条状，磁铁矿晶体之间常充填有透辉石和钾长石等热液矿物(图 20d)。电子探针分析表明，磁铁矿的成因复杂，既有热液成因的，也有沉积成因(潘鸿迪等，2019)。
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图 20 智博铁矿床磁铁矿矿石的BSE显微照片 (a)浸染状矿石，磁铁矿分布于绿帘石和透辉石颗粒之间；(b)细脉状矿石，磁铁矿分布于绿帘石和透辉石颗粒之间；(c)块状矿石，板条状磁铁矿，其间充填有绿帘石和透辉石；(d)块状矿石，揉皱板条状磁铁矿，其间充填有透辉石.Mt-磁铁矿; Ep-绿帘石; Di-透辉石 Fig. 20 BSE images of the mineral assemblages from the Zhibo ore deposit (a) magnetite, secondary epidote and diopside in the disseminated ore; (b) magnetite, secondary epidote and diopside in the veinlet ore; (c) columnar magnetite networks with fine sulfides, epidote and diopside in the massive magnetite ore; (d) columnar magnetite, diopside in the massive magnetite ore. Mt-magnetite; Ep-epidote; Di-diopside |
前人进行的同位素研究表明，智博矿区磁铁矿样品的δ18O值分布范围较广(0.7‰~9.8‰)，表明磁铁矿中的氧除了岩浆来源之外，还有海水或热液的加入(张喜，2013；蒋宗胜，2014；Zhang et al., 2015；王志华等，2018a)，磁铁矿的δ56Fe值介于-0.09‰~0.40‰之间(Günther et al., 2017)，主要为岩浆成因；矿石中黄铁矿δ34S值变化范围小(-2.4‰~0.3‰)，显示岩浆硫特征(张喜，2013；蒋宗胜，2014；王志华等，2018b)。
基于此，我们认为智博铁矿成矿作用以热液作用为主，支持前人的热液作用为主的观点(蒋宗胜等，2012；王志华等，2012；蒋宗胜，2014)，同时矿区也有沉积作用和可能的岩浆熔体作用形成的铁矿体。
4.1.3 敦德铁矿床成因前人认为敦德矿床成矿作用以热液作用为主(李大鹏，2012；Duan et al., 2014, 2018；康永建，2018; Li et al., 2020)，也有学者提出以矿浆作用为主的认识(荆德龙，2016；丁海波，2017)。我们对不同中段坑道进行了剖面观察和测量，结果显示，矿区矽卡岩非常发育，矿体赋存于矽卡岩中，并且，从矿体边缘到中心再到边缘，依次发育大理岩→稠密浸染状矿石→块状矿石→稠密浸染状矿石→含浸染状磁铁矿的矽卡岩→石榴石矽卡岩，矿体与围岩界线呈渐变关系(图 21)。
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图 21 敦德铁锌矿床3912中段16勘探线剖面图(位置见图 14a；据Li et al., 2020资料修改) Fig. 21 Geological section of 16 exploration line in Level 3912m of the Dunde Fe-Zn deposit (location is showed in Fig. 14a; modified after Li et al., 2020) |
与阿吾拉勒成矿带大多数铁矿床发育单一的Fe元素不同，敦德矿床发育Fe-Zn-Au元素组合，我们对敦德矿床进行了矿物学和矿物化学的研究，结果表明，敦德矿床硫化物阶段非常发育，且该阶段不但出现了矽卡岩矿床中常见的磁黄铁矿、黄铁矿、(钴)毒砂、黄铜矿等矿物，还出现了斜方砷铁矿、辉砷钴矿、铋矿物和锑硫镍矿等不常见矿物(图 22)，显示出敦德矿床复杂的热液成矿过程，其中，铋矿物与Au矿化关系最为密切，在高温下以不可见Au形式与辉铅铋矿和斜方辉铅铋矿共生，在低温下以银金矿形式与辉铋矿和自然铋共生(Li et al., 2020)。
前人进行的同位素研究表明，敦德磁铁矿样品的δ18O值为5.51‰~8.56‰(康永建，2018)，高于岩浆成因磁铁矿的δ18O值；磁铁矿的δ56Fe值介于-0.20‰~0.15‰之间(杨富全等，2016)，主要为热液成因；硫化物的δ34S值变化于3.8‰~10.1‰之间，硫来源于岩浆热液(Duan et al., 2014；康永建，2018)。
上述研究可见，敦德铁锌矿床的成矿作用为热液成矿作用，成矿过程复杂，硫化物成矿阶段非常发育，形成锌矿体和铁矿体。
4.1.4 备战铁矿床成因前人研究认为备战铁矿床的形成与矽卡岩化作用有关(郭新成等，2009；Zhang et al., 2012)，并发育早期的沉积成矿作用(郭新成等，2009)。近年来，越来越多的学者提出了矿浆作用为主的观点(李大鹏，2012；王腾，2014；张博，2016)。我们进行了采坑不同标高的地质剖面测量，以3362m标高剖面为代表，矿体围岩为玄武岩和安山岩，热液蚀变发育，以绿帘石化和透辉石化为主，有少量的金云母化、阳起石化、绿泥石化和石榴石化；矿石类型以块状、角砾状、浸染状、细脉状和条带状矿石为主，从矿体边缘到中心再到边缘依次发育绿帘石化蚀变岩和玄武岩→角砾状和稠密浸染状矿石→块状矿石→蚀变安山岩→浸染状和细脉状矿石→绿帘石化蚀变岩，矿体与围岩界线呈渐变关系(图 23)。
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图 23 备战铁矿床采坑3362m平台剖面图(位置见图 6a) Fig. 23 Geological section of Level 3362m within the pit in the Beizhan iron deposit (location is showed in Fig. 6a) |
对矿区不同类型矿石的磁铁矿研究表明，贫矿石(如浸染状和条带状矿石)中的磁铁矿呈浸染状和条带状产出(图 24a, b)，具有沉积成因特点，富矿石(如块状矿石和角砾状矿石)中的磁铁矿呈团块状产出，常见黄铁矿和磁黄铁矿等硫化物(图 24c, d)，具有热液成因的特点。电子探针分析表明，磁铁矿既有热液成因的，也有沉积成因，尚未见到岩浆成因的磁铁矿(潘鸿迪等，2019)。
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图 24 备战铁矿床磁铁矿矿石的BSE显微照片 (a)浸染状矿石，磁铁矿分布于透辉石颗粒之间；(b)条带状矿石，磁铁矿呈条带分布于透辉石颗粒之间；(c)块状矿石，半自形磁铁矿，充填有绿帘石和透辉石；(d)块状矿石，磁铁矿和黄铁矿共生，其间充填有绿帘石 Fig. 24 Photomicrographs of the mineral assemblages from the Beizhan ore deposit (a) magnetite, secondary diopside in the disseminated ore; (b) banded magnetite hosted in diopside in the banded magnetite ore; (c) magnetite, epidote and diopside in the massive magnetite ore; (d) magnetite with sulfides, epidote and diopside in the massive magnetite ore |
同位素研究表明，备战铁矿磁铁矿样品的δ18O值分布范围较广(0.20‰~5.30‰)，表明磁铁矿中的氧除了岩浆来源外，还有海水或热液流体的加入(李大鹏，2012；张博，2016；Yang et al., 2018)；磁铁矿δ56Fe值介于-0.18‰~0.018‰之间(王腾，2014)，主要为热液成因；硫化物中δ34S值变化于1.0‰~6.4‰之间(李大鹏，2012；Yang et al., 2018)，硫主要来源于岩浆热液，1个灰岩样品黄铁矿的δ34S值为-4.8‰(李大鹏，2012)，可能受到了生物成因或细菌还原硫的影响。因此，我们认为备战铁矿成矿以热液作用为主，并有早期的沉积成矿作用，与郭新成等(2009)的认识一致。
4.2 矿床类型划分及元素组合差异原因陈毓川等(2008)根据成矿作用特点，将西天山阿吾拉勒成矿带铁矿床分为海相火山-沉积型(如式可布台铁矿)和海相火山岩型(如查岗诺尔、智博、敦德和备战等铁矿)两类；张作衡等(2012)将西天山的铁矿床划分为海相火山岩型和矽卡岩型两类，根据矿化类型将海相火山岩型细分为火山沉积型、火山岩浆-热液型、类矽卡岩型三个亚类。本次研究根据矿床在火山机构中的位置，结合成矿作用及元素组合特点，将阿吾拉勒成矿带东段海相火山岩型铁矿床分为两个亚类：(1)火山通道型铁多金属矿床，以敦德矿床为代表；(2)火山边缘型铁矿床，以查岗诺尔、智博和备战等矿床为代表。
火山通道型铁多金属矿床发育的火山机构，其火山通道及其断裂系在矿区中部密集发育，致使其中的赋矿岩石渗透率极高，导致成矿流体沿着火山通道上升并聚集，此外，极高渗透率的火山通道相及其断裂系的存在，也为不同期次成矿流体的运移及矿质沉淀提供有利的空间。具体而言，敦德矿床Fe矿体主要位于矿床中心，锌矿体和金矿体环绕铁矿体分布，矿体与围岩界线呈渐变关系，铁成矿作用与矽卡岩化热液蚀变关系密切，Zn和Au成矿作用与硫化物沉淀有关。总体上，敦德矿床的成矿作用为单一的热液成矿作用，但成矿阶段复杂，包括矽卡岩阶段及其铁成矿作用、硫化物阶段及其Zn和Au成矿作用，构成Fe-Zn-Au元素组合。因此，火山通道相流体活动集中且强烈和硫化物阶段及有关的金属成矿作用异常发育这两个因素，可能是敦德矿区金属元素具有多样性的主要原因。
火山边缘型铁矿床在阿吾拉勒成矿带广泛发育，矿床位于火山机构边部，矿体位于火山机构环状断裂系中，发育单一的磁铁矿，成矿作用复杂，以热液成矿作用为主，兼有沉积成矿作用，可能有岩浆熔体成矿作用。一般，在火山沉积过程中形成浸染状贫矿体，随后，火山热液流体沿着火山机构环状断裂系运移并交代早期的贫矿体或直接沉淀形成铁矿体。虽然这些矿床也发育硫化物阶段，但是，主要形成大量的磁黄铁矿和黄铁矿，而有关的金属成矿作用并不发育，因此，这些矿床的金属元素为单一的铁元素。
4.3 成矿模式在上述研究基础上，建立了阿吾拉勒成矿带东段海相火山岩型铁矿床的两种成矿模式：(1)火山通道相铁多金属热液成矿模式；(2)火山边缘相铁沉积-热液成矿模式。
早石炭世(320~317Ma)，火山喷发形成大哈拉军山组中基性熔岩溢流相、火山沉积相和火山爆发相，火山喷发晚期(318Ma)，流体沿着火山通道及附近的断裂系发生大规模运移，并与围岩(大理岩)发生反应，伴随着强烈的矽卡岩化，形成磁铁矿矿体，随后(314~301Ma)，热液流体再次活动，沿着火山机构断裂系发生运移，伴随着硫化物沉淀，在铁矿体内部及周围形成锌矿体和金矿体(图 25)。
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图 25 火山通道相铁多金属热液成矿模式 Fig. 25 Proposed hydrothermal model for the volcanic channel phase-hosted Fe multimetal deposit |
早石炭世(329~318Ma)，火山喷发形成大哈拉军山组中基性熔岩溢流相、火山沉积相，同时火山沉积形成浸染状贫铁矿体；在晚石炭世(316~301Ma)，火山活动携带的成矿流体沿着高渗透性的火山机构断裂系运移，伴随着强烈的热液蚀变，交代早期浸染状贫矿体或直接富集沉淀形成磁铁矿矿体(图 26)。在查岗诺尔和智博矿区，火山口发生了塌陷形成破火山口，火山口塌陷改变了其中火山岩地层和火山机构断裂系以及赋存于其中的铁矿体的原始产状，致使矿体产状变缓；在备战矿区，火山机构受到后期夏格孜达坂紧闭向斜构造作用而发生变形，致使赋存其中的矿体产状随着火山机构被挤压而变得陡立。
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图 26 火山边缘相铁沉积-热液成矿模式 Fig. 26 Proposed sedimentary-hydrothermal model for the volcanic margin phase-hosted Fe deposit |
上述研究可见，阿吾拉勒成矿带东段发育的查岗诺尔、智博、敦德和备战等铁矿床的形成时代接近，空间分布上均受火山机构控制，成因上与火山活动密切相关，然而，不同的矿床，控矿的火山机构及其演化不同，矿体的产状及空间分布规律亦不同，基于此，我们初步建立了阿吾拉勒成矿带东段海相火山岩型铁矿的区域成矿模式(图 27)。
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图 27 阿吾拉勒成矿带东段石炭纪火山机构及有关的铁矿剖面图(a)和平面分布示意图(b) Fig. 27 Section (a) and plane (b) distribution graphs of the Carboniferous volcanic apparatus and associated iron deposits in the eastern Awulale belt |
(1) 阿吾拉勒成矿带东段的查岗诺尔、智博、敦德、备战等铁矿床均独自发育与成矿有关的石炭纪小规模火山机构，其火山口面积分别为10km2、15km2、6km2和4km2，敦德矿床位于火山口中心，查岗诺尔、智博、备战矿床均位于火山口边缘。
(2) 所有矿床的矿体均赋存于大哈拉军山组火山岩中，并受石炭纪火山机构断裂系控制，其中，敦德矿床的矿体赋存于火山通道及其断裂系中，其它矿床的矿体赋存于环状断裂系中。高渗透的火山机构断裂系为流体运移和矿质沉淀提供空间，是铁矿体关键控矿因素和主要赋矿部位。
(3) 敦德矿床成矿作用为单一的热液成矿作用，但成矿阶段复杂，包括早期矽卡岩阶段及铁成矿作用、晚期硫化物阶段及Zn-Au成矿作用，成矿元素具有Fe-Zn-Au组合，火山通道相流体活动强烈和硫化物阶段及有关的金属成矿作用异常发育是敦德矿区金属元素多样的主要原因；查岗诺尔、智博和备战矿床的成矿作用复杂，以热液成矿作用为主，并有沉积成矿作用及可能的岩浆熔体成矿作用，成矿元素为单一的Fe元素。
(4) 阿吾拉勒成矿带东段的海相火山岩型铁矿床可分为两个亚类，即火山通道型铁多金属矿床(如敦德)和火山边缘型铁矿床(如查岗诺尔、智博、备战)；相应地，成矿模式包括火山通道相铁多金属热液成矿模式和火山边缘相铁沉积-热液成矿模式。
致谢 野外工作期间得到新疆地质矿产开发局第三地质大队、第十一地质大队以及矿山领导和技术人员给予的支持和帮助；两位匿名审稿人提出了宝贵的修改意见和建议；本刊编辑也提出了很好的修改建议；在此谨致谢忱！
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