魏少妮 朱永峰

WEI ShaoNi1，2 and ZHU YongFeng2

1. 西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，新疆中亞造山帶大陸動(dòng)力學(xué)與成礦預(yù)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710054

2. 北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100871

1. Xinjiang Key Laboratory for Geodynamic Processes and Metallogenic Prognosis of the Central Asian Orogenic Belt;College of Geology and Environment，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China

2. Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution，Ministry of Education;School of Earth and Space Science，Peking University，Beijing 100871，China

2013-02-02 收稿，2014-05-05 改回.

1 引言

新疆西準(zhǔn)噶爾地區(qū)位于巴爾喀什-準(zhǔn)噶爾地體的東端，是中亞成礦域的重要組成部分(圖1a)。西準(zhǔn)地區(qū)古生代的地質(zhì)演化具有多階段性，地殼的垂向和側(cè)向增生導(dǎo)致殼幔物質(zhì)多次活化，成礦物質(zhì)多次遷移并富集成礦(何國(guó)琦和朱永峰，2006;朱永峰，2009)。目前已發(fā)現(xiàn)哈圖金礦、薩爾托海鉻鐵礦、包古圖金礦，以及齊Ⅱ、齊Ⅲ、齊Ⅳ、齊Ⅴ、一把火、鴿子溝、滿硐山、灰綠山、鉻門溝等二十多個(gè)金礦床。包古圖斑巖銅礦是近年來(lái)在西準(zhǔn)地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)大型銅礦床，成礦作用與包古圖Ⅴ號(hào)巖體密切相關(guān)(成勇和張銳，2006;張連昌等，2006;申萍等，2009;Cao et al.，2013)。在含礦巖體周邊分布有多個(gè)礦化程度較弱的中酸性侵入體，這些侵入體在礦物組成和巖性特征上與Ⅴ號(hào)巖體有區(qū)別。本文以包古圖地區(qū)礦化特征差別明顯的多個(gè)侵入體為研究對(duì)象，結(jié)合巖石學(xué)、年代學(xué)和地球化學(xué)分析，探討了侵入體的形成過(guò)程和源區(qū)特征，為進(jìn)一步評(píng)價(jià)西準(zhǔn)地區(qū)的成礦潛力提供依據(jù)。

2 區(qū)域地質(zhì)

西準(zhǔn)噶爾地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，分布著多條蛇綠混雜巖帶，包括北部的塔爾巴哈臺(tái)、洪古勒楞蛇綠巖，中部的達(dá)拉布特蛇綠巖，南部的瑪依勒、唐巴勒和克拉瑪依蛇綠巖(圖1a)。這些蛇綠巖的形成時(shí)代從前寒武紀(jì)到泥盆紀(jì)都有，具有復(fù)雜的巖石地球化學(xué)特征，構(gòu)造肢解使得恢復(fù)其形成環(huán)境存在諸多困難，目前普遍認(rèn)為這些蛇綠巖形成于與俯沖相關(guān)的構(gòu)造環(huán)境(SSZ 型)(朱永峰和徐新，2006;張?jiān)凸俳埽?010;陳博和朱永峰，2011;Yang et al.，2012a，b;Xu et al.，2012)。唐巴勒地區(qū)發(fā)現(xiàn)的志留紀(jì)藍(lán)片巖(張立飛，1997)和克拉瑪依地區(qū)發(fā)現(xiàn)的白云石大理巖、石榴石角閃巖代表著古俯沖帶的存在(陳博等，2008;朱永峰等，2008)。

西準(zhǔn)地區(qū)NE 走向的斷裂構(gòu)造發(fā)育，自西向東依次為巴爾魯克斷裂、瑪依勒斷裂和達(dá)拉布特?cái)嗔?。達(dá)拉布特?cái)嗔咽菂^(qū)內(nèi)最重要的斷裂，兩側(cè)次級(jí)構(gòu)造差別很大，北側(cè)以NE 向?yàn)橹鳎鏝E 走向的安齊斷裂和哈圖斷裂，地層亦呈NE 向展布(圖1b)。斷裂南側(cè)次級(jí)構(gòu)造包括兩期，早期以SN 向?yàn)橹?，部分次?jí)斷裂、褶皺以及地層均呈SN 向展布;晚期以NE向?yàn)橹?，可?jiàn)大量NE 向裂隙和脈巖。區(qū)內(nèi)主要出露古生代地層，物質(zhì)組成以火山碎屑沉積為主，并伴有大量火山巖夾層。石炭系地層廣泛分布在哈圖-包古圖地區(qū)，包括太勒古拉組、包古圖組和希貝庫(kù)拉斯組，地層中火山巖的形成時(shí)代為328 ～357Ma，為早石炭世(王瑞和朱永峰，2007;安芳和朱永峰，2009;郭麗爽等，2010;Geng et al.，2011)。

圖1 新疆北部及其鄰區(qū)大地構(gòu)造格架(a，據(jù)朱永峰和徐新，2006)和西準(zhǔn)噶爾地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b，據(jù)新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1993)Fig.1 Simplified sketch map of North Xinjiang and its adjacent regions (a，modified after Zhu and Xu，2006)and simplified geological map of West Junggar (b，modified after BGMRX，1993)

區(qū)內(nèi)侵入巖廣泛分布，部分侵入體與成礦作用密切相關(guān)。達(dá)拉布特?cái)嗔岩员背雎痘◢弾r基(如鐵廠溝、哈圖、廟爾溝、阿克巴斯套巖體)，斷裂以南出露克拉瑪依巖體、大量小型巖株和脈巖，例如包古圖Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ號(hào)巖體?；◢弾r基形成時(shí)代集中在300 ～310Ma(韓寶福等，2006;蘇玉平等，2006;Geng et al.，2009;賀敬博和陳斌，2011)，其中克拉瑪依巖體見(jiàn)銅、鉬礦化(李永軍等，2012)。小型巖株形成時(shí)代集中在310 ～320Ma(Liu et al.，2009;Tang et al.，2010;Shen et al.，2012;魏少妮等，2011)，Ⅴ號(hào)巖體是包古圖斑巖銅礦床的產(chǎn)出位置，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(hào)巖體也顯示不同程度的礦化特征(成勇和張銳，2006;張銳等，2006)。脈巖分布時(shí)間很廣，早期脈巖與小巖體同時(shí)形成，晚期脈巖集中在280Ma 以后(李辛子等，2004;周晶等，2008;徐芹芹等，2008;Yin et al.，2010;馮乾文等，2012a，b)，控制著包古圖金礦含礦石英脈的產(chǎn)出(沈遠(yuǎn)超和金成偉，1993;An and Zhu，2010)。本研究以包古圖地區(qū)礦化程度差別明顯的中酸性侵入體為研究對(duì)象，探討了西準(zhǔn)噶爾古生代巖漿巖的形成過(guò)程和源區(qū)特征。

3 巖石學(xué)特征

包古圖中酸性侵入體位于達(dá)拉布特?cái)嗔涯蟼?cè)，克拉瑪依市西南40km(圖2)。Ⅰ號(hào)巖體位于包古圖河?xùn)|岸，鄰近達(dá)拉布特?cái)嗔逊植?，侵位于包古圖組地層中。Ⅱ號(hào)巖體出露于包古圖地區(qū)中部希貝庫(kù)拉斯組地層中。這兩個(gè)巖體的巖性為花崗閃長(zhǎng)巖(圖3a)，少量花崗閃長(zhǎng)斑巖，主要由斜長(zhǎng)石(45%)、石英(25%)、角閃石(10%)、黑云母(%)和鉀長(zhǎng)石(10%)組成。磁鐵礦含量較高(5%)，可以呈不規(guī)則或是自形程度較好的粒狀與角閃石共生產(chǎn)出(圖3b)，部分磁鐵礦沿邊部和晶格方向被氧化成了赤鐵礦(圖3c)。鈦鐵礦含量明顯低于磁鐵礦(＜1%)，與之共生產(chǎn)出(圖3c)。另有少量榍石和磷灰石，多以礦物包體的形式被斜長(zhǎng)石和角閃石包裹。

圖2 包古圖地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a，據(jù)新疆地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測(cè)量大隊(duì)，1964 -1965①新疆地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測(cè)量大隊(duì).1964 -1965. 1∶20 萬(wàn)克拉瑪依幅地質(zhì)圖;成勇和張銳，2006)和地質(zhì)剖面圖(b)Fig.2 Simplified geological map (a，modified after Cheng and Zhang，2006)and geological section (b)of Baogutu region

Ⅲ號(hào)巖體長(zhǎng)約2.75km，寬500 ～880m，出露面積1.76km2，形狀為SE-NW 向展布的扁平狀橢圓體，該巖體目前已施工鉆孔13 個(gè)，巖芯總長(zhǎng)度6786.6m，其中8 個(gè)位于巖體內(nèi)部，5 個(gè)位于巖體周邊地層中。野外地質(zhì)工作將其劃分為北側(cè)的Ⅲ-1 和南側(cè)的Ⅲ-2 兩部分。Ⅲ-1 號(hào)巖體的巖性為花崗閃長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)巖(圖3a)，主要由斜長(zhǎng)石(50% ～55%)、角閃石(0% ～15%)、黑云母(5% ～15%)、石英(15% ～25%)和鉀長(zhǎng)石(5% ～10%)組成。Ⅲ-2 號(hào)巖體巖性以石英閃長(zhǎng)巖為主，少量花崗閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖和輝石閃長(zhǎng)巖，主要由斜長(zhǎng)石(50% ～60%)、角閃石(15% ～35%)、黑云母(5% ～10%)、鉀長(zhǎng)石(5% ～10%)和石英(5% ～10%)組成，部分巖性段見(jiàn)輝石。與Ⅰ、Ⅱ號(hào)巖體不同，Ⅲ-1 和Ⅲ-2巖體中鈦鐵礦含量豐富(5%)，與斜長(zhǎng)石、角閃石、黑云母等主要組成礦物共生產(chǎn)出(圖3d)，另有少量榍石和金紅石，磁鐵礦少見(jiàn)。

Ⅴ號(hào)巖體呈不規(guī)則鐘狀產(chǎn)出，出露面積0.84km2，東側(cè)為包古圖組，西側(cè)出露太勒古拉組。巖性以花崗閃長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)巖為主，主要由斜長(zhǎng)石(50% ～60%)、角閃石(10% ～15%)、黑云母(5% ～10%)和石英(5% ～25%)組成，少量磁鐵礦、鈦鐵礦、榍石和金紅石。部分樣品具有斑狀或似斑狀結(jié)構(gòu)，可定名為花崗閃長(zhǎng)斑巖或石英閃長(zhǎng)玢巖，斑晶相以斜長(zhǎng)石和角閃石為主，其次為黑云母，基質(zhì)為粒度較小的斜長(zhǎng)石、角閃石、黑云母、鉀長(zhǎng)石和石英(圖3e)。巖體邊部角礫巖發(fā)育，角礫為花崗閃長(zhǎng)巖，膠結(jié)物包括泥質(zhì)、方解石、石英和濁沸石(圖3f)。

4 測(cè)試方法

4.1 礦物電子探針?lè)治?/h3>

礦物電子探針?lè)治鲈谥袊?guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所電子探針與電鏡實(shí)驗(yàn)室完成，使用儀器為JXA-8100，測(cè)試條件為:加速電壓15kV;束流2 ×10-8A;束斑5μm;修正方法PRZ;使用的標(biāo)樣為標(biāo)準(zhǔn)樣品美國(guó)SPI 公司53 種礦物。

4.2 全巖主量和微量元素分析

通過(guò)詳細(xì)的手標(biāo)本和顯微鏡觀察，挑選包古圖礦化巖體中有代表性的全巖樣品，用清水洗凈晾干，用不銹鋼擂缽破碎至60 ～80 目，再用瑪瑙研缽研磨成200 目，待溶解。主量元素分析在北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，使用儀器為美國(guó)產(chǎn)ARL ADVANT’XP +掃描型波長(zhǎng)色散順序式X 射線熒光光譜儀，測(cè)試精度優(yōu)于1%。微量元素前處理(溶樣)工作在北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院完成，測(cè)試在核工業(yè)地質(zhì)研究院用Finnigen Mat ICP-MS 完成。

圖3 包古圖中酸性侵入體的顯微巖相學(xué)照片(a)花崗閃長(zhǎng)巖顯微特征，正交光;(b)磁鐵礦與角閃石共生，單偏光;(c)鈦鐵礦與磁鐵礦共生，磁鐵礦被氧化為赤鐵礦，反射光;(d)鈦鐵礦與黑云母，斜長(zhǎng)石和石英共生，反射光;(e)花崗閃長(zhǎng)斑巖中的斜長(zhǎng)石、角閃石和黑云母斑晶，正交光;(f)花崗閃長(zhǎng)巖角礫被泥質(zhì)、方解石、石英和濁沸石交結(jié)，單偏光. Amp-角閃石;Pl-斜長(zhǎng)石;Bt-黑云母;Qz-石英;Mag-磁鐵礦;Hem-赤鐵礦;Ilm-鈦鐵礦;Py-黃鐵礦;Lmt-濁沸石Fig.3 Microphotograph of Baogutu intermediate-acidic intrusions(a)microphotograph of granodiorite，polarized light;(b)magnetite coexists with amphibole，plane polarized light;(c)hematite replaced magnetite coexists with ilmenite，reflected light;(d)ilmenite coexists with biotite，plagioclase and quartz，reflected light;(e)granodiorite porphyry with plagioclase，amphibole and biotite，polarized light;(f)breccias with granodiorite clasts and pelitic，calcite，quartz and laumontite cement，plane polarized light. Amp-amphibole;Pl-plagioclase;Bt-biotite;Qz-quartz;Mag-magnetite;Hem-hematite;Ilm-ilmenite;Py-pyrite;Lmt-laumontite

4.3 全巖Rb-Sr、Sm-Nd 同位素分析

Sr、Nd 化學(xué)分離和同位素組成測(cè)定在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所同位素實(shí)驗(yàn)室完成，Rb-Sr 和Sm-Nd 的化學(xué)分離采用傳統(tǒng)的離子交換法。Sr、Nd 同位素分析在Finnigan MAT-262 型多接收固體源熱電離質(zhì)譜儀上完成。樣品的Sr 同位素組成采用靜態(tài)模式分析，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)樣品NBS-987 進(jìn)行儀器監(jiān)測(cè)，并使用86Sr/88Sr =0.1194 進(jìn)行校正。樣品的Nd 同位素組成采用動(dòng)態(tài)模式分析，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)樣品JNdⅠ-1 進(jìn)行儀器監(jiān)測(cè)，使用146Nd/144Nd =0.7219 對(duì)結(jié)果進(jìn)行校正。整個(gè)化學(xué)分離流程和分析過(guò)程分析過(guò)程使用國(guó)際標(biāo)樣BCR-2 和JMC 監(jiān)測(cè)，分析測(cè)試結(jié)果與推薦值在誤差范圍內(nèi)一致。

4.4 鋯石SHRIMP U-Pb 定年

圖4 包古圖中酸性侵入體中礦物成分圖解(a)斜長(zhǎng)石分類圖;(b)鈣質(zhì)角閃石分類圖(底圖據(jù)Leake，1977);(c)黑云母成分變異圖;(d)單斜輝石的Wo-En-Fs 分類圖解Fig.4 Compositon of minerals in Baogutu intrusions(a)classification diagram of plagioclase;(b)classification diagram of calcic amphibole (after Leake，1997);(c)component diagram of biotite;(d)plot of Wo-En-Fs for pyroxene

圖5 斜長(zhǎng)石成分特征(a、b)斜長(zhǎng)石的震蕩環(huán)帶;(c、d)斜長(zhǎng)石的結(jié)構(gòu)和成分不連續(xù)Fig.5 Characteristic composition of plagioclase(a，b)oscillatory zoning;(c，d)textual and compositional discontinuous

表1 包古圖中酸性侵入體角閃石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果(wt%)Table 1 Representative compositions of amphibole in Baogutu intermediate-acidic intrusions (wt%)

圖6 包古圖中酸性侵入體鈦鐵礦(a)和磁鐵礦(b)成分對(duì)比圖解Fig.6 Composition contrasting of ilmenite (a)and magnetite (b)in Baogutu intrusions

樣品通過(guò)傳統(tǒng)的破碎、磁選和重液法分離出鋯石，與標(biāo)準(zhǔn)鋯石樣品TEMROA1 一起在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院北京離子探針中心制靶。鋯石SHRIMP 測(cè)年在北京離子探針中心虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室指定的遠(yuǎn)程工作站(澳大利亞)應(yīng)用SROS(SHRIMP Remote Operation System)系統(tǒng)完成。采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEMROA1(417Ma，Black et al.，2003)進(jìn)行元素間的分餾校正，標(biāo)準(zhǔn)鋯石SL13(572Ma，U 含量為238 ×10-6)進(jìn)行樣品中U、Th 和Pb 含量的標(biāo)定。通過(guò)SQUID 及ISOPLOT 程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和年齡計(jì)算。具體實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)宋彪等(2002)。

5 礦物化學(xué)

5.1 斜長(zhǎng)石

圖7 包古圖III-1 號(hào)巖體鋯石CL 圖像和SHRIMP 年齡(a)III-1 號(hào)巖體鋯石CL 圖像;(b、c)III-1 號(hào)巖體鋯石SHRIMP 定年結(jié)果Fig.7 Cathode luminescence (CL)images and SHRIMP dating results of zircon from Baogutu intrusive body III-1(a)CL images of zircon from intrusive body III-1;(b，c)SHRIMP dating results of intrusive body III-1

包古圖各中酸性侵入體中斜長(zhǎng)石成分變化范圍大(從更長(zhǎng)石、中長(zhǎng)石到拉長(zhǎng)石都有，圖4a，數(shù)據(jù)表略)。Ⅰ號(hào)巖體花崗閃長(zhǎng)巖中的斜長(zhǎng)石以中長(zhǎng)石為主，其次為拉長(zhǎng)石(An34Ab58Or8-An54Ab46Or0)，An 值平均為46。Ⅱ號(hào)巖體中的斜長(zhǎng)石較酸性，An 值平均33，以中長(zhǎng)石為主，少量更長(zhǎng)石。Ⅲ-1號(hào)巖體花崗閃長(zhǎng)巖中的斜長(zhǎng)石以中長(zhǎng)石為主，其次為拉長(zhǎng)石和更長(zhǎng)石(An15Ab83Or2-An64Ab35Or1)，An 平均值42。Ⅲ-2 號(hào)巖體石英閃長(zhǎng)巖中的斜長(zhǎng)石整體基性程度較高，以拉長(zhǎng)石為主，其次為中長(zhǎng)石和更長(zhǎng)石(An12Ab86Or2-An62Ab37Or1)，An值平均47。Ⅴ號(hào)巖體中的斜長(zhǎng)石以中長(zhǎng)石為主，其次為更長(zhǎng)石(An14Ab84Or13-An51Ab48Or1)，An 值平均36。環(huán)帶特征較好的斜長(zhǎng)石從核部到邊部成分反復(fù)變化，顯示震蕩環(huán)帶的特征(圖5a，b)。部分斜長(zhǎng)石顯示階段性的成分變化，從核部到邊部經(jīng)歷多次成分間斷，可通過(guò)粗糙的絹云母化邊界識(shí)別出來(lái)，每個(gè)侵蝕界面之后都突變?yōu)楦籆a 的斜長(zhǎng)石(圖5c，d)。蝕變過(guò)程中有大量的磁鐵礦生成，指示了較高的氧逸度條件。每個(gè)侵蝕界面之后都突變?yōu)楦籆a 的斜長(zhǎng)石，指示了巖漿成分的變化。

5.2 角閃石

侵入巖中的角閃石屬于鈣質(zhì)閃石，成分投點(diǎn)位于鎂質(zhì)普通角閃石區(qū)域，Mg#變化范圍很大(0.58 ～0.72，表1)。受蝕變作用影響，少數(shù)角閃石轉(zhuǎn)變?yōu)橥搁W石或陽(yáng)起石(圖4b)。Ⅰ號(hào)巖體花崗閃長(zhǎng)巖中的角閃石有兩種產(chǎn)出形式，一種呈自形程度很好的短柱狀晶體，另一種為粒度較小的集合體。兩類角閃石具有非常一致的成分特征，Mg#變化范圍很大(0.63～0.95，平均0.76)。Ⅱ號(hào)巖體角閃石結(jié)晶程度好，花崗閃長(zhǎng)斑巖中角閃石斑晶的Mg#為0.72 ～0.87，平均0.79;花崗閃長(zhǎng)巖中的角閃石Mg#較高，為0.81 ～0.90，平均0.85。Ⅲ-1號(hào)巖體花崗閃長(zhǎng)巖中的角閃石成分均一，Mg#為0.58 ～0.72，平均0.65。Ⅲ-2 號(hào)巖體石英閃長(zhǎng)巖中的角閃石成分變化范圍較大，整體Mg#很高(0.71 ～1，平均0.89)。輝石閃長(zhǎng)巖中見(jiàn)兩類角閃石，第一種為巖漿成因的角閃石，新鮮到弱蝕變，Mg#變化范圍為0.64 ～0.90，平均0.79;第二種為交代輝石的產(chǎn)物，分布在輝石顆粒的邊部，部分角閃石仍呈現(xiàn)輝石的光性特征，Mg#變化范圍為0.69 ～1，平均0.79，兩類角閃石在元素組成上沒(méi)有區(qū)別。Ⅴ號(hào)巖體花崗閃長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)巖中角閃石的成分差別較大，石英閃長(zhǎng)巖(樣品ZK601-1)中的角閃石Mg#較低(0.68 ～0.73，平均0.71)，花崗閃長(zhǎng)巖(ZK203-3)中的角閃石Mg#較高(0.80 ～0.89，平均0.85)。

5.3 黑云母

不同侵入體中黑云母的成分差別較大(表2、圖4c)，Ⅰ、Ⅱ號(hào)巖體黑云母Mg#變化范圍很小(0.57 ～0.65)，分類圖解中位于黑云母和金云母端元的分界線上。Ⅲ-1 號(hào)巖體黑云母的Mg#較低(0.44 ～0.47，平均0.46)，成分投影位于黑云母區(qū)域。Ⅲ-2 號(hào)巖體石英閃長(zhǎng)巖中的黑云母成分變化范圍很大，Mg#從0.45 變化到0.60，平均0.54，在分類圖解上位于黑云母區(qū)域，鄰近黑云母和金云母的分界線分布。Ⅴ號(hào)巖體不同樣品黑云母成分差別很大，花崗閃長(zhǎng)巖中的黑云母Mg#很高(0.61 ～0.63，平均0.62)，明顯高于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ-1 和Ⅲ-2 號(hào)巖體，成分投點(diǎn)位于金云母區(qū)域。石英閃長(zhǎng)巖中黑云母的Mg#很低(0.40 ～0.51，平均0.47)，成分特征與Ⅲ-1 號(hào)巖體相似，位于黑云母區(qū)域。

表2 包古圖中酸性侵入體黑云母電子探針?lè)治鼋Y(jié)果(wt%)Table 2 Representative compositions of biotite in Baogutu intermediate-acidic intrusions (wt%)

5.4 輝石

Ⅲ-2 號(hào)巖體局部位置出現(xiàn)輝石閃長(zhǎng)巖，輝石顆粒核部新鮮，邊部被角閃石交代，部分角閃石仍保留著輝石的光性特征，整體裂隙較多。新鮮的輝石核部成分均一，屬于普通輝石，端元組成為:En38-47Fs10-20Wo41-46(圖4d，分析數(shù)據(jù)另文發(fā)表)。Mg#變化范圍為0.69 ～0.87，隨Mg#升高，Al2O3、MnO含量連續(xù)變化，分別顯示良好的正相關(guān)性和負(fù)相關(guān)性，是角閃石交代作用的結(jié)果。

5.5 磁鐵礦和鈦鐵礦

各侵入體中都含鈦鐵礦，但不同侵入體鈦鐵礦成分差別明顯(表3)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ號(hào)巖體中鈦鐵礦的FeO 含量明顯高于Ⅲ號(hào)巖體，而TiO2含量較低(圖6a)。磁鐵礦僅見(jiàn)于Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ號(hào)巖體中，其中Ⅴ號(hào)巖體磁鐵礦的TiO2含量明顯高于Ⅰ、Ⅱ號(hào)巖體(圖6b)。

6 鋯石SHRIMP 年代學(xué)

從Ⅲ-1 和Ⅲ-2 號(hào)巖體中部挑選新鮮樣品(分別為09BGT-18 和09BGT-26)，從中分選鋯石，進(jìn)行SHRIMP 年代學(xué)研究。2 個(gè)樣品分選出的鋯石顆粒形態(tài)規(guī)則，以長(zhǎng)柱狀為主，大小～100μm，少數(shù)顆?？蛇_(dá)200μm。陰極發(fā)光圖像顯示典型的扇形結(jié)構(gòu)，指示其巖漿成因(圖7a、圖8a)。樣品09BGT-18 鋯石的U、Th 含量變化很大，分別為34 ×10-6～162 ×10-6和17 ×10-6～130 ×10-6，232Th/238U 比值在0.45～0.84 之間變化，表觀年齡集中在300.8 ～322.7Ma 之間(表4)。16 個(gè)測(cè)點(diǎn)的加權(quán)平均年齡為313 ±3Ma(MSWD =0.89，n =16)，代表了Ⅲ-1 號(hào)巖體的結(jié)晶年齡(圖7b，c)。樣品09BGT-26 鋯石的U 含量為29 ×10-6～188 ×10-6，Th含量變化范圍為16 ×10-6～184 ×10-6，232Th/238U 比值為0.38 ～1.01，表觀年齡集中在302.1 ～327.4Ma 之間(表4)。13 個(gè)測(cè)點(diǎn)的加權(quán)平均年齡為319 ±3Ma(MSWD =0.80，n =13)，代表了Ⅲ-2 號(hào)巖體的結(jié)晶年齡(圖8b，c)。

表3 包古圖中酸性侵入體磁鐵礦、鈦鐵礦電子探針?lè)治鼋Y(jié)果(wt%)Table 3 Representative compositions of magnetite and ilminite in Baogutu intermediate-acidic intrusions (wt%)

7 地球化學(xué)

7.1 主量和微量元素

包古圖中酸性侵入體主量元素變化范圍很大(代表性數(shù)據(jù)見(jiàn)表5)，SiO2含量在57.07% ～69.79% 之間(平均62.29%)，整體富Na 貧K(Na2O/K2O =1.60 ～7.25，平均2.80)。Al2O3和CaO 含量較高，平均值分別為16.12%和4.49%。TiO2、P2O5、MnO 含量較低，平均值小于1%。MgO含量和Mg#很高，平均值分別為2.62%和0.48。在TAS 圖解中，樣品投影在亞堿性序列里，數(shù)據(jù)點(diǎn)非常分散，花崗巖到閃長(zhǎng)巖的區(qū)域中都有分布(圖9)。在SiO2變異圖解中，來(lái)自各侵入體的樣品呈現(xiàn)分散變化的特征，顯示分離結(jié)晶趨勢(shì)(圖10)。

各中酸性侵入體具有非常一致的微量元素地球化學(xué)特征(代表性數(shù)據(jù)見(jiàn)表5)，稀土總量較低(42.40 × 10-6～103.5 ×10-6，平均60.88 ×10-6)，顯示右傾型的稀土配分模式，輕稀土富集，重稀土平坦分布，輕重稀土分異弱((La/Yb)N=3.32 ～8.07，平均4.86)，無(wú)明顯Eu 異常(δEu =0.76～1.44，平均1.07;圖11a-e)。在微量元素蛛網(wǎng)圖上，Cs、Rb、Ba、Th、U 等大離子親石元素含量變化很大，Cs、Ba、U 顯示富集趨勢(shì)。所有樣品均顯示Nb、Ta、Ti 的虧損，Sr 含量很高，Zr、Hf 含量變化很大(圖11f-j)。

7.2 Rb-Sr、Sm-Nd 同位素

圖8 包古圖III-2 號(hào)巖體鋯石CL 圖像和SHRIMP 年齡(a)III-2 號(hào)巖體鋯石CL 圖像;(b、c)III-2 號(hào)巖體鋯石SHRIMP 定年結(jié)果Fig.8 Cathodeluminescence (CL)images and SHRIMP dating results of zircon from Baogutu intrusive body III-2(a)CL images of zircon from intrusive body III-2;(b，c)SHRIMP dating results of intrusive body III-2

圖9 包古圖中酸性侵入體巖性分類圖解灰色數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)自張連昌等，2006;Shen et al.，2009;Tang et al.，2010Fig.9 Classification diagram of Baogutu intermediate-acidic intrusionsData from this research and Zhang et al.，2006;Shen et al.，2009;Tang et al.，2010

包古圖中酸性侵入體具有高Sr、低Rb 的特點(diǎn)(表6)，Sr含量431.5 ×10-6～941.7 ×10-6(平均657.7 ×10-6)，Rb 含量17.23 ×10-6～74.40 ×10-6(平均38.66 ×10-6)，與微量元素分析結(jié)果一致。87Rb/86Sr 變化范圍很大，0.0552 ～0.4988(平均0.2049)，具有非常一致的Sr 初始比值((87Sr/86Sr)i= 0.7036 ～0.7038)。Sm、Nd 含 量 較 低，147Sm/144Nd 為0.1193 ～0.1450，具有高(143Nd/144Nd)i值(0.5126 ～0.5127)和正的εNd(t)值(6.64 ～8.30)，Sr-Nd 同位素圖解中靠近地幔序列分布(圖12)。單階段和兩階段法計(jì)算獲得的Nd 模式年齡相近，分別為tDM1= 435.4 ～587.7Ma 和tDM2=402.6 ～535.5Ma。

8 討論

包古圖中酸性侵入體屬于亞堿性巖石，Al2O3、CaO 和Na2O 含量較高，富含黑云母和角閃石等礦物，這些巖體具有一致的微量元素和Sr-Nd 同位素組成，顯示相同的稀土配分模式，指示他們具有相同的成因和巖漿源區(qū)。各侵入體具有非常虧損的Sr-Nd 同位素組成((87Sr/86Sr)i= 0.7036 ～0.7038;εNd(t)=6.64 ～8.30)，在同位素圖解上鄰近地幔序列分布(圖12)，指示巖漿可能來(lái)自虧損地幔或新生下地殼的部分熔融。實(shí)驗(yàn)研究表明，玄武質(zhì)巖石部分熔融生成的巖漿Mg#值都很低，通常小于0.4(Rapp and Watson，1995)，但是包古圖中酸性侵入體的Mg#較高(0.34 ～0.59，平均0.48)，指示巖漿源區(qū)以幔源物質(zhì)為主(圖13)。除此之外，本文以及前人研究成果顯示，部分侵入體的SiO2含量很低(最低可達(dá)50.24%)，玄武質(zhì)的巖石只有在極高溫(＞1000℃)條件下的脫水熔融才會(huì)形成低硅的巖漿，而這遠(yuǎn)高于包古圖中酸性侵入體的結(jié)晶溫度(501 ～581℃，見(jiàn)下文)，因此通過(guò)玄武質(zhì)下地殼部分熔融形成母巖漿的可能性很小。

表4 包古圖III 號(hào)巖體鋯石SHRIMP 定年結(jié)果Table 4 Zircon SHRIMP dating for Baogutu intrusive body III

虧損地幔部分熔融產(chǎn)生的玄武質(zhì)熔體需要經(jīng)歷充分的巖漿混合或是分離結(jié)晶作用才能形成中酸性的巖石，斜長(zhǎng)石不連續(xù)變化的成分特征暗示存在巖漿混合作用。隨SiO2含量升高，各侵入體CaO、Fe2O3、MgO、Sc、Co 等元素的含量逐漸降低(圖10)，指示分離結(jié)晶作用在巖漿演化過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，而巖漿混合作用較弱，或是先于分離結(jié)晶作用發(fā)生。MgO 和FeO 主要受輝石和角閃石等鐵鎂質(zhì)礦物控制，Sc 和Co 含量的降低與之一致。Al2O3含量的變化主要受斜長(zhǎng)石的結(jié)晶作用控制，P2O5和TiO2含量的降低與磷灰石和鈦鐵礦(或榍石)的晶出有關(guān)。各巖體普遍富集Cs、Ba、U、Sr等大離子親石元素，虧損Nb、Ta、Ti 等高場(chǎng)強(qiáng)元素，且具有輕稀土富集的右傾型稀土配分模式，說(shuō)明巖漿源區(qū)受到了交代作用的影響。侵入體具有年輕的Nd 模式年齡(tDM1=435.4～587.7Ma;tDM2=402.6 ～535.5Ma)，同時(shí)隨SiO2含量升高，樣品的εNd(t)和(87Sr/86Sr)i并無(wú)明顯變化趨勢(shì)(圖14)，指示巖漿源區(qū)受古老地殼物質(zhì)混染的可能性很小。

包古圖中酸性侵入體主要組成礦物相同，但是磁鐵礦和鈦鐵礦的含量以及成分特征差別很大(圖6)。Ⅰ、Ⅱ號(hào)巖體以磁鐵礦為主，鈦鐵礦含量較少;Ⅲ-1 和Ⅲ-2 號(hào)巖體鈦鐵礦含量豐富，未見(jiàn)磁鐵礦;Ⅴ號(hào)巖體以鈦鐵礦為主，見(jiàn)少量磁鐵礦。磁鐵礦和鈦鐵礦是中酸性巖漿中常見(jiàn)的不透明礦物，二者分布情況的差異指示包古圖中酸性侵入體包括兩種類型:Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ號(hào)巖體見(jiàn)磁鐵礦-鈦鐵礦的共生組合，屬于磁鐵礦型侵入體;Ⅲ-1、Ⅲ-2 號(hào)巖體只含鈦鐵礦(不含磁鐵礦)，屬于鈦鐵礦型侵入體。礦物組合的差異與礦物成分特征相一致，磁鐵礦型侵入體中的鈦鐵礦富Fe 貧Ti，而鈦鐵礦型侵入體中的鈦鐵礦Ti 含量較高，指示礦物結(jié)晶時(shí)巖漿環(huán)境的差異。

表6 包古圖中酸性侵入體Rb-Sr、Sm-Nd 同位素分析結(jié)果Table 6 Rb-Sr、Sm-Nd isotopic data for Baogutu intermediate-acidic intrusions

圖10 包古圖中酸性侵入體Harker 圖解Fig.10 Harker diagrams for Baogutu intermediate-acidic intrusions

圖11 包古圖中酸性侵入體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分模式圖(a-e)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(f-j)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989;陰影區(qū)據(jù)Shen et al.，2009;Tang et al.，2010)Fig.11 Chondrite-normalized REE distribution patterns (a-e)and primitive mantle-normalized trace element patterns (f-j)for Baogutu intermediate-acidic intrusions (normalization values after Sun and McDonough，1989;shaded areas after Shen et al.，2009;Tang et al.，2010)

圖12 包古圖中酸性侵入體(87Sr/86Sr)i-εNd(t)圖解(a)和tDM-εNd(t)圖解(b)Fig.12 (87 Sr/86 Sr)i vs. εNd(t)correlation diagram (a)and tDM vs. εNd (t)variation diagram (b)for Baogutu intermediate-acidic intrusions

圖13 包古圖中酸性侵入體SiO2-Mg#圖解(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)自Rapp and Watson，1995)Fig.13 Diagram of SiO2 vs. Mg# for Baogutu intermediateacidic intrusions (experimental data from Rapp and Watson，1995)

圖14 包古圖中酸性侵入體SiO2-(87 Sr/86 Sr)i(a)和SiO2-εNd(t)(b)圖解Fig.14 Diagram of SiO2 vs. (87Sr/86Sr)i(a)and SiO2 vs.εNd(t)(b)for Baogutu intermediate-acidic intrusions

圖15 包古圖中酸性侵入體溫度-氧逸度圖解(底圖據(jù)Eugster and Wones，1962;計(jì)算方法據(jù)Lepage，2003)HM-赤鐵礦-磁鐵礦緩沖劑;NNO-Ni-NiO 緩沖劑;QFM-石英-鐵橄欖石-磁鐵礦緩沖劑;MW-磁鐵礦-方鐵礦緩沖劑;WI-方鐵礦-鐵緩沖劑;QFI-石英-鐵橄欖石-鐵緩沖劑Fig. 15 Temperature vs. oxygen fugacity diagram for Baogutu intermediate-acidic intrusions (after Eugster and Wones，1962;calculation after Lepage，2003)HM-hematite-magnetite buffer;NNO-Ni-NiO buffer;QFM-quartzfayalite-magnetite buffer; MW-magnetite-wuestite buffer; WIwuestite-iron buffer;QFI-quartz-fayalite-iron buffer

磁鐵礦和鈦鐵礦的共生組合指示Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ號(hào)巖體具有高的氧逸度條件，logfO2分別為-19 ～-16、-22 ～-20 和-20 ～- 18，對(duì)應(yīng)的結(jié)晶溫度分別為517 ～578℃、501 ～528℃、557 ～581℃，在溫度-氧逸度圖解上分布于NNO 和HM 之間(圖15)。Ⅲ號(hào)巖體僅含鈦鐵礦，說(shuō)明它的氧逸度略低于Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ號(hào)巖體。巖漿結(jié)晶過(guò)程中氧逸度的差異導(dǎo)致產(chǎn)生不同類型的侵入體。除此之外，高氧逸度是形成大型斑巖礦床的必要條件之一。Cu 和Au 在硫化物相和硅酸鹽熔體相間的分配系數(shù)分別為103和105(Peach et al.，1990)，與硅酸鹽熔體相比，Cu 和Au 強(qiáng)烈分配進(jìn)入硫化物相。在高氧化狀態(tài)下，巖漿源區(qū)中的硫以硫酸鹽的形式存在，不會(huì)生成大量的硫化物相，確保成礦巖漿在向地殼淺部侵位之前不會(huì)流失大量的金屬元素(Richards，2005，2009)。前人研究表明，氧逸度高于QFM +2 的體系可有效抑制硫化物相生成，具有很好的成礦潛力(Mungall et al.，2002)。包古圖Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ號(hào)侵入體的氧逸度值明顯高于NNO 緩沖劑，指示其成礦潛力巨大。

9 結(jié)論

包古圖晚石炭世(313 ±3Ma ～319 ±3Ma)中酸性侵入體包括兩種類型，Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ號(hào)巖體為磁鐵礦型侵入體，氧逸度較高(logfO2= -22 ～-16);Ⅲ-1、Ⅲ-2 號(hào)巖體為鈦鐵礦型侵入體，氧逸度較低。兩類侵入體具有一致的微量元素和同位素特征，來(lái)自同一巖漿源區(qū)，具有以下性質(zhì):(1)地幔源區(qū)經(jīng)歷過(guò)巖漿抽提作用，具有虧損性質(zhì);(2)巖漿源區(qū)遭受交代作用，導(dǎo)致產(chǎn)生大離子親石元素富集、高場(chǎng)強(qiáng)元素虧損的地球化學(xué)特征，以及輕稀土元素富集的稀土配分模式;(3)具有高的H2O 含量和氧逸度，確保角閃石等含水礦物和磁鐵礦等氧化物的結(jié)晶。該源區(qū)部分熔融形成的玄武質(zhì)熔體經(jīng)歷高度結(jié)晶分離作用，產(chǎn)生Mg#較高、Sr-Nd 同位素虧損的中酸性巖漿，古老地殼物質(zhì)的混染很弱。中酸性巖漿在晚石炭世期間向地殼淺部侵位結(jié)晶形成包古圖侵入體。

致謝 野外工作了得到了武警黃金第八支隊(duì)的支持和幫助;中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)羅照華教授、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所申萍老師在論文成文過(guò)程中給予了諸多建議和幫助;謹(jǐn)在此一并致謝。

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