齊天驕，薛春紀，許碧霞

1.地質過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室/中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京 100083 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)水利科學研究院，呼和浩特 010020

0 引言

西天山“亞洲金腰帶”是古亞洲成礦域東西向綿延2 500 km的巨型跨境成礦帶[1-3]，以近鄰新疆西天山境外中亞鄰區(qū)眾多世界級和大型—超大型銅金礦床集中產(chǎn)出而備受世人矚目。近年，在新疆新源縣南部新發(fā)現(xiàn)的卡特巴阿蘇大型金礦床[4-5]初步證實“亞洲金腰帶”在我國新疆西天山也呈現(xiàn)出良好的找礦前景。

2007—2008年，新疆匯達礦產(chǎn)資源開發(fā)有限公司在本區(qū)開展工作并發(fā)現(xiàn)布合塔銅(金)礦化點。布合塔礦化區(qū)位于昭蘇縣西南約130 km，天山山脈西端哈爾克山北坡。二長花崗巖和石英閃長巖均呈巖株狀侵入于研究區(qū)出露地層下伏的凝灰?guī)r地層中，銅(金)礦化主要發(fā)現(xiàn)于巖體與圍巖接觸帶及巖體邊緣。從地質特征來看，巖體的侵位與礦化有著密切的關系，但目前沒有對本區(qū)2種巖體的年齡及相關地球化學特征的報道。本文針對研究區(qū)廣泛出露的中酸性侵入體開展年代學、巖體地質和元素地球化學研究，約束巖漿起源，認識成巖成礦地質環(huán)境，旨在為區(qū)域金銅成礦研究和找礦突破提供新參考。

1 區(qū)域背景與礦化區(qū)地質

1.1 區(qū)域地質背景

區(qū)域大地構造位置位于塔里木—中天山板塊與伊犁板塊在晚古生代碰撞聚合形成的造山帶——中天山地塊北緣(那拉提北緣斷裂)北部、哈薩克斯坦—伊犁板塊西南部邊緣(圖1a)，該帶呈北東東向展布，南、北邊界分別受控于哈爾克山斷裂和那拉提斷裂兩條巖石圈斷裂。褶皺構造也十分發(fā)育。區(qū)域地層有古生界、新生界，其中以古生界分布范圍最廣。古生界又以石炭紀地層尤為發(fā)育，遍及中、北部的大部分地區(qū)。區(qū)域上主要出露志留系上統(tǒng)窮庫什太組、阿合牙子組，石炭系下統(tǒng)大哈拉軍山組、阿克薩克組下亞組、阿克薩克組上亞組及第四系。

區(qū)域巖漿侵入活動主要在華力西期(石炭、二疊紀)。侵入巖呈巖基、巖株、巖瘤、巖墻、巖枝等產(chǎn)出，總體沿70°—80°方向呈帶狀或長條狀展布。早古生代花崗巖主要分布在伊犁板塊南緣及部分中天山地區(qū)[6-7]。研究認為西天山早古生代花崗巖具有A型花崗巖特征，與洋盆擴張或早古生代造山有關[7]；也有研究顯示中天山早古生代花崗巖具活動陸緣的特征[8-9]。朱志新等[10]對西天山古生代花崗巖時空分帶研究中指出，在早古生代主要存在2種花崗巖，既有與板塊俯沖相關的鈣堿性花崗巖，又有與同碰撞相關的花崗巖。

1.2 礦化區(qū)地質特征

礦化區(qū)出露的地層主要有下石炭統(tǒng)阿克薩克組下亞組、第四系上更新統(tǒng)冰磧堆積冰積物和第四系殘坡積物等(圖1b)。下石炭統(tǒng)阿克薩克組下亞組巖性主要為灰?guī)r、泥質灰?guī)r、白云質灰?guī)r、硅化灰?guī)r。研究區(qū)巖漿巖較為發(fā)育，主要表現(xiàn)為中酸性巖漿侵入。出露的巖體主要有二長花崗巖和石英閃長巖。斷裂構造主要呈近東西向和北西向，并控制著巖漿巖的侵位和分布。最新的鉆孔資料表明，礦化區(qū)花崗質巖侵入體與礦化區(qū)下伏的凝灰?guī)r地層為侵入接觸關系，在巖體邊緣及接觸帶多發(fā)育綠泥石化、黃鐵礦-磁黃鐵礦化及黃銅礦化。關于礦體等地質特征仍在詳查中*張招財，姚景利. 新疆昭蘇縣布合塔多金屬礦詳查工作總結. 伊寧：新疆福山礦業(yè)有限公司，2012.。

2 巖體地質和巖相學

二長花崗巖與石英閃長巖均與地層呈侵入接觸關系，巖株狀產(chǎn)出。礦化區(qū)鉆孔巖心巖石特征顯示，在巖體與圍巖接觸帶發(fā)育Cu(Au)礦化，巖體邊緣帶及與圍巖(多為凝灰質巖)接觸帶多見硅化、綠泥石化等蝕變。

花崗質巖樣品均采自鉆孔巖心。二長花崗巖測試樣品呈肉紅色，中—細?；◢徑Y構，塊狀構造(圖2a、b)。其中：斜長石體積分數(shù)為35%～40%；鉀長石體積分數(shù)為25%～30%；石英體積分數(shù)為15%～20%；角閃石+黑云母體積分數(shù)為5%～10%。石英閃長巖樣品呈深灰色—灰綠色，細粒結構，塊狀構造(圖2c、d)。其中：斜長石體積分數(shù)為35%～40%；鉀長石體積分數(shù)為5%～10%；石英體積分數(shù)為15%～20%；角閃石+黑云母體積分數(shù)為25%～30%。

據(jù)腳注*楊明禮，王繼光，王逢新，等. 新疆昭蘇縣布合塔礦區(qū)實際材料圖. 伊寧：陜西省核工業(yè)地質局二一一大隊，2012. 編。圖1 研究區(qū)所在西天山大地構造圖(a)和研究區(qū)地質簡圖(b)Fig.1 Regional tectonic map(a) and sketch geological map of Buheta mineralization district(b)

a.二長花崗巖；b.二長花崗巖薄片鏡下照片；c.石英閃長巖；d.石英閃長巖薄片鏡下照片。Q.石英；Pl.斜長石；Or.鉀長石；Hb.角閃石。圖2 研究區(qū)巖漿巖樣品與鏡下照片F(xiàn)ig.2 Pictures and mircopictures of granits samples from Buheta district

3 分析方法與結果

3.1 分析方法

本次采用的樣品均來自礦化區(qū)鉆孔巖心，新鮮未風化，未見礦化，僅有微弱的硅化(鉀化)，從測試結果來看不影響分析。

巖石樣品主微量測試完成于中國地質科學院國家地質實驗測試中心。主量元素使用X射線熒光分析法(XRF)和濕化學法進行測試，分析精度優(yōu)于3%；微量元素分析使用等離子質譜(PE300D)進行測試 。先稱量50 mg樣品置于teflon封閉溶液樣器中，加入HNO3、HF和HClO4進行溶解，保持190 ℃恒溫封存24 h；取出待冷卻后，加熱蒸干并加入5%HNO3將樣品稀釋至50 mL，溶液倒入塑料瓶進行ICP-MS質量分數(shù)測定。測試以GSR1和GSR2作為標樣，質量分數(shù)大于1×10-6的元素測試誤差一般小于5%，質量分數(shù)小于1×10-6的元素測試誤差小于10%。測試結果見表1。

鋯石U-Pb測年完成于中國地質調查局天津地質調查中心實驗測試室。儀器為Neptune多接收電感耦合等離子質譜儀和193 nm激光取樣系統(tǒng)(LA-MC-ICP-MS)聯(lián)機。實驗時使用193 nmFX激光器對鋯石進行剝蝕，激光斑束35 μm，激光剝蝕時以He為載氣送入Neptune，利用動態(tài)變焦擴大色散使質量數(shù)相差很大的U-Pb同位素同時接收，以測定U-Pb同位素，鋯石標樣使用TEMORA標準鋯石。數(shù)據(jù)處理與諧和圖繪制使用ICPMSDataCal繪制[11-12]。測試結果見表2。

3.2 年代學

二長花崗巖鋯石無色透明，呈長柱狀，少數(shù)呈短柱狀，長寬比值平均約為2∶1，長軸長平均約220 μm，陰極發(fā)光照片上顯示大部分鋯石韻律環(huán)帶較為發(fā)育(圖3a)，指示為巖漿鋯石；石英閃長巖鋯石無色透明，呈長柱狀，少數(shù)呈短柱狀，長寬比值主要為4∶1～3∶1，長軸長主要為150～250 μm，陰極發(fā)光照片顯示部分鋯石內(nèi)部可見韻律環(huán)帶，大部分呈現(xiàn)較窄密集的環(huán)帶，呈扇形結構(圖3b)。一般情況下，巖漿鋯石的Th、U質量分數(shù)較高，Th/U>0.5，而變質成因鋯石的Th、U質量分數(shù)低，且Th/U<0.1[13-18]。典型的巖漿成因鋯石Th/U值一般為0.1～1.0[14, 16, 19]，實驗結果顯示鋯石樣品Th/U值(表2)符合巖漿鋯石的特征。二長花崗巖鋯石樣品中，所測諧和年齡值(434.6±5.9)Ma(MSWD=0.67)(圖4a)與所測16個點的206Pb/238U加權平均年齡為(434.5±4.6)Ma(MSWD=0.76)(圖4b)相近，加權年齡值代表巖漿侵位年齡；石英閃長巖鋯石樣品諧和年齡計算結果為(447.4±7.1)Ma(MSWD=1.5)(圖4c)，與所測得20個點的加權平均年齡為(445.7±5.1)Ma(MSWD=1.5)(圖4d)相近，加權平均年齡可代表巖漿侵位年齡。

表1 研究區(qū)花崗質巖主量、微量、稀土元素測試結果

注：主量元素質量分數(shù)單位為%；稀土、微量元素質量分數(shù)單位為10-6。

表2 研究區(qū)巖漿巖鋯石LA-ICP-MS分析結果

圖3 研究區(qū)二長花崗巖(a)和石英閃長巖(b)代表性鋯石陰極發(fā)光照片F(xiàn)ig.3 CL images of representative zircons from monzogranite(a) and quart diorite(b) in Buheta district

圖4 研究區(qū)二長花崗巖鋯石諧和圖及加權年齡圖(a)和石英閃長巖鋯石諧和圖及加權年齡圖(b)Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagrams and U-Pb age histograms of monzogranite(a)and quartz diorite(b) in the study area

3.3 巖石地球化學

研究區(qū)巖石樣品元素相關圖解如圖5所示。

二長花崗巖w(SiO2)為64.84%～66.37%，平均為65.61%；w(Al2O3)為14.25%～14.73%；w(CaO)為2.61%～3.25%；w(K2O)為4.67%～4.88%；w(Na2O)為2.75%～2.97%(表1)。里特曼指數(shù)為2.49～2.69，為鈣堿性；鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.35～1.42，屬過鋁質；w(K2O)-w(SiO2)圖解上投點落入鉀玄巖系列(圖5a)。鋁飽和指數(shù)判別圖上，樣品點落入過鋁質范圍內(nèi)(圖5b)。

二長花崗巖稀土總量w(ΣREE)為(286.20～318.96)×10-6，Eu呈現(xiàn)負異常，δEu值為0.67～0.77，輕重稀土元素比值LREE/HREE為11.54～12.65。球粒隕石標準化曲線(圖6a)呈較陡右傾，(La/Yb)N值為16.66～19.28，呈現(xiàn)輕稀土元素相對富集的特征；球粒隕石標準化蛛網(wǎng)圖(圖6b)顯示，二長花崗巖相對富集Ba、Th、U等元素，相對虧損Nb、Ta等元素。

石英閃長巖w(SiO2)為58.99%～60.74%，平均60.01%；w(Al2O3)為16.21%～17.22%；w(CaO)為3.52%～4.53%；w(K2O)為3.18%～4.54%，w(Na2O)為2.37%～2.77%。里特曼指數(shù)為1.82～2.98，呈鈣堿性；鋁飽和指數(shù)A/CNK為1.47～1.71，屬過鋁質；w(K2O)-w(SiO2)圖解中投點主要落于鉀玄巖系列范圍(圖5a)。鋁飽和指數(shù)判別圖上，樣品點落入過鋁質范圍內(nèi)(圖5b)。

a底圖據(jù)文獻[20]；b底圖據(jù)文獻[21]；c底圖據(jù)文獻[22]；d底圖據(jù)文獻[23] 。a.w(K2O) -w(SiO2)圖解；b.花崗巖鋁質判別圖；c.A/MF-C/MF圖解；d.Rb/Ba-Rb/Sr圖解。圖5 研究區(qū)巖石樣品元素相關圖解Fig.5 Major and trace elements diagrams for the granites from Buheta district

圖例同圖5。標準化數(shù)據(jù)據(jù)文獻[24]。圖6 研究區(qū)巖石樣品稀土、微量元素配分圖Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns and trace elements of the granites of the study area

石英閃長巖稀土元素總量w(ΣREE)為(258.64～320.32)×10-6，Eu為負異常，δEu值為0.75～0.80，輕重稀土元素比值LREE/HREE為7.30～10.04。球粒隕石標準化曲線(圖6c)呈較陡右傾，(La/Yb)N值10.00～13.32，輕稀土元素相對富集。微量元素測試結果見表2，球粒隕石標準化蛛網(wǎng)圖(圖6d)顯示，Ba、Th、U等元素相對富集，Nb、Ta等元素相對虧損。

4 討論

4.1 含礦巖體的成因

一般S型花崗巖A/CNK>1.1，本區(qū)二長花崗巖樣品A/CNK值為1.35～1.42，且在A/NK-A/CNK圖解上樣品點落于S型花崗巖區(qū)域，推斷其屬于S型花崗巖，為地殼物質熔融的產(chǎn)物。樣品Nb/Ta值為11.96～12.36，與地殼平均值相近(12～13)[25-26]。由泥質巖為源巖的花崗巖CaO/Na2O的值一般小于0.3，而以富長石、貧黏土的砂屑巖為源巖而形成的花崗巖CaO/Na2O的值一般大于0.3[27]，本次二長花崗巖樣品CaO/Na2O值為0.88～1.11，在A/MF-C/MF源巖判別圖上，二長花崗巖樣品點落在變雜砂巖區(qū)域(圖5c)，同樣在Rb/Ba-Rb/Sr源巖判別圖上，二長花崗巖樣品點落在砂巖/頁巖與雜砂巖區(qū)域(圖5d)，這指示了研究區(qū)花崗質巖源巖主要為砂巖類[27-29]。二長花崗巖呈現(xiàn)LREE相對富集的特征，Nb、Ta相對虧損，Nb/La值(0.37～0.46)較低，同樣指示了源巖有地殼物質的參與。Fe2O3、MgO、CaO與SiO2呈弱負相關，可能指示了巖漿發(fā)生過輝石/角閃石的分離結晶，而Al2O3、Eu與SiO2無明顯負相關，說明巖漿中斜長石的結晶分異作用不明顯。

石英閃長巖樣品投點主要落入鉀玄巖系列(圖5a)，鋁質判別圖上均落入過鋁質區(qū)域(圖5b)，顯示與二長花崗巖十分相近的巖石地球化學性質。石英閃長巖樣品A/CNK值大于1.1，在A/NK-A/CNK判別圖中，樣品投點均落在S型花崗巖區(qū)域(圖5b)。CaO/Na2O值為1.27～1.91，大于0.3；且在A/MF-C/MF圖上，樣品主要落于變雜砂巖區(qū)域與變基性巖區(qū)域交界位置(圖5c)；Rb/Ba-Rb/Sr圖中，樣品點落于雜砂巖區(qū)域(圖5d)；這些說明石英閃長巖源巖主要為雜砂巖。Fe2O3、CaO與SiO2呈現(xiàn)負相關，可能指示了巖漿發(fā)生過輝石/角閃石的分離結晶，Al2O3、Eu與SiO2具有一定的負相關，說明巖漿中存在有一定斜長石的結晶分異作用。

4.2 含礦巖體的時代和構造背景

以上的測試分析表明，研究區(qū)的巖漿活動在晚奧陶世晚期到早志留世。西天山早古生代花崗巖漿活動較為頻繁，沿中天山北緣在吉爾吉斯斯坦境內(nèi)，奧陶紀Arenigian洋殼-島弧雜巖被470～435 Ma的花崗巖大面積侵入[2, 31-32]，新疆西天山的拉爾墩達坂發(fā)現(xiàn)有457 Ma的花崗巖[7]，在巴音布魯克地區(qū)發(fā)現(xiàn)侵入于一套火山巖地層的正長斑巖和花崗閃長巖，年齡為441、455 Ma[33]，伊犁板塊南緣發(fā)現(xiàn)有430 Ma的堿長花崗巖，中天山地區(qū)也發(fā)現(xiàn)有437 Ma的花崗閃長巖[6]。

早古生代，帖爾斯克依洋已經(jīng)存在于伊犁板塊與中天山板塊之間，并向兩側伊犁板塊和中天山板塊發(fā)生雙向俯沖，大約在奧陶紀帖爾斯克依洋關閉[2, 34-35]，中天山干溝地區(qū)志留紀前陸盆地碎屑巖陸源鋯石最年輕的年齡研究顯示為461 Ma[36]，說明境內(nèi)帖爾斯克依洋的閉合時間大概在早奧陶世末期。同時，中天山—塔里木板塊開始拉張，古南天山洋開始形成。在早志留世早期，開始向中天山—伊犁板塊俯沖，主要形成火山弧型花崗巖。前人[6]研究表明伊犁板塊南緣早古生代主要發(fā)育470 Ma地殼熔融形成的花崗巖類及430 Ma的后碰撞堿長花崗巖。本區(qū)花崗巖侵位年代為455.7～434.5 Ma，為晚奧陶世到早志留世，此時中天山板塊與伊犁板塊基本已經(jīng)閉合，南天山洋尚未開展大規(guī)模俯沖。在w(Rb)-w(Yb+Ta)與w(Rb)-w(Y+Nb) 構造判別圖(圖7)上，二長花崗巖與石英閃長巖投點均落于同碰撞/火山弧與板內(nèi)交界位置，這說明研究區(qū)巖漿形成背景可能處于同碰撞向后碰撞過渡階段或者為后碰撞環(huán)境，本區(qū)巖漿可能主要由中下地殼變質雜砂巖發(fā)生部分熔融形成。同樣，在布合塔礦化區(qū)發(fā)育的晚奧陶—早志留世的過鋁質S型花崗巖也反映了帖爾斯克依洋在當時已經(jīng)閉合，大致處于后碰撞環(huán)境。

圖例同圖5。底圖據(jù)文獻[30]。圖7 研究區(qū)構造判別圖Fig.7 Diagrams of tectonic setting of Buheta deposit

5 結論

1)布合塔礦化區(qū)二長花崗巖、石英閃長巖均為過鋁質鉀玄巖系列，A/CNK分別為1.35～1.42、1.47～1.71；微量元素均相對富集Ba、Th、U、LREE等，均虧損Nb、Ta等元素；總體均顯示S型花崗巖特征。

2)布合塔礦化區(qū)發(fā)育的二長花崗巖、石英閃長巖鋯石U-Pb年齡分別為(434.5±4.6)Ma、(445.7±5.1) Ma，可能是變雜砂巖部分熔融作用的產(chǎn)物。其形成于帖爾斯克依洋關閉后，為晚奧陶世—早志留世伊犁地塊與中天山地體碰撞過程中形成的殼源S型花崗巖。

致謝：在野外地質調查中福山礦業(yè)公司丁光學等同志給予了大力幫助，在室內(nèi)試驗中，趙曉波博士、鄭偉博士及實驗室有關工作人員給予了有益指導，在此一并表示感謝！

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