魏然，王義天，胡喬青，王嘉瑋，陳俊，陳貴民

摘? 要：東天山彩霞山大型鉛鋅礦床位于中天山地塊北緣，礦體主要產(chǎn)于白云石大理巖與下伏的硅化粉砂巖接觸部位，其熱液期成礦作用可分為4個階段：黃鐵礦階段、閃鋅礦-黃鐵礦階段、閃鋅礦-磁黃鐵礦-透閃石階段、硫鹽-方鉛礦階段。前人獲得成礦時代數(shù)據(jù)范圍跨度大，直接影響了對礦床成因的認(rèn)識。本次工作選取不同礦體礦石中33件金屬硫化物，分期次開展Rb-Sr同位素測年，獲得了（326.5±4.2） Ma、（315.3～312.9） Ma、（302.3～299） Ma等前3個成礦階段的年齡，結(jié)合成礦地質(zhì)特征和前人有關(guān)東天山區(qū)域構(gòu)造演化的研究成果，認(rèn)為彩霞山鉛鋅礦的成礦構(gòu)造背景為弧前盆地向弧內(nèi)盆地轉(zhuǎn)換階段，是東天山造山帶晚石炭世構(gòu)造-巖漿活動的產(chǎn)物。

關(guān)鍵詞：彩霞山鉛鋅礦床;金屬硫化物Rb-Sr等時線年齡;中天山地塊;東天山

東天山彩霞山大型鉛鋅礦床位于中天山地塊的北緣，阿其克庫都克斷裂帶的南側(cè)，礦體賦存于元古宇卡瓦布拉克群碳酸鹽巖-碎屑巖建造中，構(gòu)造上與北部的阿其克庫都克大斷裂關(guān)系密切。近年來，彩霞山鉛鋅礦周邊新發(fā)現(xiàn)了多個礦床及礦點(diǎn)：如小東山鐵礦、小黑山鐵礦、宏源鉛鋅礦和阿齊山鉛鋅礦、彩虹山鐵礦、百靈山鐵礦、維權(quán)鐵礦、屹立鉛多金屬礦點(diǎn)、黃龍山銀鉛多金屬礦點(diǎn)、吉源多金屬礦點(diǎn)等，指示本地區(qū)具有多金屬成礦潛力。彩霞山鉛鋅礦是東天山地區(qū)目前唯一的大型鉛鋅礦床，前人對其開展了大量研究工作。研究內(nèi)容主要包括成礦地質(zhì)特征、成礦物質(zhì)來源、成礦流體特征等[1-5]，取得了許多研究成果和進(jìn)展。但是在成礦年代學(xué)方面的研究相對較少，Dengfeng Li測得不同成礦階段的黃鐵礦Re-Os同位素年齡分別為（1 019±70）Ma，（859±79）Ma，（837±39） Ma[6]，Rongzhen Gao測得彩霞山閃鋅礦和磁黃鐵礦Rb-Sr等時線年齡為（337.2±5.7） Ma[7]。不同學(xué)者之間研究成果的數(shù)據(jù)范圍跨度大，導(dǎo)致了對礦床成因認(rèn)識的不同。鑒于此，本次工作在詳細(xì)研究成礦地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上劃分了成礦階段，分別測定了不同成礦階段金屬硫化物的Rb-Sr同位素等時線年齡，為深入認(rèn)識彩霞山鉛鋅礦床的成因提供了新證據(jù)，進(jìn)一步理解東天山的區(qū)域成礦特征和規(guī)律。

1? 區(qū)域地質(zhì)背景

新疆東天山造山帶北與準(zhǔn)噶爾盆地相鄰，南與塔里木盆地相鄰（圖1）。構(gòu)造單元自北向南依次為大南湖-頭蘇泉島弧、康古爾-黃山韌性剪切帶、阿齊山-雅滿蘇弧/弧后盆地和中天山地塊，它們之間依次以康古爾斷裂、雅滿蘇斷裂和阿其克庫都克斷裂為界（圖1）。東天山造山帶經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化，從晚古生代到中生代，分別經(jīng)歷了古天山洋的俯沖和碰撞增生作用、塔里木盆地與準(zhǔn)噶爾盆地的走滑運(yùn)動、碰撞后陸內(nèi)伸展作用等[8]。

中天山地塊主要出露一套前寒武紀(jì)中深變質(zhì)巖系，包括星星峽群、卡瓦布拉克群、天湖群[9]，并被不同時代花崗巖侵入，大致呈向南突出的弧形帶狀展布。星星峽群巖性為條帶狀和眼球狀花崗片麻巖、大理巖、片巖、混合巖及石英巖等組成，總體為角閃巖相變質(zhì)，局部達(dá)到麻粒巖相[10];卡瓦布拉克群為花崗質(zhì)片麻巖、富含疊層石的鎂質(zhì)碳酸鹽巖、少量陸源碎屑巖及凝灰質(zhì)碎屑巖;天湖群主要為片巖、石英巖、大理巖和斜長角閃巖等，其原巖以陸源碎屑巖為主，僅含有少量基性火山巖[11]。

大量同位素數(shù)據(jù)表明，中天山地塊的結(jié)晶基底主要形成于古元古代，由2.2～1.6 Ga前地幔分異形成[11]，并于中元古代早期約1.4 Ga活化形成具有島弧巖漿特征的花崗閃長巖[12]。中元古代晚期至新元古代早期（1.2～0.9 Ga），本區(qū)再次發(fā)生強(qiáng)烈的構(gòu)造巖漿活動，使早期地質(zhì)體發(fā)生變質(zhì)和改造，形成相應(yīng)的混合巖和花崗片麻巖[11，13]。古生代時期中天山地塊主要發(fā)生板內(nèi)伸展及變形活動，復(fù)雜的區(qū)域構(gòu)造演化及廣泛的巖漿活動致使成礦活動頻繁，發(fā)育了大規(guī)模的多金屬成礦作用。

2? 礦床地質(zhì)特征

彩霞山鉛鋅礦區(qū)內(nèi)出露地層為元古宇清白口系卡瓦布拉克群（圖2），巖性為石英砂巖、白云石化灰?guī)r、片巖、泥巖、硅化粉砂巖、碳質(zhì)粉砂巖等。礦區(qū)主要構(gòu)造為一倒轉(zhuǎn)背斜，核部為深灰色含碳質(zhì)粉砂巖、泥巖、硅質(zhì)巖互層，兩翼為白云石大理巖。背斜樞紐走向NEE向，軸面傾向SSE向，傾角70°。南翼地層層序正常，傾向SSE向，傾角68°～73°，北翼倒轉(zhuǎn)并被石炭紀(jì)侵入巖侵蝕破壞，地層南傾，傾角82°～89°，局部近于直立。同時，礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，礦區(qū)北部約3 km為阿其克庫都克區(qū)域性大斷裂，伴隨次級斷裂或派生斷裂。按斷裂分布方向大致可歸為3組：NEE向、NNE-NE向、NW向。其中NEE向斷裂走向與地層走向大致一致，為順層斷裂，兩側(cè)糜棱巖面理發(fā)育，與斷裂走向一致（圖2）。

礦區(qū)內(nèi)巖漿活動較為強(qiáng)烈，侵入巖主要分布在礦區(qū)北部，為華力西中期石英閃長巖、閃長巖、閃長玢巖、石英二長巖、輝長巖等組成的復(fù)式巖體。該巖體與礦體在地表未顯示出直接的接觸關(guān)系，礦化帶主要沿巖體南緣展布，帶內(nèi)中-基性巖脈也較發(fā)育。

礦區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)有4個礦化蝕變帶（編號I、II、III、IV）（圖2），蝕變帶內(nèi)發(fā)育多個規(guī)模不一、近似平行的鉛鋅礦體。礦體主要分布在白云石大理巖與下伏的硅化粉砂巖接觸部位，絕大多數(shù)位于白云石大理巖一側(cè)。礦體頂板圍巖為白云石大理巖，底板為硅化粉砂巖或白云石大理巖。礦體在走向和傾向上呈膨大尖滅的透鏡狀、脈狀、似層狀。礦體走向NEE向，傾向SSE向，傾角55°。礦體厚度約3～6 m，長200～350 m。圍巖蝕變主要有透閃石化、硅化、白云石化、碳酸鹽化、綠泥石化、磁黃鐵礦化等，次生氧化蝕變?yōu)辄S鉀鐵礬化、褐鐵礦化、菱鋅礦化等。蝕變帶呈EW向展布，長500～1 200 m，寬60～300 m（圖2）。

礦石類型有脈狀、條帶狀和塊狀礦石。脈狀礦石的特征為細(xì)粒磁黃鐵礦與粗粒棕紅色閃鋅礦共生，多被后期粗粒黃鐵礦石英脈穿切，圍巖為透閃石化大理巖。條帶狀礦石特征為細(xì)粒閃鋅礦與細(xì)粒黃鐵礦呈條帶狀互層，圍巖為大理巖化灰?guī)r。塊狀礦石主要為粗粒塊狀黃鐵礦，鏡下觀察，黃鐵礦為多孔狀，顏色較淺。

據(jù)野外地質(zhì)、礦物組合及鏡下特征研究，成礦作用可分為沉積期和熱液期兩期。沉積期的特征主要為草莓狀及紋層狀的細(xì)粒黃鐵礦Py0（圖3-D），多產(chǎn)于片巖及透閃石化作用之前，脈石礦物為較自形的方解石與白云石，紋層狀黃鐵礦多被后期黃鐵礦-石英脈穿切。熱液期分為4個成礦階段： ①黃鐵礦階段，條帶狀黃鐵礦與少量條帶狀閃鋅礦共生（圖3-A），黃鐵礦為細(xì)粒-隱晶質(zhì)，條帶寬0.5～20 cm;閃鋅礦呈細(xì)粒（圖3-F），條帶寬0.2～0.5 cm;圍巖多為發(fā)生硅化的灰?guī)r、泥巖和大理巖化灰?guī)r;②閃鋅礦-黃鐵礦階段（圖3-B），團(tuán)塊狀、膠狀、脈狀中粗粒自形黃鐵礦與中粗粒閃鋅礦共生，產(chǎn)于碳質(zhì)片巖、硅化灰?guī)r中;閃鋅礦呈流動構(gòu)造，偶爾出溶磁黃鐵礦;偶見粗粒黃鐵與石英穿切條帶狀閃鋅礦;圍巖發(fā)育白云石化、大理巖化，礦體邊部發(fā)生硅化蝕變，脈石礦物為石英、方解石、白云石（圖3-G-I）;③閃鋅礦-磁黃鐵礦-透閃石階段（圖3-C），細(xì)粒閃鋅礦與磁黃鐵礦共生，圍巖普遍發(fā)育透閃石化（圖3-J-L）;④硫鹽-方鉛礦階段，發(fā)育少量的塊狀輝銻鉛礦、銀黝銅礦、車輪礦等硫鹽礦物，及少量方鉛礦、黃鐵礦、黃銅礦等。

3? 樣品、測試方法和測試結(jié)果

樣品分別采自4個礦體及鉆孔巖心，共計(jì)150多件。制作薄片在顯微鏡下觀察后，挑選33件分別為熱液1、2、3階段的礦石樣品用于測試工作。將樣品用去離子水清洗表面后，在瑪瑙缽中粉碎至80～100目，然后在雙目鏡下挑選1階段黃鐵礦、2階段黃鐵礦及閃鋅礦、3階段閃鋅礦與磁黃鐵礦用于同位素測年。在瑪瑙缽中將挑選的金屬硫化物單礦物粉碎至200目，礦物經(jīng)精化處理后通過鏡下再選擇、超聲波處理、氯化物負(fù)離子硅酸鹽碳酸鹽等粘結(jié)物處理。硫化物樣品經(jīng)不同稀和濃HCl+HNO3混合酸、稀和濃H2SO4和HNO3+HClO4混合酸多次消化溶解成清液，蒸干后以酸為介質(zhì)溶解成清液。將該溶液一分為二：一份為測定同位素比值樣品（不加Rb-Sr同位素稀釋劑），另一份為測定同位素含量樣品（加進(jìn)口高純豐度Rb-Sr同位素稀釋劑）。靜置一夜以達(dá)同位素平衡，待上分離柱。樣品中Rb-Sr同位素比值測定均在南京南太地質(zhì)測試研究所測試，通過高準(zhǔn)確度多接收熱電離同位素質(zhì)譜計(jì)（英國制造）完成。實(shí)驗(yàn)分析中，對美國國家標(biāo)準(zhǔn)局NBS-987碳酸鹽鍶同位素標(biāo)準(zhǔn)樣中87Sr/86Sr的測定值為0.710 241±7。Sr的全流程本低分別優(yōu)于3×10-9 g。Sr均測精度達(dá)百萬分之幾。

不同熱液成礦階段金屬硫化物的Rb-Sr同位素分析結(jié)果見表1。年齡計(jì)算采用國際通用ISOPLOT計(jì)算程序。等時線年齡計(jì)算中，樣品87Rb/86Sr比值誤差為1%，87Sr/86Sr誤差采用0.005%[14]。Rb-Sr同位素數(shù)據(jù)處理結(jié)果見圖4，5。熱液1階段黃鐵礦Rb-Sr等時線年齡為（326.5±4.2） Ma;熱液2階段黃鐵礦Rb-Sr等時線年齡為（312.9±3.2） Ma。閃鋅礦為（315.3±4.2） Ma;熱液3階段磁黃鐵礦Rb-Sr等時線年齡為（299±15）Ma，閃鋅礦為（302.3±3.8） Ma。在第2、3成礦階段中，不同的金屬硫化物Rb-Sr等時線年齡在誤差范圍內(nèi)一致，整體上前3個熱液成礦階段的年齡分別為（326.5±4.2） Ma、（315.3～312.9） Ma、（302.3～299） Ma。

4? 討論

4.1 成礦年齡

熱液礦物Rb-Sr等時線定年的基本前提是同源、同時、封閉性、一致的[n（87Sr）/n（86Sr）]i，及具有不同的[n（87Rb）/n（86Sr）]i[15]。本次測試所采用樣品分別來自同一熱液成礦階段，手標(biāo)本及鏡下詳細(xì)觀察表明，樣品中的黃鐵礦、磁黃鐵礦和閃鋅礦純度高，脈石礦物穿插與裂隙不發(fā)育，很大程度上滿足了測年的同時、同源、封閉性和初始比值一致性的基本前提。

受晶體化學(xué)條件的制約，黃鐵礦、磁黃鐵礦和閃鋅礦中Rb，Sr等微量雜質(zhì)元素主要以類質(zhì)同象或機(jī)械混入的形式賦存在礦物的晶格間、吸附在礦物的表面、或在流體包裹體中等3種狀態(tài)[16]。前兩種賦存狀態(tài)對于同位素測年的影響可忽略，原生包裹體的影響也可忽略，僅有次生包裹體需要排除。在成礦過程中，黃鐵礦、磁黃鐵礦和閃鋅礦在中溫?zé)嵋簵l件下迅速結(jié)晶并形成完好晶形以保持良好的封閉狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)過程中，將硫化物粉碎至200目以下后，進(jìn)行超聲波清洗，基本可排除原生及次生包裹體的干擾。因此，本次工作獲得的硫化物（326.5±4.2） Ma、315.3～312.9 Ma、302.3～299 Ma等前3個成礦階段的Rb-Sr同位素等時線年齡，可代表彩霞山鉛鋅礦床熱液成礦期的成礦時代，即晚石炭世。3個成礦階段的年齡跨度相對較大，與區(qū)內(nèi)晚石炭世大規(guī)模的巖漿活動持續(xù)時間長相一致[17，18]，構(gòu)造-巖漿活動引發(fā)了長時間、多期次的鉛鋅成礦作用[19]。

4.2? 成礦構(gòu)造環(huán)境

夾持于吐哈地塊和中天山地塊之間的東天山造山帶，在時間上經(jīng)歷了明顯的3階段演化[20]：①吐哈盆地南緣奧陶—泥盆紀(jì)為活動大陸邊緣，形成了包括VMS型銅鋅礦床和斑巖型礦床在內(nèi)的古陸源成礦系統(tǒng);晚泥盆世末—早石炭世初古洋殼向北俯沖關(guān)閉，中天山地塊增生拼貼到吐哈地塊南緣;②早石炭世（維憲期）沿康古爾縫合帶再次拉張，形成石炭紀(jì)裂陷槽火山-沉積巖系及相應(yīng)的層控成礦系統(tǒng)（VMS型銅鋅礦床、火山巖型鐵（銅）礦床、自然銅礦床），裂陷槽封閉過程中發(fā)育了矽卡巖型銀多金屬礦床;③早二疊世形成與幔源巖漿底侵作用有關(guān)、跨構(gòu)造單元發(fā)育的銅鎳硫化物成礦系統(tǒng)和與剪切活動有關(guān)的金礦床。

Zhao在總結(jié)前人大量研究數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提出[21]，東天山阿齊山-雅滿蘇地區(qū)構(gòu)造演化可分為弧前盆地階段（350～325 Ma），弧前盆地轉(zhuǎn)換階段（325～300 Ma），同碰撞階段（300～290 Ma），后碰撞階段（290～252 Ma）和陸內(nèi)演化階段（246～228 Ma）。Zhang通過地質(zhì)年代學(xué)和地球化學(xué)的研究[22]，認(rèn)為阿齊山-雅滿蘇地區(qū)弧前盆地-弧內(nèi)盆地的轉(zhuǎn)換作用發(fā)生在325～300 Ma。本次工作所獲得的彩霞山鉛鋅礦床的成礦年齡與這一構(gòu)造演化階段相一致。事實(shí)上，這一時期中天山地塊北緣及阿齊山-雅滿蘇島弧帶南緣發(fā)育了大量與成礦作用相關(guān)的巖漿熱液系統(tǒng)。陳雅茹測得彩霞山鉛鋅礦附近的花崗巖體鋯石U-Pb年齡為330.0～333.3 Ma[23];周濤發(fā)測得百靈山鐵礦床礦區(qū)內(nèi)的花崗閃長巖鋯石U-Pb年齡為（317.7±3.7） Ma[24];本項(xiàng)目組測得多頭山二長花崗巖的鋯石U-Pb年齡為312 Ma（未發(fā)表數(shù)據(jù)）;王龍生測得維權(quán)銀（銅）礦床礦區(qū)內(nèi)花崗閃長巖鋯石U-Pb年齡為（297±3） Ma[25]。東天山康古爾大洋板塊南向俯沖到伊犁-中天山地塊，于350～325 Ma期間形成了阿齊山-雅滿蘇弧前盆地及與島弧作用相關(guān)的中酸性火山巖及侵入巖[26]。隨著持續(xù)的南向俯沖，阿齊山-雅滿蘇弧前盆地于325 Ma開始閉合，在325～300 Ma的弧前盆地轉(zhuǎn)換期間發(fā)育大規(guī)模的中酸性巖漿活動[21]，及相關(guān)的多金屬成礦作用，彩霞山大型鉛鋅礦床正是這一地質(zhì)演化階段的產(chǎn)物。

5? 結(jié)論

東天山彩霞山大型鉛鋅礦床熱液成礦分為4個成礦階段：黃鐵礦階段、閃鋅礦-黃鐵礦階段、閃鋅礦-磁黃鐵礦-透閃石階段、硫鹽-方鉛礦階段。前3個成礦階段的硫化物Rb-Sr同位素等時線年齡分別為（326.5±4.2）Ma、315.3～312.9 Ma、302.3～299 Ma，即成礦時代為晚石炭世，為東天山造山帶弧前盆地向弧內(nèi)盆地轉(zhuǎn)換過程中的構(gòu)造-巖漿活動的產(chǎn)物。

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Rb-Sr Chronological Evidence for Metallogenic age of the Caixiashan Large Pb-Zn deposit， East Tianshan， NW China

Wei Ran1，2， Wang Yitian2，3， Hu Qiaoqing2， Wang Jiawei2， Chen Jun4， Chen Guimin5

（1.School of Earth Sciences and Resources， Chang'an University， Xi'an，Shannxi，710054，China;2.Institute of Mineral Resources， Chinese Academy of Geological Sciences， Beijing， 100037，China;3. Xinjiang Research Center for Natural Resources and Ecological Environment， Urumqi， Xinjiang，830000，China;4. Xinjiang Uygur Autonomous Region Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development First Geological Group， Changji，Xinjiang，831100，China;

5. Xinjiang Uygur Autonomous Region Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development Six Geological Group， Hami，Xinjiang，839000，China）

Abstract：Caixiashan giant Pb-Zn deposit in East Tianshan is located in the north margin of the middle Tianshan massif. The ore bodies mainly occur in the contact areas between dolomite marble and underlying siltstone. The hydrothermal mineralization can be divided into four stages： Pyrite， Sphalerite-pyrite， Sphalerite-pyrrhotite-tremolite， Sulfate-galena. The large range of ore-forming ages obtained by predecessors makes the genesis of this deposit debatable. Therefore， 33 sulfides from different stages of this deposit were selected and Rb-Sr isotopic dating was carried out. We obtained ore-forming ages of the three stages， （326.5±4.2）Ma， （ 315.3～ 312.9）Ma and （302.3～299）Ma. Combined with metallogenic geological characteristics and previous research achievements on regional tectonic evolution in the East Tianshan， we believe that the mineralization occurred in fore/intra-arc basin inversion stage. The metallogeny is the product of the tectonic-magmatic activity of the Late Carboniferous in the East Tianshan orogenic belt.

Key words：Caixiashan Pb-Zn deposit， Rb-Sr isochron age of the metallic sulfide， Middle Tianshan massif， Eastern Tianshan