利用裂變徑跡定年分析新疆沙泉子銅鐵礦成礦時(shí)代

徐曉彤，袁萬明，龔慶杰，吳發(fā)富，黃志新，鄧 軍

(地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京100083)

新疆沙泉子銅鐵礦床距離哈密市南東180km，處于我國著名的鐵礦產(chǎn)出區(qū)東天山的東部，屬于雅滿蘇-沙泉子成礦區(qū)，位于沙泉子深大斷裂北側(cè)，屬沙泉子背斜南翼，出露地層屬中石炭統(tǒng)沙泉子組中段一套中性(偏酸)火山巖、火山碎屑巖。以往的地質(zhì)勘探工作，對(duì)該礦區(qū)的主要礦體和礦區(qū)地質(zhì)特征做了一些工作，但工作重點(diǎn)主要針對(duì)地表露頭礦開展評(píng)價(jià)工作，而對(duì)礦區(qū)成礦作用，特別是成礦規(guī)律、控礦因素和成礦年代研究不夠，總體地質(zhì)研究程度較低。為此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)針對(duì)成礦年代這一問題予以探討。

1 礦區(qū)地質(zhì)背景

沙泉子銅鐵礦區(qū)區(qū)域大地構(gòu)造位置屬于塔里木盆地北緣(Ⅰ級(jí)), 覺羅塔格(阿齊山-雅滿蘇)晚古生代島弧帶(Ⅱ級(jí))，南以阿奇克庫都克-沙泉子深大斷裂為界，與東天山中央隆起帶相鄰分割中天山變質(zhì)帶，北以康古爾斷裂與康古爾晚古生代弧間盆地相接[1-2](圖 1)。

區(qū)內(nèi)出露地層主要有下石炭統(tǒng)雅滿蘇組(C1y)和二疊系下統(tǒng)阿其克布拉克組(P1a)玄武巖、英安巖、流紋巖、凝灰?guī)r等,以及一些雜砂巖。侵入巖發(fā)育，以華里西中期巖漿活動(dòng)最為強(qiáng)烈，主要有花崗閃長巖、二長花崗巖、黑云母花崗巖等。早石炭世為強(qiáng)烈的火山活動(dòng)期，基本上屬深海沉積角斑巖巖石系列，在島弧帶上以中心式噴發(fā)為主，自西向東構(gòu)成一系列的火山構(gòu)造(火山穹隆、火山洼地、火山機(jī)構(gòu)), 并形成了一些與之相關(guān)聯(lián)的具有系列性的銅鐵礦床[3-4]。

圖1 新疆東天山沙泉子地區(qū)大地構(gòu)造圖(1∶500000)

2 礦床地質(zhì)特征分析

礦區(qū)主含礦帶位于礦體中部(圖2)，賦存于英安巖頂部，混雜凝灰?guī)r、角斑巖底部，礦帶長1.3 km，寬30～70 m，受后期剪切斷層錯(cuò)斷、切割成段。含礦帶由磁礦體與磁鐵礦化蝕變巖組成。礦體規(guī)模從東向西變化較大，單個(gè)礦體長30～400 m，視厚度約在2～12 m，目估TFe平均品位35%～40%之間，向西品位變化較大，平均在40%以上(TFe)。地表銅礦化主要為孔雀石，含量不高。礦體不連續(xù),呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出。礦區(qū)蝕變類型主要是矽卡巖化，另外有鉀長石化、絹云母化、碳酸鹽化等。從鉀長石化到絹云母化，是熱液的溫度或堿度下降的過程[5]。

礦區(qū)成層礦體內(nèi)存在“層間”滑動(dòng)，受斷裂帶控制，成礦斷裂帶總體上與巖層面產(chǎn)狀一致(136°∠20°)，但由于巖層面受區(qū)域背斜控制，其后又經(jīng)歷各種構(gòu)造活動(dòng)，導(dǎo)致原有巖層面產(chǎn)狀在不同部位有所不同。礦體容礦構(gòu)造主要為英安巖與凝灰?guī)r間的不整合面，受區(qū)域褶皺南翼的控制，該不整合面同時(shí)也是斷裂帶(74°∠60°，95°∠46°)，故導(dǎo)致礦體可以產(chǎn)出于英安巖內(nèi)和凝灰?guī)r內(nèi)。由于存在多期成礦作用，以致容礦斷裂構(gòu)造總計(jì)有4組，分別為EW-SSW、NE、NW和SN向，主要為EW向。

圖2 新疆沙泉子銅鐵礦礦床地質(zhì)圖

區(qū)內(nèi)火山巖主要為英安巖和凝灰?guī)r，它們分別形成于沙泉子縫合帶閉合的前后。英安巖具有較高Fe背景含量，凝灰?guī)rCa質(zhì)含量高，是區(qū)內(nèi)矽卡巖礦化的必要條件和礦源層。與成礦關(guān)系密切的蝕變主要為矽卡巖化，礦石即由矽卡巖礦物組成，體現(xiàn)礦體與矽卡巖之間的密切成生關(guān)系。矽卡巖的形成與巖漿巖體有關(guān)，所以巖漿侵入巖是區(qū)內(nèi)成礦的熱動(dòng)力和物質(zhì)來源。綜合上述特征，沙泉子銅鐵礦屬于與巖漿作用有關(guān)的矽卡巖型礦床。

3 樣品處理與分析

裂變徑跡法是一種反映溫度與時(shí)間連續(xù)變化關(guān)系的地質(zhì)溫度計(jì)，裂變徑跡年齡反映的是熱事件時(shí)代,當(dāng)然可以反映熱液成礦的時(shí)代[6]。當(dāng)?shù)V物經(jīng)歷退火帶的時(shí)間較短,礦物內(nèi)原有的裂變徑跡來不及有效退火便,進(jìn)入徑跡穩(wěn)定區(qū),從而使原有徑跡保留下來,這時(shí)該礦物的裂變徑跡年齡記錄了前次熱事件時(shí)代。裂變徑跡分析常用礦物鋯石的封閉溫度為250℃[6-8]。鋯石礦物雖然可能不屬于熱液成礦作用的典型礦物,但是只要它們遭受熱液成礦作用的熱改造,即裂變徑跡發(fā)生退火作用,便可反映成礦作用的熱歷史特征[9]。

采集靠近礦區(qū)的侵入巖中的鋯石進(jìn)行裂變徑跡年齡測定，所測試的樣品新鮮，無蝕變，未見明顯被改造的跡象，采樣位置見圖2。將采集的巖石樣品粉碎至60～80目左右,粉碎后的粒徑與巖石中礦物粒度相適應(yīng),之后進(jìn)行單礦物分選,選出盡可能多單礦物。將挑選出的鋯石單礦物采用聚全氟乙丙烯熱壓法制樣后，采用化學(xué)蝕刻法將測試礦物的自發(fā)徑跡揭示出來,達(dá)到普通光學(xué)顯微鏡可觀測的程度。根據(jù)IUGS推薦的ξ常數(shù)法和標(biāo)準(zhǔn)裂變徑跡年齡方程[10]計(jì)算年齡值。裂變徑跡法測定地質(zhì)年代的特點(diǎn)，在于裂變徑跡測定的是裂變的輻射損傷效應(yīng),根據(jù)礦物中238U自發(fā)裂變產(chǎn)生的徑跡數(shù)和自發(fā)裂變速度計(jì)算發(fā)生裂變的時(shí)間,即裂變徑跡年齡。

4 裂變徑跡實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

5件鋯石樣品的裂變徑跡年齡為126±8 Ma～177±10 Ma(表1)。χ2檢驗(yàn)是判別樣品單顆粒年齡變化程度的有效途徑，當(dāng)P(χ2)>5%時(shí)，屬于同組年齡，否則屬于混合年齡。測試的5件鋯石樣品其中3個(gè)樣品P(%)值遠(yuǎn)大于5，屬于同組年齡，即具有確切的年齡意義，而另2個(gè)樣品(SQ4和SQ28)的P(%)值小于5，應(yīng)系表觀混合年齡。根據(jù)樣品的單顆粒年齡直方圖(圖3)，樣品SQ4和SQ28明顯具有2個(gè)年齡組，主體是170 Ma左右，另一個(gè)是240 Ma，應(yīng)是2個(gè)熱事件的反映。鋯石裂變徑跡年齡的封閉溫度為250 ℃左右，退火帶溫度為180～350 ℃[11-13]，溫度較高，相對(duì)不易退火，與研究區(qū)成礦溫度相當(dāng)。因此，我們認(rèn)為，此處鋯石年齡應(yīng)該是巖體形成年齡或者是成礦年齡，即成礦時(shí)代在126 M～240 Ma間。

表1 鋯石裂變徑跡分析結(jié)果

圖3 單顆粒鋯石年齡直方圖(呈現(xiàn)年齡組：約170 Ma和240 Ma)

方維萱等(2006)認(rèn)為，沙泉子銅礦、沙泉子銅鐵礦、雅滿蘇鐵礦等銅鐵礦床與東天山雅滿蘇-沙泉子石炭紀(jì)火山島弧帶上火山穹窿構(gòu)造有密切關(guān)系，推斷沙泉子銅鐵礦床形成的構(gòu)造背景在東天山石炭紀(jì)火山活動(dòng)大陸邊緣成熟島弧向陸緣弧演化過程中[3]。但是，本文通過系統(tǒng)裂變徑跡年代學(xué)分析后發(fā)現(xiàn)，沙泉子銅鐵礦成礦具有多期性，這與野外地質(zhì)特征相一致，存在印支期和燕山期的2期成礦作用。東天山區(qū)域上土屋-延?xùn)|銅礦，以往一直認(rèn)為是海西期成礦，可是根據(jù)鋯石裂變徑跡年齡系統(tǒng)研究后，發(fā)現(xiàn)其存在289 M～276 Ma、232 M～200 Ma和165 M～158 Ma總計(jì)3期成礦作用[14]。本文鋯石主體年齡為126±8 Ma～177±10 Ma和240 Ma左右，分別相當(dāng)于土屋-延?xùn)|銅礦區(qū)的后2個(gè)成礦期。

在中生代，中國大陸大地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新階段。大規(guī)模的海侵已不復(fù)存在，大陸型地殼區(qū)陸地普遍抬升，進(jìn)入陸相沉積階段。印支-燕山運(yùn)動(dòng)，在大陸地殼區(qū)表現(xiàn)為斷塊活動(dòng)為主，塔里木、準(zhǔn)噶爾、吐魯番盆地受周邊多組斷裂構(gòu)造的控制出現(xiàn)地體，從而進(jìn)入擠壓碰撞造山斷陷期[15-17]。其中在早三疊紀(jì)，地殼進(jìn)一步縮減，由B型轉(zhuǎn)為A型俯沖，塔里木陸殼向北俯沖到阿齊山-雅滿蘇島弧帶之下。三疊紀(jì)后，東天山地區(qū)主要以差異升降、斷塊造山和夷平剝蝕為主，侵入巖漿活動(dòng)微弱。由此推斷，在石炭紀(jì)的火山活動(dòng)，很有可能是為成礦提供了物質(zhì)來源，而真正成礦則始于印支早期。

5 結(jié) 論

鑒于鋯石裂變徑跡年齡的封閉溫度為250 ℃，溫度較高，相對(duì)不易退火，此處獲得的鋯石年齡應(yīng)該是巖體形成年齡或者是成礦年齡。獲得5件鋯石的裂變徑跡，分析年齡為126±8 Ma～177±10 Ma，其中有兩個(gè)樣品年齡值為混合年齡，其主體年齡為177 Ma和240 Ma。鋯石裂變徑跡分屬兩個(gè)年齡組126±8 Ma～177±10 Ma和240Ma，為兩個(gè)成礦期次，成礦時(shí)代為印支早期-燕山期，分別相當(dāng)于土屋-延?xùn)|銅礦區(qū)的后2個(gè)成礦期。

致謝：工作中得到新疆地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì)的合作和支持，特此致謝。

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