巴爾喀什成礦帶阿克沙套云英巖型鎢鉬礦床地質(zhì)特征與錸—鋨同位素測年分析

李 勇，陳宣華，屈文俊，王志宏，楊 農(nóng)，陳正樂，韓淑琴

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院，北京 100037;2.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081;3.國家地質(zhì)實驗測試中心，北京 100037)

巴爾喀什成礦帶阿克沙套云英巖型鎢鉬礦床地質(zhì)特征與錸—鋨同位素測年分析

李 勇1，陳宣華2，屈文俊3，王志宏2，楊 農(nóng)2，陳正樂2，韓淑琴2

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院，北京 100037;2.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081;3.國家地質(zhì)實驗測試中心，北京 100037)

哈薩克斯坦阿克沙套大型鎢鉬礦床處于中亞成礦域巴爾喀什成礦帶內(nèi)。該礦床為云英巖型浸染狀礦床，具有云英巖型礦床的典型礦物組合、圍巖蝕變、礦體形態(tài)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造。礦區(qū)產(chǎn)出有偉晶巖、石英長石脈，含有鎢鉬礦、石英和黃玉云英巖礦體等。本文對阿克沙套鎢鉬礦床輝鉬礦樣品進(jìn)行了錸—鋨同位素分析，得到輝鉬礦模式年齡 (平均值)為289.3 Ma，處在早二疊世。分析認(rèn)為，阿克沙套云英巖型鎢鉬成礦作用是晚石炭世中亞成礦域大規(guī)模斑巖型銅鉬成礦作用延續(xù)的結(jié)果，屬中亞造山帶海西晚期構(gòu)造—巖漿活動的產(chǎn)物。

錸—鋨同位素年齡;輝鉬礦;成礦時代;云英巖型鎢鉬礦床;巴爾喀什成礦帶

巴爾喀什成礦帶地處中亞成礦域 (或稱為古亞洲成礦構(gòu)造體系)［1］哈薩克斯坦—天山馬蹄形構(gòu)造帶的內(nèi)緣、巴爾喀什—準(zhǔn)噶爾造山帶的核心部位，是哈薩克斯坦最主要的斑巖型銅鉬和云英巖型鎢鉬礦集中區(qū)。中亞成礦域有多期次、多類型的火山巖、花崗巖、基性巖、超基性巖、蛇綠巖帶及變質(zhì)巖帶;在地質(zhì)歷史上經(jīng)受了大陸基底形成、古亞洲洋陸緣增生和濱西太平洋大陸邊緣活動及陸內(nèi)斷塊升降等多個階段，造就了多種有利的成礦環(huán)境［1］。中亞成礦域因其巨量的金屬和非金屬礦產(chǎn)而聞名于世，成礦作用極其復(fù)雜多樣［2～4］。

我們科研組近年來致力于巴爾喀什成礦帶的調(diào)查研究，已取得初步成果［5～9］，本文根據(jù)輝鉬礦錸—鋨同位素年齡，確定了巴爾喀什成礦帶阿克沙套云英巖型鎢鉬礦床的成礦時代，并與區(qū)域斑巖銅礦帶成礦作用年齡進(jìn)行了對比分析。

1 礦床地質(zhì)特征

阿克沙套 (Akshatau或Akchatau)大型云英巖型鎢鉬礦床 (圖1)，產(chǎn)在中哈薩克斯坦古生代造山帶中，距離巴爾喀什市約 150 km，地理坐標(biāo)為東經(jīng) 74°3′22″、北緯 47°58′52″，海拔約740 m。該礦床為浸染狀云英巖型礦床［10］，有用元素主要為 W(黑鎢礦)、Mo、Be，資源量為:2.741×106噸 (一級儲量)0.50%WO3，6.55×107噸0.1% ～0.3%WO3，1.75×107噸 0.04% ～0.07%Mo，1.60 ×107噸 0.03% ～0.07%Be［10］。該礦床為 1936 年發(fā)現(xiàn)，1941年開始開采，主要采用地下方式開采［10］。

圖1 阿克沙套鎢鉬礦床地質(zhì)簡圖與剖面示意圖 (據(jù)Daukeev et al.2004［2］)Fig.1 Schematic geological map of the Akshatau W-Mo deposit and schematic latitudinal section(after Daukeev et al.2004［2］)A.地質(zhì)簡圖;B.示意縱剖面。1.下石炭統(tǒng)火山巖類;2.石炭紀(jì)次火山花崗閃長斑巖;3.石炭紀(jì)石英二長巖和花崗閃長巖;4-7.二疊紀(jì)阿克沙套侵入雜巖:4.第I期粗粒似斑狀花崗巖;5.第I期其它侵入體的細(xì)粒雜斑狀花崗巖;6.第II期中?；◢弾r;7.第II期細(xì)粒淡色花崗巖;8.阿克沙套雜巖未分類花崗巖;9.交代成因石英巖;10.多孔白云母石英云英巖;11.花崗巖和石英二長巖中的石英脈云英巖巖體;12.外接觸帶巖石中網(wǎng)狀脈云英巖化作用的分帶;13.沸石化作用;14.阿克沙套深成巖體在深度2.5～3 km處的接觸帶輪廓;15.阿克沙套深成巖體在深度450 m處的接觸帶輪廓;16.隱伏花崗巖巖鐘在地表的投影;17.角巖化巖石邊界;18.高溫角巖與低溫角巖之間的界線

礦床位于巴爾喀什晚古生代大陸邊緣復(fù)理石建造中火山—侵入巖帶的后部，是二疊紀(jì)阿克沙套成礦省的一部分，受線性和環(huán)狀斷裂構(gòu)造的控制，不同方向構(gòu)造帶的交切部位是礦床產(chǎn)出的最重要部位［11］。礦床成因上與多階段復(fù)合深成巖體中的淡色花崗巖巖漿具有密切關(guān)系。云英巖型鎢鉬礦床與內(nèi)、外接觸帶內(nèi)成礦侵入體的頂部密切相關(guān)，產(chǎn)出在花崗巖巖鐘之中或巖鐘的翼部 (圖1)，以及不同尺度穹窿構(gòu)造的脊部，具有高溫相角巖化巖石暈圈 (圖1)。花崗巖和接觸帶巖石中發(fā)育云英巖化作用、硅化作用和沸石化作用，呈面狀和線性分帶 (圖1)。單一穹窿構(gòu)造的花崗巖頂部最容易發(fā)現(xiàn)最集中富集的礦床。侵入體的頂部形態(tài)越復(fù)雜，越難以形成富集的礦床［2］。

阿克沙套二疊紀(jì)淡色花崗巖類具有特殊的地球化學(xué)性質(zhì)，含有高濃度的稀有金屬綜合異常，在巖漿巖內(nèi)部和外部具有 W、Mo、Be、Bi、F、Li元素暈。由于 U、Th和 K的濃度異常，伴生有正的放射性化學(xué)異常，U/Th比值非常特征［2］。最合適的礦化溫度出現(xiàn)在垂向熱梯度為大約25℃/100m下［2］。在網(wǎng)狀脈帶，巖石的導(dǎo)電性和熱發(fā)光性具有正暈圈，在向與花崗巖接觸帶變化方向上這兩個參數(shù)不斷升高［2］。

礦帶中云英巖巖體群具有不對稱的水平和垂向分帶。云英巖巖體群水平分帶包括礦化根帶 (石英脈帶)、中心 (或中間)帶 (含礦石的云英巖帶)和前鋒帶 (圖2)，主要的礦化作用與中間帶相一致;云英巖標(biāo)型礦化帶具有垂向上特征礦物晶形的系統(tǒng)變化。垂向分帶包括下礦、主礦、前礦和其它進(jìn)一步細(xì)分的帶 (圖3)。成礦作用包括通過巖漿成因流體和滲流水而發(fā)生的成礦物質(zhì)活化作用、淋濾作用、重結(jié)晶作用和再沉淀作用。侵入體上部網(wǎng)狀脈中，白云母—黃玉—石英云英巖化作用帶先是向石英—白云母帶過渡，然后過渡為黃鐵礦化帶和最外邊的含沸石帶;礦化作用隨著礦物成分向外帶變化的方向而減弱。

圖2 阿克沙套鎢鉬礦床石英脈云英巖礦體群的形態(tài)結(jié)構(gòu)水平分帶(據(jù) Daukeev et al.2004［2］)圖中給出231脈 (左)和146～147脈 (右)的形態(tài)結(jié)構(gòu)分帶Fig.2 Morphostructural zonings，of clusters of quartz-vein greisens bodies in the Akshatau greisen-type W-Mo deposit(231 and 146～147)(after Daukeev et al.2004［2］)

礦床中含有30條以上的石英脈和云英巖—石英脈礦體，厚度在15～20 m左右，少量達(dá)到50～60 m，礦體垂向 (往下)延伸在100～500 m之間。在外接觸帶，成礦帶的垂向范圍一般不超過100 m，但是也有的可達(dá)800 m［2］。礦脈的形成是沿陡傾 (極少情況下為緩傾)碎裂系統(tǒng)伸展和剪切作用的結(jié)果。

根據(jù)礦物成分、圍巖蝕變、礦體形態(tài)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，該礦床產(chǎn)出有偉晶巖、石英長石脈，含有輝鉬礦、石英和黃玉云英巖礦體，有時含有電氣石。主要儲量產(chǎn)出在礦化的含稀有金屬的石英—云母脈中。礦體形態(tài)有獨立脈、脈群和網(wǎng)狀脈，石英脈含在云英巖巖體中［2］。

礦床主要礦物組合為黑鎢礦、輝鉬礦、石英、黃鐵礦、白鎢礦、自然鉍、閃鋅礦、黃銅礦、錫石、白云母、黃玉、螢石、電氣石、黑云母、長石等。云英巖和網(wǎng)狀脈帶中含有黃玉、白云母、黃鐵礦和石英。

具有經(jīng)濟(jì)價值的礦化作用產(chǎn)出在石英、石英黃玉和石英云英巖脈及平行分布的云英巖石英脈群中。石英脈的平均品位為:0.7%W、0.03%Mo、0.02%Be、0.02%Bi;網(wǎng)狀脈的平均品位為:0.12%W、0.01%Mo、0.01%Be、0.01%Bi。黑鎢礦中含有13 g/t Ta和36 g/t Nb［2］。

2 輝鉬礦錸—鋨同位素測年

2.1 樣品處理與分析方法

本文用于錸—鋨同位素年齡測定的輝鉬礦樣品采自哈薩克斯坦巴爾喀什成礦帶西段的阿克沙套鎢鉬礦床。輝鉬礦樣品經(jīng)分選后均達(dá)到了合適的純度 (大于98%)，粒度為200目。

輝鉬礦樣品的錸—鋨同位素分析是國家地質(zhì)實驗測試中心錸—鋨同位素年代學(xué)實驗室完成的，樣品的錸、鋨化學(xué)分離與處理流程和質(zhì)譜測定技術(shù)簡述如下［12～16］。

樣品分解 準(zhǔn)確稱取待分析樣品，通過長細(xì)頸漏斗加入到Carius管 (一種高硼厚壁大玻璃安瓿瓶)底部。緩慢加液氮到有半杯乙醇的保溫杯中，調(diào)節(jié)溫度到攝氏-50～-80℃。放裝好樣的Carius管到該保溫杯中，通過長細(xì)頸漏斗把準(zhǔn)確稱取的185Re和190Os混合稀釋劑加入到Carius管底部，再加入2 ml的10 mol/L HCl、4 ml的 16 mol/L HNO3、1ml的30%H2O2。當(dāng)管底溶液冰凍后，用丙烷氧氣火焰加熱封好Carius管的細(xì)頸部分，放入不銹鋼套管內(nèi)。輕輕放套管入鼓風(fēng)烘箱內(nèi)，待回到室溫后，逐漸升溫到200℃，保溫24 h。在底部冷凍的情況下，打開Carius管，并用40 ml水將管中溶液轉(zhuǎn)入蒸餾瓶中。

蒸餾分離鋨 于105～110℃蒸餾50 min，用10 ml水吸收蒸出的 OsO4。用于 ICP MS(等離子體質(zhì)譜儀)測定Os同位素比值。將蒸餾殘液倒入150 ml特氟綸燒杯中待分離錸。

萃取分離錸 將第一次蒸餾殘液置于電熱板上，加熱近干。加少量水，加熱近干。重復(fù)兩次以降低酸度。加入10 ml的5 mol/L NaOH，稍微加熱，轉(zhuǎn)為堿性介質(zhì)。轉(zhuǎn)入50 ml聚丙烯離心管中，離心，取上清液轉(zhuǎn)入120 ml特氟綸分液漏斗中。加入10 ml丙酮，振蕩5 min。萃取Re。靜止分相，棄去水相。加2 ml 5 mol/L NaOH溶液到分液漏斗中，振蕩2 min，洗去丙酮相中的雜質(zhì)。棄去水相，排丙酮到150 ml已加有2 ml水的特氟綸燒杯中。在電熱板上50℃加熱以蒸發(fā)丙酮。加熱溶液至干。加數(shù)滴濃硝酸和30%過氧化氫，加熱蒸干以除去殘存的鋨。用數(shù)毫升稀HNO3溶解殘渣，稀釋到硝酸濃度為2%。備ICP MS測定Re同位素比值。如含錸溶液中鹽量超過1 mg/ml，需采用陽離子交換柱除去鈉［15］。

質(zhì)譜測定 采用國家地質(zhì)實驗測試中心的TJA X-series ICP MS測定同位素比值。對于Re:選擇質(zhì)量數(shù)185、187，用190監(jiān)測Os。對于Os:選擇質(zhì)量數(shù)為186、187、188、189、190、192，用185監(jiān)測 Re。

年齡計算 普Os是根據(jù)原子量表［17］和同位素豐度表［18］，通過192Os/190Os測量比計算得出。Re、Os含量的不確定度包括樣品和稀釋劑的稱量誤差、稀釋劑的標(biāo)定誤差、質(zhì)譜測量的分餾校正誤差、待分析樣品同位素比值測量誤差;置信水平95%。模式年齡的不確定度還包括衰變常數(shù)的不確定度 (1.02%)，置信水平95%。按照杜安道等［13］和屈文俊、杜安道［15］給出的公式計算輝鉬礦的模式年齡 t(Ma)，其中187Re衰變常數(shù)采用1.666×10-11yr-1［19］。

2.2 分析結(jié)果

分析結(jié)果列于表1中。表1還給出本次實驗標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW04436(JDC)測定結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定值標(biāo)準(zhǔn)值［16］。結(jié)果表明，阿克沙套 W-Mo礦床輝鉬礦的錸—鋨同位素模式年齡范圍為291.1±4.0 Ma～287.5±4.4 Ma，平均值為約289.3 Ma，屬于早二疊世。

表1 哈薩克斯坦巴爾喀什成礦帶阿克沙套W-Mo礦床輝鉬礦樣品和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)Re-Os同位素分析數(shù)據(jù)Table 1 Re-Os isotopic data for molybdenites from Akshatau W-Mo deposits in Balkhash metallogenic belt，Kazakhstan and the standard material

3 成礦時代與成礦過程

阿克沙套鎢鉬礦床產(chǎn)出在侵入于志留系砂巖中的阿克舍套多階段復(fù)合雜巖中的二疊紀(jì)淡色花崗巖中，前人給出的成礦時代為二疊紀(jì)。本文根據(jù)輝鉬礦錸—鋨同位素測年，得到其成礦時代為約289.3 Ma(范圍為291.1±4.0 Ma～287.5±4.4 Ma)，屬于早二疊世。

阿克沙套鎢鉬礦床的形成具有多階段過程，包括通過巖漿成因流體和滲流水而發(fā)生的成礦物質(zhì)活化作用、淋濾作用、重結(jié)晶作用和再沉淀作用［2］。Yefimov et at.［10］將阿克沙套鎢鉬礦床的成礦作用劃分為2階段4相過程:第一階段為氣化—熱液階段，包括輝鉬礦—石英相 (440～340℃)和復(fù)雜稀有金屬相 (480～250℃);第二階段為真正的熱液階段，包括方鉛礦—閃鋅礦—石英相 (310～150℃)和方解石—螢石—石英相 (180～60℃)。Daukeev et al.［2］將該礦床的形成劃分為三個階段:第I階段，流體進(jìn)入裂隙空洞之中。第II階段，擴(kuò)散性的交代作用導(dǎo)致了花崗巖中不含礦的石英黃玉云英巖和鄰近的外接觸帶中石英白云母和石英黃玉脈的形成。第III階段，在礦體的較上部位和侵入體上部網(wǎng)狀脈中，系統(tǒng)發(fā)生自生加熱作用，流體沸騰，元素從頂板運移出來，選擇性地再沉淀在重結(jié)晶帶 (礦帶)內(nèi) (圖 4)。

圖4 阿克沙套的深成花崗巖體的三階段構(gòu)造成礦模式 (據(jù)Daukeev et al.2004［2］)Fig.4 Three-phase structure of the Akshatausky granite pluton(after Daukeev et al.2004［2］)

輝鉬礦的形成主要發(fā)生在400℃左右，屬于較高溫的成礦階段，與花崗巖巖體晚期云英巖化的最早期階段比較吻合。因此，輝鉬礦錸—鋨同位素測年得到的鎢鉬礦床成礦年齡，可能比較接近于深成巖漿活動的年齡，是巴爾喀什成礦帶與斑巖型銅礦化有關(guān)的深成巖漿活動的后續(xù)產(chǎn)物。

巴爾喀什成礦帶阿克沙套鎢鉬礦床的成礦時代 (289.3 Ma)，晚于東準(zhǔn)噶爾石英脈—云英巖型錫礦床的成礦時代 (307±11 Ma，薩惹什克錫礦［20］;296.3±2.6 Ma，貝爾庫都克錫礦［21］)。

4 結(jié)論

本文通過哈薩克斯坦境內(nèi)中亞成礦域巴爾喀什成礦帶阿克沙套大型石英脈—云英巖型鎢鉬礦床地質(zhì)特征和輝鉬礦樣品的錸—鋨同位素測年分析，得到以下結(jié)論:

1.錸—鋨同位素測年分析得到阿克沙套云英巖型W—Mo礦床輝鉬礦的模式年齡為291.1±4.0 Ma～287.5±4.4 Ma，平均值為289.3 Ma，說明阿克沙套W—Mo礦床的成礦時代為早二疊世，晚于該地區(qū)斑巖型銅鉬成礦作用。

2.阿克沙套云英巖型鎢鉬成礦作用是晚石炭世中亞成礦域大規(guī)模斑巖型銅鉬成礦作用延續(xù)的結(jié)果，屬中亞造山帶海西晚期構(gòu)造—巖漿活動的產(chǎn)物。

致謝:本研究野外地質(zhì)調(diào)查與采樣工作得到新疆維吾爾自治區(qū)國家305項目辦公室和哈薩克斯坦薩特巴耶夫地質(zhì)科學(xué)研究所的支持與幫助，謹(jǐn)表衷心感謝。

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GEOLOGICAL CHARACTERISTICS AND RE-OS ISOTOPIC DATING OF AKSHATAU GREISEN-TYPE W-MO DEPOSIT IN BALKHASH METALLOGENIC BELT

LI Yong1，CHEN Xuanhua2，QU Wenjun3，WANG Zhihong2，YANG Nong2，CHEN Zhengle2，HAN Shuqin2
(1.Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China;2.Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijijng 100081，China;3.National Research Center for Geoanalysis，Beijing 100037，China)

The Akshatau disseminated Be-W-Mo deposit is a large-scale greisen-type deposit in the Balkhash metallogenic beltofCentralAsian Metallogenic Domain，with typicalmineral compositions，wall rock alterations，ore body shapes，and ore texture and structures of greisen-type deposit.The ore field has yielded pegmatites and quartz feldspar veins，bearing W-Mo minerals，quartz and topaz greisen.In this paper，an average molybdenite model age of 289.3 Ma has been obtained through Re-Os isotopic dating for the molybdenite samples from Akshatau W-Mo deposit，suggesting greisen-type W-Mo mineralization in the Early Permian.The Akshatau greisen-type W-Mo mineralization is considered to be the continuation of the Late Carboniferous large-scale porphyry copper-molybdenum mineralization in the Central Asian Metallogenic Domain and a product of the Late Hercynian tectono-magmatic activity in the Central Asia Orogeny.

Re-Os isotopic age;molybdenite;metallogenic epoch;greisen-type W-Mo deposit;Balkhash metallogenic belt

P618.4

A

1006-6616(2010)04-0349-10

2010-06-09

國家科技支撐計劃重點項目 (編號:2007BAB25B02)資助。

李勇 (1980-)，男，碩士研究生，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)。E-mail:colyly@163.com。