新疆金窩子片麻狀花崗巖鋯石U－Pb年代學(xué)、地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

叢源，肖克炎，董慶吉，毛啟貴

(1．中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037;2．中國地質(zhì)調(diào)查局，北京100037; 3．有色金屬地質(zhì)調(diào)查中心，北京100814)

新疆金窩子片麻狀花崗巖鋯石U－Pb年代學(xué)、地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

叢源1，肖克炎1，董慶吉2，毛啟貴3

(1．中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037;2．中國地質(zhì)調(diào)查局，北京100037; 3．有色金屬地質(zhì)調(diào)查中心，北京100814)

金窩子金礦是新疆東部重要的金礦床之一，其賦礦圍巖為上泥盆統(tǒng)金窩子組火山碎屑巖－沉積巖和金窩子片麻狀花崗巖。前人研究顯示金窩子片麻狀花崗巖形成時代為356～392Ma，變化范圍較大，且與金窩子組底部有片麻狀花崗巖礫石的地質(zhì)事實不符，在一定程度上制約著金礦床成礦作用和成礦地質(zhì)背景的研究。金窩子片麻狀花崗巖準確時代的確定，是研究該金礦成礦規(guī)律和構(gòu)造巖漿演化的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。因此，本文采用高精度LA－ICP－MS方法對金窩子片麻狀花崗巖進行鋯石U－Pb定年和Hf同位素研究。研究結(jié)果表明，片麻狀花崗巖巖漿結(jié)晶時代為429．1±2．7Ma，形成于中志留世，結(jié)合野外觀察認為巖體時代應(yīng)早于金窩子組地層，兩者為不整合關(guān)系。鋯石的εHf(t)值和Hf同位素兩階段模式年齡分別介于－3．5～+1．2和2545Ma～3072Ma之間。地球化學(xué)資料顯示，片麻狀花崗巖輕稀土(LREE)和大離子親石元素(Rb、Th和K)相對富集，Nb、Ta和Ti等高場強元素相對虧損，A/CNK在1．13～1．14之間，具有高K鈣堿性系列巖石的特征和島弧鈣堿性巖漿活動的特征，該巖體的形成與南天山洋早古生代晚期的閉合以及后來塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊的碰撞密切相關(guān)。

鋯石LA－ICP－MS定年片麻狀花崗巖金窩子新疆

Cong Yuan，Xiao Ke－yan，Dong Qing－ji，Mao Qi－gui．Zircon U－Pb dating and geochemical characteristics of the gneissic granite in the Jinwozi gold deposit，Xinjiang and their geological implications［J］．Geology and Exploration，2012，48(4):0790－0798．

金窩子金礦位于新疆與甘肅交界地帶，是新疆東天山－北山金礦集中區(qū)東段的一個重要金礦床，迄今已有上百年的開采歷史。自1979年勘探至今，眾多學(xué)者對其展開了一系列的研究工作，積累了大量資料，并取得了一系列的研究成果(胡藹琴等，1986;趙殿甲等，1987;曹正中等，1990;李華芹等，1993;王虹等，1993;陳紀明等，1995;周濟元等，1996;席小平等，1997;陳富文等，1999;劉偉等，2002;陳柏林等，2003;王清利等，2008)。金窩子金礦的賦礦圍巖主要為上泥盆統(tǒng)金窩子組火山碎屑巖－沉積巖和金窩子片麻狀花崗巖，但是對于它們的準確時代，目前尚存在較大的爭議，尤其是片麻狀花崗巖，已獲得的年齡數(shù)據(jù)主要有:375Ma和385Ma、 369．7Ma(胡藹琴等，1986)、365Ma(趙殿甲等，1987)、355．7 Ma、359 Ma(陳富文等，1999)以及392Ma(張增杰等，2003)。然而，這些年齡數(shù)據(jù)多數(shù)精度不高，并且變化范圍較大，很難指示該巖體的準確時代，限制了對金窩子金礦成礦作用和成礦地質(zhì)背景的深入研究。金窩子片麻狀花崗巖是該金礦的主要賦礦巖體，準確確定它的時代，對進一步厘清該地區(qū)構(gòu)造巖漿作用和重新認識區(qū)域成礦地質(zhì)背景，指導(dǎo)礦產(chǎn)勘查(特別是金窩子金礦外圍找礦)具有重要的意義。因此，本項研究以金窩子片麻狀花崗巖為研究對象，采用高精度LA－ICP－MS測年方法，對該巖體的時代進行了厘定，同時結(jié)合鋯石Hf同位素和地球化學(xué)資料，探討巖石形成的大地構(gòu)造背景。

圖1 金窩子金礦床礦區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)劉偉等，2002修改)Fig．1 Geological map of the Jinwozi gold deposit in Xinjiang(modified from Liu et al．，2002)

1 地質(zhì)概況

金窩子金礦位于塔里木地臺東北部，屬星星峽斷隆之雙井子坳陷和北山斷褶帶的馬蓮井復(fù)向斜的一部分，在構(gòu)造上位于塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊結(jié)合帶的東段，那倫－那拉提－紅柳河成礦帶之星星峽－明水構(gòu)造成礦區(qū)。區(qū)域主構(gòu)造方向為北東東向，沙泉子斷裂、尖山子斷裂和紅柳河斷裂控制著整個區(qū)域構(gòu)造。研究區(qū)出露的地層主要為元古界、古生界和新生界，元古界長城系星星峽群和卡瓦布拉克群為一套中－高級區(qū)域變質(zhì)巖。石炭紀火山活動和沉積作用不發(fā)育，巖漿活動以侵入為主，形成了規(guī)模不等的巖體，這些巖體既是金成礦的物質(zhì)提供者之一，也是區(qū)內(nèi)重要的賦礦巖石，其中上泥盆統(tǒng)金窩子組火山碎屑巖－沉積巖和金窩子片麻狀花崗巖是研究區(qū)的主要賦礦巖系。

金窩子組主要為一套輕微變質(zhì)的火山碎屑巖－沉積巖，主要巖性為沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、礫巖、千枚巖、頁巖等。巖石普遍經(jīng)歷了不同程度的區(qū)域變質(zhì)作用和動力變質(zhì)作用，多數(shù)巖石為片巖相和千枚巖相，膠結(jié)物具有重結(jié)晶作用。在金窩子組底部見片麻狀花崗巖角礫，顯示金窩子組不整合于金窩子片麻狀花崗巖之上(圖1)，金窩子片麻狀花崗巖體呈NEE－SWW展布，長軸方向與區(qū)域構(gòu)造線基本一致。巖體出露長約5．5km，寬500～900m，局部呈長舌狀、巖株產(chǎn)出，東段巖性主要為黑云斜長花崗巖，西段主要為黑云二長花崗巖。巖石碎裂結(jié)構(gòu)發(fā)育，顯微鏡下可見黑云母受力扭曲變形，石英顆粒產(chǎn)生變形及波狀消光、長石揉皺彎曲等現(xiàn)象，表明巖體成巖后經(jīng)歷過較強的構(gòu)造作用，而呈片麻狀構(gòu)造。巖體中有石英閃長巖脈，白云母花崗巖脈、偉晶巖脈、輝綠巖脈和大量石英脈，反映了該地區(qū)經(jīng)歷了多期巖漿事件。金窩子礦區(qū)金礦體主要為含金石英脈和含金蝕變巖。其中，含金石英脈主要分布在礦區(qū)中部的片麻狀花崗巖體中，構(gòu)成石英脈型礦帶，脈體多受NNW(近南北)向斷裂控制，傾向225°～275°，傾角65°～80°(圖1);含金蝕變巖主要發(fā)育于礦區(qū)南部構(gòu)造帶中，即210礦帶。

多數(shù)學(xué)者認為2種金礦化類型的成礦流體主要來源于巖漿熱液，但有地下水的混入，金窩子組為金成礦作用提供成礦物質(zhì)(金元素)(劉偉等，2003)。

含金石英脈型礦體和蝕變巖型礦體的近礦圍巖蝕變十分相似，自礦體向外，大致可分出兩個蝕變帶:即黃鐵絹英巖化帶和綠泥石－碳酸鹽化帶。黃鐵絹英巖化與金礦化的時空關(guān)系十分密切。

2 樣品及分析方法

本文鋯石LA－ICP－MS測年樣品(XXX16)采自金窩子片麻狀花崗巖，采樣位置見圖1。鋯石挑選在河北地質(zhì)調(diào)查所實驗室完成，片麻狀花崗巖鋯石干凈、透明，多為自形、柱狀或長柱狀，顆粒大小不一，多在100～200μm之間，長寬比多在1∶1～2∶1之間。在雙目鏡下挑選出無裂隙、無包體的自形鋯石顆粒，將其與標樣置于環(huán)氧樹脂中，然后磨至約一半，使內(nèi)部暴露，然后進行反射光、透射光和陰極發(fā)光顯微照相。鋯石的陰極發(fā)光(CL)、鋯石測年及Hf同位素分析均在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所完成。鋯石U－Pb年齡在Neptune多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀LA－ICP－MS和193nm激光取樣系統(tǒng)上進行，激光束斑直徑為40～60μm，采用高純Ar氣為載氣，用美國國家標準技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質(zhì)NIST610進行儀器最佳化，采用91500標準鋯石外部校正法進行鋯石原位U－Pb分析。詳細的測試流程、技術(shù)參數(shù)和干擾校正參數(shù)和校正方法可參見謝烈文等(2008)。數(shù)據(jù)處理采用GLITTER 4．0(Macquarie U-niversity)(Jackson et al．，2004)和ISOPLOT 3．0程序(Ludwig et al．，2003)，普通鉛校正采用Anderson (2002)方法。

Hf同位素分析在Neptune多接收電感耦合等離子質(zhì)譜儀(MC－ICP－MS)和193nm激光取樣系統(tǒng)上進行，分析時激光束直徑為60μm激光剝蝕時間約26σ。測定時用鋯石國際標樣91500鋯石作外標，分析中所用激光脈沖速率為8～10Hz，能量密度為100mJ/cm2。儀器的運行條件及詳細的分析過程參見謝烈文等(2008)。主量、微量和稀土元素分析也在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所完成，主量采用X－射線熒光光譜儀(XRF)分析，微量元素和稀土元素采用ICP－MS方法測定。

3 測試結(jié)果

3．1 鋯石LA－ICP－MS U－Pb年齡

本文選擇了20顆具有代表性的鋯石進行了分析，測試結(jié)果見表1。CL圖像顯示，鋯石晶體較完整，顆粒較大，多數(shù)鋯石韻律環(huán)帶發(fā)育，并有少量鋯石具有核幔結(jié)構(gòu)，核部應(yīng)為繼承源巖的成分(圖2)。20個分析點的Th含量變化于(31～309)×10－6，U變化于(37～323)×10－6，Th、U之間具有正相關(guān)關(guān)系，Th/U比值在0．49～0．92之間，為具有典型的巖漿鋯石特征(Hoskin et al．，2000)。獲得的20個分析點206Pb/238U年齡，15個點年齡集中變化于420～437 Ma之間，在諧和曲線上成群分布(圖3)，加權(quán)平均年齡為429．1±2．7 Ma(MSWD=0．86)，代表金窩子片麻狀花崗巖的巖漿結(jié)晶年齡。另外5個鋯石顆粒的年齡較大(分析點1、13、15、16和19，年齡在631～1604 Ma之間)，分析點位于具有核幔結(jié)構(gòu)的鋯石核部，代表巖漿形成過程中捕獲了圍巖的繼承鋯石的年齡，其年齡代表源巖的時代，反映了該地區(qū)可能存在較老的基底巖石。

3．2 地球化學(xué)特征

金窩子片麻狀花崗巖地球化學(xué)分析結(jié)果見表2，SiO2含量為65．18%～66．12%，全堿含量(K2O+ Na2O)在5．2%～6．12%之間，在TAS圖解中2個樣品均位于花崗閃長巖的區(qū)域內(nèi)(圖4)，樣品K2O的含量在2．71%～3．38%之間，具有高鉀鈣堿性系列特征，Al2O3含量為12．91%～14．15%，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)在1．13～1．14之間，具有過鋁質(zhì)花崗巖特征(圖5)。在球粒隕石標準化稀土元素圖解上(圖6a)，樣品顯示出輕稀土元素(LREE)富集、重稀土元素(HREE)相對虧損的特征(LaN/YbN=12．5～13．4)，Eu負異常明顯(δEu=0．55～0．68)。原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖6b)，Rb、Th和K等大離子親石元素強烈富集，相對虧損Nb、Ta和Ti等高場強元素，且富集Pb，虧損Sr。

表1 金窩子片麻狀花崗巖中鋯石LA－ICP－MS U－Pb年齡結(jié)果Table1 Zircon LA－ICP－MS U－Pb dating data of the gneissic granite in the Jinwozi gold deposit

圖2 金窩子金礦片麻狀花崗巖中部分有代表性的鋯石陰極發(fā)光圖像Fig．2 CL images of zircons from gneissic granite from the Jinwozi gold deposit

圖3 金窩子金礦片麻狀花崗巖鋯石U－Pb年齡諧和圖Fig．3 Zircon U－Pb concordia diagram of gneissic granite from the Jinwozi gold deposit

表2 金窩子片麻狀花崗巖主量(wt%)/稀土和微量元素(×10－6)分析結(jié)果Table2 Major elements(wt%)，REE and trace elements(×10－6)contents of gneissic granite from the Jinwozi gold deposit

3．3 鋯石Hf同位素

鋯石Hf同位素分析點位置和La－ICP－MS測年點相對應(yīng)，分析結(jié)果見表3。金窩子片麻狀花崗巖樣品鋯石176Hf/177Hf比值多數(shù)分布于0．282415～0．282574，根據(jù)每個鋯石的年齡計算，對應(yīng)的εHf(t)值在－3．5～+1．2之間，加權(quán)平均值為－1．1，TDM1值為1042 Ma～1189 Ma(平均為1103 Ma)，TDM2值為2545 Ma～3072 Ma(平均為2739 Ma)(圖7)。另外5顆繼承鋯石的176Hf/177Hf比值(0．281508～0．282393)和εHf(t)值(－17．9～+1．7)變化均較大。

4 討論及結(jié)論

4．1 金窩子片麻狀花崗巖的時代

圖6 稀土球粒隕石標準化配分圖解(a)和原始地幔(PM)標準化微量元素蛛網(wǎng)圖解(b)Fig．6 REE patterns(a)and trace spadergrams(b)diagrams of gneissic granite from the Jinwozi gold deposit

圖7 金窩子片麻狀花崗巖鋯石Hf同位素組成特征圖解Fig．7 Diagram of initial Hf values of zircons from gneissic granite from the Jinwozi gold deposit

對于金窩子片麻狀花崗巖的時代，前人已經(jīng)做了許多定年工作(胡藹琴等，1986;趙殿甲等，1987;陳富文等，1999;張增杰等，2003)，其時代變化范圍在356～392 Ma之間。然而這些工作多采用Rb－Sr法或鋯石U－Pb TIMS法等傳統(tǒng)測試方法，精度不高、可信度較差。本文采用了高精度LA－ICPMS法，對代表性樣品進行鋯石定年，獲得了片麻狀花崗巖巖漿結(jié)晶年齡為429．1±2．7 Ma(MSWD= 0．86)，為早志留世晚期，這與該巖體不整合于上泥盆統(tǒng)金窩子組之下的地質(zhì)事實相符合。與此同時，本研究還獲得了5個繼承鋯石的年齡(631～1604 Ma)，代表該地區(qū)古老基底巖石的記錄。此外，王清利等(2008)對金窩子金礦剪切帶中絹云母進行了Ar－Ar定年，獲得了243±2 Ma的坪年齡，與該地區(qū)區(qū)域性剪切帶的走滑活動時代一致，認為它代表該金礦的形成時代。也就是說，金窩子片麻狀花崗巖的巖漿早古生代晚期開始侵位、結(jié)晶，為該礦床的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)(王京彬等，2006)。

4．2 成礦意義

根據(jù)本文研究成果，金窩子巖體與金礦化時差在180Ma以上，二者無直接的成因聯(lián)系;即使金窩子巖體金元素含量比較高，為中生代金礦化提供了就位空間，但是由于其變質(zhì)－變形作用弱，其中的金元素尚未被活化，難以進入成礦作用過程，因此，金窩子巖體不太可能是直接的礦源巖系。由于金窩子組普遍發(fā)生淺變質(zhì)作用和較強烈的構(gòu)造變形作用，能夠提供金礦床的成礦物質(zhì)，因此，金窩子金礦床的成礦物質(zhì)(金元素)主要來源于金窩子組地層(陳柏林，2010)。

中生代早期伴隨著區(qū)域性剪切帶的活動，片麻狀構(gòu)造形成，局部地區(qū)巖石遭受了強烈剪切而破碎，成礦物質(zhì)在變質(zhì)變形作用下逐步富集成礦，而片麻狀構(gòu)造產(chǎn)生的裂隙也為該礦床的形成提供了有利的容礦空間，進一步促進了金窩子金礦的形成。

盡管多數(shù)研究者認為金窩子金礦的成礦時代與成巖時代時差超過100Ma，推測存在隱伏巖體，但經(jīng)局部鉆探證實，深部巖石特征與地表出露的金窩子二長花崗巖一致(席小平，1997)，是地表巖體的下延，該區(qū)至今沒有能證實存在與金礦化有關(guān)的隱伏巖體。

4．3 構(gòu)造意義

金窩子片麻狀花崗巖SiO2含量為65．18%～66.12%，Al2O3為12．91%～14．15%，A/CNK在1．13～1．14之間，屬于典型的過鋁質(zhì)花崗巖，且具有高鉀鈣堿性系列巖石的特征。稀土元素中輕稀土富集，重稀土相對虧損，Eu負異常明顯，說明巖漿存在斜長石的分離結(jié)晶。稀土元素配分曲線為向右傾斜曲線，Nb、Ta和Ti等高場強元素虧損明顯，這些特征與后碰撞花崗巖類似。片麻狀花崗巖鋯石的176Hf/177Hf比值多在0．282415～0．282574之間，εHf(t)值在－3．5～+1．2之間，指示其巖漿可能源于巖石圈地幔部分熔融，并可能受到含有火山弧組分的年輕地殼的混染。兩階段模式年齡在2545～3072 Ma之間，反映其源巖為太古代晚期地殼物質(zhì)。

表3 金窩子片麻狀花崗巖Lu－Hf同位素分析數(shù)據(jù)Table3 Lu－Hf compositions of gneissic granite from the Jinwozi gold deposit

最近的研究資料顯示，紅柳河蛇綠巖堆晶輝長巖年齡為516 Ma(張元元等，2008)，代表該地區(qū)南天山洋洋殼的形成時代，而北山地區(qū)榴輝巖的峰期變質(zhì)作用的時代為465 Ma(Liu et al．，2010)，代表大洋閉合、俯沖消減的年齡。本項研究獲得的金窩子片麻狀花崗巖巖漿結(jié)晶年齡為429．1±2．7 Ma，與北山柳園地區(qū)早古生代花崗巖的侵位時代一致(427～431 Ma)(趙澤輝等，2007)，同時在紅柳河地區(qū)還出露有440 Ma的花崗巖。因此，在該地區(qū)南天山洋寒武紀就已經(jīng)形成，中奧陶世伴隨著榴輝巖的形成該大洋開始閉合，北山地區(qū)包括金窩子巖體在內(nèi)的早古生代花崗巖巖石(427～440 Ma)的形成與該大洋的閉合以及后來塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊的碰撞密切相關(guān)。

致謝在工作過程中得到中國地質(zhì)調(diào)查局資源評價部龍寶林、謝國剛、張生輝、藺志永等的大力支持，在此表示衷心的感謝!在審稿過程中，專家提出了寶貴的修改建議，在此一并表示謝忱!

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Zircon U－Pb Dating and Geochemical Characteristics of the Gneissic Granite in the Jinwozi Gold Deposit，Xinjiang and Their Geological Implications

CONG Yuan1，XIAO Ke－yan1，DONG Qing－ji2，MAO Qi－gui3
(1．Institute of Mineral Resources，CAGS，Beijing100037;2．Chian geological survey，Beijing100037; 3．China nonferrous Metals Resources Geological Survey，Beijing100814)

The Jinwozi gold deposit is one of the important gold deposits in eastern Xinjiang．It is hosted in the volcaniclastic－sedimentary rocks of the upper Devonian Jinwozi Formation and the Jinwozi gneissic granite．Previous studies suggest that the Jinwozi gneissic granite formed at 356～392 Ma．This large time variation does not accord with the geological information that there is gneissic granite gravel in the bottom of the Jinwozi Formation．This conclusion，to some extent，limits the further study on the gold mineralization and geological background in this area．Accurate age determination of the Jinwozi gneissic granite is critical for researching gold mineralization and tectno－magmatic evolution．In this work，U－Pb dating and Hf isotope studies of zircon grains from the Jinwozi gneissic granite have been conducted by the high－precision LA－ICP－MS method．The result shows that the gneissic granite magma crystallization age is 429．1±2．7Ma，in the middle Silurian．The εHf(t)values of Zircon and Hf two－stage isotope model ages are－3．5－+1．2 and 2545～3072 Ma，respectively．Geochemical data of granite demonstrates that it is rich in LILE and depleted in HFSE(Nb，Ta，Ti)．A/ CNK ranges from 1．13 to 1．14，which has the characteristics of high－K calc－alkaline volcanic rock series．It is thus concluded that the formation and emplacement of the Jinwozi gneissic granite are closely related to the closure of the South Tianshan ocean in the early Paleozoic and later collision of the Tarim plate with the Kazakhstan plate．

Zircon，LA－ICP－MS dating，gneissic granite，Jinwozi，Xinjiang

book=7,ebook=234

P618

A

0495－5331(2012)04－0790－9

2012－04－18;

2012－05－15;［責(zé)任編輯］郝情情。

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)大調(diào)查項目“全國重要礦產(chǎn)總量預(yù)測”(編號1212010633905)資助的成果。

叢源(1980年－)，女，博士后，從事礦床地球化學(xué)和礦產(chǎn)勘查工作。E－mail:congyuan97@sohu．com。