新疆昭蘇卡拉蓋雷銅金礦床成礦地質(zhì)背景探討

葛文勝, 李小飛, 薛運(yùn)清, 郭鵬志, 賈 琦, 付 強(qiáng),韓 冬, 裘立剛, 劉亞然

1)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京), 北京 100083;

2)天津華北地質(zhì)勘查局, 天津 300170

新疆西天山地區(qū)是我國(guó)重要的有色金屬和黑色 金屬成礦區(qū), 近年來隨著地質(zhì)勘探找礦程度的加大,該區(qū)已發(fā)現(xiàn)一大批火山巖型、矽卡巖型、斑巖型、鎂鐵-超鎂鐵巖型銅礦(劉德權(quán)等, 2005; 陳毓川等,2007; 吳淦國(guó)等, 2008)。其中尤以伊寧中央地塊以北博羅科努古生代島弧帶和阿吾拉勒晚古生代弧后盆地找礦成果顯著, 以火山巖型、矽卡巖型、斑巖型為主, 科研成果頗豐(鄧洪濤, 2001; 沙德銘等, 2003;張喜等, 2003; 趙振華等, 2004; 王志良等, 2004,2006; 張作衡等, 2006; 萬閾等, 2009)。而由于自然條件等因素的影響, 伊寧中央地塊以南那拉提構(gòu)造帶的研究程度相對(duì)滯后, 目前勘查發(fā)現(xiàn)的銅礦床有菁布拉克鎂鐵-超鎂鐵巖型銅鎳鉑小型礦床?？ɡw雷銅金礦床是該構(gòu)造帶內(nèi)首例以Cu為主, 伴生Au、Co、Mo、Pb、Zn的火山巖型熱液礦床。研究其成礦地質(zhì)特征和構(gòu)造背景, 與區(qū)域上同類型礦床對(duì)比,對(duì)突破該區(qū)找礦有重要意義。

卡拉蓋雷銅金礦床位于新疆西天山伊犁微板塊之伊犁裂谷帶南緣, 那拉提構(gòu)造帶西段(圖 1), 緊鄰我國(guó)與哈薩克斯坦的邊境。那拉提成礦帶主體為那拉提—紅柳河縫合帶, 北部還包括伊寧部分中央地塊?？p合帶位于哈薩克斯坦板塊及塔里木板塊之間,那拉提南、北緣斷裂分別為南界和北界。古板塊的多次裂解、拼合, 形成了成礦帶復(fù)雜的地質(zhì)演化歷史。從南天山洋加里東—華力西中期的閉合階段到華力西晚期的天山造山帶的不斷隆起, 南北向擠壓應(yīng)力一直占主導(dǎo)地位。在此擠壓構(gòu)造條件下, 形成了島弧和弧前盆地、弧后盆地等活動(dòng)性大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境及大量中酸性巖漿侵入和基性、超基性巖的構(gòu)造侵位, 并相應(yīng)形成不同類型礦床。

區(qū)內(nèi)主要出露有中元古代那拉提群、上志留統(tǒng)巴音布魯克組、下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組、下石炭統(tǒng)阿克沙克組, 那拉提山南坡零星分布有上石炭統(tǒng)。其中下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組為一套雜色火山碎屑巖(總厚度650～4599 m)(蔡土賜, 1999), 主要巖性為灰綠及灰紫紅等雜色基、中、酸性凝灰?guī)r, 安山玢巖、流紋斑巖、夾凝灰質(zhì)砂巖、灰?guī)r等, 該套巖石是銅金礦的主要圍巖。區(qū)內(nèi)以斷裂構(gòu)造為主, 具隱伏的基底斷裂網(wǎng)和地殼淺部的斷裂系統(tǒng)特征(王海濤等,2007)。隱伏基底斷裂網(wǎng)形成于元古代, 有近東西和近南北向兩種, 對(duì)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)展與演化起決定性作用; 地殼淺部斷裂系統(tǒng), 是在東西向和南北向兩組正交斷裂系統(tǒng)及其派生的北西向和北東向兩組斜交斷裂系統(tǒng)的基礎(chǔ)上繼承性發(fā)展的結(jié)果。斷裂系統(tǒng)控制著蛇綠巖帶、侵入巖帶、構(gòu)造破碎帶的產(chǎn)出, 成為不同時(shí)代、不同構(gòu)造單元和巖石建造的分界線, 并成為最重要的導(dǎo)礦和控礦因素。區(qū)內(nèi)侵入巖分為呂梁期、加里東期和華力西期三個(gè)旋回, 其中華力西期侵入巖占絕對(duì)主導(dǎo)地位。華力西早期侵入巖以花崗閃長(zhǎng)巖為主, 晚期鉀長(zhǎng)花崗巖及花崗斑巖發(fā)育。

圖1 那拉提成礦帶地質(zhì)礦產(chǎn)圖(據(jù)陳毓川等, 2007修編)Fig.1 Geological map of Nalati tectonic belt, showing distribution of ore resources (after CHEN et al., 2007)

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

1.1 地層

礦區(qū)及其外圍出露的地層主要為大哈拉軍山組及第四系殘坡積物。第四系殘坡積物分布于較平緩的斜坡及溝谷、陡崖處, 由礫石、砂和腐植質(zhì)土層組成。

大哈拉軍山組呈近 EW 向帶狀展布, 走向100°～130°, 南傾, 傾角大約70°, 局部受斷裂構(gòu)造影響出現(xiàn)反傾, 區(qū)內(nèi)該組上下均未見頂?shù)?。主要巖性為玄武巖、安山巖、英安巖、玄武質(zhì)凝灰?guī)r、安山質(zhì)凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r、火山角礫巖、礫巖等。其中玄武質(zhì)凝灰?guī)r、綠片巖相淺變質(zhì)巖及隱爆角礫巖為主要賦礦容礦巖石。主要巖性特征如下:

玄武巖: 灰黑綠色, 粒狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造。主要由粒狀輝石(約50%)、斜長(zhǎng)石(約45%)和少量不透明礦物(約 5%)組成, 另含有石英、黑云母細(xì)脈。斜長(zhǎng)石呈自形柱狀, 粒度較小, 分布不規(guī)則。

玄武質(zhì)凝灰?guī)r: 灰黑綠色, 凝灰結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造。主要由火山灰物質(zhì)(＞85%)組成, 隱晶質(zhì), 可見輝石微晶顆粒, 發(fā)育綠泥石化蝕變, 常見細(xì)小石英脈(約10%)穿插其中。

安山巖: 紫紅色, 斑狀結(jié)構(gòu), 基質(zhì)具交織結(jié)構(gòu),塊狀、杏仁狀構(gòu)造。主要由斑晶(5%～35%)和基質(zhì)(95%～65%)組成。斑晶主要為中長(zhǎng)石和角閃石, 粒度0.5～3 mm, 中長(zhǎng)石呈自形板狀, 具環(huán)帶結(jié)構(gòu), 表面常見次生絹云母和細(xì)小粒狀綠簾石; 基質(zhì)成分主要為中長(zhǎng)石、綠泥石、綠簾石、方解石, 其中中長(zhǎng)石定向分布組成交織結(jié)構(gòu), 在長(zhǎng)石間有細(xì)小片狀綠泥石和粒狀綠簾石; 巖石杏仁孔局部拉長(zhǎng)呈橢圓形,由外向內(nèi)充填有綠泥石、石英、方解石。

隱爆角礫巖: 灰綠-淺紅色, 角礫結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造。主要由角礫(約30%)及膠結(jié)物(約70%)組成。角礫形狀大小不一, 多呈尖棱角狀、棱角狀、次棱角狀, 礫徑一般為1～5 cm, 個(gè)別達(dá)10 cm以上不等, 角礫主要成分為長(zhǎng)英質(zhì)物質(zhì)、電氣石等, 電氣石中多含浸染狀黃銅礦、黃鐵礦, 后期受區(qū)域變質(zhì)作用, 整體糜棱巖化, 局部角礫定向拉伸明顯, 并見有黃鐵礦脈貫穿電氣石角礫。膠結(jié)物主要為長(zhǎng)英質(zhì)及凝灰質(zhì)物質(zhì)。

綠泥石化凝灰質(zhì)片巖: 深灰綠色, 斑狀結(jié)構(gòu)、變余凝灰結(jié)構(gòu), 片理化-片狀構(gòu)造。主要由火山灰重結(jié)晶物質(zhì)(約80%)、綠泥石(約10%)和絹云母(約10%)組成。其中火山灰重結(jié)晶物質(zhì), 呈隱晶質(zhì), 綠泥石化、碳酸鹽化、絹云母化較強(qiáng); 綠泥石呈團(tuán)塊狀分布, 可能為晶屑或斑晶蝕變生成, 保留礦物假象;絹云母應(yīng)為原來晶屑礦物蝕變而成, 保留礦物假象。

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造分線性構(gòu)造和環(huán)形構(gòu)造兩種: 線性構(gòu)造以大致平行地層走向的北西—南東向斷裂為主。礦區(qū)中部發(fā)育一近 EW 向片理化帶, 屬于區(qū)域上的韌性剪切帶。該帶在礦區(qū)內(nèi)正好受控于F3和F4斷裂,整體南傾, 傾角較陡, 局部近直立。帶內(nèi)巖石片理、劈理極強(qiáng), 呈薄到中層狀。遙感解譯資料顯示, 礦區(qū)周邊有兩個(gè)大小不等的環(huán)形構(gòu)造, 較大者位于礦區(qū)東側(cè), 直徑約20 km, 其西邊界為礦區(qū)中部呈近南北向分布的布魯希布拉克水溝; 較小者位于礦區(qū)南側(cè),直徑約8 km。

1.3 侵入巖

區(qū)內(nèi)華力西中期閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖和鉀長(zhǎng)花崗巖呈巖株(枝)狀或巖基發(fā)育, 與大哈拉軍山組呈斷層接觸; 輝綠巖脈、輝長(zhǎng)巖脈、硅質(zhì)脈侵入于火山巖地層中, 受礦區(qū)斷裂構(gòu)造控制明顯; 流紋斑巖、閃長(zhǎng)玢巖、霏細(xì)巖等次火山巖沿?cái)嗔褬?gòu)造呈脈狀產(chǎn)出。

礦區(qū)外圍北部廣泛分布有鉀長(zhǎng)花崗巖巖基(神泉巖體), 其中可見片狀黑云母集合體, 為元古代那拉提基底的變質(zhì)巖。北部花崗閃長(zhǎng)巖體中見有1.5 m×0.7 m左右的凝灰?guī)r捕虜體, 反映了巖漿上涌過程中捕虜圍巖的現(xiàn)象。礦區(qū)外圍南部發(fā)育花崗閃長(zhǎng)巖巖株或巖墻, 其中暗色微粒鐵鎂包體發(fā)育普遍,表明區(qū)域上曾經(jīng)歷過強(qiáng)烈的巖漿混合、混染作用, 與軟流圈上涌、幔源巖漿的底侵作用等地質(zhì)作用過程密切相關(guān)。巖體中常見斷面擦痕, 表面光滑, 呈灰白-灰綠色, 硅化、鉀長(zhǎng)石化、綠泥石化發(fā)育, 產(chǎn)狀為195°～215°∠25°, 反映了區(qū)域上近南北向的構(gòu)造活動(dòng)。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

礦區(qū)已知銅礦化(體)主要產(chǎn)于隱爆角礫巖筒及構(gòu)造破碎帶裂隙或片理、劈理微裂隙中, 賦礦圍巖為玄武質(zhì)凝灰?guī)r、綠片巖相淺變質(zhì)巖。礦化在淺部分布于近東西向產(chǎn)出的片理化巖帶內(nèi), 在深部分布于南傾的隱爆角礫巖筒內(nèi)。

總體上礦化體上部主要富集Au-Pb-Zn元素, 下部為原生伴有Au-Co的Cu礦床。初步圈定7個(gè)銅(金)礦化體, 均呈薄脈狀, 近東西向平行展布, 傾向南東, 傾角75°～85°。地表分布范圍東西長(zhǎng)約240 m, 南北寬約250 m, 垂向上賦礦標(biāo)高2180～2560 m。礦體厚度沿傾向呈逐漸減薄至尖滅趨勢(shì), 沿走向往西逐漸尖滅, 往東至布魯希布拉克水溝突然中斷。礦床銅儲(chǔ)量為中型, Cu平均品位為0.522%～0.989%, Au為0.019～0.135 g/t, 伴生Co為 0.004%～0.30%。

2.2 礦石特征

礦石主要為硫化物型礦石, 氧化礦較少。礦石構(gòu)造以浸染狀、角礫狀和脈狀為主, 次為網(wǎng)脈狀、薄膜狀。礦化類型大致可分為隱爆角礫巖型、石英-電氣石脈型、石英-綠泥石脈型等。金屬礦物主要有黃銅礦、黃鐵礦, 其次有毒砂、輝鈷礦、輝鉬礦、鉛鋅礦、斑銅礦、孔雀石、藍(lán)銅礦等。脈石礦物主要有石英、電氣石、綠泥石、方解石以及絹云母等。礦石結(jié)構(gòu)主要為它形粒狀、自形-半自形粒狀、交代充填、假像、包含、環(huán)帶、聚晶結(jié)構(gòu)等。

2.3 礦化蝕變特征

區(qū)內(nèi)礦化蝕變具一定空間分布規(guī)律。平面上,礦區(qū)北部以黃鐵礦化、硅化、綠泥石化、碳酸鹽化為主, 南部則主要為硅化、電氣石化。礦化主要與硅化、電氣石化、綠泥石化有關(guān)。垂向上, 從地表到深部, 礦化依次主要為孔雀石-藍(lán)銅礦、鉛鋅礦-黃鐵礦-黃銅礦-磁鐵礦、黃鐵礦-黃銅礦、黃鐵礦-黃銅礦-毒砂-輝鈷礦、黃鐵礦-黃銅礦-輝鉬礦等共生組合, 淺部主要為氧化礦物和低溫礦物, 向深部過渡為中高溫礦物。

2.4 成礦階段

室內(nèi)外綜合研究表明, 卡拉蓋雷銅金礦床主要經(jīng)歷了火山-沉積成礦期、熱液成礦期和表生期。其中熱液成礦期是銅礦主要成礦期, 表現(xiàn)為黃銅礦、黃鐵礦等金屬硫化物與石英、電氣石密切共生, 可見金屬礦物呈浸染狀分布于石英、電氣石團(tuán)塊或脈內(nèi), 也可見金屬礦脈沿石英脈邊緣產(chǎn)出, 還可見到單獨(dú)的金屬礦脈。該期以火山隱爆角礫巖、熱液充填交代作用為主要特征。根據(jù)礦脈相互穿插關(guān)系和礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物組合特點(diǎn), 主要又可分為五個(gè)階段: a 黃銅礦-黃鐵礦-輝鉬礦階段, 表現(xiàn)為輝鉬礦、黃銅礦順片理產(chǎn)出, 黃鐵礦浸染狀分布于暗色團(tuán)塊中; b 黃銅礦-黃鐵礦-毒砂-輝鈷礦階段, 表現(xiàn)為黃銅礦、黃鐵礦、毒砂、輝鈷礦呈浸染狀共生; c 黃銅礦-黃鐵礦階段, 也是主成礦階段, 表現(xiàn)為大量黃銅礦、黃鐵礦共生, 發(fā)育于石英脈、石英-綠泥石脈、石英-電氣石脈及其團(tuán)塊內(nèi)或者邊緣; d 黃銅礦-黃鐵礦-磁鐵礦階段, 表現(xiàn)為磁鐵礦沿黃銅礦、黃鐵礦裂隙及邊緣呈他形集合體充填交代; e 方鉛礦-閃鋅礦-黃鐵礦-磁鐵礦階段, 表現(xiàn)為大量方鉛礦、磁鐵礦與細(xì)粒黃鐵礦及少量閃鋅礦共生于礦脈中。

3 巖石地球化學(xué)特征及成巖-成礦構(gòu)造環(huán)境探討

3.1 樣品及分析方法

研究樣品采自卡拉蓋雷礦區(qū)及外圍的大哈拉軍山組剖面。選擇新鮮有代表性的樣品粉碎至200目做主量、微量和稀土元素分析。元素分析在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所分析測(cè)試中心完成, 主量元素分析儀器為 XRF-1500型 X射線熒光光譜儀; 微量、稀土元素用等離子質(zhì)譜儀(ICP- MS)、等離子體光學(xué)發(fā)射光譜(ICP-OES)、X-射線熒光光譜(XRF)等完成。主量元素分析精度大多數(shù)優(yōu)于 5%, 微量元素分析精度大多優(yōu)于 8%。具體測(cè)試流程參見Qi等(2000)。

3.2 火山巖地球化學(xué)特征

(1)主量元素特征

火山巖樣品的主量元素分析結(jié)果(表1)表明, 玄武巖的 SiO2=42.59%～47.32%, 全堿含量(K2O+Na2O)=2.64%～2.83%; K2O/Na2O=0.19～0.29; TiO2=1.07～1.0; Al2O3=11.97～13.29。安山巖的 SiO2=59.55%～61.38%, 全 堿 含 量 (K2O+Na2O)=6.04%～7.08%;K2O/Na2O=0.82～0.87; TiO2=0.70～0.73; Al2O3=14.62～15.13。英安巖的 SiO2=74.55%～77.54%, 全堿含量(K2O+Na2O)=5.34%～9.08%; K2O/Na2O=1.01～25.94;TiO2=0.14～0.29; Al2O3=12.03～15.15; 英安巖的 SiO2含量偏高, 主要受后期蝕變影響。整體來看, Mg#值為 18～47, 明顯低于判別原始巖漿的參數(shù)值65(Wendlandt et al., 1995), 說明巖漿發(fā)生過結(jié)晶分異。鋁質(zhì)指數(shù) A/CNK=0.90～1.89, 顯示出準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)的特點(diǎn); SiO2同其他的氧化物均展示出良好的相關(guān)性, 表現(xiàn)為隨SiO2的升高, TiO2、MgO、CaO、FeO的降低, 這些氧化物的下降反映了橄欖石、斜方輝石、單斜輝石、斜長(zhǎng)石以及磁鐵礦的分離結(jié)晶作用。

由于本區(qū)火山巖受后期蝕變作用影響較大, 測(cè)定的K2O和Na2O的含量并不能準(zhǔn)確代表蝕變前的含量, 故采取火山巖 TAS分類與不活動(dòng)元素Nb/Y-Zr/Ti分類相結(jié)合的辦法, 對(duì)礦區(qū)火山巖進(jìn)行大致分類判別。在火山巖TAS分類圖(圖2)上, 樣品落在玄武巖、安山巖和流紋巖區(qū)中, 且均為亞堿性系列(除樣品 B52由于較低的 SiO2落入苦橄玄武巖區(qū))。由Nb/Y-Zr/Ti圖(圖3)可看出, 樣品仍屬于亞堿性巖類, 從基性到酸性均有分布。在SiO2-K2O圖解(圖 4)上, 中酸性樣品均落于高鉀鈣堿性系列區(qū)域,基性巖樣品投于鈣堿性系列區(qū)域。結(jié)合野外觀察、鏡下鑒定和化學(xué)分析得出, 區(qū)內(nèi)大哈拉軍山組是一套由玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖組成的連續(xù)的亞堿性火山巖系列。

表1 礦區(qū)部分火山巖樣品主量(wB/%)、微量和稀土(wB/10-6)元素化學(xué)分析結(jié)果Table 1 Chemical analyses of major elements (wB/%), trace elements and REE (wB/10-6) of volcanic rocks samples

圖2 火山巖TAS分類圖(底圖據(jù)Le Maitre et al., 1989)Fig.2 TAS classification of volcanic rocks(base map after Le Maitre et al., 1989)

圖3 Nb/Y-Zr/Ti圖解(底圖據(jù)Wrincheste et al., 1977)Fig.3 Diagram of Nb/Y-Zr/Ti(base map after Winchester et al., 1977)

圖4 火山巖的SiO2-K2O關(guān)系圖(底圖據(jù)Middlemost, 1985)Fig.4 Diagram of SiO2-K2O of volcanic rocks(base map after Middlemost, 1985)

(2)稀土元素特征

稀土元素分析結(jié)果(表1)表明, 樣品的∑REE為(46.77～335.29)× 10-6, LREE/HREE 為 2.26～8.89,(La/Yb)N為 1.62～9.46, δEu 為 0.14～1.02, δCe 為0.95～1.01?！芌EE、LREE/HREE和(La/Yb)N值有隨著火山巖酸性程度增加而增大的趨勢(shì), 基性巖中上述值分別為 46.77～52.18×10-6、2.26～2.43、1.62～1.73,中酸性巖值分別為 194.60～335.29×10-6、6.65～8.89、6.46～9.46; 而δEu值趨勢(shì)正好相反, 基性巖為0.91～1.02, 中酸性巖為 0.14～0.65。δCe值整體變化不大。

在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解上, 也可以看出兩種有明顯差異的分配型式曲線(圖5)?；詭r樣品B52和KL6-1的曲線接近于平坦型, δEu和δCe均在1左右; 中酸性巖類樣品均呈右傾型式, Eu負(fù)異常明顯, 程度不等, 隨酸性程度的增加而增加,表明隨著長(zhǎng)石等含鈣礦物從巖漿中分離出來或在部分熔融作用中長(zhǎng)石殘留在源區(qū), 導(dǎo)致后期熔漿中Eu的負(fù)異常。中酸性火山巖具高稀土值、LREE富集、HREE虧損以及微弱或弱的負(fù)Eu異常, 均顯示為中酸性鈣堿性大陸邊緣島弧火山巖的特征(王曉剛等,2007)?；曰鹕綆r稀土總量較低, 稀土型式近平坦,與拉斑玄武巖類似。

(3)微量元素特征

圖5 樣品稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns

微量元素分析數(shù)據(jù)見表 1。礦區(qū)基性巖相對(duì)于中酸性巖, 總體上具有富集相容元素和中等相容元素(Cr、Co、Ni、V)而不相容元素含量相對(duì)較低的特點(diǎn)。從微量元素MORB標(biāo)準(zhǔn)化(Pearce, 1983)曲線(圖6)可以看出: 整體呈右傾型式, 均表現(xiàn)為大離子親石元素的富集(Sr變化較大與蝕變作用有關(guān)), 展示出較大或大的“隆起”?；詭r和中酸性巖的曲線有不同特點(diǎn)。對(duì)于中酸性巖來說, 在MORB標(biāo)準(zhǔn)化曲線上均存在明顯的 Nb、Ta、Ti、P 的負(fù)異常, 暗示著源區(qū)有金紅石、榍石、磷灰石的殘留。磷灰石的殘留說明巖石是源區(qū)低程度熔融的結(jié)果, 這和中酸性巖石具有高的稀土總量和高的 LaN/YbN比值是一致的?；詭r也同樣具有輕微的Nb、Ta、Ti、P 負(fù)異常, 其高場(chǎng)強(qiáng)元素(從Ce開始)基本上與MORB一致, 與島弧玄武巖的 MORB標(biāo)準(zhǔn)化曲線相似(李昌年, 1992)。

3.3 巖石源區(qū)特征

圖6 樣品微量元素MORB標(biāo)準(zhǔn)化曲線Fig.6 MORB-normalized trace elements patterns

本區(qū)巖石一個(gè)顯著的特征是Nb、Ta、Ti、P等元素的虧損?？紤]到本區(qū)為早古生代縫合帶的前提條件, 我們認(rèn)為源區(qū)巖漿可以是由受俯沖流體交代的地幔部分熔融, 同時(shí)巖漿上升過程中受到上覆地殼混染作用。由于早期是富含LILE的流體交代上地幔楔為主, 噴發(fā)的基性巖出現(xiàn)LILE富集而LREE與HREE分餾程度不明顯的特征; 較晚噴發(fā)的中酸性巖, 由于俯沖板片開始與地幔楔一起熔融, 所以表現(xiàn)為L(zhǎng)ILE和LREE都富集的特征, 并且LILE較基性巖更為富集。通過Nb/Yb-Th/Yb圖解(圖9)可以很好地反映巖漿源區(qū)受俯沖流體影響。樣品均投影在MORB分布區(qū)上方, 說明區(qū)內(nèi)大哈拉軍山組火山巖源于受俯沖板片釋放流體交代的富集地幔熔融。

微量元素地球化學(xué)研究中, 一些性質(zhì)相近的元素對(duì)常用于揭示源區(qū)性質(zhì), 如Nb-Ta、Th-Ta、Zr-Nb、Th-U等。表2列出了礦區(qū)火山巖部分元素對(duì)的比值。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)本區(qū)巖石的元素對(duì)比值與原始地幔及N-MORB相比相差較大, 而與陸殼比值更為相近。從這些比值特征可以推斷巖漿受過明顯的陸殼物質(zhì)的混染。

3.4 構(gòu)造環(huán)境分析

大哈拉軍山組火山巖廣泛分布于西天山地區(qū)伊犁盆地南北兩緣及盆地內(nèi)部, 不同學(xué)者由于研究所針對(duì)的區(qū)域不同, 所以對(duì)其構(gòu)造環(huán)境存在不同認(rèn)識(shí),歸納起來主要有如下觀點(diǎn): 古生代裂谷說(肖序常等,1992; 車自成等, 1994, 1996); 大洋島弧說(盧華復(fù)等, 2001; 趙振華等, 2001; 邵鐵全等, 2006); 大陸弧說(朱永峰等, 2006; 王博等, 2006; 吳淦國(guó)等,2008); 弧后拉張環(huán)境說(錢青等, 2006); 大火成巖省說(夏林圻等, 2004)。本次研究主要在對(duì)礦區(qū)及其外圍大哈拉軍山組剖面的詳細(xì)野外觀察基礎(chǔ)上, 通過巖石學(xué)和地球化學(xué)的研究探討其構(gòu)造環(huán)境。

表2 火山巖樣品元素對(duì)比值與典型源區(qū)對(duì)比Table 2 Comparison of element pair ratios of samples from volcanic rocks between typical source region and study area

野外觀察和室內(nèi)的薄片鑒定以及主量元素分析結(jié)果表明, 其巖石組合為一套從基性到酸性的組合,說明其形成于與俯沖有關(guān)的島弧或活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境, 而非其他構(gòu)造環(huán)境。火山巖的系列和構(gòu)造環(huán)境關(guān)系密切。前已述及, 在火山巖TAS圖及Nb/Y-Zr/Ti圖上, 幾乎所有火山巖均為亞堿性系列。另外, 在Zr/P2O5對(duì) TiO2的圖解(圖略)上, 所有投影點(diǎn)也均落在非堿性投影區(qū)內(nèi)。

在 A-F-M 圖解(圖 7)上, 樣品投點(diǎn)大部分落在鈣堿性區(qū)域且大致呈直線而無明顯的富鐵趨勢(shì), 說明主要為鈣堿性系列。由判別圖可知, 本區(qū)基性巖屬于拉斑玄武巖系列, 而中酸性巖主要為鈣堿性系列。結(jié)合昭蘇地區(qū)大哈拉軍山組以中酸性巖為主的事實(shí)可知, 區(qū)內(nèi)該組火山巖以鈣堿性系列為主, 少部分為拉斑玄武巖系列, 其構(gòu)造背景應(yīng)該屬于島弧或活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。

其次, 微量元素地球化學(xué)研究表明, 區(qū)內(nèi)大哈拉軍山組火山巖的顯著特征是, 幾乎所有的巖石均表現(xiàn)出大離子親石元素和輕稀土元素明顯富集, 同時(shí)所有樣品的高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta、Ti、P)明顯虧損,Pb明顯富集, 具較高的La/Nb值, 顯示其形成與大洋板塊俯沖作用有關(guān)(Innocenti et al., 2005)。

兩件玄武巖樣品的 Zr含量為(65.30～66.60)×10-6(＜130×10-6), Zr/Y 值為(2.83～3.39)(＜4), 符合島弧玄武巖特征而與大陸玄武巖相區(qū)別(夏林圻等,2007)。其 Ta豐度(0.35～0.36)×10-6和 Nb豐度(4.68～5.20)×10-6, Nb/La 值為(0.84～0.85), Hf/Ta 值為(6.29～8.97), La/Ta 值為(15.94～17.03), Ti/Y 值為(293.75～353.57)。同時(shí)其Nb、Ta的虧損以及Th的富集與典型的島弧火山巖類似又與 N-MORB相區(qū)分。樣品的 Zr、Hf豐度變化在(65.3～66.6)×10-6和(2.2～3.23)×10-6, 相比較其值低于 N-MORB 和E-MORB 的平均豐度(90～96)×10-6和(2.4～3.93)×10-6, 也低于板內(nèi)拉斑玄武巖和堿性玄武巖的 Zr、Hf平均豐度(149～213)×10-6和(3.44～6.36)×10-6; 而與火山弧拉斑玄武巖的 Zr、Hf平均豐度 40×10-6與1.17×10-6相近(Pearce, 1982)。結(jié)合其MORB標(biāo)準(zhǔn)化曲線特征亦可知區(qū)內(nèi)基性巖產(chǎn)于島弧環(huán)境。

本區(qū)火山巖均落在圖8中的D區(qū), 反映了一致的匯聚大地構(gòu)造背景, 巖石具有島弧鈣堿性火山巖的特征(Doebrich et al., 2007)。圖8也顯示樣品有從島弧型拉斑玄武巖向鈣堿性玄武巖演化的線性趨勢(shì),表明這些火山巖只能形成于會(huì)聚板塊邊緣, 即與俯沖作用有關(guān)的巖漿弧環(huán)境。在不相容元素 Yb標(biāo)準(zhǔn)化的Th-Nb坐標(biāo)系(圖9)中, 基性巖樣品落在大陸邊緣巖漿弧火山巖和大洋島弧火山巖的重疊區(qū)域, 中酸性樣品主要投影于大陸邊緣弧火山巖區(qū)域, 表明它們具有大陸火山弧親緣性。結(jié)合大哈拉軍山組火山巖區(qū)域上發(fā)育情況, 昭蘇—特克斯一帶主要為一套中酸性噴發(fā)巖及其碎屑巖(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局, 1978, 1981), 反映出此時(shí)該區(qū)域大陸火山弧已經(jīng)發(fā)育較成熟, 火山巖建造以鈣堿性系列為主, 含少量拉斑玄武巖系列。

圖7 A-F-M圖解(A=Na2O+K2O; F=0.9Fe2O3+FeO; M=MgO)Fig.7 Diagram of A-F-M(A=Na2O+K2O; F=0.9Fe2O3+FeO; M=MgO)

圖8 火山巖地球化學(xué)判別圖(底圖據(jù)Wood, 1980)Fig.8 Geochemical discriminant diagram of volcanic rocks (base map after Wood, 1980)

圖9 Nb/Yb-Th/Yb圖解(底圖據(jù)Pearce et al., 1995)Fig.9 Diagram of Nb/Yb-Th/Yb(base map after Pearce et al., 1995)

區(qū)域資料表明, 那拉提山南緣洋盆向北俯沖發(fā)生于中志留世, 在泥盆紀(jì)至早石炭世經(jīng)歷陸-陸碰撞作用, 從晚泥盆到早石炭世西天山島弧自西向東逐漸消亡, 取而代之的是晚石炭世碰撞后富鉀巖漿的噴發(fā)。西天山大面積分布的晚泥盆世—早石炭世火山巖與侵入巖體均被證實(shí)是板塊持續(xù)俯沖-碰撞造山的結(jié)果(朱永峰等, 2005; 郭璇等, 2006; 王博等,2006)。已有年代學(xué)研究資料表明, 伊犁地塊南部及南緣的形成年齡為326～368 Ma, 表明火山噴發(fā)從晚泥盆世開始, 主體在早石炭世(劉友梅等, 1994; 葉錦華等, 1999; 夏林圻等, 2006; 朱永峰等, 2010)。昭蘇烏孫山一帶大哈拉軍山組火山巖的 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(353.9±6.5) Ma和(356.3±4.4) Ma,屬于早石炭世早期, 形成于活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境, 產(chǎn)在板塊俯沖-碰撞的最后階段(楊建國(guó)等, 2006; 白建科等, 2011; 茹艷嬌等, 2012)。以上資料進(jìn)一步佐證了礦區(qū)大哈拉軍山組火山巖產(chǎn)于板塊俯沖-碰撞后期較成熟的大陸火山弧環(huán)境。

4 結(jié)論與討論

(1)卡拉蓋雷銅金礦床產(chǎn)于那拉提構(gòu)造帶我國(guó)境內(nèi)西段, 以Cu為主, 伴生Au、Co等。礦床位于環(huán)形構(gòu)造邊緣, 礦體呈薄脈狀, 礦化主要賦存于隱爆角礫巖筒及構(gòu)造破碎帶裂隙或者片理、劈理微裂隙中, 主要的容礦巖石為隱爆角礫巖、破碎蝕變巖以及凝灰質(zhì)片巖。礦石構(gòu)造以浸染狀、脈狀和角礫狀為主, 礦物多呈現(xiàn)熱液充填、交代以及包含等結(jié)構(gòu)。硅化、綠泥石化等熱液蝕變強(qiáng)烈發(fā)育且與礦化關(guān)系密切。各種地質(zhì)特征說明礦床的熱液活動(dòng)跡象明顯, 成礦作用與火山-次火山熱液關(guān)系密切。

(2)區(qū)內(nèi)賦礦層位大哈拉軍山組為一套以中酸性火山熔巖及碎屑巖為主的地層, 主要為鈣堿性系列火山巖, 包含部分拉斑玄武巖系列。主要以富集LILE和 LREE、虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta、Ti、P)為特征, 反映其處于板塊匯聚的大地構(gòu)造背景?；鹕綆r系列組合特征說明其形成于較成熟的大陸火山弧環(huán)境。

(3)區(qū)域地質(zhì)史上, 那拉提山南緣洋盆于中志留世向北俯沖, 泥盆紀(jì)—早石炭世, 塔里木早古生代微板塊和阿吾拉勒微板塊經(jīng)歷了陸-陸碰撞過程。礦區(qū)大哈拉軍山組火山巖即是早石炭世大陸弧構(gòu)造環(huán)境下的產(chǎn)物。這種板塊俯沖脫水對(duì)地幔楔改造的環(huán)境使得噴發(fā)的大哈拉軍山組火山巖本身就富集了一定程度的Cu、Au、Co成礦元素。晚石炭世進(jìn)入碰撞后的陸內(nèi)造山階段, 在后碰撞伸展階段發(fā)生了廣泛的底辟作用和地幔隆升事件, 出現(xiàn)大規(guī)模的基性—中基性—中酸性巖漿侵位、火山噴發(fā)活動(dòng), 既為成礦提供了熱動(dòng)力, 也貢獻(xiàn)了一定成礦物質(zhì)。來自于深部的火山熱液沿區(qū)域深大斷裂、火山通道及淺部斷裂系統(tǒng)運(yùn)移, 萃取早期礦源層中成礦物質(zhì)并使之進(jìn)一步富集, 在有利構(gòu)造部位形成礦體。

致謝: 研究工作得到了天津華北地質(zhì)勘查局和天津華勘礦業(yè)投資有限公司、新疆大山礦業(yè)有限公司單位和個(gè)人的大力支持與幫助, 謹(jǐn)致謝忱！

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