西天山松湖鐵礦區(qū)火山巖地球化學(xué)特征、成巖時(shí)代及其地質(zhì)意義

荊德龍,汪幫耀,張 博,姜常義*,夏明哲,李永軍,任 毅

1)長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院,陜西西安 710054; 2)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710054; 3)新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第七地質(zhì)大隊(duì),新疆烏蘇 833000

西天山松湖鐵礦區(qū)火山巖地球化學(xué)特征、成巖時(shí)代及其地質(zhì)意義

荊德龍1),汪幫耀1,2),張 博1),姜常義1,2)*,夏明哲1,2),李永軍1,2),任 毅3)

1)長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院,陜西西安 710054; 2)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710054; 3)新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第七地質(zhì)大隊(duì),新疆烏蘇 833000

阿吾拉勒成礦帶位于新疆西天山伊犁地塊東北緣,是一條極其重要的鐵、銅、金多金屬成礦帶。松湖鐵礦床位于該成礦帶西段,礦區(qū)出露的地層主要為一套鈣堿性系列的火山巖,巖石類型有安山巖、安山質(zhì)火山碎屑、少量英安巖、流紋巖及等質(zhì)的火山碎屑巖。鐵礦體賦存于安山巖及安山質(zhì)火山碎屑巖中。安山巖中鋯石U-Pb諧和年齡為(343.2±2) Ma,屬早石炭世維憲期。該組火山巖具有相似的稀土元素及微量元素地球化學(xué)特征,暗示它們應(yīng)為同源巖漿演化的產(chǎn)物。其微量元素組成具有富集大離子親石元素(Rb、Ba、Th、K等)和輕稀土元素、虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta和Ti)的特點(diǎn),顯示活動(dòng)大陸邊緣火山巖特征。礦區(qū)安山巖的Nd同位素組成具有虧損型特征(εNd(t)= +2.09 ～ +3.39,平均值為+2.59),而Sr同位素組成為富集型((87Sr/86Sr)i=0.7056～0.7060),顯示其巖漿源區(qū)應(yīng)為莫霍面附近的島弧型地殼根部。

西天山; 松湖鐵礦; 火山巖; 地球化學(xué)特征; 年代學(xué); 巖石成因

阿吾拉勒成礦帶位于新疆西天山伊犁地塊東北緣,是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一條極其重要的鐵、銅、金多金屬成礦帶(陳毓川等,2008; 李文淵等,2012)。通過(guò)近年的地質(zhì)勘查工作,在該成礦帶內(nèi)相繼發(fā)現(xiàn)和重新評(píng)價(jià)了查崗諾爾、備戰(zhàn)、智博、敦德等大型鐵礦床,以及松湖、尼新塔格—阿克薩依等中型鐵礦床(盧宗柳和莫江平,2006; 馮金星等,2010; 李鳳鳴等,2011; 汪幫耀等,2011; 張作衡等,2012; 荊德龍等,2012,2014),累計(jì)探獲鐵礦資源量11.7億噸(張作衡等,2012)并仍有巨大的鐵礦資源勘查潛力。松湖鐵礦床位于獨(dú)庫(kù)公路以西的阿吾拉勒成礦帶西段,相對(duì)于成礦帶上其他鐵礦床,松湖鐵礦床的研究程度較低。已有的研究除對(duì)松湖鐵礦床的成因存有爭(zhēng)議外,對(duì)該礦床賦存地層劃分亦有不同認(rèn)識(shí)(單強(qiáng)等,2009; 王軍年等,2009; 荊德龍等,2012;王春龍等,2012)。此外,已有的研究尚未獲得松湖鐵礦床準(zhǔn)確的成巖、成礦年齡。為此,筆者對(duì)松湖鐵礦區(qū)內(nèi)火山巖進(jìn)行了系統(tǒng)的巖石學(xué)、地球化學(xué)研究,探討其巖石成因; 并對(duì)火山巖地層中的安山巖進(jìn)行了精確的LA-ICPMS鋯石U-Pb定年,期望限定礦區(qū)內(nèi)火山巖及鐵礦體的形成時(shí)代。

新疆西天山是指托克遜—庫(kù)米什公路以西的天山造山帶部分,傳統(tǒng)上被劃分為北天山、中天山和南天山。位于西天山腹地的伊犁盆地被認(rèn)為是古生代洋盆中具有前寒武結(jié)晶基底的古老地塊(陳義兵等,1999; 左國(guó)朝等,2008; 李繼磊等,2009)。該地塊北以中天山北緣斷裂為界、南以那拉提北緣斷裂為界,呈楔形向東尖滅(如圖1a,圖9)。其北側(cè)發(fā)育古生代蛇綠巖帶,代表北天山洋的存在。該洋盆的打開時(shí)間沒有確切的地質(zhì)記錄,現(xiàn)有的蛇綠巖年代學(xué)資料可以限定其在早石炭世存在。北天山洋盆發(fā)生向伊犁地塊之下的俯沖,石炭紀(jì)末期增生造山過(guò)程結(jié)束。二疊紀(jì)時(shí)期開始,西天山地區(qū)進(jìn)入后碰撞演化階段(姜常義等,1995; 高俊等,2009; 龍靈利等,2008; 朱志新等,2013)。石炭紀(jì)—二疊紀(jì)時(shí)期該區(qū)經(jīng)歷了從俯沖-碰撞造山向后碰撞伸展-拉張環(huán)境的構(gòu)造轉(zhuǎn)變,形成了該區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育的火山巖地層。阿吾拉勒成礦帶內(nèi)的鐵礦床均賦存于該階段形成的火山巖地層內(nèi)。

松湖鐵礦床位于預(yù)須開普臺(tái)(式可布臺(tái))鐵礦東北約15 km處,隸屬于尼勒克縣,中心地理坐標(biāo)為43°36'9"N,83°49'49.74"E。較早的研究認(rèn)為該礦床賦礦地層為阿吾拉勒組(C1a)(單強(qiáng)等,2009; 王軍年等,2009),但根據(jù)最新的地層劃分(李永軍等,2009)及區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告(薛志忠等,2005),礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第二巖性段(C1d2)及第四系(Q)(如圖1b,c)。其中大哈拉軍山組第二巖性段(C1d2)整體上為一套淺海相中酸性火山巖、火山碎屑巖組合,呈北西—南東向帶狀展布。王春龍等(2012)認(rèn)為礦區(qū)內(nèi)出露的主要為一套火山碎屑巖夾碳酸鹽巖地層,在松湖鐵礦區(qū)勘查工作實(shí)施單位所繪制的礦區(qū)地質(zhì)圖中也未標(biāo)示出安山巖地層(圖1b),但本次研究在礦區(qū)內(nèi)及礦區(qū)東、西側(cè)均發(fā)現(xiàn)有安山巖地層分布(圖1c)。礦區(qū)范圍內(nèi)侵入巖不發(fā)育。

1 火山巖地層與巖相學(xué)特征

如前所述,松湖鐵礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要為大哈拉軍山組第二巖性段,總體傾向?yàn)槟夏衔?、南西西?傾角58°～84°。出露的巖石類型主要為安山巖、安山質(zhì)火山碎屑巖,少量英安巖、流紋巖及等質(zhì)的火山碎屑巖,局部夾有少量的灰?guī)r-鈣質(zhì)粉砂巖透鏡體。其中-下部為安山巖、安山質(zhì)火山碎屑巖及鐵礦體,向上逐漸過(guò)渡為酸性火山碎屑巖,少量英安巖及流紋巖分布于地層頂部,各巖性層之間均為整合接觸。鐵礦體呈似層狀、透鏡狀賦存于安山巖及安山質(zhì)火山碎屑巖中,為同期巖漿活動(dòng)產(chǎn)物(如圖1b,c)。對(duì)礦區(qū)內(nèi)出露的主要巖石類型的巖相學(xué)特征描述如下。

安山巖: 灰綠色,斑狀結(jié)構(gòu)、玻晶交織結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。斑晶含量為15％～35％,包括斜長(zhǎng)石(15％～30％)和角閃石(0～15％)?；|(zhì)為斜長(zhǎng)石微晶、磁鐵礦、細(xì)粒角閃石和火山玻璃。斜長(zhǎng)石斑晶為寬板狀,局部具定向排列特征(圖2a,d)。角閃石斑晶自形-半自形板狀分布,部分發(fā)生綠泥石化?；|(zhì)中斜長(zhǎng)石微晶呈定向、半定向排列(圖2d,e),斜長(zhǎng)石微晶之間填隙物為細(xì)粒角閃石、磁鐵礦及火山玻璃。該類巖石中常發(fā)育不同程度的磁鐵礦化,并見有部分浸染狀礦石中斜長(zhǎng)石斑晶呈定向、半定向分布于磁鐵礦基質(zhì)中(圖2 f)。巖石中氣孔、杏仁構(gòu)造發(fā)育(圖2a,b,d,f)。

安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r: 淺灰紫色,火山凝灰結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石主要由斜長(zhǎng)石晶屑(30％～50％)、少量石英晶屑(0～15％)、玻屑和火山塵組成(圖2g)。晶屑多成棱角狀,粒度多在0.1～2 mm之間,少量可達(dá)3 mm以上。常見粉塵狀分布的微細(xì)粒磁鐵礦。

英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r: 淡紅色、淺灰紫色,火山凝灰結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石主要由石英晶屑(15％～30％)、斜長(zhǎng)石晶屑(5％～20％)、玻屑及火山塵組成(圖2h)。該類巖石與安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r呈變過(guò)渡關(guān)系,顯示巖漿由中性向酸性逐漸演變。

流紋巖: 灰紫色、淺紫紅色,斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石中斑晶主要由石英(5％～10％)、堿性長(zhǎng)石(5％～10％)組成,基質(zhì)則主要由隱晶質(zhì)、玻璃質(zhì)和少量堿性長(zhǎng)石微晶組成?；|(zhì)中常見有球粒結(jié)構(gòu)、霏細(xì)結(jié)構(gòu)(圖2i),氣孔構(gòu)造發(fā)育(圖2c)。該類巖石在礦區(qū)中不常見,僅在鉆孔中和松湖東見有少量分布,厚度不大。

2 樣品及測(cè)試方法

本次用于分析的14件樣品采自礦區(qū)內(nèi)新鮮、無(wú)蝕變或相對(duì)蝕變較弱的圍巖,包括11件安山巖、1件安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、1件英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r和1件流紋巖。在L1礦體底部圍巖的安山巖地層中采集相對(duì)新鮮的安山巖,挑選其中的鋯石礦物顆粒進(jìn)行鋯石U-Pb同位素年代學(xué)測(cè)試。

首先將采集的樣品磨制成薄片或探針片進(jìn)行鏡下觀察,挑選其中較典型的樣品進(jìn)行顯微照相。對(duì)挑選出的巖石、礦石樣品進(jìn)行清洗、粉碎、縮分,將其在瑪瑙研缽中研磨至200目以下粉末備用。樣品的分析由長(zhǎng)安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及國(guó)土資源部烏魯木齊礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成。主量元素分析采用XRF法,在X射線熒光光譜儀上完成。微量元素分析采用美國(guó)X系列電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)完成,儀器工作參數(shù): Power: 1200 w,Nebulizer gas:0.64 L/min,Auxiliarygas:0.80 L/min,Plasmagas:13 L/min。

圖2 松湖鐵礦區(qū)火山巖照片及其顯微特征Fig. 2 Photographs and microscopic features of volcanic rocks in the Songhu iron deposit

圖3 松湖鐵礦區(qū)安山巖鋯石CL圖像及其表面年齡數(shù)值Fig. 3 CL images and ages of zircons from andesites in the Songhu iron deposit

鋯石單礦物挑選由國(guó)土資源部烏魯木齊礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成。將挑選出的單顆粒鋯石進(jìn)行制靶、透射光、反射光及陰極發(fā)光(CL)照相后,在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室用LA-ICP-MS方法(LA為193 nm準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)Geolas200M; ICP-MS為ELAN6100DRC)完成U-Pb同位素年代學(xué)測(cè)試,詳細(xì)實(shí)驗(yàn)分析步驟及數(shù)據(jù)處理方法參見袁洪林等(2003)。

在詳細(xì)的薄片觀察及主微量元素地球化學(xué)研究基礎(chǔ)上,選取本區(qū)具有代表性的安山巖樣品進(jìn)行了Nd、Sr同位素地球化學(xué)研究。Nd、Sr同位素比值測(cè)試在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所完成,所用儀器為Micromass Isoprobe型多接受器等離子質(zhì)譜儀。

3 火山巖年代學(xué)

本次研究工作所測(cè)試的鋯石顆粒為淺黃色-無(wú)色透明的正方雙錐狀、中長(zhǎng)柱狀、短柱狀及半截錐狀自形晶體,少數(shù)鋯石遭受破碎后晶形不完整,粒度多為70～160 μm。陰極發(fā)光圖像表現(xiàn)出典型的巖漿韻律環(huán)帶和明暗相間的條帶結(jié)構(gòu),屬于巖漿結(jié)晶產(chǎn)物(圖3)。鋯石的20個(gè)測(cè)點(diǎn)Th/U比值為0.48～1.09,Th含量變化范圍是54.55×10-6～340.44×10-6,U含量變化范圍是58.55×10-6～410.79×10-6。且Th、U含量呈現(xiàn)較好的正相關(guān)關(guān)系,故獲得的年齡可以代表該組火山巖的形成年齡。20個(gè)測(cè)點(diǎn)的表觀年齡變化于333～353 Ma,通過(guò)加權(quán)平均計(jì)算獲得其平均年齡為341.2 Ma。在206Pb/238U-207Pb/235U諧和比值圖上所有樣品均落在U-Pb諧和線上,最終計(jì)算獲得的諧和年齡為(343.2±2) Ma,MSWD=0.18(圖4),屬早石炭世維憲期。

圖4 鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡(a)和206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖(b)Fig. 4 Average zircon U-Pb ages (a) and206Pb/238U versus207Pb/235U diagram (b)

圖5 松湖鐵礦區(qū)火山巖SiO2-Zr/TiO2圖解(a)(底圖據(jù)J. A. Winchester and Floyd,1977)及AFM圖解(b)Fig. 5 SiO2-Zr/TiO2diagram (a) (after Winchester and Floyd,1977) and AFM diagram (b) of volcanic rocks in the Songhu iron deposit

圖6 松湖鐵礦區(qū)火山巖哈克圖解Fig. 6 Harker diagrams of volcanic rocks in the Songhu iron deposit

4 地球化學(xué)特征

4.1 主量元素地球化學(xué)

本次研究工作主要針對(duì)鐵礦區(qū)內(nèi)的賦礦火山巖,雖然在采集樣品時(shí)盡可能的選取其中新鮮、蝕變?nèi)醯臉悠?但是由于距離礦體較近,所采集樣品遭受不同程度的蝕變,故分析結(jié)果中部分樣品的燒失量(LOI)在3％以上。由于巖石中的K、Na、Ca等元素具有較強(qiáng)的活動(dòng)性,在巖石遭受蝕變后極易發(fā)生遷移,故TAS圖解不適用于本區(qū)火山巖的巖石地球化學(xué)定名。而巖石中的Al、Ti、Nb、Zr等元素活動(dòng)性弱,它們可以反映蝕變巖石及變質(zhì)巖石的某些原巖性質(zhì),故本文利用SiO2-Zr/TiO2二元圖解對(duì)本區(qū)火山巖進(jìn)行地球化學(xué)定名,如圖5所示。由圖可知,14件樣品中有8件樣品落入英安巖區(qū)域,5件樣品落入安山巖區(qū)域,1件樣品落入流紋巖區(qū)域,所有樣品均屬于亞堿性玄武巖系列(圖5a)。AFM圖投影顯示,本區(qū)火山巖具有明顯的鈣堿性玄武巖特征(圖5b)。

TiO2含量整體較低,除一件安山巖樣品的TiO2含量為1.36％以外,其余樣品的TiO2含量均小于1％,介于0.24％～0.92％之間。安山巖的TiO2含量介于0.63％～14.36％之間,MgO含量在2.39％～4.06％之間,Na2O+K2O含量介于5.66％～8.02％之間,Mg#=0.35～0.42.英安巖TiO2含量變化較大,介于0.29％～0.92％之間,一件樣品中MgO含量異常低,為0.44,其余樣品介于1.39％～2.64％之間,Na2O+K2O含量為5.18％,Mg#=0.23～0.56。1件流紋巖樣品的TiO2含量最低,為0.24％,MgO含量為0.72％,Na2O+K2O含量介于5.66％～8.02％之間,Mg#=0.27。

圖7 松湖鐵礦區(qū)火山巖稀土元素配分圖解及微量元素蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自McDonough and Sun,1995)Fig. 7 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized trace elements spider diagram of volcanic rocks in the Songhu iron deposit ( normalizing values after McDonough and Sun,1995)

在本區(qū)火山巖哈克圖解(圖6)上,巖石中的TiO2、Al2O3、MgO、TFe2O3等與SiO2之間呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系,表明各類巖石應(yīng)是同源巖漿分異演化的產(chǎn)物。巖石中Na2O、K2O與SiO2之間無(wú)相關(guān)性,但是K2O+Na2O含量與LOI之間表現(xiàn)出一定的正相關(guān)關(guān)系,表明巖石蝕變過(guò)程中有K2O+Na2O的帶入。巖石中TFe2O3與LOI之間未表現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系,表明熱液蝕變活動(dòng)對(duì)礦區(qū)巖石中的Fe元素影響甚微。

圖8 西天山石炭紀(jì)火山巖εNd(t)-(87Sr/86Sr)i相關(guān)圖Fig. 8 εNd(t)-(87Sr/86Sr)idiagram of Carboniferous volcanic rocks in Western Tianshan Mountains

4.2 微量元素地球化學(xué)

依據(jù)測(cè)試結(jié)果作稀土元素配分圖解(圖7),王春龍等(2012)曾對(duì)松湖鐵礦區(qū)內(nèi)的火山碎屑巖做過(guò)稀土元素地球化學(xué)特征研究,將其研究成果一并展示于圖7上。由圖可知,松湖鐵礦區(qū)內(nèi)各類火山碎屑巖具有相似的稀土配分模式,均為輕稀土富集的右傾型(LREE/HREE=3.01～11.48,(La/Yb)N=2.50 ～14.43),且輕稀土元素內(nèi)部分餾要強(qiáng)于重稀土元素((La/Sm)N=1.99～5.34,(Gd/Yb)N=0.99～2.29)。其中安山質(zhì)火山碎屑巖(巖屑晶屑凝灰?guī)r含角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r)的稀土元素含量與英安質(zhì)屑晶屑凝灰?guī)r相當(dāng)(ΣREE=65.48～165.44 μg/g,平均為114.54 μg/g),而3件晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r的稀土元素含量較低(ΣREE=36.64～49.83 μg/g)。大部分碎屑巖樣品中出現(xiàn)正的Eu異?；驘o(wú)Eu異常(δEu介于0.95～1.57),僅有一件英安質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r出現(xiàn)明顯的負(fù)Eu異常(δEu=0.58)。

各類熔巖樣品的稀土元素配分曲線也呈輕稀土元素富集的右傾型(LREE/HREE=2.28～7.02,(La/Yb)N=2.31～6.28),輕稀土元素內(nèi)部分餾要強(qiáng)于重稀土元素((La/Sm)N=1.48～5.22,(Gd/Yb)N= 1.01～1.44)。除兩件安山巖及一件英安巖樣品的δEu為1.01～1.22外,其余11件樣品的δEu值均小于1,為0.6～0.96,顯示弱的負(fù)Eu異常。各類巖石的ΣREE相當(dāng),介于47.79～108.72 μg/g,平均值為76.50 μg/g。

依據(jù)測(cè)試結(jié)果作礦區(qū)火山巖微量元素蛛網(wǎng)圖如圖6所示。從圖上可以看出,礦區(qū)內(nèi)各類巖石的微量元素配分曲線大致相似,均富集大離子親石元素(Rb、Ba、Th、K等)而相對(duì)虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素。所有樣品均具明顯的Nb、Ta、Ti虧損。大多數(shù)樣品的高場(chǎng)強(qiáng)元素曲線相對(duì)較為平滑,而大離子親石元素部分則相對(duì)波動(dòng)較大,這可能與大離子親石元素在熱液蝕變等過(guò)程中具有較高的活動(dòng)性有關(guān)。

表1 阿吾拉勒成礦帶石炭紀(jì)火山巖及侵入巖年齡統(tǒng)計(jì)表Table 1 Ages of Carboniferous volcanic and intrusive rocks in the Awulale metallogenic belt

4.3 同位素地球化學(xué)

根據(jù)本次研究工作所獲得的松湖鐵礦區(qū)安山巖形成年齡為(343.2±2) Ma,因此采用t=343 Ma進(jìn)行計(jì)算,Sr-Nd同位素分析結(jié)果顯示松湖鐵礦區(qū)安山巖的εNd(t)= +2.09 ～ +3.39,平均值為+2.59; 3件樣品的εSr(t)值變化范圍也不大,介于+21.08 ～ +27.63之間,相應(yīng)的(87Sr/86Sr)i=0.7056～0.7060。將本次研究所獲得的分析結(jié)果及松湖鐵礦區(qū)鄰區(qū)大哈拉軍山組火山巖的Sr、Nd同位素結(jié)果(朱永峰等,2006; 錢青等,2006)投影在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i相關(guān)圖(圖8)上,其分布范圍相近,大部分樣品點(diǎn)落在了第一象限。這些Nd、Sr同位素?cái)?shù)據(jù)表明,西天山地區(qū)大哈拉軍山組火山巖均具有Nd同位素虧損型特征,大多數(shù)火山巖的Sr同位素顯示富集型特征。

5 討論

5.1 大哈拉軍山組火山巖年代學(xué)格架

西天山地區(qū)廣泛發(fā)育石炭紀(jì)火山巖地層,其中大哈拉軍山組火山巖地層分布最為廣泛,并賦存有大量的鐵礦床。由于對(duì)于西天山地區(qū)構(gòu)造演化與成礦規(guī)律研究均有重要意義,前人對(duì)該套地層火山巖做了大量的研究工作。茹艷嬌(2012)曾對(duì)前人所獲得的西天山地區(qū)大哈拉軍山組火山巖年齡做了系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)工作,指出西天山地區(qū)石炭紀(jì)火山作用具有從伊犁地塊南緣和北緣向地塊內(nèi)部、從伊犁地塊西部向東部逐漸變年輕的特點(diǎn)。近兩年又陸續(xù)發(fā)表了若干關(guān)于該組火山巖年齡的研究成果,將之統(tǒng)計(jì)如圖9和表1所示。

圖9 西天山“大哈拉軍山組”火山巖形成年齡分布圖(據(jù)茹艷嬌,2012; 高俊等,2009修改)Fig. 9 Formation age distribution of volcanic rocks of Dahalajunshan Group in Western Tianshan Mountains (after RU,2012; GAO et al.,2009)

與研究區(qū)鄰近的阿吾拉勒山北東部衣生布谷地區(qū)安山巖的全巖Rb-Sr等時(shí)線年齡為337 Ma(李注蒼等,2006)、阿吾拉勒山中部闊爾庫(kù)地區(qū)英安巖的鋯石U-Pb同位素年齡為(339.9±4.3) Ma(茹艷嬌,2012)、闊爾庫(kù)地區(qū)流紋巖的鋯石U-Pb同位素年齡為(342.3±6.3) Ma(白建科等,2011)。朱維娜(2014)對(duì)研究區(qū)東南側(cè)晚期侵入的闊爾庫(kù)巖基中二長(zhǎng)巖進(jìn)行鋯石U-Pb測(cè)年,獲得年齡值為(334.4±2.3) Ma和(333.6±2.2) Ma。本次研究所得出的松湖鐵礦區(qū)安山巖年齡結(jié)果為(343.2±2) Ma,早于闊爾庫(kù)二長(zhǎng)巖侵入體的年齡,在誤差范圍內(nèi)與前人獲得的鄰區(qū)火山巖年齡相一致。

位于阿吾拉勒成礦帶東段的備戰(zhàn)鐵礦區(qū)英安巖的鋯石U-Pb年齡為329.1 Ma(孫吉明等,2012),而李大鵬等(2013)獲得該礦區(qū)流紋巖的年齡為(316.1±2.2) Ma; 汪幫耀和姜常義(2011)獲得的查崗諾爾鐵礦區(qū)流紋巖形成年齡為(321.2±2.3) Ma; 蔣宗勝(2014)對(duì)查崗諾爾鐵礦區(qū)流紋巖及智博鐵礦區(qū)英安巖的定年結(jié)果偏新,分別為(301.8±0.9) Ma和(300.3±1.1) Ma,與其他測(cè)試結(jié)果差距較大。本次研究工作亦獲得了敦德、智博和備戰(zhàn)鐵礦區(qū)火山巖的形成時(shí)代分別為(320.9±1.8) Ma、(322.1±1.5) Ma和(320.6±2.2) Ma。

綜合以上資料可知,阿吾拉勒成礦帶內(nèi)大哈拉軍山組火山巖的形成時(shí)代亦具有西老東新的特征。阿吾拉勒成礦帶西段該組火山巖形成時(shí)代集中于337～343 Ma,而東段則多集中于321 Ma左右,東西兩段火山作用時(shí)代相差近20 Ma。該成礦帶內(nèi)的4個(gè)大型鐵礦床均位于東段,在西段僅發(fā)現(xiàn)包括松湖、尼新塔格在內(nèi)的若干中小型鐵礦床。成礦帶內(nèi)火山巖形成時(shí)代相差近20 Ma的原因與東西兩段鐵礦床規(guī)模的差異之間是否有內(nèi)在的聯(lián)系尚待進(jìn)一步研究。

圖10 松湖鐵礦區(qū)山巖構(gòu)造環(huán)境判別圖Fig. 10 Discrimination diagrams for tectonic settings of volcanic rocks in the Songhu iron deposit

5.2 構(gòu)造環(huán)境判別

對(duì)于大哈拉軍山組火山巖的形成環(huán)境目前有三種認(rèn)識(shí): (1)認(rèn)為其為造山后大陸裂谷拉伸階段的產(chǎn)物,形成于大陸裂谷環(huán)境(車自成等,1996); (2)認(rèn)為其是南、北天山洋盆向伊犁—中天山板塊俯沖作用形成的島弧火山巖,形成于島弧或大陸邊緣弧環(huán)境(姜常義等,1993,1995; 朱永峰等,2005; 錢青等,2006; 龍靈利等,2008); (3)依據(jù)該套火山巖分布較廣以及基性熔巖具有正εNd值,認(rèn)為其構(gòu)成與地幔柱有關(guān)的大火成巖省(夏林圻等,2004)。

基于大哈拉軍山組①缺乏大火成巖省常見的巖石組合、②該套火山巖出露面積相對(duì)峨眉山大火成巖省(這是目前所發(fā)現(xiàn)的最小的大火成巖省)還小很多以及③大哈拉軍山組火山巖的年齡區(qū)間超過(guò)40 Ma,其“古地幔柱”成因模式還值得推敲(朱永峰等,2005)。

裂谷環(huán)境火山噴發(fā)方式以裂隙式噴溢和溢流為主,爆發(fā)指數(shù)一般不大于20。而板塊匯聚邊緣環(huán)境火山噴發(fā)方式以中心式噴溢和爆發(fā)式為主,以一條造山帶整體而論,爆發(fā)指數(shù)不會(huì)小于50。所以,爆發(fā)指數(shù)是判斷構(gòu)造環(huán)境的重要標(biāo)志之一。茹艷嬌(2012)研究結(jié)果表明西天山地區(qū)大哈拉軍山組火山巖的爆發(fā)指數(shù)達(dá)30以上。松湖鐵礦區(qū)火山巖地層中火山碎屑巖比例較大,達(dá)70％以上,指示其應(yīng)該形成于板塊匯聚邊緣環(huán)境。

除此以外,裂谷環(huán)境與板塊匯聚邊緣環(huán)境所形成的火山巖具有不同的地球化學(xué)特征。如前所述,研究區(qū)火山巖以中-酸性巖為主,巖石化學(xué)系列屬于鈣堿性火山巖系列; 稀土元素總體上具有相似的標(biāo)準(zhǔn)化曲線: 輕稀土元素相對(duì)富集,重稀土元素相對(duì)虧損,且輕稀土分餾程度明顯優(yōu)于重稀土元素,大部分樣品具有弱的Eu負(fù)異常。微量元素以相對(duì)富集大離子親石元素,虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素為特征,具有明顯的Nb、Ta、Ti負(fù)異常,顯示活動(dòng)大陸邊緣或島弧火山巖的特點(diǎn)。

不同構(gòu)造環(huán)境中形成的火山巖具有不同微量元素地球化學(xué)特性,故可利用微量元素進(jìn)一步判別本區(qū)火山巖的形成環(huán)境。在Th-Ta-Hf/3圖解(圖10a,底圖據(jù)Wood,1980)上,本區(qū)火山巖樣品大多數(shù)投在火山弧玄武巖區(qū)域,與上述討論結(jié)果相一致。在不相容元素Yb標(biāo)準(zhǔn)化的Th-Nb二元協(xié)變圖(圖10b,底圖據(jù)Pearce,1983)中,大多數(shù)樣品點(diǎn)則投在了典型的Andes活動(dòng)大陸邊緣火山巖投影區(qū)域,這就表明研究區(qū)內(nèi)火山巖的形成環(huán)境應(yīng)為活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。

前人研究結(jié)果表明,分布于伊犁地塊北緣的巴音溝—莫托沙拉溝蛇綠混雜巖帶是晚古生代北天山洋盆向南俯沖消減的產(chǎn)物,其中的硅質(zhì)巖含有大量晚泥盆世—早石炭世放射蟲化石(李生虎和杜青,1994),徐學(xué)義等(2006a,b)獲得巴音溝蛇綠巖中的堆晶輝長(zhǎng)巖及侵入其中的斜長(zhǎng)花崗巖的鋯石U-Pb年齡分別為(344±3.4) Ma和(324.7±7.1) Ma,這就說(shuō)明北天山洋盆在早石炭世還有一定規(guī)模。茹艷嬌(2012)的研究認(rèn)為,大哈拉軍山組火山巖的形成時(shí)代主體為早石炭世杜內(nèi)期,部分形成于維憲期。本次研究工作獲得的阿吾拉勒成礦帶東段具有活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境的火山巖形成時(shí)代集中在321 Ma左右,前人獲得的成礦帶東段活動(dòng)大陸邊緣火山巖形成時(shí)代也集中于330～316 Ma(汪幫耀和姜常義,2011; 孫吉明等,2012; 李大鵬等,2013; 張喜,2013; 蔣宗勝,2014),這說(shuō)明在早石炭世的晚期,該區(qū)域仍屬活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。Zhang等(2012)對(duì)智博鐵礦區(qū)后碰撞A型花崗巖的定年結(jié)果為(304.1±1.8) Ma,說(shuō)明在這之前北天山洋盆已經(jīng)閉合。據(jù)此我們推測(cè)北天山洋盆向伊犁地塊之下的俯沖應(yīng)結(jié)束于早石炭世末期—晚石炭世初期。上石炭統(tǒng)下部的伊什基里克組以雙峰式火山巖為標(biāo)志,意味著阿吾拉勒成礦帶在晚石炭世早期已經(jīng)進(jìn)入了裂谷化階段。

5.3 巖漿源區(qū)

在板塊匯聚的地帶,可能的巖漿源區(qū)有三個(gè):①俯沖的大洋殼,主要由玄武巖組成,并有少量的深海沉積物; ②位于洋殼上面、火山弧下面的楔形地幔,主要由橄欖巖構(gòu)成; ③火山弧下面的大陸地殼(朱永峰等,2005)。

源于地幔橄欖巖部分熔融產(chǎn)生的玄武巖漿在地殼內(nèi)的分離結(jié)晶作用可產(chǎn)生派生的安山巖(包括英安巖和流紋巖)(Kuno,1966)。這種情況下形成的安山巖必然伴生有大量玄武巖,但是在松湖鐵礦區(qū)內(nèi)未見玄武巖出露。其次,Nicholls(1972)通過(guò)熔漿-礦物平衡熱力學(xué)計(jì)算,指出SiO2含量為55％～60％的安山質(zhì)巖漿不可能與上地幔橄欖巖相平衡。并且,研究區(qū)安山巖的Mg#較低(23～56),表明該安山質(zhì)巖漿不是地幔橄欖巖部分熔融的產(chǎn)物。基于以上幾點(diǎn)認(rèn)識(shí),我們認(rèn)為該區(qū)安山巖不是由玄武質(zhì)巖漿分異而形成,其源區(qū)也不太可能是巖石圈地?；蜍浟魅Φ蒯！Ａ硗?熱的俯沖洋殼局部熔融產(chǎn)生的是高Al2O3TTG組合和埃達(dá)克巖而并非鈣堿性安山巖。研究區(qū)內(nèi)的安山巖為鈣堿性安山巖,Sr＜300 μg/g、Yb＞1.9 μg/g,稀土元素具有弱負(fù)Eu異常,巖石地球化學(xué)特征與埃達(dá)克巖并不一致。這樣也排除了安山質(zhì)巖漿直接來(lái)源于俯沖洋殼的可能性。

Otamendi等(2009)對(duì)阿根廷西部的Famatinian大陸弧研究表明,來(lái)自于俯沖板片之上楔形地幔的原始鎂鐵質(zhì)巖漿(包括巖漿或其結(jié)晶分異產(chǎn)物)與大量陸殼物質(zhì)相互作用,會(huì)形成大量的中性巖漿。而許多學(xué)者通過(guò)平衡計(jì)算也證明在島弧地殼根部的鎂鐵質(zhì)巖漿和殼源巖漿的混合作用能產(chǎn)生大量的中性巖漿(Otamendi et al.,2009)。結(jié)合松湖鐵礦區(qū)火山巖的巖石學(xué)及地球化學(xué)特征,我們認(rèn)為安山巖的巖漿源區(qū)應(yīng)該是位于莫霍面附近的島弧型地殼根部。由于消減板片俯沖所產(chǎn)生的劇烈構(gòu)造巖漿活動(dòng)在莫霍面附近很快聚集大量的幔源巖漿,這些幔源巖漿與島弧型地殼根部的陸殼物質(zhì)相互反應(yīng),形成的鎂鐵質(zhì)巖漿巖與原有的陸殼物質(zhì)混雜。后期上升的幔源巖漿將這部分物質(zhì)加熱使之發(fā)生部分熔融產(chǎn)生安山質(zhì)巖漿。Ba是俯沖帶流體中非常富集的元素,高Ba/Th比值(>300)一般指示俯沖帶流體對(duì)巖漿源區(qū)的貢獻(xiàn)比較顯著(Devine,1995),研究區(qū)中酸性火山巖的Ba/Th比值大多低于100,說(shuō)明俯沖帶流體對(duì)巖漿源區(qū)的影響較小。安山巖Sr同位素為富集型,除受流體交代作用影響外,地殼物質(zhì)的混入是主要影響因素。而其Nd同位素虧損特征則歸結(jié)為幔源巖漿的貢獻(xiàn)。

6 結(jié)論

(1)松湖鐵礦位于阿吾拉勒成礦帶西段,礦區(qū)出露的地層主要為一套鈣堿性系列的火山巖,巖石類型有安山巖、英安巖、少量流紋巖及等質(zhì)的火山碎屑巖,鐵礦體賦存于安山巖及安山質(zhì)火山碎屑巖中。

(2)L1礦體底板圍巖中安山巖的鋯石U-Pb定年結(jié)果為(343.2±2) Ma(MSWD=0.18),屬早石炭世維憲期。

(3)該組火山巖具有相似的稀土元素及微量元素地球化學(xué)特征,暗示它們應(yīng)為同源巖漿演化的產(chǎn)物。其微量元素組成具有富集大離子親石元素(Rb、Ba、Th、K等)和輕稀土元素為特征,并顯著虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta和Ti,顯示活動(dòng)大陸邊緣火山巖特征。

(4)礦區(qū)安山巖的Nd同位素組成具有虧損型特征(εNd(t)= +2.09 ～ +3.39,平均值為+2.59),而Sr同位素組成為富集型((87Sr/86Sr)i=0.7056～0.7060),顯示其巖漿源區(qū)應(yīng)為莫霍面附近的島弧型地殼根部。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (Nos. 12120114007501 and 12120113044000),the Fundamental Research Funds for the Central Universities (Nos. 2013G1271096 and 2014G1271066) and National Natural Science Foundation of China (No. 41273033).

白建科,李智佩,徐學(xué)義,李婷. 2011. 西天山阿吾拉勒地區(qū)下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組火山巖LA-ICPMS 鋯石U-Pb年齡及地質(zhì)意義[C]. 礦物巖石地球化學(xué)通報(bào),30(Z): 543.

白建科,李智佩,徐學(xué)義,茹艷嬌,李婷. 2011. 新疆西天山吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶年代學(xué): 對(duì)加曼特金礦成礦時(shí)代的約束[J]. 地球?qū)W報(bào),32(2): 322-330.

車自成,劉良,劉洪福,羅金海. 1996. 論伊犁古裂谷[J]. 巖石學(xué)報(bào),12(3): 478-490.

陳義兵,胡靄琴,張國(guó)新,張前鋒. 1999. 西天山獨(dú)庫(kù)公路花崗片麻巖的鋯石U-Pb年齡及其地質(zhì)意義[J]. 科學(xué)通報(bào),44(21): 2328-2332.

陳毓川,劉德權(quán),唐延齡,王登紅,董連慧,沙新,王曉地. 2008.中國(guó)天山礦產(chǎn)及成礦體系[M]. 北京: 地質(zhì)出版社: 1-1063.

單強(qiáng),張兵,羅勇,周昌平,于學(xué)元,曾喬松,楊武斌,牛賀才. 2009. 新疆尼勒克縣松湖鐵礦床黃鐵礦的特征和微量元素地球化學(xué)[J]. 巖石學(xué)報(bào),25(6): 1456-1464.

馮金星,石福品,汪幫耀,胡建明,王江濤,田敬佺. 2010. 西天山阿吾拉勒成礦帶火山巖型鐵礦[M]. 北京: 地質(zhì)出版社: 1-132.

高俊,錢青,龍靈利,張喜,李繼磊,蘇文. 2009. 西天山的增生造山過(guò)程[J]. 地質(zhì)通報(bào),12: 1804-1816.

姜常義,吳文奎,謝廣成,李伍平. 1993. 西天山北部石炭紀(jì)火山巖特征與溝弧盆體系[J]. 巖石礦物學(xué)雜志,12(3): 224-231.

姜常義,吳文奎,張學(xué)仁,崔尚森. 1995. 從島弧向裂谷的變遷—來(lái)自阿吾拉勒地區(qū)火山巖的證據(jù)[J]. 巖石礦物學(xué)雜志,14(4): 289-300.

蔣宗勝,張作衡,侯可軍,洪為,王志華,李鳳鳴,田敬全. 2012.西天山查崗諾爾和智博鐵礦區(qū)火山巖地球化學(xué)特征、鋯石U-Pb年齡及地質(zhì)意義[J]. 巖石學(xué)報(bào),28(7): 2074-2088.

蔣宗勝. 2014. 西天山智博鐵礦石炭紀(jì)火山作用與鐵成礦研究[D]. 北京: 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院.

荊德龍,任毅,汪幫耀,宋艷芳,王垚,康珍. 2012. 新疆松湖鐵礦地質(zhì)特征與成礦期次劃分[J]. 亞熱帶資源與環(huán)境,7(4): 10-15.

荊德龍,張博,汪幫耀,夏明哲,夏昭德,姜常義,李新光. 2014.新疆西天山尼新塔格鐵礦床地質(zhì)特征與礦床成因[J]. 巖石礦物學(xué)雜志,33(5): 841-858.

李大鵬,杜楊松,龐振山,涂其軍,張永平,葛松勝,沈立軍,王開虎. 2013. 西天山阿吾拉勒石炭紀(jì)火山巖年代學(xué)和地球化學(xué)研究[J]. 地球?qū)W報(bào),34(2): 176-192.

李鳳鳴,彭湘萍,石福品,周昌平,陳建中. 2011. 西天山石炭紀(jì)火山-沉積盆地鐵錳礦成礦規(guī)律淺析[J]. 新疆地質(zhì),29(1): 055-060.

李繼磊,蘇文,張喜,劉新. 2009. 西天山阿吾拉勒西段麻粒巖相片麻巖鋯石Cameca U-Pb年齡及其地質(zhì)意義[J]. 地質(zhì)通報(bào),28(12): 1852-1862.

李生虎,杜青. 1994. 烏蘇縣莫托溝—古爾圖蛇綠巖特征[J]. 新疆地質(zhì),12(3): 265-271.

李文淵,牛耀齡,張照偉,張銘杰,高永寶,胡沛青,張江偉,譚文娟,姜寒冰. 2012. 新疆北部晚古生代大規(guī)模巖漿成礦的地球動(dòng)力學(xué)背景和戰(zhàn)略找礦遠(yuǎn)景[J]. 地學(xué)前緣,19(4): 41-50.

李永軍,李注蒼,周繼兵,高占華,高永利,佟黎明,劉靜. 2009.西天山阿吾拉勒一帶石炭系地層單位厘定[J]. 巖石學(xué)報(bào),25(6): 1332-1340.

李注蒼,李永軍,李景宏,欒新東,郭文杰. 2006. 西天山阿吾拉勒一帶大哈拉軍山組火山巖地球化學(xué)特征及構(gòu)造環(huán)境分析[J]. 新疆地質(zhì),24(2): 120-124.

錢青,高俊,熊賢明,龍靈利,黃德志. 2006. 西天山昭蘇北部石炭紀(jì)火山巖的巖石地球化學(xué)特征、成因及形成環(huán)境[J].巖石學(xué)報(bào),22(5): 1307-1323.

茹艷嬌. 2012. 西天山大哈拉軍山組火山巖地層序列、巖石成因與構(gòu)造環(huán)境[D]. 西安: 長(zhǎng)安大學(xué).

孫吉明,馬中平,徐學(xué)義,李曉英,翁凱,張濤. 2012. 新疆西天山備戰(zhàn)鐵礦流紋巖的形成時(shí)代及其地質(zhì)意義[J]. 地質(zhì)通報(bào),31(12): 1973-1982.

汪幫耀,胡秀軍,王江濤,邵青紅,凌錦蘭,郭娜欣,趙彥鋒,夏昭德,姜常義. 2011. 西天山查崗諾爾鐵礦礦床地質(zhì)特征及礦床成因研究[J]. 礦床地質(zhì),30(3): 385-402.

汪幫耀,姜常義. 2011. 西天山查崗諾爾鐵礦區(qū)石炭紀(jì)火山巖地球化學(xué)特征及巖石成因[J]. 地質(zhì)科技情報(bào),30(6): 18-26.

王春龍,王義天,董連慧,張兵,任毅. 2012. 新疆西天山松湖鐵礦床稀土和微量元素地球化學(xué)特征及其意義[J]. 礦床地質(zhì),31(5): 1038-1050.

王軍年,白新蘭,李巖龍,陳春明. 2009. 新疆尼勒克縣松湖鐵礦地質(zhì)特征[J]. 資源環(huán)境與工程,23(2): 104-107.

夏林圻,夏祖春,徐學(xué)義,李向民,馬中平,王立社. 2004. 天山石炭紀(jì)大火成巖省與地幔柱[J]. 地質(zhì)通報(bào),23(9-10): 903-910.

徐學(xué)義,李向民,馬中平,夏林圻,夏祖春,彭素霞. 2006b. 北天山巴音溝蛇綠巖形成于早石炭世: 來(lái)自輝長(zhǎng)巖LA-ICPMS 鋯石U-Pb年齡的證據(jù)[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào),80(8): 1168-1176.

徐學(xué)義,夏林圻,馬中平,王彥斌,夏祖春,李向民,王立社. 2006a. 北天山巴音溝蛇綠巖斜長(zhǎng)花崗巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡及蛇綠巖成因研究[J]. 巖石學(xué)報(bào),22(1): 83-94.

薛志忠,楊國(guó)福,胡成林,劉玉潭,楊夕良,孫玉龍,周會(huì)青,萬(wàn)全政,劉雪芬. 2005. 明細(xì)伯特札依勒幅1:5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R]. 昌吉: 新疆地礦局第二區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì).

袁洪林,吳福元,高山,柳小明,徐平,孫德有. 2003. 東北地區(qū)新生代侵入體的鋯石激光探針U-Pb年齡測(cè)定與稀土元素成分分析[J]. 科學(xué)通報(bào),48(14): 1511-1520.

張喜. 2013. 西天山智博和查崗諾爾鐵礦成礦背景與成礦作用研究[D]. 北京: 中國(guó)科學(xué)院大學(xué).

張作衡,洪為,蔣宗勝,段士剛,王志華,李鳳鳴,石福品,趙軍,鄭仁喬. 2012. 新疆西天山晚古生代鐵礦床的地質(zhì)特征、礦化類型及形成環(huán)境[J]. 礦床地質(zhì),31(05): 941-964.

朱維娜. 2014. 新疆阿吾拉勒成礦帶中段典型鐵礦床成礦物質(zhì)來(lái)源于礦床成因研究[D]. 北京: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京).

朱永峰,張立飛,古麗冰,郭璇,周晶. 2005. 西天山石炭紀(jì)火山巖SHRIMP年代學(xué)及其微量元素地球化學(xué)研究[J]. 科學(xué)通報(bào),50(18): 2004-2014.

朱永峰,周晶,郭璇. 2006. 西天山石炭紀(jì)火山巖巖石學(xué)及Sr-Nd同位素地球化學(xué)研究[J]. 巖石報(bào),22(5): 1341-1350.

朱志新,董連慧,王克卓,趙同陽(yáng),徐仕琪,陳邦學(xué),李平,靳留圓. 2013. 西天山造山帶構(gòu)造單元?jiǎng)澐峙c構(gòu)造演化[J]. 地質(zhì)通報(bào),32(2/3): 297-306.

左國(guó)朝,張作衡,王志良,劉敏,王龍生. 2008. 新疆西天山地區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐?、地層系統(tǒng)及其構(gòu)造演化[J]. 地質(zhì)論評(píng),54(6): 748-767.

BAI Jian-ke,LI Zhi-pei,XU Xue-yi,LI Ting. 2011. The LA-ICPMS U-Pb age of zircons of the Lower Carboniferous Series Dahalajunshan formation volcanic rocks in Awulale area,western Tianshan and their implications[J]. Bulletin of Mineralogy,Petrology and Geochemistry,30(Z): 543(in Chinese).

BAI Jian-ke,LI Zhi-pei,XU Xue-yi,RU Yan-jiao,LI Ting. 2011. The Chronology of Tulasu-Yelimodun Volcanic Belt: Constraints on the Metallogenic Epoch of the Jiamante Gold Deposit,Western Tianshan Mountains of Xinjiang[J]. Acta Geoscientica Sinica,32(3): 322-330(in Chinese with English ab-stract).

CHE Zi-cheng,LIU Liang,LIU Hong-fu,LUO Jin-hai. 1996. Review on the Ancient Yili Rift,Xinjiang,China[J]. Acta Petrologica Sinica,12(3): 478-490(in Chinese with English abstract).

CHEN Yi-bing,HU Ai-qin,ZHANG Guo-xin,ZHANG Qian-feng. 1999. Zircon U-Pb age and its geological significances of granitic gneiss along the Duku highway in Western Tianshan Mountains[J]. Chinese Science Bulletin,44(21): 2328-2332(in Chinese).

CHEN Yu-chuan,LIU De-quan,TANG Yan-ling,WANG Deng-hong,DONG Lian-hui,SHA Xin,WANG Xiao-di. 2008. Mineral resources and metallogenic system of Tianshan mountains in China[M]. Beijing: Geological Publishing House: 1-1063(in Chinese).

DEVINE J D. 1995. Petrogenesis of the basalt-andesite-dacite association of Grenada,Lesser Antilles island arc,revisited[J]. Journal of Volcanology and Geothermal Research,69: 1-33.

FENG Jin-xing,SHI Fu-pin,WANG Bang-yao,HU Jian-ming,WANG Jiang-tao,TIAN Jing-quan. 2010. Volcanic Iron Deposits in the Awulale Metallogenic Belt,West Tianshan[M]. Beijing: Geological Publishing House: 1-132(in Chinese).

GAO Jun,QIAN Qing,LONG Ling-li,ZHANG Xi,LI Ji-lei,SU Wen. 2009. Accretionary or ogenic process of Western Tianshan,China[J]. Geological Bulletin of China,28(12): 1804-1816(in Chinese with English abstract).

JIANG Chang-yi,WU Wen-kui,XIE Gang-cheng,LI Wu-ping. 1993. Cheracteristics of Carboniferous volcanic rocks and the trench-arc-basin system in the Northern part of West Tianshan Mountains[J]. Acta Petrologica et Mineralogica,12(3): 224-231(in Chinese with English abstract).

JIANG Chang-yi,WU Wen-kui,ZHANG Xue-ren,CUI Shang-sen. 1995. The Change from Island Act to Rift Valley: Evidence from Volcanic Rocks in Awulale Area[J]. Acta Petrologica et Mineralogica,14(4): 289-300(in Chinese with English abstract).

JIANG Zong-shen. 2014. Carboniferous volcanism and Fe mineralization at the Zhibo iron deposit in the Western Tianshan[D]. Beijing: Chinese Academy of Geological Sciences(in Chinese with English abstract).

JIANG Zong-sheng,ZHANG Zuo-heng,HOU Ke-jun,HONG Wei,WANG Zhi-hua,LI Feng-ming,TIAN Jing-quan. 2012. Geochemistry and zircon U-Pb age of volcanic rocks from the Chagangnuoer and Zhibo iron deposits,western Tianshan,and their geological signifcance[J]. Acta Petrologica Sinica,28(7): 2074-2088(in Chinese with English abstract).

JING De-long,REN Yi,WANG Bang-yao,SONG Yan-fang,WANG Yao,KANG Zhen. 2012. Geological Characteristics and Metallogenic Periods of Songhu Iron Deposit in Xinjiang[J]. Journal of Subtropical Resources and Environment,7(4): 10-15(in Chinese with English abstract).

JING De-long,ZHANG Bo,WANG Bang-yao,XIA Ming-zhe,XIA Zhao-de,JIANG Chang-yi,LI Xin-guang. 2014. Geological characteristics and ore genesis of the Nixintage iron deposit in the western Tianshan Mountains,Xinjiang,NW China[J]. Acta Petrologica et Mineralogica,33(5): 841-858(in Chinese with English abstract).

KUNO H. 1966. Lateral variation of basalt magma types across continental margins and island arcs[J]. Bulletin of Volcanology,29: 195-222.

LI Da-peng,DU Yang-song,PANG Zhen-shan,TU Qi-jun,ZHANG Yong-ping,GE Song-sheng,SHEN Li-jun,WANG Kai-hu. 2013. Zircon U-Pb Chronology and Geochemistry of Carboniferous Volcanic Rocks in Awulale Area,Western Tianshan Mountains[J]. Acta Geoscientica Sinica,34(2): 176-192(in Chinese with English abstract).

LI Feng-ming,PENG Xiang-ping,SHI Fu-pin,ZHOU Chang-ping,CHEN Jian-zhong. 2011. Analysis on Fe-Mn Mineralization Regularity in Carboniferous Volcanic-Sendimentary Basin of West Tianshan[J]. Xinjiang Geology,29(1): 55-60(in Chinese with English abstract).

LI Ji-lei,SU Wen,ZHANG Xi,LIU Xin. 2009. Zircon Cameca U-Pb dating and its significance for granulite-facies gneisses from the western Awulale Mountain,west Tianshan,China[J]. Geological Bulletin of China,28(12): 1852-1862(in Chinese with English abstract).

LI Sheng-hu,DU Qing. 1994. The ophiolites in Motuogou—Gurt of Wusu county[J]. Xinjiang Geology,12(3): 265-271(in Chinese with English abstract).

LI Wen-yuan,NIU Yao-ling,ZHANG Zhao-wei,ZHANG Ming-jie,GAO Yong-bao,HU Pei-qing,ZHANG Jiang-wei,TAN Wen-juan,JIANG Han-bing. 2012. Geodynamic setting and further exploration of magmatism-related mineralization concentrated in the Late Paleozoic in the northern Xinjiang Autonomous Region[J]. Earth Science Frontiers,19(4): 41-50(in Chinese with English abstract).

LI Yong-jun,LI Zhu-cang,ZHOU Ji-bing,GAO Zhan-hua,GAO Yong-li,TONG Li-ming,LIU Jing. 2009. Division of the Carboniferous lithostratigraphic units in Awulale area,western Tianshan[J]. Acta Petrologica Sinica,25(6):1332-1340(in Chinese with English abstract).

LI Zhu-cang,LI Yong-jun,LI Jing-hong,LUAN Xin-dong,GUO Wen-jie. 2006. Geochemical characteristics of the Dahalajunshan formation volcanic rocks and their implications on the tectonic setting in Awulale area[J]. Xinjiang Geology,24(2): 120-124(in Chinese with English abstract).

MCDONOUGH W F,SUN S S. 1995. The composition of the Earth[J]. Chemical Geology,120: 223-253.

OTAMENDI J E,VUJOVICH G I,DE LA ROSA J D,TIBALDI A M,CASTRO A,MARTINO R D,PINOTT L P. 2009. Geology and petrology of a deep crustal zone from the Famatinian paleo-arc,Sierras de Valle Fértil and La Huerta,San Juan,Argentina[J]. Journal of South American Earth Sciences,27: 258-279.

PEARCE J A. 1983. Role of the sub-continental lithosphere in magma genesis at active continental margins[J]//HAWKESWORTH C J,NORRY M J (eds) Continental Basalts and Mantle Xenoliths. Nantwich,UK: 230-249.

QIAN Qing,GAO Jun,XIONG Xian-ming,LONG Ling-li,HUANG De-zhi. 2006. Petrogenesis and tectonic settings of Carboniferous volcanic rocks from north Zhaosu,western Tianshan Mountains: constraints from petrology and geochemistry[J]. Acta Petrologica Sinica,22(5): 1307-1323(in Chinese with English abstract).

RU Yan-jiao. 2012. The Stratigraphic Sequanence,Petrogenesis and Tectonic Setting of the Volcanic Rocks of the Dahalajun-shan Formation,Western Tianshan Mountain,China[D]. Xi’an: Chang’an University(in Chinese with English abstract).

SHAN Qiang,ZHANG Bing,LUO Yong,ZHOU Chang-ping,YU Xue-yuan,ZENG Qiao-song,YANG Wu-bin,NIU He-cai. 2009. Characteristics and trace element geochemistry of pyrite from the Songhu iron deposit,Nilek County,Xinjiang,China[J]. Acta Petrologica Sinica,25(6): 1454-1464(in Chinese with English abstract).

SUN Ji-ming,MA Zhong-ping,XU Xue-yi,LI Xiao-ying,WENG Kai,ZHANG Tao. 2012. The formation epoch of the host wall rock of the Beizhan iron deposit in West Tianshan Mountains of Xinjiang and its geological significance[J]. Geological Bulletin of China,31(12): 1973-1982(in Chinese with English abstract).

WANG Bang-yao,HU Xiu-jun,WANG Jiang-tao,SHAO Qing-hong,LING Jin-lan,GUO Na-xin,ZHAO Yan-feng,XIA Zhao-de,JIANG Chang-yi. 2011. Geological characteristics and genesis of Chagannur iron deposit in western Tianshan,Xinjiang[J]. Mineral Deposits,30(3): 385-402(in Chinese with English abstract).

WANG Bang-yao,JIANG Chang-yi. 2011. Petrogenesis and geochemical characteristics of Carboniferous volcanic rocks of Chagannur iron deposit area in western Tianshan,Xinjiang[J]. Geological Science and Technology Information,30(6): 18-26(in Chinese with English abstract).

WANG Chun-long,WANG Yi-tian,DONG Lian-hui,ZHANG Bing,REN Yi. 2012. Geochemical characteristics of rare earth and trace elements compositions of Songhu iron deposit in the western Tianshan of Xinjiang and their significance[J]. Mineral Deposit,31(5): 1038-1050(in Chinese with English abstract).

WANG Jun-nian,BAI Xin-lan,LI Yan-long,CHEN Chun-ming. 2009. Geological Characteristics of Songhu iron deposit in Nilka County,Xinjiang[J]. Resources Environment & Engineering,23(2): 104-107(in Chinese with English abstract).

WINCHESTER J A,PLOYD P A. 1977. Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements[J]. Chemical Geology,20: 325-343.

WOOD D A. 1980. The application of a Hf-Th-Ta diagram to problems of tectonomagmatic classification and to establishing the nature of crusal contamination of basaltic lavas of the British Tertiary volcanic province[J]. Earth and Planetary Science Letters,50: 11-30.

XIA Lin-qi,XIA Zu-chun,XU Xue-yi,LI Xiang-min,MA Zhong-ping,WANG Li-she. 2004. Carboniferous Tianshan igneous megaprovince and mantle plume[J]. Geological Bulletin of China,23(9-10): 903-910(in Chinese with English abstract).

XU Xue-yi,LI Xiang-min,MA Zhong-ping,XIA Lin-qi,XIA Zu-chun,PENG Su-xia. 2006b. LA-ICPMS Zircon U-Pb Dating of Gabbro from the Bayingou Ophiolite in the Northern Tianshan Mountains[J]. Acta Geologica Sinica,80(8): 1168-1176(in Chinese with English abstract).

XU Xue-yi,XIA Lin-qi,MA Zhong-ping,WANG Yan-bin,XIA Zu-chun,LI Xiang-min,WANG Li-she. 2006a. SHRIMP zircon U-Pb geochronology of the plagiogranites from Bayingou ophiolite in North Tianshan Mountains and the petrogenesis of the ophiolite[J]. Acta Petrologica Sinica,22(1): 83-94(in Chinese with English abstract).

XUE Zhi-zhong,YANG Guo-fu,HU Cheng-lin,LIU Yu-tan,YANG Xi-liang,SUN Yu-ling,ZHOU Hui-qing,WAN Quan-zheng,LIU Xue-fen. 2005. Report of regional geological survey of Mingxibotezhayile 1:50000 Map[R]. Changji: The Second Regional Geological Survey Team,Xinjiang Bureau of Exploration and Development of Geological and Minerals(in Chinese).

YUAN Hong-lin,WU Fu-yuan,GAO Shan,LIU Xiao-ming,XU Ping,SUN De-you. 2003. Zircon U-Pb age and rare earth elements analysis by laser probe in Cenozoic intrusion in the northeast China[J]. Chinese Science Bulletin,48(14): 1511-1520(in Chinese).

ZHANG Xi,TIAN Jing-quan,GAO Jun,REINER K,DONG Lian-hui,FAN Jun-jia,JIANG Tuo,HU Cheng-jian,QIAN Qing. 2012. Geochronology and geochemistry of granitoid rocks from the Zhibo syngenetic volcanogenic iron ore deposit in the Western Tianshan Mountains (NW-China): Constraints on the age of mineralization and tectonic setting[J]. Gondwana Research,22(2): 585-596.

ZHANG Xi. 2013. The Metallogenic Tectonic Setting and Metallogenesis of the Zhibo and Chagangnuoer Iron Ore Deposits,Western Tianshan Mountains[D]. Beijing: University of Chinese Academy of Sciences(in Chinese with English abstract).

ZHANG Zuo-heng,HONG Wei,JIANG Zong-sheng,DUAN Shi-gang,WANG Zhi-hua,LI Feng-ming,SHI Fu-pin,ZHAO Jun,ZHENG Ren-qiao. 2012. Geological features,mineralization types and metal logenic setting of Late Paleozoic iron deposits in western Tianshan Mountains of Xinjiang[J]. Mineral Deposits,31(05): 941-964(in Chinese with English abstract).

ZHU Wei-na. 2014. Metallogenic source and ore genesis of typical iron deposits in the central segment of Awulale metallogenic belt,Xinjiang[D]. Beijing: China University of Geosciences (Beijing)(in Chinese).

ZHU Yong-feng,ZHANG Li-fei,GU Li-bing,GUO Xuan,ZHOU Jing. 2005. Study on trace elements geochemistry and SHRIMP chronology of Carboniferous lava,West Tianshan[J]. Chinese Science Bulletin,50(18): 2004-2014(in Chinese with English abstract).

ZHU Yong-feng,ZHOU Jing,GUO Xuan. 2006. Petrology and Sr-Nd isotopic geochemistry of the Carboniferous volcanic rocks in the western Tianshan Mountians,NW China[J]. Acta Petrologica Sinica,22(5): 1341-1350(in Chinese with English abstract).

ZHU Zhi-xin,DONG Lian-hui,WANG Ke-zhuo,ZHAO Tong-yang,XU Shi-qi,CHEN Bang-xue,LI Ping,JIN Liu-yuan. 2013. Tectonic division and regional tectonic evolution of West Tianshan organic belt[J]. Geological Bulletin of China,32(2/3): 297-306(in Chinese with English abstract).

ZUO Guo-chao,ZHANG Zuo-heng,WANG Zhi-liang,LIU Min,WANG Long-sheng. 2008. Ectonic Division,Stratigraphical Stystem and the Evolution of Western Tianshan Mountains,Xinj iang[J]. Geological Review,54(6): 748-767(in Chinese with English abstract).

Geochemistry and Geochronology of the Volcanic Rocks in the Songhu Iron Deposit of Western Tianshan Mountains and Their Geological Significance

JING De-long1),WANG Bang-yao1,2),ZHANG Bo1),JIANG Chang-yi1,2)*,XIA Ming-zhe1,2),LI Yong-jun1,2),REN Yi3)
1) Earth Science & Resources College,Chang’an University,Xi’an,Shaanxi 710054; 2) Key Laboratory of Western China’s Mineral Resources and Geological Engineering,Ministry of Education,Chang’an University,Xi’an,Shaanxi 710054; 3) No. 7 Geological Party,Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources and Development,Wusu,Xinjiang 833000

Located at the northwest edge of Yili plate in Western Tianshan Mountains,Xinjiang,the Awulale metallogenic belt is one of the significant polymetallic iron,copper and gold belts discovered in recent years. The Songhu iron deposit is one of the volcanic type iron deposits in the western part of the belt and is hosted in the 2ndmember of the Carboniferous Dahalajunshan Group. This paper focused on the petrology,petrography,geochemistry and geochronology of the volcanic rocks exposed in the ore district and tried to constrain their tectonic settings and petrogenesis. Some conclusions have been reached: (1) These volcanic rocks mainly consist of andesite and dacite,with minor rhyolite and volcaniclastic rocks,and belong to the calc-alkaline series. (2) The U-Pb age of zircons in the andesite is (343.2±2) Ma (MSWD=1.8),suggesting the Visean Age. (3) Trace element patterns show enrichment of LILE (Rb,Ba,Th,K etc.) and LREE,and depletion of HFSE (Nb,Ta,Ti). Thesecharacteristics suggest that these volcanic rocks might have been formed in the active continental margin arc and produced by cognate magma. (4) These volcanic rocks are characterized by relatively high εNd(t) values (+2.09 ～ +3.39) and high initial87Sr/86Sr ratios (0.7056～0.7060). The Nd-Sr isotopic characteristics indicate that their magma source was the roof of continental arc crust near the Moho surface.

Western Tianshan Mountains; Songhu iron deposit; volcanic rocks; geochemistry; geochronology; petrogenesis

P588.14; P59

A

10.3975/cagsb.2015.06.05

本文由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)礦產(chǎn)評(píng)價(jià)專項(xiàng)(編號(hào): 12120114007501; 12120113044000)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金(編號(hào): 2013G1271096; 2014G1271066)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào): 41273033)聯(lián)合資助。

2015-05-22; 改回日期: 2015-08-30。責(zé)任編輯: 閆立娟。

荊德龍,男,1988年生。博士研究生。主要從事礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)方面的研究。通訊地址: 710054,西安市雁塔路126號(hào)長(zhǎng)安大學(xué)。E-mail: jing.delong@163.com。

*通訊作者: 姜常義,男,1951年生。教授,博士生導(dǎo)師。主要從事巖石學(xué)及銅鎳硫化物礦床學(xué)方面的研究。通訊地址: 710054,西安市雁塔路126號(hào)長(zhǎng)安大學(xué)。電話: 029-82339010。E-mail: jiangchangyi001@163.com。