新疆圪塔山口含銅鎳巖體鋯石SHRIMP U-Pb年齡、巖石地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

王亞磊, 李文淵, 張照偉, 張江偉, 高永寶

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 西安地質(zhì)調(diào)查中心, 國(guó)土資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710054)

新疆圪塔山口含銅鎳巖體鋯石SHRIMP U-Pb年齡、巖石地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

王亞磊, 李文淵, 張照偉, 張江偉, 高永寶

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 西安地質(zhì)調(diào)查中心, 國(guó)土資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710054)

圪塔山口含銅鎳鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體位于東天山黃山–鏡兒泉–圖拉爾根銅鎳礦帶東段。巖體由I-1, I-2, I-3, I-4四個(gè)小巖體組成, 主要巖石類型為輝石橄欖巖、橄欖輝石巖、輝長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖, 主要賦礦巖相為輝石橄欖巖。I-2號(hào)含礦巖體鋯石SHRIMP U-Pb 年齡為275.0±3.6 Ma, 與東天山地區(qū)含銅鎳礦鎂鐵–超鎂鐵巖體形成時(shí)代相近, I-4號(hào)不含礦巖體鋯石SHRIMP U-Pb年齡為364.2±3.9 Ma, 明顯早于含礦巖體。樣品的主量元素組成顯示巖漿演化過(guò)程主要發(fā)生了橄欖石和少量輝石的分離結(jié)晶/堆晶作用; 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線呈輕稀土略富集的右傾型, Eu異常不明顯; 微量元素特征顯示相對(duì)富集大離子親石元素(Cs、Sr、Ba), 適度虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta、Ti)。巖石地球化學(xué)特征表明巖漿演化過(guò)程中遭受了較弱的中–下地殼物質(zhì)混染。U/Th-Th/Zr、Ba/Th-Th/Yb圖解, La/Nb、La/Ba和Ba/Nb比值表明巖漿源區(qū)遭受了明顯的俯沖流體交代作用。綜合含礦巖體年代學(xué)、巖石地球化學(xué)特征及區(qū)域演化歷史, 認(rèn)為圪塔山口含礦巖體形成于碰撞后伸展背景, 可能同時(shí)疊加了塔里木地幔柱活動(dòng)的影響。

圪塔山口; 含銅鎳鎂鐵–超鎂鐵巖體; 鋯石SHRIMP U-Pb年齡; 巖漿演化; 東天山

0 引 言

新疆東天山黃山–鏡兒泉–圖拉爾根銅鎳礦帶是國(guó)內(nèi)第三大銅鎳礦帶, 該帶已發(fā)現(xiàn)的銅鎳礦床主要有黃山東、黃山、圖拉爾根、香山和葫蘆等礦床, 已有研究表明這些銅鎳礦床均形成于晚石炭世–早二疊世(韓寶福等, 2004; 孫濤等, 2010; 三金柱等, 2010; 肖慶華等, 2010; Qin et al., 2011; 肖凡等, 2013)。這些礦床的賦礦巖體巖漿分異演化充分, 巖石化學(xué)組成主要屬拉斑系列, 具有相似的微量元素和Sr-Nd-Pb同位素特征, 巖漿演化過(guò)程中都遭受了較低程度的地殼物質(zhì)同化混染(Zhou et al., 2004; 胡克兵等, 2008; 夏明哲等, 2008, 2010; 鄧宇峰等, 2011; 焦建剛等, 2012), 是相同構(gòu)造背景下的產(chǎn)物。關(guān)于這些礦床的構(gòu)造背景存在碰撞后伸展(韓寶福等, 2004; 夏明哲等, 2008; 鄧宇峰等, 2011)和與地幔柱作用相關(guān)的不同認(rèn)識(shí)(王登紅等, 2000; 毛景文等, 2006; Pirajno et al., 2008; Qin et al., 2011; 李宏博和朱江, 2013)。目前該礦帶東西兩側(cè)是否仍有尋找銅鎳礦的潛力是該區(qū)今后研究及找礦工作的重點(diǎn)。近幾年圪塔山口銅鎳礦和白鑫灘銅鎳礦的發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步準(zhǔn)確評(píng)價(jià)該礦帶東西兩側(cè)的成礦潛力提供了新的線索。

圪塔山口銅鎳礦床是近幾年新疆有色地質(zhì)勘查局704隊(duì)新發(fā)現(xiàn)的銅鎳礦床, 郭海兵(2011)對(duì)該礦床的地質(zhì)特征、礦體特征、礦石類型等進(jìn)行了初步的總結(jié), 認(rèn)為其為典型的巖漿熔離–貫入型礦床, 但對(duì)于該礦床的成巖成礦時(shí)代、巖漿演化過(guò)程、巖漿源區(qū)性質(zhì)、成礦作用過(guò)程及構(gòu)造背景的研究仍較薄弱。針對(duì)上述問(wèn)題, 本文開展了系統(tǒng)的巖石學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)及巖石地球化學(xué)等方面的研究工作, 為進(jìn)一步合理評(píng)價(jià)該礦帶東段的銅鎳找礦潛力提供新資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖體地質(zhì)特征

圪塔山口含銅鎳鎂鐵–超鎂鐵巖體位于覺(jué)羅塔格構(gòu)造巖漿帶東段, 受北東東向展布的康古爾–黃山斷裂帶次級(jí)斷裂控制(圖 1), 主要由 I-1、I-2、I-3和I-4號(hào)巖體組成, 其中I-2號(hào)巖體為主要含礦巖體。巖體侵入于泥盆系大南湖組淺變質(zhì)砂巖夾黑色炭質(zhì)片巖中, 與圍巖接觸部位巖石多發(fā)生強(qiáng)烈變質(zhì)。I-1號(hào)巖體位于 I-2巖體北西 170 m處, 地表出露長(zhǎng)約300 m, 最寬處約100 m, 主要巖性為橄欖輝石巖、輝長(zhǎng)巖和角閃輝長(zhǎng)巖。I-2號(hào)巖體長(zhǎng)約400 m, 寬10～40 m (圖 2a), 由兩側(cè)向中心依次為輝長(zhǎng)巖相–橄欖巖相–橄欖輝石巖相–輝長(zhǎng)巖相(圖2b)。I-3號(hào)巖體位于I-2號(hào)巖體東段第四紀(jì)沖溝內(nèi), 磁法測(cè)量推測(cè)其可能為I-1號(hào)巖體的東延部分。I-4號(hào)巖體位于I-2號(hào)巖體以東, 長(zhǎng)約420 m, 寬約100 m, 主要巖性為閃長(zhǎng)巖。據(jù)野外宏觀地質(zhì)特征推測(cè)I-4號(hào)巖體與其余3個(gè)巖體可能不是同一期次巖漿作用產(chǎn)物。

礦床主要賦礦巖性為輝石橄欖巖, 橄欖輝石巖中也有少量礦化現(xiàn)象, 共圈出 4個(gè)礦體, 其中 I-2-1和I-2-2號(hào)礦體出露地表, I-2-3號(hào)為隱伏礦體。礦體呈似層狀、透鏡狀, 向深部產(chǎn)狀變陡并逐漸尖滅(圖2b); 主要礦石類型為星點(diǎn)狀和稀疏浸染狀, 少量為海綿隕鐵狀, 主要金屬礦物組合為磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦和黃銅礦(郭海兵, 2011)。

2 巖相學(xué)特征

I-2號(hào)巖體主要巖石類型為輝石橄欖巖、橄欖輝石巖、輝長(zhǎng)巖, 其余3個(gè)巖體巖石類型較為單一, 主要為輝長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖。各類巖石的巖相學(xué)特征如下:

閃長(zhǎng)巖: 巖石呈淺灰色, 自形–半自形粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。主要由斜長(zhǎng)石和角閃石組成。斜長(zhǎng)石含量約 80%, 呈板狀, 雙晶發(fā)育, 普遍發(fā)育鈉黝簾石化和綠泥石化。輝石和角閃石含量約 20%, 呈不規(guī)則粒狀充填于斜長(zhǎng)石顆粒之間(圖3a)。

圖1 圪塔山口含銅鎳巖體區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)秦克章等, 2007修改)Fig.1 Geological map of the Cu-Ni bearing intrusions and tectonic location of the Getashankou deposit

圖2 圪塔山口礦區(qū)地質(zhì)圖(a)及6號(hào)勘探線鉆孔剖面圖(b)(據(jù)郭海兵, 2011修改)Fig.2 Geological map (a) and the sixth cross-section (b) of the Getashankou deposit

橄欖輝長(zhǎng)巖: 淺灰色, 半自形粒狀結(jié)構(gòu), 包橄結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造。主要由斜長(zhǎng)石、輝石、橄欖石和少量角閃石組成。斜長(zhǎng)石呈半自形粒狀, 有較弱的鈉黝簾石化。輝石呈半自形粒狀結(jié)構(gòu), 有單斜輝石和斜方輝石, 局部被后期角閃石沿邊部交代。橄欖石多呈渾圓狀, 礦物顆粒大小不一, 多被斜長(zhǎng)石和輝石包裹(圖3b, c)。沿輝石顆粒間隙有少量的褐色普通角閃石, 含量約為5%～10%。

輝石橄欖巖: 灰黑色, 堆晶結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造, 主要由橄欖石、輝石和少量金屬硫化物組成。橄欖石呈自形–半自形粒狀結(jié)構(gòu), 裂隙發(fā)育, 部分橄欖石發(fā)生明顯蛇紋石化, 析出的磁鐵礦呈粉塵狀分布于橄欖石顆粒之間。輝石多呈不規(guī)則粒狀分布于橄欖石顆粒之間, 局部被角閃石交代。硫化物呈填隙狀充填于橄欖石顆粒之間(圖3d, e, f)。

3 樣品采集及分析方法

圖3 圪塔山口鎂鐵–超鎂鐵巖體巖石顯微照片F(xiàn)ig.3 Microphotographs of the Getashankou mafic-ultramafic rocks

鋯石U-Pb測(cè)年樣品采自I-2(GT-1)和I-4(GT-8)號(hào)巖體(圖 2), 巖性分別為含長(zhǎng)輝石橄欖巖和閃長(zhǎng)巖。由于地表樣品風(fēng)化嚴(yán)重, 用來(lái)進(jìn)行地球化學(xué)分析的樣品主要采自I-2號(hào)巖體Zk602。主量元素分析采用X射線熒光光譜法(XRF), 分析精度為1%～5%; 稀土和微量元素分析采用Series II型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)測(cè)定, 分析精度優(yōu)于10%。鋯石SHRIMP U-Pb定年在北京離子探針中心 SHRIMPⅡ上完成, 具體測(cè)試方法見(jiàn)宋彪等(2002), 離子束斑直徑為25 μm。標(biāo)準(zhǔn)鋯石SL13(U=238×10–6)和TEM(206Pb/238U=417 Ma)分別用于鋯石樣品的 U、Th含量和年齡校正(Williams, 1998; Black et al., 2003)。數(shù)據(jù)處理采用SQUID和 ISOPLOT程序(Ludwing, 2001; 夏斌等, 2008), 依據(jù)實(shí)測(cè)204Pb進(jìn)行普通鉛校正。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果

圪塔山口I-2號(hào)巖體含長(zhǎng)輝石橄欖巖(GT-1)中的鋯石多呈短柱狀, 長(zhǎng)約50～100 μm, 無(wú)色透明, 與大多數(shù)鎂鐵–超鎂鐵巖體中鋯石特征一致, 陰極發(fā)光顯示鋯石的振蕩環(huán)帶不明顯(圖 4)。共選擇11顆鋯石進(jìn)行了年齡測(cè)定, 其中點(diǎn)2.1位于諧和線下方, 發(fā)生了明顯的Pb丟失, 點(diǎn)1.1、7.1、9.1和11.1四個(gè)點(diǎn)所測(cè)鋯石陰極發(fā)光特征與該樣品大多數(shù)鋯石特征不一致, 可能為混入鋯石, 其年齡無(wú)確切地質(zhì)意義。其余6顆鋯石的U、Th含量分別為929×10–6～5025× 10–6和1387×10–6～9648×10–6, Th/U比值為 0.47～6.52 (表 1), 是典型的巖漿鋯石。6個(gè)分析點(diǎn)的206Pb/238U的加權(quán)平均年齡為275.0±3.6 Ma(圖5a), 表明I-2號(hào)含礦巖體的形成年齡為早二疊世, 略晚于 I-1號(hào)巖體輝長(zhǎng)巖的形成年齡(282.6±1.9 Ma, 馮宏業(yè)等, 2012)。

圪塔山口I-4號(hào)巖體閃長(zhǎng)巖樣品(GT-8)的鋯石呈長(zhǎng)柱狀, 長(zhǎng)約 100～200 μm, 無(wú)色透明, 陰極發(fā)光顯示鋯石振蕩環(huán)帶較明顯(圖4), 是典型的巖漿鋯石。所測(cè)13顆鋯石的U、Th含量分別為77×10–6～359× 10–6和49×10–6～424×10–6, Th/U比值為0.64～1.37(表1),鋯石的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為364.2±3.9 Ma(圖 5b), 表明該巖體侵位于晚泥盆世, 形成時(shí)間早于 I-2號(hào)巖體, 與圖拉爾根Ⅱ號(hào)巖體(357.5±2.5 Ma, 三金柱等, 2010)和四頂黑山層狀巖體(351.5±1.9 Ma, 李奇祥等, 2010)形成時(shí)代基本一致。

4.2 主量和微量元素

9件樣品的主量、微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表2。其中1件閃長(zhǎng)巖樣品的SiO2含量為55.96%, 為中性巖類; 其余樣品的 SiO2含量介于 40.18%～49.92%, 屬超基性–基性巖類; 其中 GT-6樣品中由于含有較多的硫化物導(dǎo)致其FeOT含量偏高, 而MgO含量偏低。與巖相學(xué)特征相對(duì)應(yīng), 樣品 Mg#介于 0.51～0.84, 表明巖漿經(jīng)歷了較充分的分異演化, 有大量富鎂鐵礦物的堆晶。在主量元素相關(guān)性圖解上(圖6), MgO與SiO2、Al2O3、CaO、TiO2和Na2O+K2O呈明顯的負(fù)相關(guān), MgO與FeOT呈明顯的正相關(guān)。

圖4 圪塔山口巖體鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.4 CL images of zircons from the Getashankou complex

圖5 圪塔山口巖體鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.5 U-Pb concordia plots of zircons from the complex

表1 圪塔山口鎂鐵–超鎂鐵巖體鋯石SHRIMP U-Pb測(cè)年結(jié)果Table 1 The zircon SHRIMP U-Pb dating results of the Getashankou mafic-ultramafic complex

閃長(zhǎng)巖(GT-8)和橄欖輝長(zhǎng)巖(GT-9)樣品的ΣREE元素含量分別為 100.14×10–6和 70.05×10–6, 明顯高于其他輝石橄欖巖樣品(ΣREE=25.37×10–6～38.05× 10–6)。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線較為一致,均呈輕稀土略富集的右傾型, Eu異常不明顯(δEu= 0.90～1.15)(圖7a), 樣品的(La/Yb)N=2.22～3.27, (La/Sm)N= 1.30～1.66, (Gd/Yb)N=1.32～1.47, 表明輕重稀土元素之間的分餾程度較強(qiáng), 輕、重兩組稀土元素內(nèi)部元素之間的分餾程度較弱。微量元素蛛網(wǎng)圖型式基本一致, 普遍相對(duì)富集大離子親石元素(Cs、Ba、Sr),適度虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素, 所有樣品都具有明顯的Nb、Ta負(fù)異常和弱的Ti負(fù)異常(圖7b)。

5 討 論

5.1 巖漿演化過(guò)程

鎂鐵–超鎂鐵質(zhì)巖體的巖漿演化過(guò)程與銅鎳礦床的成礦作用過(guò)程密切相關(guān), 地幔源區(qū)部分熔融形成的基性巖漿上升過(guò)程中成分變化主要受分離結(jié)晶和同化混染作用控制, 準(zhǔn)確評(píng)價(jià)二者的作用方式及程度有利于深入理解成礦作用過(guò)程。在主量元素相關(guān)性圖解中, 除閃長(zhǎng)巖樣品GT-8和含較高硫化物樣品GT-6外, 其余樣品MgO與SiO2呈明顯負(fù)相關(guān)(圖6a), 與FeOT呈明顯正相關(guān)(圖6b), 表明存在橄欖石的分離結(jié)晶/堆晶作用。MgO與 CaO、Al2O3、Na2O+K2O呈明顯負(fù)相關(guān)(圖6c、d、e), 表明發(fā)生了單斜輝石和斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶/堆晶作用。MgO與TiO2之間呈負(fù)相關(guān)性(圖6d), 這與Ti在結(jié)晶相中的不相容性一致。Si/Ti-(Mg+Fe)/Ti圖解(圖 8)也顯示巖漿演化過(guò)程中橄欖石是主要的分離結(jié)晶相, 有少量單斜輝石的分離結(jié)晶, 這與巖體普遍發(fā)育橄欖石堆晶結(jié)構(gòu)的特征相一致。

表2 圪塔山口巖體主量(%)和微量元素(×10–6)組成Table 2 Major (%) and trace element (×10–6) concentrations of the Getashankou complex

圖6 圪塔山口巖體主量元素相關(guān)性圖解Fig.6 Correlation diagrams of major elements for the Getashankou complex

從元素地球化學(xué)角度看, 不同元素在巖漿演化過(guò)程中由于相容性的差異, 隨著結(jié)晶作用的進(jìn)行殘余巖漿會(huì)逐漸虧損早期結(jié)晶相中的相容元素, 逐漸富集早期結(jié)晶相中的不相容元素。但總分配系數(shù)相同或相近的元素比值不因結(jié)晶作用而改變。因此依據(jù)總分配系數(shù)相同或相近、對(duì)同化混染作用又敏感的元素比值(如Ce/Pb, Th/Yb, Nb/Ta, Ta/Yb, Ti/Yb, Zr/Nb)間的協(xié)變關(guān)系, 可以檢驗(yàn)是否存在同化混染作用(Baker et al., 1997; Mecdonald et al., 2001; 夏明哲等, 2010)。除 Th/Zr-Ce/Pb相關(guān)性較明顯外, Th/Yb-Ta/Yb和 Th/Ta-La/Yb僅顯示較弱的相關(guān)性(圖9a、b、c), 表明巖漿演化過(guò)程中僅存在較弱的同化混染。Nb與U、Ce和Pb在地幔部分熔融過(guò)程中由于具有相似的分配系數(shù)而不發(fā)生明顯分異, 元素之間的比值可以反映巖漿源區(qū)特征。洋中脊玄武巖(MORB)和洋島玄武巖(OIB)的 Nb/U比值為 47±10,原始地幔Nb/U比值約為34、Ce/Pb比值為25±5; 大陸平均地殼的Nb/U比值約為6.15、Ce/Pb比值為3.9 (Sun and McDonough, 1989; Rudnick and Gao, 2003)。除樣品GT-6(硫化物含量較高)外, 其余樣品的Nb/U比值為1.87～9.50, 平均值為7.21; Ce/Pb比值為 1.07～6.06, 平均值為 2.82, 也表明存在一定程度的地殼物質(zhì)混染。(La/Nb)PM-(Th/Ta)PM圖解(圖9d)表明樣品可能遭受了中–下地殼物質(zhì)混染(Neal et al., 2002); 在Th-Nb和Th-Ta二元圖解(圖9e、f)上, 所有樣品都落入中、下地殼之間, 進(jìn)一步表明巖漿上升過(guò)程中經(jīng)歷了中–下地殼物質(zhì)的混染。

圖 7 圪塔山口巖體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989; 原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)McDonough and Sun, 1995)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive-normalized trace element diagrams (b) of the Getashankou complex

圖8 分離結(jié)晶判別圖解(據(jù)Stanley and Russell, 1989)Fig.8 Discrimination diagram for fractional crystallization processes

5.2 巖漿源區(qū)性質(zhì)

已有研究表明東天山地區(qū)與洋殼俯沖相關(guān)的巖漿活動(dòng)均早于320 Ma(朱永峰等, 2005, 2007; 顧連興等, 2006, 2007; 周濤發(fā)等, 2010), 洋盆至石炭紀(jì)末已完全碰撞閉合(Li et al., 2003; 三金柱等, 2010)。從早二疊世開始, 東天山地區(qū)進(jìn)入碰撞后伸展環(huán)境,發(fā)育大規(guī)模幔源巖漿底侵及花崗巖巖漿活動(dòng)(韓寶福等, 1998, 2006; Zhang et al., 2003; 李錦軼等, 2006a, 2006b), 近年來(lái)越來(lái)越多的研究認(rèn)為該區(qū)二疊紀(jì)大規(guī)模幔源巖漿活動(dòng)與塔里木地幔柱活動(dòng)密切相關(guān), 圪塔山口巖體的形成時(shí)代恰好與后碰撞伸展及地幔柱活動(dòng)時(shí)代相吻合, 且在空間上距離塔里木地幔柱的軸部較近(Qin et al., 2011), 可能是這兩種構(gòu)造作用疊加的產(chǎn)物。與黃山–圖拉爾根巖帶上的銅鎳礦床相似(秦克章等, 2012), 圪塔山口巖體除橄欖巖相外其余各巖相中普遍發(fā)育巖漿成因普通角閃石,表明巖漿源區(qū)富水。微量元素特征上巖體普遍具有明顯的Nb、Ta負(fù)異常和 Ti的弱負(fù)異常, 富集大離子親石元素而虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素, 具有與島弧巖漿作用相似的地球化學(xué)特征。研究表明Ba和U的地球化學(xué)性質(zhì)相似, 都傾向富集于俯沖流體中, Th則主要源于沉積物, 利用U/Th-Th/Zr及Ba/Th-Th/Yb圖解可以很好區(qū)分流體交代作用和沉積物加入作用(Hawkesworth et al., 1997; 程素華和汪洋, 2011), 圖10a、b顯示圪塔山口巖體與東天山典型含銅鎳巖體相似, 其巖漿源區(qū)遭受了明顯的俯沖流體交代作用。由于La、Ba、Th、Zr和Nb具有相似的分配系數(shù), 分離結(jié)晶作用不會(huì)影響巖漿中La/Nb、La/Ba和Ba/Nb的比值, 且?guī)r漿演化過(guò)程中同化混染作用較弱, 故利用這些元素的比值可以指示其巖漿源區(qū)性質(zhì)(Saunders et al., 1992; Woodhead et al., 2001; 夏明哲等, 2010), 圖10c、d也表明巖體巖漿源區(qū)存在俯沖流體交代作用。由此可見(jiàn), 盡管圪塔山口巖體形成時(shí)洋殼俯沖作用已經(jīng)結(jié)束, 但早期俯沖流體對(duì)上覆巖石圈地幔的交代作用仍主導(dǎo)著圪塔山口巖體的微量元素特征。

5.3 對(duì)東天山銅鎳找礦的指示意義

圖9 同化混染判別圖解(a, b, c據(jù)Baker et al., 1997; d據(jù)Neal et al., 2002; e, f據(jù)Rundnick and Gao, 2003修改)Fig.9 Discrimination plots for contamination from selected trace element

東天山銅鎳礦床主要分布于康古爾塔格構(gòu)造–巖漿帶東段, 該區(qū)除廣泛發(fā)育幔源巖漿外, 二疊紀(jì)花崗巖、區(qū)域變質(zhì)作用、混合巖化和韌性剪切帶都較發(fā)育。圪塔山口含銅鎳礦巖體成礦年齡為 275.0± 3.6 Ma, 東天山地區(qū)其他典型銅鎳礦床的成礦時(shí)代如下: 黃山東礦床為274 Ma(韓寶福等, 2004), 香山和黃山分別為278 Ma和283.8 Ma(Qin et al., 2011),葫蘆為274 Ma(夏明哲等, 2008), 圖拉爾根為300.5 Ma (三金柱等, 2010), 白石泉為 281.2 Ma(毛啟貴等, 2006), 天宇為282 Ma(Qin et al., 2011), 這些年齡數(shù)據(jù)表明該區(qū)與銅鎳礦成礦作用相關(guān)的幔源巖漿活動(dòng)時(shí)限為274～300 Ma, 持續(xù)了約30 Ma。同時(shí)地球物理研究表明黃山–鏡兒泉–圖拉爾根地區(qū)地表以下約20 km處可能存在面積約5000～8000 km2的巨大的二疊紀(jì)鎂鐵質(zhì)巖體(梁月明等, 2001; 顧連興等, 2007),該隱伏巖體可能與已知含礦鎂鐵–超鎂鐵巖體為相同構(gòu)造背景的產(chǎn)物, 這進(jìn)一步表明該區(qū)二疊紀(jì)幔源巖漿活動(dòng)規(guī)模巨大, 為銅鎳礦成礦提供了物質(zhì)基礎(chǔ),該帶向東仍有較大的銅鎳礦找礦潛力。圪塔山口礦床位于圖拉爾根大型銅鎳礦床以東, 其礦體分布特征與圖拉爾根礦床相似, 都位于巖體上部(焦建剛等,2012)。圪塔山口礦區(qū)出露的I-4號(hào)閃長(zhǎng)巖體形成時(shí)代為364.2 Ma, 與圖拉爾根Ⅱ、Ⅲ號(hào)巖體(357.5 Ma,三金柱等, 2010)及其以東的四頂黑山巖體(351.5 Ma,李奇祥等, 2010)形成時(shí)代相近, 盡管較早期的鎂鐵質(zhì)巖體銅鎳含礦性較差, 但不同時(shí)期且含礦性有差異的巖體相伴生的現(xiàn)象啟示我們?cè)搮^(qū)早期形成的鎂鐵質(zhì)巖體附近有尋找晚期二疊世含銅鎳礦巖體的可能。

圖10 巖漿源區(qū)性質(zhì)判別圖解(圖a, b據(jù)Hawkesworth et al., 1997; c, d據(jù)Saunders et al., 1992)Fig.10 Discrimination diagrams for the magma source region

6 結(jié) 論

(1) 圪塔山口巖體形成年齡為 275.0±3.6 Ma;巖體主要巖石類型為輝石橄欖巖、橄欖輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖, 由兩側(cè)向中心巖石基性程度逐漸升高, 主要賦礦巖相為輝石橄欖巖。巖石普遍富集大離子親石元素, 虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素, 具有明顯的 Nb、Ta負(fù)異常和弱的Ti負(fù)異常。

(2) 巖體巖石類型豐富, Mg#值(0.56～0.84)變化范圍較大, 暗示巖漿經(jīng)歷了較充分的分異演化, 演化過(guò)程中主要發(fā)生了橄欖石和少量輝石的分離結(jié)晶/堆晶作用, 巖石相關(guān)元素對(duì)之間的相關(guān)性及元素比值特征表明巖漿上升過(guò)程中經(jīng)歷了較弱的中–下地殼物質(zhì)的混染作用。

(3) 利用U/Th-Th/Zr、Ba/Th-Th/Yb圖解, La/Nb、La/Ba和 Ba/Nb比值識(shí)別出出圪塔山口巖體巖漿源區(qū)遭受了明顯的俯沖流體交代作用, 巖體的微量元素特征與島弧巖漿具有明顯的相似性。

(4) 圪塔山口含銅鎳巖體形成于碰撞后伸展環(huán)境，可能受塔里木地幔柱作用影響, 其發(fā)現(xiàn)表明東天山黃山–圖拉爾根銅鎳礦帶向東仍有進(jìn)一步的找礦空間。

致謝: 本文研究及野外工作得到了新疆有色地勘局704隊(duì)郭海兵副總工程師的大力支持; 北京SHRIMP離子探針中心楊淳、劉守偈在鋯石SHRIMP U-Pb定年測(cè)試過(guò)程中提供了大量幫助; 長(zhǎng)安大學(xué)錢壯志教授和另一位匿名審稿專家對(duì)論文提出了寶貴的修改意見(jiàn), 在此一并表示誠(chéng)摯的感謝。

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Geochronological and Geochemical Characteristics of Getashankou Cu-Ni Bearing Intrusion in Eastern Tianshan, Xinjiang and its Geological Significance

WANG Yalei, LI Wenyuan, ZHANG Zhaowei, ZHANG Jiangwei and GAO Yongbao
(MLR Key Laboratory of Genesis and Exploration of Magmatic Ore Deposits, Xi’an Center of Geological Survey, Xi’an 710054, Shaanxi, China)

The Cu-Ni mineralized Getashankou mafic-ultramafic complex is located at the eastern section of the Huangshan-Jingerquan-Tulaergen Cu-Ni Ore Belt, eastern Xinjiang. The Getashankou complex is composed of four small intrusions, named I-1, I-2, I-3, I-4 intrusions, respectively. The I-2 intrusion mainly consists of diorite, gabbro, olivine pyroxenite and wehrlite, while the wehrlite is the main ore-bearing rock type. Zircon U-Pb SHRIMP age of I-2 and I-4 intrusions are 275±3.6 Ma and 364.2±3.9 Ma, respectively, therefore the I-4 intrusion emplaced later than the I-2 Cu-Ni bearing complex. The geological characteristics of the I-1, I-2 and I-3 intrusions are of comagmatic. Chondrite normalized REE patterns of the rocks show slight enrichment of LREE and insignificant Eu anomalies. The rocks are enriched in LILEs (Cs, Sr, Ba) and depleted in HFSEs (Nb, Ta, Ti). The magma experienced olivine and pyroxenes fractionation crystallization/accumulation, and weak contamination of the middle-lower crust during ascending. La/Nb, La/Ba, and Ba/Nb ratios suggest that the mantle source was metasomatized by subduction-related fluid. The chronological and geochemical characteristics, together with regional evolution history of the Eastern Tianshan area indicate that the Getashankou Cu-Ni ore-bearing complex might be related to the post-collision extension and mantle plume activities.

Getashankou; Cu-Ni bearing mafic-ultramafic complex; zircon SHRIMP U-Pb dating; magmatic evolution; eastern Tianshan

P597

A

1001-1552(2016)06-1275-014

2014-02-21; 改回日期: 2014-06-24

項(xiàng)目資助: 地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(1212011121092)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41302052)聯(lián)合資助。

王亞磊(1986–), 男, 碩士, 助理研究員, 主要從事銅鎳礦成礦規(guī)律與找礦研究。Email: wangyalei1986@126.com