西天山達巴特Cu-Mo礦床賦礦含角礫流紋斑巖鋯石U-Pb年代學、地球化學特征及地質(zhì)意義

鄭少華 顧雪祥 章永梅 王佳琳 彭義偉 呂行 徐勁馳

摘? ? 要：達巴特Cu-Mo礦床是中國西天山代表性的斑巖型礦床之一，其斑巖型成礦作用與礦區(qū)內(nèi)含角礫流紋斑巖的侵位密切相關(guān)。LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年結(jié)果指示，含角礫流紋斑巖形成于（303.7±2.5） Ma。巖石地球化學分析指示，該套巖石具有高硅（SiO2=76.10%～77.59%）、富堿（K2O+Na2O=7.77%～8.81%），高FeOT/MgO值（24～65），低鎂（MgO=0.03%～0.26%）、鈣（CaO=0.30%～0.44%）和鋁（Al2O3=13.15%～13.94%）的特征，屬鈣堿性系列巖石。巖石相對富集LREE，Rb，U，Hf和Nd，相對虧損HREE，Ba，Sr，P和Ti，是后碰撞伸展構(gòu)造體系下俯沖板片斷離、軟流圈地幔上涌并造成下地殼部分熔融而形成的“A”型花崗巖類。綜合研究表明，達巴特是一個形成于晚石炭世末期后碰撞伸展環(huán)境的斑巖型Cu-Mo礦床。

關(guān)鍵詞：西天山;含角礫流紋斑巖;地球化學;達巴特Cu-Mo礦床

新疆西天山造山帶是中亞造山帶的重要組成部分，也是我國斑巖型礦床的重要產(chǎn)區(qū)之一[1-2]。目前已發(fā)現(xiàn)的斑巖型礦床有萊利斯高爾-3571、克峽希、達巴特、包古圖和科克賽等[3-8]。達巴特Cu-Mo礦床位于賽里木湖東北角，距溫泉縣城約60 km，是西天山造山帶之賽里木多金屬成礦帶中最重要的斑巖型礦床，具有良好的成礦前景。目前，礦區(qū)探明Cu金屬儲量5.2×104 t，Mo金屬儲量0.56×104 t[9]。前人對達巴特Cu-Mo礦床的研究主要集中于礦床地質(zhì)特征、成巖成礦時代、成礦流體特征及演化等，基本確定達了巴特為形成于晚古生代的斑巖型Cu-Mo礦床[1-2，9]。礦區(qū)發(fā)育多期中酸性侵入巖，成礦巖體的歸屬問題尚未解決，其巖石成因及構(gòu)造背景也存在較大爭議[1-2，9]。本文在野外地質(zhì)踏勘基礎(chǔ)上，對與成礦密切相關(guān)的含角礫流紋斑巖進行了巖相學、LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年和主微量地球化學分析，查明了侵位時代，探討構(gòu)造背景和巖石成因，為研究區(qū)域大地構(gòu)造演化及巖漿活動與成礦作用的關(guān)系提供了重要依據(jù)。

1? 區(qū)域地質(zhì)

新疆西天山位于西伯利亞板塊、卡拉庫姆-塔里木板塊、華北板塊和東歐板塊之間的中亞造山帶之西南緣，是西天山造山帶在中國的重要延伸，其北部與準噶爾板塊相鄰，南部與塔里木板塊相接（圖1-a，b）[10]。該成礦帶可以劃分為3個次級成礦帶，分別為①賽里木（別珍套）多金屬成礦帶;②博羅科努多金屬成礦帶;③阿吾拉勒Fe-Cu成礦帶（圖1-b）[11]。賽里木多金屬成礦帶位于西天山北緣，大地構(gòu)造位置屬伊犁-中天山板塊北緣古生代活動大陸邊緣（圖1-b）。區(qū)域構(gòu)造線整體呈NWW向、NW向，構(gòu)造以大型斷裂為主，對區(qū)域內(nèi)的地層展布、巖漿活動和成礦作用具有較為明顯的控制作用（圖1-c）。賽里木地區(qū)出露的地層具有基底和蓋層雙層結(jié)構(gòu)，基底地層主要為元古代變質(zhì)碎屑巖和碳酸鹽巖，不整合覆蓋于基底之上的地層主要由泥盆系沉積巖、石炭系火山巖-沉積巖和二疊系陸相雙峰式火山巖組成。

區(qū)域內(nèi)晚古生代巖漿活動較為發(fā)育，代表性侵入巖有賽博巖體、科克賽巖體和達巴特巖體，分別與賽博-喇嘛蘇矽卡巖Cu礦床、科克賽斑巖型Cu-Mo礦床和達巴特斑巖型Cu-Mo礦床成的礦作用相關(guān)[8，11，13]。

2? 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)出露地層為上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組，主要巖性為砂巖、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)角礫巖（圖2-a）。礦區(qū)內(nèi)淺成侵入巖較發(fā)育，按巖性分為：英安斑巖、含角礫流紋斑巖、肉紅色花崗斑巖和灰白色花斑巖（圖2-a）。含角礫流紋斑巖與Cu-Mo成礦作用關(guān)系密切，為該礦床主要賦礦巖性（圖2，3-a，b）。礦區(qū)共圈出6個銅礦體和2個鉬礦體（圖2-a）。其中，I、II號鉬礦體和III、IV號銅礦體為該礦床最大礦體。I、II號鉬礦體為隱伏礦體，發(fā)育于含角礫流紋斑巖內(nèi)部，主要以石英-輝鉬礦脈的形式產(chǎn)出（圖2-a，3-a，b）。III號和IV號銅礦體分別位于含角礫流紋斑巖與地層的接觸部位和含角礫流紋斑巖內(nèi)部，主要以螢石-毒砂-銅硫化物±石英脈的形式產(chǎn)出（圖2-c，3-d，e）。礦體布具有銅鉬分離的空間分布特征（圖2）。

主要金屬礦物為輝鉬礦、毒砂、黃銅礦、斑銅礦和黝銅礦，次為黃鐵礦、閃鋅礦和磁黃鐵礦。主要非金屬礦物為石英和螢石，次為方解石、鉀長石和白云母。典型礦石構(gòu)造有浸染狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造和團斑狀構(gòu)造;典型礦石結(jié)構(gòu)為自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)、他形粒狀結(jié)構(gòu)、固溶體分離結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu)（圖3）。礦區(qū)圍巖蝕變強烈，具有典型斑巖型礦床的蝕變分帶特征，從內(nèi)到外依次發(fā)育鉀化、（黃鐵）絹英巖化、黏土化和青磐巖化。礦體主要產(chǎn)于鉀化帶和（黃鐵）絹英巖化帶中。

3? 樣品采集與測試方法

3.1? 樣品采集

本次用于LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學研究的樣品采自ZK303，用于主微量元素分析樣品為采自平硐的新鮮巖石，并去除圍巖角礫進行測試分析。

3.2? 測試方法

主、微量元素分析和鋯石U-Pb同位素測試在中國地質(zhì)大學（北京）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室礦床地球化學微區(qū)分析室完成。主量元素分析采用日本島津公司生產(chǎn)的X熒光光譜儀（XRF-1800），微量元素分析利用美國熱電公司X Series II型四極桿等離子質(zhì)譜儀。鋯石U-Pb同位素測試采用LA-ICP-MS方法完成，將激光剝蝕系統(tǒng)Geolas193準分子固體進樣系統(tǒng)與X Series II型等離子體質(zhì)譜聯(lián)用。測試過程中，采用He為載氣，Ar氣為補償氣，選擇激光斑束直徑為32 μm，頻率為8 Hz，能量密度8 J/cm2。鋯石U-Pb定年以標準鋯石91500（206Pb/238U=1 065 Ma）為外標，標準鋯石GJ-1為監(jiān)控樣品，采用美國國家標準參考物質(zhì)NIST610為微量元素含量測定的外標。樣品分析過程中，每測定5個樣品點后重復測試兩次鋯石91500。每個樣品點的數(shù)據(jù)采集時間為100 s，其中前20 s為背景信號采集時間，樣品數(shù)據(jù)采集時間為50 s。數(shù)據(jù)處理采用軟件 ICPMSDataCal[14]，年齡計算和協(xié)和圖繪制采用Isoplot軟件完成。

4? 分析結(jié)果

4.1? 巖相學特征

含角礫流紋斑巖為淺肉紅色-灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造或流紋構(gòu)造，基質(zhì)為微晶-隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)（圖4-a～d）。主要礦物為石英、鉀長石、斜長石和黑云母。斑晶含量15%～25%，主要礦物斑晶為石英（25%～35%）、鉀長石（20%～25%）、斜長石（25%～30%）和黑云母（5%～10%）。斜長石呈自形-半自形板狀，為0.1×0.1～1.8×2.5 mm，可見聚片雙晶或卡鈉復合雙晶，部分發(fā)生絹云母化;鉀長石呈自形-半自形板狀及不規(guī)則狀，粒徑為0.1×0.1～1.8×2.0 mm，可見明顯卡式雙晶;石英呈渾圓狀，粒徑0.1×0.1～1.5×1.6 mm，部分有熔蝕結(jié)構(gòu);黑云母多為自形-半自形板片狀，粒徑0.1×0.1～1.0×1.6 mm，部分斑晶發(fā)生綠泥石化?；|(zhì)含量70%～80%，主要為石英、斜長石和鉀長石，可見礦物微晶定向排列的特征。角礫主要由砂巖、粉砂巖和凝灰質(zhì)砂巖組成。副礦物包括鋯石、磷灰石和螢石等。

4.2? 成巖年代學研究

本次研究共選擇21顆鋯石進行LA-ICP-MS U-Pb同位素分析（表1）。所選鋯石多呈短柱狀、長柱狀或不規(guī)則狀，介于50～150 μm，長寬比為2.5∶1～1.5∶1（圖5-a）。鋯石顆粒陰極發(fā)光圖像具有明顯的震蕩環(huán)帶，Th/U=0.39～0.61，平均0.46，具典型巖漿鋯石特征（圖5-a）。在鋯石U-Pb年齡諧和圖解上，21個測試點均分布于諧和線上及附近，計算獲得等時線年齡為（303.8±2.7）Ma（MSWD=0.15）（圖5-b），與加權(quán)平均年齡（303.7±2.5）Ma（MSWD=0.15）一致（圖5-c），代表了巖漿結(jié)晶年齡，表明達巴特礦區(qū)含角礫流紋斑巖形成于晚石炭世末期。

4.3? 巖石地球化學

達巴特礦區(qū)含角礫流紋斑巖的主微量元素見表2。7件樣品的主量元素具高硅（SiO2=76.10～77.59%），富堿（K2O+Na2O=7.77～8.81%）和高FeOT/MgO值（24～65）。貧鎂（MgO=0.03%～0.26%），貧鈣（CaO=0.30%～0.44%）和低鋁（Al2O3=13.15%～13.94%）的特征。在TAS圖解上，所有樣品點均位于流紋巖范圍（圖6-a）[15]。在K2O+Na2O-SiO2圖解中，巖石屬鈣堿性系列（圖6-b）[16]。在稀土元素組成上，含角礫流紋斑巖的稀土總量∑REE為71×10-6～107×10-6（表2）。其中，輕稀土LREE含量56×10-6～92×10-6，重稀土HREE含量13×10-6～18×10-6。（La/Yb）N和LREE/HREE分別介于2.17～4.82和3.48～6.38（表2）。在微量元素特征上，該套巖石具高的Ga（13.80×10-6～23.40×10-6）和10000*Ga/Al值（集中于3.0～3.5）。從圖7-a中可看出，7件樣品呈現(xiàn)相似的稀土分布曲線，具有輕稀土相對富集、重稀土相對虧損、Eu負異常顯著的特征（δEu=0.16～0.35）。在原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖上（圖7-b），相對富集Rb，U，Nd和Hf，相對虧損Ba，Sr，P和Ti。

5? 討論

5.1? 成巖時代及意義

達巴特巖體是由多種巖性組成的復式巖體，與銅、鉬礦化有關(guān)的成礦巖體的歸屬主要存在兩種觀點：①含角礫流紋斑巖為主要成礦巖體;②肉紅色花崗斑巖為主要成礦巖體[1-2，9]。前人研究表明，達巴特Cu礦體和Mo礦體的成礦時代分別為（298.1±5.0） Ma（螢石Sm-Nd）和（299.6±3.2）Ma（輝鉬礦Re-Os）[6-9]。野外地質(zhì)調(diào)查表明，肉紅色花崗斑巖整體較新鮮，未形成明顯礦化，成巖年齡為（288.9±2.3）Ma[18]，小于該礦床成礦年齡。因此，肉紅色花崗斑巖與成礦關(guān)系不大。本次研究獲得含角礫流紋斑巖的加權(quán)平均年齡為（303.7±2.5）Ma，與Cu，Mo礦體成礦的年齡在誤差范圍內(nèi)一致，表明達巴特礦區(qū)Cu，Mo礦化與含角礫流紋斑巖的侵位密切相關(guān)。

5.2? 構(gòu)造背景

晚古生代是伊犁-中天山板塊北緣構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的重要時期[19-20]。一般而言，縫合帶形成時間介于最年輕的蛇綠巖年齡和侵入縫合帶的巖體或巖脈的年齡之間[20]。位于北天山縫合帶的巴音溝蛇綠巖中最晚形成的斜長花崗巖的年齡為（325±7） Ma，該年齡為北天山洋閉合的下限年齡[21]。侵入于縫合帶中四棵樹“A”型花崗巖年齡為（316±3） Ma，代表了北天山洋閉合的上限年齡。因此，北天山縫合帶形成于325～316 Ma，為晚石炭世[20]。

本次獲得達巴特礦區(qū)含角礫流紋斑巖的形成時代為（303.7±2.5） Ma，表明其侵位發(fā)生于北天山洋閉合之后，為后俯沖構(gòu)造體系下巖漿活動的產(chǎn)物，與其地球化學特征相符合。達巴特含角礫流紋斑巖具“A”型花崗巖的典型特征[22]：①富硅，富堿，高FeOT/MgO，貧鎂，鈣和鋁;②相對富集LREE和Rb，U，Hf，Nd，相對虧損HREE，Ba，Sr，P，Ti;③富Ga且有較高的（Ga/Al）*104值。在Nb-SiO2和Nb-10000*Ga/Al圖解上（圖8-a，b）[24-25]，樣品點均位于“A”型花崗巖區(qū)域。在Ta-Yb構(gòu)造判別圖解上（圖8-c）[26]，同典型“A”型花崗巖一樣，樣品點均落入板內(nèi)花崗巖（WPG）范圍。

一般認為“A”型花崗巖可形成兩種構(gòu)造環(huán)境，分別為后碰撞伸展環(huán)境和板內(nèi)伸展環(huán)境[22-23]。在R1和Nb-10000*Ga/Al判別圖解上，落入后碰撞伸展環(huán)境（PA）區(qū)域內(nèi)（圖8-d）[23]。結(jié)合含角礫流紋斑巖的成巖年齡和區(qū)域構(gòu)造演化史，本次研究認為，該套巖石為形成于后碰撞伸展環(huán)境的“A”型花崗巖類。

5.3? 巖石成因

有關(guān)伊犁-中天山板塊北緣晚石炭世—二疊紀侵入巖的成因，代表性觀點有：①地幔柱[27];②巖石圈拆沉[28];③板片斷離[11，16，29]。Xia et al.認為西天山地區(qū)晚石炭世—二疊紀巖漿巖為大陸裂谷構(gòu)造環(huán)境下地幔柱活動的產(chǎn)物，屬于大火成巖省一部分。大火成巖省巖石系列以拉斑玄武巖為主，通常包含高鎂熔巖，如科馬提巖[30]。本區(qū)晚石炭—早二疊世巖漿巖以鈣堿性-堿性系列為主[16]，這明顯不符合大火成巖省的定義。此外，地幔柱形成的典型特征在該地區(qū)并未發(fā)現(xiàn)，如放射狀基性巖脈群、高鎂熔巖或厚層玄武巖等[31]。因此，地幔柱模式不符合該區(qū)的巖漿活動特征。

巖石圈的拆沉作用使軟流圈上升并直接接觸莫霍面，導致下地殼部分熔融和軟流圈地幔減壓熔融，在受影響的區(qū)域形成分散的、非線性分布的巖漿活動[32-33]。顯然，伊犁-中天山北緣巖漿巖的線性分布特征與巖石圈拆沉模式不一致（圖1-c）。

由于大陸巖石圈的自身浮力和俯沖洋殼巖石圈的持續(xù)拉力導致大陸巖石圈俯沖速率的降低，板片斷離往往為俯沖洋殼閉合和陸陸碰撞的自然產(chǎn)物[34-35]。如阿爾卑斯和喜馬拉雅造山帶均發(fā)生了俯沖、碰撞后的板塊斷裂[36]。隨著俯沖板片板塊的斷離，軟流圈地幔上涌并為下地殼熔融提供熱量，往往在相對窄區(qū)域內(nèi)形成大致呈線性展布的巖漿活動[37-38]。中國西天山晚石炭世—二疊紀巖漿巖呈平行于縫合帶的線性分布特征，該特征與俯沖板片斷裂模式相符合（圖1-c）。這一解釋也被巖漿源區(qū)具富集地幔特征的晚石炭世超鎂鐵-鎂鐵質(zhì)巖體所支持[21，39-40]。

6? 結(jié)論

（1） 達巴特為形成于后碰撞伸展構(gòu)造背景下的斑巖型Cu-Mo礦床，成礦巖體含角礫流紋斑巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為（303.7±2.5） Ma，為晚石炭世末期。

（2） 達巴特含礫流紋斑巖具“A”型花崗斑巖的典型特征，形成于后碰撞伸展環(huán)境，為俯沖板片斷離之后，軟流圈上涌引發(fā)下地殼部分熔融產(chǎn)物。

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Abstract：Dabate Cu-Mo deposits is one of the representative porphyry deposits in the Chinese Western Tianshan. The porphyry mineralization is closely related to thebreccha beating rhyolite porphyry in the Dabate ore district. LA-ICP-MS U-Pb isotopic dating on zircons in breccha beating rhyolite porphyry yielded ages of （303.7±2.5） Ma， indicating they were formed at the lastest Carboniferous. Petrogeochemistry analyses indicate that the breccha beating rhyolite porphyry are calc-alkaline series characterized by high silica （SiO2=76.10%～77.59%）， high alkaline （K2O+Na2O=7.77%～8.81%）， high FeOT/MgO（24～65）， low magnesium （MgO=0.03%～0.26%）， low calcium （CaO=0.30%～0.44%）， low aluminum （Al2O3=13.15%～13.94%）. They are enriched in light rare-earth elements （LREE）， Rb， U， Hf， and Nd， and are depleted in heavy rare-earth elements （HREE）， Ba， Sr， P， and Ti. They are a suit of A-type granite that were probably generated by asthenosphere magma underplating and partial melting of lower crust due to slab break-off under the post-collision tectonic setting. Based on the comprehensave studies， it is concluded that Dabate is a porphyry Cu-Mo deposit formed in a post-collisional extensional environment at the end of Late Carboniferous.

Key words：Rhyolite porphyry; Geochemistry; Dabate Cu-Mo deposit; Western Tianshan; Xinjiang