新疆富蘊(yùn)縣索爾庫都克銅礦床含礦輝石安山玢巖地球化學(xué)及年代學(xué)特征＊

姚春彥，董永觀，張傳林，沈雪華

（中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016）

新疆索爾庫都克－哈臘蘇銅鉬多金屬礦集區(qū)位于阿爾泰山東段，東起老山口，西至錫伯渡，北到額爾齊斯河，南至喀拉薩依［1］。該礦集區(qū)東西長約160km，南北寬約40km，是準(zhǔn)噶爾北緣向阿爾泰南緣過渡地區(qū)重要的銅、鉬、金多金屬礦集區(qū)。富蘊(yùn)縣索爾庫都克銅礦床是該區(qū)規(guī)模最大的銅礦床，前人對該礦床進(jìn)行了大量研究，包括含矽卡巖礦石中的石榴石和綠簾石成巖時代（Sm－Nd 等時線年齡，284．3±3．9 Ma?）、安山質(zhì)凝灰?guī)r的成巖時代（KAr年齡，274．99±4．5Ma?）、安山巖的成巖時代（40Ar／39Ar全熔年齡，274．04±1．11 Ma?）以及賦礦圍巖（蝕變安山巖）的成巖時代（Rb－Sr等時線年齡，288±17 Ma［2］）等。此外，對礦床的礦石特征、地質(zhì)特征及礦床成因及成礦規(guī)律等也進(jìn)行了較多的探討［1，3－6］。但是，前人對該礦床的含礦巖石（如安山玢巖、輝石安山玢巖）缺乏關(guān)注和研究。本文以新疆富蘊(yùn)縣索爾庫都克銅礦礦區(qū)分布面積較大且與銅礦化較密切的巖石（安山玢巖、輝石安山玢巖）為研究對象，對其開展年代學(xué)、地球化學(xué)特征研究，揭示其成礦時代和成因類型信息。

1 礦床地質(zhì)概況及礦化特征

索爾庫都克銅礦區(qū)位于新疆富蘊(yùn)縣西南，準(zhǔn)噶爾盆地北緣，構(gòu)造上位于西伯利亞板塊與哈薩克斯坦板塊的結(jié)合部位。區(qū)內(nèi)斷裂和褶皺構(gòu)造發(fā)育，斷層有30多條，以北西向逆斷層為主，北東向平推斷層次之（圖1），其中最主要的斷裂是索爾庫都克闊臘斷層（礦區(qū)稱為F1 斷層），與成礦有關(guān)的裂隙遍布礦區(qū)［6－7］。礦體賦存在索爾庫都克闊臘背斜的南西翼偏核部，該背斜構(gòu)造和同時形成的構(gòu)造裂隙，為索爾庫都克銅（鉬）礦液的運(yùn)移及銅、鉬礦質(zhì)的沉淀、富集提供了良好的空間條件?［7］。

區(qū)內(nèi)侵入巖期次主要有華力西中期、華力西晚期和燕山早期，其中華力西中期侵入活動頻繁，巖石類型主要有石英輝長巖、角閃輝長巖、花崗閃長巖、石英閃長巖、堿長花崗巖、正長花崗巖和花崗斑巖等。礦區(qū)侵入巖主要分布于東部，以正長花崗巖和花崗斑巖為主，其中輝石閃長巖、閃長玢巖與索爾庫都克銅的礦化關(guān)系密切［1］。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)圖（a）和索爾庫都克銅礦床位置圖（b）?Fig．1 Geological sketch of mining area（a）and the location of the Suorkuduk Cu deposit（b）

索爾庫都克銅礦床產(chǎn)于中泥盆統(tǒng)北塔山組第二亞組中（D2b2）。北塔山組第二亞組自下而上可分為3個巖性段：第一巖性段主要分布在礦區(qū)北部，下部為凝灰質(zhì)粉砂巖，角巖化明顯，中部為凝灰質(zhì)巖屑砂巖，上部為長石巖屑砂巖；第二巖性段分布于礦區(qū)中部，為主要賦礦層位，主要巖性為凝灰質(zhì)砂巖、安山玢巖，其次為輝石安山玢巖、安山巖、輝綠巖、玄武巖、含礫凝灰質(zhì)砂巖，偶見火山角礫巖、硅質(zhì)巖等；第三巖性段出露于礦區(qū)西部，主要為安山玢巖和礫巖。

野外實地調(diào)查表明，礦體集中分布在中泥盆統(tǒng)北塔山組第二亞組第二巖性段中，礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致。銅礦主要賦存于輝石閃長巖體外接觸帶的輝石安山巖、輝石安山玢巖、安山玢巖和凝灰質(zhì)砂巖中。賦礦圍巖蝕變呈帶狀分布，主要有綠簾石化、石榴石化、透輝石－鈣鐵輝石化和少量的鉀長石化，其中綠簾石化最發(fā)育，與礦化關(guān)系最密切。礦體與矽卡巖關(guān)系密切，大部分產(chǎn)于矽卡巖帶中下部的綠簾石、石榴石矽卡巖或石榴石綠簾石矽卡巖中，具有一定的層控性質(zhì)［8］。銅礦化礦石礦物成分復(fù)雜，種類繁多，主要金屬礦物為黃銅礦、黃鐵礦、次為輝鉬礦、閃鋅礦、方鉛礦、白鐵礦和磁鐵礦，還有少量碲銀礦、自然金、孔雀石等。脈石礦物主要為石榴石、綠簾石和透輝石，次有斜長石、鉀長石、石英和方解石等。

2 樣品和測試方法

對索爾庫都克銅礦床內(nèi)的賦礦安山玢巖和輝石安山玢巖樣品進(jìn)行了系統(tǒng)采樣和分析測試。對安山玢巖和輝石安山玢巖樣品進(jìn)行主量和稀土元素分析；對安山玢巖樣品進(jìn)行鋯石U－Pb測年和Hf同位素測試。

2．1 主量元素和稀土元素分析

野外采集的新鮮樣品在粉碎前用去離子水清洗，然后在低溫（50°C）下烘干24h，人工剔除樣品中的脈體，最后將小塊樣品研磨至200目以備巖石地球化學(xué)分析用。全巖的主量元素分析在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點實驗室采用ICP－AES方法測定，將0．1000g測試樣品粉末與0．125g四硼酸鋰混合在瑪瑙研缽中磨均勻，將混合后的樣品放入石墨坩堝中，放入馬弗爐加熱到1000°C后持續(xù)加熱15 min。坩堝冷卻后，取出坩堝內(nèi)的樣品熔體柱，加入10%的鹽酸溶解，待樣品充分溶解后定溶到100mL。將定溶后的樣品搖勻后送入電感耦合等離子光譜ICP－AES進(jìn)行測試。測試誤差在2%以內(nèi)。稀土元素采用ICP－MS方法分析（儀器型號：Finnigan Element2），主要步驟為：（1）將50mg 200目粉末樣品加入1mL HF加熱至150°C蒸干，除去樣品中的Si；（2）分別加入HF和HNO3后，將溶樣加熱至190°C并保持溫度96h以上，然后，蒸發(fā)溶液至乳滴狀，以除去樣品中過量的HF；（4）加入1mL濃HNO3并加熱蒸發(fā)至乳滴狀（重復(fù)此過程兩次）；（5）繼續(xù)加入1．6mL HNO3后在140°C條件下保溫3～5h，冷卻后將樣品溶液轉(zhuǎn)移到50mL的離心管中，最后在離心管中加入1mL 500ppb的Rb內(nèi)標(biāo)，稀釋至50mL刻度；（6）搖勻后送入電感耦合等離子光譜（HR／ICP－MS）進(jìn)行測試。測試誤差在5%以內(nèi)。

2．2 鋯石U－Pb測年及Hf同位素分析

樣品中鋯石分選采用傳統(tǒng)重砂和磁選方法完成。首先將巖石樣品破碎，經(jīng)重砂淘選和電磁選，分選出無磁重礦物，并在雙目鏡下挑選透明、晶形完好的鋯石顆粒約1000粒。選取代表性鋯石（大于200粒）均勻粘貼在環(huán)氧樹脂表面。待環(huán)氧樹脂充分固化后，將其上的鋯石樣品打磨至鋯石顆粒的中心部位，并進(jìn)行拋光，制成環(huán)氧樹脂鋯石樣品靶。對制作好的樣品靶進(jìn)行反射光、透射光照相，在中國地質(zhì)科學(xué)研究地質(zhì)研究所離子探針中心對鋯石進(jìn)行陰極發(fā)光（CL）顯微照相，對鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所LA－ICP－MS實驗室對樣品進(jìn)行鋯石U－Pb定年和原位Hf同位素測試分析。分析方法和流程參見文獻(xiàn)［9－10］。

3 分析結(jié)果

3．1 主量元素和稀土元素

索爾庫都克銅礦侵入巖（安山玢巖、輝石安山玢巖）主量元素、稀土元素分析結(jié)果見表1。

輝石安山玢巖的主量元素特征為高硅（SiO2含量為48．15～54．45%），高鈦（TiO2為1．01～1．69%），接近典型大洋中脊拉斑玄武巖的TiO2含量（1．5%）［11］，富Al2O3（Al2O3為16．38～17．66%），MgO 含量為3．15～5．8%，富Na2O，K2O／Na2O比值為0．25～0．86，巖石為中－高鉀鈣堿性系列（圖2）。CaO 含量較高（5．01～8．38），A／CN值為1．41～1．53%，A／CNK 為1．24～1．39%。安山玢巖同樣具有高硅、高鈦，富Al2O3的特征，SiO2含量為60．83%，Al2O3含量為15．94%，MgO含量為2．17%，TiO2為1．02%，富Na2O，K2O／Na2O比值為0．46，CaO 含量較高（5．83），A／CN 值為1．55%，A／CNK為1．29%，巖石為高鉀鈣堿性系列（圖2）。

表1 索爾庫都克銅礦輝石安山玢巖和安山玢巖主量元素（%）和稀土元素（×10－6）含量及相關(guān)參數(shù)Table 1 Major elements（%）and rare earth elements（×10－6）values and relevant parameters of the pyroxene andesitic porphyrites and andesitic porphyrite in the Suorkuduk Cu deposit

圖2 索爾庫都克銅礦床輝石安山玢巖和安山玢巖K2O－SiO2 判別圖解Fig．2 K2O vs．SiO2 plots for pyroxene andesitic porphyrites and andesitic porphyrite in the Suorkuduk Cu deposit

輝石安山玢巖和安山玢巖的稀土元素特征較為類似，在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖（圖3）中，兩者配分曲線模式近乎一致，表明兩者可能具有相同的巖漿源區(qū)。輝石安山玢巖和安山玢巖的稀土總量（∑REE）分別為（99．53～163）×10－6和141．44×10－6，∑LREE分別為（83．92～140．43）×10－6和121．83×10－6，∑HREE 分別為（15．61～22．57）×10－6和19．6×10－6?！芁REE／∑HREE比值分別為5．07～6．22和6．21。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖上表現(xiàn)為輕稀土較重稀土富集（圖3）。輝石安山玢巖和安山玢巖的（La／Sm）N比值分別為2．08～2．61 和2．64，（Sm／Yb）N比值分別為2．18～2．59和2．56，均呈輕稀土富集的右傾型配分模式。輝石安山玢巖和安山玢巖的δCe值分別為0．99～1．01和0．95，呈微弱的負(fù)異?；蛘惓＃袠悠乏腅u均呈現(xiàn)微弱的負(fù)異常（δEu值分別為0．9～0．98和0．9）。

3．2 鋯石U－Pb定年

為了取得索爾庫都克銅礦區(qū)安山玢巖侵入的確切時間，對安山玢巖中的鋯石進(jìn)行了LA－ICP－MS鋯石U－Pb定年，得到了比較好的結(jié)果。索爾庫都克銅礦床安山玢巖鋯石年代學(xué)數(shù)據(jù)見表2。

圖3 索爾庫都克銅礦床輝石安山玢巖和安山玢巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖Fig．3 Chondrite－normalized REE patterns for pyroxene andesitic porphyrite and andesitic porphyrites in the Suorkuduk Cu deposit

偏光顯微鏡下安山玢巖中的鋯石大部分呈短柱狀，粒徑介于80～100μm。陰極發(fā)光（CL）圖像顯示，安山玢巖中的大多數(shù)鋯石具較好的錐面和柱面，具有清晰的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)，為典型的巖漿成因鋯石。安山玢巖共測定27個點，分布于388．6～402 Ma，且均落在諧和線上（圖4），說明388．6～402 Ma代表了巖漿結(jié)晶時間，27個點的206Pb／238U 加權(quán)平均年齡為396．6±1．2 Ma（MSWD＝2．7）。鋯石的w（U）的變化范圍為（150．72～512．55）×10－6，w（Th）的變化范圍為（45．18～292．92）×10－6；Th／U 比值除一個點的比值（0．06）略小于0．1外，其他測點的Th／U 比值（0．28～0．73）均較變質(zhì)鋯石（＜0．1）的Th／U 比值高。

圖4 索爾庫都克銅礦床安山玢巖鋯石CL 圖像（a）和LA－ICP－MS鋯石U－Pb定年諧和圖Fig．4 Zircon CL images（a），and LA－ICP－MS U－Pb zircon concordant diagram （b）of the andesitic porphyrites in the Suorkuduk Cu deposit

3．3 鋯石原位Hf同位素

?

鋯石Hf同位素的測試在以前進(jìn)行U－Pb定年鋯石的相同部位進(jìn)行，其初始176Hf／177Hf值通過用相對應(yīng)的鋯石年齡進(jìn)行校正。所有測試的鋯石均得到了質(zhì)量較好的Hf 同位素數(shù)據(jù)，所有鋯石的176Hf／177Hf的誤差值（2σ）均＜0．00002，表明鋯石形成后放射性成因Hf積累很少，可以很好地反映鋯石形成時Hf同位素組成特征。研究區(qū)安山玢巖Hf同位素測試結(jié)果見表3。

由表3可知，安山玢巖脈的初始176Hf／177Hf同位素介于0．282864～0．282955 之間，平均值為0．282912；計算后εHf值為＋3．1～＋6．5，平均值為＋4．9。根據(jù)鋯石的CL特征，絕大多數(shù)鋯石屬巖漿結(jié)晶鋯石，因此，在鋯石TDMHf計算中，采用了兩階段模式。單階段Hf模式年齡（TDM）為425～567 Ma，二階段Hf模式年齡（TCDM）為456～778 Ma，其平均年齡為609．4 Ma。

表3 索爾庫都克銅礦床安山玢巖Hf同位素數(shù)據(jù)Table 3 Hf isotopic data of andesitic porphyrite from the Suorkuduk Cu deposit

4 討論

4．1 成礦時代

礦床的精確測年是研究該礦床主要物質(zhì)來源、形成機(jī)制等問題的基礎(chǔ)。由于同位素定年結(jié)果與封閉溫度的關(guān)系極為密切，不同的同位素定年方法所對應(yīng)的封閉溫度存在差異。全巖或礦物的Rb－Sr或K－Ar體系的封閉溫度較低（200°C～550°C）［12］，熱液蝕變作用可能會導(dǎo)致巖石的Rb－Sr或K－Ar同位素年齡偏小，因此用該方法測得的年齡可能代表了熱液蝕變時期或是較晚期同位素體系封閉時的年齡，而不是巖石初始形成的年齡。通過該礦區(qū)域性地質(zhì)特征分析，認(rèn)為胡藹琴等（1990）?發(fā)表的主要集中在早二疊世（290～270 Ma）的年齡，反映了該區(qū)域在290～270 Ma發(fā)生了一期與成礦有關(guān)的熱事件［13－14］。本次所測安山玢巖樣品鋯石U－Pb年齡為396．6±1．2 Ma，與矽卡巖礦床所賦存的地層時代一致，表明巖體的侵位結(jié)晶年齡為中泥盆世，因此推測索爾庫都克礦床銅礦化作用發(fā)生在中泥盆世。

4．2 成因類型

對于索爾庫都克礦床的成因類型，前人有不同的認(rèn)識。由于索爾庫都克銅礦床蝕變巖礦物組合與“接觸交代型”礦床中矽卡巖一致，且成因不是由巖體和圍巖在接觸帶上通過雙交代作用所形成的，因此李華芹等（1995）?將上述蝕變巖稱為“似矽卡巖”，并將該礦床定名為似矽卡巖型巖漿熱液礦床。王新源（1990）?認(rèn)為該礦床具有接觸交代矽卡巖化火山熱液礦床的某些特征，具備火山熱液礦床的特點，因此認(rèn)為該礦床屬火山熱液蝕變層控礦床；劉鐵庚等（1992）［15］通過對索爾庫都克銅礦幾個典型特征分析后認(rèn)為應(yīng)屬于斑巖型銅礦床而不應(yīng)劃入矽卡巖型礦床和塊狀硫化物礦床；陳仁義等（1995）［4］認(rèn)為該礦床是發(fā)育于火山巖系中的層狀類的矽卡巖礦床。董運(yùn)如等（2010）［6］認(rèn)為該礦床既不同于一般的由中酸性巖漿與碳酸鹽接觸交代形成的典型矽卡巖礦床，也不同于非矽卡巖熱液礦床，應(yīng)該屬于次火山熱液層控型銅（鉬）礦床，并提出了該礦床的成礦作用模型：早期來自巖漿房的次火山熱液攜帶成礦有益組分，沿接觸帶附近或裂隙構(gòu)造順層侵入，與中泥盆統(tǒng)北塔山組第二亞組第二巖性段中的中基性火山巖系發(fā)生滲濾交代，形成層狀、似層狀類矽卡巖硫化物礦；晚期在構(gòu)造作用的影響下，由于地表水的加入，促使流體環(huán)境的物理化學(xué)條件發(fā)生顯著變化，導(dǎo)致礦質(zhì)富集沉淀形成銅（鉬）礦床。本文獲得的安山玢巖的εHf（t）－Age（Ma）組成落入虧損地幔與下地殼中間且靠近虧損地幔區(qū)域，且εHf（t）值為11．3～14．9（圖5，表3），屬于虧損地幔（DM）的εHf（t）值范圍［16］，高于徐義剛等（2007）［17］確定的富集巖石圈地幔值（－16），說明源區(qū)具有虧損地幔來源特征［18］。

圖5 索爾庫都克銅礦安山玢巖鋯石εHf－t（Ma）圖解Fig．5 εHf vs．t（Ma）diagram for the andesitic porphyrites from the Souorkuduk Cu deposit

與大部分矽卡巖礦床明顯不同，索爾庫都克含礦建造以凝灰質(zhì)砂巖和安山玢巖等火成巖系為組合，無碳酸鹽。對索爾庫都克銅礦石榴石和次透輝石測溫，得到均一溫度最高達(dá)到560°C，成礦壓力在35～70 MPa，如此高的溫壓條件熱水環(huán)境是無法達(dá)到的，黃鐵礦和黃銅礦硫同位素組成呈現(xiàn)負(fù)值（δ34S＝－3．4‰～－1．5‰），接近隕石硫，說明硫源主要來自深源［4］。劉鐵庚等（1995）也測定了該礦石榴石－綠簾石型礦石硫同位素組成（δ34S＝－1．77‰～－10．12‰），石榴石型礦石的硫同位素組成（δ34S＝－3．44‰～－4．46‰）和輝石閃長玢巖樣品的硫同位素組成（δ34S＝－2．77‰）［15］。以上數(shù)據(jù)顯示索爾庫都克銅礦無論石榴石－綠簾石型礦石或石榴石型礦石或輝石閃長玢巖以及黃鐵礦和黃銅礦的硫同位素組成均非常接近，即可能有共同的深源硫。

鑒于稀土元素屬于不活潑元素，在熱液體系中稀土元素地球化學(xué)可以十分有效地示蹤成礦流體的來源和水－巖相互作用［19］。索爾庫都克銅礦賦礦巖石安山玢巖和輝石安山玢巖的稀土特征元素比例、特征參數(shù)變化一致，配分模式非常相似，如均為明顯的輕稀土富集的右傾型，Eu輕微負(fù)異常（δEu值為0．9～0．98）。由于Eu的異常受到氧化還原環(huán)境以及不同壓力條件下分異熱液流體的影響［19］。一般還原條件和高壓條件下分異的熱液流體，Eu呈負(fù)異常；在低壓下分異的流體Eu由負(fù)異常向正異常轉(zhuǎn)化［19］。索爾庫都克含礦巖石安山玢巖和輝石安山玢巖的Eu呈現(xiàn)輕微負(fù)異常，指示Cu成礦物理化學(xué)條件為壓力相對高的還原環(huán)境。

綜合前人研究成果，結(jié)合本文年代學(xué)和地球化學(xué)特征，我們較認(rèn)同董運(yùn)如等（2010）［6］的觀點，認(rèn)為該礦床應(yīng)屬于火山熱液層控型銅（鉬）礦床：早期來自于虧損地幔巖漿房的火山熱液攜帶成礦有益組分，沿接觸帶附近或裂隙構(gòu)造順層侵入，與中泥盆統(tǒng)北塔山組第二亞組第二巖性段中的中基性火山巖系發(fā)生滲濾交代形成硫化物礦；早二疊世（290～270 Ma）的熱液事件使硫化物發(fā)生蝕變形成層狀、似層狀類矽卡巖礦床。

5 結(jié)論

（1）新疆富蘊(yùn)縣索爾庫都克銅礦床賦礦巖石安山玢巖的鋯石U－Pb年齡為396．6±1．2 Ma，表明其侵位結(jié)晶年齡為中泥盆世，與矽卡巖礦床所賦存的地層時代一致；在早二疊世（290～270 Ma）時期，該區(qū)域曾發(fā)生了一期與成礦有關(guān)的熱事件。

（2）索爾庫都克銅礦床屬于火山熱液層控型銅（鉬）礦床，成礦巖體具有主要虧損地幔特征，斷裂等構(gòu)造為容礦構(gòu)造，早二疊世的熱液事件對該礦床有一定的改造作用。

注釋

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