西天山加滿特鉛銀礦含礦圍巖地球化學(xué)特征及構(gòu)造背景分析

白權(quán)金，張明山，陳邦學(xué)，彭鐵娟，齊旭義,2，賴錫仁

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第十一地質(zhì)大隊(duì)，新疆 昌吉 831100；2.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），湖北 武漢 430074)

西天山造山帶是中亞巨型復(fù)合造山帶重要組成部分[1]，是西伯利亞板塊、塔里木板塊、古亞洲洋在演化過程中伴隨的多陸塊拼合增生、俯沖、碰撞產(chǎn)物[2]，是世界上最復(fù)雜的造山帶之一。針對中亞造山帶二疊紀(jì)不同類型火山巖形成構(gòu)造背景，主要存在兩種不同認(rèn)識[3]：一種認(rèn)為二疊紀(jì)火山巖是在造山后加厚山根垮塌引起的伸展作用，導(dǎo)致幔源玄武巖底侵形成[4-6]。另一種認(rèn)為該期巖漿活動是由二疊紀(jì)塔里木地幔柱作用引起[7-9]。筆者在新疆鞏留縣加滿特鉛銀礦開展勘查工作，收集和整理了大量野外資料，對烏郎組火山巖進(jìn)行地質(zhì)特征及巖石化學(xué)研究，重點(diǎn)對含礦圍巖主量元素、微量元素及稀土元素特征進(jìn)行研究，分析烏郎組火山巖成巖機(jī)理和構(gòu)造背景，為加滿特鉛銀礦勘查工作提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料，為進(jìn)一步研究伊什基里克一帶晚古生代火山巖及整個西天山晚古生代火山巖研究提供新資料。

圖1 西天山區(qū)域地質(zhì)簡圖Fig.1 Simpligied geological map of western Tianshan Mountains

1 區(qū)域地質(zhì)背景

加滿特鉛銀礦位于伊什基里克(裂谷帶)Cu-Mo-Au-Pb-Zn-Fe-RM-煤-白云巖成礦帶[10]，屬天山興蒙造山系、伊寧地塊、伊犁裂谷之伊什基里克晚古生代裂谷[11]，受天山北緣斷裂與尼古拉耶夫線-那拉提北坡斷裂控制（圖1）[12]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

加滿特鉛銀礦區(qū)出露地層為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第二段、上二疊統(tǒng)烏朗組、中二疊統(tǒng)塔姆其薩依組及少量全新統(tǒng)第四系沖洪積、殘坡積層。含礦地層為上二疊統(tǒng)烏朗組，與下伏大哈拉軍山組第二段呈斷層接觸，與上覆塔姆其薩依組呈平行不整合接觸（圖2）。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育，烏朗組展布不僅受EW向、NE向區(qū)域大斷裂控制，還受火山機(jī)構(gòu)環(huán)狀、放射狀斷裂控制(圖2)。沿?cái)嗔讯喟l(fā)育規(guī)模不等的張性裂隙，裂隙中多充填石英碳酸鹽脈，多具方鉛礦化、綠泥石化、綠簾石化、黃鐵礦化、黃銅礦化、硅化等[13]。

圖2 加滿特鉛銀礦地質(zhì)略圖Fig.2 With Ga Mante lead silver geological map

2.3 巖石特征

烏朗組主要發(fā)育正?；鹕剿樾紟r、火山碎屑熔巖、火山-沉積碎屑巖、火山熔巖和次火山巖，以火山熔巖為主體。加滿特鉛銀礦區(qū)主要發(fā)育火山熔巖，少量火山碎屑巖，賦礦巖性以氣孔杏仁狀玄武巖、氣孔杏仁狀安山巖、球粒-軸粒流紋巖為主，具陸相火山巖特征（圖3）[14]。

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 主量元素

筆者在加滿特鉛銀礦區(qū)烏朗組含礦圍巖中采集了13件巖石化學(xué)樣品。從表1和火山巖TAS圖解可看出(圖4)，SiO2含量分為兩類，一類為42.12%～57.09%，另一類為73.26%～74.79%，缺失中間成分,顯示雙峰式火山巖特征，說明火山巖形成時區(qū)內(nèi)構(gòu)造環(huán)境處于似裂谷伸展引張環(huán)境。

據(jù)Na2O-K2O關(guān)系圖解（圖5），區(qū)內(nèi)堿性系列樣品均投入鉀質(zhì)類型中，進(jìn)一步可分為高鉀質(zhì)和鉀質(zhì)兩種類型。鉀玄系列包括堿玄巖、碧玄巖、粗面玄武巖、玄武質(zhì)粗面安山巖、粗面安山巖。SiO2含量42.12%～57.09%，平均50.04%；Al2O3含量高、變化大，為12.68%～16.01%，平均14.94%；全堿含量（K2O+Na2O）為5.58%～7.97%，平均6.86%；TiO2含量1.18%～2.53%，平均1.49%，含量相對較低；MgO含量0.61%～4.13%，平均1.97%?？傮w上從粗面玄武巖→粗面安山巖均有，SiO2、Al2O3和全堿含量具由低到高，MnO、MgO、TFe2O3含量具由高到低變化趨勢，反映研究區(qū)火山活動各期次、各階段巖石化學(xué)成分的演化特征。（Na2O-2.0）小于K2O，類似板內(nèi)大陸裂谷區(qū)玄武巖特征，不同于夏威夷洋島型大洋板內(nèi)玄武巖[15]。

3.2 微量元素

巖石微量元素地球化學(xué)模型中（圖6）,堿性系列樣品具極相似曲線特征，鈣堿性系列亦具極相似曲線特征。堿性系列與鈣堿性系列曲線特征除P，Ti具明顯差別外，其它元素基本一致。樣品微量元素曲線特征與典型板內(nèi)玄武巖地球化學(xué)型式相似，微量元素分布特點(diǎn)呈“雙隆”型式，具K，Rb，Ba，Th強(qiáng)烈富集、Ce，Hf，Zr，Sm富集特征?！半p隆”型式與板內(nèi)堿性玄武巖地球化學(xué)型式基本一致[16-17]。

圖3 巖石及巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征Fig.3 Characteristics of rock and rock structure

圖4 烏郎組火山巖硅-堿TAS分類圖Fig.4 SiO2-Na2O diagram of the Wulang Formation

（Rb/Yb）N值為12.31～45.66，大于1，該分布型式明顯區(qū)別于不相容元素強(qiáng)烈虧損的（Rb/Yb）N小于1的洋中脊玄武巖，與板內(nèi)玄武巖相似。所有樣品Ta/Hf值為0.10～0.43，平均0.15，大于0.1，有別于洋9.31，平均7.53，表明稀土分布曲線為右陡傾式。（La/Sm）N值2.00～2.83，平均2.47，反映輕稀土間分餾程度較好。（Gd/Yb）N值為1.66～2.35，平均1.95，其值較小,說明重稀土間分餾不明顯，δEu小于1，平均0.90，為Eu弱負(fù)異常(Eu弱虧損型),表明巖漿分異程度較高。δCe小于1，平均0.96，顯示地殼巖石特征。鈣堿性系列樣品稀土總量平均值102.57×10-6；輕稀土總量平均值84.35×10-6；重稀土總量平均值18.22×10-6；LREE/HREE平均4.64，大于地殼平均值1.15，說明堿性系列巖石分異程度較強(qiáng)，與堿性系列相比巖石分異較差；（La/Yb）N平均值2.92，表明稀土分布曲線為右傾式堿性系列；（La/Sm）N平均值2.98，反映輕稀土間分餾程度較堿性系列巖石好；（Gd/Yb）N平均值0.84，說明重稀土間缺乏分餾；δEu平均值0.25，小于中脊玄武巖(小于0.1)和島弧玄武巖(小于0.1)。Th/Ta值為4.20～6.52，平均4.89，大于4，不同于E-MORB（平均Th/Ta=1.64）和島弧玄武巖(平均Th/Ta=1.6～4)，與板內(nèi)初始裂谷玄武巖相近[19-20]。Ce，Hf，Zr，Sm的富集和微量元素的“雙隆”型式均顯示板內(nèi)環(huán)境特征。

表1 樣品主量元素、微量元素和稀土元素分析結(jié)果Table 1 The main elements and trace elements analysis results of samples

續(xù)1

圖5 玄武巖K2O-Na2O關(guān)系圖解Fig.5 Diagram of K2O-Na2O relation of basalt

圖6 含礦圍巖微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.6 Cobweb diagram of trace elements in ore bearing surrounding rock

3.3 稀土元素

稀土元素分布曲線為右傾（圖7），輕稀土富集，重稀土虧損。堿性系列樣品稀土總量117.75×10-6～180.68×10-6，平均 142.56×10-6；輕稀土總量 104.71×10-6～156.11×10-6，平均125.35×10-6；重稀土總量13.53×10-6～26.18×10-6，平均17.21×10-6；LREE/HREE為5.79～8.06，平均7.45，大于地殼平均值1.15，說明堿性系列巖石分異程度較強(qiáng)?！芌EE及LREE/HREE變化范圍大,顯示火山巖漿演化的長期性和多次性,具雙峰式特征[22]。（La/Yb）N值為 5.29～上地殼平均值0.72，普遍虧損Sr，說明巖漿形成時斜長石為殘留相，或巖漿演化過程中發(fā)生了斜長石分離結(jié)晶作用[23]。

圖7 含礦圍巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖Fig.7 Chondrite Normalized REE distribution pattern of ore bearing surrounding rock

4 巖石構(gòu)造背景分析

4.1 時代背景討論

加滿特項(xiàng)目組采集了肉紅色流紋巖進(jìn)行研究。樣品經(jīng)破碎、磁選和重選后，在雙目鏡下?lián)喪伾?、自形程度、形態(tài)等特征，挑選出具代表性鋯石。LA-MC-ICP-MS鋯石微區(qū)原位定點(diǎn)U-Pb定年測試分析在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所MC-ICPMS實(shí)驗(yàn)室完成。

4.1.1 測試數(shù)據(jù)結(jié)果

流紋巖中鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像見圖8。鋯石粒徑120～250 μm，以短柱狀為主，長寬比1∶1～1.5∶1，韻律環(huán)帶清晰，具典型巖漿鋯石特征。測試數(shù)據(jù)見表2，Th/U比值0.825 4～2.277 3，大于0.4，顯示巖漿成因鋯石特征[24]。

4.1.2 測試年齡結(jié)果

測定的20個數(shù)據(jù)點(diǎn)，206Pb/238U表面年齡均一，206Pb/238U表面年齡301～300 Ma，數(shù)據(jù)點(diǎn)中有15個數(shù)據(jù)點(diǎn)諧和性較好，206Pb/238U加權(quán)平均年齡（294.59±0.92）Ma，MSWD=±1.04，該年齡可能代表了巖石主體結(jié)晶年齡(圖9)。因此，烏朗組屬早二疊世。

4.2 構(gòu)造環(huán)境分析

雙峰式火山巖形成于多種構(gòu)造環(huán)境中，以大陸裂谷區(qū)為普遍和典型[25]。加滿特鉛銀礦區(qū)與世界典型裂谷區(qū)具相似雙峰式火山巖組合，堿性玄武巖與鈣堿性流紋巖類共生。

在玄武巖Zr-Zr/Y構(gòu)造判別圖中（圖10），加滿特鉛銀礦堿性玄武巖系列樣品除個別落入板內(nèi)玄武巖區(qū)分界線附近外，絕大部分樣品落入板內(nèi)玄武巖區(qū)，說明加滿特鉛銀礦下二疊統(tǒng)堿性系列火山巖產(chǎn)于典型陸內(nèi)裂谷環(huán)境。

圖8 加滿特鉛銀礦流紋巖中鋯石的CL發(fā)光圖像Fig.8 With zircon silver lead mine in the rock rhyolite special CL luminescence image

綜上所述，烏郎組火山巖為一套堿性系列與鈣堿性系列組合，空間上具雙峰式火山巖特征。主元素、微量元素特征顯示不同于以堿性鈉質(zhì)粗面玄武巖為主的大洋板內(nèi)玄武巖（夏威夷型），也不同于具輕稀土元素虧損或平坦型REE分布特征的洋中脊玄武巖和以高場強(qiáng)元素強(qiáng)烈虧損為特征的與洋殼俯沖作用相關(guān)的弧火山巖，形成于大陸裂谷環(huán)境[26]。

5 結(jié)論

（1）加滿特鉛銀礦含礦圍巖烏郎組火山巖為堿性、鈣堿性系列，具陸相火山巖特征。

（2）加滿特鉛銀礦含礦圍巖烏郎組火山巖為堿性系列、鈣堿性系列具相似微量分布曲線特征，呈“雙隆”式特征。稀土總量較大，輕稀土富集，重稀土虧損，輕、重稀土具一定分餾作用，δEu為負(fù)異常，δCe為負(fù)異常。

圖9 加滿特烏郎組流紋巖鋯石U-Pb諧和圖和206Pb/238U年齡圖Fig.9 Zircon U-Pb harmonic diagrams and age maps of Ga Mante rhyolite in the upper member group

表2 加滿特流紋巖La-ICP-MS 測試結(jié)果Table 2 Test results for With Ga Mante rhyolite La-ICP-MS

圖 10 Zr-Zr/Y圖解Fig.10 Zr-Zr/Y diagram

（3）加滿特鉛銀礦含礦圍巖烏郎組火山巖的形成時代為早二疊世。

（4）加滿特鉛銀礦含礦圍巖烏郎組火山巖形成于板內(nèi)碰撞后伸展期裂谷環(huán)境中。

（5）北天山洋殼巖石圈向南持續(xù)俯沖，板塊不斷變陡，俯沖洋殼尾部可能發(fā)生斷離，出現(xiàn)伸展背景，地幔軟流圈物質(zhì)和能量從斷離窗上涌形成烏朗組火山巖。

致謝：論文編制過程中得到項(xiàng)目野外一線全體同志大力支持和幫助，在此對他們的辛勤付出深表感謝！

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