新疆東天山三岔口西銅礦床中輝鉬礦Re-Os定年結果及其意義

廖開立，呂昶良

(廣西壯族自治區(qū)地球物理勘察院，廣西 柳州 545005)

0 引言

20世紀90年代，土屋—延東大型斑巖銅礦床的發(fā)現(xiàn)使得其所在的東天山大南湖—頭蘇泉島弧帶成為了新疆尋找斑巖銅礦床的熱點區(qū)域。在接下來的二十多年里，學者們對土屋—延東礦床的礦床地質特征[1-2]、地球化學特征[3-4]、礦床成因[5-7]等方面做了詳細的研究，并以此為基礎，在其臨近區(qū)域發(fā)現(xiàn)了赤湖、靈龍、福興、玉帶等一些列中—小型斑巖銅礦床及礦點[8-9]。然而，這些突破均集中在大南湖—頭蘇泉島弧帶的西段，對于該帶的東段，一直未有大的突破。隨著研究的深入及勘查技術的進步，近十多年來，以新疆地質礦產(chǎn)開發(fā)局第六地質大隊、新疆地礦局物化探大隊、新疆有色地勘局704隊為主的地勘單位在大南湖—頭蘇泉島弧帶的東段陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了三岔口西銅礦床、玉海銅礦床、玉海西鉬礦床等眾多中—小型礦床[9-10]，與20世紀80年代就已發(fā)現(xiàn)的三岔口銅礦床一起，初步形成了一個以銅鉬礦床為主的礦集區(qū)(圖1a)。

三岔口西礦床(圖1b)為新疆地礦局物化探大隊于21世紀初發(fā)現(xiàn)，此后新疆地質礦產(chǎn)開發(fā)局第六地質大隊對該礦床做了詳細的勘查，初步認為其為一中型銅礦。該礦床位于哈密市東南約130 km處，距離西北側的玉海銅礦約有5 km，距東南側的三岔口礦床約3 km。該礦床發(fā)現(xiàn)至今，仍未有學者對其進行相關研究。本文對該礦床的地質特征做了初步報道，并對該礦床的輝鉬礦進行了Re-Os定年，在此基礎上探討其成礦時代，以及其與玉海銅礦、三岔口銅礦、玉海西鉬礦間的成因關系，為后續(xù)的找礦勘查提供理論依據(jù)。

圖1 三岔口西礦集區(qū)地質圖(a)[21]與三岔口西礦區(qū)地質簡圖(b)[30]Fig.1 Geologic map of the Sanchakouxi mineral concentration area (a) andgeologic sketch map of Sanchakouxi porphyry Cu-Mo deposit (b)

1 區(qū)域地質背景

中亞造山帶是全球最大的增生造山帶之一，經(jīng)歷過多次大陸俯沖、增生造山過程，形成了多期的巖漿和成礦作用，已成為世界上三大斑巖成礦帶之一，同時也是世界上Au-Ag-Mo-Fe-Ni等資源的重要產(chǎn)區(qū)[11-12]。東天山地區(qū)位于中亞造山帶的中部、烏魯木齊—庫爾勒公路以東、吐哈盆地以南、塔里木盆地以北[9]。從構造上，東天山地區(qū)由北向南依次可劃分為博格達—哈兒里克島弧帶、大南湖—頭蘇泉島弧帶、康古爾韌性剪切帶、阿齊山—雅滿蘇島弧帶及中天山地塊[13-14]。其中，博格達—哈兒里克島弧帶出露地層主要為古生代—中生代火山巖、火山沉積巖、火山碎屑巖，中生代—新生代沉積巖[15]；大南湖—頭蘇泉島弧帶主要由泥盆系—石炭系中—基性火山巖、火山沉積巖、火山碎屑巖組成，并有少量的侏羅系沉積巖[2，16]；康古爾韌性剪切帶出露地層主要為石炭系火山沉積巖、火山巖、火山碎屑巖，這些巖石均發(fā)生了綠片巖相變質及塑性變形[17]；阿齊山雅滿蘇帶出露的地層主要為石炭系雙峰式火山巖、復理巖、碎屑巖及少量碳酸鹽、海相及陸相碎屑沉積巖等；中天山地塊主要由前寒武基底構成[18]。

東天山地區(qū)主要出露石炭紀—二疊紀超基性—酸性巖漿巖。其中，中—酸性侵入巖、基性—超基性巖脈在各帶均有廣泛的出露，這些巖體與區(qū)內礦化密切相關。此外，近年來在博格達—哈爾力克島弧帶、大南湖—頭蘇泉島弧帶、中天山地區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)有早古生代的巖體，中生代巖體在康古爾韌性剪切帶、博格達—哈兒里克島弧帶也有零星的分布。區(qū)內斷裂構造分布，以近EW向的大草灘斷裂、康古爾—黃山斷裂、阿齊山—雅滿蘇斷裂、阿奇克庫都克斷裂為主，并發(fā)育一系列的近EW向次級斷裂，共同控制了東天山地區(qū)巖漿、地層及礦產(chǎn)的分布[19-21]。

東天山地區(qū)的礦產(chǎn)具有很好的分帶性。其中，斑巖銅鉬礦床主要分布在大南湖—頭蘇泉島弧帶，與帶內古生代巖體密切相關，如土屋—延東、福興、玉海、玉帶等[2]；康古爾韌性剪切帶福存著大量的金礦、銅-鎳硫化物礦床，其分別與帶內的古生代中—酸性巖體、基性—超基性巖體關系密切，如石英灘、黃山等[17]；阿齊山—雅滿蘇島弧帶中分布著一系列的鐵-銅、鉬礦床，與古生代中—酸性巖體關系密切，如雅滿蘇、東戈壁[22]；中天山地塊中分布著一系列的鉛-鋅-(銀)、鐵-銅，分別于礦區(qū)古老沉積物關系密切，如彩霞山、天湖等[19，23]。

2 礦區(qū)地質特征

礦區(qū)出露地層主要為下石炭統(tǒng)兔子山組、新近系葡萄溝組及第四系(圖1b)。兔子山組主要分布在礦區(qū)的中部，巖性主要由石英角斑巖、角斑質凝灰?guī)r組成，與上部新近系葡萄溝組呈不整合接觸。葡萄溝組主要分布在礦區(qū)的中部和西北部，巖性主要為紅色粉砂質泥巖、灰白色砂礫巖等。第四系沖、洪積物主要分布于礦區(qū)的東部及其他地勢較低的溝谷地區(qū)。礦區(qū)受康古爾斷裂的影響，礦區(qū)內分布著一系列近EW向的次級斷裂。

受區(qū)域構造的控制，區(qū)內巖漿巖同樣呈近EW向、NEE向、NWW向分布，巖性主要由石英閃長巖、花崗巖，并有少量的后期基性—超基性巖脈、英安斑巖巖脈等，受構造線控制明顯。其中，分布有玉海、三岔口西、三岔口等礦床，其主要由石英(約20%)、黑云母(約5%)、角閃石(約10%)、斜長石(約40%)、鉀長石(約15%)等組成，并含有少量的磁鐵礦、鋯石、磷灰石、榍石等，其總量小于10%。前人在玉海礦區(qū)測得石英閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為440～420 Ma[21，24-25]，三岔口石英閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(429.7±2.5)Ma[25]，表明其形成于早古生代。在玉海西礦區(qū)，出露有泥盆紀花崗巖，其中黑云母含量為2%～3%，石英含量約為25%，鉀長石含量約為45%，斜長石含量約為25%，并有少量的鋯石、白云母、榍石等礦物，礦物呈定向、半定向分布，具有片面狀構造；LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(364.2±5.0)Ma[9]。后期石炭紀花崗巖廣泛分布于玉海、三岔口西、三岔口等礦區(qū)，并侵入石英閃長巖及玉海西泥盆紀花崗巖中；LA-ICP-MS測得其鋯石U-Pb年齡為(325.4±2.5)Ma[21]。石炭紀花崗巖中，以石英(約25%)、鉀長石(約45%)、斜長石(約20%)、黑云母(約10%)等礦物為主，并有少量的鋯石、榍石、磷灰石等礦物(<10%)。基性—超基性巖脈廣泛分布于玉海西、玉海、三岔口西、三岔口等礦區(qū)，Wang et al.測得其LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(291±3)Ma，表明其主要形成于二疊紀[21]。

三岔口西銅礦中，銅礦化主要分布在石英閃長巖中，根據(jù)礦物組合的不同、礦物疊加及脈次穿插關系，礦區(qū)蝕變和礦化可大致分為三個階段：黑云母-磁鐵礦化階段(Ⅰ)、絹英巖化階段(Ⅱ)及后期熱液階段(Ⅲ)。其中，黑云母-磁鐵礦化廣泛分布于石英閃長巖中，細粒的磁鐵礦、黑云母(0.5～1 mm)呈浸染狀出現(xiàn)，局部呈細脈狀、細脈浸染狀。該階段中，并無明顯的銅鉬礦化。絹英巖化階段蝕變以絹云母-石英±綠泥石組合為主，局部出現(xiàn)在石英閃長巖中，并疊加于黑云母-磁鐵礦化之上，表明該階段晚于階段Ⅰ。絹英巖化蝕變與礦區(qū)黃銅礦、輝鉬礦化密切共生，黃銅礦通常以浸染狀、細脈浸染狀綠簾石-黃銅礦±閃鋅礦±黃鐵礦、石英-黃銅礦-黃鐵礦±綠簾石、石英-黃鐵礦±黃銅礦等組合的形式出現(xiàn)在絹英巖化的石英閃長巖中；礦區(qū)輝鉬礦主要以脈狀、細脈浸染狀輝鉬礦-綠簾石±黃銅礦±綠泥石組合的形式產(chǎn)出，兩側常伴有絹英巖化蝕變暈。此外，礦區(qū)內發(fā)現(xiàn)少量的沸石-黃銅礦-綠簾石±石英、綠簾石-綠泥石、石英±方解石、方解石脈等，這些脈體明顯切穿黑云母-磁鐵礦化、絹英巖化蝕變的石英閃長巖，表明其形成晚于絹英巖化階段，可能與后期區(qū)域上構造作用相關，本研究將其劃分為階段Ⅲ。

3 樣品采集與測試

本研究中，所選取的6件輝鉬礦樣品來自于輝鉬礦化的石英閃長巖。輝鉬礦主要呈細脈浸染狀、細脈狀、薄膜狀及浸染狀分布，輝鉬礦顆粒細小，通常小于1 mm。樣品粉碎到200目，經(jīng)過浮選后，在雙目鏡下挑選輝鉬礦樣品，其純度>99%。測試在中科院廣州地球化學研究所同位素國家重點實驗室完成，測試儀器為TJA X型電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS)，實驗過程中所用的標樣為GBW 04436[26]。

6件輝鉬礦樣品的Re-Os同位素測試結果見表1和圖2。樣品中w(Re)為22.2×10-6～546.6×10-6，w(187Re)為14.0×10-6～343.6×10-6，w(187Os)為82.9×10-9～2051.0×10-9。Re-Os模式年齡為(355.0±4.5)～(362.3±5.3)Ma，加權平均年齡為(358±6.2)Ma，MSWD為0.102。由ISOPLOT軟件計算出了的等時線年齡為(363.3±4.8)Ma，MSWD為0.74。

圖2 三岔口西礦區(qū)輝鉬礦Re-Os等時線年齡(a)及加權平均年齡(b)Fig.2 Isochron and weighted model ages of Molybdenite in Sanchakouxi deposit

表1 三岔口西礦床輝鉬礦Re-Os年齡數(shù)據(jù)Table 1 Re-Os dating data of molybdenite in Sanchakouxi deposit

4 討論

成礦年齡的確定是研究礦床成礦成因和成礦規(guī)律的重要手段之一，而輝鉬礦具有通常與銅礦化同時形成且Re-Os同位素具有較高的封閉溫度(500℃±50℃)等特征，因此其為一種理想的定年礦物，在銅礦床(特別是斑巖銅礦床)的研究中被廣泛應用[27]。然而，在研究輝鉬礦定年的過程中學者們發(fā)現(xiàn)，部分輝鉬礦的Re-Os體系發(fā)生了失耦現(xiàn)象，這種現(xiàn)象主要出現(xiàn)在顆粒較大的輝鉬礦中[28-29]。三岔口西銅礦中輝鉬礦顆粒均較為細小，多數(shù)在1 mm以下，這類輝鉬礦Re-Os年齡的可靠性較好，失耦現(xiàn)象通常不明顯。此外，雖然三岔口西礦床中后期的巖體侵入了石英閃長巖中，可能對輝鉬礦Re-Os體系進行了干擾。但本文所用樣品均取自遠離后期脈體的礦化石英閃長巖中，這能夠有效地避免后期高溫巖體侵入對輝鉬礦Re-Os體系的影響。6件輝鉬礦樣品具有誤差范圍內一致的Re-Os模式年齡，且在等時線年齡與加權平均年齡誤差范圍內一致，這表明本研究中所獲得的輝鉬礦Re-Os年齡準確、可靠，能夠真實地反應三岔口西礦床的成礦年齡。

Wang et al.測得玉海銅礦中輝鉬礦Re-Os等時線年齡為(351.7±2.9)Ma，加權平均年齡為(355.7±2.4)Ma[25]，陳壽波等同樣測得三岔口輝鉬礦Re-Os等時線年齡為360～350 Ma，與三岔口西所得輝鉬礦Re-Os年齡在誤差范圍內一致，這表明玉?！砜诘貐^(qū)廣泛存在著一期早石炭世成礦作用，其年齡為360～350 Ma[10]。與該帶上最大的土屋—延東銅礦同樣形成于石炭紀，均形成于石炭紀康古爾洋向北俯沖的大地構造背景下[2，21]，是同一成礦事件的產(chǎn)物。而在玉海、三岔口西、三岔口等礦床，礦化主要賦存在石英閃長巖(440～420 Ma)中，兩個成礦年齡相差較遠，并沒有直接的成因關系。而在玉海、三岔口西、三岔口等礦床，并未發(fā)現(xiàn)有360～350 Ma的相關巖體。陳壽波等研究表明，玉海西片麻狀花崗巖 [(364.2±5.0)Ma] 不但是礦田內發(fā)現(xiàn)的唯一一期360～350 Ma巖體，且在該巖體中發(fā)現(xiàn)了大量的浸染狀、細脈浸染狀輝鉬礦-綠簾石±黃銅礦組合，該組合與礦田內輝鉬礦出現(xiàn)形式一致，表明片麻狀花崗巖可能為礦集區(qū)內主成礦期銅鉬礦化的致礦巖體[10]。

林濤等在三岔口礦區(qū)測得一輝鉬礦樣品，其Re-Os模式年齡為(416.3±6.4)Ma，樣品中輝鉬礦呈細脈狀分布在石英閃長巖中[30]，與絹英巖化、黑云母-磁鐵礦化關系不明顯，這與陳壽波等所得到的三岔口輝鉬礦年齡360～350 Ma明顯不同。該年齡為礦集區(qū)內目前發(fā)現(xiàn)最古老的年齡，且明顯不同于礦集區(qū)內主成礦年齡(360～350 Ma)，可能是由礦集區(qū)內大范圍分布的石英閃長巖(440～420 Ma)侵入而引起的，表明礦集區(qū)內存在多期成礦事件。此外，Wang et al.在研究玉海礦區(qū)的成礦特征時，已提出存在多期成礦的可能[25]。三岔口礦床中，銅的品位可超過10%，銅礦化與沸石關系密切；而在玉海、三岔口西礦床，銅的品位通常小于1%，與綠簾石化關系密切。這可能是三岔口礦床與玉海、三岔口西礦床有著不同的成礦過程，其高品位銅可能是多期成礦作用相互疊加的結果，而疊加作用在玉海、三岔口西等礦床不明顯。在土屋—延東大型銅礦床中，同樣存在兩期疊加的現(xiàn)象，這可能是東天山地區(qū)礦床成礦的一個重要特點[2]。

在東天山地區(qū)，與斑巖相關的銅礦化主要形成于石炭紀，因此，石炭紀島弧巖漿巖成為了學者們研究的熱點，也是找礦勘查的重點。然而，大南湖—頭蘇泉島弧帶中部的卡拉塔格早古生代礦床、三岔口礦床早古生代礦化的發(fā)現(xiàn)，表明該帶在早古生代可能就已經(jīng)出現(xiàn)普遍的銅礦化。這為研究東天山地區(qū)大地構造演化、成礦過程以及后續(xù)找礦勘查提供了新的思路。

5 結論

輝鉬礦Re-Os年齡顯示，三岔口西銅礦的成礦年齡為363～358 Ma，表明成礦主要形成于晚古生代。結合前人的數(shù)據(jù)，在三岔口西礦集區(qū)內至少存在兩期成礦作用：第一期形成于早古生代 [(416.3±6.4)] Ma，該期礦化僅出現(xiàn)在三岔口礦床，與區(qū)內石英閃長巖關系密切；第二期形成于晚古生代(360～350 Ma)，該期礦化在玉海、三岔口西、三岔口地區(qū)廣泛分布，是該區(qū)的主礦化期，可能是由玉海西泥盆紀花崗巖侵入而引起。