新疆西天山北達(dá)巴特斑巖型銅鉬礦床鉛同位素組成及成礦物質(zhì)來(lái)源示蹤*

庫(kù)爾班江·艾肯江 李順達(dá) 陳 川

（新疆中亞造山帶大陸動(dòng)力學(xué)及成礦預(yù)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院 烏魯木齊 830017）

斑巖型礦床具有重要的工業(yè)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是我國(guó)銅、鉬資源的主要來(lái)源，受到地質(zhì)工作者的廣泛關(guān)注。西天山造山帶位于中亞造山帶西南緣，是世界上規(guī)模最大的增生造山帶，全長(zhǎng)大于2 500 km，從中國(guó)的新疆地區(qū)向西延伸至哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦，止于烏茲別克斯坦（圖1a）（高俊等，2009，2022；薛春紀(jì)等，2015）。新疆西天山斑巖型成礦帶與盛產(chǎn)大型—超大型斑巖銅礦的哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦和蒙古國(guó)接壤，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)了Koksai（薛春紀(jì)等，2014）、北達(dá)巴特（張作衡等，2009；劉暢等，2015，2016）、萊厲斯高爾（薛春紀(jì)等，2011；程哲遠(yuǎn)，2014）、喇嘛蘇（朱明田等，2011；Zhu et al.，2012；解洪晶等，2013）等一系列典型的斑巖銅鉬礦。

北達(dá)巴特銅鉬礦是新疆西天山代表性斑巖型礦床之一，礦區(qū)位于西天山賽里木湖地區(qū)（圖1b），由新疆有色地勘局于1985 年進(jìn)行的1∶50 000 區(qū)域化探工作中發(fā)現(xiàn)，并于2002 年和2003 年在該地區(qū)斑巖體中進(jìn)行鉆探工程，地表已揭露長(zhǎng)約50～300 m，寬約1～15 m 的礦化體。自北達(dá)巴特銅鉬礦發(fā)現(xiàn)以來(lái)，已探明銅金屬儲(chǔ)量7.6×104t，平均品位0.67%；鉬金屬儲(chǔ)量1.2×104t，平均品位0.089%。

圖1 西天山造山帶的構(gòu)造格局（a）和賽里木湖地區(qū)地質(zhì)圖（b.據(jù)Xue et al.，2014 修改）Fig.1 Tectonic framework of western Tianshan orogenic belt（a）and geological map of Sayram Lake area（b，modified after Xue et al.，2014）

前人對(duì)北達(dá)巴特的研究主要集中在流體包裹體、成礦構(gòu)造、地質(zhì)年代等方面。劉暢等（2016）通過(guò)流體包裹體觀(guān)測(cè)和顯微激光拉曼探針?lè)治黾盁崃W(xué)計(jì)算，得出礦區(qū)成礦流體富含CO2與CH4，并具有中高溫特征。唐功建等（2008）通過(guò)對(duì)礦區(qū)的花崗斑巖體進(jìn)行主、微量元素、LA-ICP-MS 分析，獲得花崗斑巖體鋯石U-Pb 同位素年齡為288.9±2.3 Ma，形成于早二疊世。Liu et al.（2018）通過(guò)Re-Os 定年，得出輝鉬礦成礦時(shí)間為299.7±2.5 Ma，成礦與流紋斑巖有成因聯(lián)系。但目前，礦床仍缺少Pb 同位素地球化學(xué)研究，有關(guān)銅、鉬等成礦物質(zhì)來(lái)源的討論仍顯不足，限制了成礦環(huán)境與礦床成因的深入研究。Pb 同位素是示蹤成礦物質(zhì)來(lái)源的有效手段之一。本文通過(guò)對(duì)北達(dá)巴特礦床發(fā)育的輝鉬礦和黃銅礦分別進(jìn)行Pb 同位素組成分析，并收集前人S 同位素等數(shù)據(jù)，詳細(xì)刻畫(huà)北達(dá)巴特礦床Pb 同位素體系，探討成礦物質(zhì)來(lái)源，為礦床成因研究以及區(qū)域成礦規(guī)律總結(jié)提供重要依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

賽里木湖地區(qū)位于中國(guó)西天山西部邊緣，北、南、東分別以博爾塔拉河斷裂、博羅科努山北坡斷裂和天山北緣主干斷裂為界（圖1b）。博羅科努山北坡斷裂走向?yàn)楸蔽魑飨颍鞫蝺A向北、東段傾向南，傾角為60°～80°；天山北緣主干斷裂呈北西—北北西向延展，傾向南，傾角為50°～80°，為超巖石圈斷裂；博爾塔拉河斷裂走向?yàn)榻鼥|—西向，總體北傾，傾角50°左右，為超巖石圈斷裂。區(qū)域斷裂總體呈東西向、北西西向，少數(shù)為北東向。

該地區(qū)出露的地層包括元古宇、古生界和新生界單元的組合，由老到新依次為：古元古界溫泉群，主要巖性為片巖、片麻巖和麻粒巖夾大理巖組成；中元古界哈爾達(dá)板群為一套含碳酸鹽巖的低級(jí)變質(zhì)碎屑巖；中元古界庫(kù)松木切克群，主要巖性為淺海相碳酸鹽巖和少量砂巖；新元古界凱爾塔斯群以碳酸鹽巖為主；中泥盆統(tǒng)汗吉尕組由淺海相鈣質(zhì)碎屑巖、碳酸鹽巖和火山巖組成，以二云母石英砂巖為主；下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組由火山巖和火山碎屑巖組成，含少量碎屑巖和碳酸鹽巖；上泥盆統(tǒng)托斯庫(kù)爾他烏組，為礦區(qū)主要含礦地層，由含少量火山巖的濱海相碎屑巖組成；下石炭統(tǒng)阿恰勒河組僅礦區(qū)東北角小范圍分布，由淺海陸棚相碳酸鹽巖和陸源碎屑巖組成；下石炭統(tǒng)東圖津河組由生物碎屑灰?guī)r和酸性火山碎屑巖組成；下二疊統(tǒng)烏郞組主要由安山巖、流紋巖、砂巖和凝灰?guī)r組成；新近系獨(dú)山子組由泥巖、砂巖和礫巖組成。

區(qū)內(nèi)火山活動(dòng)頻繁，以晚古生代為主，形成了一系列中酸性侵入體（王核等，2000；沙德銘等，2003；肖文交等，2006）。泥盆紀(jì)—晚石炭世花崗巖類(lèi)被認(rèn)為是準(zhǔn)噶爾洋向南俯沖有關(guān)的弧后盆地巖漿作用的產(chǎn)物（Bonin，2007；Zhang et al.，2016）。賽里木地區(qū)晚古生代時(shí)期的花崗巖分布較廣，主要為花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、花崗斑巖和流紋斑巖等，鋯石U-Pb 年齡為366～278 Ma（李華芹等，2006；張作衡等，2009；Tang et al.，2010），其中大部分與斑巖銅鉬礦床有關(guān)（Pirajno et al.，2009）。

賽里木地塊成礦系列大致分為兩類(lèi)（段士剛，2011）：1）斑巖型—矽卡巖型—熱液（網(wǎng)）脈型Cu-Mo-Pb-Zn-Ag-Au 成礦系列，典型礦床包括科克賽（Zhang et al.，2012）、北達(dá)巴特斑巖型銅鉬礦床（王玉水，2008；Cao et al.，2019）、賽博銅礦床（Zhan et al.，2018）、庫(kù)爾尕生鉛鋅礦床（戴玉林，1994；段士剛等，2012；Li et al.，2020）及阿希金礦床（顧雪祥等，2016）等；2）熱水沉積型Pb-Zn 成礦系列，典型礦床包括哈爾達(dá)坂（Jiang et al.，2021）和托克賽（Man et al.，2020）鉛鋅礦床等。

2 礦區(qū)地質(zhì)

北達(dá)巴特礦區(qū)主要出露上泥盆統(tǒng)托斯庫(kù)爾他烏組下亞組地層，主要巖性為凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖和少量凝灰質(zhì)角礫巖（圖2a）。礦區(qū)侵入巖依年齡由老到新依次為：英安斑巖（316±4 Ma），流紋斑巖（315.9±5.9 Ma），花崗斑巖（278.7±5.7 Ma）和石英斑巖（張作衡等，2008；Tang et al.，2010）。礦區(qū)斷裂以北西—南東向和北東—南西向?yàn)橹?。其中，北西—南東向斷裂成礦前形成，北東—南西向斷裂成礦后形成（Li et al.，2021）。礦區(qū)多個(gè)礦體產(chǎn)于斷裂處，具有斷裂控礦的特征。

2.1 礦體特征

北達(dá)巴特礦床已查明4 個(gè)銅礦體和1 個(gè)鉬礦體，它們?cè)诳臻g上相互獨(dú)立（圖2b）。

圖2 北達(dá)巴特礦床區(qū)域地質(zhì)圖（a）和礦體剖面圖（b）（據(jù)Li et al.，2021 修改）Fig.2 Regional geological map of Beidabate deposit（a）and ore body profile（b）（modified after Li et al.，2021）

鉬礦體呈透鏡狀或厚板狀產(chǎn)于流紋斑巖內(nèi)部，為隱伏礦體，礦體賦存標(biāo)高為2 020～2 500 m，長(zhǎng)約350 m，寬約30 m，平均品位為0.065%，鉬金屬量約0.56×104t。鉬礦化一般與石英、少量黃鐵礦伴生。

銅礦體分布可分為南、北兩條礦帶。目前僅開(kāi)采Ⅲ號(hào)銅礦體（由Ⅲ-1 號(hào)礦體和Ⅲ-2 號(hào)礦體組成）。Ⅲ-1 號(hào)銅礦體常與螢石伴生，礦體呈板狀產(chǎn)于流紋巖斑巖南部與凝灰?guī)r地層接觸帶附近。賦存標(biāo)高2 020～2 380 m，礦體長(zhǎng)約240 m，寬約20 m，平均品位為0.67%，估算銅金屬量約5.2×104t，為礦區(qū)最大的銅礦體。 Ⅲ-2 號(hào)銅礦體呈脈狀產(chǎn)于流紋巖斑巖體內(nèi)部，長(zhǎng)約220 m，寬約15 m，平均品位為0.59%。

2.2 礦石特征

礦石礦物主要為為輝鉬礦、黃銅礦和黃鐵礦，次要為少量輝銅礦、斑銅礦、閃鋅礦和毒砂；脈石礦物主要有石英、鉀長(zhǎng)石、黑云母、白云母、螢石、方解石、絹云母、綠泥石和綠簾石。

輝鉬礦化以細(xì)脈浸染狀構(gòu)造為主，形成大量輝鉬礦—石英脈（圖3a），絹云母化分布在流紋巖斑巖及鉬礦體周?chē)?。金屬礦物主要為鱗片狀輝鉬礦（圖4a）。細(xì)小顆粒輝鉬礦在石英脈中分布不均勻。非金屬礦物主要為石英（圖4f）。鉬礦石中鉀長(zhǎng)石化不明顯，呈灰白色，蝕變特征為弱絹云母化。

圖3 北達(dá)巴特銅鉬礦床手標(biāo)本照片（礦物縮寫(xiě)見(jiàn)圖4）a.輝鉬礦—石英脈；b.粒狀輝鉬礦；c.黃銅礦—石英脈；d.黃銅礦細(xì)脈穿輝鉬礦脈；e.輝鉬礦—石英脈；f.螢石—黃銅礦脈Fig.3 Photographs of ore veins from the Beidabate Cu-Mo deposit（mineral abbreviation in fig.4）

圖4 北達(dá)巴特銅鉬礦床礦石鏡下特征及礦石顯微照片a.葉片狀輝鉬礦；b.黃銅礦；c.黃鐵礦與黃銅礦共生；d.黃銅礦被閃鋅礦交代；e.螢石（單偏光）；f.石英+絹云母化（正交偏光）Mol.輝鉬礦；Py.黃鐵礦；Ccp.黃銅礦；Sp.閃鋅礦；Fl.螢石；Qz.石英Fig.4 Photomicrographs showing important mineral assemblages of the Beidabate Cu-Mo deposit

黃銅礦化以形成多金屬硫化物脈為主（圖3f），主要呈浸染狀分布在流紋巖斑巖中，脈體附近常見(jiàn)硅化、綠簾石、絹云母等蝕變（圖4e）。黃銅礦是主要的金屬礦物（圖4b），其次為黃鐵礦（圖4c），脈石礦物常見(jiàn)石英、方解石、螢石等（圖3c）。自形—半自形的閃鋅礦通常交代黃銅礦（圖4d），表明前者是最后沉淀的金屬礦物。

2.3 成礦階段

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)和巖相觀(guān)察，北達(dá)巴特礦床的成礦過(guò)程劃分為為3 個(gè)階段（圖5）：1）早期石英—輝鉬礦階段，輝鉬礦通常在石英脈中呈中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，在脈的邊緣和中心呈薄片狀晶體（圖3b）。沿礦脈邊緣出現(xiàn)少量絹云母、黑云母和鉀長(zhǎng)石。2）中期黃鐵礦—黃銅礦—石英階段，石英是最主要的脈石礦物，主要呈現(xiàn)乳白色，脈狀分布，礦石礦物以黃銅礦、黃鐵礦為主，及少量的斑銅礦和閃鋅礦，礦脈厚度變化較大，在5～50 mm區(qū)間范圍內(nèi)（圖3c、圖3e）。綠簾石和綠泥石在圍巖中分布廣泛。黃鐵礦—黃銅礦—石英礦脈橫切輝鉬礦—石英脈，表明其形成相對(duì)較晚（圖3d）。主要成礦階段以強(qiáng)烈的絹云母蝕變?yōu)樘卣鳌?）晚期螢石—黃銅礦階段，為礦床中銅礦的主要來(lái)源（圖3f）。圍巖蝕變中也存在少量浸染狀黃銅礦及黃鐵礦。礦脈寬1～50 mm，礦脈周?chē)梢?jiàn)寬度為2～20 cm 的原生蝕變暈。螢石—黃銅礦脈通常橫切早階段礦脈。

圖5 北達(dá)巴特銅鉬礦床成礦期次劃分表Fig.5 Mineral paragenesis of the Beidabate Cu-Mo deposit

3 樣品采集與分析結(jié)果

測(cè)試所用樣品取自鉆孔ZK01、ZK02，ZK03 和ZK05，其中3 件輝鉬礦樣品來(lái)自輝鉬礦—石英脈階段，3 件黃銅礦樣品來(lái)自黃鐵礦—黃銅礦—石英脈階段。Pb 同位素分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心完成。

樣品經(jīng)粉碎、清洗、干燥后， 在雙目鏡下分別挑至純度為99%的單礦物分析樣。將樣品用混合酸分解，然后用樹(shù)脂交換法分離出鉛，在相對(duì)濕度36%和室溫20 ℃的條件下，利用ISOPROBE-T 熱電離同位素質(zhì)譜儀進(jìn)行鉛同位素比值測(cè)量，208Pb/204Pb、207Pb/204Pb、206Pb/204Pb 比值誤差小于0.005%

北達(dá)巴特銅鉬礦6 個(gè)礦樣Pb 同位素組成測(cè)試結(jié)果顯示（表1），早階段輝鉬礦的208Pb/204Pb 值為38.125～38.179，207Pb/204Pb 值為15.570～15.575，206Pb/204Pb 值為18.293～18.311；晚階段黃銅礦的208Pb/204Pb 值為38.202～38.257，207Pb/204Pb 值為15.581～15.621，206Pb/204Pb 值為18.239～18.246。

表1 北達(dá)巴特礦區(qū)黃銅礦、輝鉬礦鉛同位素比值及特征參數(shù)表Table 1 Lead isotope data of chalcopyrite and molybdenite from the Beidabate deposit

4 討 論

4.1 地層含礦性

前人對(duì)北達(dá)巴特礦區(qū)的各地質(zhì)單元進(jìn)行了金屬元素含量的測(cè)試分析（尹意求等，2006）。圍巖地層當(dāng)中，流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r和流紋質(zhì)碎斑熔巖的銅含量較高，為284.7×10-6～371.7×10-6，是銅元素克拉克值的5.3 倍（63×10-6），圍巖地層明顯富集銅元素。流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r和流紋質(zhì)碎斑熔巖中的鉬含量接近克拉克值（1.3×10-6），分別為3.16×10-6～6.75×10-6和1.61×10-6～6.25×10-6，對(duì)于提供成礦鉬元素的貢獻(xiàn)薄弱，不具備作為提供鉬元素的主要載體。礦體主要賦存在流紋斑巖內(nèi)部，我們推測(cè)流紋斑巖巖漿可能攜帶了豐富的鉬元素，是礦區(qū)輝鉬礦的主要物質(zhì)來(lái)源。

4.2 成礦物質(zhì)來(lái)源

Pb 是親硫元素，能直接進(jìn)入硫化物晶格（張宏飛等，2012）。金屬硫化物中的U、Th 含量很低，并且有一定量的Pb。硫化物結(jié)晶以后通過(guò)衰變作用所產(chǎn)生的放射性成因Pb 的含量很低，對(duì)硫化物Pb 同位素組成的影響可忽略不計(jì)。因此，硫化物的Pb 同位素組成被廣泛應(yīng)用于礦床成礦物質(zhì)示蹤（Cumming and Richards，1975）。

在Pb 同位素構(gòu)造環(huán)境演化圖（圖6a、圖6b）中可以進(jìn)一步示蹤北達(dá)巴特銅鉬礦床成礦物質(zhì)來(lái)源。在使用Pb 構(gòu)造模式示蹤時(shí)，投影點(diǎn)落在造山帶增長(zhǎng)線(xiàn)上方的礦石Pb，指示其包含上地殼成分；而投影點(diǎn)位于造山帶增長(zhǎng)線(xiàn)下方的礦石Pb 則指示源于地?；蛳碌貧?；投影點(diǎn)位于造山帶附近，表明各儲(chǔ)庫(kù)混合源（Zartman and Doe，1981；Stacey and Hedlund，1983）。

圖6 北達(dá)巴特礦區(qū)鉛同位素構(gòu)造環(huán)境演化圖（據(jù)Zartman and Doe，1981 修改）Fig.6 Lead isotopic composition of Beidabate copper molybdenum deposit（modified after Zartman and Doe，1981）

礦區(qū)樣品中的Pb 同位素組成表明，早階段輝鉬礦樣品Pb 投影點(diǎn)落在地殼和地幔范圍內(nèi)，說(shuō)明它經(jīng)歷了一定的巖漿分異演化，指示成礦物質(zhì)主要來(lái)源于幔源巖漿，礦區(qū)出露的流紋巖和英安巖可能是輝鉬礦的主要來(lái)源；晚階段黃銅礦樣品Pb 投影點(diǎn)落在地殼和造山帶之間，說(shuō)明它的成礦物質(zhì)是地殼和地幔的混合來(lái)源，既有礦區(qū)圍巖，如凝灰?guī)r和熔巖的貢獻(xiàn)，也有巖漿巖，如流紋斑巖、英安斑巖和花崗斑巖等的貢獻(xiàn)。

此外，Tang et al.（2010）和李野（2012）也對(duì)北達(dá)巴特礦區(qū)進(jìn)行過(guò)Nd-Hf 和S 同位素地球化學(xué)研究。

Tang et al.（2010）對(duì)礦區(qū)中的巖漿巖進(jìn)行了Nd-Hf 同位素研究，結(jié)果表明，εNd（t）值為-1.72～0.00，εHf（t）值為0.5～11.7，再加上U-Pb 年齡方面的數(shù)據(jù)，認(rèn)為北達(dá)巴特巖漿巖是在板塊碰撞后形成斷裂，軟流圈地幔上涌，導(dǎo)致晚石炭世巖漿巖部分熔融，并跟新生下地殼玄武巖熔融形成的巖漿巖發(fā)生混染而形成的，說(shuō)明礦區(qū)巖漿巖具有殼?；旌蟻?lái)源，與本文中根據(jù)Pb 同位素?cái)?shù)據(jù)得到的結(jié)果一致。

李野（2012）對(duì)礦區(qū)中的黃銅礦樣品進(jìn)行了S 同位素研究，結(jié)果表明，δ34S 變化范圍在4.9‰～6.8‰之間，測(cè)試結(jié)果顯示，δ34S 值高于地幔硫范圍（-3‰～1‰），可能是由于巖漿在上升過(guò)程中，與圍巖的同化混染有關(guān)。因沉積巖地層中硫含量高，導(dǎo)致凝灰?guī)r混入以后，硫化物的δ34S 值升高，再次證實(shí)礦區(qū)銅礦化具有巖漿巖與地層混合來(lái)源的特征。

綜上，我們認(rèn)為礦區(qū)鉬礦體成礦物質(zhì)主要來(lái)源于地幔，少部分來(lái)源于圍巖地層，流紋斑巖體為可能為礦區(qū)提供了主要的鉬來(lái)源；銅礦體成礦物質(zhì)主要來(lái)源為地幔與地殼的混合來(lái)源，流紋斑巖體與凝灰?guī)r地層可能為礦區(qū)提供了主要的銅來(lái)源。

4.3 成礦模式

伴隨古生代俯沖增生過(guò)程，北天山洋在哈薩克斯坦—伊犁地塊北緣形成了不同時(shí)期、不同發(fā)育特點(diǎn)的大陸和大洋島弧環(huán)境及俯沖增生楔，是形成斑巖型銅鉬礦床成礦系統(tǒng)的重要?jiǎng)恿W(xué)背景（王京彬等，2006；劉暢，2018；李紫源等，2021）。

在晚石炭世末—早二疊世初，伴隨北天山巴音溝洋的關(guān)閉，新疆西天山北部進(jìn)入板塊碰撞—板內(nèi)伸展階段（張作衡等，2008；于海峰等，2011）。在這時(shí)期，板內(nèi)伸展環(huán)境使得源自地幔的巖漿沿?cái)嗔焉仙?，在地殼下部發(fā)生底侵作用，巖漿上涌，侵位至泥盆紀(jì)托斯庫(kù)爾他烏組碎屑巖夾火山巖建造中，形成北達(dá)巴特礦區(qū)流紋斑巖體。幔源巖漿在結(jié)晶過(guò)程中，大量的鉬因巖漿體內(nèi)部溫度和壓力的下降而沉淀，形成了具有細(xì)脈浸染狀的鉬礦體，產(chǎn)在流紋斑巖體內(nèi)部。巖漿侵位上來(lái)后，在斷裂薄弱部位，巖漿熱液與圍巖發(fā)生了廣泛的物質(zhì)交換，圍巖中大量的銅元素進(jìn)入到成礦系統(tǒng)當(dāng)中，在與流紋斑巖與地層的接觸帶附近形成銅礦體。

5 結(jié) 論

（1）輝鉬礦化與黃銅礦化為同一期巖漿熱液作用在不同構(gòu)造位置的產(chǎn)物，輝鉬礦化形成于巖體內(nèi)部，黃銅礦化受斷裂控制，形成于巖體與地層的接觸帶部位。

（2）輝鉬礦的鉛同位素組成具有地幔鉛特征，指示其成礦物質(zhì)來(lái)源于幔源巖漿。

（3）黃銅礦的鉛同位素組成，具有地殼與地?；旌系脑焐綆сU特征，成礦物質(zhì)可能主要來(lái)自地幔巖漿和地層凝灰?guī)r。