西昆侖托日提烏托克銅(金)礦點巖石地球化學(xué)、年代學(xué)特征及地質(zhì)意義

張榮臻, 張德會, 杜保峰, 胡紅雷, 朱紅運, 韓 亞, 賓朝暉

西昆侖托日提烏托克銅(金)礦點巖石地球化學(xué)、年代學(xué)特征及地質(zhì)意義

張榮臻1, 2, 3, 張德會1*, 杜保峰2, 3, 胡紅雷2, 朱紅運2, 韓 亞4, 賓朝暉4

(1. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院, 北京 100083; 2. 河南省地質(zhì)調(diào)查院, 河南 鄭州 450001; 3. 河南省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點實驗室, 河南 鄭州 450001; 4. 河南省地質(zhì)科學(xué)研究所, 河南 鄭州 450001)

托日提烏托克銅(金)礦點是新疆西昆侖地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的達(dá)到銅工業(yè)品位的礦點, 銅(金)礦化與斑狀石英二長巖體有關(guān)。為了確定礦點及含礦巖體的成因與形成的構(gòu)造背景, 并評價其找礦潛力, 本文對斑狀石英二長巖進(jìn)行了巖石地球化學(xué)和鋯石U-Pb年代學(xué)等研究。結(jié)果表明, 該銅(金)礦點為一受構(gòu)造控制的巖漿熱液型礦點。斑狀石英二長巖整體具有富硅(SiO2=54.43%～69.61%)、富鋁(Al2O3=14.38%～16.75%)和富堿(Na2O+K2O=8.44%～8.82%)等特征,富集大離子親石元素, 虧損高場強元素, 屬于偏鋁質(zhì)的高鉀鈣堿性I型花崗巖類, 輕重稀土元素分餾明顯, 具有弱Eu負(fù)異常, 為典型的島弧巖漿巖, 是新生地殼部分熔融和殼源沉積物混染的結(jié)果。鋯石U-Pb同位素測年獲得成巖年齡為483.4±3.7 Ma, 表明該巖體形成于早奧陶世, 與大同地區(qū)加里東期的巖漿活動時間一致, 為原特提斯洋向南北昆侖地體雙向俯沖環(huán)境下的產(chǎn)物; 巖石地化特征及已有探礦工程表明該礦點元素異常明顯、見礦良好且剝蝕程度不高, 具有較好的找礦潛力。

西昆侖; 托日提烏托克; 銅(金)礦點; 斑狀石英二長巖; 鋯石U-Pb年齡; 構(gòu)造環(huán)境

西昆侖造山帶作為中央造山帶重要組成部分, 構(gòu)造和巖漿巖發(fā)育, 具備優(yōu)越的成礦地質(zhì)條件(祝新友等, 2000; 劉德權(quán)等, 2001; 董永觀等, 2003)。近些年來先后新發(fā)現(xiàn)的喀依孜鉬礦、大同鉬礦、阿孜拜勒迪銅礦、庫斯拉甫銅礦、布斯拉津銅鉬礦、庫克西力克鉬礦、司熱洪銅鐵礦等礦床、礦點(王核等, 2008; 劉建平等, 2010a, 2010b; 于曉飛等, 2011; 盧佳義等, 2015), 有力地佐證了西昆侖地區(qū)銅鉬等金屬礦的找礦前景。這些礦床(點)類型有斑巖型、熱液型等, 成礦時代包括加里東期、海西期和印支期(董永觀等, 2003; 孫海田等, 2003), 規(guī)模較小, 絕大多數(shù)以礦化點為主, 勘查意義不大。托日提烏托克銅(金)礦是河南省地質(zhì)調(diào)查院于2018年通過1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作在托依魯布隆?大同地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)的達(dá)到銅工業(yè)品位的礦點, 共圈出5條銅(金)礦體。該礦點位于阿克陶縣東南20 km處, 與附近的喀依孜斑巖鉬銅礦有相似的成礦條件和成礦特征: 如礦區(qū)地層為薊縣系桑珠塔格群, 礦化與北西向的侵入巖體密切相關(guān)。前人對該地區(qū)開展了一些研究, 但由于自然地理條件限制和分析測試手段的不同, 目前關(guān)于該地區(qū)侵入巖巖石學(xué)、年代學(xué)等方面仍存在分歧: 河南省地質(zhì)調(diào)查院(2004)曾在1∶25萬塔什庫爾干幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中認(rèn)為托日提烏托克地區(qū)侵入體為海西晚期石英閃長巖; 于曉飛等(2011)通過鋯石U-Pb年代學(xué)和輝鉬礦Re-Os同位素等時線測年法認(rèn)為該地區(qū)的含礦石英二長巖、花崗細(xì)晶巖形成于449～435 Ma, 但也有學(xué)者認(rèn)為該區(qū)的石英二長巖主要形成于480 Ma左右(許榮華等, 1994; 姜耀輝等, 1999); 杜保峰等(2019)對托日提烏托克銅(金)礦點的地質(zhì)特征進(jìn)行了初步總結(jié), 認(rèn)為含礦巖體為石英閃長巖, 但未進(jìn)行成巖年代學(xué)、巖石地球化學(xué)及地球動力學(xué)背景等研究。針對以上問題, 作者根據(jù)詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查, 對托日提烏托克銅(金)礦含礦巖體地質(zhì)特征、礦化特征、成巖年齡、巖石地球化學(xué)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究, 初步討論了該礦點及含礦巖體的成因類型和形成背景, 并分析了其找礦潛力。

1 地質(zhì)背景

西昆侖造山帶位于塔里木陸塊南緣, 是中央造山帶的重要組成部分, 從北向南主要有西昆侖北地體、西昆侖南地體和甜水海地體3個構(gòu)造單元組成(圖1a; Xiao et al., 2001; 許志琴等, 2004; 張傳林等, 2005), 分別以庫地?奧依塔格縫合帶和麻扎?康西瓦縫合帶為界。托依魯布隆?大同地區(qū)則位于西昆侖中部的巖漿帶西部, 自元古代以來先后經(jīng)歷了基底形成、加里東期巖漿弧和碰撞造山階段、海西期巖漿弧和碰撞造山階段, 以及后來的后碰撞造山等多個構(gòu)造演化階段(任紀(jì)舜等, 1999; 畢華, 2000; 于曉飛等, 2011)。

區(qū)域上出露的地層較為齊全, 從前寒武系到第四系均有發(fā)育, 元古宇和古生界發(fā)育最廣泛(圖1b), 主要為中元古界庫浪那古巖群(Pt1)、薊縣系桑珠塔格群(Jx), 奧陶系瑪列茲肯群(O1-2)、石炭系他龍群(C1)。庫浪那古巖群主要巖性為條帶狀、眼球狀混合巖以及角閃斜長片麻巖、花崗質(zhì)片麻巖、黑云斜長片麻巖, 桑珠塔格巖群巖性以大理巖、含榴鈉長片巖、二云母片巖為主, 瑪列茲肯群主要巖性為長英質(zhì)千枚巖、含榴絹云千枚巖。

圖1 西昆侖塔縣?恰爾隆一帶區(qū)域地質(zhì)簡圖(據(jù)河南省地質(zhì)調(diào)查院, 2004)

區(qū)域內(nèi)巖漿活動強烈, 總體上呈NW-SE向帶狀展布, 大致與區(qū)內(nèi)縫合帶平行。巖漿巖帶可大致可分為兩個時期: ①主要分布在庫地?奧依塔格縫合帶一線的加里東期巖漿巖, 其形成與原特提斯洋盆演化有關(guān), 代表性巖體有大同西花崗閃長巖體(480± 5 Ma, 方錫廉和汪玉珍, 1990)、阿克塞因黑云母二長花崗巖體(436±2 Ma, 張其超, 2019); ②主要分布在麻扎?康西瓦縫合帶一線的海西期巖漿巖, 其形成與古特提斯洋演化有關(guān), 代表性巖體有阿克阿孜花崗閃長巖體(278 Ma, 李永安等, 1995)。區(qū)內(nèi)巖漿巖從基性巖(輝長巖、玄武巖)到中性巖(閃長巖、安山巖)再到酸性花崗巖均有分布, 多旋回的構(gòu)造巖漿活動在時空上密切聯(lián)系, 因此具有很好的熱液型礦床找礦前景(劉德權(quán)等, 2001; 王核等, 2011)。

2 礦點地質(zhì)特征

托日提烏托克銅(金)礦點位于恰爾隆西約18 km處, 空間上大致位于大同巖體西北側(cè), 與慕士塔格巖基毗鄰。礦區(qū)出露地層為薊縣系桑珠塔格群(圖2), 主要由白色厚層中粗晶大理巖、灰色絹云石英片巖、灰白色二云石英片巖組成。第四系覆蓋層以砂礫石為主, 主要沿溝谷和河岸堆積。出露巖體巖性單一, 為斑狀石英二長巖, 呈小巖株侵位于桑珠塔格巖群, NW向展布, 寬150～400 m, 延伸超過2.5 km。礦區(qū)斷裂較發(fā)育, 見有4條斷層(F1、F2、F3、F4), 均呈NW走向發(fā)育在桑珠塔格巖群內(nèi), 其中斷層F1切穿巖體。

2.1 巖體及巖石學(xué)特征

托日提烏托克銅(金)礦點含礦巖體呈巖株產(chǎn)出, 平面上呈NW-NNW向不規(guī)則帶狀展布(圖3a)。巖石類型主要為斑狀細(xì)?中粒黑云石英二長巖和斑狀細(xì)粒石英二長巖, 邊部發(fā)育少量斑狀細(xì)粒石英二長閃長巖。巖體內(nèi)多發(fā)育糜棱面理, 面理走向北西, 產(chǎn)狀40°～53°∠43°～57°。

巖體呈深灰色, 似斑狀結(jié)構(gòu), 基質(zhì)具細(xì)–中粒變晶結(jié)構(gòu), 片麻狀或眼球狀構(gòu)造(圖3b)。斑晶為斜長石, 呈自形?半自形長柱狀, 大小0.8～2.5 cm, 含量10%～15%, 局部可達(dá)20%?；|(zhì)中主要組成礦物為斜長石(25%～35%)、鉀長石(15%～25%)、石英(6%～20%)、黑云母(4%～10%)、角閃石(2%～8%)。鉀長石與斜長石呈變晶粒狀、變晶棱角?次棱角?次圓狀, 大小0.8～3.0 mm, 大致定向分布于變余碎斑之間。石英呈它形粒狀, 大小0.5～2.5 mm, 均為破碎石英碎粒重結(jié)晶, 零散分布。黑云母呈變晶鱗片狀、片狀, 大小0.5～1.5 mm, 片理大致定向排列。角閃石, 呈短柱狀, 大小0.5～1.5 mm, 長軸大致定向排列, 零散分布。磷灰石呈顯微變晶粒狀, 大小0.2 mm左右, 零星分布。

圖2 西昆侖托日提烏托克銅(金)礦點地質(zhì)簡圖(據(jù)保峰等, 2019修改)

2.2 礦體特征

通過1︰1萬地質(zhì)填圖和探槽工作, 目前共圈出5條銅(金)礦體, 由南、北兩個礦化帶組成, 銅(金)礦化體主要以脈狀沿構(gòu)造裂隙賦存在斑狀石英二長巖內(nèi), 局部呈浸染狀或細(xì)網(wǎng)脈狀。北礦化帶位于巖體內(nèi)北部, 主要由K1、K2、K3三個礦體組成。K1礦體位出露約230 m, 寬2.4～3.2 m, Cu品位0.29%～ 0.38%, 平均0.33%, 伴生Au品位0.18～0.30 g/t, 該礦體礦化呈細(xì)脈狀, 片理化較強, 受擠壓構(gòu)造控制明顯。K2礦體位于北礦帶中部, NW走向, 出露長約170 m, 寬1.8～3.0 m, Cu品位0.33%～0.48%, 伴生Au品位0.12～0.41 g/t。K3礦體位于北礦帶東部, 長約280 m, 寬3.6～4.5 m, Cu品位變化于0.35%～ 0.77%, 平均品位0.52%, 伴生Au品位0.25～0.64 g/t。

南礦化帶中的K4礦體長約180 m, NW走向, 寬2.8 m, Cu品位0.23%～0.79%, 平均品位0.51%, Au品位0.16 g/t。K5礦體位于南礦帶東側(cè), NW走向, 出露長約280 m, 寬5.5～7.8 m, Cu品位0.26%～1.49%, 平均品位0.76%, Au品位0.13～0.4 g/t。K4、K5礦體中銅礦化同樣以細(xì)脈狀為主, 局部有浸染狀, 光薄片鑒定中未見明金。

2.3 礦石組構(gòu)、礦物成分及圍巖蝕變

礦石類型以石英脈型為主(圖3c、d), 局部呈網(wǎng)脈狀、浸染狀。礦石具半自形?它形粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu); 礦石構(gòu)造為細(xì)脈狀、稀疏浸染狀構(gòu)造。礦石中金屬礦物為黃鐵礦、黃銅礦(圖3e)、孔雀石和少量藍(lán)銅礦、鏡鐵礦, 脈石礦物主要為石英、長石, 少量綠泥石、黑云母。黃銅礦呈銅黃色, 它形粒狀, 粒度大小一般0.05～0.5 mm, 肉眼可見, 主要以星點狀、浸染狀分布; 黃鐵礦呈淡黃色, 半自形?它形粒狀, 大小0.2～1 mm, 主要和黃銅礦呈細(xì)脈狀、浸染狀在巖石中出現(xiàn); 孔雀石主要呈薄膜狀在巖體節(jié)理或表面出現(xiàn), 可能是原生銅受地表風(fēng)化所形成; 鏡鐵礦呈亮灰色, 纖維狀或片狀零星散布于巖體內(nèi)部, 大小約0.5～2 mm。

圍巖蝕變主要有硅化、絹云母化、綠泥石化等, 局部有碳酸鹽化, 地表未見鉀化現(xiàn)象。自礦體向巖體外側(cè)表現(xiàn)出一定程度的蝕變分帶特征, 但主要分布在礦體兩側(cè)5～10 m范圍內(nèi)。硅化普遍發(fā)育在礦體及其外圍, 主要以石英脈或石英團(tuán)塊形式產(chǎn)出, 其次表現(xiàn)為面狀硅化。絹云母化主要發(fā)育在礦體外圍的巖體中, 絹云母呈鱗片狀分布, 發(fā)育強度不等, 與銅礦化關(guān)系較為密切。礦體外圍的斑狀石英二長巖體中局部或零星出現(xiàn)綠泥石化(圖3f), 綠泥石呈片狀集合體交代黑云母和角閃石。

(a) 斑狀石英二長巖侵入桑珠塔格群; (b) 弱定向分布的斑晶和基質(zhì); (c) 細(xì)脈狀銅礦化; (d) 石英脈中孔雀石化; (e) 黃銅礦、黃鐵礦、褐鐵礦; (f) 綠泥石化。礦物代號: Q. 石英; Pl. 斜長石; Py. 黃鐵礦; Cp. 黃銅礦; Chl. 綠泥石。

3 樣品采集及工作方法

本次研究從礦點的地表和探槽中采集4件含礦巖體樣品用于分析測試。樣品巖性均為斑狀石英二長巖。巖石的主量和微量元素分析在北京核工業(yè)地質(zhì)研究所完成。主量元素測試除FeO、LOI采用標(biāo)準(zhǔn)濕化學(xué)分析方法外, 其他元素分析用XRF方法完成; 稀土和微量元素采用ICP-MS方法測試分析, 相對標(biāo)準(zhǔn)誤差優(yōu)于5%。

對采自礦點的斑狀石英二長巖(樣號309/4-1)進(jìn)行了鋯石U-Pb同位素測年工作。鋯石的挑選與制靶由北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成, 鋯石U-Pb同位素測試分析在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室完成, 儀器為ICP-MS(Agilent7500a), 激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas200M, 剝蝕斑束直徑為30 μm, 剝蝕深度20～40 μm。鋯石年齡采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)進(jìn)行分餾校正, 元素含量用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)NIST 610作為外標(biāo)、29Si作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行校正。鋯石U-Pb數(shù)據(jù)處理用GLITTER4.0軟件完成, 用AM-ICP MS Common Lead Correct ion(ver3.15)進(jìn)行普通鉛校正。鋯石U-Pb諧和圖、加權(quán)平均年齡計算和繪圖采用Isoplot 3.0軟件完成(Ludwing, 2003)。

4 分析測試結(jié)果

4.1 主量、微量和稀土元素

斑狀石英二長巖的主量元素特征見表1。樣品的SiO2含量為54.43%～69.61%, 總堿度K2O+Na2O= 8.44%～8.82%, 在TAS圖解上主要落入石英二長巖區(qū)域(圖4a)。TiO2含量為0.34%～0.83%, 平均0.49%; Al2O3含量在14.38%～16.75%之間, 平均15.20%; MgO含量低, 在1.06%～3.34%之間; Na2O/K2O=1.13～1.38, 顯示富鈉貧鉀的特征, A/CNK=0.76～0.95, 平均0.87。在A/NK-A/CNK圖解(圖4b)上, 樣品點落入準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)域; CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中沒有剛玉出現(xiàn), 屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖類。在K2O-SiO2圖解上(圖4c), 樣品主要落入高鉀鈣堿性系列區(qū), 一個樣品落入鉀玄巖系列區(qū)。分異指數(shù)(DI)為64.3～84.8, 顯示分異程度中等。

巖石的稀土元素總量(ΣREE)變化范圍較小(表2), 為176～283 μg/g, 平均223 μg/g。其中輕稀土元素總量(LREE)為151～232 μg/g,平均188 μg/g; 重稀土元素(HREE)為10.4～20.9 μg/g, 平均14.6 μg/g。輕、重稀土元素比值(LREE/HREE)為11.1～14.5, 平均13.2, (La/Yb)N值為15.1～21.9, 平均19.2; (La/Sm)N值為3.95～6.50, 平均5.70, 具有明顯的輕重稀土元素分餾特征(圖5a)。稀土元素配分曲線為右傾平坦型, 具弱負(fù)Eu異常(δEu=0.75～0.83), Ce異常不明顯(δCe= 0.88～0.94), 表明源區(qū)可能存在斜長石殘留或經(jīng)歷早期斜長石的分離結(jié)晶。微量元素蛛網(wǎng)圖顯示其富集K、Rb、Ba等大離子親石元素(LILE), 虧損Nb、Ta、Zr、Y、Yb等高場強元素(HFSE)和重稀土元素, 具有島弧巖漿特征(圖5b)。

4.2 鋯石U-Pb定年

斑狀石英二長巖樣品309/4-1中的鋯石多呈暗灰色柱狀、短柱狀(圖6), 長寬比多數(shù)在3∶2左右, 少數(shù)可達(dá)到2∶1以上。晶形較完好, 部分發(fā)育裂紋, 少數(shù)鋯石內(nèi)見捕虜體, 錐面和柱面較完整, 部分鋯石具有繼承性核部特征, 巖漿振蕩生長環(huán)帶特征較明顯。部分鋯石可見扇形分帶結(jié)構(gòu), 發(fā)育次生加大邊現(xiàn)象, 反映存在變質(zhì)改造現(xiàn)象。其U、Th含量范圍分別為58～1034 μg/g和12～830 μg/g, Th/U值除2個點(TL-03、19)外, 其余鋯石的Th/U值為0.33～0.99, 總體顯示出巖漿成因鋯石的特征。對25顆鋯石進(jìn)行分析, 獲得19個測點的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為483.4±3.7 Ma(MSWD=0.06), 屬早奧陶世(表3、圖7)。

表1 斑狀石英二長巖主量元素組成(%)、CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物及特征參數(shù)一覽表

注: (a)中Ir-Irvine 分界線, 上方為堿性, 下方為亞堿性。1. 橄欖輝長巖; 2a. 堿性輝長巖; 2b. 亞堿性輝長巖; 3. 輝長閃長巖; 4. 閃長巖; 5. 花崗閃長巖; 6. 花崗巖; 7. 硅英巖; 8. 二長輝長巖; 9. 二長閃長巖; 10. 二長巖; 11. 石英二長巖; 12. 正長巖; 13. 富長石輝長巖; 14. 副長石二長閃長巖; 15. 副長石二長正長巖; 16. 副長正長巖; 17. 副長深成巖; 18. 霓方鈉巖/粗白榴巖

表2 斑狀石英二長巖巖石稀土和微量元素含量(μg/g)及特征參數(shù)一覽表

圖5 斑狀石英二長巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

圖6 斑狀石英二長巖鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像

5 討 論

5.1 礦點類型

托日提烏托克銅(金)礦化僅與斑狀石英二長巖有關(guān), 巖體SiO2含量為54.43%～69.61%, 屬于中酸性巖石, 礦石類型以石英細(xì)脈型為主, 局部浸染狀或細(xì)脈狀, 圍巖蝕變有硅化、絹云母化、綠泥石化和碳酸鹽化。該礦點在巖石類型、地球化學(xué)、圍巖蝕變特征方面與典型斑巖銅礦床有許多相似之處。但通過研究, 本文認(rèn)為托日提烏托克銅(金)礦點屬巖漿熱液型礦點, 依據(jù)如下:

(1) 西昆侖地區(qū)典型的斑巖型礦床喀依孜鉬礦和喀拉果如木銅礦的成巖成礦年齡分別為晚二疊世?早三疊世和早侏羅世(劉建平等, 2010a; 吳玉峰等, 2013), 即印支期和燕山期。托日提烏托克礦點的含礦巖體形成于早奧陶世, 雖然尚無法準(zhǔn)確判斷其成礦時代, 但根據(jù)其礦化特征可以判斷銅(金)的物質(zhì)來源與斑狀石英二長巖有關(guān), 且成礦時代應(yīng)不早于早奧陶世, 為加里東期, 與大同地區(qū)巖漿熱液型銅鉬礦的形成屬同一期。

(2) 該礦點銅金礦(化)體以石英脈型為主, 局部呈細(xì)脈狀、浸染狀。圍巖蝕變主要有硅化、絹云母化、綠泥石化等, 地表未見鉀化現(xiàn)象。自礦體向巖體外側(cè)表現(xiàn)出一定程度的蝕變分帶特征, 但主要分布在礦體兩側(cè)5～10 m范圍內(nèi)。礦區(qū)1︰1萬巖石化探剖面測量結(jié)果(內(nèi)部資料)顯示, Cu、Mo、W等高異常元素主要分布在早奧陶世斑狀石英二長巖中, 在薊縣系桑珠塔格群中異常不明顯(圖8)。元素異常曲線多呈鋸齒狀, 但Cu、Mo元素在巖體上顯示高異常, 說明其成礦物質(zhì)主要來自巖漿熱液。另外, 元素異常與礦化多沿巖體裂隙發(fā)育的地質(zhì)現(xiàn)象吻合, 說明構(gòu)造控礦作用顯著, 因此該礦點在地球化學(xué)特征及礦化類型上與典型斑巖礦床存在差異(芮宗瑤等, 2006; 胡樹起等, 2011; 王富春等, 2016)。

5.2 巖石成因與源區(qū)特征

托日提烏托克斑狀石英二長巖中含有角閃石, 結(jié)合全巖主量和微量元素組成, 表明其屬于偏鋁質(zhì)高鉀鈣堿性I型花崗巖(圖4)。巖石的稀土元素含量總體不高, 呈輕稀土元素富集、重稀土元素虧損的右傾配分模式, 具弱負(fù)Eu異常; 微量元素特征顯示富集K、Ba、Th等大離子親石元素, 虧損Nb、Ta、Ti、Sr等元素, 與島弧巖漿巖的基本特征相似。在(La/Yb)N-YbN圖解(圖9a)中, 樣品主要落在島弧巖石區(qū)域。在Hf/Th-Th/Nb圖解(圖9b) 中, 樣品的鋯石投點落入島弧相關(guān)鋯石區(qū)域。因此, 托日提烏托克斑狀石英二長巖屬典型的島弧巖漿巖。

關(guān)于島弧巖漿的成因, 目前主要有以下幾種解釋: ①俯沖洋殼的部分熔融(Drummond and Defant, 1990); ②基性下地殼的部分熔融(Atherton and Petford, 1993); ③新生地殼物質(zhì)(地幔楔)的部分熔融(Sajona et al., 1996)。俯沖洋殼形成的熔體通常具有埃達(dá)克質(zhì)的地球化學(xué)特征, 然而托日提烏托克石英二長巖具有較低的Sr/Y值(20～27)和(La/Yb)N值(15.1～21.9), 證明其不可能是俯沖洋殼部分熔融形成的埃達(dá)克巖。鎂鐵質(zhì)地殼只有在低程度部分熔融的情況下會產(chǎn)生花崗質(zhì)巖漿, 且部分熔融產(chǎn)生的熔體富CaO, CaO/Na2O值可高達(dá)10(Jung and Pfander, 2007), 而托日提烏托克的斑狀石英二長巖具有貧CaO(1.75%～5.12%)和低CaO/Na2O值(0.37～ 1.08, 平均0.70)的特征, 因此不大可能是鎂鐵質(zhì)下地殼部分熔融產(chǎn)生。樣品的Nb/Ta值(9.0～12.8)和Zr/Hf值(30.36～35.67)都接近地殼平均值(Weaver et al., 1984; Dostal and Chatterjee, 2000), 說明地殼物質(zhì)可能對該巖石的形成有重要貢獻(xiàn)。Liao (2010)測得大同巖體石英二長巖的鋯石Hf()值為–3.2～2.5, 二段模式年齡(DM2)為1.30～1.64 Ga, 暗示其源巖可能為中元古代增生的地殼物質(zhì), 并伴有深部地幔物質(zhì)。在A/MF-C/MF圖解(圖9c)上, 樣品主要落于基性巖的部分熔融區(qū)域; 在Th/La-Sm/La圖解中(圖9d), 樣品具有低的Th/La、Sm/La值, 說明增生地殼受到殼源沉積物混染。綜合前人測得大同地區(qū)石英二長巖?二長花崗巖的Sr-Nd-Hf-O同位素特征(姜耀輝等, 1999; Liao et al., 2010)和本次研究結(jié)果, 初步認(rèn)為托日提烏托克石英二長巖來源于新生下地殼的部分熔融并伴有殼源沉積物質(zhì)的混染。

表3 斑狀石英二長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果

注：標(biāo)注*的測點未參與加權(quán)平均年齡計算。

圖7 斑狀石英二長巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

1. 薊縣系桑珠塔格群; 2. 早奧陶世斑狀石英二長巖; 3. 大理巖; 4. 絹云千枚巖; 5. 石英大理巖; 6. 絹云石英片巖; 7. 含石榴石炭質(zhì)絹云片巖; 8. 斑狀中細(xì)粒石英二長巖; 9. 硅化; 10. 綠泥石化; 11. 黃鐵礦化; 12. 黃銅礦化; 13. 孔雀石化; 14. 斷層; 15. 產(chǎn)狀。

5.3 成巖時代及構(gòu)造背景

鑒于大同地區(qū)石英二長巖形成時代一直存在爭議, 本文首次對托日提烏托克斑狀石英二長巖開展LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年, 獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為483.4±3.7 Ma, 其侵位年代可精確地限定于早奧陶世, 與前人的測試結(jié)果十分接近(許榮華等, 1994; 姜耀輝等, 1999; Jiang et al., 2002)。結(jié)合巖石學(xué)和年代學(xué)特征, 可認(rèn)為托日提烏托克巖體屬于大同巖體的一部分, 是加里東期巖漿活動的產(chǎn)物。

高曉峰等(2013)認(rèn)為原特提斯洋在500～480 Ma左右期間完成了俯沖消減?碰撞造山過程, 大同巖體的石英二長巖形成于碰撞后伸展環(huán)境; 于曉飛等(2011)認(rèn)為原特提斯的演化貫穿整個古生代, 由東向西從早到晚呈剪刀式俯沖、閉合; 曹穎等(2016)通過對大同巖體內(nèi)及外圍埃達(dá)克質(zhì)巖石的研究發(fā)現(xiàn), 原特提斯洋在晚奧陶世仍處于俯沖環(huán)境, 閉合時間不早于晚奧陶世; 張其超(2019)研究發(fā)現(xiàn), 原特提斯洋盆俯沖時限發(fā)生在大約502～466 Ma, 洋盆在向南北昆侖地體雙向俯沖過程中形成了西昆侖造山帶的128巖體、喀什巖體和大同巖體等一系列島弧型花崗質(zhì)巖體, 大約在455 Ma洋盆關(guān)閉, 而后進(jìn)入后碰撞階段。托日提烏托克斑狀石英二長巖體形成于483.4±3.7 Ma,處于原特提斯洋俯沖背景; 在構(gòu)造環(huán)境判別圖上(圖10), 樣品點幾乎都落在火山弧花崗巖區(qū), 具有類似于安第斯型活動大陸邊緣的特征, 表明其形成于俯沖帶島弧環(huán)境。另外, 樣品表現(xiàn)出高場強元素相對于大離子親石元素虧損, 有“B”型俯沖帶的特征(Keleman, et al., 1990; Mculloch and Gamble, 1991),具有這一現(xiàn)象的組分被稱為消減帶組分, 主要形成于洋殼俯沖的構(gòu)造環(huán)境。綜上, 托日提烏托克斑狀石英二長巖體形成于俯沖消減的島弧環(huán)境, 是原特提斯洋閉合、大洋板片在俯沖環(huán)境下板片脫水、交代地幔楔, 繼而部分熔融、上升并演化, 在地殼淺部侵位形成。

圖9 斑狀石英二長巖(La/Yb)N-YbN(a; 據(jù)Drummond and Defant, 1990)、Hf/Th-Th/Nb(b; 據(jù)Carkey et al., 2014)、A/MF-C/MF(c; 據(jù)Altherr et al., 2000)和Th/La-Sm/La(d; 據(jù)Plank, 2005)圖解

5.4 找礦前景分析

西昆侖巖漿巖成礦帶存在加里東期成礦事件已被證實, 而托日提烏托克銅(金)礦點的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步展示了大同地區(qū)有關(guān)銅?鉬?金等礦產(chǎn)的找礦潛力。根據(jù)礦區(qū)4條1∶1萬巖石地球化學(xué)剖面測量結(jié)果(圖11、表4), 托日提烏托克礦點Cu、Au、Mo元素在斑狀石英二長巖內(nèi)異常最明顯, 其次是距離巖體最近的片巖, 總體上巖控特征明顯。區(qū)內(nèi)Cu、Ag、Au等元素異常整體上表現(xiàn)出高的背景值, 異常曲線呈峰狀、鋸齒狀, 且與背景值套合較好, 但Mo背景值相對不高, 且地表未見鉀化蝕變, 反應(yīng)區(qū)內(nèi)剝蝕程度較低。另外根據(jù)刻槽和填圖工作發(fā)現(xiàn)(杜保峰等, 2019), 地表礦體連續(xù)性較好, 厚度1.8～7.8 m不等, 控制長度170～280 m, 結(jié)合已有探礦工程及礦點巖石地球化學(xué)特征, 認(rèn)為托日提烏托克銅(金)礦點元素異常明顯, 見礦良好且?guī)r體剝蝕程度不高, 具有較好的找礦前景。

6 結(jié) 論

(1) 托日提烏托克銅(金)礦點屬于巖漿熱液型銅礦點, 其含礦巖體斑狀石英二長巖具有高硅、高鋁、富堿的特征, 在巖石類型上屬于偏鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性的I型花崗巖類, 為典型的島弧巖漿巖,是新生地殼部分熔融并受到殼源物質(zhì)混染的結(jié)果。

(2) 鋯石U-Pb定年獲得斑狀石英二長巖的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為483.4±3.7 Ma, 為早奧陶世, 形成時間上大致與大同地區(qū)加里東期的巖漿活動時間吻合。

(3) 托托日提烏托克斑狀石英二長巖體形成于俯沖消減的島弧環(huán)境, 是原特提斯洋閉合、大洋板片在俯沖環(huán)境下板片脫水、交代地幔楔熔融形成新生地殼, 繼而進(jìn)一步部分熔融、上升并演化, 在地殼淺部侵位的產(chǎn)物。

圖10 斑狀石英二長巖構(gòu)造判別圖解(底圖據(jù)Pearce et al., 1984)

圖11 托日提烏托克銅(金)礦點Cu、Au、Mo元素剖面平面圖

表4 托日提烏托克地區(qū)不同巖性元素含量特征

注：括號中數(shù)字為平均值。

(4) 巖石地化特征及現(xiàn)有探礦工程表明, 托日提烏托克銅(金)礦點元素異常明顯、見礦良好且?guī)r體剝蝕程度不高, 具有較好的找礦前景。

致謝:中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所王核研究員和另一位匿名審稿專家對稿件提出了富有建設(shè)性和十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男薷囊庖? 作者謹(jǐn)此表示最誠摯的感謝！

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Age and Geochemical Characteristics of the Tuoritiwutuoke Copper (gold) Occurrence in Western Kunlun and Their Geological Significance

ZHANG Rongzhen1, 2, 3, ZHANG Dehui1*, DU Baofeng2, 3, HU Honglei2, ZHU Hongyun2, HAN Ya4, BIN Chaohui4

(1. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China; 2. Henan Institute of Geological Survey, Zhengzhou 450001, Henan, China; 3. Henan Key Laboratory for Metal Mineral Ore-forming Geological Process and Utilization of Resource, Zhengzhou 450001, Henan, China; 4. Henan Geological Science Research Institute, Zhengzhou 450001, Henan, China)

The Tuoritiwutuoke copper (gold) ore occurrence is a newly discovered ore showing with industrial grade copper ores in the Western Kunlun area. The ore mineralization is closely associated with a porphyritic quartz monzonite intrusion, while the age and genesis of the quartz monzonite and geological features of the ore occurrence remain unclear. In order to delineate the origin and tectonic setting of the ore-bearing pluton, and to evaluate its ore potential, the geochemical compositions and zircon U-Pb age of the quartz monzonite were analyzed. The results showed that the ore occurrence is of magmatic hydrothermal type, controlled by structures. The porphyritic quartz monzonite is characterized by high contents of SiO2(54.43% to 69.61%), Al2O3(14.38% to 16.75%) and Na2O+K2O (8.44% to 8.82%), enriched in LILE, and depleted in HFSE. The rock samples show right-dipping chondrite normalized REE patterns with weak negative Eu anomalies. The quartz monzonite shows trace element signatures of typical island arc magmatic rocks, and high potassium and calc-alkaline metaluminous features, and belongs to I-type granite. The zircon U-Pb dating yielded an age of 483.4±3.7 Ma, which is consistent with the early Ordovician magmatic activity in the Datong area during the Caledonian period which are likely related to the subduction of the Paleotethys to the north and south Kunlun terrane. The geochemical characteristics of the pluton and the prospecting results indicate that the ore occurrence has a very promising potential for ore-prospecting.

West Kunlun; Tuoritiwutuoke; copper (gold) ore occurrence; porphyritic quartz monzonite; zicon U-Pb dating; tectonic environment

P597; P595

A

1001-1552(2022)04-0677-014

10.16539/j.ddgzyckx.2020.04.021

2020-07-01;

2020-08-27;

2020-09-17

中央返還新疆地質(zhì)勘查基金項目( K15-1-LQ01)和國家自然科學(xué)基金項目(41373048、41773030)聯(lián)合資助。

張榮臻(1987–), 男, 博士, 工程師, 主要從事礦床學(xué)與地球化學(xué)研究。E-mail: zrzyang@126.com

張德會(1955–), 男, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事地球化學(xué)研究。E-mail: zhdehui@cugb.edu.cn