新疆白楊河楊莊巖體侵入機制與成礦作用

龐星，張浩浩，魯克改，楊文龍，陳浩，張雷

（核工業(yè)二一六大隊，新疆 烏魯木齊 830011）

白楊河楊莊巖體位于新疆和布克賽爾縣西約85 km，核工業(yè)二一六大隊于2006 年來以來一直對該地區(qū)進行勘查和研究，找礦取得了重大突破，鈾資源儲量已達到中型接近大型，鈹資源量已達到大型，找礦潛力巨大。白楊河地區(qū)也是各大科研院校的重要研究地區(qū)，專家學者分別從礦床成因、地球化學特征、控礦因素、成礦規(guī)律等方面進行了大量的研究，認為該區(qū)成礦與楊莊巖體多期次侵入有直接的關系［1-4］。本文在前人研究基礎上，探討楊莊巖體多期次侵入的地質特征及成礦作用，為下一步找礦提供理論支撐和方向。

1 區(qū)域地質背景

白楊河地區(qū)位于雪米斯坦火山巖帶中西段，該火山巖帶是新疆西北部重要的三條火山巖帶之一，位于西伯利亞板塊與哈薩克-準噶爾板塊的交接部位，大地構造位置隸屬于準噶爾板塊北緣古生代陸緣活動帶內晚古生代成熟島弧之上［2］，是西準噶爾最大的鈾、稀有金屬有利富集地帶［3-4］。該帶自西向東呈帶狀分布，火山巖厚度大，巖性復雜，巖漿演化系列完整，從基性到酸性的各類火山碎屑巖和熔巖均很發(fā)育［5］，總體受近東西向查干陶勒蓋-巴音布拉克深大斷裂的控制［4］。雪米斯坦火山巖帶也是一條多金屬成礦帶，區(qū)域礦產、地質研究程度較低，除鈹、鈾、銅、金礦產外，其他金屬、多金屬均有一些化探異?；虻V化點顯示，具有一定的找礦前景。

2 地質特征

白楊河地區(qū)主要出露的地層有上泥盆統塔爾巴哈臺組（D3t）、下石炭統和布克河組（C1hb）、下石炭統黑山頭組（C1h），總體呈近東西向條帶狀展布，主要為陸相火山碎屑巖建造夾正常碎屑巖。地層傾向為160°～190°，傾角為40°～60°。區(qū)內主要賦礦段為楊莊巖體（圖1）［1］。楊莊巖體是區(qū)內規(guī)模最大次火山巖體，其東西兩端分別連著阿蘇達巖體、小白楊河巖體和阿日合拉提巖體。

楊莊巖體巖性主要為花崗斑巖，沿楊莊大斷裂（F1）上盤自小白楊河至楊莊一帶呈串珠狀分布，單個出露面積較小，其中以阿蘇達溝至楊莊一帶巖體出露面積最大，東西總長約6 km。巖體北界南傾，傾角約32o，其接觸面呈內凹外凸的波狀，是控礦的重要條件之一；南界北傾，傾角為45°～75o，直接與區(qū)域深大斷裂接觸，接觸面平直。

3 楊莊巖體特征

3.1 侵入機制特征

越來越多的研究成果表明［6］，絕大多數花崗斑巖體不是一次就位的，而是經歷了一個比較復雜的侵位生長過程，這個過程可以是連續(xù)的也可以是間歇性的，其主要特征是脈動性的，最終形成的雜巖體是巖漿多次脈動增生的結果，經過研究表明白楊河楊莊巖體為一復式巖體［7］。

目前發(fā)現楊莊巖體附近兩個侵入通道（圖2）：阿蘇達侵入通道、楊莊侵入通道。根據侵入巖石巖相特征，通過侵入通道上來的巖體細可分為4 個侵入次，其中楊莊巖體為晚石炭世第三、四侵入次。

圖2 楊莊巖體侵入期次示意圖Fig.2 Schematic diagram showing the intrusion phase of Yangzhuang pluton

晚石炭世第一侵入次：阿日合拉提巖體。未蝕變的巖性為淺灰色-灰褐色細粒花崗巖、細?；◢彴邘r，巖石呈似層狀產出，碎裂程度低，厚度一般小于60 m，局部接近100 m。

晚石炭世第二侵入次：阿蘇達巖體。未蝕變的巖性為淺灰色、淺灰白色、淺灰紅色微晶質碎裂花崗斑巖，中等碎裂。

晚石炭世第三侵入次：楊莊西部巖體。未蝕變的巖性為淺褐色、灰褐色微晶質碎裂花崗斑巖，中等碎裂（圖3a）。

圖3 晚石炭世第三侵入次（a）與第四侵入次（b）花崗斑巖巖石手標本對比Fig.3 Hand specimen photos of the third（a）and the fourth（b）phase of Late Carboniferous granite porphyry

晚石炭世第四侵入次：楊莊巖中-東部體。未蝕變的巖性為淺紅灰色、褐灰色、淺灰白色微晶質流紋狀碎裂花崗斑巖，流紋狀構造極其發(fā)育，巖石整體強烈破碎，硅化作用最強（圖3b）。

從地表遠看晚石炭世第三、四侵入次巖體（圖4），在地貌、色調上有明顯的分界線，但近觀并沒有顯著的接觸界面，鏡下巖石特征較為明顯（圖5）。早期侵入的巖體地勢通常相對更平坦，山頭更渾圓。

在深部鉆孔中也普遍揭露到兩期巖體。鉆孔ZK10522 位于楊莊巖體東南角巖漿通道附近，揭露到兩期花崗斑巖（圖6），表現為上下靠近地層附近的花崗斑巖呈淺紅色、紅褐色，斑晶含量較低，主要為長石斑晶（占比約5 %），巖石裂隙、孔隙較發(fā)育，全巖弱高嶺土化，蝕變強烈，蝕變主要為薄膜狀綠泥石化、水云母化、弱綠簾石化，細脈狀高嶺土化、碳酸鹽化；中部花崗斑巖以灰褐色、深褐紅色為主，斑晶含量較上部增多，且長石發(fā)生聚晶現象，巖石整體較為破碎，裂隙發(fā)育強烈，局部極強，全巖弱硅化，主要為浸染狀褐鐵礦化、赤鐵礦化，沿裂隙面發(fā)育薄膜狀、樹枝狀錳礦化。兩期花崗斑巖侵入界線不明顯，呈涌動式漸變接觸，同時受圍巖混染作用影響導致兩期巖石巖相特征有一定的差異。

圖6 楊莊巖體東南部巖漿通道附近ZK10522 鉆孔示意圖Fig.6 Schematic column and core of borehole ZK10522 near the magma channel in the southeast of Yangzhuang pluton

鉆孔ZK6030 位于楊莊巖體西部，也揭露到兩期花崗斑巖體并發(fā)現接觸界線，淺部巖體呈灰褐色，深部巖體呈淺紅色-褐紅色，巖心整體顏色更深，呈褐紅-深紅色，可見清晰的脈動式侵入接觸關系。沿兩期侵入體接觸邊發(fā)育條帶狀錳礦化，反應出熱液活動的痕跡（圖7）。

圖7 ZK6030 孔中不同期次巖體侵入接觸關系Fig.7 Contact relationship between rocks of different phase in ZK6030

楊莊巖體東西部鉆孔均揭露到兩期花崗斑巖，與地表所見第三、四侵入次巖體基本一致，證實楊莊巖體為復式巖體。鉆孔中第三侵入次位于巖體上、下部與地層接觸，厚度約為50～100 m 不等，第四侵入次位于巖體中東部，兩期巖體接觸部位發(fā)育強度不等的赤鐵礦化蝕變帶、綠簾石化蝕變帶、高嶺土化蝕變帶，三者混合疊加，并發(fā)育碳酸鹽化、綠泥石化和絹云母化。

第四侵入次與第三侵入次巖體分別分布在白楊河巖體東西部，為更好直接表達位置關系，故后文將第三侵入次巖體簡稱為西部巖體，第四侵入次巖體為中東部巖體。

3.2 地球化學特征

3.2.1 主量元素

中東部巖體主量元素w（SiO2）平均值為74.90%，w（TiO2）平均值為0.14%，w（MnO）平均值為0.15%，w（Na2O）平均值為4.71%，w（CaO）平均值為0.75%，w（MgO）平均值為0.21%，w（K2O）平均值為3.86%，w（FeO）平均值為0.46%，w（Fe2O3）平均值為1.18%；而西部巖體w（SiO2）平均值為76.78%，w（TiO2）平均值為0.50%，w（MnO）平均值為0.09%，w（Na2O）平均值為5.04%，w（CaO）平均值為0.38%，w（MgO）平均值為0.05%，w（K2O）平均值為3.66%，w（FeO）平均值為0.43%，w（Fe2O3）平均值為0.96%。將上述兩巖體主量元素進行比較：西部巖體w（SiO2）、w（TiO2）、w（Na2O）值明顯高于中東部巖體，而w（FeO）、w（Fe2O3）、w（MnO）、w（K2O）、w（CaO）、w（MgO）值低于中東部巖體；兩巖體具有明顯的Na2O＞K2O，表現出高酸、高堿的特點，堿度率＞5，w（TiO2）平均值小于1%，w（Al2O3）值具有準鋁質到弱過鋁質的特征，表明兩巖體均富Si、富K、Al 弱過飽和、貧Fe 以及Mg 的特征（表1）。在CIPW 標準礦物計算結果中，兩巖體均以石英（Qz）、鈉長石（Ab）和鉀長石（Or）為主，基本不含鈣長石（An）和赤鐵礦（Hm）。其分異指數（Dl）平均高達96.6%，表明其分異演化十分徹底。

3.2.2 微量元素

通過微量元素分析結果和原始地幔標準化蛛網圖可以看出（表2、圖8），中東、西部巖體的蛛網圖曲線表現出良好的一致性，反映中東、西部巖體巖漿來源具有同源性，并且表現出K、Ba虧損，Ti 強烈虧損，Rb、Th、Ta、Nb 富集特征。另外，西部巖體蛛網圖曲線表現出良好的一致性，Sr 與Ba 的比值都小于1。而中東部巖體蛛網圖曲線由于Ba有所不同，其曲線稍有差異，Sr與Ba的比值有的樣品大于1，有的樣品小于1，表明巖體在花崗巖基礎上，有其他組分參與熔融改造而成［8］。在不同類型花崗巖的Yb+Nb-Rb（圖9）和Y-Rb（圖10）判別圖解中，中東、西部巖體均屬板內花崗巖類型［9］。

圖8 楊莊中東部（a）、西部（b）巖體微量元素原始地幔標準化蛛網圖（標準化數據引自文獻［10］）Fig.8 Primitive mantle normalized spider diagram of trace elements in the middle east（a）and west（b）of Yangzhuang pluton（standardized data from reference［10］）

圖9 花崗巖的Yb＋Nb-Rb 圖解（底圖據文獻［11］）Fig.9 Yb＋Nb-Rb diagram of granite（base map after reference［11］）

圖10 花崗巖的Y-Rb 圖解（底圖據文獻［11］）Fig.10 Y-Rb diagram of granite（base map after reference［11］）

3.2.3 稀土元素

中東、西部兩巖體巖石稀土元素分析結果和特征比值見表3。從表中可以看出，中東部巖體的∑REE 介于103.57×10-6～407.60×10-6之間，平均值為148.78×10-6；HREE 介于16.27×10-6～53.75×10-6，平均值為24.54×10-6；LREE/HREE 在4.75～7.58 之間變化，平均值為5.98，LaN/YbN為2.34～8.21，平均值為3.82，強烈的Eu 負異常。而西部巖體的稀土元素總量介于120.19×10-6～151.80×10-6之間，平均值為 133.00×10-6；HREE 介于 19.50×10-6～24.85×10-6，平均值為22.29×10-6；LREE/HREE為5.35～6.52，平均值為5.99；LaN/YbN為2.98～3.34，平均值為3.19，強烈的Eu 負異常。即中東部巖體的∑REE、HREE 和LaN/YbN值明顯高于西部巖體。

在球粒隕石標準化的配分曲線圖中（圖11），西部巖體輕、重稀土元素含量表現出好的一致性，呈現出Eu 嚴重虧損的對稱V 字型，而中東部巖體不同樣品的輕、重稀土元素含量的配分曲線表現出明顯不一致，5 個樣品中有2 個樣品呈現Eu 嚴重虧損，呈對稱V 字型，與西部巖體配分曲線一致，而另外3 個樣品中，1 個樣品的配分曲線向右緩傾斜，2 個樣品Eu 虧損一般，可能與中東部巖漿在噴出過程中有其他物質混染有關。中東、西部巖體稀土元素配分曲線圖較為相似，說明物質來源較為一致，反映中東、西部巖體具有明顯巖漿同源性。

圖11 花崗斑巖巖石稀土元素/球粒隕石標準化模式圖（標準化數據引自文獻［10］）Fig.11 Chondrite normalized REE pattern of graniteporphyry（standardized data from reference［10］）

3.3 侵位深度及剝蝕深度

由于楊莊花崗斑巖具有一定的時、空分布特征，并伴隨各期構造運動的始終（如前構造期、同構造期和后構造期花崗巖），在其上升—定位—改造過程中，蘊含著豐富的構造信息，記錄了大部分區(qū)域變形歷史［12］。

3.3.1 侵位深度

根據楊莊巖體黑云母估算出巖體就位時的壓力：中東巖體壓力為90 MPa 左右，西巖體壓力為100 MPa，其相應的就位深度為5 km 左右［8］。結合不同地殼層次的構造動力學狀態(tài)，礦區(qū)巖體侵位淺，冷卻快易生成原生節(jié)理，整個巖體裂隙以發(fā)育脆性變形為主，以表層次構造變形為特征，因此，結合黑云母、巖體結晶溫度和壓力的估算，楊莊巖體上升定位深度為3～4 km。

3.3.2 剝蝕深度

花崗斑巖體侵位形成后，中-新生代區(qū)域構造背景以強烈斷塊隆升、坳陷沉積為主，在白楊河礦區(qū)的南部的山前斷陷洼地中，沉積了中-新生代地層。新構造運動，使地殼繼續(xù)上升，受到剝蝕夷平，形成準平原化，中東部巖體圍巖蓋層絕大部分被剝蝕，使巖體暴露地表，剝蝕深度相對要小一些；而西部巖體（包括阿蘇達巖體）剝蝕深度要比中東部巖體要大的一些，其上部分“蘑菇狀”的“巖鐮”大部分被剝蝕掉。

從同源巖漿分異演化看，在相同的侵位機制條件下，巖漿多次脈動侵位較之一次侵位更有利于礦化作用的發(fā)生。芮宗瑤等［6］將巖漿多次脈動（侵位多期次性）和礦化重疊性概括稱之為巖漿多重侵位與多重成礦，并認為巖漿的多次脈動侵位是斑巖礦化的重要前提。一般來說，如果巖漿供應量和供應速度較大、前后增生單元侵位時間間隔較短、構造變形強度較大，則往往會形成由“內侵式”主導的正環(huán)帶［13］。這是因為在先侵位的體積較大的巖漿還沒有足夠的時間結晶固結的情況下，其后侵位的巖漿就比較容易推擠先侵位的未固結或半固結的巖漿而侵入其中。楊莊巖體侵入時和侵入后，白楊河礦床區(qū)域范圍內處于拉張環(huán)境，這為后期形成復式巖體提供了必要條件，但楊莊巖體巖漿通道較小，侵入巖漿有限，因此楊莊巖體規(guī)模較小。

3.4 構造特征

中東部巖體原生節(jié)理裂隙比較發(fā)育，主要以密集的北西向、疏密相間的北東向以及東西向為主。北西向的剪節(jié)理裂隙以純剪力學性質為特征，其節(jié)理破裂面發(fā)育羽毛狀的“羽飾”或“邊飾”構造，而疏密相間的北東向節(jié)理裂隙帶一般寬5～20 cm，沿節(jié)理裂隙帶充填水云母、絹云母、螢石、鐵錳質等蝕變。東西向斷裂帶在巖體東部較發(fā)育，由北向南，發(fā)育有三條規(guī)模比較大的斷裂帶，斷裂帶內發(fā)育絹云母化。

西部巖體巖石整體上較破碎，以碎裂巖為特征。密集的剪節(jié)理裂隙一般不發(fā)育，而北西向、北東向以及近南北向脆性斷裂發(fā)育，靠近楊莊斷裂附近的花崗斑巖體內發(fā)育的裂隙中充填鐵錳質“退色礦化蝕變”。

3.5 礦化特征

楊莊巖體內主要礦產有鈹、鈾、鉬等，對于鈹礦來說，鈹礦主要位于中東部巖體的北部和東部，由多個不相連的礦床、礦點組成。鈹礦體的主控因素是花崗斑巖巖體底接觸面附近的原生節(jié)理，其內外接觸帶是主要礦石的賦存部位。因此，從空間上可將鈹礦體分成3 類：ⅠBe 礦體為位于接觸帶的鈹礦體，是主礦體；ⅡBe 礦體為位于接觸帶之下的鈹礦體；ⅢBe 礦體為位于接觸帶之上花崗斑巖中的鈹礦體。而西部巖體鈹礦主要產在花崗斑巖體底接觸帶附近的原生接觸面上［14-15］。楊莊巖體大部分頂界面已剝蝕，僅保留了底界面，保存頂界面完好的部位位于四號工地東部一帶。所以，東、西部巖體的頂、底界面控制了白楊河礦區(qū)鈹主礦體的賦存部位。

對于鈾礦來說，在空間上鈾、鈹礦體只在局部有空間疊加關系，并非同期產物［16］。根據目前對鈾礦體的勘探，工業(yè)鈾礦體主要產在東部巖體斷裂帶內及與圍巖接觸帶附近，而西部巖體一般很少有鈾礦體。

對于伴生的工業(yè)鉬礦體來說，絕大部分鉬礦主要產在東、西部巖體接觸帶附近靠東部巖體一側及東部巖體最東北部地段，其中接觸帶附近分布較廣（圖12）［17］，反映鉬礦的主控因素是東、西部巖體接觸帶。由于兩巖體巖漿同源、不同先后侵入，其侵入接觸面構成了一成礦地球化學界面，在靠近接觸面邊部原生節(jié)理、裂隙發(fā)育，當礦液上升，pH 值發(fā)生變化時，在東部巖體巖漿流動過程中，其原生流面構造撓曲易形成北西向內凹地段，為后期熱液鉬礦、鈾鈹礦充填富集成礦提供了良好的條件。

圖12 楊莊巖體鈹、鉬礦體平面分布示意圖Fig.12 Schematic distribution map of beryllium and molybdenum ore bodies in the Yangzhuang pluton

4 結論

1）楊莊巖體屬于同源巖漿以脈動侵位的“內侵式”生長方式形成的復式巖體，侵入機制為兩期，分別為西部、中東部巖體，其中西部巖體巖性為淺褐色、灰褐色微晶質碎裂花崗斑巖，中等碎裂，蝕變主要為薄膜狀綠泥石化、水云母化、弱綠簾石化，細脈狀高嶺土化、碳酸鹽化，CaO 和MgO 含量相對較高。中東部巖體巖性為淺紅灰色、褐灰色、淺灰白色微晶質流紋狀碎裂花崗斑巖，流紋狀構造極其發(fā)育，巖石整體強烈破碎，全巖弱硅化，蝕變強烈，主要為浸染狀褐鐵礦化、赤鐵礦化，沿裂隙面發(fā)育薄膜狀、樹枝狀錳礦化，SiO2和Fe2O3含量相對較高。兩期巖體接觸部位發(fā)育強度不等的赤鐵礦化蝕變帶、綠簾石化蝕變帶、高嶺土化蝕變帶，三者混合疊加，并發(fā)育碳酸鹽化、綠泥石化和絹云母化。

2）白楊河礦床鈾、鈹礦化賦存于巖體與圍巖接觸帶上，這主要與巖漿性質有關。楊莊巖體具有富Si、富K、Al弱過飽和、貧Fe以及Mg的高溫熱液特點，很容易與圍巖接觸并發(fā)生頻繁的物質和能量的交換，在巖體的四周容易形成礦床。

3）楊莊巖體從同源巖漿分異演化看，在相同的侵位機制條件下，巖漿多次脈動侵位較之一次侵位更有利于礦化作用的發(fā)生。楊莊巖體侵位淺，原生節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體中發(fā)育有大量的次級構造，眾多的次級構造有利于含礦熱液的沿裂隙減壓區(qū)運移上升成礦。主要的工業(yè)鈾、鈹、鉬礦體產于東部巖體中。