南天山庫米什地區(qū)孔雀溝巖體年代學(xué)、巖石成因及地質(zhì)意義

郎朋林,付麗娟,齊 松,崔志磊,高 超,劉 輝

(內(nèi)蒙古山金地質(zhì)礦產(chǎn)勘查有限公司)

引 言

南天山位于中亞造山帶最南端,記錄了大量古亞洲洋構(gòu)造演化信息,是研究中亞造山帶構(gòu)造演化的重要地區(qū),因此一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)[1-3]。盡管前人在南天山開展過大量的蛇綠巖[4]、超高壓變質(zhì)巖[5-6],以及構(gòu)造演化模式[7]等研究,但對于南天山洋碰撞閉合時(shí)限,一直存在爭議。目前,對于南天山洋的閉合時(shí)間主要存在晚古生代與三疊紀(jì)2種觀點(diǎn)[8-10]。

孔雀溝巖體位于南天山東緣的庫米什地區(qū),孔雀溝巖體南部的庫米什—卡拉喬金礦帶發(fā)育一系列金礦床(點(diǎn)),包括孔雀溝金礦床、光明金礦床、回歸金礦床、爪山金礦床等[11]。目前,對于孔雀溝巖體的形成時(shí)代及巖石成因類型尚不清楚,其與區(qū)內(nèi)發(fā)育的金礦化成因聯(lián)系亦不明確。

因此,在詳盡的野外地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上,對孔雀溝巖體正長花崗巖開展鋯石U-Pb定年、全巖分析,揭示該巖體的形成時(shí)代,探討其成因類型及動(dòng)力學(xué)背景,為進(jìn)一步研究南天山洋的閉合時(shí)限提供新的證據(jù);與區(qū)內(nèi)同時(shí)代的矽卡巖型鎢礦化成礦巖體進(jìn)行對比,以期為實(shí)現(xiàn)找礦突破提供基礎(chǔ)資料。

1 地質(zhì)背景

天山造山帶位于中亞造山帶南緣(見圖1-A)[12-13],其可以進(jìn)一步劃分為北天山、中天山、南天山3個(gè)構(gòu)造單元[14-18]。研究區(qū)位于南天山東緣(見圖1-B),區(qū)域內(nèi)出露的地層主要包括下志留統(tǒng)烏勇布拉克組、下泥盆統(tǒng)阿爾彼什麥布拉克組、中泥盆統(tǒng)阿拉塔格組,以及第四系。其中,烏勇布拉克組為金礦主要賦礦圍巖,根據(jù)巖性可以進(jìn)一步將其劃分為上、下2段,下段巖性主要為綠泥絹云母千枚巖、絹云母石英片巖、黑云母石英片巖、變質(zhì)細(xì)粒石英砂巖、斑點(diǎn)狀變質(zhì)巖屑石英砂巖、斑點(diǎn)狀變質(zhì)長石巖屑砂巖、黑云母絹云斑點(diǎn)狀板巖等,上段巖性主要包括變質(zhì)細(xì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖及變質(zhì)細(xì)粒長石巖屑砂巖等。

1—中—新生界沉積物 2—二疊系陸相火山—沉積巖系 3—石炭系火山-沉積巖系 4—奧陶系—泥盆系火山-沉積巖系 5—前寒武系變質(zhì)基底 6—印支期花崗巖類 7—古生代花崗巖類 8—早古生代蛇綠巖帶 9—斷裂 10—成礦年齡圖1 亞洲構(gòu)造簡圖(A)[16]、新疆北部構(gòu)造簡圖(B)[17]及東天山地質(zhì)與礦床分布圖(C)[18]

區(qū)域內(nèi)斷裂發(fā)育,主要表現(xiàn)為北西西向及北東向2組。其中,北西西向斷裂包括庫米什斷裂、孔雀溝斷裂,該組斷裂對金礦化控制明顯。區(qū)域內(nèi)金礦體主要賦存于庫米什斷裂與孔雀溝斷裂之間的次級斷裂內(nèi)。北東向斷裂規(guī)模相對較小,一般截切早期的北西向斷裂,屬于成礦后構(gòu)造。

區(qū)域內(nèi)巖漿巖出露范圍廣泛,包括東泉戈壁巖體、忠寶巖體、桑樹園子巖體,以及研究區(qū)內(nèi)出露的孔雀溝巖體(見圖1-C)。鋯石U-Pb定年結(jié)果表明,這些巖體主要形成于晚石炭世—早二疊世[9,19]。此外,在區(qū)域內(nèi)廣泛分布北東向展布的中—基性巖脈及北西西向展布的酸性巖脈。

2 樣品采集及分析方法

2.1 樣品采集

孔雀溝巖體巖性主要為正長花崗巖(見圖2),本次研究采集正長花崗巖鋯石U-Pb定年及主微量分析樣品的坐標(biāo)為北緯42°00′49″,東經(jīng)89°18′34.5″。

正長花崗巖新鮮面為灰白色(見圖3-a),粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。其主要礦物成分為微斜長石(約30 %)、條紋長石(約25 %)、斜長石(約23 %)、石英(約15 %)(見圖3-b),以及少量的角閃石(約1 %)和黑云母(約1 %)。部分正長花崗巖樣品發(fā)生蝕變,鏡下可見斜長石發(fā)生絹云母化,角閃石、黑云母發(fā)生綠泥石化。

2.2 分析方法

鋯石挑選、陰極發(fā)光圖像及鋯石U-Pb定年工作在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成,詳細(xì)的儀器參數(shù)和分析流程見文獻(xiàn)[20]。GeolasPro激光剝蝕系統(tǒng)由COMPexPro 102 ArF 193 nm準(zhǔn)分子激光器和MicroLas光學(xué)系統(tǒng)組成,ICP-MS型號為Agilent 7700e。本次分析的激光束斑和頻率分別為32 μm和8 Hz。鋯石U-Pb定年和微量元素的處理分別采用鋯石標(biāo)準(zhǔn)91500和玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)NIST610作外標(biāo)進(jìn)行同位素和微量元素分餾校正。鋯石年齡數(shù)據(jù)應(yīng)用ICP-MS DataCal離線處理完成[21-22]。樣品的鋯石U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權(quán)平均圖解應(yīng)用Isoplot 3.0軟件完成[23]。

Qz—石英 Mi—微斜長石 Pth—條紋長石圖3 孔雀溝巖體正長花崗巖巖石手標(biāo)本及鏡下特征

6件正長花崗巖樣品的全巖分析在澳實(shí)分析檢測(廣州)有限公司完成。將樣品粉碎至74 μm,主量元素、微量元素、稀有元素分別應(yīng)用ME-XRF06 X法、ME-MS81法及ME-MS82法分析。

3 結(jié) 果

3.1 鋯石U-Pb年齡

測年樣品(KQG-9)中的鋯石表現(xiàn)出明顯結(jié)晶環(huán)帶(見圖4),w(Th)/w(U)值為0.18～1.28(見表1),多數(shù)大于0.40,與巖漿鋯石特征相似[24]。206Pb/238U年齡結(jié)果主要分為2組,分別集中在309～312 Ma及291～300 Ma,后者11顆鋯石獲得諧和年齡為296.5 Ma± 2.2 Ma (MSWD=0.41,見圖5-a),與其加權(quán)平均年齡(295.1 Ma± 1.6 Ma,MSWD=0.38,見圖5-b)趨于一致,代表了正長花崗巖結(jié)晶年齡。

圖4 孔雀溝巖體鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像

3.2 全巖分析

孔雀溝巖體主量元素分析結(jié)果見表2。由表2可知:孔雀溝巖體樣品表現(xiàn)出富SiO2(73.79 %～75.09 %)、K2O(4.99 %～6.50 %)特征。在TAS圖解(見圖6-a))中,樣品均落入花崗巖范疇。此外,孔雀溝巖體表現(xiàn)出低鎂指數(shù)值(5～17),且所有樣品的CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.25 %～0.53 %)均較低。由于孔雀溝巖體表現(xiàn)出較高的K2O含量,因此這些樣品在w(SiO2)-w(K2O)圖解(見圖6-b))中,大多數(shù)樣品落入高鉀鈣堿性—鉀玄巖系列區(qū)域。在A/CNK-A/NK圖解(見圖6-c))中,樣品點(diǎn)落入過鋁質(zhì)區(qū)域。

孔雀溝巖體微量元素分析結(jié)果見表3。由表3可知:孔雀溝巖體w(LREE)/w(HREE)值為6.33～11.22,表現(xiàn)出輕稀土元素富集、重稀土元素虧損的特點(diǎn)(見圖7-a)),具有明顯負(fù)銪異常(δEu=0.24～0.39)特征。另外,微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(見圖7-b))中,孔雀溝巖體富集不相容元素(Th、Hf)、大離子親石元素(K、Rb),虧損高場強(qiáng)元素(Nb、Ti、P)。

4 討 論

4.1 孔雀溝巖體形成時(shí)代

對于孔雀溝巖體的形成時(shí)代前人尚未報(bào)道過。本次研究獲得的鋯石U-Pb年齡結(jié)果顯示,孔雀溝巖體形成于早二疊世(295.1～296.5 Ma)。此外,區(qū)域內(nèi)發(fā)育一系列花崗質(zhì)巖石,其年齡均為晚石炭世—早二疊世。例如,毛友亮等[9]獲得區(qū)域內(nèi)東泉戈壁似斑狀二長花崗巖的結(jié)晶年齡為305 Ma±1 Ma;李生喜等[10]測得區(qū)域內(nèi)塔格拉克地區(qū)二長花崗巖成巖年齡為284.0～284.3 Ma。因此,本次研究獲得孔雀溝巖體成巖年齡與區(qū)域內(nèi)巖漿活動(dòng)一致,屬于早二疊世巖漿活動(dòng)產(chǎn)物。

表1 孔雀溝巖體鋯石 LA-ICP-MS U-Pb 年代學(xué)分析數(shù)據(jù)

圖5 孔雀溝巖體鋯石諧和年齡圖(a)及加權(quán)平均年齡圖(b)

圖6 孔雀溝巖體巖石類型判別圖解[25-27]

表3 孔雀溝巖體微量元素分析結(jié)果 10-6

圖7 孔雀溝巖體稀土元素和微量元素模式圖[28]

4.2 巖石成因類型

孔雀溝巖體具有富硅、富鉀、貧鋁的特點(diǎn),且表現(xiàn)出明顯的貧Ti、Ba、Sr及負(fù)銪異常,這些特征與A型花崗巖的特征相似[29]。然而,孔雀溝巖體還表現(xiàn)出較低Zr、Ce、Nb、Y特征,這與典型A型花崗巖存在明顯差別。此外,本次研究獲得其鋯石Zr飽和溫度為749 ℃～802 ℃[30],并且具有較低的w(Zr)/w(Hf)值(19～26)。另一方面,在巖相學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)孔雀溝巖體中含有角閃石礦物,這些特征也與A型花崗巖的特點(diǎn)相悖,而與高分異的I型花崗巖相似[31-34]。因此,本次研究認(rèn)為,孔雀溝巖體成因類型為高分異I型花崗巖。

4.3 構(gòu)造背景及對找礦指示意義

對于南天山洋的閉合時(shí)限,主要存在2種觀點(diǎn):一些區(qū)域資料顯示,南天山洋在晚石炭世之前就已經(jīng)閉合,而且在早—中二疊世南天山洋已經(jīng)處于巖石圈伸展環(huán)境[9,35-36];然而,也有學(xué)者認(rèn)為南天山洋的閉合時(shí)限為三疊紀(jì)[37-38]?？兹笢蠋r體具有高鉀鈣堿性—鉀玄巖系列I型花崗巖的特點(diǎn),一般形成于島弧或碰撞晚期—后碰撞環(huán)境[39-42]。再者,庫米什地區(qū)發(fā)育的同時(shí)代花崗巖還表現(xiàn)出高鉀鈣堿性(見圖8-a))的I型花崗巖[9]及S型花崗巖[19]特征,這也指示這些晚石炭世—早二疊世花崗巖形成于后碰撞環(huán)境。另一方面,在w(Rb)-w(Y+Nb)圖解(見圖8-b))中,庫米什地區(qū)發(fā)育的晚石炭世—早二疊世花崗巖均落入后碰撞環(huán)境范疇,表明此時(shí)期南天山洋正處于后碰撞環(huán)境。

圖8 孔雀溝巖體構(gòu)造判別圖[9,19,26-43]

孔雀溝巖體形成于早二疊世(295.1～296.5 Ma),與庫米什剪切帶的活動(dòng)時(shí)間(405～368 Ma)存在較大的差異[44]。而區(qū)域內(nèi)發(fā)育的金礦化主要受庫米什剪切帶的次級斷裂控制,因此,本次研究認(rèn)為,孔雀溝巖體的侵位時(shí)間晚于區(qū)域金礦化時(shí)代,與區(qū)域金礦化無關(guān)。然而,孔雀溝巖體與其西緣的忠寶巖體、桑樹園子巖體形成時(shí)代一致[19],且表現(xiàn)出富硅及相似的稀土元素配分模式,而忠寶巖體、桑樹園子巖體中已發(fā)現(xiàn)矽卡巖型鎢礦化,暗示孔雀溝巖體具有一定鎢找礦潛力。

5 結(jié) 論

1)鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示,孔雀溝巖體形成于早二疊世(295.1～296.5 Ma),與區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)峰期趨于一致。

2)孔雀溝巖體具有富硅、富鉀、貧鋁特點(diǎn),且表現(xiàn)出明顯的負(fù)銪異常,w(Zr)/w(Hf)值與Zr飽和溫度均較低,屬于高分異I型花崗巖。

3)結(jié)合區(qū)域資料,認(rèn)為孔雀溝巖體形成于后碰撞環(huán)境,且具有一定鎢找礦潛力。

致謝:對內(nèi)蒙古山金地質(zhì)礦產(chǎn)勘查有限公司烏尊布拉克項(xiàng)目組在野外樣品采集等方面給予的無私幫助,以及匿名審稿人為本文提出的寶貴意見在此深表感謝。