新疆昭苏卡拉盖雷铜钴金矿区火山岩地层构造环境判别

沈利霞，郭鹏志，李文圣，贾琦，段洪芳，任小武

（1.天津华北地质勘查局,天津 300170;2.内蒙古矿业开发有限责任公司，呼和浩特 010020；3.中国黄金集团资源有限公司，北京 100010）

新疆昭苏卡拉盖雷铜钴金矿区火山岩地层构造环境判别

沈利霞，郭鹏志1，李文圣2，贾琦1，段洪芳1，任小武3

（1.天津华北地质勘查局,天津 300170;2.内蒙古矿业开发有限责任公司，呼和浩特 010020；3.中国黄金集团资源有限公司，北京 100010）

卡拉盖雷铜钴金矿区位于新疆西天山伊犁微板块之伊犁裂谷带南缘，那拉提构造带西段。西天山地区位于卡拉库姆-塔里木板块与哈萨克斯坦-准噶尔板块的汇聚地带，自太古宙以来经历了极为复杂的地壳演化史。本文通过地球化学判别图解的投点分析以及与区域地质发展史的对比研究，认为该区大哈拉军山组火山岩的构造背景为大陆弧环境。

卡拉盖雷铜钴金矿；西天山；大陆弧

新疆昭苏卡拉盖雷铜钴金矿床是新疆那拉提成矿带内的一个具代表性的矿床，是那拉提成矿带内首例以Cu为主，伴生Mo、Co、Au、Pb、Zn的火山岩型热液矿床。该矿床位于新疆昭苏县天山乡布鲁希布拉克沟（图1）。该矿床以往基础地质工作程度很低，笔者于2009-2011年间对该矿床进行了详细研究，特别是对矿床的火山岩地层进行了地球化学特征研究和构造环境判别，得到了对矿床的岩石构造环境的新认识。

1 成矿地质背景

卡拉盖雷铜钴金矿床位于新疆西天山伊犁微板块之伊犁裂谷带南缘，那拉提成矿带西段。区内出露的地层有中元古代那拉提群深变质岩、上志留统巴音布鲁克组浅变质的绿片岩系、下石炭统大哈拉军山组火山岩和阿克沙克组火山岩与沉积岩、上石炭统沉积岩。

那拉提成矿带具有隐伏的基底断裂网和地壳浅部的断裂系统特征[1]。通过对地球物理资料的分析，那拉提成矿带的隐伏基底断裂有近东西和近南北向两种。近东西向基底断裂与那拉提南、北缘深断裂位置相当，南北向断裂大约每隔1°出现，一般属平移断裂，对东西向断裂有错动，错动距离数十千米。隐伏基底断裂网形成于元古宙，对区域地质构造的发展与演化起决定性作用，对沉积盆地、大地构造、侵入岩展布及内生矿化作用均有明显控制作用。那拉提成矿带地壳上部断裂系统，是在东西向和南北向两组正交断裂系统及其派生的北西向和北东向两组斜交断裂系统的基础上继承性发展的结果。沿断裂系统，蛇绿岩带、侵入岩带、构造破碎带发育，成为不同时代、不同构造单元和岩石建造的分界线，并成为最重要的导矿和控矿因素[2]。

地壳浅部断裂构造对基底断裂具有继承性和发展性。那拉提成矿带具逆冲构造体系发育特征，该体系以那拉提岩浆弧花岗岩刚性地质体为中心，南北两侧分别发育倾向相反类似莲花状的高角度逆冲断裂体系，南侧为向北倾斜的那拉提南缘断裂带，北侧为向南倾斜的那拉提北缘断裂带。从南天山洋加里东-华力西中期的闭合阶段到华力西晚期的天山造山带的不断隆起，南北向挤压应力一直占主导地位。在这种挤压构造环境中，形成岛弧和弧前盆地、弧后盆地等活动性大陆边缘构造环境及大量中酸性岩浆侵入和基性、超基性岩的构造侵位。

2 矿区地质特征

卡拉盖雷矿区主要出露一套下石炭统大哈拉军山组（C1d）火山岩地层（图1），岩性主要为一套中-基性、中-酸性火山熔岩、火山碎屑岩，局部发生变质作用，发育绿泥石化、片理化，形成绿泥石化凝灰质片岩，呈近EW向带状展布，总体地层走向100°～ 130°，南倾，倾角大约70°，局部受断裂构造影响出现反倾。矿区构造主要表现为断裂构造，以北西西-北西向断裂为主，主要赋矿围岩为大哈拉军山组绿泥石化凝灰质片岩及玄武质凝灰岩。

矿区岩浆岩比较发育，侵入岩主要有花岗闪长岩和闪长岩，脉岩总体侵入于大哈拉军山组火山岩中，主要有辉绿岩脉、硅质岩脉和石英脉。

图1 新疆昭苏县卡拉盖雷铜钴金矿区地质图Fig.1Geological map of the Kalagailei Cu-Co-Au deposit in Zhaosu County,Xinjiang

3 岩石地球化学特征

地球化学研究是判定岩石、矿床成因类型的重要依据之一，也是地球化学家重点探讨的前沿课题[3]。本文对卡拉盖雷矿区火山岩地层样品进行了主、微量元素分析（表1），以探讨其地球化学特征及形成构造背景。

3.1 主要岩石特征

玄武岩：灰黑绿色，粒状结构，块状构造。主要由粒状辉石（50%）、斜长石（45%）和少量不透明矿物（约5%）组成，另含有石英、黑云母细脉。斜长石呈自形柱状，粒度较小，分布不规则。

蚀变玄武岩：主要产于近东西向片理化带中，呈灰黑绿色，斑状结构，块状构造。主要由斑晶（10%～30%）、绿泥石（10%～20%）、方解石（0～5%）、基质（50%～70%）和少量不透明矿物（约5%）组成。斑晶主要为斜长石，呈自形板条状，绢云母化较强；绿泥石应为辉石或角闪石等蚀变形成，部分保留矿物假象；基质主要由微晶-隐晶质组成，绿泥石化、粘土化、碳酸盐化较强；方解石呈团块状分布，含量较少。

玄武质凝灰岩：灰黑绿色，凝灰结构，块状构造。主要由火山灰物质（＞85%）组成，隐晶质，可见辉石微晶颗粒，发育绿泥石化蚀变，常见细小石英脉（约10%）穿插其中。

晶屑凝灰岩：灰紫色-紫红色，凝灰结构，块状-弱片理化构造。主要由晶屑（5%～25%）、火山灰胶结物（85%～70%）组成。其中晶屑主要为长石（斜长石）和石英，石英呈半自形-他形粒状，粒度0.2～2 mm；长石呈他形粒状、板片状，形状不规则，边部有一定融蚀，粒度约0.2～2 mm，发育聚片双晶，局部表面有一定绢云母化和泥化蚀变。火山灰胶结物，主要为火山灰重结晶，生成隐晶质、长英质微晶和黑云母，局部由于受应力作用，矿物具一定的定向性，弱片理化发育，蚀变主要为绢云母化、碳酸盐化、粘土化。岩石中发育少量长英质脉体，主要为方解石脉、石英脉。

火山角砾岩：紫红色，火山角砾结构，块状构造。主要由角砾（15%～25%）、胶结物（80%～70%）及少量不透明矿物组成（5%），其中角砾呈次棱角状，粒度约2～20 mm，成分主要为石英、斜长石晶屑和安山岩、英安岩碎屑。胶结物主要为火山灰，大部分已重结晶为隐晶质-微晶长英质矿物，蚀变主要为绿泥石化、粘土化、绢云母化。

安山质凝灰岩：灰绿略带暗红色，凝灰结构，块状构造，片理化发育。主要由晶屑（5%±）、角砾（10%±）和火山灰物质（85%±）等组成。晶屑主要为斜长石，呈板条状。角砾主要为安山岩、英安岩碎屑，呈棱角状、次棱角状。胶结物主要为火山灰，大部分已重结晶为隐晶质-微晶长英质矿物，蚀变主要为粘土化、绢云母化。

英安岩：浅灰色，斑状结构，块状构造，斑晶主要为斜长石、石英、正长石，基质为玻璃质。

3.2 主量元素

从表1可知矿区火山岩的SiO2变化范围很大，从基性到酸性均有。K2O与Na2O呈负相关关系，这可能说明，钾长石和斜长石呈反消长关系。Mg#值较低，显示出岩浆结晶分异程度较高。铝质指数A/ CNK显示出准铝质-过铝质的特点。

由Nb/Y-Zr/Ti图（图2）可看出，样品主要为亚碱性岩类，从基性到酸性均有分布。结合野外观察、镜下鉴定和化学分析得出，区内大哈拉军山组是一套由玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩组成的连续亚碱性的火山岩系列。

3.3 微量元素和稀土元素

图2 Nb/Y-Zr/Ti图解（底图据Winchester and Floyd，1977）Fig.2 Nb/Y-Zr/Ti diagram（实心三角代表火山岩，空心方框代表火山碎屑岩）

由表1火山岩的微量元素分析结果可以看出，矿区基性火山岩总体上具有富集相容元素和中等相容元素（Cr、Co、Ni、V）而不相容元素含量相对较低的特点。

表1 卡拉盖雷火山岩主量（wB/%）、微量元素（wB/10-6）分析结果Table 1 Composition of major elements（wB/%）and trace elements（wB/10-6）of the vocanic rocks in Kalagailei

续表1

引用Sun and McDonough[4]球粒陨石对样品进行标准化之后，由表1可以看出，大哈拉军山组火山岩总体上稀土总量以中酸性岩类最高，而基性岩最低（图3）。其（La/Yb）N显示总体上属于轻稀土富集型，富集程度明显不同（图4），酸性岩类轻稀土最为富集，基性岩最低。

4 火山岩的构造环境判别

对大哈拉军山组火山岩的构造环境存在不同认识，归纳起来主要有如下观点：古生代裂谷说[5～7]；大洋岛弧说[8～10]；大陆弧说[11～13]；大火成岩省说[14]。本文在野外矿区剖面观察的基础上，从岩石学和地球化学方面探讨其形成的构造环境。

从火山岩的角度探讨其构造环境的首要依据是岩石组合。野外和室内的薄片观察以及主量元素分析结果表明，其岩石组合为一套从基性到酸性的组合，说明其形成于与俯冲有关的岛弧或活动大陆边缘环境，这一结论与吴淦国等[13]得出的构造环境一致。

图3 SiO2和∑REE关系图Fig.3 SiO2-∑REE scatter diagram

火山岩的系列和构造关系密切，因此首先判断大哈拉军山组的火山岩岩石系列。由于火山岩遭受

了不同程度的蚀变作用，一些易活动元素在蚀变过程中会发生改变，所以我们在此利用一些不活动元素来判断其火山岩系列。Nb/Y-Zr/Ti图解不仅可以划分岩石类型，也可以用于划分岩石系列。由图2可以看出，其Nb/Y比值均较低，所有火山岩均为亚碱性系列，所以大哈拉军山组火山岩均不属于碱性系列，而是亚碱性系列。这样基本排除了其形成于板内环境的可能性，因为无论是大陆板内还是大洋板内环境，其火山岩均会出现碱性火山岩系列。

亚碱性系列包括拉斑系列和钙碱性系列。在A-F-M图解上（图5），对该区的火山岩（不包括火山碎屑岩）样品进行投点分析，可以看出，大部分点均落在钙碱性区域且大致呈直线而无明显的富铁趋势，说明主要为钙碱性系列。另外在A.I.-Al2O3和 SiO2-FeO/MgO图解上均有部分点落在钙碱性系列范围内，部分点落在拉斑系列范围内。因此，大哈拉军山组火山岩以钙碱性系列为主，少部分为拉斑玄武岩系列。

因此，从火山岩系列的角度判断，其构造背景应该属于岛弧或活动大陆边缘环境。

图4 SiO2和（La/Yb）N关系图Fig.4 SiO2-（La/Yb）Nscatter diagram

图5 A-F-M图解Fig.5 A-F-M diagram

图6 火山岩地球化学判别图（底图据Wood,1980）Fig.6 Volcanic geochemical discrimination

图7 Nb/Yb-Th/Yb图解（底图据Pearce and Peate,1995）Fig.7 Nb/Yb-Th/Yb diagram

地球化学判别图的基础是源区特点。Th-Hf-Ta图解能够适应于中性和酸性熔岩以及玄武岩，尤其对于识别火山弧的效果特别好。由图6可知，大哈拉军山组火山岩样品均落在D区岛弧钙碱性区域中。

利用Nb/Yb-Th/Yb图解可进一步区分大陆弧还是大洋弧，由图7可以看出，绝大多数投影点落在大陆弧范围内，没有点落在大洋弧内，暗示了大哈拉军山组火山岩的构造背景为大陆弧环境。

5 结论

（1）区内大哈拉军山组是一套由玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩组成的连续亚碱性的火山岩系列。

（2）矿区基性火山岩总体上具有富集相容元素和中等相容元素（Cr、Co、Ni、V）而不相容元素含量相对较低的特点。

（3）大哈拉军山组火山岩总体上属于轻稀土富集型，酸性岩类轻稀土最为富集，基性岩最低。

（4）通过地球化学判别图解的投点分析以及与区域地质发展史的对比研究，笔者认为大哈拉军山组火成岩的构造背景为大陆弧环境。

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Tectonic Background Discrimination of the Volcanic Rocks in Kalagailei Cu-Co-Au Deposit in Zhaosu County,Xinjiang

SHEN Li-xia1,GUO Peng-zhi1,LI Wen-sheng2,JIAQi1,DUAN Hong-fang1,REN Xiao-wu3
(1.Tianjin North China Geological Exploration Bureau,Tianjin,300170,China;2.Inner Mongolia Mining Exploitation Co.LTD, Huhehot,010020,China;3.China Gold Group Resources co.LTD,100010,China)

Kalagailei Cu-Co-Au deposit is located along the southern margin of the Ili rift belt in the Ili micro-plate in Western Tianshan Mountain,western part of Nalati tectonic zone,Xinjiang.And Western Tianshan Mountain is situated in the convergence zone of Karakum-Tarim plate and Kazakhstan-Junggar plate.It has a very complex history of crustal evolution since Archean.Through the analysis of geochemical discrimination diagram,and the comparison with regional geological development history,the authors suggest that the tectonic setting of the igneous rocks in the Dahalajunshan Formation belong to continental arc environment.

Kalagailei;Cu-Co-Au mine;western Tianshan Mountain;continental arc;Xinjiang

P618.41；P618.62；P618.51

A

1672－4135（2013）04－0013-07

2013-11-02

天津华北地质勘查局：新疆昭苏卡拉盖雷铜钴金矿床成矿特征及成矿模式研究

沈利霞（1976-）,女，工程师，2008年获中国地质大学（北京）硕士学位，主要从事地质找矿方面工作；E－mail：bjslx136@163.com。