新疆巴里坤红石滩铜矿床石英闪长斑岩LA－ICP－MS锆石U－Pb年龄及其地质意义＊

龙立学，曾凡淼，黄 迅，杨世文，余 泉，王 斌

（1 南京大学地球科学与工程学院，南京 210093）（2 江西省地质调查研究院，南昌 330030）

近年来，随着国土资源矿产远景调查项目的深入开展，位于阿尔泰成矿带的东准噶尔地区斑岩铜矿找矿工作取得了重要进展，陆续发现了一些与斑岩有关的铜矿床（点），例如哈腊苏斑岩铜矿［1－3］、蒙西斑岩铜矿［4－6］、玉勒肯哈拉苏斑岩铜矿以及琼河坝斑岩铜矿、和尔赛斑岩铜矿、铜华岭斑岩铜矿和乌伦布拉克斑岩铜矿等。前人通过对该区域斑岩型铜成矿带的研究，将东准噶尔成矿带划分为卡拉先格尔斑岩铜矿矿集区、乌伦布拉克斑岩铜矿矿集区和琼河坝斑岩铜矿矿集区［7］。

2010至2012年，笔者在乌伦布拉克斑岩铜矿矿集区和琼河坝斑岩铜矿矿集区之间的纸房东矿产远景调查项目（1∶5万）工作中，新发现了与铜矿关系密切的红石滩岩体，初步认为其矿化物质来源于石英闪长斑岩，红石滩铜矿与卡拉先格尔斑岩铜矿矿集区、乌伦布拉克斑岩铜矿矿集区和琼河坝斑岩铜矿矿集区大致呈等距分布，可能构成一条区域成矿带。本项目对红石滩岩体进行了同位素定年，获得了有价值的同位素年龄信息，为该区域寻找同类型的铜矿指明了方向。

1 矿床地质概况

红石滩铜矿区位于阿尔泰成矿带的东准噶尔成矿带上，处于准噶尔盆地东北边缘，南为卡拉麦里大断裂，北为额尔齐斯断裂，经历了东准噶尔古生代造山运动，岩浆活动强烈。红石滩矿区与卡拉先格尔、乌伦布拉克、琼河坝三个矿集区呈北西向分布，成矿地质条件十分优越（图1）。

1．1 地 层

矿区内出露的地层主要为中－下泥盆统大长沟群（D1－2D）和下石炭统条山群（C1T）及少量第四系地层（图2）。中－下泥盆统大长沟群（D1－2D）火山碎屑岩与陆源碎屑岩，岩性为灰绿色凝灰质砂岩、长石岩屑砂岩夹砂砾岩、含砾砂岩及灰绿色粉砂质沉凝灰岩，常夹有灰绿色角砾凝灰岩、安山岩，产化石。下石炭统条山群（C1T）岩性为青灰色、黄绿色、灰绿色凝灰质砂岩、细砂岩、灰白色长石岩屑砂岩、灰黑色泥粉砂岩夹含砾砂岩、钙质砂岩、薄层状白云质灰岩，夹少量安山岩及含角砾凝灰岩，产化石。

图1 新疆东准噶尔地区斑岩铜矿分布略图（据文献［7］略改）Fig．1 Sketch map showing distribution of porphyry copper deposits in eastern Junggar region，Xinjiang

1．2 侵入岩

区内侵入岩较发育，主要分布于矿区中部和北东部，南西角有少量出露（图2），岩性主要为石英闪长斑岩、闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、石英二长斑岩、花岗细晶岩，其中以早泥盆世红石滩单元石英闪长斑岩（δοπD1HST）及中石炭统红土单元花岗细晶岩（γοπC2HT）及石英二长斑岩最为发育，岩体长轴呈北西向或北西西向展布，与区域构造线基本一致。

1．3 构造、蚀变、矿化

区内构造主要为构造破碎带和热液蚀变带，见硅化、绿帘石化、绿泥石化、钾化，以硅化、绿帘石化为主。按延伸方向可划分为北西向蚀变带、北东向蚀变带和北北东向蚀变带，其中以北西向蚀变最为发育，规模最大。黄铁矿化、孔雀石化、褐铁矿化分布于北西向蚀变带中。孔雀石化主要分布于石英闪长斑岩岩体与围岩接触带附近的构造蚀变带中，孔雀石化常伴有绿泥石化、绿帘石化、硅化。其它地方偶见孔雀石化。

1．4 矿体特征

红石滩铜矿矿体主要赋存于中－下泥盆统大长沟群（D1－2D）与早泥盆世红石滩单元岩体（δοπD1HST）硅化蚀变带中，少量产于石英闪长斑岩中的绿帘石化带中。中－下泥盆统大长沟群（D1－2D）与红石滩单元岩体岩体（δοπD1HST）接触部位的硅化蚀变带类似于断裂构造带，起到导矿、容矿的作用。以0．20%为边界品位圈定铜矿（化）体，圈定铜矿化体16条。铜矿化体长20～200m，铜平均品位0．45%；矿石金属矿物以黄铜矿、辉铜矿、黄铁矿为主，次生矿物为铜蓝、孔雀石等。

2 岩体地质特征

巴里坤红石滩石英闪长斑岩位于巴里坤县煤矿北部约70km，平面上呈不规规状、岩瘤、岩脉状产出，出露面积约1km2，总体呈北西向展布，与区域构造线方向一致。岩体呈灰黑色，侵入于中－下泥盆统大长沟群中，侵入面外倾，呈舒缓波状，倾角一般为35～50°（图2）。平面上岩体与围岩呈枝叉状，岩体内部有时见围岩残留体，岩体剥蚀较浅。岩体与围岩接触带上常发育宽20～100 m 的构造破碎蚀变带，硅化、绿帘石化、绿泥石化明显，多数地段还见有孔雀石化。岩体接触变质作用不明显，但岩体内部自变质作用较明显，主要为绿帘石化及绿泥石化，局部沿裂隙见有明显的辉铜矿化，岩体边部具钾化、绿帘石化，无明显的分带性，岩性较单一。

矿区内下石炭世条山群（C1T）中的火山岩不太发育，偶夹有灰绿色、紫红色安山岩，主要表现为喷溢作用；中－下泥盆统大长沟群（D1－2D）火山岩较发育，主要以角砾凝灰岩为主，见有少量的安山岩，火山作用以暴发作用为主。南西角见有次火山岩—石英闪长玢岩，可能为火山通道相。

红石滩矿区与东准噶尔成矿带划分出的卡拉先格尔、乌伦布拉克、琼河坝三个矿集区的成矿地质条件进行对比，结果如表1所示，其成矿地质特征具有相似之处。

表1 红石滩铜矿与东准噶尔斑岩铜矿主要矿集区对比Table 1 Comparison between Hongshitan copper deposit and major porphyry copper ore concentration areas

3 样品特征

本次工作对红石滩石英闪长斑岩进行LA－ICPMS锆石U－Pb定年，具体采样位置如图2所示，样品的具体特征如下：

在石英闪长斑岩中采集样品的编号为214。本次实验样品采自红石滩矿区南部石英闪长斑岩的新鲜露头。石英闪长斑岩呈斑状结构、块状构造。斑晶含量约占80%，主要由斜长石、石英、角闪石组成。斜长石呈灰白色柱状，自形程度较好，粒径1～2mm，少数达3 mm，含量约30%；石英呈灰白色，具油脂光泽，粒状，粒径1～2 mm，含量20%；角闪石呈墨绿色，长柱状，粒径约1～3 mm，含量约30%。基质主要由石英、斜长石、角闪石组成。红石滩石英闪长斑岩副矿物种类较多，主要有锆石、磷灰石、硅灰石、金红石、角闪石、毒砂、辉石、绿帘石、辉铜矿、黄铁矿、磁铁矿等。副矿物中磁铁矿、角闪石、辉石含量较高，特别值得一提的是，副矿物中含辉铜矿187 粒，暗灰色，集合体块状，晶体大小一般为0．06～0．13mm，其次为0．14～0．2mm。这表明石英闪长斑岩具有形成铜矿床的母岩条件。岩石主要化学成分为：SiO251．82%、Al2O318．41%、Fe2O34．16%、FeO 4．96%、CaO 8．02%、MgO 4．28%、K2O 1．46%、Na2O 3．21%、TiO20．74%、P2O50．4%、MnO 0．21%。

4 实验测试方法及结果

4．1 实验测试方法

首先在野外采集新鲜样品，经室内岩石薄片鉴定和岩石化学分析后，由廊坊市诚信地质服务有限公司实验室采用常规方法挑选锆石。在双目镜下将挑选好的锆石制作成锆石样品靶，具体操作方法参照文献［8］。锆石阴极发光（CL）图像分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室，采用Mono CL3＋（Gatan，U．S．A．）扫描电镜（Quanta 400FEG）完成。LA－ICP－MS锆石U－Pb 定年由南京大学成矿作用研究国家重点实验室测定，使用与Agilent 7500aICP－MS 连接的New Wave 213nm 激光取样系统完成，工作参数为：激光脉冲频率5 Hz，脉冲能量为0．08 ～0．10mJ，熔蚀孔径为20 ～30μm。U－Pb分馏根据澳大利亚锆石标样GEMOC GJ－1（207Pb／206Pb年龄为608．5±1．5 Ma）［9］进行校正，锆石标样Mud Tank（732±5 Ma）［10］作为内标以控制分析精度。每个测试流程的开始和结尾分别测2个GJ标样，另外测试1个MT 标样和10个待测样品点。U – Pb年龄和U、Th、Pb 的计数采用GLITTER 软件。详细的分析方法和流程参照文献［9］和文献［11］。由于204Pb 的信号极低以及载气中204Hg的干扰，该方法不能直接精确测定其含量，因此，使用嵌入EXCEL 的ComPbCorr＃3＿15G 程序［12］来进行普通铅校正。锆石U－Pb年龄计算采用美国地质调查局编制的ISOPLOT 计算程序2．49a完成［13］，所给出的年龄具95%的置信度。

4．2 实验测定结果

本次工作对红石滩独立单元石英闪斑岩采集了一个样品214，对其进行LA－ICP－MS锆石U－Pb定年，进行了14次分析，结果见表2。结合锆石CL图像，选择未受后期地质作用影响的区域和／或颗粒进行微区定年，这样可以使定年结果更加准确合理［14］。一般认为，在锆石LA－ICP－MS同位素定年中，对于大于1Ga的锆石样点选用207Pb／206Pb年龄较为合适，而对于年轻的锆石样品点选用206Pb／238U较为合适［11，15］。本文讨论的岩体形成时代较年轻，因此均采用206Pb／238U年龄值，代表性锆石CL 图像及测点位置见图3。

由图3可见，绝大多数锆石以长柱状为主，晶形较好。锆石内部结构均具有明显的韵律环带，属岩浆成因锆石。部分锆石的CL 图像（图3－1、图3－5）暗淡，透明度差，可能存在Pb丢失，其它锆石清晰、自形的环带表明锆石没有发生或明显发生Pb 丢失。部分锆石中间具有明显的核（图3－1、图3－2、图3－4、图3－5、图3－10），轮廓多呈次棱角状或不规则状，透明度差，CL 亮度较大（图3－2），有些核部常见熔蚀结构（图3－1、图3－4、图3－5、图3－10），指示这类锆石核为捕获核或继承核［16，17］。

红石滩石英闪长斑岩LA－ICP－MS 锆石U－Pb年代学分析结果见表2。由表2可知，214号样品锆石的钍（46～76997）×10－6、铀（100～1686）×10－6含量总体变化较小，局部变化较大。Th／U 比值为0．06～131，上述样品的Th／U 比值仅极少数＜0．1，绝大多数位于典型岩浆锆石的Th／U 比值范围内［18］。

红石滩石英闪长斑岩锆石U－Pb谐和曲线如图4所示，1号测点和5号测点年龄明显偏离谐和曲线，存在明显的铅丢失；其余测点206Pb／238U年龄均位于谐和线上，表明这些锆石自形成以来，U－Pb同位素体系是封闭的，没有U 或Pb同位素的加入或丢失。其中2个新元古代早期的继承锆石，年龄在895 Ma左右，为研究Rodina超大陆提供了重要信息。14号测点206Pb／238U年龄474 Ma，明显大于其它测点年龄，可能是捕获的锆石，来源于早古生代地壳物质的再循环。其它8个测点年龄较为集中，其206Pb／238U 加权平均年龄为403．1±3．8Ma（95%conf．n＝8，MSWD＝0．81），代表红石滩石英闪长斑岩形成于早泥盆世。

图3 红石滩石英闪长斑岩样品214锆石阴极发光（CL）图像和测点位置图Fig．3 Zircon CL images and locations of analytical spots（214）for quartz diorite porphyries in Hongshitan area

表2 红石滩石英闪长斑岩LA－ICP－MS锆石U－Pb年代学分析结果Table 2 LA－ICP－MS zircon U－Pb analytical data for quartz diorite porphyries in Hongshitan area

图4 红石滩石英闪长斑岩锆石U－Pb谐和曲线图Fig．4 Zircon U－Pb concordia diagram of quartz diorite porphyries in Hongshitan area

5 地质意义

5．1 红石滩石英闪长斑岩体侵位年代的确定

红石滩石英闪长斑岩体样品内岩浆结晶锆石的206Pb／238U 加权平均年龄为403．1±3．8 Ma（MSWD＝0．81），反映了岩浆结晶锆石的生成年龄可能为红石滩石英闪长斑岩体的侵位年龄。结合区域地质资料，红石滩石英闪长斑岩体侵位于中－下泥盆统大长沟群（D1－2D），不仅凝灰质砂岩中含沉积成因的黄铁矿，而且含有化石Siphonophrentissp（管状内沟珊瑚）、Enterolasmasp．（肠状珊瑚未定种）、Cyclopentagonalissp．（圆圆茎未定种）等，说明红石滩石英闪长斑岩体形成早泥盆世，属于加里东期泥盆纪花岗岩。

5．2 东准噶尔古老基底岩系存在的信息

近年来，通过对地质－地球物理的综合研究揭示，准噶尔盆地深部可能存在前寒武纪古基底［19，20］。前人曾在哈尔里克山地区石炭纪砂岩中获得年龄为949 Ma的碎屑锆石［21］，在卡拉麦里组砂岩中获得大量年龄大于550 Ma的碎屑锆石［22］，在塔黑尔巴斯套糜棱杂岩的糜棱岩化花岗闪长岩中获得933 Ma锆石［23］。本文所获得两个残留的继承性锆石生成年龄值（894．1±6 Ma、895±9 Ma）表明，红石滩岩体中包含有新元古代的地壳再循环物质。这些年龄数据进一步说明准噶尔盆地存在寒武纪基底，这与准噶尔盆的地航磁异常显示相吻合，即盆地深部存在古老结晶基底并呈薄板状赋存于地壳中［24］，由此论证了东准噶尔地区地壳深部可能存在或曾经存在新元古代基底岩系。在东天山卡拉布拉克地区获得的含斑状花岗岩的两组LA－ICP－MS锆石U－Pb年龄（942．1±7．2 Ma、941．9±4．9 Ma）［25］，与在东天山星星峡眼球状片麻状花岗岩中获得锆石的SHRIMP U－Pb年龄为 （942±7 Ma）［26］基本一致。由此我们认为，早新元古代时期塔里木周边和天山的古老地块可能曾组成Rodinia超大陆的一部分［26］。进而说明早新元古代时期塔里木盆地及天山的古老地块以及准噶尔盆地古基地都可能是Rodina超大陆的一部分。

5．3 为阿尔泰成矿带铜矿提供新的找矿远景区

从区域上来看，卡拉先格尔斑岩矿集区、乌伦布拉克斑岩矿集区和琼河坝斑岩矿集区呈北西向分布，与主构造线方向一致。该研究区位于乌伦布拉克斑岩矿集区和琼河坝斑岩矿集区之间（图1）。红石滩石英闪长斑岩及其铜矿的发现表明，除了在矿集区外围就矿找矿外，在区域成矿带上也可找到斑岩型铜矿，可能存在一条北西－近东西向的铜成矿带，为该区域进一步寻找铜多金属矿提供了重要依据。该区火山岩及次火山岩仅受到浅剥蚀，是今后探寻隐伏岩体及相关斑岩铜矿的重点找矿方向。

致谢：本文所用1∶5万矿产远景调查项目资料系集体劳动成果。参加野外工作的还有楼法生总工、张芳荣博士以及黄俊平等人。成文过程中，得到楼法生总工、张芳荣博士与李大鹏博士，以及南京大学马东升教授与同位数年龄测试老师的指导与帮助，在此一并表示感谢。

［1］杨文平，张招崇，周刚，等．阿尔泰铜矿带南缘希勒克特哈腊苏斑岩铜矿的发现及其意义［J］．中国地质，2005，32：107－114．

［2］闫升好，藤荣丽，张招崇．新疆阿尔泰山南缘卡拉先格尔斑岩铜矿带成因再认识—来自哈腊苏铜矿硫－铅－氢－氧同位素和40Ar－39Ar年龄的约束［J］．矿床地质，2006，25（3）：292－301．

［3］赵战锋，薛春纪，张立武，等．新疆青河玉勒肯哈腊苏铜矿区酸性岩锆石U－Pb法定年及其地质意义［J］．矿床地质，2009，28（4）：425－433．

［4］陈仁义，刘光海，马义文，等．新疆琼河坝铜金矿化地质特征及成因机理［J］．地质与勘探，1995，31（1）：26－31．

［5］王登红，李华芹，应立娟，等．新疆伊吾琼河坝地区铜、金矿成矿时代及其找矿前景［J］．矿床地质，2009，28（1）：73－82．

［6］屈迅，徐兴旺，梁广林，等．蒙西斑岩型铜矿地质地球化学特征及其对东噶尔琼河坝岩浆岛弧构造属性的制约［J］．岩石学报，2009，25（4）：765－776．

［7］王军，李廷栋，耿树方，等．新疆东准噶尔地区斑岩铜矿地质特征与成因［J］．地球学报，2009，31（3）：423－433

［8］宋彪，张玉海，万渝生，等．锆石SHRIMP样品靶制作、年龄测定及有关现象讨论［J］．地质论评，2002，5（增刊）：26－30．

［9］Jackson S E，Pearson N J，Griffin W L，etal．The application of laser ablation microprobe－inductively coupled plasma－mass spectrometry（LA－ICP－MS）to in situ U－Pb zircon geochronology［J］．Chem．Geol，2004，211：47－69．

［10］Black L P，Gulson B L．The age of the Mud Tank carbonatite，Strangways Range．Northern Territory［J］．BMR J．Aust．Geol．Geophys，1978，3：227－232．

［11］Griffin W L，Belousova E A，Shee S R．Crustal evolution in the northern Yilarn Craton：U－Pb and Hf－ispotope evidence from detrital zircons［J］．Precam Res Syros，2004，131：231－282．

［12］Andersen T．Correction of common Pb in U－Pb analyses that do not report204Pb［J］．Chem Geol，2002，192：59－79．

［13］Ludwing K R．Isoppot：A ploting and regression program for radiogenic－isotope data［R］．US Geological Survey open－file Report，1991：39．

［14］Tomaschek F，Kennedy A K，Villa I M，etal．Zircons fromSyros．Cyclades．Greece－recrystallization and mobilization of zircon during high－pressure metamorphism［J］．Journal of Petrology，2003，44（11）：1977－2002．

［15］Compston W，Williams I S，Kirschvink J L，etal．Zircon U—Pb ages for the Early Cambrian time－scale［J］．Journal of the Geological Society，1992，149（2）：171－184．

［16］Vavr A G，Schmid R and Gebauer D．Internal morphology，habit and U－Th－Pb microanalysis of amphibolite－to－granulite facies zircons：geochronology of the Ivrea Zone（Southern Alps）［J］．Contrib Mineral Petrol，1999，134：380－404．

［17］Roddick J C，Bevier M L．U－Pb dating of granites with inherited zircon：Conventional and ion microprobe results from two Paleozoic plutons．Canadian Appalachians［J］．Chem Geol，1995，119：307－329．

［18］Williams I S．U－Pb Geochronology by ion microprobe．In：Mckibben．M．A．Shanks III．W ．C．Ridley．N．I．（Eds）．Applications of microannalytical techniques to understanding mineralizing processes［N］．Reviews in Economic Geology．vol．7．Society of Economic Geology，1998：1－35．

［19］吴庆福．论准噶尔中间地块的存在及其在哈萨克斯坦板块构造演化中的位置［A］．中国北方板块构造论文集［C］．北京：地质出版社，1987，第2集．

［20］汤耀庆，冯益民．中国板块构造研究的某些新进展［N］．中国地质科学院院报，1984，第10号．

［21］孙桂华，李锦轶，朱志新，等．新疆东部哈尔里克山南麓石炭纪砂岩碎屑错石SHRIMP U－Ph定年及其地质意义［J］．中国地质，2007，34（5）：778－789．

［22］李亚萍，李锦轶，孙桂华，等．准噶尔盆地基底的探讨：来自原泥盆纪卡拉麦里组砂岩碎屑错石的证据［J］．岩石学报，2007，23（7）：1577－1590．

［23］李文铅，冯新昌，李卫东，等．1：25 万纸房幅区域地质［R］．乌鲁木齐：新疆地质调查院第一地质调查所，2000．

［24］张季生，洪大卫，王涛，等．由航磁异常判断准噶尔盆地基底性质［J］．地球学报，2004，25（4）：473－478．

［25］彭明兴，钟春根，左琼华，等．东天山卡瓦布拉克地区片麻状花岗岩形成时代及地质意义［J］．新疆地质，2012，30（1）：1－7．

［26］胡霭琴，韦刚健，邓文峰，等．天山0．9Ga新元古代花岗岩SHRIMP锆石U－Pb年龄及其构造意义［J］．地球化学，2010，39（3）：197－212．