新疆阿舍勒铜锌矿区脆韧性剪切带中绢云母40Ar/39Ar年代学及其地质意义

吴玉峰, 杨富全*, 刘 锋, 周 明, 陈红琦

1)中国地质科学院矿产资源研究所, 国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037; 2)新疆阿舍勒铜业股份有限公司, 新疆哈巴河 836700

新疆阿舍勒铜锌矿区脆韧性剪切带中绢云母40Ar/39Ar年代学及其地质意义

吴玉峰1), 杨富全1)*, 刘 锋1), 周 明2), 陈红琦2)

1)中国地质科学院矿产资源研究所, 国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037; 2)新疆阿舍勒铜业股份有限公司, 新疆哈巴河 836700

新疆阿舍勒 VMS型铜锌矿位于阿尔泰造山带西南缘的阿舍勒盆地, 额尔齐斯深断裂的次级玛尔卡库里大断裂带以北, 矿床赋存于下—中泥盆统阿舍勒组火山岩系中。矿床在主成矿期喷流-沉积阶段形成之后, 遭受岩浆热液叠加、剪切变形作用改造以及表生氧化作用。片理、拉伸线理、S-C面理、旋转碎斑、黄铁矿不对称压力影、流劈理、石英带状消光及扭裂等剪切变形构造在矿区普遍发育。本文通过对脆-韧性剪切作用形成绢云母的40Ar/39Ar同位素测年获得等时线年龄和坪年龄分别为(251.6±2.9) Ma和(251.2±1.6) Ma, 在误差范围内基本一致, 从而限定矿区脆韧性剪切带形成时间为晚二叠世—早三叠世, 为额尔齐斯断裂区域大规模剪切-走滑活动后的局部剪切运动。阿舍勒铜矿主成矿期形成于早泥盆世末期—中泥盆世, 晚二叠世—早三叠世韧性剪切变形对矿床具有一定的改造作用。

脆韧性剪切带; Ar-Ar年龄; VMS铜锌矿; 阿舍勒; 阿尔泰西南缘; 新疆

作为中亚造山带重要组成部分的阿尔泰造山带(Windley et al., 2002; Xiao et al., 2010), 经历了古生代双向增生和中新生代陆内造山作用, 岩浆活动频繁, 构造活动复杂, 孕育了丰富的矿产资源, 是我国重要的贵重、有色和稀有金属成矿带之一。而位于阿尔泰造山带南缘的额尔齐斯大型构造剪切带,作为中亚造山带中的一条重要深大断裂, 是西伯利亚板块与哈萨克斯坦板块的分界带, 孕育了一系列金矿床(点), 如多拉纳萨依、萨尔布拉克、赛都、科克萨依、撒热阔布、托库孜巴依等(芮行健等, 1993;闫升好等, 2004; 李光明等, 2007; 陈柏林等, 2008;申萍等, 2008; 刘飞等2013), 为目前阿尔泰古生代造山带内最重要的金成矿带。

新疆阿舍勒铜锌矿位于阿尔泰造山带西南缘阿舍勒盆地内, 是典型的VMS型矿床(陈毓川等, 1996; Wang et al., 1998), 主要金属矿物为铜锌, 同时也伴生有金, 前人对含矿火山岩形成的构造环境、岩相学、地球化学、矿床特征、矿物学、成矿流体、成矿物质来源、年代学、成矿机制和成矿预测进行了详细的研究工作, 取得了重要成果(陈毓川等, 1996; Wan et al., 2010; 杨富全等, 2013a; Yang et al., 2014)。阿舍勒铜锌矿在喷流-沉积期形成层状主矿体以后,遭受了岩浆热液叠加、变质改造和表生氧化等不同期次的改造作用。阿舍勒盆地毗邻额尔齐斯大断裂,玛尔卡库里断裂和別斯萨拉断裂分别从矿区南北两侧穿过, 矿区断裂构造发育, 特别是脆韧性剪切变形作用强烈, 但对于其形成时代以及对矿床的改造作用还缺乏研究。本文在前人研究、野外地质调查基础上, 以阿舍勒铜锌矿区脆韧性剪切作用形成的绢云母为研究对象, 开展绢云母的49Ar-39Ar测年工作, 限定矿区韧性剪切带形成的时代, 对研究该区域构造运动具有一定的指导意义。

新疆阿舍勒铜多金属矿位于新疆哈巴河县西北约 30 km, 构造位置处于阿尔泰造山带西南缘,玛尔卡库里大断裂的西北缘(图1)。矿区出露地层主要有下—中泥盆统托克雷萨组、阿舍勒组以及上泥盆统齐也组, 新生界古近系、新近系和第四系零星分布。矿区毗邻额尔齐斯深大断裂, 其次级断裂玛尔卡库里断裂以及別斯萨拉断裂从矿区南北侧穿过。该断裂总体走向北西—南东向, 断层面倾向北东, 平面上呈舒缓的反“S”型斜贯全区。矿区内主要发育南北向、北西向、北东向和近东西向四组更次一级断裂, 其中以前两组最发育, 四组断裂属同一构造应力场的配套断裂, 矿区韧性剪切构造发育,靠近断裂带糜棱岩发育, 常见碎裂岩与糜棱岩交织现象(陈毓川等, 1996)。

矿区普遍遭受区域变质作用, 南北向断裂发育, 岩石遭受强烈蚀变, 如高岭土化、绢云母化、绿泥石化, 并具有糜棱岩化及压扭性等特点, 韧性剪切构造发育。断裂带两侧流纹斑岩(图2A)、玄武岩(图2B)、潜流纹岩(图2C, H)、凝灰岩(图2I, M)、矿体(图 2N, O)发生剪切变形, 伴有不同程度糜棱岩化(图2C, G, J, L), 位于断裂带中心部位向两侧边部糜棱岩化由强到弱。发育流劈理(图2B)、拉伸线理(图2D, F)、挤压透镜体(图2D)、S-C面理(图2E)以及旋转碎斑(图2G, K)等构造。显微构造表现为矿物颗粒的定向排列以及石英长石的塑性流动特征:石英、长石的布丁构造(图3A, C); 石英带状消光(图3B); 石英残斑的剪裂隙以及次生边构造(图 3D);黄铁矿不对称压力影(图3E, F, I); 以及黄铁矿、石英剪切过程中产生的张裂隙(图 3G, H)及充填后期次生绢云母及石英, 同时伴有石英的动态重结晶。

图1 阿舍勒铜锌矿床区域地质略图(据杨富全等, 2013a修改)Fig. 1 Regional geological sketch map of the Ashele Cu-Zn deposit(modified after YANG et al., 2013a)

1 样品与测试

1.1 样品特征

绢云母(ASL11-12)采自矿区Ⅱ号矿化带重晶石采坑中的片理化强绢英岩化流纹斑岩, 坐标为N48°17′35.6″, E86°20′49.6″。岩石灰白色, 具变余斑状-基质鳞片粒状变晶结构, 流纹构造被后期韧性剪切变形改造(图 2H), 具有面状构造以及线状构造。斑晶主要为石英, 半自形粒状、熔蚀状, 零星分布, 定向排列, 具有带状消光(图 3B), 粒度一般为0.2~0.8 mm, 部分石英发育剪裂隙(图3D)以及动态重结晶。黄铁矿, 粒度<0.3 mm, 黄铁矿变斑晶周围发育不对称压力影构造(图3E, G), 有些黄铁矿张裂隙被后期绢英岩化切穿(图3G)。基质主要是石英以及次生矿物(5%)白云母、绢云母组成, 为长英质基质绢英岩化产物。次生石英, 它形粒状, 粒度0.1~1 mm, 杂乱分布, 定向排列; 绢云母鳞片状,条纹状、线状定向排列或绕斑晶定向分布。

图2 阿舍勒铜锌矿剪切变形构造特征Fig. 2 Structural features of the ductile shear zone in the Ashele Cu-Zn deposit

图3 阿舍勒铜锌矿剪切变形显微构造特征Fig. 3 Microstructure features of the ductile shear zone in the Ashele Cu-Zn deposit

1.2 测试方法及结果

样品40Ar/39Ar同位素年龄测定在中国地质科学院地质研究所氩-氩实验室进行, 详细实验流程见有关文章(陈文等, 2006; 李洁等, 2012; 孙敬博等, 2012)。样品 ASL11-12总气体年龄为 248.9 Ma。750~1240 ℃的 10个温度阶段构成的坪年龄为(251.2±1.6) Ma (2σ), 对应92.1%的39Ar释放量。相应 的39Ar/36Ar-40Ar/36Ar 等 时 线 年 龄 (ti)= (251.6±2.9) Ma,40Ar/36Ar 初 始 比 值 =283±74, MSWD = 0.47(图4), 坪年龄和等时线年龄在误差范围内一致。

图4 阿舍勒铜锌矿区绢云母40Ar/39Ar年龄谱及等时线图Fig. 4 40Ar/39Ar spectrum and isochron ages of sericite from the Ashele copper-zinc deposit

2 讨论

我们科研团队利用LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年法对阿舍勒组凝灰岩、玄武岩、英安岩, 潜英安岩和石英闪长岩进行了研究。限定阿舍勒组时代归为早—中泥盆世, 阿舍勒铜锌矿Ⅰ号主矿体喷流沉积期形成于早泥盆世末期(388~387 Ma)(杨富全等, 2013a)。本次用于40Ar-39Ar年龄测定的绢云母沿剪切面理分布, 同时绢云母及次生石英颗粒充填于早期破碎的黄铁矿及石英斑晶内部, 表明它们属于韧性剪切变形过程的新生矿物, 其形成时代可以代表矿区韧性剪切变形带形成的时代, 绢云母的坪年龄为(251.2±1.6) Ma, 限定了阿舍勒铜锌矿区韧性剪切变形作用发生在晚二叠世—早三叠世。由此可见, 韧性剪切变形作用晚于阿舍勒火山岩系时代(早中泥盆世), 也晚于成矿时代(388~387 Ma), 韧性剪切变形作用主要对火山岩系和矿体起变形和破坏作用(图 2N, O), 野外并未发现矿体经过剪切变形有成矿物质再富集现象。

额尔齐斯断裂带是中亚造山带中的一条重要深大断裂, 纵穿阿尔泰造山带南缘, 是西伯利亚板块与哈萨克斯坦板块的分界带。带内岩石糜棱岩化强烈, 线理、面理、S-C组构、σ型和δ型旋转碎斑系、压力影、眼球状、石香肠、矿物拉长状、透镜状、石英拔丝发育, 是以压扁变形为主的左行韧性剪切变形(Laurent-Charvet et al., 2002; 周刚等, 2007; 路彦明等, 2009)。阿舍勒铜锌矿毗邻额尔齐斯断裂带, 玛尔卡库里断裂和別斯萨拉断裂从矿区南北两侧穿过, 断裂构造发育, 以北西向、近南北向为主。额尔齐斯断裂带的北部玛尔卡库里具有反“S”型左行走滑断裂的构造特征, 阿舍勒铜锌矿区位于玛尔卡库里巨型反“S”近南北向断裂带东侧,无论是野外地质观察, 还是室内显微构造分析, 均显示了阿舍勒铜锌矿区具有脆韧性剪切变形的特点,为额尔齐斯深大断裂的次级断裂。前人对额尔齐斯断裂带变形时间做了大量年代学工作(杨新岳等, 1994; 程忠富等, 1996; Laurent-Charvet et al., 2002;闫升好等, 2004; 刘飞等, 2013; 杨富全等, 2013b),主要集中在261~297 Ma(表1), 阿舍勒铜锌矿位于额尔齐斯断裂带的北缘, 韧性剪切变形年龄为251 Ma, 表明额尔齐斯断裂在区域大规模剪切-走滑活动之后, 仍存在局部的剪切活动, 并持续到晚二叠世—早三叠世。

表1 额尔齐斯韧性剪切带同位素年龄Table 1 Isotope ages of the Ertix ductile shear zone

随着韧性剪切带以及与韧性剪切带型金矿的提出, 使得有关韧性剪切带的理论及剪切带型金矿控矿机制的研究取得很大进展, 认为韧性剪切带对金矿成矿作用主要为深部韧性剪切变形的元素分异迁出以及中浅层次韧脆性-脆性剪切变形的成矿元素聚集(徐九华等, 1998; Zhu et al., 2007; Dziggel et al., 2010; López-Moro et al., 2013)。中国阿尔泰造山带南缘分布有一系列金矿床(点), 如多拉纳萨依、萨尔布拉克、赛都、科克萨依、撒热阔布、托库孜巴依等, 其空间展布严格受额尔齐斯断裂带控制, 认为与额尔齐斯断裂带的左行走滑韧性剪切作用有关(闫升好等, 2004; 李光明等, 2007; 陈柏林等, 2008;申萍等, 2008; 刘飞等2013)。阿舍勒铜锌矿同时伴生 Au, 主要赋存在喷流-沉积阶段形成的致密块状硫化物矿石中, 致密块状矿石外围的脉状、细脉状、浸染状等矿石不含或含少量Au, Au与Cu在成因上具有很好的一致性, 表明 Au矿化主要形成于早泥盆世末期(Yang et al., 2014)喷流-沉积阶段。阿舍勒铜锌矿区韧性剪切变形发生于 251 Ma左右, 滞后于与额尔齐斯大断裂有关的韧性剪切带型金矿主成矿期 310~270 Ma(闫升好等, 2006), 表明该时期为额尔齐斯区域大规模剪切-走滑活动之后的局部剪切活动(周刚等, 2007)。阿舍勒铜锌矿伴生Au形成于喷流沉积阶段, 矿区脆韧性剪切变形以脆性变形为主, 伴有石英塑性流动等韧性剪切变形特点, 在脆韧性剪切变形带中不存在金的矿化和富集现象,表明该活动规模小, 构造层次较浅。

3 结论

(1)阿舍勒铜锌矿区发育韧性剪切变形带, 矿区下—中泥盆统阿舍勒组、上泥盆统齐也组、火山岩、潜火山岩以及矿体片理化强, 发育不同程度的糜棱岩化, 发育片理、拉伸线理、S-C面理、旋转碎斑、黄铁矿不对称压力影、流劈理、石英波状消光及扭裂等构造。

(2)剪切作用形成绢云母的40Ar-39Ar坪年龄及等时线年龄分别为(251.2±1.6) Ma和(251.6±2.9) Ma,两者在误差范围内基本一致, 从而限定矿区韧性剪切带形成时间为251 Ma, 属于晚二叠世—早三叠世,对矿床具有一定的改造作用。

(3)阿舍勒铜锌矿区存在一期脆韧性剪切事件。额尔齐斯断裂具有漫长而复杂的演化历史, 在区域大规模左行剪切-走滑活动之后仍存在局部的剪切活动, 并持续到晚二叠世—早三叠世。

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WU Yu-feng1), YANG Fu-quan1)*, LIU Feng1), ZHOU Ming2), CHEN Hong-qi2)
1) MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 2) Xinjiang Ashele Copper Co., Ltd., Habahe, Xinjiang 836700

The Ashele Cu-Zn (VMS) deposit is located on the southwest margin of the Altay orogen, north of the Maerkakuli deep fault in the Ertix Hercyian orogenic zone. The deposit occurs in volcanic rocks and pyroclastic rocks of the Middle and Lower Devonian Ashele Formation. After the main exhalative-sedimentary ore-forming stage, the deposit underwent metamorphic reformation, hydrothermal superimposition and supergene oxidation. The brittle ductile shear structures such as schistosity, stretching lineation, S-C fabrics, rotational porphyroclast, asymmetric pressure shadows, flow cleavage, zonal extinction of quartz are well developed in the Ashele Cu-Zn deposit.40Ar/39Ar dating of sericite formed in the brittle ductile shear zone yielded isochron age of (251.6±2.9) Ma and plateau age of (251.2±1.6) Ma. The isochron age is coincident with the plateau age within the error range, which suggests that the timing of brittle ductile shearing deformation in the ore district is the Late Permian–Early Triassic, later than the main ductile shearing deformation age of Ertix sinistral strike-slip regional fault belt. The main metallogenic stage of the Ashele deposit occurred in the Early–Middle Devonian, and Late Permian–Early Triassic brittle ductile shear deformation played some transformation role in the deposit.

ductile shear zone; Ar-Ar age; Cu-Zn (VMS) deposit; Ashele; southwest margin of Altay; Xinjiang

P597.3; P618.4

A

10.3975/cagsb.2015.01.15

本文由“十二五”国家科技支撑计划项目(编号: 2011BAB06B03-02)、国土资源部公益性行业科研专项经费项目(编号: 200911007-06)和国家自然科学基金项目(编号: 41272103)联合资助。

2014-09-05; 改回日期: 2014-10-30。责任编辑: 张改侠。

吴玉峰, 男, 1983年生。博士后。主要从事矿物学、岩石学、矿床学专业研究。E-mail: sdwyufeng02@163.com。

*通讯作者: 杨富全, 男, 1968年生。研究员, 博士生导师。主要从事矿床地质、地球化学研究。E-mail: fuquanyang@163.com。

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