新疆昭苏布合塔铜(金)矿化区花岗质岩石锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其成因

齐天骄，薛春纪，许碧霞

1.地质过程与矿产资源国家重点实验室/中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083 2.内蒙古自治区水利科学研究院，呼和浩特 010020

0 引言

西天山“亚洲金腰带”是古亚洲成矿域东西向绵延2 500 km的巨型跨境成矿带[1-3]，以近邻新疆西天山境外中亚邻区众多世界级和大型—超大型铜金矿床集中产出而备受世人瞩目。近年，在新疆新源县南部新发现的卡特巴阿苏大型金矿床[4-5]初步证实“亚洲金腰带”在我国新疆西天山也呈现出良好的找矿前景。

2007—2008年，新疆汇达矿产资源开发有限公司在本区开展工作并发现布合塔铜(金)矿化点。布合塔矿化区位于昭苏县西南约130 km，天山山脉西端哈尔克山北坡。二长花岗岩和石英闪长岩均呈岩株状侵入于研究区出露地层下伏的凝灰岩地层中，铜(金)矿化主要发现于岩体与围岩接触带及岩体边缘。从地质特征来看，岩体的侵位与矿化有着密切的关系，但目前没有对本区2种岩体的年龄及相关地球化学特征的报道。本文针对研究区广泛出露的中酸性侵入体开展年代学、岩体地质和元素地球化学研究，约束岩浆起源，认识成岩成矿地质环境，旨在为区域金铜成矿研究和找矿突破提供新参考。

1 区域背景与矿化区地质

1.1 区域地质背景

区域大地构造位置位于塔里木—中天山板块与伊犁板块在晚古生代碰撞聚合形成的造山带——中天山地块北缘(那拉提北缘断裂)北部、哈萨克斯坦—伊犁板块西南部边缘(图1a)，该带呈北东东向展布，南、北边界分别受控于哈尔克山断裂和那拉提断裂两条岩石圈断裂。褶皱构造也十分发育。区域地层有古生界、新生界，其中以古生界分布范围最广。古生界又以石炭纪地层尤为发育，遍及中、北部的大部分地区。区域上主要出露志留系上统穷库什太组、阿合牙子组，石炭系下统大哈拉军山组、阿克萨克组下亚组、阿克萨克组上亚组及第四系。

区域岩浆侵入活动主要在华力西期(石炭、二叠纪)。侵入岩呈岩基、岩株、岩瘤、岩墙、岩枝等产出，总体沿70°—80°方向呈带状或长条状展布。早古生代花岗岩主要分布在伊犁板块南缘及部分中天山地区[6-7]。研究认为西天山早古生代花岗岩具有A型花岗岩特征，与洋盆扩张或早古生代造山有关[7]；也有研究显示中天山早古生代花岗岩具活动陆缘的特征[8-9]。朱志新等[10]对西天山古生代花岗岩时空分带研究中指出，在早古生代主要存在2种花岗岩，既有与板块俯冲相关的钙碱性花岗岩，又有与同碰撞相关的花岗岩。

1.2 矿化区地质特征

矿化区出露的地层主要有下石炭统阿克萨克组下亚组、第四系上更新统冰碛堆积冰积物和第四系残坡积物等(图1b)。下石炭统阿克萨克组下亚组岩性主要为灰岩、泥质灰岩、白云质灰岩、硅化灰岩。研究区岩浆岩较为发育，主要表现为中酸性岩浆侵入。出露的岩体主要有二长花岗岩和石英闪长岩。断裂构造主要呈近东西向和北西向，并控制着岩浆岩的侵位和分布。最新的钻孔资料表明，矿化区花岗质岩侵入体与矿化区下伏的凝灰岩地层为侵入接触关系，在岩体边缘及接触带多发育绿泥石化、黄铁矿-磁黄铁矿化及黄铜矿化。关于矿体等地质特征仍在详查中*张招财，姚景利. 新疆昭苏县布合塔多金属矿详查工作总结. 伊宁：新疆福山矿业有限公司，2012.。

2 岩体地质和岩相学

二长花岗岩与石英闪长岩均与地层呈侵入接触关系，岩株状产出。矿化区钻孔岩心岩石特征显示，在岩体与围岩接触带发育Cu(Au)矿化，岩体边缘带及与围岩(多为凝灰质岩)接触带多见硅化、绿泥石化等蚀变。

花岗质岩样品均采自钻孔岩心。二长花岗岩测试样品呈肉红色，中—细粒花岗结构，块状构造(图2a、b)。其中：斜长石体积分数为35%～40%；钾长石体积分数为25%～30%；石英体积分数为15%～20%；角闪石+黑云母体积分数为5%～10%。石英闪长岩样品呈深灰色—灰绿色，细粒结构，块状构造(图2c、d)。其中：斜长石体积分数为35%～40%；钾长石体积分数为5%～10%；石英体积分数为15%～20%；角闪石+黑云母体积分数为25%～30%。

据脚注*杨明礼，王继光，王逢新，等. 新疆昭苏县布合塔矿区实际材料图. 伊宁：陕西省核工业地质局二一一大队，2012. 编。图1 研究区所在西天山大地构造图(a)和研究区地质简图(b)Fig.1 Regional tectonic map(a) and sketch geological map of Buheta mineralization district(b)

a.二长花岗岩；b.二长花岗岩薄片镜下照片；c.石英闪长岩；d.石英闪长岩薄片镜下照片。Q.石英；Pl.斜长石；Or.钾长石；Hb.角闪石。图2 研究区岩浆岩样品与镜下照片Fig.2 Pictures and mircopictures of granits samples from Buheta district

3 分析方法与结果

3.1 分析方法

本次采用的样品均来自矿化区钻孔岩心，新鲜未风化，未见矿化，仅有微弱的硅化(钾化)，从测试结果来看不影响分析。

岩石样品主微量测试完成于中国地质科学院国家地质实验测试中心。主量元素使用X射线荧光分析法(XRF)和湿化学法进行测试，分析精度优于3%；微量元素分析使用等离子质谱(PE300D)进行测试 。先称量50 mg样品置于teflon封闭溶液样器中，加入HNO3、HF和HClO4进行溶解，保持190 ℃恒温封存24 h；取出待冷却后，加热蒸干并加入5%HNO3将样品稀释至50 mL，溶液倒入塑料瓶进行ICP-MS质量分数测定。测试以GSR1和GSR2作为标样，质量分数大于1×10-6的元素测试误差一般小于5%，质量分数小于1×10-6的元素测试误差小于10%。测试结果见表1。

锆石U-Pb测年完成于中国地质调查局天津地质调查中心实验测试室。仪器为Neptune多接收电感耦合等离子质谱仪和193 nm激光取样系统(LA-MC-ICP-MS)联机。实验时使用193 nmFX激光器对锆石进行剥蚀，激光斑束35 μm，激光剥蚀时以He为载气送入Neptune，利用动态变焦扩大色散使质量数相差很大的U-Pb同位素同时接收，以测定U-Pb同位素，锆石标样使用TEMORA标准锆石。数据处理与谐和图绘制使用ICPMSDataCal绘制[11-12]。测试结果见表2。

3.2 年代学

二长花岗岩锆石无色透明，呈长柱状，少数呈短柱状，长宽比值平均约为2∶1，长轴长平均约220 μm，阴极发光照片上显示大部分锆石韵律环带较为发育(图3a)，指示为岩浆锆石；石英闪长岩锆石无色透明，呈长柱状，少数呈短柱状，长宽比值主要为4∶1～3∶1，长轴长主要为150～250 μm，阴极发光照片显示部分锆石内部可见韵律环带，大部分呈现较窄密集的环带，呈扇形结构(图3b)。一般情况下，岩浆锆石的Th、U质量分数较高，Th/U>0.5，而变质成因锆石的Th、U质量分数低，且Th/U<0.1[13-18]。典型的岩浆成因锆石Th/U值一般为0.1～1.0[14, 16, 19]，实验结果显示锆石样品Th/U值(表2)符合岩浆锆石的特征。二长花岗岩锆石样品中，所测谐和年龄值(434.6±5.9)Ma(MSWD=0.67)(图4a)与所测16个点的206Pb/238U加权平均年龄为(434.5±4.6)Ma(MSWD=0.76)(图4b)相近，加权年龄值代表岩浆侵位年龄；石英闪长岩锆石样品谐和年龄计算结果为(447.4±7.1)Ma(MSWD=1.5)(图4c)，与所测得20个点的加权平均年龄为(445.7±5.1)Ma(MSWD=1.5)(图4d)相近，加权平均年龄可代表岩浆侵位年龄。

表1 研究区花岗质岩主量、微量、稀土元素测试结果

注：主量元素质量分数单位为%；稀土、微量元素质量分数单位为10-6。

表2 研究区岩浆岩锆石LA-ICP-MS分析结果

图3 研究区二长花岗岩(a)和石英闪长岩(b)代表性锆石阴极发光照片Fig.3 CL images of representative zircons from monzogranite(a) and quart diorite(b) in Buheta district

图4 研究区二长花岗岩锆石谐和图及加权年龄图(a)和石英闪长岩锆石谐和图及加权年龄图(b)Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagrams and U-Pb age histograms of monzogranite(a)and quartz diorite(b) in the study area

3.3 岩石地球化学

研究区岩石样品元素相关图解如图5所示。

二长花岗岩w(SiO2)为64.84%～66.37%，平均为65.61%；w(Al2O3)为14.25%～14.73%；w(CaO)为2.61%～3.25%；w(K2O)为4.67%～4.88%；w(Na2O)为2.75%～2.97%(表1)。里特曼指数为2.49～2.69，为钙碱性；铝饱和指数A/CNK为1.35～1.42，属过铝质；w(K2O)-w(SiO2)图解上投点落入钾玄岩系列(图5a)。铝饱和指数判别图上，样品点落入过铝质范围内(图5b)。

二长花岗岩稀土总量w(ΣREE)为(286.20～318.96)×10-6，Eu呈现负异常，δEu值为0.67～0.77，轻重稀土元素比值LREE/HREE为11.54～12.65。球粒陨石标准化曲线(图6a)呈较陡右倾，(La/Yb)N值为16.66～19.28，呈现轻稀土元素相对富集的特征；球粒陨石标准化蛛网图(图6b)显示，二长花岗岩相对富集Ba、Th、U等元素，相对亏损Nb、Ta等元素。

石英闪长岩w(SiO2)为58.99%～60.74%，平均60.01%；w(Al2O3)为16.21%～17.22%；w(CaO)为3.52%～4.53%；w(K2O)为3.18%～4.54%，w(Na2O)为2.37%～2.77%。里特曼指数为1.82～2.98，呈钙碱性；铝饱和指数A/CNK为1.47～1.71，属过铝质；w(K2O)-w(SiO2)图解中投点主要落于钾玄岩系列范围(图5a)。铝饱和指数判别图上，样品点落入过铝质范围内(图5b)。

a底图据文献[20]；b底图据文献[21]；c底图据文献[22]；d底图据文献[23] 。a.w(K2O) -w(SiO2)图解；b.花岗岩铝质判别图；c.A/MF-C/MF图解；d.Rb/Ba-Rb/Sr图解。图5 研究区岩石样品元素相关图解Fig.5 Major and trace elements diagrams for the granites from Buheta district

图例同图5。标准化数据据文献[24]。图6 研究区岩石样品稀土、微量元素配分图Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns and trace elements of the granites of the study area

石英闪长岩稀土元素总量w(ΣREE)为(258.64～320.32)×10-6，Eu为负异常，δEu值为0.75～0.80，轻重稀土元素比值LREE/HREE为7.30～10.04。球粒陨石标准化曲线(图6c)呈较陡右倾，(La/Yb)N值10.00～13.32，轻稀土元素相对富集。微量元素测试结果见表2，球粒陨石标准化蛛网图(图6d)显示，Ba、Th、U等元素相对富集，Nb、Ta等元素相对亏损。

4 讨论

4.1 含矿岩体的成因

一般S型花岗岩A/CNK>1.1，本区二长花岗岩样品A/CNK值为1.35～1.42，且在A/NK-A/CNK图解上样品点落于S型花岗岩区域，推断其属于S型花岗岩，为地壳物质熔融的产物。样品Nb/Ta值为11.96～12.36，与地壳平均值相近(12～13)[25-26]。由泥质岩为源岩的花岗岩CaO/Na2O的值一般小于0.3，而以富长石、贫黏土的砂屑岩为源岩而形成的花岗岩CaO/Na2O的值一般大于0.3[27]，本次二长花岗岩样品CaO/Na2O值为0.88～1.11，在A/MF-C/MF源岩判别图上，二长花岗岩样品点落在变杂砂岩区域(图5c)，同样在Rb/Ba-Rb/Sr源岩判别图上，二长花岗岩样品点落在砂岩/页岩与杂砂岩区域(图5d)，这指示了研究区花岗质岩源岩主要为砂岩类[27-29]。二长花岗岩呈现LREE相对富集的特征，Nb、Ta相对亏损，Nb/La值(0.37～0.46)较低，同样指示了源岩有地壳物质的参与。Fe2O3、MgO、CaO与SiO2呈弱负相关，可能指示了岩浆发生过辉石/角闪石的分离结晶，而Al2O3、Eu与SiO2无明显负相关，说明岩浆中斜长石的结晶分异作用不明显。

石英闪长岩样品投点主要落入钾玄岩系列(图5a)，铝质判别图上均落入过铝质区域(图5b)，显示与二长花岗岩十分相近的岩石地球化学性质。石英闪长岩样品A/CNK值大于1.1，在A/NK-A/CNK判别图中，样品投点均落在S型花岗岩区域(图5b)。CaO/Na2O值为1.27～1.91，大于0.3；且在A/MF-C/MF图上，样品主要落于变杂砂岩区域与变基性岩区域交界位置(图5c)；Rb/Ba-Rb/Sr图中，样品点落于杂砂岩区域(图5d)；这些说明石英闪长岩源岩主要为杂砂岩。Fe2O3、CaO与SiO2呈现负相关，可能指示了岩浆发生过辉石/角闪石的分离结晶，Al2O3、Eu与SiO2具有一定的负相关，说明岩浆中存在有一定斜长石的结晶分异作用。

4.2 含矿岩体的时代和构造背景

以上的测试分析表明，研究区的岩浆活动在晚奥陶世晚期到早志留世。西天山早古生代花岗岩浆活动较为频繁，沿中天山北缘在吉尔吉斯斯坦境内，奥陶纪Arenigian洋壳-岛弧杂岩被470～435 Ma的花岗岩大面积侵入[2, 31-32]，新疆西天山的拉尔墩达坂发现有457 Ma的花岗岩[7]，在巴音布鲁克地区发现侵入于一套火山岩地层的正长斑岩和花岗闪长岩，年龄为441、455 Ma[33]，伊犁板块南缘发现有430 Ma的碱长花岗岩，中天山地区也发现有437 Ma的花岗闪长岩[6]。

早古生代，帖尔斯克依洋已经存在于伊犁板块与中天山板块之间，并向两侧伊犁板块和中天山板块发生双向俯冲，大约在奥陶纪帖尔斯克依洋关闭[2, 34-35]，中天山干沟地区志留纪前陆盆地碎屑岩陆源锆石最年轻的年龄研究显示为461 Ma[36]，说明境内帖尔斯克依洋的闭合时间大概在早奥陶世末期。同时，中天山—塔里木板块开始拉张，古南天山洋开始形成。在早志留世早期，开始向中天山—伊犁板块俯冲，主要形成火山弧型花岗岩。前人[6]研究表明伊犁板块南缘早古生代主要发育470 Ma地壳熔融形成的花岗岩类及430 Ma的后碰撞碱长花岗岩。本区花岗岩侵位年代为455.7～434.5 Ma，为晚奥陶世到早志留世，此时中天山板块与伊犁板块基本已经闭合，南天山洋尚未开展大规模俯冲。在w(Rb)-w(Yb+Ta)与w(Rb)-w(Y+Nb) 构造判别图(图7)上，二长花岗岩与石英闪长岩投点均落于同碰撞/火山弧与板内交界位置，这说明研究区岩浆形成背景可能处于同碰撞向后碰撞过渡阶段或者为后碰撞环境，本区岩浆可能主要由中下地壳变质杂砂岩发生部分熔融形成。同样，在布合塔矿化区发育的晚奥陶—早志留世的过铝质S型花岗岩也反映了帖尔斯克依洋在当时已经闭合，大致处于后碰撞环境。

图例同图5。底图据文献[30]。图7 研究区构造判别图Fig.7 Diagrams of tectonic setting of Buheta deposit

5 结论

1)布合塔矿化区二长花岗岩、石英闪长岩均为过铝质钾玄岩系列，A/CNK分别为1.35～1.42、1.47～1.71；微量元素均相对富集Ba、Th、U、LREE等，均亏损Nb、Ta等元素；总体均显示S型花岗岩特征。

2)布合塔矿化区发育的二长花岗岩、石英闪长岩锆石U-Pb年龄分别为(434.5±4.6)Ma、(445.7±5.1) Ma，可能是变杂砂岩部分熔融作用的产物。其形成于帖尔斯克依洋关闭后，为晚奥陶世—早志留世伊犁地块与中天山地体碰撞过程中形成的壳源S型花岗岩。

致谢：在野外地质调查中福山矿业公司丁光学等同志给予了大力帮助，在室内试验中，赵晓波博士、郑伟博士及实验室有关工作人员给予了有益指导，在此一并表示感谢！

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