西准噶尔北金齐地区英安斑岩地球化学特征及地质意义

陈勇 付乐兵 黎琼礼 陈耀 赵旭 王谋

摘  要：北金齐地区出露一套英安斑岩，内部及周缘发育钾化到青磐岩化蚀变带，部分地段见孔雀石化，指示深部可能存在斑岩型铜矿化。为进一步评价该区找矿潜力，对该区英安斑岩进行锆石U-Pb年代学、微量元素、Hf同位素和全岩地球化学研究，结果显示，英安斑岩锆石206Pb/238U加权平均年龄为（305.6±1.3） Ma;岩石富SiO2、Al2O3，贫MgO、CaO、TiO2，属准铝质-过铝质高钾钙碱性岩石。英安斑岩整体上富集轻稀土和大离子亲石元素，亏损高场强元素，具弱负铕异常和较高εHf（t）值（15.7～19.5）。综合研究表明，英安斑岩应源于后碰撞伸展环境下新生地壳的部分熔融。锆石微量元素结果指示，英安斑岩氧逸度高于铁橄榄石-磁铁矿-石英缓冲线两个对数单位，该岩体有利于斑岩型矿床的形成。综合研究区矿化-蚀变及英安斑岩地球化学特征，认为北金齐地区具较大的斑岩型矿床找矿潜力。

关键词：卡拉岗组;英安斑岩;新生地壳;氧逸度;斑岩型矿床

中亚造山带是受古亚洲洋演化控制的古生代构造-岩浆-成矿带[1]，西准噶尔地区地处中亚造山带腹地，区内广泛发育古生代蛇绿带、花岗岩、中基性岩墙，表明该时期经历了复杂的构造演化过程[2]。该区北部和南部广泛出露晚石炭—早二叠世卡拉岗组火山岩，北部主要出露于萨吾尔地区，为一套陆相中基性-中酸性火山岩及火山碎屑岩，成岩时代为283～280 Ma[3];南部主要产出于扎伊尔火山岩带，为酸性火山熔岩和火山碎屑岩[4]，成岩时代为312～295 Ma[5-6]。卡拉岗组火山岩成因争议较大，目前有幔源岩浆分离结晶、壳幔岩浆混合和新生地壳部分熔融等不同观点[6-8]。关于成岩构造环境，有后碰撞伸展构造和洋脊-板片窗构造等不同认识[9-15]，一定程度上限制了人们对西准噶尔古生代区域构造演化过程的认识。近年勘查工作发现，南部扎伊尔火山岩带北段北金齐地区卡拉岗组火山岩内不同层位发育有大量火山岩型铀矿化，产出的英安斑岩及周围地段发育大量铜矿化和钾化、硅化、青磐岩化等蚀变，指示区内可能发育有斑岩型矿化，目前尚未见该英安斑岩系统研究的报道。为此，本文重点对北金齐地区英安斑岩的岩石学、年代学及地球化学开展综合研究，探讨深部岩浆起源和成岩构造背景，结合区内矿化、蚀变、岩体氧逸度特征，进一步综合评价研究区寻找斑岩型矿床的潜力。

1  区域地质

西准噶尔地区发育3条左行走滑断裂，由北向南依次为巴尔鲁克断裂、玛依勒断裂和达拉布特断裂，3条断裂控制区域上大部分地层、岩浆岩及矿产的展布（图1-A）。区内发育奥陶—二叠系，泥盆系和石炭系，火山-碎屑沉积建造分布最广。侵入岩按形成时代可分为晚志留—早泥盆世（422～405 Ma）、早石炭世（340～320 Ma）和晚石炭—早二叠世（310～290 Ma）3个阶段[16]。晚志留—早泥盆世侵入岩主要分布在谢米斯台和萨吾尔地区，岩石类型以花岗岩为主，具A型花岗岩特征;早石炭世岩浆岩主要分布在北部地区，岩性主要为辉石闪长岩、二长闪长岩和二长花岗岩，显示I型花岗岩特征，为俯冲环境下岩浆活动产物;晚石炭—中二叠世侵入岩主要分布在玛依勒断裂两侧，以钾长花岗岩为典型代表，具A型花岗岩特征，可能系后碰撞岩浆活动下产物[10]。

2  研究区地质与样品岩相学特征

北金齐区出露地层主要有中泥盆统库鲁木迪组、下二叠统卡拉岗组和中二叠统库吉尔台组（图1-B）。库鲁木迪组分布在南部，主要岩性为凝灰岩、细砂岩和硅质岩。卡拉岗组分布在北部和东部，出露面积较大，自下而上可分为6个岩性段（图1-B显示其中5个岩性段），依次为中性火山碎屑岩段;中酸性火山熔岩夹火山碎屑岩段;中酸性火山碎屑岩段;中酸性火山熔岩夹碎屑岩段;中性火山熔岩段和火山碎屑沉积岩段。整体上不同岩性段围绕北金齐火山岩盆地呈环状产出。库吉尔台组分布在中部，为一套湖沼相碎屑岩建造，自下而上岩性段主要为杂色砂岩段和凝灰质砾岩夹砂岩段。区内侵入岩为华力西晚期浅成岩，多呈岩墙、岩锥、岩脉及岩株产出。区内断裂发育，主要发育近EW向和NNE向两组。

本次研究的英安斑岩样品主要采自中南部的II号工区（图1-B、图2），岩石呈浅紫红色，斑状结构，块状构造，斑晶主要为斜长石及少量石英，体积分数约15%。斜长石多为长板状，粒径2～4 mm，石英多呈半自形-他形粒状，粒径0.2～0.5 mm，基质主要为微晶长英质，镜下可观察到局部碳酸盐化发育（图3）。英安斑岩围岩为卡拉岗组第四岩性段，该岩性段第一至第五层依次围绕英安斑岩由内向外展布，依次发育钾化、硅化到青磐岩化的蚀变分带（图2）。另英安斑岩南部还发育多处孔雀石化，呈薄膜状或浸染状产出，其中1、3、4号为矿体，品位和视厚度分别为0.227%、4.5 m，0.432%、6.1 m，0.262%、3.3 m。

3  分析方法及分析結果

3.1  锆石U-Pb年代学及微          量元素

锆石阴极发光图像、U-Pb定年及微量元素测试在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室（GPMR）完成，采用ICPMSDataCal进行数据处理[17]，谐和图和加权平均计算使用Isoplot进行。锆石颗粒多为长柱状，少数为近似粒状，长宽比为1∶1～4∶1，多具良好的振荡环带（图4）。25个分析点显示锆石的Th/U值多为0.40～0.54，表现出岩浆锆石特征[18]。锆石206Pb/238U加权平均年龄为（305.6±1.3） Ma（MSWD=0.32）。本次研究还利用锆石微量元素及英安斑岩主微量元素对氧逸度进行了计算，具体计算原理见文献[19-21]，结果列于表1。结果表明，英安斑岩log（fo2）为-27.82～-15.78，ΔFMQ（相对于铁橄榄石-磁铁矿-石英缓冲线的差值）为-0.85～4.80（表1）。

3.2  岩石主量元素地球化学特征

全岩主量元素测试在澳实分析检测（广州）有限公司完成，使用X荧光光谱仪（XRF）进行测试，分析精度优于5%。英安斑岩具较高的SiO2含量，为67.72%～70.84%，Al2O3含量为14.34%～14.99%，低MgO含量为0.28%～0.42%、CaO含量0.26%～1.12%和TiO2含量0.30%～0.38%，全碱Na2O+K2O值较高且稳定，为9.56%～9.76%，Mg#值较低，为15.9～21.1（表2）。K2O-SiO2图显示英安斑岩属高钾钙碱性系列，A/NK-A/KNC图解显示为准铝质-过铝质岩石（图5A-B）。

3.3  岩石稀土和微量元素特征

全岩微量元素（含稀土）在GPMR采用Agilent7500a等离子体质谱仪（ICP-MS）测定，分析精度（RSD）优于5%。英安斑岩稀土元素总量为108×10-6～120×10-6，LREE/HREE比值为6.37～7.16，（La/Yb）N比值为5.89～6.91，指示其相对富集轻稀土元素、亏损重稀土元素，具弱负Eu异常，δ（Eu）=0.60～0.79。岩石富集大离子亲石元素Rb，Th，K和Pb，亏损高场强元素Ta，Nb和Ti，同时U，Ce和Sr元素也显示不同程度负异常，Ba，Pb和P元素显示正异常（图5-C-D，表2）。

3.4  锆石Hf同位素特征

锆石Hf同位素测试在GPMR利用激光剥蚀多接收杯等离子体质谱（LA-MC-ICP-MS）完成，分析结果见表3。样品的176Yb/177Hf值为0.018 310～0.044 406;176Lu/177Hf值为0.000 674～0.001 494，所有分析点的176Lu/177Hf比值均小于0.001 5，表明源区基本没有放射性成因Hf积累，获得的176Hf/177Hf比值能代表源区Hf同位素组成。英安斑岩具一致的176Hf/177Hf初始比值（0.282 963～0.283 006）和相对集中且较高的εHf（t）值（15.7～19.5）。

4  讨论

4.1  岩石成因

如前所述，北金齐地区英安斑岩具高的SiO2和Al2O3含量，低MgO、TiO2含量，属准铝质-过铝质高钾钙碱性花岗质岩石。岩石整体富集大离子亲石元素Rb，Th，K和Pb，亏损高场强元素Ta，Nb。该地球化学特征指示岩石具岛弧岩浆岩特征，幔源岩浆分离结晶、壳幔岩浆混合和新生地壳部分熔融等过程都可能形成此类岩石[6-8]。岩石内极低且非常一致的MgO（0.28%～0.42%）、Cr（3.10×10-6～10.96×10-6）、Ni（1.11×10-6～6.41×10-6）、Co（0.39×10-6～12.47×10-6）等相容元素含量排除了岩浆源区存在明显的地幔物质参与，即岩浆深部源区以地壳熔融为主导。由于西准噶尔地区不存在前寒武纪地壳基底[7]，表明该类岩石不可能由古老地壳部分熔融产生，其源区应以新生地壳为主。本次获得的英安斑岩锆石Hf同位素具相对集中且高的εHf（t）值（15.7～19.5），进一步指示岩浆应来源于新生地壳的部分熔融。

前人研究表明，西准噶尔地区围绕玛依勒断裂和达拉布特断裂两侧发育大量与卡拉岗组同时代的A型花岗岩，如庙尔沟、阿克巴斯陶、哈图等岩体。这些A型花岗岩年龄为329～276 Ma，峰值年龄为304 Ma[6]，与本次研究获得的英安斑岩年龄（305 Ma）基本一致，两者应属同一期岩浆活动产物。区域上这些A型花岗岩岩体的稀土和微量元素组成与北金齐地区卡拉岗组岩浆岩非常接近[9， 14]，不同元素亏损富集程度基本一致，认为研究区岩浆岩与区域上相邻同时代A型花岗岩具相似源区和演化过程。前人对上述A型花岗岩进行的岩石地球化学研究表明，源区为新生地壳[9， 14]。因此，从区域上看北金齐地区英安斑岩应来源于新生地壳的部分熔融。

北金齐地区英安斑岩和英安岩主微量元素特征极一致（图5），表明两者具相似源区和成岩过程，仅在后期地表产状存在差异。相对而言，区内流纹岩具更高的SiO2、Al2O3、U、Nd、Hf和稀土含量，显示更强的负Eu异常和更低的Ba，Sr元素含量，可能源于流纹岩更高的分异演化程度。英安斑岩、英安岩和流纹岩内TiO2、Fe2O3、P2O5、Al2O3、MgO、CaO与SiO2之间的明显负相关性也指示岩浆上升过程中普遍经一定程度的角闪石、斜长石、榍石和磷灰石的分离结晶作用。随结晶分异程度的提高，流纹岩相对更偏酸性，并在其他系列主微量元素上显示与英安斑岩、英安岩的差异。

4.2  动力学背景

西准噶尔地区已发现古生代蛇绿（混杂）岩带6条，分别是唐巴勒、玛依勒、达尔布特、巴尔雷克、克拉玛依和洪古勒楞，报道年龄主要为（572±9）～（332±14） Ma[22-25]，说明西准噶尔地区寒武纪到泥盆纪一直处于大洋环境。区域上发现的大量早石炭世I型花岗岩富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，显示岛弧岩浆特征，指示古亚洲洋在该时期从扩张转为收缩，西准噶尔地区整体进入大陆边缘演化阶段[2， 10]。前人对玛依勒地区石炭纪太勒古拉组、希贝库拉斯组等碎屑沉积岩内锆石开展的年代学研究表明，西准噶尔地区在晚石炭时期可能已转为陆相环境[2]。区域上产出的同期沉积岩和火山岩地层均为河湖、湖泊相，也印证该时期西准噶尔地区已演化到陆内环境。西准噶尔地区发育大量晚石炭到早二叠世A型花岗岩，进一步指示该时间段区域上已进入碰撞后拉張环境[9-10]。王国灿等基于综合构造分析认为[26]，西准噶尔晚古生代末期古应力场方向为近NS向伸展，对应后碰撞环境。研究区内英安斑岩锆石206Pb/238U加权平均年龄为（305.6±1.3） Ma，表明其形成于晚石炭世，正好对应于区域上的造山后伸展背景。

此外，区内英安斑岩样品La/Nb平均值为3.34，Ba/Nb平均值为156.43，Zr/Y平均值为6.98，轻重稀土元素分异程度相对较高，Nb，Ta和Ti元素亏损，指示其可能为伸展构造环境下形成的钙碱性火成岩，与后碰撞岩浆岩较相似[27]。结合区域上同时代庙尔沟、阿克巴斯陶及哈图等A型花岗岩产出的地质事实，笔者认为北金齐地区英安斑岩应形成于后碰撞伸展环境。

4.3  找矿潜力分析

汇聚板块边缘是形成斑岩型铜矿床最重要构造环境，板块汇聚过程中俯冲、碰撞、后碰撞等不同构造演化阶段所形成的岩浆岩都具形成斑岩型矿床的潜力，这类岩体通常具高氧逸度特征[28]。前述英安斑岩形成于后碰撞伸展背景下，表明其具形成斑岩型矿床的基本条件之一。在10000/T（K）-log（fo2）图上，所有样品都落在了FMQ缓冲线上方，计算获得的ΔFMQ集中在-0.38～4.80，指示其氧逸度相对较高（图6，表1）。当中酸性岩体氧逸度高于FMQ缓冲线两个对数单位时（ΔFMQ+2），就可促使金属元素发生迁移并进一步沉淀成矿[29]。因此，本文获得的较高氧逸度数据也指示英安斑岩具较好的形成斑岩型矿床潜力。另前期勘查工作发现，在Ⅱ号工区围绕英安斑岩由内至外依次发育钾化、硅化和青磐岩化蚀变，蚀变类型和空间分带与斑岩型矿床蚀变分带高度吻合（图2）。卡拉岗组第4岩性段中发育大量孔雀石化进一步指示深部可能存在原生硫化物，区内钻孔揭露的隐爆角砾岩也表明，矿区深部可能存在隐伏含矿斑岩体。综上，笔者认为区内寻找隐伏斑岩型矿床潜力较大，亟待进一步工程验证。

5  结论

（1）北金齐地区英安斑岩锆石U-Pb年龄为（305.6±1.3） Ma，属高钾钙碱性-钙碱性准铝质-过铝质岩石。主微量元素和同位素地球化学综合研究表明其源于后碰撞伸展环境下新生地壳的部分熔融。

（2）综合研究区英安斑岩形成背景、地球化学特征及围绕岩体发育的蚀变、矿化特征，笔者认为西准噶尔北金齐地区具较大的斑岩型铜矿床找矿潜力。

致谢：高翔、田宁、陈冲等人参与野外采样工作，审稿人对论文提出建设性修改意见，在此一并致谢。

参考文献

[1]    高俊，朱明田，王信水，等. 中亚成矿域斑岩大规模成矿特征：大地构造背景、流体作用与成矿深部动力学机制[J]. 地质学报，2019（1）： 24-71.

[2]    高睿，肖龙，王国灿，等. 西准噶尔晚古生代岩浆活动和构造背景[J]. 岩石学报，2013（10）： 3413-3434.

[3]    谭绿贵，周涛发，袁峰，等. 新疆西准噶尔卡拉岗组火山岩40Ar～39Ar年龄[J]. 地质科学，2007（3）： 579-586.

[4]    周涛发，袁峰，杨文平，等. 西准噶尔萨吾尔地区二叠纪火山活动规律[J]. 中国地质，2006（3）： 553-558.

[5]    紀文涛. 西准噶尔托里地区含铀火山岩年代学、地球化学研究[D]. 中国地质大学（北京）， 2015.

[6]    高翔，魏俊浩，付乐兵，等. 西准噶尔托里地区卡拉岗组火山岩地球化学特征及其构造意义[J]. 地质科技情报，2014（5）： 16-24.

[7]    韩宝福，何国琦，王式洸. 后碰撞幔源岩浆活动、底垫作用及准噶尔盆地基底的性质[J]. 中国科学（D辑：地球科学），1999（1）： 16-21.

[8]    Chen B， Arakawa Y. Elemental and Nd-Sr isotopic geochemistry of granitoids from the West Junggar foldbelt （NW China）， with implications for Phanerozoic continental growth[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2005， 69（5）： 1307-1320.

[9]    苏玉平，唐红峰，侯广顺，等. 新疆西准噶尔达拉布特构造带铝质A型花岗岩的地球化学研究[J]. 地球化学，2006（1）： 55-67.

[10]  陈家富，韩宝福，张磊. 西准噶尔北部晚古生代两期侵入岩的地球化学、Sr-Nd同位素特征及其地质意义[J]. 岩石学报，2010（8）： 2317-2335.

[11]  李宗怀，韩宝福，李辛子，等. 新疆准噶尔地区花岗岩中微粒闪长质包体特征及后碰撞花岗质岩浆起源和演化[J]. 岩石矿物学杂志，2004（3）： 214-226.

[12]  Tang G， Wang Q， Wyman D A， et al. Recycling oceanic crust for continental crustal growth： Sr-Nd-Hf isotope evidence from granitoids in the western Junggar region， NW China[J]. Lithos，2012，      128-131： 73-83.

[13]  Yin J， Yuan C， Sun M， et al. Late Carboniferous high-Mg dioritic dikes in Western Junggar， NW China： Geochemical features， petrogenesis and tectonic implications[J]. Gondwana Research，2010， 17（1）： 145-152.

[14]  Geng H， Sun M， Yuan C， et al. Geochemical， Sr-Nd and zircon U-Pb-Hf isotopic studies of Late Carboniferous magmatism in the West Junggar， Xinjiang： Implications for ridge subduction？[J]. Chemical Geology，2009， 266（3-4）： 364-389.

[15]  肖文交. 新疆北部石炭纪-二叠纪独特的构造-成矿作用：对古亚洲洋构造域南部大地构造演化的制约[J]. 岩石学报，2006， 022（5）.

[16]  Chen J， Han B， Ji J， et al. Zircon U-Pb ages and tectonic implications of Paleozoic plutons in northern West Junggar， North Xinjiang， China[J]. Lithos，2010， 115（1-4）： 137-152.

[17]  Liu Y， Hu Z， Gao S， et al. In situ analysis of major and trace elements of anhydrous minerals by LA-ICP-MS without applying an   internal standard[J]. Chemical Geology，2008， 257（1-2）： 34-43.

[18]  吴元保郑永飞. 锆石成因矿物学研究及其对U-Pb年龄解释的制约[J]. 科学通报，2004（16）： 1589-1604.

[19]  Zhang C， Sun W， Wang J， et al. Oxygen fugacity and porphyry mineralization： A zircon perspective of Dexing porphyry Cu de     posit， China[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta，2017， 206：       343-363.

[20]  Smythe D J， Brenan J M. Magmatic oxygen fugacity estimated using zircon-melt partitioning of cerium[J]. Earth and Planetary Science Letters，2016， 453： 260-266.

[21]  Smythe D J， Brenan J M. Cerium oxidation state in silicate melts： Combined f O 2 ， temperature and compositional effects[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta，2015， 170： 173-187.

[22]  杨高学，李永军，佟丽莉，等. 西准噶尔玛依勒地区枕状玄武岩年代学、地球化学及岩石成因[J]. 岩石学报，2016， 32（2）： 522-536.

[23]  Xu Z， Han B， Ren R， et al. Ultramafic-mafic mélange， island arc and post-collisional intrusions in the Mayile Mountain， West Junggar， China： Implications for Paleozoic intra-oceanic subduction-accretion process[J]. Lithos， 2012， 132-133： 141-161.

[24]  Yang G， Li Y， Santosh M， et al. A Neoproterozoic seamount in the Paleoasian Ocean： Evidence from zircon U-Pb geochronology and geochemistry of the Mayile ophiolitic mélange in West Junggar， NW China[J]. Lithos，2012， 140-141： 53-65.

[25]  Yang G， Li Y， Gu P， et al. Geochronological and geochemical study of the Darbut Ophiolitic Complex in the West Junggar （NW China）： Implications for petrogenesis and tectonic evolution[J]. Gondwana Research，2012， 21（4）： 1037-1049.

[26]  王國灿，肖龙，龚一鸣，等. 西准噶尔造山带区域构造演化的几点新认识[C]. // 第五届构造地质与地球动力学学术研讨会. 武汉，2014，120-122

[27]  刘新秒. 后碰撞岩浆岩的大地构造环境及特征[J]. 前寒武纪研究进展，2000（2）： 121-127.

[28]  徐文刚，范宏瑞，胡芳芳，等. 氧化性和还原性斑岩型矿床流体成矿特征分析[J]. 地学前缘，2011， 18（5）： 104-120.

[29]  魏少妮，朱永鋒. 新疆包古图中酸性岩浆侵位的P-T-f O2条件及岩体地球化学研究[J]. 地质学报，2010， 84（7）： 1018-1029.

Geochemical Characteristic and Geological Significance of Dacite Porphyry in the Beijinqi Area， West Junggar

Chen Yong1， Fu Lebing1， Li Qiongli1， Chen Yao1， Zhao Xu1， Wang Mou2

（1.School of Earth Resources， China University of Geosciences， Wuhan，Hubei， 430074，China; 2.NO.216 Geologic Party，CNNC ，Urumqi，Xinjiang，830011，China）

Abstract：The Kalagang Formation dacite porphyry are exposed in the Beijinqi area， potash and propylitization alterations are developed around the dacite porphyry in the central part of the study area. Malachitization is found in some parts of the area.， indicating that there may be hidden porphyry copper mineralization in the deep. In this paper， the systematic petrology， zircon U-Pb geochronology and petrochemical study of the dacite porphyry were conducted.The weighted average age of zircon 206Pb/238U for the dacite porphyry is（305.6 ± 1.3）Ma （MSWD=0.32）. Dacite porphyry characteristics in major elements： SiO2 and Al2O3 are high， whereas MgO， CaO， and TiO2 are low. They belong to the high K calc-alkaline to calc–alkaline series and show metaluminous–peraluminous characteristics. The dacite porphyry is enriched with light rare earth and large ion lithophile elements， loss of high field strong elements， negative Eu anomalies and high εHf（t） value （15.7～19.5）.The comprehensive research indicates that the dacite porphyry might derived from the partial melting of juvenile crust in the post-collisional setting. The calculation of the zircon oxygen fugacity of dacite porphyry shows that the oxygen fugacity values of most zircon analysis points are higher than the two logarithmic units of FMQ buffer.. Based on the comprehensive regional geology and the characteristics of the ore body in the study area， it is preliminarily believed that the Beijinqi area has a large prospecting potential for porphyry copper deposits.

Key words：Kalagang Formation; Dacite porphyry; Juvenile crust ; Oxygen fugacity; Porphyry deposits