新疆东天山三岔口西铜矿床中辉钼矿Re-Os定年结果及其意义

廖开立，吕昶良

(广西壮族自治区地球物理勘察院，广西 柳州 545005)

0 引言

20世纪90年代，土屋—延东大型斑岩铜矿床的发现使得其所在的东天山大南湖—头苏泉岛弧带成为了新疆寻找斑岩铜矿床的热点区域。在接下来的二十多年里，学者们对土屋—延东矿床的矿床地质特征[1-2]、地球化学特征[3-4]、矿床成因[5-7]等方面做了详细的研究，并以此为基础，在其临近区域发现了赤湖、灵龙、福兴、玉带等一些列中—小型斑岩铜矿床及矿点[8-9]。然而，这些突破均集中在大南湖—头苏泉岛弧带的西段，对于该带的东段，一直未有大的突破。随着研究的深入及勘查技术的进步，近十多年来，以新疆地质矿产开发局第六地质大队、新疆地矿局物化探大队、新疆有色地勘局704队为主的地勘单位在大南湖—头苏泉岛弧带的东段陆续发现了三岔口西铜矿床、玉海铜矿床、玉海西钼矿床等众多中—小型矿床[9-10]，与20世纪80年代就已发现的三岔口铜矿床一起，初步形成了一个以铜钼矿床为主的矿集区(图1a)。

三岔口西矿床(图1b)为新疆地矿局物化探大队于21世纪初发现，此后新疆地质矿产开发局第六地质大队对该矿床做了详细的勘查，初步认为其为一中型铜矿。该矿床位于哈密市东南约130 km处，距离西北侧的玉海铜矿约有5 km，距东南侧的三岔口矿床约3 km。该矿床发现至今，仍未有学者对其进行相关研究。本文对该矿床的地质特征做了初步报道，并对该矿床的辉钼矿进行了Re-Os定年，在此基础上探讨其成矿时代，以及其与玉海铜矿、三岔口铜矿、玉海西钼矿间的成因关系，为后续的找矿勘查提供理论依据。

图1 三岔口西矿集区地质图(a)[21]与三岔口西矿区地质简图(b)[30]Fig.1 Geologic map of the Sanchakouxi mineral concentration area (a) andgeologic sketch map of Sanchakouxi porphyry Cu-Mo deposit (b)

1 区域地质背景

中亚造山带是全球最大的增生造山带之一，经历过多次大陆俯冲、增生造山过程，形成了多期的岩浆和成矿作用，已成为世界上三大斑岩成矿带之一，同时也是世界上Au-Ag-Mo-Fe-Ni等资源的重要产区[11-12]。东天山地区位于中亚造山带的中部、乌鲁木齐—库尔勒公路以东、吐哈盆地以南、塔里木盆地以北[9]。从构造上，东天山地区由北向南依次可划分为博格达—哈儿里克岛弧带、大南湖—头苏泉岛弧带、康古尔韧性剪切带、阿齐山—雅满苏岛弧带及中天山地块[13-14]。其中，博格达—哈儿里克岛弧带出露地层主要为古生代—中生代火山岩、火山沉积岩、火山碎屑岩，中生代—新生代沉积岩[15]；大南湖—头苏泉岛弧带主要由泥盆系—石炭系中—基性火山岩、火山沉积岩、火山碎屑岩组成，并有少量的侏罗系沉积岩[2，16]；康古尔韧性剪切带出露地层主要为石炭系火山沉积岩、火山岩、火山碎屑岩，这些岩石均发生了绿片岩相变质及塑性变形[17]；阿齐山雅满苏带出露的地层主要为石炭系双峰式火山岩、复理岩、碎屑岩及少量碳酸盐、海相及陆相碎屑沉积岩等；中天山地块主要由前寒武基底构成[18]。

东天山地区主要出露石炭纪—二叠纪超基性—酸性岩浆岩。其中，中—酸性侵入岩、基性—超基性岩脉在各带均有广泛的出露，这些岩体与区内矿化密切相关。此外，近年来在博格达—哈尔力克岛弧带、大南湖—头苏泉岛弧带、中天山地区陆续发现有早古生代的岩体，中生代岩体在康古尔韧性剪切带、博格达—哈儿里克岛弧带也有零星的分布。区内断裂构造分布，以近EW向的大草滩断裂、康古尔—黄山断裂、阿齐山—雅满苏断裂、阿奇克库都克断裂为主，并发育一系列的近EW向次级断裂，共同控制了东天山地区岩浆、地层及矿产的分布[19-21]。

东天山地区的矿产具有很好的分带性。其中，斑岩铜钼矿床主要分布在大南湖—头苏泉岛弧带，与带内古生代岩体密切相关，如土屋—延东、福兴、玉海、玉带等[2]；康古尔韧性剪切带福存着大量的金矿、铜-镍硫化物矿床，其分别与带内的古生代中—酸性岩体、基性—超基性岩体关系密切，如石英滩、黄山等[17]；阿齐山—雅满苏岛弧带中分布着一系列的铁-铜、钼矿床，与古生代中—酸性岩体关系密切，如雅满苏、东戈壁[22]；中天山地块中分布着一系列的铅-锌-(银)、铁-铜，分别于矿区古老沉积物关系密切，如彩霞山、天湖等[19，23]。

2 矿区地质特征

矿区出露地层主要为下石炭统兔子山组、新近系葡萄沟组及第四系(图1b)。兔子山组主要分布在矿区的中部，岩性主要由石英角斑岩、角斑质凝灰岩组成，与上部新近系葡萄沟组呈不整合接触。葡萄沟组主要分布在矿区的中部和西北部，岩性主要为红色粉砂质泥岩、灰白色砂砾岩等。第四系冲、洪积物主要分布于矿区的东部及其他地势较低的沟谷地区。矿区受康古尔断裂的影响，矿区内分布着一系列近EW向的次级断裂。

受区域构造的控制，区内岩浆岩同样呈近EW向、NEE向、NWW向分布，岩性主要由石英闪长岩、花岗岩，并有少量的后期基性—超基性岩脉、英安斑岩岩脉等，受构造线控制明显。其中，分布有玉海、三岔口西、三岔口等矿床，其主要由石英(约20%)、黑云母(约5%)、角闪石(约10%)、斜长石(约40%)、钾长石(约15%)等组成，并含有少量的磁铁矿、锆石、磷灰石、榍石等，其总量小于10%。前人在玉海矿区测得石英闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为440～420 Ma[21，24-25]，三岔口石英闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(429.7±2.5)Ma[25]，表明其形成于早古生代。在玉海西矿区，出露有泥盆纪花岗岩，其中黑云母含量为2%～3%，石英含量约为25%，钾长石含量约为45%，斜长石含量约为25%，并有少量的锆石、白云母、榍石等矿物，矿物呈定向、半定向分布，具有片面状构造；LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(364.2±5.0)Ma[9]。后期石炭纪花岗岩广泛分布于玉海、三岔口西、三岔口等矿区，并侵入石英闪长岩及玉海西泥盆纪花岗岩中；LA-ICP-MS测得其锆石U-Pb年龄为(325.4±2.5)Ma[21]。石炭纪花岗岩中，以石英(约25%)、钾长石(约45%)、斜长石(约20%)、黑云母(约10%)等矿物为主，并有少量的锆石、榍石、磷灰石等矿物(<10%)。基性—超基性岩脉广泛分布于玉海西、玉海、三岔口西、三岔口等矿区，Wang et al.测得其LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(291±3)Ma，表明其主要形成于二叠纪[21]。

三岔口西铜矿中，铜矿化主要分布在石英闪长岩中，根据矿物组合的不同、矿物叠加及脉次穿插关系，矿区蚀变和矿化可大致分为三个阶段：黑云母-磁铁矿化阶段(Ⅰ)、绢英岩化阶段(Ⅱ)及后期热液阶段(Ⅲ)。其中，黑云母-磁铁矿化广泛分布于石英闪长岩中，细粒的磁铁矿、黑云母(0.5～1 mm)呈浸染状出现，局部呈细脉状、细脉浸染状。该阶段中，并无明显的铜钼矿化。绢英岩化阶段蚀变以绢云母-石英±绿泥石组合为主，局部出现在石英闪长岩中，并叠加于黑云母-磁铁矿化之上，表明该阶段晚于阶段Ⅰ。绢英岩化蚀变与矿区黄铜矿、辉钼矿化密切共生，黄铜矿通常以浸染状、细脉浸染状绿帘石-黄铜矿±闪锌矿±黄铁矿、石英-黄铜矿-黄铁矿±绿帘石、石英-黄铁矿±黄铜矿等组合的形式出现在绢英岩化的石英闪长岩中；矿区辉钼矿主要以脉状、细脉浸染状辉钼矿-绿帘石±黄铜矿±绿泥石组合的形式产出，两侧常伴有绢英岩化蚀变晕。此外，矿区内发现少量的沸石-黄铜矿-绿帘石±石英、绿帘石-绿泥石、石英±方解石、方解石脉等，这些脉体明显切穿黑云母-磁铁矿化、绢英岩化蚀变的石英闪长岩，表明其形成晚于绢英岩化阶段，可能与后期区域上构造作用相关，本研究将其划分为阶段Ⅲ。

3 样品采集与测试

本研究中，所选取的6件辉钼矿样品来自于辉钼矿化的石英闪长岩。辉钼矿主要呈细脉浸染状、细脉状、薄膜状及浸染状分布，辉钼矿颗粒细小，通常小于1 mm。样品粉碎到200目，经过浮选后，在双目镜下挑选辉钼矿样品，其纯度>99%。测试在中科院广州地球化学研究所同位素国家重点实验室完成，测试仪器为TJA X型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)，实验过程中所用的标样为GBW 04436[26]。

6件辉钼矿样品的Re-Os同位素测试结果见表1和图2。样品中w(Re)为22.2×10-6～546.6×10-6，w(187Re)为14.0×10-6～343.6×10-6，w(187Os)为82.9×10-9～2051.0×10-9。Re-Os模式年龄为(355.0±4.5)～(362.3±5.3)Ma，加权平均年龄为(358±6.2)Ma，MSWD为0.102。由ISOPLOT软件计算出了的等时线年龄为(363.3±4.8)Ma，MSWD为0.74。

图2 三岔口西矿区辉钼矿Re-Os等时线年龄(a)及加权平均年龄(b)Fig.2 Isochron and weighted model ages of Molybdenite in Sanchakouxi deposit

表1 三岔口西矿床辉钼矿Re-Os年龄数据Table 1 Re-Os dating data of molybdenite in Sanchakouxi deposit

4 讨论

成矿年龄的确定是研究矿床成矿成因和成矿规律的重要手段之一，而辉钼矿具有通常与铜矿化同时形成且Re-Os同位素具有较高的封闭温度(500℃±50℃)等特征，因此其为一种理想的定年矿物，在铜矿床(特别是斑岩铜矿床)的研究中被广泛应用[27]。然而，在研究辉钼矿定年的过程中学者们发现，部分辉钼矿的Re-Os体系发生了失耦现象，这种现象主要出现在颗粒较大的辉钼矿中[28-29]。三岔口西铜矿中辉钼矿颗粒均较为细小，多数在1 mm以下，这类辉钼矿Re-Os年龄的可靠性较好，失耦现象通常不明显。此外，虽然三岔口西矿床中后期的岩体侵入了石英闪长岩中，可能对辉钼矿Re-Os体系进行了干扰。但本文所用样品均取自远离后期脉体的矿化石英闪长岩中，这能够有效地避免后期高温岩体侵入对辉钼矿Re-Os体系的影响。6件辉钼矿样品具有误差范围内一致的Re-Os模式年龄，且在等时线年龄与加权平均年龄误差范围内一致，这表明本研究中所获得的辉钼矿Re-Os年龄准确、可靠，能够真实地反应三岔口西矿床的成矿年龄。

Wang et al.测得玉海铜矿中辉钼矿Re-Os等时线年龄为(351.7±2.9)Ma，加权平均年龄为(355.7±2.4)Ma[25]，陈寿波等同样测得三岔口辉钼矿Re-Os等时线年龄为360～350 Ma，与三岔口西所得辉钼矿Re-Os年龄在误差范围内一致，这表明玉海—三岔口地区广泛存在着一期早石炭世成矿作用，其年龄为360～350 Ma[10]。与该带上最大的土屋—延东铜矿同样形成于石炭纪，均形成于石炭纪康古尔洋向北俯冲的大地构造背景下[2，21]，是同一成矿事件的产物。而在玉海、三岔口西、三岔口等矿床，矿化主要赋存在石英闪长岩(440～420 Ma)中，两个成矿年龄相差较远，并没有直接的成因关系。而在玉海、三岔口西、三岔口等矿床，并未发现有360～350 Ma的相关岩体。陈寿波等研究表明，玉海西片麻状花岗岩 [(364.2±5.0)Ma] 不但是矿田内发现的唯一一期360～350 Ma岩体，且在该岩体中发现了大量的浸染状、细脉浸染状辉钼矿-绿帘石±黄铜矿组合，该组合与矿田内辉钼矿出现形式一致，表明片麻状花岗岩可能为矿集区内主成矿期铜钼矿化的致矿岩体[10]。

林涛等在三岔口矿区测得一辉钼矿样品，其Re-Os模式年龄为(416.3±6.4)Ma，样品中辉钼矿呈细脉状分布在石英闪长岩中[30]，与绢英岩化、黑云母-磁铁矿化关系不明显，这与陈寿波等所得到的三岔口辉钼矿年龄360～350 Ma明显不同。该年龄为矿集区内目前发现最古老的年龄，且明显不同于矿集区内主成矿年龄(360～350 Ma)，可能是由矿集区内大范围分布的石英闪长岩(440～420 Ma)侵入而引起的，表明矿集区内存在多期成矿事件。此外，Wang et al.在研究玉海矿区的成矿特征时，已提出存在多期成矿的可能[25]。三岔口矿床中，铜的品位可超过10%，铜矿化与沸石关系密切；而在玉海、三岔口西矿床，铜的品位通常小于1%，与绿帘石化关系密切。这可能是三岔口矿床与玉海、三岔口西矿床有着不同的成矿过程，其高品位铜可能是多期成矿作用相互叠加的结果，而叠加作用在玉海、三岔口西等矿床不明显。在土屋—延东大型铜矿床中，同样存在两期叠加的现象，这可能是东天山地区矿床成矿的一个重要特点[2]。

在东天山地区，与斑岩相关的铜矿化主要形成于石炭纪，因此，石炭纪岛弧岩浆岩成为了学者们研究的热点，也是找矿勘查的重点。然而，大南湖—头苏泉岛弧带中部的卡拉塔格早古生代矿床、三岔口矿床早古生代矿化的发现，表明该带在早古生代可能就已经出现普遍的铜矿化。这为研究东天山地区大地构造演化、成矿过程以及后续找矿勘查提供了新的思路。

5 结论

辉钼矿Re-Os年龄显示，三岔口西铜矿的成矿年龄为363～358 Ma，表明成矿主要形成于晚古生代。结合前人的数据，在三岔口西矿集区内至少存在两期成矿作用：第一期形成于早古生代 [(416.3±6.4)] Ma，该期矿化仅出现在三岔口矿床，与区内石英闪长岩关系密切；第二期形成于晚古生代(360～350 Ma)，该期矿化在玉海、三岔口西、三岔口地区广泛分布，是该区的主矿化期，可能是由玉海西泥盆纪花岗岩侵入而引起。