新疆库车盆地杜万克艾得尔地区早中新世含铜砂砾岩碎屑锆石测年及物源探讨

范世家，刘增仁，蒋加燥，蔡厚安，靳淑韵

(有色金属矿产地质调查中心，北京 100012)

0 引言

新疆库车盆地是我国重要的油气产地（赵孟军等，2015），库车坳陷以生气为主（秦胜飞等，2002），对其的研究主要集中在油气的生储上，而盆地内的有色金属矿产研究较少，随着盆地内滴水铜矿的规模化开采生产，对盆地内的砂砾岩型铜矿越来越重视，前人建立了盐丘构造分布与铜矿的密切关系（曹养同等，2009，2010a；曹养同，2010），但长期以来对本区内含铜砂砾岩的物源缺少明确的锆石年龄的时代界定；笔者参与新疆库车县库台克力克地区1∶5万区域地质调查项目中，在库车盆地1∶5万杜万克艾得尔幅（K44E012020）内中新统吉迪克组（N1j）砂砾岩中发现多处地表铜矿化，其具有顺层展布的层控特点，厚度较小，但断续延长较大，铜矿物仅见有孔雀石，围岩蚀变不发育，确定为沉积成因的含铜砂砾岩型铜矿化，局部铜矿化富集地段可供民采。工作中针对中新统吉迪克组（N1j）含铜砂砾岩进行锆石测年样品采样，通过碎屑锆石测年的成果，探讨含铜砂砾岩的物源时代，进而探讨库车盆地砂砾岩型铜矿的物质来源。

1 地质背景

库车盆地处于新疆西南天山造山带南部，杜万克艾得尔图幅处于盆地中北部的克拉苏构造带内（图1），库车盆地的演化始于晚二叠世（卢华复等，1999），三叠纪是盆地演化的全盛期（刘志宏等，2000），至侏罗纪初库车前陆盆地的发育已经完成（何国琦等，1994）。始新世末由于印度板块和欧亚板块碰撞产生的远距离效应（郭令智等，1992），渐新世晚期，使得塔里木板块向天山构造带再次俯冲，库车前陆盆地再次复活接受沉积，形成库车再生前陆盆地；而库车坳陷东部地区大致经历中生代伸展断陷—拗陷盆地、古近纪挠曲过渡型盆地和新近纪—第四纪再生前陆盆地3个演化历程（张玮等，2019）；而库车坳陷则充填有厚约4000～5000 m（局部最大厚度可达6000 m）的中生界陆相地层（李勇等，2017）。

图1 库车盆地大地构造位置图（a）及研究区构造单元划分（b）（据汤良杰等，2003）

图幅北新疆西南天山造山带内分布有哈尔克山地层小区（新疆维吾尔自治区地质调查院，2005①）、巴仑台地层小区，哈尔克山地层小区与南面的库车盆地地区小区同属南天山地层分区，二者紧密相邻，而巴仑台地层小区则属中天山－马鬃山地层分区，处于哈尔克山地层小区更北部，与库车盆地相隔更远。

巴仑台地层小区出露的地层有古元古界那拉提岩群、震旦系达鲁巴依岩群和下石炭统阿克沙克组。由于该小区侵入岩发育，使其地层呈大小不等的残片产出；哈尔克山地层小区出露地层有：元古宇兴地塔格岩群、阿克苏岩群；古生界伊南里克组、科克铁克达坂组、阿尔腾柯斯组、野云沟组、阿依里河组、康克林组；中新生界阳霞组、齐古组、苏维依组及第四系。

西南天山造山带内火山岩的划分为早期华力西旋回下泥盆统阿尔腾柯斯组和晚期华力西旋回中二叠统小提坎力克组火山岩；其侵入岩的以深成岩为主，且以中酸性岩石占绝对优势，喀赞其幅图幅自北至南分别为那拉提侵入岩带、哈尔克侵入岩带，两个侵入岩带中，总计出露中元古代花岗岩、早古生代志留纪花岗岩、晚古生代泥盆纪花岗岩、石炭纪石英闪长岩四期岩浆侵入活动。

杜万克艾得尔幅内新生代地层广为分布（有色金属矿产地质调查中心，2019②），中生代白垩系地层次之，其中生界白垩系有亚格列木组（K1y）、舒善河组（K1s）、巴西改组（K1b）、巴什基克组（K2b）；新生界古-始新统库姆格列木群（E1-2K）、渐新统苏维依组（E3s）、中新统吉迪克组（N1j）、中—上新统康村组（N1-2k）、上新统库车组（N2k）、下更新统西域组（Qp1x）等地层，本次工作对部分地层做了进一步细分至段；构造近东西向分布（图2），限于本文研究内容及篇幅不在赘述。

图2 新疆杜万克艾得尔幅地质简图（据有色金属矿产地质调查中心，2019②）

本区中新统吉迪克组（N1j）地层中，两条含铜砂砾岩型铜矿化带位于图幅的中东部，走向东西向，有少量探槽及剖面控制，地表延长分别为600 m及120 m，厚度0.3～1.0 m，最高铜品位1.04%，其中锆石测年样品DWK-001位于DTC1处采样；DWK-002位于DTC5处采样。

2 样品的采集及分析

2.1 样品的采集

含铜砂砾岩进行采样，样品编号分别为：DWK-001，DWK-002；两个样品均取自中新统吉迪克组（N1j）地层中的含铜砂砾岩（DWK-001采样点坐标为东经82°57′30″，北纬 42°04′51″；DWK-002采样点坐标为东经82°58′29″，北纬42°04′58″），并有孔雀石，由于区域地质调查的工作性质，本次工作未见到原生铜矿物，岩石定名为含铜砂砾岩（图3）。为保证获得足够的碎屑锆石数量，本次采样每个样品的重量均大于10 kg。

图3 含铜粗砂岩（a）和含铜砂砾岩（b）标本照片

2.2 样品的处理及分析方法

锆石的挑选由廊坊物化探所的张江满工程师负责，采用常规方法将砂岩样品粉碎至300 μm左右，经淘洗、重选富集，再经磁选和密度分选后，在双目镜下挑选出锆石颗粒。然后将挑选出的锆石颗粒粘贴制成环氧树脂样品靶，进行打磨、抛光使锆石露出新鲜截面；碎屑锆石标靶制备及照相单位由北京锆年领航科技有限公司负责，部分代表性锆石CL图像见图4～5。

图4 杜万克艾得尔幅含铜砂砾岩碎屑锆石阴极发光图像及表观年龄（a—DWK-001，b—DWK-002）

锆石U-Pb同位素分析采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）锆石U-Pb定年测试方法，分析在北京科荟测试技术有限公司完成,锆石定年分析所用仪器为Agilent 7500 ICP-MS及与之配套的 RESOlution SE 193 nm准分子激光剥蚀系统。激光剥蚀所用斑束直径为24 μm，频率为6 Hz，能量密度约为6 J/cm2，以He为载气。LA-MC-ICPMS激光剥蚀采样采用单点剥蚀的方式，测试前先用锆石标样GJ-1进行调试仪器，使之达到最优状态。锆石U-Pb定年以标样GJ-1为外标，微量元素含量利用SRM610做为外标、Si做内标的方法进行定量计算。测试过程中在每测定10个样品前后重复测定两个锆石标样GJ-1对样品进行校正，并测量一个锆石Plesovice，观察仪器的状态以保证测试的精确度。数据处理采用ICP-MSDataCal程序，测量过程中绝大多数分析点206Pb/204Pb>1000，未进行普通铅校正，204Pb含量异常高的分析点可能受包体等普通Pb的影响，对204Pb含量异常高的分析点在计算时剔除，锆石年龄谐和图用Isoplot 3.0程序获得。

2.3 碎屑锆石特征

DWK-001、DWK-002两个含铜砂砾岩的样品，经加工挑选，共计挑出310粒，其中DWK-001样品挑出156粒；DWK-002样品挑出154粒。碎屑锆石晶型较不完整，多呈次圆状，部分锆石有港湾状缺口，碎屑锆石大多为无色透明，总体反映了经过长期搬运的特点。代表性锆石阴极发光图像显示，大部分锆石具有清晰的韵律环带结构（图4）。

44粒锆石测试表明，其绝大多数锆石Th/U值大于0.4，揭示其为岩浆成因锆石（吴元保和郑永飞，2004），仅有编号为DWK-002-14的1粒锆石Th/U值为0.28，其锆石CL照片中颜色深，且不具有岩浆振荡环带，其Th/U值小与0.4，说明为变质成因锆石（Hidaka et al.,2005）。其锆石测年数据为（819±11）Ma，判断为新元古代一期的变质作用所形成的锆石（图4b）。

3 样品测试结果

DWK-001、DWK-002两个含铜砂砾岩的样品中的单颗粒碎屑锆石经挑选，各选取25粒锆石作为测试对象，其中DWK-001样品中有20个有效点，DWK-002样品中有24个有效点，合计为44个有效测点，各样品的铅、铀、钍的含量及比值见表1～2。

碎屑锆石测年统计出现了1591～1099 Ma、819～847 Ma、438 Ma、285 Ma四个峰值分布年代区间，对应着地质年龄分别处于中元古代（长城纪—蓟县纪）、新元古代青白口纪、早志留世、早二叠世，其中测年数据为819 Ma的一粒碎屑锆石其成因为变质成因锆石（图5），本文未作讨论。

图5 碎屑锆石U-Pb年龄分布直方图（a—DWK-001，b—DWK-002）

从U-Pb年龄谐和图中可以看出（图6），两个样品中几乎所有的点都落在谐和线上或者谐和线附近，代表样品中大部分锆石没有明显的Pb丢失，即没明显受到后期热事件的影响。

图6 含铜砂砾岩碎屑锆石U-Pb年龄谐和图（a—DWK-001，b—DWK-002）

4 砂砾岩物源演化探讨

库车地区的中生界是前陆盆地沉积，库车坳陷的中生代沉积物源主要来自再旋回造山带物源区，其物源来自碰撞造山过程中隆起的西南天山造山带（李曰俊等，2001），从杜万克艾得尔幅含铜砂砾岩（DWK-001；DWK-002）两个样品的碎屑锆石测年44个测点数据综合统计来看，锆石测年数据显示样品测试结果年龄跨度大，上限年龄为280 Ma；下限年龄为1591 Ma，其地质时限介于中元古代早期—早二叠世，反映了地质历史期间西南天山造山带变质作用及岩浆活动的地质演变产物。

4.1 前古生代物源探讨

碎屑锆石测年数据出现了1591 Ma、1099 Ma、819 Ma、847 Ma及774 Ma的5个的前古生代年龄结果，对应着地质年龄分别处于中元古代（长城纪—蓟县纪）、新元古代青白口纪及南华纪的岩浆活动，其中测年数据为819 Ma的一粒碎屑锆石其成因为变质成因锆石。

西南天山造山带哈尔克山地层小区内出露有古元古界兴地塔格岩群（新疆维吾尔自治区地质调查院，2005①）和中古元古界阿克苏岩群，巴仑台地层小区内新元古代地层有震旦系达鲁巴依岩群。古元古界兴地塔格岩群：其下部为片麻岩、变粒岩、混合岩；上部为方柱石透辉石，透辉石大理岩、大理岩、石英岩、透辉石石英变粒岩夹少量石墨片麻岩；属低压过渡型低角闪岩相，原岩为碎屑岩和碳酸盐岩沉积相。中元古界长城系阿克苏岩群：组成该套地层的岩性有各类石英片岩等，其间不均匀夹有变火山岩、二长花岗岩、大理岩等构造岩块（片）；该地层为一套深海相火山碎屑岩-复理石杂砂岩建造，属于洋壳物质组合。新元古代地层有巴仑台地层小区内震旦系达鲁巴依岩群，该地层为非典型的蛇绿岩组合，以变质火山岩、变质沉积岩为基质（或称岩片），而基性-超基性岩则呈小规模的透镜体状混杂其中。

中元古代岩浆活动导致的侵入岩仅分布于那拉提岩浆岩带中，其岩性有英云闪长岩、斜长花岗岩和二长花岗，在英云闪长岩中获取（Pb-Pb单颗粒锆石）年龄样测年数据成果为（1096±16）Ma（新疆维吾尔自治区地质调查院，2005①）。

对应本次碎屑锆石测年数据出现了1591 Ma、1099 Ma、819 Ma、847 Ma及774 Ma 5个测年结果，与碎屑锆石测年数据1591 Ma有较好对应的只有前古生代地层中元古界长城系阿克苏岩群的时代属于长城纪，其地层中间不均匀夹有变火山岩、二长花岗岩、大理岩等构造岩块，是岩浆锆石来源之一；其次那拉提侵入岩带中中元古代的花岗岩，也是中元古代岩浆锆石可能来源之一，说明本区中新统吉迪克组（N1j）地层中的含铜砂砾岩中的物源成分中有中元古界长城系阿克苏岩群和中元古代的花岗岩的剥蚀物参与。但由于现今那拉提侵入岩带距库车盆地较远，其是否参与到库车盆地物源中是有待进一步商榷的。

与碎屑锆石819～847 Ma及774 Ma测年结果相对应的并没有相对应年龄的前古生代地层及岩浆岩，新元古代地层仅有巴仑台地层小区震旦系达鲁巴依岩群出露，而没有青白口纪及南华纪的地层，本文鉴于西南天山造山带前古生代地层归属也有争论，造山带内地层及岩浆岩也会因构造及剥蚀而导致缺失，且本次锆石测年数据较少等原因，不在此展开讨论。

4.2 古生代物源探讨

本次碎屑锆石测年统计出现438 Ma早古生代的分布高峰，对应着地质年龄分别处于古生代的早志留世岩浆活动高峰期形成的锆石（图7）。其次出现285 Ma晚古生代的分布高峰，对应着地质年龄分别处于晚古生代的早二叠世时段岩浆活动高峰期形成的锆石（图8）。

西南天山造山内哈尔克山地层小区内出露下泥盆统阿尔腾柯斯组发育火山岩，其岩性多为玄武岩类，这是早泥盆世岩浆锆石的唯一来源。

哈尔克山侵入岩带以志留纪侵入岩为主，出露面积占99%，其次为石炭纪侵入岩，岩性以闪长岩为主。刘本培等（1996）测得志留纪侵入岩角闪石的坪年龄为（420.2±5.9）Ma和（430.3±5.2）Ma，时限为中志留世。这与本次DWK-001样品锆石谐和年龄（427.5±2.3）Ma较为一致（图7）。

图7 含铜砂砾岩碎屑锆石U-Pb年龄谐和图（a—DWK-001，b—DWK-002）

二叠纪西南天山仅见有小提坎力克组火山岩出露（新疆维吾尔自治区地质调查院，2005①），而未见同时代侵入岩分布。其岩性为英安质火角砾岩、集块岩、英安岩，尽管赞其幅(K44C002004)区调报告中依据区域化石及地层叠覆关系，将小提坎力克组火山岩归入中二叠统（注：新疆区域地层表（1975）在温宿县小提坎力克确定下二叠统小提坎力克组；新疆区调大队五分队（1982）将其改为中二叠统小提坎力克组），但刘本培等（1996）在独库公里956 km附近中酸性火山岩取得同位素年龄样为（282±2）Ma（40Ar/39Ar法），这与本次DWK-002样品锆石谐和年龄（285.6±3.0）Ma较为一致（图8），小提坎力克组火山岩其时代在此仅提供参考。

图8 杜万克艾得尔幅含铜砂砾岩碎屑锆石U-Pb年龄谐和图（DWK-002）

碎屑锆石测年统计出现438 Ma早古生代的峰值，西南天山造山带中有下泥盆统阿尔腾柯斯组火山岩以及志留纪以闪长岩为主的侵入岩，是古生代岩浆锆石的两个来源。

碎屑锆石测年统计出现285 Ma早二叠世的分布高峰，西南天山造山带晚华力西旋回中二叠统小提坎力克组火山岩是晚古生代早二叠世岩浆锆石的唯一来源。

5 含铜砂砾岩中铜矿物质来源讨论

库车盆地中新统吉迪克组（N1j）地层中的含铜砂砾岩中的碎屑锆石测年的数据表明，其砂屑来源于库车盆地北西南天山造山带中元古代长城纪至中二叠世地质演化所形成的地层、岩浆岩产物。

5.1 砂砾岩型铜矿化成因探讨

前人对库车盆地铜（成矿）矿化并不是伴随着新近系砂岩的沉积而富集其中，即不是原生沉积成因，而是形成于新近系砂岩成岩之后，并受新近纪后期断裂构造作用及后生溶滤卤水的控制，为后生富集，而盐岩、膏岩，褐红色碎屑岩为铜的矿源层。（曹养同等，2010b）但该观点对库车盆地内含铜砂砾岩矿化带具有呈顺层展布特点；铜矿化厚度较小，薄者仅几厘米厚，但延长稳定特征；含铜砂砾岩铜矿化未见有任何围岩蚀变；含铜砂砾岩地表并未见与断裂构造有关；以上几方面说明本区地层中的含铜砂砾岩铜矿化特征与后生成矿形成的铜矿化特征有一定的不符，本文认为库车盆地内中新统吉迪克组（N1j）地层中的含铜砂砾岩铜矿化更具有原生沉积成因的特征，但本区内中新统吉迪克组（N1j）地层中的含铜砂砾岩铜矿化其铜矿物为孔雀石而不是氯铜矿，二者还是有一定区别的，在此供读者甄别。

5.2 砂砾岩型铜矿化物质来源探讨

库车盆地是由三叠纪早期的前陆盆地经历了中生代应力松弛、盆地伸展以及晚白垩世的挤压隆升和剥蚀，经过早第三世的海侵,在新生代再次复活，是再生的前陆盆地（阎福礼等，2003）；库车坳陷与天山造山带在成因上紧密相连，库车坳陷沉积了一套陆相碎屑沉积物，这些沉积物为天山造山带因隆升而被剥蚀下来的碎屑物（杨庚和钱祥麟，1995）；中新世—上新世时期快速隆升，剥蚀厚度达2.5 km（肖瑶，2018）；中新世时，前陆盆地北缘的天山造山带迅速隆升，地形高差悬殊，在山前带为冲积扇-辫状河流沉积，在吉迪克组沉积时，山前为冲积扇，往南为河流冲积平原（田作基和宋建国，1999）。

从杜万克艾得尔幅含铜砂砾岩两个含铜层位所取的样品的碎屑锆石测年探讨物源来分析，中新世时，西南天山造山带已经和库车盆地形成了盆山耦合的稳定状态，通过河流将造山带物源区碎屑物质带入盆地沉积进而成岩，也同样伴随着造山带内对已有铜矿床（点）的剥蚀，使其铜成矿元素也进入到库车盆地内，从而形与地层呈顺层展布的含铜砂砾岩矿化，其铜矿化的规模大小的决定因素，是受物源区铜元素成矿物质供给量大小决定的，即受西南天山造山带物源区已有铜矿床（点）的规模大小控制，其赋存的层位也受到已有铜矿床（点）的剥蚀出露的时间限定，进而形成了库车盆地东部则以中新统吉迪克组地层含矿为主；库车盆地西部则以滴水铜矿为代表的中-上新统康村组地层含矿的特点。

6 结论

通过对44E013020 杜万克艾得尔幅中新统吉迪克组（N1j）地层中的两个含铜砂砾岩层位二个碎屑锆石样测年成果研究分析，得出了以下几个认识：

（1）与碎屑锆石测年数据1591 Ma对应的西南天山造山带有前中元古界长城系阿克苏岩群，其地层中间不均匀夹有变火山岩、二长花岗岩、大理岩等构造岩块（片），是岩浆锆石来源之一；其次那拉提侵入岩带中中元古代的花岗岩，也是中元古代岩浆锆石可能来源之一。

（2）碎屑锆石测年统计出现438 Ma古生代的峰值，在西南天山造山带中有下泥盆统阿尔腾柯斯组火山岩以及志留纪以闪长岩为主的侵入岩，二者是古生代岩浆锆石来源之一。

（3）碎屑锆石测年统计出现285 Ma早二叠世的分布高峰，西南天山造山带晚华力西旋回中二叠统小提坎力克组火山岩是晚古生代早二叠世岩浆锆石唯一来源。

（4）在探讨库车盆地内砂砾岩性铜矿化原生沉积成因的基础上，认为其成矿物质铜元素也进入随砂屑物源一起到库车盆地内，进而参与形成与地层呈顺层展布的含铜砂砾岩矿化，其铜矿化的规模大小，是受物源区已有铜矿床（点）的规模大小控制，其赋存的层位也受到已有铜矿床（点）的剥蚀出露的时间限定，形成库车盆地东部以中新统吉迪克组（N1j）地层含矿为主；库车盆地西部以滴水铜矿为代表，形成以上新统康村组（N2k）地层含矿为主的特点。

注 释

①新疆维吾尔自治区地质调查院.2005.1∶25万新疆喀赞其幅（K44C002004）区域地质调查成果报告[R].

② 有色金属矿产地质调查中心.2019.1∶5万新疆杜万克艾得尔幅区域地质调查成果报告[R].