新疆卡特巴阿苏矿区侵入岩的地球化学特征及其地质意义

尹高科，吕星海，李建全

(河南省地质矿产勘查开发局 第四地质勘查院，河南 郑州 450001)

新疆卡特巴阿苏金铜矿位于中天山构造带内的那拉提岩浆岩带，是中亚巨型复合造山带的中国境内部分，许多学者将其划为重要找金靶区，与中亚邻国构 造带相结合形成阿特巴什—伊内里切克—那拉提构造带。多年以来广大地质学家对西天山大地构造格架、成矿单元划分、时空演化、沉积环境及相关侵入岩时代进行了众多研究，为该区的区域地质程度研究做出了巨大的贡献[1-7]。近几年新疆地矿局第一区域地质调查大队在新源县东南方向约30 km的那拉提山发现了卡特巴阿苏大型金铜矿床[8-9]，金铜矿化蚀变带主要形成于二长花岗岩、花岗闪长岩等中酸性岩体中，金铜成矿作用受控于二长花岗岩等岩体侵入期后热液蚀变过程，因此对矿区内侵入岩的地球化学特征研究具有重要的地质意义。本文在研究前人资料的基础之上[10-11]，结合野外工作及室内综合研究，进一步对卡特巴阿苏金矿侵入岩的地球化学特征进行研究，并对其地质意义进行讨论。

1 地质背景

矿区位于哈萨克斯坦—准噶尔板块和塔里木—华北板块之间的那拉提—红柳河缝合带，大地构造上属于中天山构造带那拉提早古生代岛弧带，以那拉提南缘断裂为界，北部为中天山构造带，南部为塔里木板块被动大陆边缘。在伊犁地块内以那拉提北缘断裂为界，北部为伊犁地块二叠纪裂谷带，南部为中天山构造带，北部的那拉提北缘断裂带与该带内金成矿关系最为密切[12-13]。区内出露地层主要为下元古界、石炭系和长城系(图1)。其中，下元古界那拉提岩群为一套深变质岩；长城系泊仑干布拉克组为一套浅变质碎屑岩和碳酸盐岩建造呈断块状出露于西北部，主要岩性为二云石英片岩、蓝闪石石英片岩、变安山岩、千枚岩、大理岩、石英岩等；下石炭统大哈拉军山组为中酸性火山熔岩、火山碎屑岩夹正常碎屑岩及碳酸盐岩等；下石炭统阿克沙克组与下伏大哈拉军山组呈平行不整合接触，为一套正常碎屑岩和碳酸盐岩沉积。区内二叠—泥盆纪岩浆侵入活动强烈，主要以石炭纪侵入岩为主，主要分布于那拉提山一带，南北分别以那拉提南缘、北缘断裂为界。岩体形态各异，分布不匀，总体呈NE走向，多呈条带状、岩株状、椭圆状产出。岩性以花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩及闪长岩为主。区内断裂主要为那拉提南、北缘断裂，主要沿那拉提山一带发育，总体呈NEE向。

图1 新疆卡特巴阿苏一带区域地质简图Fig.1 Simplified geological map of Kateba′asu Area，Xinjiang

矿区出露地层主要有上志留统巴音布鲁克组和第四系。矿区古生代侵入岩极为发育，主要分布于研究区的东南部，岩性主要为中细粒碱长花岗岩、中粗粒二长花岗岩、花岗闪长岩、闪长(玢) 岩等(图2)。其中二长花岗岩最早，岩体中局部见巴音布鲁克组的残留体，岩石有轻度泥化，沿破碎带分布被碾碎的岩粉和少量绢云母集合体，局部发育黄铁矿化、高岭土化以及黄钾铁矾化，呈岩枝状侵入巴音布鲁克组中；次为花岗闪长岩和碱长花岗岩，呈岩株状及脉状侵入巴音布鲁克组以及二长花岗岩中；最后少量闪长(玢) 岩侵入到早期形成的二长花岗岩及花岗闪长岩之中，构成复式岩体。

图2 新疆卡特巴阿苏金矿区地质简图Fig.2 Simplified geological map of the Kateba′asu gold deposit，Xinjiang

2 侵入岩体地质特征

矿区侵入岩发育，主要分布于矿区东南部，出露面积较大。主要岩石类型由闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩和碱(钾)长花岗岩4个岩石单元组成。侵入顺序：①花岗闪长岩以“岩枝状”、“岩脉状”侵入上志留统巴音布鲁克组中；②二长花岗岩以状“岩基”侵入上志留统巴音布鲁克组中并被碱长花岗岩侵入；③中粗粒碱长花岗岩和闪长岩。现将其岩体特征分述如下。

(1)闪长岩(D3δ)。分布于矿区东南部，出露面积很小，多呈岩株状近东西向展布，侵位于上志留统巴音布鲁克组灰岩中，与周围岩体均呈侵入接触关系。

(2)花岗闪长岩(D3γδ)。分布于矿区东南部，多呈岩枝状、岩脉状产出。呈近东西向展布，侵位于上志留统巴音布鲁克组灰岩中，后被二长花岗岩侵入。

(3)二长花岗岩(D3ηγ)。分布于矿区南部，为矿区花岗岩系列的主体部分，约占矿区侵入岩出露面积的65%。呈岩基状北东东向展布，侵位于上志留统巴音布鲁克组灰岩中，岩体北侧与上志留统巴音布鲁克组凝灰岩呈断层接触关系，被碱长花岗岩侵入。

(4)碱长花岗岩(D3ξγ)。分布于矿区东北部，约占矿区侵入岩出露面积的25%。呈岩枝状北东东向展布，侵位于上志留统巴音布鲁克组灰岩中，侵入花岗闪长岩、二长花岗岩。

3 岩石地球化学特征

3.1 岩石化学特征

卡特巴阿苏矿区侵入岩的岩石化学特征参数[12-13]见表1。

(1)闪长岩岩石化学特征。SiO2含量为47.77%～50.89%，Al2O3含量15.47%～16.91%，K2O含量1.96%～4.27%，TiO2含量1.11%～1.55%，R1—R2图解(图3)投点，与薄片鉴定略有差异。碱质总量(Na2O+K2O)为4.91%～8.12%，里特曼指数(σ)为3.92～8.54，平均值大于4，但A/NCK(铝系数)为0.73～1.00，平均0.82，为次铝质钙碱性系列岩石。K2O/Na2O为0.54～1.11，平均0.74，表明K2O

表1 卡特巴阿苏矿区侵入岩岩石化学特征及特征参数Tab.1 Petrochemical characteristics and characteristic parameters of intrusive rocks in Kateba′asu Mining Area

(2)花岗闪长岩岩石化学特征。SiO2含量67.63%，Al2O3含量14.71%，K2O含量2.99%，TiO2含量0.36%，R1—R2图解(图3)投点，与薄片鉴定一致。碱质总量(Na2O+K2O)为6.28%，里特曼指数(σ)为3.36<4，铝系数(A/NCK)为0.86，为次铝质钙碱性系列岩石。K2O/Na2O为0.91，表明K2O1，说明岩石在氧化环境下形成。分异指数(DI)为92.67，固结指数(SI)为3.62。固结指数较小，而分异指数很大，显示花岗闪长岩结晶分异程度较好。

图3 卡特巴阿苏矿区侵入岩R1—R2图解Fig.3 R1—R2 diagram of intrusive rocks in Kateba′asu Mining Area

(3)二长花岗岩岩石化学特征。SiO2含量77.09%～77.11%，Al2O3含量12.31%～12.32%，K2O含量4.59%～4.68%，TiO2含量0.10%，R1—R2图解(图3)投点，与薄片鉴定基本一致。碱质总量(Na2O+K2O)为8.53%～8.67%，里特曼指数(σ)均小于4(为2.13～2.20)，为钙碱性系列太平洋型岩石。K2O/Na2O为1.16～1.17，均为K2O>Na2O。铝系数(A/NCK)为1.01～1.03，属钙碱性系列岩石，为准铝质花岗岩。Fe2O3/FeO均小于1(为0.61～1.21)，均值小于1，说明岩石在还原环境下形成，反映它们距地表深度不一和接受后期构造及裸露地表后风化剥蚀蚀变程度的不均一性。分异指数(DI)为96.68～96.98，固结指数(SI)为2.01～2.66。固结指数较小，而分异指数很大，显示二长花岗岩结晶分异程度很好。

(4)碱长花岗岩岩石化学特征。SiO2含量71.66%，Al2O3含量13.89%，K2O含量8.49%，TiO2含量0.40%，R1—R2图解(图3)投点，与薄片鉴定一致。碱质总量(Na2O+K2O)为9.81%，里特曼指数(σ)为1.60<4，为钙碱性系列太平洋型岩石。K2O/Na2O为6.43，说明K2O>Na2O。铝系数(A/NCK)为1.05，属钙碱性系列岩石，为准铝质花岗岩。Fe2O3/FeO为3.99>1，说明岩石在氧化环境下形成。分异指数(DI)为75.98，固结指数(SI)为11.90。固结指数较小，而分异指数很大，显示碱(钾)长花岗岩结晶分异程度很好。

3.2 稀土元素特征

卡特巴阿苏矿区侵入岩稀土元素含量及特征参数(表2)。

(1)闪长岩稀土元素特征。∑REE为82.9×10-6～289.8×10-6，均值为201×10-6。LREE/HREE值为1.91～5.81；(La/Lu)N值为4.45～18.78；(Ce/Yb)N值为3.43～13.24，它们均大于1，表现为轻稀土富集、重稀土亏损的特点，稀土分布为右倾斜的平行曲线簇(图4)，近于平坦。(La/Sm)N值为1.71～3.17，反映轻稀土分馏程度较高，为右倾率大，而(Gd/Lu)N值为1.62～3.03，指出重稀土分馏一般，为右缓倾。δCe值为0.93～0.95，均小于1，为铈弱负异常，略亏损。δEu值为0.86～1.21，均值0.99<1，为铕弱负异常、铕略亏损型。

表2 卡特巴阿苏矿区侵入岩稀土元素丰度(×10-6)及参数特征Tab.2 REE abundance(×10-6) and parameter characteristics of intrusive rocks in Kateba′asu Mining Area

(2)花岗闪长岩稀土元素特征。∑REE值为144.40×10-6。LREE/HREE值为3.93；(La/Lu)N值为9.24；(Ce/Yb)N值为6.86，它们均大于1，表现为轻稀土富集、重稀土亏损的特点，稀土分布为右倾斜的平行曲线簇(图4)，近于平坦。(La/Sm)N值为5.66，反映轻稀土分馏程度高，为右倾率大，而(Gd/Lu)N值为1.14，指出重稀土分馏不好，为右缓倾。δCe值为0.88<1，为铈弱负异常，略亏损。δEu值为0.82<1，为铕弱负异常、铕略亏损型。

(3)二长花岗岩稀土元素特征。∑REE为89.80×10-6～93.16×10-6，平均91.48×10-6。LREE/HREE值为3.51～3.52；(La/Lu)N值为6.00～6.67；(Ce/Yb)N值为4.99～5.63，均大于1，表现为轻稀土富集、重稀土亏损的特点，稀土分布为右倾斜的平行曲线簇(图4)，近于平坦。(La/Sm)N值6.88～7.32，反映轻稀土分馏程度高，为右倾率大，而(Gd/Lu)N值0.55～0.62，指出重稀土分馏差，近于水平。δCe值为0.96～1.02，均值0.98<1，为铈弱负异常，亏损。δEu值为0.11～0.21，小于1，为铕负异常、铕亏损型。

(4)碱长花岗岩稀土元素特征。∑REE值为213.66×10-6。LREE/HREE值为3.04；(La/Lu)N值为6.36；(Ce/Yb)N值为5.13，它们均大于1，表现为轻稀土富集、重稀土亏损的特点，稀土分布为右倾斜的不对称“V”形平行曲线簇(图4)，近于平坦。(La/Sm)N值为3.84，反映轻稀土分馏程度高，为右倾率大，而(Gd/Lu)N值为1.10，指出重稀土分馏不好，为右缓倾，近于水平。δCe值为0.92，为铈弱负异常，亏损。δEu值为0.68<1，为铕负异常、铕亏损型。

图4 矿区侵入岩稀土元素配分图Fig.4 REE distribution diagram of intrusive rock in mining area

3.3 微量元素特征

卡特巴阿苏矿区侵入岩微量元素含量及特征参数(表3)。

表3 卡特巴阿苏矿区侵入岩微量元素丰度(×10-6)及参数特征Tab.3 Trace element abundance(×10-6) and parameter characteristics of intrusive rocks in Kateba′asu Mining Area

(1)闪长岩微量元素特征。(Rb/Yb)N值为6.96～23.06，均大于1，为强不容元素富集型分配形式，表现为右倾斜平行曲线簇(图5)(R.A.Batchelor等，1985)，具岛弧花岗岩分布型式特征。Nb*值为0.10～0.30，均表现为铌亏损；Ti*值为0.19～0.52，均表现为钛亏损的特点；Sr*值为0.40～1.10，均值为0.65<1，表现为锶亏损，岩石蚀变较强，抗交代蚀变能力弱；P*值为0.58～0.85，均表现为亏损型。Th*值为0.22～ 0.55，显示钍亏损，反映岩石形成于氧化条件下。K*值为1.15～4.87，表现为钾富集型。Zr*值为0.51～0.70，表现为锆亏损。

图5 卡特巴阿苏矿区侵入岩R1—R2图解Fig.5 R1—R2 diagram of intrusive rocks in Kateba′asu Mining Area

(2)花岗闪长岩微量元素特征。(Rb/Yb)N值为22.73>1，为强不容元素富集型分配形式，表现为右倾斜平行曲线簇(图3)，具岛弧花岗岩分布型式特征。Nb*值为0.14，表现为铌亏损；Ti*值为0.17，均表现为钛亏损的特点；Sr*值为0.28<1，表现为锶亏损，岩石蚀变较强，抗交代蚀变能力弱；P*值为0.22，均表现为亏损型。Th*值为1.23，显示钍富集，反映岩石形成于还原条件下。 K*值为2.36，表现为钾富集型。Zr*值1.11，表现为锆富集。

(3)二长花岗岩微量元素特征。(Rb/Yb)N值为39.75～44.61，均大于1，为强不容元素富集型分配形式，表现为右倾斜平行曲线簇(图3)，具岛弧花岗岩分布型式特征。Nb*值为0.25～0.26，均表现为铌亏损；Ti*值为0.09～0.10，均表现为钛亏损的特点；Sr*值为0.13～0.15，均表现为锶亏损，岩石蚀变较强，抗交代蚀变能力弱；P*值为0.07，表现为亏损型。Th*值为1.00～1.19，均大于1，显示钍富集，反映岩石形成于还原条件下。K*值为5.81～6.28，表现为钾富集型。Zr*值为1.47～1.79，表现为锆富集。

(4)碱长花岗岩微量元素特征。(Rb/Yb)N值为25.46，为强不容元素富集型分配形式，表现为右倾斜平行曲线簇(图3)，具岛弧花岗岩分布型式特征。Nb*值为0.10，表现为铌亏损；Ti*值为0.10，均表现为钛亏损的特点；Sr*值为0.03，表现为锶亏损，岩石蚀变较强，抗交代蚀变能力弱；P*值为0.12，表现为亏损型。Th*值为0.52<1，显示钍亏损，反映岩石形成于氧化条件下。K*值为5.49，表现为钾富集型。Zr*值为1.81，表现为锆富集。

4 讨论

4.1 构造背景

R1—R2图解(图5)中，4、5、6号样品落在板块碰撞前花岗岩区，7号样品落在非造山花岗岩区。

不同类型花岗岩Rb-(Yb+Nb)和Rb-(Yb+Ta)图解如图6所示。在Rb-(Yb+Nb)图解中，4、5、6号样品落入火山弧花岗岩区，7号样品落入同碰撞花岗岩区；Rb-(Yb+Ta)图解中，4号样品落入火山弧花岗岩区，其余样品落入同碰撞花岗岩区。

综合分析，卡特巴阿苏矿区侵入岩为火山弧—同碰撞花岗岩，具俯冲—碰撞型的过渡特征。

图6 卡特巴阿苏矿区侵入岩不同类型花岗岩的Rb-(Yb+Nb)和Rb-(Yb+Ta)图解Fig.6 Rb-(Yb+Nb) and Rb-(Yb+Ta) diagrams of different types of intrusive granite in Kateba′asu Mining Area

4.2 成因分析

卡特巴阿苏矿区侵入岩不同类型侵入岩的“S”型、“I”型花岗岩判别图解如图7所示。

图7 卡特巴阿苏矿区侵入岩不同类型侵入岩的“S”型、“I”型花岗岩判别图解Fig.7 Discriminant diagram of S-type andⅠ-type granite of different types of intrusive rocks in Kateba′asu Mining Area

图7中，5、6号样品落在I区，说明本区的主要二长花岗岩为“I”型花岗岩。

矿区侵入岩，A/NCK(铝系数)均小于1.1，为0.73～1.05，属钙碱性系列岩石，为“I”型花岗岩。

稀土元素具轻稀土元素富集，重稀土元素亏损的特点。稀土配分曲线特征总体为右倾斜近于平行型曲线簇，轻稀土分馏程度中等，重稀土分馏程度较差，它们基本属同源岩浆演化的产物，为壳—幔混合源的岛弧“I”型花岗岩类。微量元素Nb、Sr、P、Ti亏损，K、Zr、Th基本富集，反映岛弧岩浆岩成因，投Rb-(Yb+Ta)和Rb-(Yb+Nb)图解，基本落入火山弧—同碰撞花岗岩区域。

综上所述，矿区侵入岩的总体为钙碱性系列的岛弧“I”型花岗岩，岩浆在上侵过程中与地壳发生了重熔作用，而具有以壳源为主的壳幔混合源的成因特点。

5 结论

(1)新疆卡特巴阿苏金铜矿主要岩石类型由闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩和碱(钾)长花岗岩4个岩石单元组成，闪长岩、花岗闪长岩和碱(钾)长花岗岩是在氧化环境下形成，而二长花岗岩是在还原环境下形成。

(2)稀土元素中闪长岩、花岗闪长岩和二长花岗岩表现为轻稀土富集、重稀土亏损的特点，稀土分布为右倾斜的平行曲线簇，近于平坦，而碱(钾)长花岗岩为右倾斜的不对称“V”形平行曲线簇，且铈和铕弱负异常，亏损。

(3)微量元素中花岗闪长岩、二长花岗岩和碱(钾)长花岗岩表现钾和锆富集型。而闪长岩表现钾富集、锆亏损特征。

(4)卡特巴阿苏矿区侵入岩的总体为钙碱性系列的岛弧I型花岗岩，岩浆在上侵过程中与地壳发生了重熔作用，而具以壳源为主的壳幔混合源的成因特点。

(5)卡特巴阿苏矿区侵入岩为火山弧—同碰撞花岗岩，具俯冲—碰撞型的过渡特征。

参考文献(References)：

[1] 新疆新源县卡特巴阿苏矿区金(铜)矿床详查报告(2012—2014)[R].乌鲁木齐：新疆地质矿产勘查开发局第一区域地质调查大队，2014.

[2] 高俊，何国琦，李茂松.西天山造山带的古生代造山过程[J].地球科学，1997，22(1)：27-32.

Gao Jun，He Guoqi，Li Maosong.Paleozoic orogenic process in the Western Tianshan orogenic belt[J].Earth Science，1997，22(1)：27-32.

[3] 韩继全，杨维忠，林泽华，等.新疆卡特巴阿苏金矿床含矿岩石及围岩地球化学特征与构造环境简析[J].新疆地质，2016，34(4)：496-503.

Han Jiquan，Yang Weizhong，Lin Zehua，et al.Geochemical characteristics and tectonic environment analysis of ore-bearing rock and wall rock in Kateba′asu gold deposit，Xinjiang[J].Xinjiang Geology，1997，22(1)：27-32.

[4] 吴山，何政伟，孙传敏.西天山那拉提构造带及其找矿前景[J].成都理工学院学报，2002(3)：252-257.

Wu Shan，He Zhengwei，Sun Chuanmin.On nalati tectonic belt of Western Tianshan in China and its prospects[J].Journal of Chengdu University of Technology(Science & Technology Edition)，2002，3：252-257

[5] 何国琦，朱永峰.中国新疆及其邻区地质矿产对比研究[J].中国地质，2006，33(3)：451-460.

He Guoqi，Zhu Yongfeng.Comparative study of geology and mineral resources in Xinjiang and adjacent areas of China[J].Geology of China，2006，33(3)：451-460.

[6] 左国朝，张作衡，王志良.新疆西天山地区构造单元划分、地层系统及其构造演化[J].地质论评，2008(6)：748-767.

Zuo Guochao，Zhang Zuoheng，Wang Zhiliang.Tectonic division，stratigraphical system and the evolution of Western Tianshan Mountains，Xinjiang[J].Geological Review，2008(6)：748-767.

[7] 朱志新，董连慧，王克卓，等.西天山造山带构造单元划分与构造演化[J].地质通报，2013，32(2-3)：297-306.

Zhu Zhixin，Dong Lianhui，Wang Kezhuo，et al.Classification and tectonic evolution of tectonic units in the Western Tianshan orogenic belt[J].Geological Bulletin of China，2013，32(2-3)：297-306.

（2）给水泵耗电率较高。机组为直接空冷机组，机组设计背压为15kPa，与水冷机组相比，汽耗率偏高0.2～0.3kg/kWh，造成给水泵流量增加，给水泵耗电率偏高，最高可达2.6%～2.7%，占厂用电率的24.3%左右。

[8] 杨维忠，薛春纪，赵晓波，等.新疆西天山新发现新源县卡特巴阿苏大型金铜矿床[J].地质通报，2013，32(10)：1613-1620.

Zhu Weizhong，Xue Chunji，Zhao Xiaobo，et al.New discovery of a large gold-copper deposit in Catba′asu，Xinyuan County，West Tianshan，Xinjiang[J].Geological Bulletin of China，2013，32(10)：1613-1620.

[9] 王长青.新疆雅满苏东南河铁矿地质特征及成矿规律研究[J].能源与环保，2017，39(12)：149-152，157.

Wang Changqing.Study on geological characteristics and ore-forming law of Southeast River Iron Mine in Yamansu[J].China Energy and Environmental Protection，2017，39(12)：149-152，157.

[10] 冯博，薛春纪，赵晓波，等.西天山卡特巴阿苏大型金铜矿赋矿二长花岗岩岩石学、元素组成和时代[J].地学前缘，2014，21(5)：187-195.

Feng Bo，Xue Chunji，Zhao Xiaobo，et al.Petrology，geochemistry and zircon U-Pb isotope chronology of monzogranite of the Kateba′asu Au-Cu deposit，Western Tianshan，Xinjiang Province[J].Earth Science Frontiers，2014，21(5)：187-195

Gao Yongwei，Zhang Zhenliang，Wang Zhihua，et al.Metallogenic chronology and geological significance of the Kateba′asu gold deposit in Western Tianshan-isotope age evidence from sericite Ar-39Ar 40[J].Geology and Exploration，2015，51(5)：805-815.

[12] 新疆1∶20万小布鲁斯台幅、巴伦台幅、阿尔夏腾别力其尔幅、巴音布鲁克幅区域化探[Z].北京：中国国土资源年鉴，2008.

[13] 新疆新源县新源林场一带1/5万区域地质矿产调查[R].咸阳：陕西省地矿局区域地质矿产研究院，2015.