南天山库米什地区孔雀沟岩体年代学、岩石成因及地质意义

郎朋林,付丽娟,齐 松,崔志磊,高 超,刘 辉

(内蒙古山金地质矿产勘查有限公司)

引 言

南天山位于中亚造山带最南端,记录了大量古亚洲洋构造演化信息,是研究中亚造山带构造演化的重要地区,因此一直是国内外学者关注的热点[1-3]。尽管前人在南天山开展过大量的蛇绿岩[4]、超高压变质岩[5-6],以及构造演化模式[7]等研究,但对于南天山洋碰撞闭合时限,一直存在争议。目前,对于南天山洋的闭合时间主要存在晚古生代与三叠纪2种观点[8-10]。

孔雀沟岩体位于南天山东缘的库米什地区,孔雀沟岩体南部的库米什—卡拉乔金矿带发育一系列金矿床(点),包括孔雀沟金矿床、光明金矿床、回归金矿床、爪山金矿床等[11]。目前,对于孔雀沟岩体的形成时代及岩石成因类型尚不清楚,其与区内发育的金矿化成因联系亦不明确。

因此,在详尽的野外地质调查基础上,对孔雀沟岩体正长花岗岩开展锆石U-Pb定年、全岩分析,揭示该岩体的形成时代,探讨其成因类型及动力学背景,为进一步研究南天山洋的闭合时限提供新的证据;与区内同时代的矽卡岩型钨矿化成矿岩体进行对比,以期为实现找矿突破提供基础资料。

1 地质背景

天山造山带位于中亚造山带南缘(见图1-A)[12-13],其可以进一步划分为北天山、中天山、南天山3个构造单元[14-18]。研究区位于南天山东缘(见图1-B),区域内出露的地层主要包括下志留统乌勇布拉克组、下泥盆统阿尔彼什麦布拉克组、中泥盆统阿拉塔格组,以及第四系。其中,乌勇布拉克组为金矿主要赋矿围岩,根据岩性可以进一步将其划分为上、下2段,下段岩性主要为绿泥绢云母千枚岩、绢云母石英片岩、黑云母石英片岩、变质细粒石英砂岩、斑点状变质岩屑石英砂岩、斑点状变质长石岩屑砂岩、黑云母绢云斑点状板岩等,上段岩性主要包括变质细砂岩、变质粉砂岩及变质细粒长石岩屑砂岩等。

1—中—新生界沉积物 2—二叠系陆相火山—沉积岩系 3—石炭系火山-沉积岩系 4—奥陶系—泥盆系火山-沉积岩系 5—前寒武系变质基底 6—印支期花岗岩类 7—古生代花岗岩类 8—早古生代蛇绿岩带 9—断裂 10—成矿年龄图1 亚洲构造简图(A)[16]、新疆北部构造简图(B)[17]及东天山地质与矿床分布图(C)[18]

区域内断裂发育,主要表现为北西西向及北东向2组。其中,北西西向断裂包括库米什断裂、孔雀沟断裂,该组断裂对金矿化控制明显。区域内金矿体主要赋存于库米什断裂与孔雀沟断裂之间的次级断裂内。北东向断裂规模相对较小,一般截切早期的北西向断裂,属于成矿后构造。

区域内岩浆岩出露范围广泛,包括东泉戈壁岩体、忠宝岩体、桑树园子岩体,以及研究区内出露的孔雀沟岩体(见图1-C)。锆石U-Pb定年结果表明,这些岩体主要形成于晚石炭世—早二叠世[9,19]。此外,在区域内广泛分布北东向展布的中—基性岩脉及北西西向展布的酸性岩脉。

2 样品采集及分析方法

2.1 样品采集

孔雀沟岩体岩性主要为正长花岗岩(见图2),本次研究采集正长花岗岩锆石U-Pb定年及主微量分析样品的坐标为北纬42°00′49″,东经89°18′34.5″。

正长花岗岩新鲜面为灰白色(见图3-a),粒状结构,块状构造。其主要矿物成分为微斜长石(约30 %)、条纹长石(约25 %)、斜长石(约23 %)、石英(约15 %)(见图3-b),以及少量的角闪石(约1 %)和黑云母(约1 %)。部分正长花岗岩样品发生蚀变,镜下可见斜长石发生绢云母化,角闪石、黑云母发生绿泥石化。

2.2 分析方法

锆石挑选、阴极发光图像及锆石U-Pb定年工作在武汉上谱分析科技有限责任公司完成,详细的仪器参数和分析流程见文献[20]。GeolasPro激光剥蚀系统由COMPexPro 102 ArF 193 nm准分子激光器和MicroLas光学系统组成,ICP-MS型号为Agilent 7700e。本次分析的激光束斑和频率分别为32 μm和8 Hz。锆石U-Pb定年和微量元素的处理分别采用锆石标准91500和玻璃标准物质NIST610作外标进行同位素和微量元素分馏校正。锆石年龄数据应用ICP-MS DataCal离线处理完成[21-22]。样品的锆石U-Pb年龄谐和图绘制和年龄加权平均图解应用Isoplot 3.0软件完成[23]。

Qz—石英 Mi—微斜长石 Pth—条纹长石图3 孔雀沟岩体正长花岗岩岩石手标本及镜下特征

6件正长花岗岩样品的全岩分析在澳实分析检测(广州)有限公司完成。将样品粉碎至74 μm,主量元素、微量元素、稀有元素分别应用ME-XRF06 X法、ME-MS81法及ME-MS82法分析。

3 结 果

3.1 锆石U-Pb年龄

测年样品(KQG-9)中的锆石表现出明显结晶环带(见图4),w(Th)/w(U)值为0.18～1.28(见表1),多数大于0.40,与岩浆锆石特征相似[24]。206Pb/238U年龄结果主要分为2组,分别集中在309～312 Ma及291～300 Ma,后者11颗锆石获得谐和年龄为296.5 Ma± 2.2 Ma (MSWD=0.41,见图5-a),与其加权平均年龄(295.1 Ma± 1.6 Ma,MSWD=0.38,见图5-b)趋于一致,代表了正长花岗岩结晶年龄。

图4 孔雀沟岩体锆石阴极发光(CL)图像

3.2 全岩分析

孔雀沟岩体主量元素分析结果见表2。由表2可知:孔雀沟岩体样品表现出富SiO2(73.79 %～75.09 %)、K2O(4.99 %～6.50 %)特征。在TAS图解(见图6-a))中,样品均落入花岗岩范畴。此外,孔雀沟岩体表现出低镁指数值(5～17),且所有样品的CaO质量分数(0.25 %～0.53 %)均较低。由于孔雀沟岩体表现出较高的K2O含量,因此这些样品在w(SiO2)-w(K2O)图解(见图6-b))中,大多数样品落入高钾钙碱性—钾玄岩系列区域。在A/CNK-A/NK图解(见图6-c))中,样品点落入过铝质区域。

孔雀沟岩体微量元素分析结果见表3。由表3可知:孔雀沟岩体w(LREE)/w(HREE)值为6.33～11.22,表现出轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的特点(见图7-a)),具有明显负铕异常(δEu=0.24～0.39)特征。另外,微量元素原始地幔标准化蛛网图(见图7-b))中,孔雀沟岩体富集不相容元素(Th、Hf)、大离子亲石元素(K、Rb),亏损高场强元素(Nb、Ti、P)。

4 讨 论

4.1 孔雀沟岩体形成时代

对于孔雀沟岩体的形成时代前人尚未报道过。本次研究获得的锆石U-Pb年龄结果显示,孔雀沟岩体形成于早二叠世(295.1～296.5 Ma)。此外,区域内发育一系列花岗质岩石,其年龄均为晚石炭世—早二叠世。例如,毛友亮等[9]获得区域内东泉戈壁似斑状二长花岗岩的结晶年龄为305 Ma±1 Ma;李生喜等[10]测得区域内塔格拉克地区二长花岗岩成岩年龄为284.0～284.3 Ma。因此,本次研究获得孔雀沟岩体成岩年龄与区域内岩浆活动一致,属于早二叠世岩浆活动产物。

表1 孔雀沟岩体锆石 LA-ICP-MS U-Pb 年代学分析数据

图5 孔雀沟岩体锆石谐和年龄图(a)及加权平均年龄图(b)

图6 孔雀沟岩体岩石类型判别图解[25-27]

表3 孔雀沟岩体微量元素分析结果 10-6

图7 孔雀沟岩体稀土元素和微量元素模式图[28]

4.2 岩石成因类型

孔雀沟岩体具有富硅、富钾、贫铝的特点,且表现出明显的贫Ti、Ba、Sr及负铕异常,这些特征与A型花岗岩的特征相似[29]。然而,孔雀沟岩体还表现出较低Zr、Ce、Nb、Y特征,这与典型A型花岗岩存在明显差别。此外,本次研究获得其锆石Zr饱和温度为749 ℃～802 ℃[30],并且具有较低的w(Zr)/w(Hf)值(19～26)。另一方面,在岩相学研究中发现孔雀沟岩体中含有角闪石矿物,这些特征也与A型花岗岩的特点相悖,而与高分异的I型花岗岩相似[31-34]。因此,本次研究认为,孔雀沟岩体成因类型为高分异I型花岗岩。

4.3 构造背景及对找矿指示意义

对于南天山洋的闭合时限,主要存在2种观点:一些区域资料显示,南天山洋在晚石炭世之前就已经闭合,而且在早—中二叠世南天山洋已经处于岩石圈伸展环境[9,35-36];然而,也有学者认为南天山洋的闭合时限为三叠纪[37-38]。孔雀沟岩体具有高钾钙碱性—钾玄岩系列I型花岗岩的特点,一般形成于岛弧或碰撞晚期—后碰撞环境[39-42]。再者,库米什地区发育的同时代花岗岩还表现出高钾钙碱性(见图8-a))的I型花岗岩[9]及S型花岗岩[19]特征,这也指示这些晚石炭世—早二叠世花岗岩形成于后碰撞环境。另一方面,在w(Rb)-w(Y+Nb)图解(见图8-b))中,库米什地区发育的晚石炭世—早二叠世花岗岩均落入后碰撞环境范畴,表明此时期南天山洋正处于后碰撞环境。

图8 孔雀沟岩体构造判别图[9,19,26-43]

孔雀沟岩体形成于早二叠世(295.1～296.5 Ma),与库米什剪切带的活动时间(405～368 Ma)存在较大的差异[44]。而区域内发育的金矿化主要受库米什剪切带的次级断裂控制,因此,本次研究认为,孔雀沟岩体的侵位时间晚于区域金矿化时代,与区域金矿化无关。然而,孔雀沟岩体与其西缘的忠宝岩体、桑树园子岩体形成时代一致[19],且表现出富硅及相似的稀土元素配分模式,而忠宝岩体、桑树园子岩体中已发现矽卡岩型钨矿化,暗示孔雀沟岩体具有一定钨找矿潜力。

5 结 论

1)锆石U-Pb定年结果显示,孔雀沟岩体形成于早二叠世(295.1～296.5 Ma),与区内岩浆活动峰期趋于一致。

2)孔雀沟岩体具有富硅、富钾、贫铝特点,且表现出明显的负铕异常,w(Zr)/w(Hf)值与Zr饱和温度均较低,属于高分异I型花岗岩。

3)结合区域资料,认为孔雀沟岩体形成于后碰撞环境,且具有一定钨找矿潜力。

致谢:对内蒙古山金地质矿产勘查有限公司乌尊布拉克项目组在野外样品采集等方面给予的无私帮助,以及匿名审稿人为本文提出的宝贵意见在此深表感谢。