西準(zhǔn)噶爾北金齊地區(qū)英安斑巖地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

陳勇 付樂兵 黎瓊禮 陳耀 趙旭 王謀

摘? 要：北金齊地區(qū)出露一套英安斑巖，內(nèi)部及周緣發(fā)育鉀化到青磐巖化蝕變帶，部分地段見孔雀石化，指示深部可能存在斑巖型銅礦化。為進(jìn)一步評價該區(qū)找礦潛力，對該區(qū)英安斑巖進(jìn)行鋯石U-Pb年代學(xué)、微量元素、Hf同位素和全巖地球化學(xué)研究，結(jié)果顯示，英安斑巖鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡為（305.6±1.3） Ma;巖石富SiO2、Al2O3，貧MgO、CaO、TiO2，屬準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性巖石。英安斑巖整體上富集輕稀土和大離子親石元素，虧損高場強(qiáng)元素，具弱負(fù)銪異常和較高εHf（t）值（15.7～19.5）。綜合研究表明，英安斑巖應(yīng)源于后碰撞伸展環(huán)境下新生地殼的部分熔融。鋯石微量元素結(jié)果指示，英安斑巖氧逸度高于鐵橄欖石-磁鐵礦-石英緩沖線兩個對數(shù)單位，該巖體有利于斑巖型礦床的形成。綜合研究區(qū)礦化-蝕變及英安斑巖地球化學(xué)特征，認(rèn)為北金齊地區(qū)具較大的斑巖型礦床找礦潛力。

關(guān)鍵詞：卡拉崗組;英安斑巖;新生地殼;氧逸度;斑巖型礦床

中亞造山帶是受古亞洲洋演化控制的古生代構(gòu)造-巖漿-成礦帶[1]，西準(zhǔn)噶爾地區(qū)地處中亞造山帶腹地，區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育古生代蛇綠帶、花崗巖、中基性巖墻，表明該時期經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化過程[2]。該區(qū)北部和南部廣泛出露晚石炭—早二疊世卡拉崗組火山巖，北部主要出露于薩吾爾地區(qū)，為一套陸相中基性-中酸性火山巖及火山碎屑巖，成巖時代為283～280 Ma[3];南部主要產(chǎn)出于扎伊爾火山巖帶，為酸性火山熔巖和火山碎屑巖[4]，成巖時代為312～295 Ma[5-6]?？ɡ瓖徑M火山巖成因爭議較大，目前有幔源巖漿分離結(jié)晶、殼幔巖漿混合和新生地殼部分熔融等不同觀點[6-8]。關(guān)于成巖構(gòu)造環(huán)境，有后碰撞伸展構(gòu)造和洋脊-板片窗構(gòu)造等不同認(rèn)識[9-15]，一定程度上限制了人們對西準(zhǔn)噶爾古生代區(qū)域構(gòu)造演化過程的認(rèn)識。近年勘查工作發(fā)現(xiàn)，南部扎伊爾火山巖帶北段北金齊地區(qū)卡拉崗組火山巖內(nèi)不同層位發(fā)育有大量火山巖型鈾礦化，產(chǎn)出的英安斑巖及周圍地段發(fā)育大量銅礦化和鉀化、硅化、青磐巖化等蝕變，指示區(qū)內(nèi)可能發(fā)育有斑巖型礦化，目前尚未見該英安斑巖系統(tǒng)研究的報道。為此，本文重點對北金齊地區(qū)英安斑巖的巖石學(xué)、年代學(xué)及地球化學(xué)開展綜合研究，探討深部巖漿起源和成巖構(gòu)造背景，結(jié)合區(qū)內(nèi)礦化、蝕變、巖體氧逸度特征，進(jìn)一步綜合評價研究區(qū)尋找斑巖型礦床的潛力。

1? 區(qū)域地質(zhì)

西準(zhǔn)噶爾地區(qū)發(fā)育3條左行走滑斷裂，由北向南依次為巴爾魯克斷裂、瑪依勒斷裂和達(dá)拉布特斷裂，3條斷裂控制區(qū)域上大部分地層、巖漿巖及礦產(chǎn)的展布（圖1-A）。區(qū)內(nèi)發(fā)育奧陶—二疊系，泥盆系和石炭系，火山-碎屑沉積建造分布最廣。侵入巖按形成時代可分為晚志留—早泥盆世（422～405 Ma）、早石炭世（340～320 Ma）和晚石炭—早二疊世（310～290 Ma）3個階段[16]。晚志留—早泥盆世侵入巖主要分布在謝米斯臺和薩吾爾地區(qū)，巖石類型以花崗巖為主，具A型花崗巖特征;早石炭世巖漿巖主要分布在北部地區(qū)，巖性主要為輝石閃長巖、二長閃長巖和二長花崗巖，顯示I型花崗巖特征，為俯沖環(huán)境下巖漿活動產(chǎn)物;晚石炭—中二疊世侵入巖主要分布在瑪依勒斷裂兩側(cè)，以鉀長花崗巖為典型代表，具A型花崗巖特征，可能系后碰撞巖漿活動下產(chǎn)物[10]。

2? 研究區(qū)地質(zhì)與樣品巖相學(xué)特征

北金齊區(qū)出露地層主要有中泥盆統(tǒng)庫魯木迪組、下二疊統(tǒng)卡拉崗組和中二疊統(tǒng)庫吉爾臺組（圖1-B）。庫魯木迪組分布在南部，主要巖性為凝灰?guī)r、細(xì)砂巖和硅質(zhì)巖?？ɡ瓖徑M分布在北部和東部，出露面積較大，自下而上可分為6個巖性段（圖1-B顯示其中5個巖性段），依次為中性火山碎屑巖段;中酸性火山熔巖夾火山碎屑巖段;中酸性火山碎屑巖段;中酸性火山熔巖夾碎屑巖段;中性火山熔巖段和火山碎屑沉積巖段。整體上不同巖性段圍繞北金齊火山巖盆地呈環(huán)狀產(chǎn)出。庫吉爾臺組分布在中部，為一套湖沼相碎屑巖建造，自下而上巖性段主要為雜色砂巖段和凝灰質(zhì)礫巖夾砂巖段。區(qū)內(nèi)侵入巖為華力西晚期淺成巖，多呈巖墻、巖錐、巖脈及巖株產(chǎn)出。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，主要發(fā)育近EW向和NNE向兩組。

本次研究的英安斑巖樣品主要采自中南部的II號工區(qū)（圖1-B、圖2），巖石呈淺紫紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶主要為斜長石及少量石英，體積分?jǐn)?shù)約15%。斜長石多為長板狀，粒徑2～4 mm，石英多呈半自形-他形粒狀，粒徑0.2～0.5 mm，基質(zhì)主要為微晶長英質(zhì)，鏡下可觀察到局部碳酸鹽化發(fā)育（圖3）。英安斑巖圍巖為卡拉崗組第四巖性段，該巖性段第一至第五層依次圍繞英安斑巖由內(nèi)向外展布，依次發(fā)育鉀化、硅化到青磐巖化的蝕變分帶（圖2）。另英安斑巖南部還發(fā)育多處孔雀石化，呈薄膜狀或浸染狀產(chǎn)出，其中1、3、4號為礦體，品位和視厚度分別為0.227%、4.5 m，0.432%、6.1 m，0.262%、3.3 m。

3? 分析方法及分析結(jié)果

3.1? 鋯石U-Pb年代學(xué)及微? ? ? ? ? 量元素

鋯石陰極發(fā)光圖像、U-Pb定年及微量元素測試在中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室（GPMR）完成，采用ICPMSDataCal進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[17]，諧和圖和加權(quán)平均計算使用Isoplot進(jìn)行。鋯石顆粒多為長柱狀，少數(shù)為近似粒狀，長寬比為1∶1～4∶1，多具良好的振蕩環(huán)帶（圖4）。25個分析點顯示鋯石的Th/U值多為0.40～0.54，表現(xiàn)出巖漿鋯石特征[18]。鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡為（305.6±1.3） Ma（MSWD=0.32）。本次研究還利用鋯石微量元素及英安斑巖主微量元素對氧逸度進(jìn)行了計算，具體計算原理見文獻(xiàn)[19-21]，結(jié)果列于表1。結(jié)果表明，英安斑巖log（fo2）為-27.82～-15.78，ΔFMQ（相對于鐵橄欖石-磁鐵礦-石英緩沖線的差值）為-0.85～4.80（表1）。

3.2? 巖石主量元素地球化學(xué)特征

全巖主量元素測試在澳實分析檢測（廣州）有限公司完成，使用X熒光光譜儀（XRF）進(jìn)行測試，分析精度優(yōu)于5%。英安斑巖具較高的SiO2含量，為67.72%～70.84%，Al2O3含量為14.34%～14.99%，低MgO含量為0.28%～0.42%、CaO含量0.26%～1.12%和TiO2含量0.30%～0.38%，全堿Na2O+K2O值較高且穩(wěn)定，為9.56%～9.76%，Mg#值較低，為15.9～21.1（表2）。K2O-SiO2圖顯示英安斑巖屬高鉀鈣堿性系列，A/NK-A/KNC圖解顯示為準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)巖石（圖5A-B）。

3.3? 巖石稀土和微量元素特征

全巖微量元素（含稀土）在GPMR采用Agilent7500a等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測定，分析精度（RSD）優(yōu)于5%。英安斑巖稀土元素總量為108×10-6～120×10-6，LREE/HREE比值為6.37～7.16，（La/Yb）N比值為5.89～6.91，指示其相對富集輕稀土元素、虧損重稀土元素，具弱負(fù)Eu異常，δ（Eu）=0.60～0.79。巖石富集大離子親石元素Rb，Th，K和Pb，虧損高場強(qiáng)元素Ta，Nb和Ti，同時U，Ce和Sr元素也顯示不同程度負(fù)異常，Ba，Pb和P元素顯示正異常（圖5-C-D，表2）。

3.4? 鋯石Hf同位素特征

鋯石Hf同位素測試在GPMR利用激光剝蝕多接收杯等離子體質(zhì)譜（LA-MC-ICP-MS）完成，分析結(jié)果見表3。樣品的176Yb/177Hf值為0.018 310～0.044 406;176Lu/177Hf值為0.000 674～0.001 494，所有分析點的176Lu/177Hf比值均小于0.001 5，表明源區(qū)基本沒有放射性成因Hf積累，獲得的176Hf/177Hf比值能代表源區(qū)Hf同位素組成。英安斑巖具一致的176Hf/177Hf初始比值（0.282 963～0.283 006）和相對集中且較高的εHf（t）值（15.7～19.5）。

4? 討論

4.1? 巖石成因

如前所述，北金齊地區(qū)英安斑巖具高的SiO2和Al2O3含量，低MgO、TiO2含量，屬準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性花崗質(zhì)巖石。巖石整體富集大離子親石元素Rb，Th，K和Pb，虧損高場強(qiáng)元素Ta，Nb。該地球化學(xué)特征指示巖石具島弧巖漿巖特征，幔源巖漿分離結(jié)晶、殼幔巖漿混合和新生地殼部分熔融等過程都可能形成此類巖石[6-8]。巖石內(nèi)極低且非常一致的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巖漿源區(qū)存在明顯的地幔物質(zhì)參與，即巖漿深部源區(qū)以地殼熔融為主導(dǎo)。由于西準(zhǔn)噶爾地區(qū)不存在前寒武紀(jì)地殼基底[7]，表明該類巖石不可能由古老地殼部分熔融產(chǎn)生，其源區(qū)應(yīng)以新生地殼為主。本次獲得的英安斑巖鋯石Hf同位素具相對集中且高的εHf（t）值（15.7～19.5），進(jìn)一步指示巖漿應(yīng)來源于新生地殼的部分熔融。

前人研究表明，西準(zhǔn)噶爾地區(qū)圍繞瑪依勒斷裂和達(dá)拉布特斷裂兩側(cè)發(fā)育大量與卡拉崗組同時代的A型花崗巖，如廟爾溝、阿克巴斯陶、哈圖等巖體。這些A型花崗巖年齡為329～276 Ma，峰值年齡為304 Ma[6]，與本次研究獲得的英安斑巖年齡（305 Ma）基本一致，兩者應(yīng)屬同一期巖漿活動產(chǎn)物。區(qū)域上這些A型花崗巖巖體的稀土和微量元素組成與北金齊地區(qū)卡拉崗組巖漿巖非常接近[9， 14]，不同元素虧損富集程度基本一致，認(rèn)為研究區(qū)巖漿巖與區(qū)域上相鄰?fù)瑫r代A型花崗巖具相似源區(qū)和演化過程。前人對上述A型花崗巖進(jìn)行的巖石地球化學(xué)研究表明，源區(qū)為新生地殼[9， 14]。因此，從區(qū)域上看北金齊地區(qū)英安斑巖應(yīng)來源于新生地殼的部分熔融。

北金齊地區(qū)英安斑巖和英安巖主微量元素特征極一致（圖5），表明兩者具相似源區(qū)和成巖過程，僅在后期地表產(chǎn)狀存在差異。相對而言，區(qū)內(nèi)流紋巖具更高的SiO2、Al2O3、U、Nd、Hf和稀土含量，顯示更強(qiáng)的負(fù)Eu異常和更低的Ba，Sr元素含量，可能源于流紋巖更高的分異演化程度。英安斑巖、英安巖和流紋巖內(nèi)TiO2、Fe2O3、P2O5、Al2O3、MgO、CaO與SiO2之間的明顯負(fù)相關(guān)性也指示巖漿上升過程中普遍經(jīng)一定程度的角閃石、斜長石、榍石和磷灰石的分離結(jié)晶作用。隨結(jié)晶分異程度的提高，流紋巖相對更偏酸性，并在其他系列主微量元素上顯示與英安斑巖、英安巖的差異。

4.2? 動力學(xué)背景

西準(zhǔn)噶爾地區(qū)已發(fā)現(xiàn)古生代蛇綠（混雜）巖帶6條，分別是唐巴勒、瑪依勒、達(dá)爾布特、巴爾雷克、克拉瑪依和洪古勒楞，報道年齡主要為（572±9）～（332±14） Ma[22-25]，說明西準(zhǔn)噶爾地區(qū)寒武紀(jì)到泥盆紀(jì)一直處于大洋環(huán)境。區(qū)域上發(fā)現(xiàn)的大量早石炭世I型花崗巖富集大離子親石元素，虧損高場強(qiáng)元素，顯示島弧巖漿特征，指示古亞洲洋在該時期從擴(kuò)張轉(zhuǎn)為收縮，西準(zhǔn)噶爾地區(qū)整體進(jìn)入大陸邊緣演化階段[2， 10]。前人對瑪依勒地區(qū)石炭紀(jì)太勒古拉組、希貝庫拉斯組等碎屑沉積巖內(nèi)鋯石開展的年代學(xué)研究表明，西準(zhǔn)噶爾地區(qū)在晚石炭時期可能已轉(zhuǎn)為陸相環(huán)境[2]。區(qū)域上產(chǎn)出的同期沉積巖和火山巖地層均為河湖、湖泊相，也印證該時期西準(zhǔn)噶爾地區(qū)已演化到陸內(nèi)環(huán)境。西準(zhǔn)噶爾地區(qū)發(fā)育大量晚石炭到早二疊世A型花崗巖，進(jìn)一步指示該時間段區(qū)域上已進(jìn)入碰撞后拉張環(huán)境[9-10]。王國燦等基于綜合構(gòu)造分析認(rèn)為[26]，西準(zhǔn)噶爾晚古生代末期古應(yīng)力場方向為近NS向伸展，對應(yīng)后碰撞環(huán)境。研究區(qū)內(nèi)英安斑巖鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡為（305.6±1.3） Ma，表明其形成于晚石炭世，正好對應(yīng)于區(qū)域上的造山后伸展背景。

此外，區(qū)內(nèi)英安斑巖樣品La/Nb平均值為3.34，Ba/Nb平均值為156.43，Zr/Y平均值為6.98，輕重稀土元素分異程度相對較高，Nb，Ta和Ti元素虧損，指示其可能為伸展構(gòu)造環(huán)境下形成的鈣堿性火成巖，與后碰撞巖漿巖較相似[27]。結(jié)合區(qū)域上同時代廟爾溝、阿克巴斯陶及哈圖等A型花崗巖產(chǎn)出的地質(zhì)事實，筆者認(rèn)為北金齊地區(qū)英安斑巖應(yīng)形成于后碰撞伸展環(huán)境。

4.3? 找礦潛力分析

匯聚板塊邊緣是形成斑巖型銅礦床最重要構(gòu)造環(huán)境，板塊匯聚過程中俯沖、碰撞、后碰撞等不同構(gòu)造演化階段所形成的巖漿巖都具形成斑巖型礦床的潛力，這類巖體通常具高氧逸度特征[28]。前述英安斑巖形成于后碰撞伸展背景下，表明其具形成斑巖型礦床的基本條件之一。在10000/T（K）-log（fo2）圖上，所有樣品都落在了FMQ緩沖線上方，計算獲得的ΔFMQ集中在-0.38～4.80，指示其氧逸度相對較高（圖6，表1）。當(dāng)中酸性巖體氧逸度高于FMQ緩沖線兩個對數(shù)單位時（ΔFMQ+2），就可促使金屬元素發(fā)生遷移并進(jìn)一步沉淀成礦[29]。因此，本文獲得的較高氧逸度數(shù)據(jù)也指示英安斑巖具較好的形成斑巖型礦床潛力。另前期勘查工作發(fā)現(xiàn)，在Ⅱ號工區(qū)圍繞英安斑巖由內(nèi)至外依次發(fā)育鉀化、硅化和青磐巖化蝕變，蝕變類型和空間分帶與斑巖型礦床蝕變分帶高度吻合（圖2）。卡拉崗組第4巖性段中發(fā)育大量孔雀石化進(jìn)一步指示深部可能存在原生硫化物，區(qū)內(nèi)鉆孔揭露的隱爆角礫巖也表明，礦區(qū)深部可能存在隱伏含礦斑巖體。綜上，筆者認(rèn)為區(qū)內(nèi)尋找隱伏斑巖型礦床潛力較大，亟待進(jìn)一步工程驗證。

5? 結(jié)論

（1）北金齊地區(qū)英安斑巖鋯石U-Pb年齡為（305.6±1.3） Ma，屬高鉀鈣堿性-鈣堿性準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)巖石。主微量元素和同位素地球化學(xué)綜合研究表明其源于后碰撞伸展環(huán)境下新生地殼的部分熔融。

（2）綜合研究區(qū)英安斑巖形成背景、地球化學(xué)特征及圍繞巖體發(fā)育的蝕變、礦化特征，筆者認(rèn)為西準(zhǔn)噶爾北金齊地區(qū)具較大的斑巖型銅礦床找礦潛力。

致謝：高翔、田寧、陳沖等人參與野外采樣工作，審稿人對論文提出建設(shè)性修改意見，在此一并致謝。

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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