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    东天山铜鱼梁铜矿区闪长玢岩SHRIMP锆石U-Pb年代学、岩石地球化学及其地质意义

    孙志远 龙灵利 王玉往 罗照华 赵路通 武承贺

    孙志远, 龙灵利, 王玉往, 罗照华, 赵路通, 武承贺, 2018. 东天山铜鱼梁铜矿区闪长玢岩SHRIMP锆石U-Pb年代学、岩石地球化学及其地质意义. 地球科学, 43(9): 3001-3017. doi: 10.3799/dqkx.2018.997
    引用本文: 孙志远, 龙灵利, 王玉往, 罗照华, 赵路通, 武承贺, 2018. 东天山铜鱼梁铜矿区闪长玢岩SHRIMP锆石U-Pb年代学、岩石地球化学及其地质意义. 地球科学, 43(9): 3001-3017. doi: 10.3799/dqkx.2018.997
    Sun Zhiyuan, Long Lingli, Wang Yuwang, Luo Zhaohua, Zhao Lutong, Wu Chenghe, 2018. SHRIMP Zircon U-Pb Geochronology and Geochemistry of Diorite Porphyrite in Tongyuliang Copper Deposit, Eastern Tianshan and Its Geological Significance. Earth Science, 43(9): 3001-3017. doi: 10.3799/dqkx.2018.997
    Citation: Sun Zhiyuan, Long Lingli, Wang Yuwang, Luo Zhaohua, Zhao Lutong, Wu Chenghe, 2018. SHRIMP Zircon U-Pb Geochronology and Geochemistry of Diorite Porphyrite in Tongyuliang Copper Deposit, Eastern Tianshan and Its Geological Significance. Earth Science, 43(9): 3001-3017. doi: 10.3799/dqkx.2018.997

    东天山铜鱼梁铜矿区闪长玢岩SHRIMP锆石U-Pb年代学、岩石地球化学及其地质意义

    doi: 10.3799/dqkx.2018.997
    基金项目: 

    国家重点基础发展研究计划(973计划)项目 2014CB440803

    国家自然科学基金项目 41202046

    中国地质调查局项目 12120113086300

    详细信息
      作者简介:

      孙志远(1989-), 男, 博士, 主要从事矿产普查与勘探方面的研究.E-mail:sunzhiyuan010@163.com

    • 中图分类号: P611;P629;P632

    SHRIMP Zircon U-Pb Geochronology and Geochemistry of Diorite Porphyrite in Tongyuliang Copper Deposit, Eastern Tianshan and Its Geological Significance

    • 摘要: 位于新疆东天山阿齐山-雅满苏成矿带东段的铜鱼梁矿床是近年来新发现的铜矿点,但带内热液型铜矿的研究和找矿勘查程度不高,通过SHRIMP锆石U-Pb定年获得矿区与成矿密切相关的闪长玢岩年龄为317.7±2.4 Ma,表明矿区在晚石炭世可能存在重要的岩浆-成矿事件.通过岩石地球化学特征研究可得铜鱼梁闪长玢岩SiO2含量为56.71%~66.03%,Mg#=49.75~55.29,Na2O+K2O=5.15%~6.40%,Na2O/K2O=4.49~53.62,铝指数A/CNK=0.9~1.1,为富钠、准铝质-过铝质、低钾(拉斑)系列岩石.稀土总量较低(39.56×10-6~60.60×10-6),具有轻稀土富集、重稀土亏损的右倾配分模式,富集Ba、U、K、Sr等大离子亲石元素(LILE),亏损Nb、Ta、Ti高场强元素(HFSE),显示弧岩浆的特征.闪长玢岩(87Sr/86Sr)i变化于0.704 030~0.704 413之间,εNdt)=1.02~6.42,具有低的锶同位素初始值和正的εNdt)值,表明其岩浆源区主要来源于亏损地幔源区.综合已有资料,认为研究区闪长玢岩形成于岛弧的构造背景,为石炭世古康古尔洋壳向南俯冲的流体交代地幔后的产物.至晚石炭世早期,古康古尔洋俯冲交代,在上升中富含铜金属元素的岩浆流体当运移到浅部时,次火山岩通过交代岩体本身或火山地层形成了铜鱼梁铜矿床.
    • 图 1  中亚造山带构造简图(a)和东天山地区地质矿产简图(b)

      Figure 1.  Tectonic sketch of the Central Asian orogenic belt (a) and geological sketch and deposits distribution in the eastern Tianshan (b)

      图a据Jahn et al.(2000);图b据王京彬等(2006)

      图 2  铜鱼梁矿区地质简图

      Figure 2.  Geological sketch of Tongyuliang ore district

      图 3  铜鱼梁矿区52勘探线剖面

      Figure 3.  The profile of No.52 exploration line in Tongyuliang ore district

      图 4  铜鱼梁铜矿地表探槽及钻孔矿化特征

      Figure 4.  The mineralized characteristics of the exploratory trench and drillhole in Tongyuliang copper deposit

      Mal.孔雀石;Bn.斑铜矿;Ccp.黄铜矿

      图 5  铜鱼梁闪长玢岩手标本及镜下显微照片

      Figure 5.  The hand specimens and photomicrographs of diorite porphyrite in Tongyuliang ore district

      Hbl.普通角闪石;Pl.斜长石;Chl.绿泥石;Mt.磁铁矿

      图 6  闪长玢岩锆石U-Pb谐和年龄和CL图像

      Figure 6.  SHRIMP zircon U-Pb concordia diagram and zircon CL images of diorite porphyrite

      图 7  铜鱼梁矿区闪长玢岩Nb/Y-Zr/TiO2图解(a)、SiO2-K2O图解(b)、Na2O-K2O图解(c)和A/CNK-A/NK图解(d)

      Figure 7.  Nb/Y-Zr/TiO2 diagram (a), SiO2-K2O diagram (b), Na2O-K2O diagram (c) and A/CNK-A/NK diagram (d) of the diorite porphyrite in Tongyuliang ore district

      图a据Winchester and Floyd(1977);图b据Ringwood(1975);图c据Middlemost(1972);图d据Maniar and Piccoli(1989)

      图 8  闪长玢岩稀土元素球粒陨石标准化曲线(a)和微量元素原始地幔标准化曲线(b)图解

      Figure 8.  Chondrite normalized REE diagram (a) and primitive mantle normalized trace elements spider diagram (b) of the diorite porphyrite in Tongyuliang ore district

      标准数值据Sun and McDonough(1989)

      图 9  铜鱼梁闪长玢岩εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解

      Figure 9.  εNd(t)-(87Sr/86Sr)i diagram for the diorite porphyrite

      Zindler and Hart(1986)

      图 10  铜鱼梁闪长玢岩Y-Sr/Y(a)、Rb/30-Hf-3Ta(b)、Y-Nb(c)和(Y+Nb)-Rb(d)构造环境判别图

      Figure 10.  The tectonic setting discrimination diagrams of Y-Sr/Y (a), Rb/30-Hf-3Ta (b), Y-Nb (c) and (Y+Nb)-Rb (d) for the diorite porphyrite in Tongyuliang ore district

      图a据Defant and Drummond(1990);图b据Harris et al.(1986);图c据Pearce et al.(1984);图d据Pearce et al.(1984)

      图 11  铜鱼梁闪长玢岩Rb/Y-Nb/Y和Nb/Zr-Th/Zr图解

      Figure 11.  Rb/Y-Nb/Y and Nb/Zr-Th/Zr diagrams of the diorite porphyrite in Tongyuliang ore district

      Kepezhinskas et al.(1997)

      图 12  石炭世雅满苏岛弧带构造演化-成矿模式

      Figure 12.  The model for the setting evolution and mineralization of Aqishan-Yamansu island arc belt during Carboniferous

      表 1  铜鱼梁闪长玢岩SHRIMP锆石U-Pb同位素分析结果

      Table 1.  SHRIMP zircons U-Pb isotopic data of diorite porphyrite from Tongyuliang copper deposit

      测试点 含量(10-6) Th/U 同位素比值 年龄(Ma)
      206Pbc Th U 207Pb/206Pb ±% 207Pb/235U ±% 206Pb/238U ±% 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 208Pb/232Th 1σ
      J4723-10-1.1 2.42 115 263 0.4377 0.0517 4.7 0.355 4.8 0.04973 1.1 317.3 3.5 725 73 329 10
      J4723-10-2.1 4.67 67 140 0.4815 0.0270 57 0.180 57 0.04890 2.3 316.0 5.6 185 452 283 53
      J4723-10-3.1 4.35 87 192 0.4521 0.0460 24 0.314 24 0.04920 1.8 315.5 4.8 680 254 344 39
      J4723-10-4.1 3.14 148 281 0.5266 0.0506 17 0.351 17 0.05039 1.5 321.0 4.0 653 194 355 31
      J4723-10-5.1 5.62 65 126 0.5207 0.0420 40 0.280 40 0.04850 2.4 314.6 5.6 834 317 353 46
      J4723-10-6.1 5.08 67 159 0.4208 0.0240 58 0.158 58 0.04870 2.6 314.0 7.2 -74 534 246 60
      J4723-10-7.1 3.21 222 258 0.8602 0.0551 13 0.380 13 0.05000 1.4 319.0 3.8 831 132 336 13
      J4723-10-8.1 6.81 65 100 0.6479 - - - - 0.04800 4.2 313.9 9.0 - - 282 77
      J4723-10-9.1 3.14 242 241 1.0071 0.0443 19 0.307 19 0.05028 1.5 320.9 4.1 481 240 301 15
      J4723-10-10.1 5.66 89 116 0.7698 0.0330 49 0.230 49 0.04980 2.4 323.6 5.9 654 328 313 33
      J4723-10-11.1 7.82 95 121 0.7827 0.0320 67 0.220 67 0.04990 2.8 322.9 7.0 497 624 327 49
      J4723-10-12.1 3.49 112 155 0.7197 0.0340 36 0.234 37 0.05021 1.9 323.3 4.9 362 332 302 29
      J4723-10-13.1 1.50 111 373 0.2978 0.0367 19 0.252 19 0.04984 1.3 316.6 3.7 -57 278 263 44
      J4723-10-14.1 0.47 69 1119 0.0614 0.0519 3.2 0.362 3.4 0.05067 1.1 319.6 3.5 394 38 346 30
      J4723-10-14.1 0.89 521 475 1.0959 0.0508 7 0.349 7.1 0.04979 1.1 315.6 3.0 495 71 310 5
      J4723-10-16.1 4.84 77 129 0.5953 0.0310 53 0.200 53 0.04650 2.4 301.4 5.4 430 403 300 41
      注:Pbc代表普通铅;“-”表示未检出.
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      表 2  铜鱼梁铜矿区闪长玢岩主量(%)、稀土和微量元素(10-6)地球化学数据

      Table 2.  Major elements (%), trace elements and rare earth elements (10-6) compositions of the diorite porphyrite in Tongyuliang copper deposit

      样品 ZK5201-18 ZK5201-23 J4723-5 J4723-6 J4723-10 J4723-16 J4723-17
      SiO2 57.14 64.48 56.71 66.03 61.63 61.66 61.20
      TiO2 0.92 0.44 0.68 0.37 0.55 0.45 0.45
      Al2O3 17.88 16.05 18.58 16.32 16.55 16.59 16.76
      Fe2O3 7.09 4.22 6.47 3.72 5.14 4.81 4.95
      FeO 4.30 2.33 2.97 1.57 2.48 2.69 2.61
      MnO 0.11 0.07 0.13 0.07 0.08 0.08 0.08
      MgO 4.12 2.33 4.04 1.87 3.16 2.73 2.82
      CaO 4.15 4.67 4.07 3.40 5.22 4.98 3.97
      Na2O 4.57 4.39 5.75 5.97 4.53 5.63 5.61
      K2O 0.63 0.76 0.46 0.33 1.01 0.11 0.79
      P2O5 0.20 0.13 0.17 0.11 0.14 0.13 0.14
      LOI 3.16 2.41 2.91 1.78 1.96 2.70 3.18
      TOTAL 104.27 102.29 102.93 101.55 102.44 102.55 102.55
      Na2O/K2O 7.22 5.81 12.64 18.37 4.49 53.62 7.07
      MgO# 49.75 49.79 55.29 50.92 54.27 50.30 51.20
      La 8.60 7.88 7.40 6.04 8.68 7.71 7.75
      Ce 20.20 18.80 16.90 13.60 19.80 17.60 17.60
      Pr 2.89 2.59 2.42 1.88 2.87 2.51 2.47
      Nd 13.60 11.70 11.30 8.43 13.10 11.20 11.40
      Sm 3.26 2.67 2.69 2.01 2.93 2.66 2.64
      Eu 1.19 0.93 1.08 0.67 1.04 0.90 0.92
      Gd 2.88 2.36 2.27 2.12 2.43 2.19 2.12
      Tb 0.56 0.44 0.46 0.32 0.45 0.40 0.42
      Dy 3.10 2.22 2.71 1.68 2.39 1.97 2.02
      Ho 0.57 0.43 0.57 0.36 0.44 0.44 0.46
      Er 1.52 1.25 1.34 0.96 1.40 1.13 1.34
      Tm 0.27 0.19 0.25 0.15 0.21 0.20 0.21
      Yb 1.74 1.46 1.58 1.16 1.32 1.27 1.43
      Lu 0.21 0.16 0.25 0.17 0.20 0.22 0.20
      Y 16.70 13.40 14.80 10.50 12.90 12.70 13.80
      ∑REE 60.60 53.07 51.21 39.56 57.26 50.39 50.98
      LaN/YbN 3.55 3.87 3.36 3.73 4.72 4.35 3.89
      δEu 1.16 1.10 1.30 0.99 1.16 1.10 1.15
      Rb 11.00 16.10 6.88 5.24 12.30 2.27 17.20
      Ba 143.00 83.80 60.30 173.00 269.00 53.40 159.00
      Th 0.95 1.21 0.91 0.73 1.17 1.04 1.05
      U 0.80 0.98 0.39 0.58 0.61 0.49 0.55
      Nb 3.14 1.65 1.76 1.34 1.28 1.34 1.15
      Ta 0.23 0.13 0.15 0.09 0.11 0.07 0.11
      Pb 3.50 4.28 7.22 10.90 6.47 10.60 4.98
      Sr 201.00 327.00 461.00 496.00 591.00 517.00 849.00
      Zr 121.00 151.00 94.70 135.00 132.00 149.00 163.00
      Hf 3.49 4.14 2.48 3.66 3.71 4.19 4.58
      Sc 14.60 8.74 13.80 7.32 13.60 10.20 10.60
      Sb 0.26 0.12 0.14 0.19 0.05 0.63 0.26
      Cs 0.86 1.44 1.80 0.88 0.72 0.46 0.83
      注:LaN/YbN为球粒陨石标准化值,标准化值据Sun and McDonough(1989).
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      表 3  铜鱼梁铜矿区闪长玢岩Rb、Sr、Sm、Nd同位素分析数据

      Table 3.  Sr and Nd isotope data of the diorite porphyrite in Tongyuliang copper deposit

      样品号 Rb(10-6) Sr(10-6) 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr 2σ Sm(10-6) Nd(10-6) 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd 2σ (87Sr/86Sr)i εNd(t)
      ZK5201-18 13.003 6 224 0.168 3 0.704 789 0.000 010 3.168 13.569 4 0.141 1 0.512 575 0.000 007 0.704 03 1.02
      J4723-5 8.373 0 525 0.046 2 0.704 499 0.000 013 2.803 11.817 0 0.143 4 0.512 592 0.000 011 0.704 29 1.26
      J4723-10 12.825 2 578 0.064 2 0.704 703 0.000 013 2.764 12.187 1 0.137 1 0.512 843 0.000 008 0.704 41 6.42
      注:年龄按照t=318Ma计算.
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    出版历程
    • 收稿日期:  2018-03-20
    • 刊出日期:  2018-09-01

    东天山铜鱼梁铜矿区闪长玢岩SHRIMP锆石U-Pb年代学、岩石地球化学及其地质意义

      作者简介: 孙志远(1989-), 男, 博士, 主要从事矿产普查与勘探方面的研究.E-mail:sunzhiyuan010@163.com
    • 1. 中国地质大学地球科学与资源学院, 北京 100083
    • 2. 北京矿产地质研究院, 北京 100012
    • 3. 昆明理工大学国土资源工程学院, 云南昆明 650093
    • 4. 吐鲁番工企矿业有限责任公司, 新疆吐鲁番 838000
    基金项目:  国家重点基础发展研究计划(973计划)项目 2014CB440803国家自然科学基金项目 41202046中国地质调查局项目 12120113086300

    摘要: 位于新疆东天山阿齐山-雅满苏成矿带东段的铜鱼梁矿床是近年来新发现的铜矿点,但带内热液型铜矿的研究和找矿勘查程度不高,通过SHRIMP锆石U-Pb定年获得矿区与成矿密切相关的闪长玢岩年龄为317.7±2.4 Ma,表明矿区在晚石炭世可能存在重要的岩浆-成矿事件.通过岩石地球化学特征研究可得铜鱼梁闪长玢岩SiO2含量为56.71%~66.03%,Mg#=49.75~55.29,Na2O+K2O=5.15%~6.40%,Na2O/K2O=4.49~53.62,铝指数A/CNK=0.9~1.1,为富钠、准铝质-过铝质、低钾(拉斑)系列岩石.稀土总量较低(39.56×10-6~60.60×10-6),具有轻稀土富集、重稀土亏损的右倾配分模式,富集Ba、U、K、Sr等大离子亲石元素(LILE),亏损Nb、Ta、Ti高场强元素(HFSE),显示弧岩浆的特征.闪长玢岩(87Sr/86Sr)i变化于0.704 030~0.704 413之间,εNdt)=1.02~6.42,具有低的锶同位素初始值和正的εNdt)值,表明其岩浆源区主要来源于亏损地幔源区.综合已有资料,认为研究区闪长玢岩形成于岛弧的构造背景,为石炭世古康古尔洋壳向南俯冲的流体交代地幔后的产物.至晚石炭世早期,古康古尔洋俯冲交代,在上升中富含铜金属元素的岩浆流体当运移到浅部时,次火山岩通过交代岩体本身或火山地层形成了铜鱼梁铜矿床.

    English Abstract

      • 阿奇山-雅满苏成矿带是中亚造山带南缘新疆地区重要的铁-铜-金(银)等矿产资源产区(王登红等,2006),带内发育火山岩型铁(铜)矿、VMS型铜矿、矽卡岩型铁矿、银多金属矿床和自然铜矿床等矿床类型(王京彬等,2006),前人对该带内与海相火山岩有关的铁(铜)矿床研究相对深入(姜福芝等,2002徐仕琪等,2011李厚民等,2014Hou et al., 2014).近年来,该带内陆续发现与火山-次火山热液活动有关的铜矿床,如铜鱼梁铜矿、景峡铜矿、寨北山铜矿(孙志远等,2016)、沙泉子北铜矿(肖昱,2003)、雅西371铜矿(方维萱等,2006)等,前人主要对其矿床地质特征(高珍权,2002肖昱,2003张达玉,2012)、赋矿火山岩地球化学特征(方维萱等,2006)等方面进行了部分研究,但对与成矿密切相关的岩石年代学、岩石成因和成岩成矿构造背景问题的研究较为缺乏.本文拟选取成矿带东段铜鱼梁铜矿,在矿床地质特征研究的基础上,对与成矿密切相关的闪长玢岩进行SHRIMP锆石U-Pb年代学、岩石地球化学和同位素地球化学研究,探讨矿区的成岩成矿时代、岩浆源区性质以及成矿地质构造环境,以期为该类矿床的区域成矿规律研究和进一步找矿勘查提供参考.

      • 东天山位于新疆的东部,其大地构造上位置处于西伯利亚、准噶尔-哈萨克斯坦和塔里木3大板块的交汇处(秦克章等,2002; Windley et al., 2007; Xiao et al., 2013; Zhu et al., 2016;牛晓霞等, 2018),是中亚造山带的重要组成部分(图 1a).从北向南依次为博格达-哈尔里克构造带、吐哈盆地、觉罗塔格构造带、中天山地块(图 1b).根据断裂和矿床展布特点,觉罗塔格构造带进一步可划分为3个次一级的构造单元,自北向南分别为:吐哈盆地南缘铜矿带(北带)、康古尔金矿带(中带)和阿奇山-雅满苏铁(铜)-银多金属矿带(南带)(王京彬等,2006).

        图  1  中亚造山带构造简图(a)和东天山地区地质矿产简图(b)

        Figure 1.  Tectonic sketch of the Central Asian orogenic belt (a) and geological sketch and deposits distribution in the eastern Tianshan (b)

        阿奇山-雅满苏成矿带位于东天山觉罗塔格构造带南缘,向北以雅满苏-苦水断裂为界与康古尔剪切带相邻,向南以阿奇克库都克-沙泉子断裂为界和中天山地块相邻(图 1b),是东天山重要的构造-成矿带.带内主要出露石炭纪火山岩地层,以及少量二叠系和第四系.其中石炭纪地层包括下石炭统阿奇山组(C1a)、雅满苏组(C1y)和上石炭统土古土布拉克组(C2tg).阿奇山组(C1a)主要分布于沙泉子断裂以北、研究区以南,该组主要由灰绿色玄武岩、灰褐色蚀变安山岩、熔结角砾岩、熔结凝灰岩组成,夹透镜状砂岩和灰岩,苏春乾等(2009)获得该组中流纹英安岩锆石U-Pb年龄为341.7±2.7Ma.雅满苏组(C1y)分布于研究区西部,为一套浅海相火山岩-碳酸盐建造,杨兴科等(1998)在雅满苏组安山岩下灰岩中采集有棱菊石化石,认为其属于早石炭世;罗婷等(2012)对雅满苏组英安岩、流纹岩进行锆石U-Pb定年,从东至西,年龄分别为348.0±1.7Ma、335.9±2.4Ma、334.0±2.5Ma.土古土布拉克组(C2tg)主要分布在阿奇克库都克断裂带两侧,为一套火山碎屑岩夹正常沉积岩,含有海百合茎和腕足化石,以火山熔岩为主,宋安江等(2006)对其中花岗闪长斑岩砾石的锆石进行SHRIMP U-Pb定年,获得平均年龄为314±4.2Ma.二叠系阿奇克布拉克组(P1a)主要分布在雅满苏东部景峡-木头井子地区,主要岩石组合为砾岩、砂砾岩.带内侵入岩体有闪长质岩体和花岗质岩体,包括花岗闪长岩、石英闪长岩、钾长花岗岩岩体等,主要为晚古生代岩体(吴昌志等,2006周涛发等,2010),部分早中生代岩体(雷如雄等,2013).

        成矿带内矿床类型主要有海相火山岩型铁(铜)矿、矽卡岩型矿床、火山-次火山热液型铜矿以及产于玄武岩中的自然铜矿等.与海相火山岩有关的“雅满苏式”铁矿,包括红云滩铁矿、赤龙峰铁矿、雅满苏铁矿、百灵山铁矿、沙泉子铁(铜)矿等,主要产于早石炭世雅满苏组火山岩地层中,少数产于土古土布拉克组,矿体大都呈层状、似层状产出,成矿时代为石炭世(王龙生等,2005a徐璐璐等,2014黄小文等,2014; Hou et al., 2014);与火山-次火山热液活动有关的铜矿主要有寨北山铜矿、铜鱼梁铜矿、景峡铜矿和沙泉子北铜矿,张达玉(2012)将该类矿床与上述“雅满苏式”铁矿同归为火山岩型铁-铜矿;与花岗岩侵入体有关的矽卡岩型维权银多金属矿床,其成矿年龄为297±3Ma(王龙生等,2005b);此外,该带内产出许多与玄武岩有关的自然铜矿(化),如十里坡、黑龙峰、长城山等铜矿(化),形成于晚石炭世-早二叠世的后碰撞伸展期,是由熔融的原生岩浆分异演化形成的玄武质岩浆上升喷发形成(袁峰等,2010).

      • 铜鱼梁铜矿床位于雅满苏成矿带东部,距新疆哈密市南东约130km.矿区主要出露石炭纪火山岩地层,少量二叠系和第四系(图 2).石炭纪火山岩以中基性火山岩为主,下石炭统阿奇山组第三岩性段(C1a3)岩性为角砾凝灰岩、凝灰质砂岩,下石炭统阿奇山组第二岩性段(C1a2)岩性为熔结角砾凝灰岩、灰绿色玄武岩、熔结凝灰岩,下石炭统阿奇山组第一岩性段(C1a1)岩性为熔结角砾岩、灰绿色玄武岩、玄武安山岩,其中熔结角砾岩地表发育孔雀石矿化.二叠系分布在矿区的东北部,为下二叠统阿奇克布拉克组(P1a),其底部为灰色砾岩、砂砾岩;中部为灰绿色细-中砂岩,局部夹粗砂岩和砾岩透镜体;上部为褐黄色中砂岩.总体上,地层走向为北西向,倾向为北东(图 3),倾角为50°~60°.矿区内断裂构造不甚发育.侵入岩主要是闪长玢岩,以岩株、岩脉状产出.闪长玢岩可分为北西和南北向两组分布,以北西向展布为主,伴有相互交叉岩脉.

        图  2  铜鱼梁矿区地质简图

        Figure 2.  Geological sketch of Tongyuliang ore district

        图  3  铜鱼梁矿区52勘探线剖面

        Figure 3.  The profile of No.52 exploration line in Tongyuliang ore district

        矿体主要以脉状产出,与闪长玢岩密切相关.地表矿化蚀变多见于西北向闪长玢岩及其与围岩的接触带(图 2),而从52勘探线剖面(图 3)可知,铜矿体主要赋存部位是下石炭统阿奇山组第二岩性段(C1a2)上部的玄武质火山岩、角砾凝灰岩和侵入其中的蚀变闪长玢岩.地表在闪长玢岩(宽10~60m不等)与阿奇山组火山岩接触带铜矿化普遍发育且强烈,以孔雀石化和斑铜矿化为主(图 4a, 4b).矿石中硫化物主要为黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿和黄铁矿,铜品位为0.2%~1.7%.在铜鱼梁矿区施工的钻孔中沿裂隙可见孔雀石和脉状黄铜矿等金属硫化物(图 4c),其中ZK001共见4层含铜矿化闪长玢岩脉,铜品位在0.1%~0.7%之间;ZK5801见2层含铜矿化,铜品位平均分别为0.3%和0.6%,金属矿物主要为黄铜矿和斑铜矿(图 4d).矿区围岩蚀变主要发育在闪长玢岩与火山围岩的接触部位,蚀变有绿泥石化、绿帘石化、硅化和绢云母化.矿石构造为细脉状和浸染状构造;矿石矿物主要以黄铜矿、斑铜矿和孔雀石为主,少量星点状辉铜矿;脉石矿物有石英、绿泥石、绿帘石、绢云母等.

        图  4  铜鱼梁铜矿地表探槽及钻孔矿化特征

        Figure 4.  The mineralized characteristics of the exploratory trench and drillhole in Tongyuliang copper deposit

      • 用于年代学和岩石地球化学测试的7件样品采自铜鱼梁铜矿区东南的新鲜露头和ZK5201中新鲜闪长玢岩.闪长玢岩手标本呈灰色、灰白色,部分浅灰绿色,致密块状构造(图 5a),自形-半自形中粗粒结构.矿物成分主要由斜长石(70%~75%)和角闪石(15%~20%)组成,含少量黑云母、石英和钾长石等,副矿物为磁铁矿、磷灰石、榍石等.其中角闪石斑晶呈板状、短柱状、菱形六面体,晶体长轴大小在200~800μm之间,单偏光下具有绿色-浅绿色多色性,正交光下呈黄褐色-褐色,可见角闪石双晶(图 5c)和环带(图 5d).角闪石斑晶两组斜交解理发育,常沿解理发生绿泥石化和绿帘石化(图 5b, 5d).斜长石自形晶多呈长柱状、板状(图 5b, 5c),晶体长轴大小在200~700μm,可见卡纳双晶和聚片双晶.

        图  5  铜鱼梁闪长玢岩手标本及镜下显微照片

        Figure 5.  The hand specimens and photomicrographs of diorite porphyrite in Tongyuliang ore district

      • 样品野外采自侵入到阿奇山组第二岩性段的新鲜闪长玢岩,样重约30kg,粉碎至80目,采用重力和磁选方法分选出锆石,然后在显微镜下挑出实验所用锆石,锆石纯度大于99.9%.锆石单矿物分选工作由河北廊坊地质服务有限公司实验室完成.将分选出的锆石和标样一起粘在玻璃板上,用环氧树脂浇铸,待环氧树脂固化后将样品制成样品靶.制靶和阴极发光扫描电镜照相由中国地质科学院矿产资源研究所完成.SHRIMP锆石U-Pb定年实验在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心完成,测试原理、流程和方法等参考Williams(1998)Compston et al.(1992),测试分析结果见表 1.在实验时尽量选择环带结构清晰以及锆石核部与边部之间的过渡位置为测试点.

        测试点 含量(10-6) Th/U 同位素比值 年龄(Ma)
        206Pbc Th U 207Pb/206Pb ±% 207Pb/235U ±% 206Pb/238U ±% 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 208Pb/232Th 1σ
        J4723-10-1.1 2.42 115 263 0.4377 0.0517 4.7 0.355 4.8 0.04973 1.1 317.3 3.5 725 73 329 10
        J4723-10-2.1 4.67 67 140 0.4815 0.0270 57 0.180 57 0.04890 2.3 316.0 5.6 185 452 283 53
        J4723-10-3.1 4.35 87 192 0.4521 0.0460 24 0.314 24 0.04920 1.8 315.5 4.8 680 254 344 39
        J4723-10-4.1 3.14 148 281 0.5266 0.0506 17 0.351 17 0.05039 1.5 321.0 4.0 653 194 355 31
        J4723-10-5.1 5.62 65 126 0.5207 0.0420 40 0.280 40 0.04850 2.4 314.6 5.6 834 317 353 46
        J4723-10-6.1 5.08 67 159 0.4208 0.0240 58 0.158 58 0.04870 2.6 314.0 7.2 -74 534 246 60
        J4723-10-7.1 3.21 222 258 0.8602 0.0551 13 0.380 13 0.05000 1.4 319.0 3.8 831 132 336 13
        J4723-10-8.1 6.81 65 100 0.6479 - - - - 0.04800 4.2 313.9 9.0 - - 282 77
        J4723-10-9.1 3.14 242 241 1.0071 0.0443 19 0.307 19 0.05028 1.5 320.9 4.1 481 240 301 15
        J4723-10-10.1 5.66 89 116 0.7698 0.0330 49 0.230 49 0.04980 2.4 323.6 5.9 654 328 313 33
        J4723-10-11.1 7.82 95 121 0.7827 0.0320 67 0.220 67 0.04990 2.8 322.9 7.0 497 624 327 49
        J4723-10-12.1 3.49 112 155 0.7197 0.0340 36 0.234 37 0.05021 1.9 323.3 4.9 362 332 302 29
        J4723-10-13.1 1.50 111 373 0.2978 0.0367 19 0.252 19 0.04984 1.3 316.6 3.7 -57 278 263 44
        J4723-10-14.1 0.47 69 1119 0.0614 0.0519 3.2 0.362 3.4 0.05067 1.1 319.6 3.5 394 38 346 30
        J4723-10-14.1 0.89 521 475 1.0959 0.0508 7 0.349 7.1 0.04979 1.1 315.6 3.0 495 71 310 5
        J4723-10-16.1 4.84 77 129 0.5953 0.0310 53 0.200 53 0.04650 2.4 301.4 5.4 430 403 300 41
        注:Pbc代表普通铅;“-”表示未检出.

        表 1  铜鱼梁闪长玢岩SHRIMP锆石U-Pb同位素分析结果

        Table 1.  SHRIMP zircons U-Pb isotopic data of diorite porphyrite from Tongyuliang copper deposit

      • 样品采自矿区地表和钻孔,地表样品根据垂直地层走向路线剖面采集(图 2),钻孔样品采自ZK5201.在详细的岩相学观察的基础上,选取新鲜的样品,粉碎至200目进行岩石地球化学分析.岩石主量元素采用X荧光光谱(XRF)方法分析,测试精度优于1%;微量元素(含稀土)采用等离子质谱(ICP-MS)方法分析,分析元素的相对误差优于±5%;Rb-Sr、Sm-Nd同位素分析采用热电离质谱仪(TIMS)进行比值测定,元素Rb的误差为2%,Sr的误差为0.5%~1.0%,Sm和Nd的误差<0.5%,同位素比值采用86Sr/88Sr=0.1194和146Nd/144Nd=0.7219进行标准化校正.分析和测试工作均由核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成.用于分析的新鲜闪长玢岩样品号、全岩主微量元素和稀土元素分析测试结果列于表 2,同位素分析测试结果列于表 3.

        样品 ZK5201-18 ZK5201-23 J4723-5 J4723-6 J4723-10 J4723-16 J4723-17
        SiO2 57.14 64.48 56.71 66.03 61.63 61.66 61.20
        TiO2 0.92 0.44 0.68 0.37 0.55 0.45 0.45
        Al2O3 17.88 16.05 18.58 16.32 16.55 16.59 16.76
        Fe2O3 7.09 4.22 6.47 3.72 5.14 4.81 4.95
        FeO 4.30 2.33 2.97 1.57 2.48 2.69 2.61
        MnO 0.11 0.07 0.13 0.07 0.08 0.08 0.08
        MgO 4.12 2.33 4.04 1.87 3.16 2.73 2.82
        CaO 4.15 4.67 4.07 3.40 5.22 4.98 3.97
        Na2O 4.57 4.39 5.75 5.97 4.53 5.63 5.61
        K2O 0.63 0.76 0.46 0.33 1.01 0.11 0.79
        P2O5 0.20 0.13 0.17 0.11 0.14 0.13 0.14
        LOI 3.16 2.41 2.91 1.78 1.96 2.70 3.18
        TOTAL 104.27 102.29 102.93 101.55 102.44 102.55 102.55
        Na2O/K2O 7.22 5.81 12.64 18.37 4.49 53.62 7.07
        MgO# 49.75 49.79 55.29 50.92 54.27 50.30 51.20
        La 8.60 7.88 7.40 6.04 8.68 7.71 7.75
        Ce 20.20 18.80 16.90 13.60 19.80 17.60 17.60
        Pr 2.89 2.59 2.42 1.88 2.87 2.51 2.47
        Nd 13.60 11.70 11.30 8.43 13.10 11.20 11.40
        Sm 3.26 2.67 2.69 2.01 2.93 2.66 2.64
        Eu 1.19 0.93 1.08 0.67 1.04 0.90 0.92
        Gd 2.88 2.36 2.27 2.12 2.43 2.19 2.12
        Tb 0.56 0.44 0.46 0.32 0.45 0.40 0.42
        Dy 3.10 2.22 2.71 1.68 2.39 1.97 2.02
        Ho 0.57 0.43 0.57 0.36 0.44 0.44 0.46
        Er 1.52 1.25 1.34 0.96 1.40 1.13 1.34
        Tm 0.27 0.19 0.25 0.15 0.21 0.20 0.21
        Yb 1.74 1.46 1.58 1.16 1.32 1.27 1.43
        Lu 0.21 0.16 0.25 0.17 0.20 0.22 0.20
        Y 16.70 13.40 14.80 10.50 12.90 12.70 13.80
        ∑REE 60.60 53.07 51.21 39.56 57.26 50.39 50.98
        LaN/YbN 3.55 3.87 3.36 3.73 4.72 4.35 3.89
        δEu 1.16 1.10 1.30 0.99 1.16 1.10 1.15
        Rb 11.00 16.10 6.88 5.24 12.30 2.27 17.20
        Ba 143.00 83.80 60.30 173.00 269.00 53.40 159.00
        Th 0.95 1.21 0.91 0.73 1.17 1.04 1.05
        U 0.80 0.98 0.39 0.58 0.61 0.49 0.55
        Nb 3.14 1.65 1.76 1.34 1.28 1.34 1.15
        Ta 0.23 0.13 0.15 0.09 0.11 0.07 0.11
        Pb 3.50 4.28 7.22 10.90 6.47 10.60 4.98
        Sr 201.00 327.00 461.00 496.00 591.00 517.00 849.00
        Zr 121.00 151.00 94.70 135.00 132.00 149.00 163.00
        Hf 3.49 4.14 2.48 3.66 3.71 4.19 4.58
        Sc 14.60 8.74 13.80 7.32 13.60 10.20 10.60
        Sb 0.26 0.12 0.14 0.19 0.05 0.63 0.26
        Cs 0.86 1.44 1.80 0.88 0.72 0.46 0.83
        注:LaN/YbN为球粒陨石标准化值,标准化值据Sun and McDonough(1989).

        表 2  铜鱼梁铜矿区闪长玢岩主量(%)、稀土和微量元素(10-6)地球化学数据

        Table 2.  Major elements (%), trace elements and rare earth elements (10-6) compositions of the diorite porphyrite in Tongyuliang copper deposit

      • 挑选出的100多颗锆石在阴极发光图像中形态均为半透明的自形粒状结构,少量为短柱状,粒径多在100~300μm,大都显示出清晰的振荡韵律环带(图 6),属岩浆锆石.对较为新鲜的闪长玢岩样品J4723-10的16颗锆石进行离子探针分析.所测锆石Th/U比值大都大于0.4,也表明锆石为岩浆成因(Belousova et al., 2002).其中数据处理采用ISOPLOT3.0程序(Ludwig, 2003).普通Pb采用204Pb校正,获得206Pb/238U年龄分布在301.4~323.6Ma之间,加权平均年龄为317.7±2.4Ma(n=16,MSWD=1.2)(图 6),在误差范围内一致,表明闪长玢岩的侵入时代为晚石炭世,同时研究区火山岩地层的时代不晚于317.7Ma.

        图  6  闪长玢岩锆石U-Pb谐和年龄和CL图像

        Figure 6.  SHRIMP zircon U-Pb concordia diagram and zircon CL images of diorite porphyrite

      • 铜鱼梁铜矿区闪长玢岩SiO2含量为56.71%~66.03%,平均为61.26%;TiO2含量为0.37%~0.92%,平均为0.55%;MgO含量为1.87%~4.12%,Mg#值介于49.75~55.29;FeOT含量为4.91%~10.67%;Al2O3含量较高,介于16.05%~18.58%,平均为16.96%,这种Al2O3>16%的高铝特征是岛弧岩浆岩的一个重要标志(Wood et al., 1979);K2O含量为0.10%~1.01%,Na2O含量为4.39%~5.97%.在图 7a中,样品落入闪长岩区域,属亚碱性岩石系列.在图 7b中,闪长玢岩大都落在低钾(拉斑)岩石系列区域.闪长玢岩全碱含量(Na2O+K2O)较高,介于5.15%~6.40%,Na2O/K2O为4.49~53.62,平均15.60,属富钠质岩石(图 7c).铝饱和指数(A/CNK)在0.9~1.1之间,在图 7d上,样品落入准铝质-过铝质区域.

        图  7  铜鱼梁矿区闪长玢岩Nb/Y-Zr/TiO2图解(a)、SiO2-K2O图解(b)、Na2O-K2O图解(c)和A/CNK-A/NK图解(d)

        Figure 7.  Nb/Y-Zr/TiO2 diagram (a), SiO2-K2O diagram (b), Na2O-K2O diagram (c) and A/CNK-A/NK diagram (d) of the diorite porphyrite in Tongyuliang ore district

      • 闪长玢岩稀土元素总量(∑REE)较低,介于39.56×10-6~60.60×10-6,平均为51.87×10-6;(LREE/HREE)N为4.43~5.48,平均为5.01,指示轻重稀土有一定的分馏;δEu=0.99~1.30,平均为1.14,为正Eu异常(仅有J4723-6具有δEu=0.99弱负异常),且Sr的正异常指示闪长玢岩形成过程中有斜长石的结晶作用,这与镜下观察闪长玢岩中较多的斜长石斑晶相对应.在稀土元素球粒陨石标准化配分曲线上,闪长玢岩各样品配分曲线几近一致,显示出轻稀土富集、重稀土相对亏损的右倾配分特征,但重稀土分馏程度较低(图 8a).在图 8b中,相对于Ba、U、K、Sr等大离子亲石元素LILE和LREE,Nb、Ta、Ti等高场强元素(HFSE)显示出相对亏损的特征,与岛弧岩浆岩特征相一致(Pearce, 1982).

        图  8  闪长玢岩稀土元素球粒陨石标准化曲线(a)和微量元素原始地幔标准化曲线(b)图解

        Figure 8.  Chondrite normalized REE diagram (a) and primitive mantle normalized trace elements spider diagram (b) of the diorite porphyrite in Tongyuliang ore district

      • 闪长玢岩的Rb-Sr、Sm-Nd同位素组成(表 3)表明,其Rb含量变化范围为2.27×10-6~17.23×10-6,Sr含量变化范围为201×10-6~849×10-6,具有非常低的Rb/Sr值(0.004~0.050).将全岩的Rb、Sr、Sm、Nd同位素比值及所测得年龄t=317Ma代入对其同位素进行初始化计算,结果表明,(87Sr/86Sr)i变化于0.704030~0.704413之间,具有较低的锶同位素初始值,指示其来源于幔源组分.岩体的(143Nd/144Nd)i=0.512282~0.512558,εNd(t)=1.02~6.42.在图 9上,样品点落于地幔演化线上或附近,表明其来源于幔源岩浆区.

        样品号 Rb(10-6) Sr(10-6) 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr 2σ Sm(10-6) Nd(10-6) 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd 2σ (87Sr/86Sr)i εNd(t)
        ZK5201-18 13.003 6 224 0.168 3 0.704 789 0.000 010 3.168 13.569 4 0.141 1 0.512 575 0.000 007 0.704 03 1.02
        J4723-5 8.373 0 525 0.046 2 0.704 499 0.000 013 2.803 11.817 0 0.143 4 0.512 592 0.000 011 0.704 29 1.26
        J4723-10 12.825 2 578 0.064 2 0.704 703 0.000 013 2.764 12.187 1 0.137 1 0.512 843 0.000 008 0.704 41 6.42
        注:年龄按照t=318Ma计算.

        表 3  铜鱼梁铜矿区闪长玢岩Rb、Sr、Sm、Nd同位素分析数据

        Table 3.  Sr and Nd isotope data of the diorite porphyrite in Tongyuliang copper deposit

        图  9  铜鱼梁闪长玢岩εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解

        Figure 9.  εNd(t)-(87Sr/86Sr)i diagram for the diorite porphyrite

      • 铜鱼梁铜矿赋矿地层为下石炭统阿奇山组第二岩性段(C1a2).关于阿齐山组的命名及时代,前人做过许多研究工作.西安地质学院在国家305项目专题研究中厘定了雅满苏组,指出其上下亚组存在差异,上部主要为正常碎屑沉积岩和碳酸盐岩,下部主要为火山岩岩石组合,据此姬金生等(1994a)提出将阿奇山组取代原先划分的雅满苏组下亚组.“八五”期间,罗桂昌等(1999)在雅满苏大沟实测剖面的基础上,确定了雅满苏组层位之下确实发育着一套以火山岩、火山碎屑岩为主的层位,代表着雅满苏正常沉积之前的火山活动产物,以此确定其为阿奇山组.苏春乾等(2009)在该组的硅化沉积火山碎屑岩中采集到Heloclema orientalia Lu化石,为早石炭世中期化石,在上覆地层中采集到大量的珊瑚、腕足类化石,以此在化石年代上确定了雅满苏组时代晚于阿奇山组时代的事实,并通过SHRIMP锆石U-Pb获得该组火山岩年龄为341.7±2.7Ma.铜鱼梁矿区闪长玢岩以岩株、岩脉状侵入,成岩时代晚于火山岩地层.闪长玢岩蚀变较强,在闪长玢岩与阿奇山组火山岩接触带具明显的铜矿化现象,表明闪长玢岩可能与铜矿化密切相关.本文测得闪长玢岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为317.7±2.4Ma,代表闪长玢岩侵入年龄,表明铜矿成矿时代可能与闪长玢岩脉同期,同时限定了研究区地层早于317.7±2.4Ma.

      • 铜鱼梁闪长玢岩主量元素显示准铝-过铝质、中等Mg#值、富钠和低钾(拉斑)岩石系列的地球化学特征.岩石U、K、Ba和轻稀土富集,Nb、Ta、Ti等相对亏损,指示了与俯冲带流体作用有关的地球化学特征(Ringwood, 1990).虽然样品具较高的Sr值(201×10-6~849×10-6),但在图 10a中,除一个样品外,均落入经典岛弧岩浆岩区域.因此,元素地球化学结果显示铜鱼梁闪长玢岩具有与板块俯冲环境有关的岛弧岩浆岩的亲缘性.

        图  10  铜鱼梁闪长玢岩Y-Sr/Y(a)、Rb/30-Hf-3Ta(b)、Y-Nb(c)和(Y+Nb)-Rb(d)构造环境判别图

        Figure 10.  The tectonic setting discrimination diagrams of Y-Sr/Y (a), Rb/30-Hf-3Ta (b), Y-Nb (c) and (Y+Nb)-Rb (d) for the diorite porphyrite in Tongyuliang ore district

        根据俯冲板块性质及俯冲的深度,Macdonald et al.(2000)将俯冲带环境中的岩浆源区物质来源分为4种:(1)地幔楔中的橄榄岩;(2)俯冲带中的流体;(3)俯冲板片部分熔融形成的熔体;(4)大陆地壳物质的同化混染.研究区闪长玢岩(87Sr/86Sr)i较低(0.704030~0.704413),εNd(t)均为正值,在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解中落在相同的地幔演化线区域,说明其岩浆源区是亏损的,且较高的Nb/Ta(平均13.4,壳源岩浆为11.0~12.0)和Zr/Hf值(平均36.1,原始地幔36.3,壳源岩浆11.0)均指示与地幔有关(Green, 1995),应排除有大陆地壳物质的参与.岩石高铝、富钠的特征,亏损Nb、Ta、Ti的特征,结合高的Th/Ta值(4.1~14.3)和Th/Nb(0.3~0.9)值,表明其可能来源于板片俯冲交代的地幔楔(Condie, 1982; Johnson, 1998),而在图 11中,呈现出受俯冲流体交代富集的趋势,显微镜下大量的角闪石斑晶也指示原始岩浆是富水的.因此,闪长玢岩源区可能是受到俯冲交代影响的地幔流体.

        图  11  铜鱼梁闪长玢岩Rb/Y-Nb/Y和Nb/Zr-Th/Zr图解

        Figure 11.  Rb/Y-Nb/Y and Nb/Zr-Th/Zr diagrams of the diorite porphyrite in Tongyuliang ore district

      • 关于阿奇山-雅满苏地区晚古生代所处大地构造背景的认识,学者们尚存有不同的观点,主要有裂谷(冯益民等,2002秦克章等,2002陈富文等,2003)、裂陷槽(芮宗瑶等,2002王京彬等,2006)、被动陆缘(何国琦等, 1994, 1995李锦轶等, 2002, 2006)、岛弧(马瑞士等,1993姬金生等,1994b杨兴科等,1997顾连兴等,2001周济元等,2001左国朝等,2006)等观点.裂谷观点显示本区处在陆内拉张背景,较大面积分布的火山岩具有双峰式火山岩套特征(冯益民等,2002秦克章等,2002陈富文等,2003).芮宗瑶等(2002)认为阿齐山-雅满苏火山岩带为准噶尔洋盆向南俯冲而形成的弧后盆地,石炭纪在弧后盆地的基础上拉张为裂陷槽;王京彬等(2006)根据该带发育有火山喷流沉积型矿床以及自然铜矿床认为其为拉张的裂陷槽环境.李锦轶等(2002, 2006)、何国琦等(1994, 1995)认为阿齐山-雅满苏一带为塔里木地块北部的被动陆缘.持岛弧观点的学者,也有着洋壳俯冲方向的争议:顾连兴等(2001)认为觉罗塔格造山带是准-吐-哈陆块南缘的岛弧,它是早、中石炭世天山洋壳沿阿奇克库都克断裂向北俯冲的产物;左国朝等(2006)认为阿奇山-雅满苏带为古康古尔洋在早石炭世向南俯冲形成的岛弧带.向南北两侧俯冲的观点(姬金生等,1994b杨兴科等,1997周济元等,2001)认为古康古尔洋(或吐鲁番洋)向北俯冲产生了大南湖-头苏泉岛弧带,向南则为觉罗塔格增生岛弧带.

        前已述及,铜鱼梁闪长玢岩主微量元素地球化学特征与俯冲有关的岛弧环境吻合.研究表明,在板块汇聚过程中,由于俯冲洋壳或洋壳沉积物在上地幔俯冲脱水,高场强元素不易溶解于流体中,这样就会导致交代的源区会亏损这些元素,表现为高Th、低Nb的特征(McCulloch and Gamble, 1991; Pearce and Peate, 1995).闪长玢岩轻稀土相对富集而重稀土相对亏损、富集大离子亲石元素(LILE)、亏损高场强元素(HFSE),特别是Nb、Ta、Ti强烈亏损,均指示具有弧岩浆的岩石地球化学特征(Gill, 1981).微量元素在岩浆演化的过程中受后期影响较小,其含量与组合特点对探讨岩浆成因、演化程度、恢复和重塑古火山的构造环境及探讨成岩成矿作用有重要意义.闪长玢岩微量元素Th/Ta比值在4.14~14.44之间,Ta/Yb比值在0.05~0.09之间,Zr/Y值在6.40~12.80之间,属于岛弧火山岩范围内(Pearce, 1983; Debari, 1994; Pearce and Peate, 1995).在图 10b~10d中,样品均落入火山弧范围内,表明在晚石炭世阿奇山-雅满苏带处于火山岛弧环境.

        关于古康古尔洋壳在早石炭世仍处于俯冲状态的事实前人已基本形成统一认识,就该成矿带形成时洋壳俯冲方向的问题,前人也已有过讨论(姬金生等,1994b杨兴科等,1997顾连兴等,2001周济元等,2001左国朝等,2006).Miyashiro(1974)对不成熟岛弧向成熟岛弧再到成熟的大陆边缘弧的火山岩研究发现,其地球化学成分显示出由拉斑玄武岩系列向钙碱性玄武岩系列演化的特征.阿奇山-雅满苏成矿带铜鱼梁矿区阿奇山组火山岩为拉斑玄武岩系列和钙碱性系列,而其南部土古土布拉克组火山岩以高钾(K2O=2.85%~4.61%)钙碱性系列岩石为主,表明该岛弧已经演化到相对成熟的阶段(木合塔尔·扎日等,2015),与区域上东天山及邻区石炭纪玄武岩从北向南K2O、LILE、HFSE呈规律性增加一致(李源等,2011),这些具有明显水平分带性的地球化学特征可以指示俯冲带倾斜的方向(Dickinson, 1975),因此上述火山岩的地球化学特征为古康古尔洋壳向南俯冲提供了有利证据.

        阿奇山-雅满苏成矿带在晚古生代经历了复杂的构造-岩浆(火山)-成矿作用,形成了带内近东西向展布的铁(铜)-铅锌银成矿带.其可分为早石炭世初期的产于海相火山岩中的铁(铜)矿床、石炭纪晚期的与火山热液有关的铜-铅锌(银)矿以及晚石炭纪末期到早二叠纪初期在后碰撞拉张环境下形成的自然铜矿:(1)早石炭纪,在古康古尔洋向南俯冲作用下,阿奇山-雅满苏初始岛弧已经形成,有大规模的火山岩浆在海底喷发,形成了下石炭统的海相火山岩建造.在海底喷发过程中,来自于地幔楔岩浆岩中的铁矿从岩浆房中侵位上升,并在海底喷溢形成带内许多“雅满苏式”海相火山岩型的铁矿(张招崇等,2016).(2)晚石炭纪早期,古康古尔洋可能继续俯冲交代,此时致使大洋板块熔融脱水,在上升过程中当富含铜金属的次火山岩浆侵位到浅部时,通过交代岩体本身或火山地层形成了研究区的铜矿床(图 12).

        图  12  石炭世雅满苏岛弧带构造演化-成矿模式

        Figure 12.  The model for the setting evolution and mineralization of Aqishan-Yamansu island arc belt during Carboniferous

      • (1) 铜鱼梁矿区闪长玢岩SHRIMP锆石U-Pb加权平均年龄为317.7±2.4Ma(n=16,MSWD=1.2),该年龄代表闪长玢岩的侵入年龄.矿区铜矿化与闪长玢岩在空间上密切相关,笔者推测铜矿成矿时代可能与闪长玢岩同期,为晚石炭世.

        (2) 闪长玢岩具有高铝、富钠的特征,为低钾(拉斑)岩石系列.稀土元素整体上均呈现轻稀土相对富集、重稀土相对亏损的右倾型稀土配分模式,富集Ba、Th、U、Sr等大离子亲石元素(LILE)和亏损Nb、Ta、Ti高场强元素(HFSE),同位素地球化学特征表明其物质来源于亏损地幔源区.主量、微量元素地球化学特征及构造环境判别均显示矿床形成于俯冲流体交代的岛弧古构造环境.

        (3) 闪长玢岩为古康古尔洋壳向南俯冲交代地幔后的产物.至晚石炭纪早期,古康古尔洋可能继续俯冲交代,大洋板块熔融脱水,在上升过程中富含铜金属的次火山岩浆当侵位到浅部时,通过交代岩体本身或火山地层形成了铜鱼梁铜矿床.

    参考文献 (117)

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