新疆东准噶尔拉伊克勒克斑岩铜(钼)矿床成岩成矿年龄、地球化学特征及其意义
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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (6): 1113-1124  
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李高峰, 孟贵祥, 张丽婷, 吴建, 严加永, 杨岳清. 新疆东准噶尔拉伊克勒克斑岩铜(钼)矿床成岩成矿年龄、地球化学特征及其意义[J]. 地质通报, 2018, 37(6): 1113-1124.
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Li G F, Meng G X, Zhang L T, Wu J, Yan J Y, Yang Y Q. Rock-forming and ore-forming ages and geochemistry of the Layikeleke porphyry Cu(Mo) deposit in East Junggar of Xinjiang and their geological significance[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(6): 1113-1124.
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基金项目

中国地质调查局项目《准噶尔成矿带浅覆盖区铜多金属地质矿产调查》(编号:DD20160007)、新疆维吾尔自治区地质勘查基金项目《新疆伊吾县拉伊克勒克一带铜矿普查》(A11-3-XJ4)和中国地质调查局项目《新疆东准琼河坝矿集区铁铜多金属靶区优选与隐伏矿床(体)快速定位示范研究》《新疆东准哈腊苏铜矿矿集区隐伏勘查方法技术及找矿方向研究》(编号:1212011085024、12120113041300)

作者简介

李高峰(1990-), 男, 在读博士生, 矿物学、岩石学、矿床学专业。E-mail:ligaofeng1999@163.com

通讯作者

孟贵祥(1968-), 男, 博士, 研究员, 从事金属矿产资源勘查和研究工作。E-mail:mgxlw@126.com

文章历史

收稿日期: 2017-12-12
修订日期: 2018-04-27
新疆东准噶尔拉伊克勒克斑岩铜(钼)矿床成岩成矿年龄、地球化学特征及其意义
李高峰1,2 , 孟贵祥1 , 张丽婷3 , 吴建4 , 严加永1 , 杨岳清1     
1. 中国地质科学院矿产资源研究所/国土资源部成矿作用和资源评价重点实验室, 北京 100037;
2. 北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871;
3. 河北省地质调查院, 河北 石家庄 050081;
4. 湖南有色金属职业技术学院, 湖南 株洲 412006
摘要: 拉伊克勒克矿床是在第四系覆盖区新发现的隐伏斑岩铜(钼)矿床。采用LA-ICP-MS技术,对赋矿岩体英云闪长岩中的锆石和矿石中的辉钼矿分别进行锆石U-Pb同位素、Re-Os同位素和锆石Hf同位素测定及相应的研究。测得锆石U-Pb年龄为421.8±2.5Ma,辉钼矿Re-Os模式年龄为409.1±2.6Ma,表明拉伊克勒克斑岩铜(钼)矿床形成于晚志留世—早泥盆世,与琼河坝地区主要斑岩矿床大规模成矿时间一致。英云闪长岩属过铝质-钙碱性系列花岗岩类,岩体具有较高的铝钙含量,K2O/Na2O值普遍偏低,介于0.16~0.29之间;稀土元素配分曲线呈现右倾特征,稀土元素总量较低,轻稀土元素相对富集,负Eu异常不明显。在微量元素原始地幔标准化蛛网图上,高场强元素Th、Nb、Ta、P、Ti等相对亏损,大离子亲石元素Rb、Ba、U、K、Sr等相对富集。同时岩体具有高的正εHft)值(10.98~15.01)和年轻的模式年龄(451~708Ma),暗示英云闪长岩体是大陆边缘弧环境下大洋板片熔融的产物,对进一步明确琼河坝地区斑岩型矿床的成矿环境和找矿方向具有重要意义。
关键词: LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄    辉钼矿Re-Os年龄    地球化学    Hf同位素    斑岩铜矿床    英云闪长岩    拉伊克勒克    
Rock-forming and ore-forming ages and geochemistry of the Layikeleke porphyry Cu(Mo) deposit in East Junggar of Xinjiang and their geological significance
LI Gaofeng1,2, MENG Guixiang1, ZHANG Liting3, WU Jian4, YAN Jiayong1, YANG Yueqing1     
1. MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
2. School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China;
3. Hebei Institute of Geological Survey, Shijiazhuang 050081, Hebei, China;
4. Hu'nan Nonferrous Metals Vocational and Technical College, Zhuzhou 412006, Hu'nan, China
Abstract: The Layikeleke deposit is a concealed porphyry deposit newly discovered by comprehensive geoprehensive exploration in Quaternary coverage area. In this paper, U-Pb dating of LA-ICP-MS zircon and dating of Re-Os isotope and Hf isotopes were conducted to investigate the petrology, isotope geochemistry and the age of mineralized tonalities. U-Pb dating of LA-ICP-MS zircon was conducted to investigate the age of the sample, which is 421.8±2.5Ma, and the Re-Os weighted mean age for five molybde-nite samples is 409.1±2.6Ma, suggesting that, from the Late Silurian to the Early Devonian, the Layikeleke porphyry copper (molyb-denum) deposit was formed here, similar to things of the porphyry in Qiongheba area. The tonalities are of peraluminous and calc-al-kaline series with high Al2O3, CaO and low K2O/Na2O ratios. The pluton has low total REE content with relative enrichment of LREE and obscure Eu negative anomaly. The primitive mantle normalized trace element patterns are characterized by the depletion of the HFSE (Th, Nb, Ta, P, Ti) and enrichment of the LILE (Rb, Ba, U, K, Sr). The testing results of Hf isotope show that tonalitie plutons have high and positive εHf(t) and younger model age, indicating that they were formed in a continental margin arc setting and were related to partial melting of subducted oceanic crust. The results obtained by the authors have important significance for deepen-ing the understanding of magmatic hydrothermal metallogenesis in this area.
Key words: LA-ICP-MS zircon U-Pb age    molybdenite Re-Os age    geochemistry    Hf isotope    porphyry copper deposit    tonalite    Layikeleke    

拉伊克勒克铜-铁多金属矿床(中心部位的地理坐标为北纬43°53.7′、东经95°16′)位于新疆东准噶尔琼河坝地区(图 1-ab),是利用综合地球物理探测技术在第四系浅覆盖区之下发现的全隐伏矿床。经钻探验证,该矿床由斑岩型铜(钼)矿床和矽卡岩型富铜-铁矿床组成,目前已完成普查工作。矽卡岩型富铜-铁矿床铁矿石量(333+334)为251.17×104t,全铁平均品位为46.58%,铜矿矿石量(333+334)为151×104t,铜矿金属量为2.91×104t,平均品位1.93%,达到小型矿床规模;斑岩铜(钼)矿段铜金属量(333+334)为115.9×104t,平均品位0.28%,钼资源量(333+334)6376t,平均品位0.052%,全区伴生银金属量1404.44t,平均品位3.36g/t,达到大型规模。根据目前的研究工作,这2个矿床与典型矿床相比具有不同特色,矽卡岩型富铜-铁矿床成矿特征已在另文[2]进行了分析,本文主要对斑岩型铜(钼)矿床的特征进行研究。

图 1 拉伊克勒克矿区及周边地质简图 Fig.1 Geological map of the Layikeleke ore district and surrounding areas a—大地构造位置图(据参考文献[1]修改);b—区域地质图;c—矿区及周边地质简图;1—第四系;2—中泥盆统第二岩性段;3—中泥盆统第一岩性段;4—中泥盆统安山岩;5—中泥盆统玄武岩;6—下泥盆统托让格库都克组;7—海西期二长花岗岩;8—海西期花岗斑岩;9—海西期石英闪长岩;10—海西早期花岗闪长岩;11—加里东期英云闪长岩;12—辉绿岩脉;13—拉伊克勒克铜(钼)矿床范围;14—隐伏矽卡岩型矿床范围;15—断层;16—季节性河流;17—地球化学采样点;18—锆石样品采样点;19—辉钼矿样品采样点

拉伊克勒克斑岩型铜(钼)矿床赋矿岩体为英云闪长岩,英云闪长岩体呈北西向展布,长度大于5km,宽500~1000m,深度大于1000m,已达到岩株规模。吕博等[3]已初步对拉伊克勒克斑岩矿床的辉钼矿进行了Re-Os同位素年龄界定,得出斑岩矿床的成矿年龄为411.1±2.4Ma(MSWD=0.12),那么赋矿岩体英云闪长岩的成岩年龄是多少?成矿与成岩作用之间的内在联系如何?英云闪长岩形成环境又如何?这些问题均需进行深入研究。

本次研究在研究区西部矿区采集了1件样品,选取其中的锆石用于U-Pb和Lu-Hf同位素研究;在矿区中部矿石中采集了5件辉钼矿样品,用于Re-Os同位素研究,以期得到英云闪长岩的形成时代、岩浆来源及斑岩矿床的成矿年龄。希望为拉伊克勒克斑岩矿床的形成机理和找矿勘查工作提供更深入的理论依据。

1 地质背景 1.1 区域地质背景

琼河坝位于哈萨克斯坦-准噶尔板块东北缘,北临西伯利亚板块,属于谢米斯台-野马泉-琼河坝岛弧东段,琼河坝岛弧是晚古生代火山岩系叠置发育在早古生代岛弧之上的复合岛弧带[4-5],南侧为卡拉麦里蛇绿岩带,北侧为阿尔曼太蛇绿岩带,其成因与北侧以阿尔曼太蛇绿岩带为代表的古亚洲洋在奥陶纪—志留纪发生持续的向南俯冲收缩作用和准噶尔洋在泥盆纪双向俯冲作用引起的岩浆活动叠加的结果有关[4, 6-9]。早古生代地质构造运动活跃,但研究区内早古生代岛弧遗迹已不多见,仅在中—上奥陶统荒草坡群中保留了一些活动大陆边缘岛弧的中-基性火山岩建造;晚古生代岛弧活动特征明显,泥盆纪—石炭纪滨海-浅海相碎屑岩和火山岩建造构成区内地层的主体。

琼河坝地区经历了复杂的岩浆侵入活动,在加里东期、华力西期等多期构造活动中,发生了多期次火山喷发和岩浆侵入活动[4-5]。区内古生代侵入岩以黑云母二长花岗岩、花岗闪长岩、斜长花岗岩、英云闪长岩等中酸性岩体为主。

频繁且剧烈的岩浆活动,为本区提供了有利的成矿条件[10-12]。仅在古生代就形成了包括拉伊克勒克斑岩铜(钼)矿床在内的一系列矿床,如蒙西斑岩铜矿[13-14]、和尔赛斑岩铜矿[15-16]、铜华岭斑岩铜矿[17]等一系列斑岩型铜矿,显示琼河坝地区具有寻找古生代斑岩铜矿的远大前景。本文介绍的拉伊克勒克斑岩铜矿也属于这一类,但成矿特征有所不同。

1.2 矿区地质概况

拉伊克勒克矿区(图 1-c)大部分被第四系覆盖,只在北部河谷见到不完整的地层出露,主要岩性为一套酸性-基性火山碎屑岩,夹大套凝灰质粉砂岩、凝灰岩与灰岩互层,局部灰岩层厚加大,上部为一套灰黄色凝灰质粉砂岩,除受左行剪切走滑断裂影响发生位移外,地层产状相对稳定,总体倾向北,与区域总体构造方向一致。除地层外,可见后期的英云闪长岩体及安山玢岩脉、闪长玢岩脉侵入到地层中。

赋矿英云闪长岩体在地表基本被第四系覆盖,其分布范围目前仅通过230线、276线和0线勘探线上有限钻孔进行了初步控制。钻探结果显示,英云闪长岩中发育较广泛和较强的热液蚀变作用,Cu、Mo、Au、Ag、Pb、Zn等元素在钻孔中都有不同程度的显示,但能够圈出独立矿体的主要是Cu和Mo元素,铜矿化主要以黄铜矿的形式出现,钼矿化仅以辉钼矿的形式显示。铜(钼)矿化的形成和分布与英云闪长岩的绢英岩化蚀变和硅化蚀变关系非常密切,在未蚀变的岩石中没有铜(钼)矿化,甚至见不到黄铁矿。

英云闪长岩(图 2-ab)的主要组成矿物为斜长石、石英、黑云母和角闪石,碱性长石较少,磁铁矿普遍存在;具中-细粒结构。斜长石主要由具有环带结构的奥-中斜长石组成,含量可达65%~70%,自形程度较高,但晶体粒度相差较大,最高可达6倍以上,因此,岩石常呈似斑状结构;石英主要以不规则形态分布于斜长石中间,粒度也相差较大,其含量一般在20%左右;暗色矿物主要为角闪石和黑云母,含量为4%~9%,但形态完整及未蚀变的角闪石基本没有,常有次生小片状黑云母集合体聚集分布,沿长轴方向有铁质析出,普遍以翠绿色、无解理的大片假象出现;原生黑云母主要以不规则长条状-片状分布于斜长石颗粒之间,且大部分已经蚀变,表现为褪色和铁质的析出。

图 2 拉伊克勒克英云闪长岩心及镜下照片 Fig.2 Photomicrographs of tonalite from Layikeleke a—英云闪长岩,主要由具环带结构的中长石(An)、石英(Qtz)和黑云母(黑色)组成;b—英云闪长岩由石英(Qtz)、中长石(An)、少量微斜长石(Or)和次生黑云母(Bi)集合体组成(正交偏光);c—由英云闪长岩蚀变形成的绢英岩中,绢云母(Ser)集合体仍保持着斜长石的假象(正交偏光);d—英云闪长岩蚀变形成的云英岩中黄铁矿(Py)大量形成(正交偏光)

热液对原岩的改造主要通过以下几种形式:①次生黑云母化;②绢云母化;③绢英岩化(图 2-cd);④硅化;⑤粘土化。黄铜矿化从绢云母化阶段开始,之后的绢英岩化阶段是黄铜矿最重要的富集时期,铜钼矿体主要由这类蚀变岩石组合而成,硅化也是铜(钼)重要的成矿期。铅锌矿化主要以石英脉的形式产出,且明显有后成性,即铅-锌矿化主要发生在铜矿化之后。

从赋矿岩体的岩性及结构构造特征看,拉伊克勒克英云闪长岩和国内外典型斑岩矿床的赋矿岩体有较大差异,应属于中-深成岩体,但从岩体的蚀变及矿化特征看,与斑岩矿床又基本无异,说明在一定的地质环境中,钾化-绢英岩化-硅化和铜(钼)的细脉-浸染型矿化,即所谓的斑岩型矿化也可以发生在中深成的中-酸性岩体中[3, 18]

2 地球化学特征

本文的主要研究对象是矿区及矿床范围内分布最广、与成矿关系最密切的英云闪长岩,样品取自矿床勘探的各个阶段,涉及范围很广,主要包括矿床地表露头岩石、探槽及钻孔中的英云闪长岩,相应的采样位置见图 1-c。H-1样品来自地表露头,为极弱风化的英云闪长岩,无矿化发育;zk244-2-10样品取自zk244-2钻孔20.35m处,为新鲜无蚀变的英云闪长岩;zk322-1-13样品取自zk322-1钻孔35.70m处,为极弱绢云母化的英云闪长岩;zk276-2-22样品取自zk276-2钻孔430.49m处,为新鲜无蚀变的英云闪长岩;zk277-1-8样品取自zk277-1钻孔89.32m处,为含少量黄铁矿的英云闪长岩;zk230-5-4样品取自zk230-5钻孔109.11m处,为新鲜无蚀变的英云闪长岩。样品主量、微量和稀土元素测试由国家地质实验测试中心完成,主量元素用X荧光光谱仪(2100)分析;稀土元素和其他微量元素用等离子质谱仪(X-series)分析,分析精度优于5%。

岩体主量、微量和稀土元素分析结果见表 1。由表 1可知,岩体的SiO2含量为63.58%~65.44%,Al2O3含量为16.86%~17.72%,CaO含量为2.48%~4.76%,为中酸性岩;除TiO2和K2O含量偏低,Na2O偏高外,其他成分与世界及中国的石英闪长岩-花岗闪长岩[19-20]相似;K2O含量为0.68%~1.57%,K2O/Na2O值为0.16~0.49,Na2O含量全部大于同一岩石的K2O含量,在SiO2-K2O图解(图 3-a)上,较集中于钙碱性系列和低钾系列之间;A/NK值为1.93~2.56,A/CNK值为1.01~1.55,在A/CNK-A/NK图解(图 3-b)上,所有样品点落入过铝质系列范围。总体来说,拉伊克勒克英云闪长岩岩体为低钾-钙碱性过铝质系列岩石。上述参数表明,它们不是由陆壳物质深熔产生的S型岩类,而具有深源岩类特点。

图 3 拉伊克勒克矿区英云闪长岩SiO2-K2O(a)和A/CNK-A/NK图解(b) Fig.3 SiO2-K2O(a) and A/CNK-A/NK(b) diagrams of tonalite in Layikeleke
表 1 拉伊克勒克矿区英云闪长岩主量、微量和稀土元素分析结果 Table 1 Major, trace and rare earth element concentrations for tonalite in Layikeleke area

岩体稀土元素总量ΣREE为39×10-6~68×10-6,平均值为51×10-6,ΣLREE/ΣHREE值为5.89~9.93,(La/Yb)N值为5.49~10.90,表明拉伊克勒克岩体稀土元素总量偏低,轻稀土元素相对富集,重稀土元素亏损,轻、重稀土元素比值较大,分馏明显;稀土元素配分曲线(图 4-a)表现出明显右倾,具有深源偏基性岩石的特点;δEu值介于0.91~1.21之间,Eu基本无亏损,表明在岩浆的结晶分异过程中斜长石起到了稀土元素主要载体矿物的作用。

图 4 拉伊克勒克矿区英云闪长岩稀土元素模式图(a)和微量元素蛛网图(b) Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns (a) and trace element primitive mantle-normalized spider diagram of tonalite in the Layikeleke ore district

在微量元素蛛网图(图 4-b)中,拉伊克勒克岩体具有相似的配分模式,主要富集Rb、Ba、U、K、Sr、Zr、Hf、La等大离子亲石元素,亏损Th、Ti、Nb、Ta等高场强元素。这些特征表明,原始岩浆在演化早期有金红石、钛铁矿等含有高场强元素矿物的结晶,受磷灰石分离结晶作用的制约,与原始地幔相比,P元素也有一定的减少。同时,在上述各类岩石中,V、Cr、Ni、Co的含量与岩石圈中花岗闪长岩类相比也明显偏低,表明英云闪长岩在演化过程中,一些偏基性的高场强元素残留在地壳深部。

3 锆石U-Pb同位素测定 3.1 样品及测试方法

在对矿区钻孔岩心详细观察的基础上,在西矿区采集代表性岩心样品。样品(弱蚀变英云闪长岩)取自ZK230-1钻孔248.5m处,蚀变较弱,采样钻孔具体位置见图 1-c。样品新鲜,重2kg。锆石特征如图 5所示。

图 5 拉伊克勒克斑岩矿床英云闪长岩锆石阴极发光(CL)图像、测点及206Pb/238U年龄 Fig.5 CL images, testing spots and 206Pb/238U ages of zircons from Layikeleke tonalite

LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测定在中国地质科学院矿产资源研究所激光多接收等离子质谱LA-MC-ICP-MS实验室完成。所用测试仪器为Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及与之配套的NewWaveUP-213激光剥蚀系统。测试时激光束斑直径为40μm,剥蚀深度为20~40μm,激光脉冲10Hz,电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)系统为Agi⁃lent 7500a。实验中采用氦气作为剥蚀物质的载气,采样方式为单点剥蚀(图 5), 数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式,每完成4~5个测点的样品测定,加测标样1次。在所测锆石样品分析点前后各测2次NIST SRM610。采用标准锆石91500[21]校正未知样品的U-Pb同位素分馏,元素含量采用NIST SRM610为外标,29Si为内标[22]。年龄加权平均值计算及U-Pb谐和图绘制由Isoplot(3.00版本)程序[23]完成,同位素比值和年龄误差皆为1σ,年龄加权平均值具95%的置信度。详细实验测试方法及流程过程见参考文献[24]。

3.2 测定结果

拉伊克勒克花岗斑岩锆石年龄测定分析结果如表 2图 6所示。zk230-1共测得25个数据,其206Pb/238U年龄为417~424Ma,年龄加权平均值为421.8±2.5Ma(95%置信度,MSWD=2.5)(图 6),可代表岩浆结晶年龄。

图 6 拉伊克勒克斑岩矿床英云闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图 Fig.6 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagram of tonalite in the Layikeleke ore district
表 2 拉伊克勒克英云闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析结果 Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotopic compositions of the zircons from tonalite in Layikeleke
4 辉钼矿Re-Os同位素测定 4.1 测试方法

用于测试的5件辉钼矿样品均采自矿区中部zk276-1(图 1-c)钻孔中蚀变英云闪长岩的细脉石英硫化物细脉中,脉宽1~10mm,辉钼矿以片径0.5mm左右的鳞片状集合体分布,并与黄铁矿和黄铜矿伴生。辉钼矿的分离、挑选在廊坊市科大岩石矿物分选技术服务有限公司完成,挑选的辉钼矿样品纯度在99%以上。辉钼矿样品的Re-Os同位素年龄测试在国家地质实验测试中心Re-Os同位素实验室完成,采用美国TJA公司生产的TJA X-Se⁃ries电感耦合等离子体质谱仪测定同位素比值。本次实验的全流程空白为Re=0.0002ng, 187Os=0.0002ng。实验流程由JDC监控,测定的模式年龄为139.0 ± 2.0Ma,对应的年龄推荐值为139.6 ± 3.8Ma,两者在误差范围内基本一致,表明本次测试的数据可信,测试原理、测试方法及程序详见参考文献[25-30]。

4.2 测定结果

5件辉钼矿样品Re-Os同位素测年结果如表 3图 7所示。其Re含量介于371.4×10-6~1901×10-6之间,平均值为950.54×10-6,普Os含量介于0.0131×10-9~0.645×10-9之间,平均值为0.1858×10-9,与中国典型斑岩矿床相比,辉钼矿中Re含量较高,辉钼矿高Re含量的特点保证了样品Re、Os测试分析的精确度。5件辉钼矿的Re-Os模式年龄加权平均值为409.1±2.6Ma(置信度为95%,MSWD=0.30)(图 7)。这与吕博等[3]获得的辉钼矿Re-Os同位素年龄(411.1±2.4Ma,MSWD=0.116)在误差范围内一致,可代表拉伊克勒克斑岩矿床的成矿年龄。

图 7 拉伊克勒克斑岩铜(钼)矿矿石中辉钼矿Re-Os模式年龄图 Fig.7 Re-Os model ages of molybdenite in ore from Layikeke
表 3 拉伊克勒克矿区矿石中辉钼矿Re-Os同位素数据 Table 3 Re-Os isotopic data of molybdenite in ore from Layikeleke
5 锆石Hf同位素测试 5.1 测试方法

锆石Hf同位素测试在中国地质科学院矿产资源研究所激光多接收等离子质谱LA-MC-ICPMS实验室完成。所用仪器为Neptune多接收等离子质谱和NewwaveUP213紫外激光剥蚀系统(LA-MC-ICP MS),实验过程中采用氦气作为剥蚀物质载气,剥蚀直径依据锆石尺寸,采用40μm,测定时使用国际锆石标准GJ-1作为参考物质,分析点位置与U-Pb定年测试点位置一致,相关仪器运行条件及详细分析流程见参考文献[31-32]。

5.2 锆石Hf同位素组成

拉伊克勒克英云闪长岩锆石Hf同位素分析结果如表 4图 8所示。

图 8 拉伊克勒克英云闪长岩Hf同位素演化 Fig.8 Diagrams of t-εHf(t) of tonalite from Layikeleke
表 4 拉伊克勒克英云闪长岩锆石Hf同位素分析结果 Table 4 Hf isotopic data compositions for the zircon grains from tonalite in Layikeleke

样品zk230-1在测点原位分析了25个点,其Hf同位素成分较均一,176Hf/177Hf值变化于0.282827~0.282945之间,平均值为0.28289;εHf(t)变化范围为10.98~15.01,平均值为13.12,二阶段模式年龄(tDM2)分布于451~708Ma之间,平均值为571.7Ma。

6 讨论 6.1 岩石成因

拉伊克勒克的英云闪长岩体具有Th、Nb、Ta、Ti等高场强元素相对亏损,Rb、Ba、U、K、Sr等大离子亲石元素相对富集的特征。尤其是岩石具有高的Ba、Sr含量,其中Ba含量为186×10-6~588×10-6, 平均值为330.7×10-6,Sr含量为284×10-6~916×10-6,平均值为629.6×10-6;还具有高的(La/Yb)N值(5.49~10.59)、Sr/Y值(61.9~101.8),以及相对低的Y、Yb、Rb含量。这些地球化学特征与高Ba-Sr花岗岩的特征一致[36-39]。在Rb-Sr-Ba图解(图 9)中,样品点大多落入高Ba-Sr花岗岩区域,显示该岩体属于高Ba-Sr花岗岩类。此外,英云闪长岩体的许多地球化学特征与Adakite(埃达克岩)类似[40-41],SiO2含量为63.58% ~65.44% (Adakite,> 56%);Al2O3含量为16.86%~17.72%(Adakite, > 15%);MgO含量为0.67%~2.11%;Na2O含量较高,变化范围为3.18%~4.58% (Adakite, 3.5%~7.5%),具有相对低的K2O/Na2O值,为0.16~0.29;同时岩体的Sr含量很高,平均值为629.6 × 10-6(Adakite, > 400 × 10-6);Sr/Y值为61.9~101.8(Adakite, > 20~40),Y和Yb平均含量分别为8.7×10-6和0.94×10-6(Adakite分别为小于18×10-6和1.9×10-6),稀土元素配分曲线斜率(La/Yb)N值为5.49~10.59,小于20,这些特征与O型埃达克岩特征相似,暗示英云闪长岩体源岩为地壳成熟度较低的下地壳岩石,或者来源于大洋俯冲板片的低钾、高钠、高铝物质的熔融。Rb/Sr=0.012~0.030,平均值为0.022,绝大多数小于地幔平均值(0.025),且英云闪长岩εHf(t)为10.97~15.01,通常较高的εHf(t)值是较多幔源组分参与成岩的标志[42],在t-εHf(t)图解中样品值分布在亏损地幔演化线附近的区域而远离古老地壳Hf演化线(图 8)。一般认为,花岗质岩石的正εHf(t)值反映了岩浆源区为亏损地幔或从亏损地幔中新增生的年轻地壳物质[43],因此拉伊克勒克英云闪长岩可能主要来源于新元古代—奥陶纪亏损地幔物质或者新生地壳物质的熔融。

图 9 英云闪长岩体的Rb-Sr-Ba图解[36, 39] Fig.9 Rb-Sr-Ba diagram of tolinate pluton
6.2 生成环境

英云闪长岩体具有高的正εHf(t)值和年轻的模式年龄,且属于Ba-Sr花岗岩类,其较低的稀土元素含量和微量元素分布特征显示,拉伊克勒克英云闪长岩岩体可能形成于弧环境。英云闪长岩在Y-Nb(图 10-a)和(Y+Nb)-Rb图解(图 10-b)中的投点表明,它们均处于火山弧花岗岩区,相似地,在琼和坝地区蒙西斑岩矿床中与成矿有关的斜长花岗斑岩[44],和尔赛、铜华岭斑岩矿床中与成矿有关的花岗闪长斑岩和英云闪长岩[16-17],以及拉伊克勒克斑岩矿床中与成岩有关的英云闪长岩中相关微量元素的投点也在这个范围,表明包括拉伊克勒克英云闪长岩体在内的琼河坝地区构成斑岩矿床的侵入岩体都是在相同的构造环境中产生的,是琼河坝地区岛弧岩浆活动的产物。

图 10 琼河坝地区斑岩铜矿床 Y-Nb(a)和(Y+Nb)-Rb(b)图解 Fig.10 Y-Nb(a)and(Y+Nb)-Rb(b)diagram of copper porphyry deposits in Qionghebai area

长期以来,对拉伊克勒克等斑岩矿床产出的琼河坝地区,以往的地质工作者认为其主体是一个晚古生代岛弧带,以发育泥盆纪—石炭纪火山岩系和海西期侵入岩为特征。本次工作对拉伊克勒克斑岩铜矿的赋矿岩体——英云闪长岩首次获得421Ma的锆石U-Pb年龄,结合前人在蒙西斑岩铜矿赋矿岩体中获得的413Ma锆石U-Pb年龄[44],在和尔赛斑岩铜矿赋矿岩体中获得的429Ma锆石U-Pb年龄[16],在铜华岭斑岩铜矿赋矿岩体中获得的422Ma和418Ma锆石U-Pb年龄[17],表明琼河坝地区并非晚古生代造山带,很可能是一个早古生代岛弧-造山带。这应是对本区地质发展史认识上的重大突破。

6.3 成矿年龄

本文5件辉钼矿Re-Os同位素年龄为409.1±2.6Ma,与吕博等[3]测得的6件辉钼矿的年龄(411.1±2.4Ma)在误差范围内一致,可以代表拉伊克勒克斑岩矿床的成矿年龄,其形成时代为晚志留世—早泥盆世。

无独有偶,琼河坝地区内蒙西斑岩型铜(钼)矿床辉钼矿的Re-Os同位素年龄为411.6Ma[44],和尔赛-铜华岭斑岩型铜(钼)矿床辉钼矿的Re-Os同位素年龄为409 ± 12Ma[16]。3个矿床中辉钼矿的Re-Os同位素年龄非常相近,表明晚志留世—早泥盆世是琼河坝地区斑岩型矿床重要的成矿期。

7 结论

(1)拉伊克勒克斑岩矿区含矿英云闪长岩的锆石206Pb/238U年龄加权平均值为421.8 ± 2.5Ma(MSWD=2.5),辉钼矿的Re- Os同位素年龄为411.1±2.4Ma(MSWD=0.30),表明拉伊克勒斑岩矿床成岩成矿时代为晚志留世—早泥盆世;与琼河坝地区众多斑岩矿床的成岩成矿时代相近,是琼河坝早古生代岛弧构造-岩浆的活跃期。

(2)拉伊克勒克斑岩矿区含矿英云闪长岩的地球化学特征表明,岩体属于Ba-Sr花岗岩类,为过铝质低钾钙碱性系列岩石,具有轻稀土元素相对富集、重稀土元素亏损的特征;Hf同位素特征显示,其源区具有亏损地幔性质,来源于俯冲大洋板片的熔融。

(3)琼河坝地区早古生代岩浆活动频繁,形成一系列有利于斑岩矿床赋存的中酸性岩体,为本区晚志留世—早泥盆世的斑岩型铜(钼)多金属矿床的形成提供了必要条件。

致谢: 感谢中国地质科学院矿产资源研究所激光多接收等离子质谱LA-MC-ICP-MS实验室侯可军研究员对锆石U-Pb和Hf同位素测试工作的指导;感谢国家地质实验测试中心Re-Os同位素实验室李超、杜安道研究员对Re-Os同位素测试的指导;感谢审稿专家提出的宝贵意见。

参考文献
[1] 李锦轶, 何国琦, 徐新, 等. 新疆北部及邻区地壳构造格架及其形成过程的初步探讨[J]. 地质学报, 2006, 80(1): 148–168.
[2] 严加永, 孟贵祥, 杨岳清, 等. 新疆东准噶尔拉伊克勒克岩浆矽卡岩型富铜-铁矿的发现及其成矿特征[J]. 地质论评, 2017, 63(2): 413–426.
[3] 吕博, 孟贵祥, 杨岳清, 等. 新疆拉依克勒克隐伏斑岩矿床的发现、ReOs同位素定年及地质意义[J]. 岩石学报, 2014, 30(3): 1168–1178.
[4] 董连慧, 徐兴旺, 屈迅, 等. 初论环准嘎尔斑岩铜矿带的地质构造背景与形成机制[J]. 岩石学报, 2009, 25(4): 713–737.
[5] 董连慧, 屈迅, 朱志新, 等. 新疆大地构造演化与成矿[J]. 新疆地质, 2010, 28(4): 351–357.
[6] 刘兴旺, 郑建京, 杨鑫, 等. 三塘湖盆地及其周缘地区古生代构造演化及原型盆地研究[J]. 天然气地球科学, 2010, 21(6): 947–954.
[7] 王登红, 李华芹, 应立娟, 等. 新疆伊吾琼河坝地区铜、金矿成矿时代及其找矿前景[J]. 矿床地质, 2009, 28(4): 73–82.
[8] 王晓地, 刘德权, 唐延龄, 等. 伊吾县琼河坝地区斑岩铜矿成矿地质特征及远景评价[J]. 新疆地质, 2006, 24(4): 398–404.
[9] 杨富全, 闫升好, 刘国仁, 等. 新疆准噶尔斑岩铜矿地质特征及成矿作用[J]. 矿床地质, 2010, 29(6): 956–971.
[10] 李高峰, 孟贵祥, 吴建, 等. 新疆东准新疆东准乌须克劳格岩体LAICP-MS锆石U-Pb年龄、Hf同位素特征[J]. 地质通报, 2016, 35(7): 1170–1183.
[11] 王得权, 刘建朝, 张海东, 等. 蒙西花岗斑岩成因与锆石U-Pb年代学研究[J]. 矿物岩石, 2013, 33(3): 63–69.
[12] 申萍, 董连慧, 冯京, 等. 新疆斑岩型铜矿分布、时代及成矿特点[J]. 新疆地质, 2010, 28(4): 358–364.
[13] 屈迅, 徐兴旺, 梁广林, 等. 蒙西斑岩型铜钼矿地质地球化学特征及其对东准噶尔琼河坝岩浆岛弧构造属性的制约[J]. 岩石学报, 2009, 25(2): 765–776.
[14] 梁广林, 徐兴胚, 高长荣, 等. 蒙西斑岩铜矿地质地球物理特征及找矿潜力分析[J]. 新疆地质, 2010, 28(4): 402–408.
[15] 程松林, 王世新, 冯京, 等. 新疆和尔赛斑岩型铜矿床地质特征及找矿标志[J]. 新疆地质, 2010, 28(3): 254–259.
[16] 杜世俊, 屈迅, 邓刚, 等. 东准噶尔和尔赛斑岩铜矿成岩成矿时代与形成的构造背景[J]. 岩石学报, 2010, 26(10): 2981–2996.
[17] 郭丽爽, 张锐, 刘玉琳, 等. 新疆东准嘎尔铜华岭中酸性侵入体锆石U-Pb年代学研究[J]. 北京大学学报(自然科学版)(网络版), 2009, 1: 22–27.
[18] 邵陆森, 孟贵祥, 邓震, 等. 新疆拉伊克勒克斑岩铜矿3D电性结构与找矿暗示[J]. 地质与勘探, 2015, 51(3): 953–963.
[19] Daly R A. Igneous rocks and the depths of the earth[J]. Mcgraw Hill Comp., New York and London, 1936: 1–598.
[20] 黎彤, 袁怀雨, 吴胜昔. 中国花岗岩类和世界花岗岩类平均化学成分的对比研究[J]. 大地构造与成矿学, 1998, 22(3): 29–34.
[21] Wiedenbeck M, Allé P, Griffin W L, et al. Three natural zircon standards for U-Th-Pb, Lu-Hf, trace element and REE analyses[J]. Geostandards Newsletter, 1995, 19(1): 1–23. DOI:10.1111/ggr.1995.19.issue-1.
[22] Anczkiewicz R, Oberli F, Burg J P, et al. Timing of normal faulting along the indus suture in Pakistan H inalaya and a case of major 231 Pa/235 U initial disequilibrium in zircon[J]. Earth Planet. Sci. Lett., 2001, 191: 101–114. DOI:10.1016/S0012-821X(01)00406-X.
[23] Ludwig K R. User's Manual for/EX Version 3:A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel Berkeley Geochronology Center[M]. Special Publication: 2003: 41-70.
[24] 侯可军, 李延河, 田有荣. LA-MC-ICP-MS锆石微区原位U-Pb定年技术[J]. 矿床地质, 2009, 28(4): 481–492.
[25] Stein H J, Cherst en A, Hannah J L, et al. Subgrainschle decoupling Re and 187Os and assessment of laser ablatiom ICP-MS spot dating in molybedenite[J]. Geochim.Cosmochim.Acta, 2003, 67(19): 3673–3686. DOI:10.1016/S0016-7037(03)00269-2.
[26] Selby D, Creaser R A. Macroscale NTIMS and microscale LAMCICP-MS Re-Os istopic analysis of molybdenite:Testing spatial restriction for reliable Re-Os age determinations, and implications for the decoupling of Re and Os within molybdenite[J]. Geochim. Cosmochim. Acta, 2004, 68: 3897–3908. DOI:10.1016/j.gca.2004.03.022.
[27] 杜安道, 何红蓼, 殷万宁, 等. 辉钼矿的铼-锇同位素地质年龄测定方法研究[J]. 地质学报, 1994, 68(4): 339–347.
[28] 杜安道, 赵敦敏, 王淑贤, 等. Carius管溶样和负离子热表面电离质谱准确测定辉钼矿铼-锇同位素地质年龄[J]. 岩矿测试, 2001, 20(4): 247–252.
[29] Wieser M E. Atomic weights of the elements 2005(IUPAC Technical Report)[J]. Pure and Applied Chemistry, 2006, 78(11): 2051–2066. DOI:10.1351/pac200678112051.
[30] Smoliar M L, Walker R J, Morgan J W. Re-Os ages of group ⅡA, ⅢA, IVA and VIB iron mereorites[J]. Science, 1996, 271(5252): 1099–1102. DOI:10.1126/science.271.5252.1099.
[31] 侯可军, 李延河, 邹天人, 等. LA-ICP-MS锆石Hf同位素的分析方法及地质应用[J]. 岩石学报, 2007, 23(10): 2595–2604. DOI:10.3969/j.issn.1000-0569.2007.10.025.
[32] 徐平, 吴福元, 谢烈文, 等. U-Pb同位素定年标准错石的Hf同位素[J]. 科学通报, 2004, 49(14): 1403–1410. DOI:10.3321/j.issn:0023-074X.2004.14.012.
[33] Blichert-Toft J, Albarède F, Rosing M, et al. The Nd and Hf isotopic evolution of the mantle through the Archean.results from theIsua supracrustals, West Greenland, and from the Birimian terranesof West Africa[J]. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 1999, 63(22): 3901–3914. DOI:10.1016/S0016-7037(99)00183-0.
[34] Griffin W L, Pearson N J, Belousova E A, et al. The Hf isotope-composition of cratonic mantle:LA-MC-ICPMS analyses of zircon megacrysts in kimberlites[J]. Geochim. Cosmochim. Acta, 2000, 64(1): 133–147. DOI:10.1016/S0016-7037(99)00343-9.
[35] Söderlund U, Patchett P J, Vervoort J D, et al. Lu-Hf and Sm-Nd isotopic systematics in chondrites and their constraints on theLuHf properties of the Earth[J]. Earth & Planetary Science Letters, 2004, 222(1): 29–41.
[36] Tarney J, Jones C E. Trace element geochemistry of orogenic igneous rocks and crustal growth models[J]. Journal of the Geological-Society, 1994, 151(5): 855–868. DOI:10.1144/gsjgs.151.5.0855.
[37] Fowler M B, Henney P J, Greenwood P B. Petrogenesis of high-Ba-Sr granites:the Rogart pluton, Sutherland[J]. Journal of the-Geological Society, 2001, 158(3): 521–534. DOI:10.1144/jgs.158.3.521.
[38] 陈斌, 翟明国, 邵济安. 太行山北段中生代岩基的成因和意义:主要和微量元素地球化学证据[J]. 中国科学(D辑), 2002, 32(11): 896–907.
[39] 钱青, 钟孙霖, 李通艺, 等. 八达岭基性岩和高Ba-Sr花岗岩地球化学特征及成因探讨:华北和大别-苏鲁造山带中生代岩浆岩的对比[J]. 岩石学报, 2002, 18(3): 275–292.
[40] 张旗, 王焰, 王元龙. 燕山期中国东部高原下地壳组成初探:埃达克质岩Sr-Nd同位素制约[J]. 岩石学报, 2001, 17(4): 505–513.
[41] 张旗, 王焰, 刘红涛, 等. 中国埃达克岩的时空分布及其形成背景:国内关于埃达克岩的争论[J]. 地学前缘, 2003, 10(4): 385–400.
[42] 吴福元, 李献华, 郑永飞, 等. Lu-Hf同位素体系及其岩石学应用[J]. 岩石学报, 2007, 23(2): 185–220.
[43] 隋振民, 葛文春, 吴福元, 等. 大兴安岭东北部侏罗纪花岗质岩石的锆石U-Pb年龄、地球化学特征及成因[J]. 岩石学报, 2007, 23(2): 461–480.
[44] 张永, 梁广林, 屈迅, 等. 东准嘎尔琼河坝岛弧早古生代岩浆活动的锆石U-Pb年龄和Hf同位素证据[J]. 岩石学报, 2010, 26(8): 2389–2398.
孟贵祥, 吕庆田, 严加永, 等. 新疆伊吾县拉伊克勒克一带铁铜矿普查报告. 中国地质科学院. 2016.