新疆西天山吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶年代學:對加曼特金礦成礦時代的約束

白建科, 李智佩, 徐學義, 茹艷嬌, 李 婷

西安地質礦產研究所, 陜西西安 710054

新疆西天山吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶年代學:對加曼特金礦成礦時代的約束

白建科, 李智佩, 徐學義, 茹艷嬌, 李 婷

西安地質礦產研究所, 陜西西安 710054

吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶是西天山北段晚古生代構造一巖漿成礦帶的重要組成部分, 它嚴格控制著礦帶內金礦床的時空分布。在充分研究前人資料的基礎上, 本文實測了也里莫墩地區加曼特金礦圍巖大哈拉軍山組火山巖剖面, 發現火山巖地層與礦化關系密切。利用LA-ICP-MS鋯石U-Pb方法測定了金礦賦礦圍巖(英安巖)的形成時代, 其206Pb/238U諧和年齡為354.0±1.3 Ma(MSWD=1.4), 表明加曼特金礦賦礦圍巖大哈拉軍山組火山巖形成于早石炭世, 金礦成礦時代被約束在 354.0±1.3 Ma至早石炭世維憲期之間; 區域對比表明, 吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶中分布著大規模的中酸性火山巖-火山碎屑巖, 受構造控制影響, 東西段火山巖的噴發時間存在一定的差異。

加曼特金礦; 早石炭世; 鋯石U-Pb年齡; 吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶; 西天山

吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶是西天山地區晚古生代重要金礦成礦區, 這個呈近東西向狹長帶狀展布的火山巖帶中已經陸續發現了阿希、京西、伊爾曼得、恰布坎卓它、加曼特、鐵列克特、小于贊等一系列金礦床(圖1)。隨著找礦工作程度的不斷提高,前人對吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶內諸多金礦做了大量卓有成效的工作: 劉洪林等(1992)和董連慧等(2001)分別探討了阿希金礦的成因類型; 漆樹基等(1994)分析了阿希地區大哈拉軍山組火山巖金元素的地球化學特征; 毋瑞身等(1999)對阿希金礦進行了較系統的研究; 翟偉等(2007, 2010)研究了阿希金礦的礦床地質特征, 得出淺成低溫熱液金礦床的認識; 姜曉瑋等(2002)研究了阿希金礦的成礦系列及其成因; 肖龍等(2002)、沙德銘(1998)和賈斌等(2003)進一步研究了西天山阿希、京西和伊爾曼得金礦的熱液蝕變和流體包裹體。關于這套賦礦火山-沉積巖系“大哈拉軍山組”的形成時代有不同的認識: 1、中泥盆世晚期-晚泥盆世晚期(386～363 Ma)(翟偉等,2006; 安芳等, 2008); 2、早石炭世(劉洪林等, 1992;董連慧等, 2001; 沙德銘等, 2003; 周圣華等, 2008)。由于對含礦巖系形成時代認識的不一致性, 必然導致對該地區晚古生代大哈拉軍山組火山巖的形成環境和成礦機制的認識不清。前人大部分研究與討論大多僅限于火山巖帶西段的阿希金礦及其周圍礦點,涉及火山巖帶東段加曼特金礦的研究相對較少, 特別是到目前為止, 對加曼特金礦圍巖形成時代還缺乏可靠的年代學資料, 不但影響到其與西段阿希金礦在成礦序列、成礦時代、形成環境方面的對比性研究, 而且制約了加曼特金礦外圍區域的找礦方向和戰略部署。因此, 本文選擇加曼特金礦直接賦礦圍巖——大哈拉軍山組火山巖, 進行精細同位素測年, 不但可以限定這套賦礦火山巖的形成時代及金礦成礦時代, 還可以為吐拉蘇—也里莫墩地區火山巖區域對比研究提供可靠的年代學支撐, 從而對深化研究區域成礦背景和成礦機制提供年代學依據。

1 地質背景和樣品描述

吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶呈近東西向狹長帶狀展布, 西起彼利克溪上游, 經阿希、吐拉蘇、東延至也里莫墩地區。大地構造位置處于哈薩克斯坦板塊(I級)伊犁—中天山陸殼板塊(Ⅱ級)北東緣博羅科努早古生代島弧帶(Ⅲ級)與上疊晚古生代火山巖區結合部位。火山巖帶北界為科古爾琴山南坡斷裂,與賽里木地塊隔開; 南界為伊犁盆地北緣斷裂, 與伊犁晚古生代裂谷帶隔開。火山巖帶內發育NWWSEE向的區域斷裂構造, 總體構成一個復式背斜(蒙馬拉勒復式背斜)(肖序常等, 1992; Gao et al., 1997;毋瑞身等, 1999; 董連慧等, 2001; 韓剛, 2010), 加曼特金礦即位于蒙馬拉勒復式背斜的南翼(圖1)。區內地層主要由下石炭統大哈拉軍山組、阿恰勒河組的一套中酸性火山巖和碎屑巖建造組成。下石炭統大哈拉軍山組主體為一套中酸性火山熔巖、火山碎屑巖, 均角度不整合于盆地的基底地層之上。基地地層主要由中奧陶統奈楞格勒達坂組和上奧陶統呼獨克達坂組的一套淺海相復陸屑碳酸鹽巖建造或碳酸鹽巖復陸屑建造, 以及下志留統千子里克組、尼勒克河組, 上志留統基夫克組的中酸性火山巖、陸源碎屑巖和碳酸鹽沉積組成(漆樹基等, 2000; 姜曉瑋等, 2002; 朱永峰等, 2005; 翟偉等, 2006; 安芳等,2008)。大哈拉軍山組火山巖與上覆地層下石炭統阿恰勒河組(C1a)同樣呈角度不整合接觸關系, 阿恰勒河組主要由砂礫巖、砂巖、灰巖等組成, 富含動植物化石, 時代為早石炭世維憲期(李永軍等, 2009,2010)。

圖1 吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶地質構造略圖(據董連慧等, 2001修改)Fig. 1 Geological and structural map of Tulasu-Yelimodun volcanic rock belt (modified after DONG Lian-hui et al., 2001)

筆者等實測了加曼特金礦賦礦圍巖早石炭世大哈拉軍山組火山巖地層剖面(圖2), 主體巖性為一套中酸性火山巖及火山碎屑巖, 地層總體南傾, 傾角約35°。早石炭世大哈拉軍山組火山巖與下部的志留系尼勒克河組(S3n)安山巖呈逆沖斷層接觸; 與上部早石炭世阿恰勒河組(C1a)灰巖呈角度不整合接觸。火山巖剖面主要由兩個韻律組成, 第一韻律主要由下部的灰褐色—褐色英安質角礫熔巖-英安質角礫凝灰巖-英安巖-英安質(流紋質)晶屑凝灰巖組成, 該韻律段是加曼特金礦的賦礦層位段; 第二韻律主要由灰綠色英安巖-紫紅色英安巖-安山巖-英安質角礫凝灰巖組成。通過剖面測制和金礦礦區調研, 發現地層與礦化關系密切。礦區內含礦地層賦存斷裂構造, 并受一定的層位控制。用于鋯石U-Pb測年的樣品(編號10HJ04-1)采自加曼特金礦礦區南, GPS測定其地理坐標為 N: 44°00.085′, E: 82°26.065′(圖 2), 巖性為灰綠色英安巖, 斑狀結構, 塊狀構造, 斑晶主要由鉀長石、斜長石組成, 鉀長石呈淡紅色, 呈自形長板狀, 長徑約2～4 mm, 含量約13%, 斑晶斜長石,表面有少量次生絹云母, 大小(0.3～0.5)×1.5 mm, 有些形成聚斑, 含量68%, 還有少量角閃石、石英和白云母斑晶, 角閃石被綠泥石交代, 含量 2%, 基質為隱晶質。

2 分析方法

樣品經過常規的粉碎、浮選和磁選法, 分選出純度較高的鋯石, 然后在雙目顯微鏡下經過人工挑選出純度在 99%以上的鋯石, 將鋯石顆粒粘在雙面膠上, 然后用無色透明的環氧樹脂固定于樣品靶上,待環氧樹脂充分固化后, 將樣品靶表面研磨拋光,直至鋯石新鮮截面露出。對靶上鋯石進行鏡下反射光、透射光照相后, 進行CL分析及LA-ICP-MS分析, 鋯石的陰極發光(CL)顯微照片在西北大學大陸動力學國家重點實驗室的 Cameca電子探針儀器上完成, 分析電壓15 kV, 電流19 nA。

LA-ICP-MS(激光剝蝕等離子體質譜)法單顆粒鋯石微區 U-Pb年齡測定在西北大學大陸動力學教育部實驗室完成, 采用 Agilent型 ICP-MS, 采用的激光斑束直徑是 30 μm, 激光剝蝕樣品的深度為20～40 μm。在分析中, 鋯石年齡采用國際標準鋯石91500作為外標標準物質; U, Pb含量分析以29Si作為內標, NIST SRM 610作為外標進行校正; 同位素比值數據處理采用 GLITTER 4.0軟件, 并按照Andersen(2002)的方法, 對測試數據進行普通鉛校正(Andersen, 2002), 鋯石加權年齡計算及諧和圖的繪制采用 ISOPLOT 3.0版軟件程序(Ludwig, 2003)進行, 詳細分析步驟和數據處理方法請參考文獻(Gao et al., 2002; 柳小明等, 2002)。

3 分析結果

從加曼特金巖賦礦圍礦早石炭世大哈拉軍山組第一韻律段采集的英安巖(10HJ04-1)中分選鋯石,鋯石陰極發光(CL)圖像見圖3, 鋯石U-Pb年齡見圖4, 分析結果見表 1。測試過程中盡量選擇陰極發光照片中生長環帶明顯無包裹體或無裂隙紋的鋯石晶體(祝禧艷等, 2008)。1～28號測點 Th/U 比值介于0.77～4.81之間, 該比值高于變質成因的鋯石(通常＜0.1)而與巖漿成因鋯石一致(＞0.1)(Hoskin et al.,2000)。

圖2 加曼特金礦礦區大哈拉軍山組實測地質剖面圖及采樣位置Fig. 2 Geological section of Dahalajunshan Formation and sampling locations in the Jiamante gold deposit

圖3 加曼特金礦圍巖英安巖中鋯石的CL圖像Fig. 3 CL images of zircons from dacite host rock in the Jiamante gold deposit

圖4 加曼特金礦圍巖英安巖中鋯石U-Pb諧和圖和加權平均圖Fig. 4 U-Pb concordia and weighted average mean age diagram of zircons from dacite host rock in the Jiamante gold deposit

樣品10HJ04-1中的鋯石可以分為3類: 第1類占多數, 顯示短柱狀或長柱狀的半自形到自形的晶形, 見清楚的生長韻律或振蕩環帶結構(鋯石2～6, 9,12, 15, 17, 19～22, 27～28), 具典型巖漿成因鋯石的特征(李奮其等, 2010), 部分鋯石外部發育后期加大邊(鋯石2, 6, 22, 28); 第2類鋯石呈自形—半自形柱狀, 內部具較寬的條帶狀結構或寬緩的環帶結構,而邊緣振蕩環帶較窄(鋯石1, 7, 8, 11, 13, 14, 23, 25);第3類數量也較少, 粒徑相對較大, 呈長條狀-柱狀,特征是環帶或核-邊結構不發育或不清晰(鋯石 16,18, 24)。28個測點顯示的206Pb/238U年齡變化范圍在345～358 Ma之間, 在置信度 95%時的206Pb/238U加權平均年齡值為 354.0±1.3 Ma(MSWD=1.4)(圖 4)。這個年齡代表了英安巖的形成時代, 即西天山吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶中火山巖大規模噴發的時間,也就是加曼特金礦成礦時代的下限年齡。

4 討論

4.1 成礦時代

晚古生代是西天山地區最重要的巖漿活動時期,尤以大規模火山活動為特征。火山巖在伊犁地區為中心展開分布, 其分布具有兩側對稱特征。早石炭世大哈拉軍山組火山-沉積巖系主要出露于伊犁地塊南北緣及中部的阿吾拉勒地區。吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶處于伊犁地塊的北緣, 是晚古生代重要金礦成礦區。并進一步確定了金礦賦礦圍巖為大哈拉軍山組中基性-中酸性陸相火山巖系, 以鈣堿性為主, 少量堿性系列巖石(董連慧等, 2001)。本文所討論的火山巖帶東段也里莫墩地區大哈拉軍山組賦礦火山巖系目前還沒有確切年齡數據的報道, 前人僅靠吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶內火山巖特征、賦礦規律和地層接觸關系, 認為這套火山巖系同吐拉蘇地區火山巖時代一樣, 屬于早石炭世大哈拉軍山組(董連慧等, 2001; 沙德銘等, 2003; 韓剛, 2010)。 筆者等在野外調研過程中, 實測了加曼特金礦礦區的大哈拉軍山組火山巖地層剖面, 獲得的大哈拉軍山組英安巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為354.0±1.3 Ma, 根據最新國際地層表(2004)(Gradstein et al.,2005)劃分的泥盆紀/石炭紀的界線為 359.2±2.5 Ma,認為也里莫墩地區加曼特金礦圍巖大哈拉軍山組火山巖時代應為早石炭世。同時, 這套賦礦火山巖又被上覆地層阿恰勒河組(C1a)灰巖中的早石炭世維憲期的腕足 Gigantopraduct和珊瑚 Gangamophyllum vetiforme限定, 因此加曼特金礦的成礦時代被約束在354.0±1.3 Ma至早石炭世維憲期之間。

4.2 區域對比

西天山地區晚古生代大哈拉軍山組建組剖面位于特克斯縣城南科克蘇河流域的大哈拉軍山, 根據剖面中細砂巖所含層孔蟲、盧木calamites sp.及其與上下地層的接觸關系確定為下石炭統大哈拉軍山組(新疆維吾爾自治區地質礦產局, 1978),40Ar-39Ar等時線法測得剖面次火山巖(輝長玢巖)中輝石的39Ar/40Ar年齡為 326.15±15 Ma(劉友梅等, 1994)。新疆地礦局認為吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶中這套火山巖在巖性特征、組合序列和地球化學等方面與南側伊犁地塊上廣泛分布的晚古生代火山巖具有可對比性, 因此命名這套賦礦火山巖系為大哈拉軍山組,時代為早石炭世(新疆維吾爾自治區地質礦產局,1993)。近年來, 我國西部找礦工作重點突破之一是在西天山吐拉蘇地區發現了大型阿希金礦, 隨后,又在阿希金礦外圍發現了伊爾曼得、恰布坎卓它、京西、巴拉克、吉蘭等一批金礦床、金礦點(沙德銘等, 2003)。同時對火山巖帶西段吐拉蘇地區這套廣泛分布的賦礦火山巖系的時代做了大量的討論。Rb-Sr等時線法測得阿希金礦賦礦圍巖大哈拉軍山組火山巖的年齡為 345.9±27.59Ma, 時代為早石炭世(李華芹等, 1998)。隨著鋯石 U-Pb定年逐漸成為同位素年代學研究中最常用和最有效的方法之后,前人又對吐拉蘇地區做了最新的U-Pb測年數據: 吐拉蘇地區的阿希金礦賦礦圍巖安山巖中的鋯石SHRIMP年齡為363±5.7 Ma(翟偉等, 2006)、流紋巖中的鋯石 SHRIMP年齡為386.4士9.3 Ma(安芳等,2008), 并認為吐拉蘇地區中的“大哈拉軍山組”形成于中泥盆世晚期-晚泥盆世晚期, 并建議創建一個新的地層單位“伊爾曼得組”代替大哈拉軍山組來表達吐拉蘇盆地中的這套火山-沉積巖地層(安芳等,2008)。本文首次精確測定了火山巖帶東段也里莫墩地區大哈拉軍山組賦礦火山巖系的精確年齡, 獲得的也里莫墩地區加曼特金礦圍巖英安巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為354.0±1.3 Ma, 時代為早石炭世。同時, 通過與大哈拉軍山組的建組剖面—新疆特克斯縣城南科克蘇河大哈拉軍山組對比分析, 發現它們在巖石組合、地層序列、火山噴發旋回等方面都具有一定的可對比性, 可能處于相似的構造環境。火山巖噴發時代上差別不大, 都屬于早石炭世, 具有連續噴發的特點。所以建議在吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶仍用大哈拉軍山組表示這套火山-沉積巖地層(新建地層單元需要綜合考慮生物地層、巖石地層和年代地層資料等)。加曼特金礦與阿希金礦圍巖年齡的差異可能與區域構造控制有關, 吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶東西兩段的構造存在明顯的差異,并且控制著金礦床的空間分布形態: 火山巖帶西段金礦床產于近南北向火山構造坳陷帶內, 而東段金礦床產于近東西向火山構造坳陷帶。因此, 吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶東西兩段金礦床圍巖時代的差異可能與兩段區域構造不同有關。

5 結論

(1)吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶東段加曼特金礦賦礦圍巖主要是大哈拉軍山組下部的灰褐色—褐色英安質角礫熔巖-英安質角礫凝灰巖-英安巖-英安質(流紋質)晶屑凝灰巖。鋯石 U-Pb測年結果顯示, 加曼特金礦圍巖英安巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為 354.0±1.3 Ma, 表明也里莫墩地區加曼特金礦圍巖大哈拉軍山組火山巖形成時代為早石炭世; 結合上覆地層阿恰勒河組古生物化石的時代, 認為加曼特金礦的成礦時代被約束在354.0±1.3 Ma至早石炭世維憲期之間。

(2)區域對比表明, 吐拉蘇—也里莫墩火山巖帶東段加曼特金礦圍巖在火山巖巖石組合、地層序列、火山噴發旋回等方面與大哈拉軍山組建組剖面都具有一定的可對比性。且金礦賦礦圍巖英安巖 U-Pb年齡為 354.0±1.3 Ma, 表明火山巖形成時代為早石炭世。因此, 加曼特金礦圍巖應該仍然使用“早石炭世大哈拉軍山組”來命名, 其與火山巖帶西段阿希金礦圍巖年齡的差異可能與區域構造控制有關。

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The Chronology of Tulasu-Yelimodun Volcanic Belt: Constraints on the Metallogenic Epoch of the Jiamante Gold Deposit, Western Tianshan Mountains of Xinjiang

BAI Jian-ke, LI Zhi-pei, XU Xue-yi, RU Yan-jiao, LI Ting
Xi’an Institute of Geology and Mineral Resources, Xi’an, Shaanxi710054

The Tulasu-Yelimodun volcanic belt is a key component part of the Late Paleozoic tectonic-magmatic metallogenic belt in the northern part of western Tianshan Mountains and strictly controls the temporal and spatial distribution of gold deposits within the ore belt. Based on geological data available, the authors measured the section of Dahalajunshan Formation volcanic host rocks of the Jiamante gold deposit in Yelimodun area, and the result shows that the volcanic strata are closely related to mineralization. LA-ICP-MS dating of zircons separated from dacite (the host rock of the gold deposit) yields a concordant206Pb/238U age of 354.0±1.3 Ma(MSWD=1.4),suggesting that volcanic host rocks were formed in the Early Carboniferous, and the metallogenic epoch of the Jiamante gold deposit is constrained between 354.0±1.3 Ma and the Visean period of the Early Carboniferous.Regional correlation shows that there exist extensive intermediate-acidic volcanic-volcaniclastic rocks. Meanwhile,due to tectonic controls, there are differences in eruption time between the eastern and the western Tulasu-Yelimodun volcanic belt.

Jiamante gold deposit; Early Carboniferous; zircons U-Pb dating; Tulasu-Yelimodun volcanic belt;western Tianshan Mountains

P588.14; P597

A

10.3975/cagsb.2011.03.07

本文由中國地質調查局項目“西北地區重要成礦帶基礎地質綜合研究”(編號: 1212010610319)和“天山—興蒙成礦帶火山巖漿作用對成礦制約的綜合研究”(編號: 1212010050503)聯合資助。

2011-03-14; 改回日期: 2011-04-15。責任編輯: 魏樂軍。

白建科, 男, 1983年生。助理工程師。從事區域地質調查與沉積巖石學研究。通訊地址: 710054, 西安市友誼東路438號。E-mail: baijianke2003@163.com。