新疆富蘊縣蒙庫鐵礦床賦礦淺粒巖鋯石U－Pb年代學研究

王宇利，孫豐月，李碧樂，張 晗，王 冠

（吉林大學地球科學學院，吉林長春130061）

新疆富蘊縣蒙庫鐵礦床賦礦淺粒巖鋯石U－Pb年代學研究

王宇利，孫豐月，李碧樂，張 晗，王 冠

（吉林大學地球科學學院，吉林長春130061）

蒙庫鐵礦床位于阿爾泰山南緣成礦帶的麥茲火山－沉積盆地內，礦床主礦體成因類型為與火山作用有關的熱水噴流沉積礦床.礦體主要賦存于泥盆系康布鐵堡組地層中，主要巖性有淺粒巖、變粒巖及斜長角閃巖，原巖恢復顯示為海相火山巖，主要為細碧巖－角斑巖－石英角斑巖，次為流紋巖－凝灰巖，沉積巖為鈣質凝灰質砂巖夾結晶灰巖.通過對蒙庫鐵礦床淺粒巖鋯石LA－ICP－MS UPb 定年，確定了礦床的形成時代及康布鐵堡組地層的形成時代.鋯石中 Th 含量分別為 29.5×10－6～82.7×10－6和 32.1×10－6～109.3×10－6，U 含量分別為 35.7×10－6～132.1×10－6和 47.6×10－6～140.6×10－6，Th/U 比值為 0.41～1.19 和 0.51～0.85，為典型巖漿鋯石特征.蒙庫鐵礦淺粒巖的U－Pb年齡分別為397.5±2.5 Ma和389.0±4.7 Ma.結合區域年代學資料，確定康布鐵堡組形成于早泥盆世，康布鐵堡組下亞組上限為 389±4.7 Ma，而蒙庫鐵礦床主礦體形成時代為 397.5±2.5 Ma.

鋯石U－Pb年齡；年代學；蒙庫鐵礦；阿爾泰；新疆

0 引言

阿爾泰南緣成礦帶是新疆北部重要的成礦帶，帶內發現大量礦床，規模較大的有阿舍勒銅鉛鋅礦、克因布拉克銅鋅礦、鐵木爾特鉛鋅礦、鐵木爾特鐵礦、阿巴宮鐵－鉛鋅礦、可可塔勒鉛鋅礦和蒙庫鐵礦.在該成礦帶內火山巖發育，構成阿爾泰山前4個斜列的火山－沉積盆地，由北西向南東依次為阿舍勒盆地、沖乎爾盆地、克蘭盆地和麥茲盆地.蒙庫鐵礦床位于麥茲盆地內.一直以來，對于阿爾泰南緣火山沉積盆地的時代存在較大爭議，曾喬松等［1］報道了沖乎爾火山－沉積盆地康布鐵堡組酸性火山熔巖鋯石SHRIMP U－Pb年齡為436 Ma，柴鳳梅等［2］指出阿巴宮鐵礦康布鐵堡組流紋巖年齡為 407～412 Ma，單強等［3］提出阿爾泰地區康布鐵堡組鉀質流紋巖和鈉質流紋巖的鋯石SHRIMP U－Pb年齡分別為 400.8 Ma 和 402.2 Ma.蒙庫鐵礦床自從1953年發現以來，其成因爭議較大，主要觀點有：海相火山－沉積變質型［4］；火山熱液交代、礦漿貫入及火山沉積復合成因［5］；噴流沉積變質及與巖漿疊加改造作用有關［6-8］；巖漿熱液交代［9］；火山沉積－區域變質－熱液疊加改造，并以變質成礦作用為主［10］；夕卡巖型［11-13］.蒙庫鐵礦床西部1～6號主礦體產于康布鐵堡組變質火山巖地層中，具有明顯的原生沉積特征，顯示出海相火山－沉積成礦作用.本文選取1號礦體容礦圍巖（淺粒巖）為研究對象，通過LA－ICP－MS鋯石U－Pb精確定年，以期限定賦存地層和礦床的形成時代，同時為阿爾泰南緣火山活動和鐵礦成礦規律研究提供資料.

1 地質背景

1.1 礦區地質特征

蒙庫鐵礦位于新疆維吾爾自治區富蘊縣境內，距富蘊縣城北西直距70km的麥茲火山－沉積盆地中，其大地構造位置屬于西伯利亞板塊南阿爾泰晚古生代活動陸緣.麥茲盆地位于阿爾泰南緣成礦帶可可塔勒鉛鋅多金屬成礦帶內東南部，可可塔勒礦帶東起富蘊縣卡拉先格爾斷裂，西至布爾津縣沖乎爾鄉，全長250km，寬10～30km.麥茲盆地出露地層有下泥盆統康布鐵堡組、中泥盆統阿勒泰組及第四系.康布鐵堡組和阿勒泰組占盆地出露地層面積70%以上.康布鐵堡組為一套變質的海相火山巖、變質基性—酸性火熔巖、火山碎屑巖等；阿勒泰組為變質碎屑巖－碳酸鹽巖.蒙庫大型鐵礦床和可可塔勒大型鉛鋅礦床即產于麥茲盆地內.

礦區出露地層主要有志留系和泥盆系（圖1）.志留系地層為中－上志留統松克木群中—深變質的淺海－濱海相碎屑沉積巖建造，巖石在遭受區域變質作用后，又受到強烈的接觸變質和動力變質作用，導致原來的含泥質較高的砂質泥巖、砂巖、泥質粉砂巖夾鈣質砂巖及少量大理巖均形成一套中、深變質的石榴夕線黑云母片麻巖、石英黑云母片巖、堇青黑云石英片巖夾薄層斜長角閃巖，局部出現貫入混合巖.泥盆系地層有康布鐵堡組和阿勒泰組.康布鐵堡組在礦區中部大面積分布，為一套火山-沉積變質巖系，主要巖性主要為淺粒巖、變粒巖、斜長角閃巖、大理巖、磁鐵變粒巖、磁鐵石榴石巖.變質程度最高為角閃巖相，原巖恢復顯示火山巖主要為細碧巖-角斑巖-石英角斑巖，次為流紋巖-凝灰巖；沉積巖為鈣質凝灰質砂巖夾結晶灰巖［5］.野外研究發現蒙庫1號礦體嚴格按康布鐵堡組地層發育，與成礦關系密切，本次工作對淺粒巖進行了鋯石LA-ICP-MS U-Pb精確定年.阿勒泰組分布于礦區的西南邊緣及外圍，礦區內為淺海相復理石建造沉積巖，底部為大理巖巖層，向上則為淺變質的變質含礫砂巖、變質粉砂鈣質泥砂巖、變質凝灰質砂巖互層.

礦區侵入巖發育,主要分布于礦區的西北部和南部地區，出露面積約占礦區范圍的40%（圖1）.巖性主要為角閃斜長花崗巖、片麻狀斜長花崗巖、片麻狀黑云母花崗巖等.礦區出露的花崗質侵入體在區域上被稱為蒙庫巖體.礦區北東出露的片麻狀黑云母花崗巖鋯石 SHRIMP U-Pb 年齡為 404±8 Ma［13］；1 號礦體北東出露的角閃斜長花崗巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡為 378±7 Ma［13］；礦區南部出露的片麻狀斜長花崗巖鋯石 SHRIMP U-Pb 年齡為 400±6 Ma［15］.區內巖漿活動頻繁，火山活動強烈，以華力西期火山旋回為主，持續時間較長.

礦區內褶皺、斷裂構造發育.褶皺構造為緊閉線型褶皺，包括蒙克木背斜和鐵木下爾滾向斜，兩者同屬蒙庫復向斜北東倒轉翼的次級構造.褶皺形態復雜且多被巖體和斷層破環.斷裂構造主要為北西向的壓性斷裂，規模較大，主要發育F1～F5五條斷裂.其中，F3斷裂為礦區的主要控礦斷裂構造.斷裂構造具有多期繼承性活動的特點，早期處于活動大陸邊緣弧后盆地的張性環境下，構造樣式主要表現為張性斷裂，以高角度正斷層為主，為本區海相火山-沉積盆地的控盆邊界斷裂，控制了麥茲盆地中火山-沉積巖系的展布.一系列近于平行主斷裂的次級斷裂很可能控制了成礦地質體及礦體的分布.以上地質活動為成礦作用提供了優越的地質背景.

1.2 礦床地質特征

在蒙庫鐵礦區內已圈出的礦體有40余個，其中1號礦體規模最大，18號、10號、6-1號礦體次之，其他礦體規模均較小.礦體大多以火山-沉積巖地層為圍巖，順層整合產出（以規模最大的1號礦體為代表），分布于礦區西部，多呈似層狀、薄板狀、透鏡狀、條帶狀與大量石英相伴產出.9、18、22號礦體附近存在少量石榴石夕卡巖，分布于礦區中部—東部，呈條帶狀、脈狀及不規則狀，具膨大、收縮、分支、復合、尖滅再現特征.

礦石中主要金屬礦物為磁鐵礦，次要礦物有黃鐵礦、磁黃鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦等，微量礦物有斑銅礦、銅藍、孔雀石、自然鉑等.脈石礦物主要有透輝石、角閃石、長石、石英，其次有黑云母、綠簾石、方解石、石榴子石以及少量方柱石、榍石、玉髓等.

礦石結構以半自形—自形粒狀結構為主，交代結構、碎裂結構次之.礦石構造以塊狀構造為主，其次為浸染狀構造和條帶狀構造.

蒙庫鐵礦床主礦體多數順層產于淺粒巖、變粒巖和斜長角閃巖中（圖1），具有原生沉積特征，僅在9號礦體附近有夕卡巖發育，與夕卡巖關系并不密切.礦體與賦礦圍巖同時經歷了變質變形作用，說明成礦作用早于變質變形作用.因此，蒙庫鐵礦并不是變質作用形成.綜合前人研究認為，蒙庫鐵礦主礦體的形成主要受熱水噴流成礦作用影響.蒙庫鐵礦形成后，受到NESW向持續擠壓，礦體與圍巖變形程度逐漸增加，地層和礦體經歷了緊閉褶皺至后期面理的強烈置換，結果造成礦體在走向上連續分布而在垂向上被拉長呈透鏡狀或拉斷呈鉤狀斷續分布，形成“似層非層、似脈非脈”的特征，已不再受早期的褶皺控制.

2 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學

2.1 樣品描述

本次所選樣品MK-21（靠近1號礦體）、MK-36均取自礦區內康布鐵堡組下亞組.康布鐵堡組變質海相火山巖廣泛分布在礦區中部，為一套中酸性火山巖，成分上以富鈉和硅為特征.本次采取的樣品呈灰白色，不等粒粒狀變晶結構（圖2），塊狀構造，主要由長石、石英以及少量角閃石構成，三邊結構普遍發育（圖3）.

2.2 分析方法

鋯石單礦物挑選由河北省廊坊市區域地質調查研究所實驗室應用標準礦物分離技術分選，再經過雙目鏡鏡下仔細挑選完成.鋯石樣品靶的制備首先將待測鋯石樣品膠粘在載玻片上，然后將環氧樹脂和固化劑混合固化，隨后拋光至樣品出露橫截面.

鋯石制靶、反射光、陰極發光以及鋯石U－Pb同位素測試在中國地質科學院礦產資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室完成.使用儀器為Finnigan Neptune多接收電感耦合等離子質譜儀（LAMC－ICP－MS），采用 New Wave UP213激光剝蝕系統.采樣方式為單點剝蝕，數據采集采用所有信號同時靜態方式接收，鋯石U－Pb同位素測試采用20 μm光斑剝蝕，使用鋯石GJ1作為外標，元素含量采用鋯石M127［16］作為外標樣［17］.歧視和漂移進行校正，樣品的同位素比值和元素含量計算采用ICPMSDataCal［18］程序處理.年齡計算及諧和圖的繪制采用Isoplot 3.0［19］完成.

2.3 測試結果

研究區內樣品陰極發光圖像顯示大部分鋯石為長柱狀，個別為破碎的晶體.陰極發光圖像顯示，鋯石顆粒內部發育清晰的巖漿振蕩環帶，具有巖漿鋯石的特征（圖4）.樣品MK－21測試分析13個測試點，結果顯示Th 含量 29.5×10－6～82.7×10－6，U 含量為 35.7×10－6～132.1×10－6（表1），Th/U比值0.41～1.19；樣品MK－36分析測試8 個測試點，Th 含量為 32.1×10－6～109.3×10－6，U 含量47.6×10－6～140.6×10－6（表2），Th/U比值0.51～0.85.明顯具有巖漿鋯石的特點.而變質鋯石一般具有變質增生邊，無分帶、弱分帶、云霧狀分帶等，Th/U＜0.1［20］，因此進一步證明本次研究的鋯石為巖漿鋯石.測點數據集中分布在諧和線上或附近，樣品MK－21的206Pb/238U加權平均年齡為 397.5±2.5 Ma，MSWD=0.46（圖 5）；樣品MK－36 的206Pb/238U 加權平均年齡為 389.0±4.7 Ma，MSWD=1.8（圖 6）.

表1 蒙庫鐵礦床淺粒巖MK－21鋯石U－Pb分析結果Table 1 U-Pb date for zircons from the leucogranulite（MK-21）in Mengku iron deposit

3 分析討論

表2 蒙庫鐵礦床淺粒巖MK－36鋯石U－Pb分析結果Table 2 U-Pb date for zircons from the leucogranulite（MK-36）in Mengku iron deposit

蒙庫鐵礦床1～6號礦體賦礦圍巖為一套變質海相火山巖，具有原生沉積特征，表現出海相火山沉積成礦作用.礦體嚴格賦存于下泥盆統康布鐵堡組，主要含礦層位為康布鐵堡組下亞組第三巖性段（斜長角閃巖、變粒巖、淺粒巖、大理巖以及磁鐵變粒巖等），礦體往往成群順層產出，與圍巖地層相協調.結合前人研究成果，認為蒙庫鐵礦1～6號礦體屬熱水噴流沉積成礦，因此賦礦圍巖的年齡應與成礦年齡一致.近年來，由于缺少對康布鐵堡組地層的精確定年，對于蒙庫鐵礦床形成時代存在較多爭議.單強等［3］報道了麥茲盆地鈉質流紋巖的鋯石 SHRIMP U－Pb 年齡為 402.2±6 Ma，認為麥茲火山－沉積盆地為早泥盆世產物.楊富全等［15］測定蒙庫地區片麻狀斜長花崗巖和片麻狀黑云母花崗巖鋯石 SHRIMP U－Pb年齡分別為 400±6 Ma和404±8 Ma，限定鐵礦成礦時代略晚于404～400 Ma.徐林剛等［13］測得礦區北東出露的片麻狀黑云母花崗巖鋯石SHRIMP U－Pb年齡為404±8 Ma，1號礦體北東出露的角閃斜長花崗巖鋯石SHRIMP U－Pb年齡為378±7 Ma，認為蒙庫鐵礦形成于400 Ma左右.本研究所測淺粒巖鋯石U－Pb年齡的加權平均值分別為397.5±2.5 Ma 和 389.0±4.7 Ma，項目組另外獲得康布鐵堡組下亞組鋯石 U－Pb 年齡分別為 390.1±4.3 Ma（待刊）和 391.1±1.9 Ma（待刊）.本次所測鋯石年齡接近或略小于區內巖體年齡，可能是由于礦區內存在多期次的火山－侵入巖漿活動，同時巖體侵位較深，在遭受后期的剝蝕以及構造拼貼作用，造成年齡數據存在較小差異.由于礦區內強烈的變形作用，不能恢復原始地層層序，因此我們通過對康布鐵堡組下亞組系統取樣及綜合分析認為，康布鐵堡組下亞組上限年齡約為389±4.7 Ma，蒙庫鐵礦床形成時間應該為 397.5±2.5 Ma 左右.在378～404 Ma期間，阿爾泰地區存在多次火山－巖漿活動.上述年齡說明阿爾泰地區在早泥盆世存在多期次的火山－侵入巖漿活動，而阿爾泰成礦帶內火山噴流沉積型鉛鋅礦床形成于該時期，說明阿爾泰南緣在早泥盆世具有良好的找礦前景.

4 結論

（1）蒙庫鐵礦床主礦體（1～6號礦體）往往成群順層產出，與圍巖地層產狀基本一致，并常與圍巖發生同步褶皺，具有明顯的層控特征，總體顯示出“似層非層，似脈非脈”的特征.綜合分析表明蒙庫鐵礦床主礦體具有熱水噴流沉積礦床特征.

（2）獲得康布鐵堡組兩個淺粒巖鋯石LA－ICP－MS U－Pb 年齡分別為 397.5±2.5 Ma 和 389±4.7 Ma.結合前人研究，認為 397.5±2.5 Ma應代表蒙庫鐵礦的成礦時代，而389±4.7 Ma應為康布鐵堡組變質海相火山巖下亞組形成時代上限.

［1］曾喬松，陳廣浩，王核，等.阿爾泰沖乎爾盆地花崗質巖體的鋯石S H R Im PU-P b定年及其構造意義［J］.巖石學報,2007,23（8）:1921—1932.

［2］柴鳳梅，毛景文，董連慧，等.阿爾泰南緣克朗盆地康布鐵堡組變質火山巖年齡及巖石成因［J］.巖石學報,2009,25（6）:1403—1415.

［3］單強，曾喬松，羅勇，等.新疆阿爾泰康布鐵堡組鉀質和鈉質流紋巖的成因及同位素年代學研究［J］.巖石學報,2011,27（1 2）:3653—3665.

［4］仇仲學.新疆富蘊縣蒙庫鐵礦床地質特征與成因分析［J］.地質找礦論叢,2003（S 1）:110—114.

［5］張建中，馮秉寰，金浩甲，等.新疆阿勒泰阿巴宮－蒙庫海相火山巖與鐵礦的成生關系及成礦地質特征［J］.西北地質科學,1987（6）:89—180.

［6］李嘉興，姜俊，胡興平，等.新疆富蘊縣蒙庫鐵礦床地質特征及成因分析［J］.新疆地質,2003（3）:307—311.

［7］姚紅，瑪依拉，焦明富，等.新疆富蘊縣蒙庫鐵礦礦床地質特征［J］.新疆有色金屬,2007（2）:1—3.

［8］張秀林.蒙庫鐵礦地質特征及成因探討［J］.新疆有色金屬,2007（S 1）:3—6.

［9］楊良哲，趙永鑫，賴富光，等.蒙庫鐵礦床與鏡鐵山鐵礦床的對比研究［J］.地質找礦論叢,2007（1）:31—34.

［1 0］林龍華，徐九華，單立華，等.新疆蒙庫鐵礦床的變形變質及其成礦作用［J］.巖石學報,2010,26（8）:2399—2412.

［1 1］楊富全，毛景文，徐林剛，等.新疆蒙庫鐵礦床稀土元素地球化學及對鐵成礦作用的指示［J］.巖石學報,2007,23（1 0）:2443—2456.

［1 2］劉鋒.新疆阿爾泰阿巴宮－蒙庫一帶鐵礦床成礦作用與成礦規律研究［D］.中國地質科學院,2009（6）:34—42.

［1 3］Xu L G, Mao J W, Yang F Q, et al. Geology, geochemistry and ageconstraints on the Mengku skarn iron deposit in Xinjiang Altai, NW China［J］. Journal of Asian Earth Sciences, 2010, 39: 423—440.

［1 4］］Wan B, Xiao W J, Zhang L C, et al. Iron mineralization associated with amajor strike-slip shear zone: Radiometric and oxygen isotope evidencefrom the Mengku deposit, NW China［J］. Ore Geology Reviews, 2012,44: 136—147.

［15］楊富全，毛景文，閆升好，等.新疆阿爾泰蒙庫同造山斜長花崗巖年代學、地球化學及其地質意義［J］.地質學報,2008（4）:485—499.

［16］］Nasdala L, Hofmeister W, Norberg N, et al. Zircon M257-A homogeneousnatural reference material for the ion microprobe U-Pb analysis of zircon［J］. Geostandards and Geoanalytical Research, 2008, 32: 247—265.

［17］侯可軍，李延河，田有榮.L A-M C-I C P-M S鋯石微區原位U-P b定年技術［J］.礦床地質,2009,28（4）:481—492.

［18］Liu Y S, Hu Z C, Gao S, et al. In situ analysis of major and trace elementsof anhydrous minerals by LA-ICP-MS without applying an internalstandard［J］. Chemical Geology, 2008, 257: 34—43．

［19］Ludwig K R. User's manual for Isoplot/Ex version 2.05 ［M］. BerkeleyGeochronology Center. Special Publications, 1a. Ludwig K R（2003）ISOPLOT, 2001.

［20］吳元保，鄭永飛.鋯石成因礦物學研究及其對U-P b年齡解釋的制約［J］.科學通報,2004（1 6）:1589—1604.

U-Pb ZIRCON GEOCHRONOLOGY OF THE LEUCOGRANULITE IN MENGKU IRON DEPOSIT,FUYUN COUNTY,XINJIANG

WANG Yu-li,SUN Feng-yue,LI Bi-le,ZHANG Han,WANG Guan

（School of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061,China）

The Mengku iron deposit in Fuyun County,Xinjiang is located in the Maizi volcanic-sedimentary basin along the southern margin of Altai metallogenic belt.Its main ore bodies are genetically of volcanism-related hydrothermal spout sedimentation type.The ore bodies occur mainly in Kangbutiebao Formation with leucogranulite,granulitite and amphibolite.The protolith recovery displays marine volcanic rocks of mainly spilite-keratophyre and quartz keratophyre,with minus rhyolite-tuff.The sedimentary rocks involve calcareous tuffaceous sandstone intercalated with crystalline limestone.By zircon LA-ICP-MS U-Pb dating of the leucogranulite in Mengku iron deposit,the age of Kangbutiebao Formation and the deposit is defined.The contents of Th range from 29.5×10－6－ 82.7×10－6to 32.1×10－6－ 109.3×10－6;while of U,from 35.7×10－6－ 132.1×10－6to 47.6×10－6－ 140.6×10－6,with Th/U ratio between 0.41 － 1.19 and 0.51 － 0.85,showing typical features of magmatic zircons.The zircon ages of the leucogranulite in Mengku deposit are 397.5±2.5 Ma and 389.0±4.7 Ma.Combined with regional geochronological data,it is concluded that the Kangbutiebao Formation was formed in the Early Devonian,with a ceiling age of 389±4.7 Ma.The main ore bodies of the deposit are dated at 397.5±2.5 Ma.

zircon U-Pb dating;geochronology;Mengku iron deposit;Altai;Xinjiang

1671－1947（2013）02－0114－07

P618.31；P597

A

2013－03－22；

2013－04－11.編輯：張哲.

中國地質調查局“遼寧紅透山、山西胡家峪銅礦床成礦規律總結研究”（2 0 0 8 9 9 4 0）資助.

王宇利（1 9 8 7—），男，碩士研究生，主要從事礦床地質研究，E-m a i l//3 2 9 1 4 8 6 1 2@q q.c om

孫豐月（1 9 6 3—），男，教授，博士生導師，主要從事熱液礦床成礦理論與預測、區域成礦作用研究，E-m a i l//s f y@j l u.e d u.c n