東準噶爾雙泉金礦LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年及賦礦巖石地球化學特征

蘇虎，弓小平，潘展超，韓瓊，宋相龍，張燕波

（新疆大學，新疆 烏魯木齊 830049）

東準噶爾雙泉金礦LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年及賦礦巖石地球化學特征

蘇虎，弓小平，潘展超，韓瓊，宋相龍，張燕波

（新疆大學，新疆 烏魯木齊 830049）

為了解雙泉金礦成礦時代及成礦環境，分別對雙泉金礦含金石英脈和賦礦巖石進行采樣測試分析。高精度LA-ICP-MS鋯石U-Pb法測年結果表明，雙泉金礦含金石英脈加權平均206Pb/238U年齡為（303.53±0.79）Ma，代表了含金石英脈形成年齡，屬晚石炭世前后擠壓推覆構造體系產物。與雙泉金礦主成礦期年齡對比，結合礦區成礦條件及黃鐵礦、毒砂等礦物形態特征，認為該金礦的形成不是一期結果，而是經歷了預富集、富集的演化歷程。賦礦巖石地球化學分析結果表明，巖石的SiO2、K2O、CaO（SiO2=58.82%～89.25%，K2O=1.12%～4.47%，CaO=0.52%～4.47%）含量高，Na2O含量低（Na2O=0.43%～1.76%），A/CNK值大于1，δ值小于3.3，屬過鋁質、鈣堿性巖石，具富鉀鈣、貧鈉鎂特點；Ba相對Rb，Th虧損，K2O含量接近活動陸緣K2O含量，TiO2含量與島弧TiO2含量接近，推斷巖體形成于活動陸緣或島弧環境；稀土元素具弱的負Eu、負Ce異常，（La/Sm）N值較（Gd/Yb）N值大，輕稀土元素分餾程度高于重稀土元素，表明巖漿具殼幔混熔特點。東準噶爾后碰撞階段早石炭世至二疊紀晚期發生的陸-陸碰撞造山及伸展張弛構造運動可能是造成此結果的主要構造因素。

雙泉金礦；LA-ICP-MS鋯石U-Pb法測年；含金石英脈；地球化學

近年來，卡拉麥里地區以較完善的后碰撞構造-巖漿-成礦活動［1］，成為許多學者研究的熱點。前人據含礦建造，將東準噶爾2條碰撞帶內的金礦分為3類［2，3］，其中產于正常沉積碎屑巖建造中，礦化規模大，品位穩定，以蝕變巖型為主要類型的金礦床在整個縫合帶上占重要地位，雙泉金礦即屬此類型。對該金礦成礦時代，徐斌等運用40Ar/39Ar法測得含金石英脈等時線年齡為（269±8）Ma，相對LA-ICP-MS鋯石U-Pb法測年，雙泉金礦主成礦期是否是這一年齡及成礦期是否僅此一期，仍存在爭議。本文運用LA-ICP-MS鋯石U-Pb法對采自含金石英脈中鋯石測年，獲得可靠年齡數據。結合賦礦巖石地球化學分析構造環境及成礦物質來源，為東準噶爾后碰撞階段時限及厘定雙泉金礦成礦時代提供科學依據。

1 區域地質概況

東準噶爾卡拉麥里造山帶位于天山東北部，屬西伯利亞板塊與哈薩克斯坦-準噶爾板塊間碰撞縫合帶［4，5］，是中亞造山帶重要組成部分。造山帶以北發育一條NW向延伸，形成于早泥盆世蛇綠巖帶［6，7］，沿卡拉麥里大斷裂斷續分布，蛇綠混雜巖的Au背景值遠高于地層或其它巖石，因此，相關巖類可能是金礦重要物質來源之一。

區內出露泥盆系、石炭系（圖1）。清水蘇吉泉大斷裂北側，中泥盆統平頂山組分布較廣，主要為海底噴發的火山巖及火山碎屑巖，以凝灰巖、凝灰質砂巖、凝灰質粉砂巖和砂礫巖為主；卡拉麥里深大斷裂南側，出露中泥盆統卡拉麥里組和上泥盆統塔木崗組，前者巖層呈近NWW向，主要由一套正常淺海碎屑巖組成，以砂巖、粉砂巖和砂礫巖為主。上泥盆統塔木崗組在南雙泉礦區以西小范圍分布，主要由濱海相碎屑巖組成；下石炭統南明水組是與成礦關系最密切、發育最廣泛地層之一，主要由火山碎屑巖組成，見少量火山熔巖夾層或透鏡體，以凝灰巖、凝灰質砂巖、凝灰質粉砂巖為主，巖石較破碎，多片理化。巖漿巖以偏堿性花崗巖為主，見輝長巖、鈉鐵閃長花崗巖、黑云母閃長玢巖等。變質巖分布廣泛，不同程度變質，屬淺變質巖。變質巖相為沸石相-低綠片巖相，與金礦關系密切。

圖1 雙泉金礦礦區地質簡圖Fig.1 Geological sketch of Shuangquan gold deposit，showing distribution of the sampling sites

圖2 雙泉金礦石英脈、粉砂巖露頭和巖石顯微照片（正交偏光）Fig.2 Occurrence and micrographs（cross-poarized）of auriferous quartz vein and siltstone of Shuangquan gold deposit

2 礦床地質特征

雙泉金礦位于卡拉麥里金成礦帶中段［8］，受縫合帶北東側NNW向清水-蘇吉泉斷裂和南明水-清水復背斜褶皺束等一系列大規模擠壓推覆及韌性剪切帶嚴格控制［9］，為成礦提供了良好的導礦、控礦、賦礦場所。清水-蘇吉泉斷裂可分為F1、F2、F3、F4，F34條破碎帶，位于礦區中部，為1、2號脈賦充構造，長5 440 m，寬約100 m，走向320°，為強片理化蝕變千枚巖帶，該地段多充填石英脈、金屬硫化物，構成礦體。賦礦地層為下石炭統南明水組，呈NW向帶狀分布，主要由淺海相碎屑巖及火山碎屑巖組成，見少量火山熔巖夾層或透鏡體。巖層由于強應變作用，多破碎、片理化或千枚巖化（圖2）。據巖性、層序和沉積旋回，分為兩個亞組：下亞組主要由灰綠色片理化粉砂巖、千枚巖化粉砂巖、鈣質粉砂巖組成，夾礫巖、長石砂巖、凝灰砂巖、凝灰巖和灰巖透鏡體。橫向上，東段沉積較粗，砂礫巖、礫巖、砂巖和片理化粉砂巖交替出現，中段和西段以片理化粉砂巖為主，夾少量硬砂巖、長石砂巖、凝灰砂巖。上亞組整合于下亞組之上，被斷續出露的壓扁圓礫巖、砂礫巖和砂巖分開。該亞組以碎屑巖為主，與下亞組不同的是火山碎屑巖顯著增多，并夾有少量中性火山熔巖或透鏡體。巖性沿走向變化不大，由東向西碎屑巖粒度由粗變細，鈣質成分逐漸減小，火山碎屑成分逐漸增多。

區內巖漿活動微弱，侵入巖主要分布于礦區以北，以華力西中期第一階段侵入的斜長花崗巖及第二侵入次的超基性巖為主，周圍零星分布有閃長巖、輝長巖類。礦脈與圍巖界限不明顯，為褐黃色蝕變千枚巖，圍巖富含石英（細）脈、褐鐵礦、黃鐵礦、毒砂等。近礦圍巖蝕變類型主要為硅化、黃鐵礦化、毒砂化、褐鐵礦化、碳酸鹽化、綠泥石化、絹云母化等。蝕變分帶明顯，以石英脈為中心，向外依次有絹云母化帶、絹云母-碳酸鹽化帶、絹云母-碳酸鹽-綠泥石化帶等。

礦區中部受清水-蘇吉泉大斷裂影響，形成一條規模較大的強片理化破碎蝕變帶。該帶延NW 323°方向線狀展布，貫穿礦區，總長約8 km，寬80～170 m。蝕變帶主體呈黃褐色，主要由片理化千枚巖、石英脈、凝灰巖、褐鐵礦、黃鐵礦、高嶺土等組成。礦化蝕變不均，垂直走向上，中部礦化蝕變較強，向兩側逐漸減弱。礦化蝕變強、石英脈發育地段往往形成礦脈、礦體，其中1、2號脈為該帶內強礦化段形成的含金富集段（圖1）。1號脈位于礦區中部19號與32號勘探線間，位于2號脈西南，距2號脈20～100 m，呈厚脈狀沿NW向舒緩波狀展布，礦脈向東南有分支；2號脈位于礦區中部53號與40號勘探線間，呈厚脈狀沿NW向舒緩波狀展布，礦脈長1.8 km，寬5～13 m。總體走向323°，南東段傾向NE向，傾角75°～88°，北西段傾向SW向，傾角74°～86°，中段為近直立。

礦石中金屬礦物種類較少，主要有自然金、毒砂、黃鐵礦。礦石類型為破碎蝕變巖夾石英脈型礦石，呈自形和半自形粒狀結構、糜棱結構、反應邊結構等，多為塊狀構造、片理化構造、條帶狀構造；脈石礦物主要有石英、綠泥石、粘土礦物（以絹云母組成為主）、方解石、白云石；金以微細粒為主，肉眼及顯微鏡下少見含金礦物，部分樣品在鏡下觀測到自然金，以不規則微細粒狀，幾粒聚集在一起，分布于石英粒間，少部分包裹于石英中，可見黃鐵礦、褐鐵礦。

3 年代學研究

3.1 樣品采集、制樣及分析方法

LA-ICP-MS法是為克服電感耦合等離子質譜（ICP-MS）技術極易造成樣品污染和揮發組分的丟失等問題，結合激光剝蝕（縮寫LA）形成的一種制樣簡單可進行原位分析的測量地球物質的方法［10］。該方法降低了儀器的影響因素，提高了分析靈敏度，且元素分餾效應、記憶效應及對基體的依賴性明顯降低［11］，故在分析精密度和準確度方面具明顯優勢。

表1 雙泉金礦SQ008樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb法測試數據表Table1 LA-ICP-MS U-Pb zircon testing results of sample SQ008 in Shuangquan gold deposits

用于LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年的SQ008樣品采自礦體中的含金石英脈，公里網坐標分別為：X=4993667，Y=16285091。鋯石分選在河北省地礦局區調研究所實驗室完成，測年數據在北京大學巖石學、礦物學、礦床學重點實驗室測試進行。分離采用常規方法：采用重液浮選和電磁分離方法挑選出鋯石，在雙目鏡下據鋯石顏色、自形程度等特征初步分類，選出具代表性用于實驗的鋯石；然后將鋯石樣品配列在載玻片雙面膠上，放上PVC環，再將環氧樹脂和固化劑進行充分混合后注入PVC環，待樹脂充分固化后將樣品座從載玻片上剝離，進行拋光，接下來對靶上樣品照陰極發光、反射光和透射光照片，最后用HNO3清洗樣品并鍍金制靶［12］。

3.2 分析結果

對SQ008樣品中22個單顆粒鋯石進行測定，分析結果見表1。獲得的年齡一致性圖解顯示（圖3），206Pb/238U年齡數據集中在299～306 Ma［13，14］，最大年齡誤差為7 Ma，22個測點的加權平均年齡為（303.53±0.79）Ma，MSWD=0.76（95%置信度），代表了礦區含金石英脈的形成年齡。鋯石具較高的Pb，U含量，Hoskin等認為普通鉛含量高是判斷鋯石熱液成因的主要特征之一（圖4）［15］，高Th/U比值說明體系處于開放環境［16］。雙泉金礦含金石英脈中鋯石Th/U為0.49～1.32，平均0.93，說明鋯石在高Th/U的熱液環境中形成。熱液鋯石的溫壓條件與含金石英脈的形成條件相似［17-19］，因此，通過含金石英脈和蝕變巖中的熱液鋯石U-Pb定年，可為確定雙泉金礦床的形成時代提供精確可靠的年代制約。筆者認為熱液鋯石形成機制來自韌脆性剪切帶的流體作用，與東準噶爾地區該時期構造背景一致。

圖3 雙泉金礦含金石英脈LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡一致性圖解Fig.3 LA-ICP-MS U-Pb zircon concordia diagram for auriferous quartz vein of Shuangquan gold deposit

圖4 部分鋯石樣品的陰極發光圖像、分析點位置及編號Fig.4 Morphological features of CL images，testing spots and their serialnumber of some zircons

4 賦礦巖石地球化學特征

用于巖石地球化學分析研究樣品取自雙泉金礦1、2號礦脈，除SQ002來自凝灰質砂巖外，其它均取自含礦巖脈。賦礦巖性主要為構造千枚巖、含碳質凝灰巖、凝灰巖、石英脈等，巖石較破碎，主要礦化蝕變有黃鐵礦化、毒砂化、絹云母化、硅化等。

主量元素、微量元素和稀土元素測試分析在河北省區域地質礦產調查實驗室完成，運用AxiosmaxX射線熒光光譜儀和X Serise2等離子體質譜儀進行，分析方法采用標準曲線法，執行標準參照DZ/ T0223-2001，分析誤差小于10%，測試結果見表2。從表2可看出，主量元素特點是Si，Al，K含量高，Mg，Ti含量低，全堿含量高。w（SiO2）=58.82%～89.25%，平均66.43%；w（Al2O3）=5.00%～17.24%，平均14.22%；w（K2O）=1.12%～4.47%，平均3.68%，w（Na2O）平均0.97%，K2O含量大于Na2O含量，表現為富鉀、貧鈉特點；w（K2O）+w（Na2O）=1.55%～5.84%，平均4.65%；w（TiO2）=0.21%～0.92%，w（MgO）=0.20%～1.12%，CaO平均含量1.95%，顯示富鈣、貧鎂特點；A/CNK= 1.76%～2.60%，大于1。氧化指數（Fe2O3/（Fe2O3+ FeO））為0.96～0.99，平均0.98，富Fe3+，說明巖石形成于相對弱氧化環境；里特曼指數為0.05～1.93，平均1.28。在原始地幔歸一化不相容蛛網圖上（圖5-a），分布曲線一致性良好，高場強元素U，Ta，Nd等及鑭系元素La相對富集，K，P，Ti等元素明顯虧損，Ba相對虧損，Hf/Sm、Nb/La、Th/La值較低，平均小于1。稀土元素總量∑REE=36.66×10-6～135.81×10-6，wN（La）/wN（Yb）=4.16～7.47，大于1，LREE/HREE=3.92～6.19，平均5.08，反映輕、重稀土分異程度較高；δEu=0.88～0.99，平均0.93；δCe=0.75～0.85，具負Ce異常，表明成巖環境氧逸度高，形成于相對氧化環境。在稀土分布曲線圖上（圖5-b），輕稀土部分右傾、較陡，重稀土部分曲線形態基本水平，屬輕稀土相對富集型，說明有幔源物質的存在或混入［20］。球粒隕石標準化后，（La/Sm）N為3.23～4.62，平均3.6，（Gd/Yb）N為1.34～1.69，平均1.57，說明輕重稀土分餾程度有差異且輕稀土分餾程度高于重稀土，具殼幔混熔特點，佐證了前人認為雙泉金礦成礦流體來源于殼幔混源的觀點［21］。

表2 雙泉金礦含碳質凝灰巖、石英脈等賦礦巖石主量元素、微量元素、稀土元素地球化學分析數據表Table2 Major elements、trace elements and rare earth elements compositions of the host rocks of the carbon tuff、quartz vein and others in Shuangquan gold deposits

5 討論

賦礦巖石地球化學主量元素分析結果中，K2O、CaO含量大于Na2O、MgO，A/CNK的值大于1，δ值小于3.3，巖石屬具富鉀鈣、貧鈉鎂特點的過鋁質、鈣堿性巖石系列；K2O平均含量3.68%，接近活動陸緣K2O含量，TiO2平均含量0.7%，與島弧TiO2含量0.8%接近，說明其形成與活動陸緣島弧環境密切相關；K，P，Ti等元素明顯虧損，反映巖漿演化過程中發生了強烈的含K，P，Ti礦物分異作用。此外，Ba相對Rb，Th虧損，是后碰撞巖漿活動的標志之一；稀土元素具弱虧損的負Eu，Ce異常，（La/Sm）N值較（Gd/Yb）N值大，且存在輕稀土較重稀土呈右傾斜偏陡的分布曲線，說明巖漿具殼幔混熔特點。

應用LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年技術對SQ008樣品含金石英脈的測年結果為（303.53±0.79）Ma，與通常認為東準噶爾后碰撞深成巖漿活動發生的年齡一致［21］。該期雙泉金礦區大規模發育因構造擠壓導致的推覆運動，巖體溫度高，容礦空間有限，且氧化指數較高，不利于大規模成礦作用。與雙泉金礦主成礦期（（260+4）Ma～（269+9）Ma））對比研究［22］，筆者對310 Ma前后因早期韌性構造運動產生變質流體并初始富集金的觀點是認同的［23］。礦區出露的黃鐵礦、毒砂等礦物呈多種形態也印證了這點，反映了富含硫化物熱液活動的多期性。綜上所述，該金礦形成不是一期結果，而是經歷了預富集、富集的演化歷程。

圖5 雙泉金礦賦礦巖石微量元素原始地幔標準化蛛網圖（a）及稀土元素球粒隕石標準化分布圖（b）Fig.5 Primitive-mantle normalized trace element spider map（a）and Chondrite-normalized REE patterns the host rocks in Shuangquan gold deposits（b）

6 結論

（1）雙泉金礦含金石英脈加權平均206Pb/238U年齡為（303.53±0.79）Ma，22個測點在誤差范圍內完全一致，屬晚石炭世，代表了含金石英脈的形成年齡，及雙泉金礦熱液成礦時代。說明該金礦形成經歷了富集演化過程，屬310 Ma前后擠壓推覆構造體系產物。

（2）結合賦礦巖石地球化學分析認為，雙泉金礦含礦巖體由過鋁質、鈣堿性巖石經較強的構造應力變質作用形成，巖石具富鉀鈣、貧鈉鎂特點；Ba相對Rb，Th虧損，K2O含量接近活動陸緣K2O含量，TiO2含量與島弧TiO2含量接近，推斷該巖體形成于活動陸緣島弧環境；成礦熱液來自殼幔混源，東準噶爾后碰撞階段早石炭世至二疊紀晚期發生的陸-陸碰撞造山及其后的伸展張弛構造運動可能是造成這一結果的主要構造因素。

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Zircon LA-ICP-MS U-Pb Dating and Rock Geochemical Characteristics of the Shuangquan Gold Deposit from Eastern Junggar of Xinjiang，China

Su Hu，Gong Xiaoping，Pan Zhanchao，Han Qiong，Song Xianglong，Zhang Yanboi
（Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang，830049，China）

In order to learn more about gold metallogenic epoch and metallogenic environment of the Shuangquan gold deposit，respectively carried on sample collection and analysis of gold-bearing quartz vein and ore rock.High accuracy LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results has shown that The auriferous quartz vein of Shuangquan gold deposit was formed at 303.53±0.79 Ma，which represents the formation age of auriferous quartz vein，belonging to the thrust nappe structure system before and after the Late Carboniferous.At the same time compared with main ore-forming period age，combined with mining metallogenic conditions and minerals such as pyrite，arsenopyrite morphological characteristics，indicating the formation of the gold deposits is not a result of a period，but experienced a history of pre enrichment，enrichment.The host rocks geochemical analysis results has shown that the content of SiO2，K2O，CaO（SiO2=58.82%～89.25%，K2O=1.12%～4.47%，CaO=0.52%～4.47%）of rock were high，the content of Na2O was low（Na2O=0.43%～1.76%），A/CNK values were greater than 1，the delta value is less than 3.3，belong to the type of aluminium，calcium alkaline rocks，has the characteristics of the rich potassium and calcium，poor sodium and magnesium；Ba loss relative to Rb，Th，K2O content is close to the activities of terrigenous K2O content，TiO2content is close to that of island arc，inters rock formed in the island arc environment activities terrigenous；Rare earth elements have weak loss of negative Eu and Ce anomalies，（La/Sm）Nvalues were greater than（Gd/Yb）Nvalue，and light rare earth compared with heavier rare earth is right skewed distribution curve is steep，explains the characteristics of magma with crust mantle melting，the collision stage of Early Carboniferous to Permian Eastern Junggar the continent-continent collision and after that，extensional tectonic movement may be the main Structural factors.

Shuangquan gold deposit；Zircon LA-ICP-MS U-Pb age；Auriferous quartz vein；Geochemical

1000-8845（2015）02-212-07

P59

A

項目資助：中國地質調查局阿爾泰-準噶爾北緣成礦帶礦產資源調查成果集成（12120113041900）專題研究項目新疆東準噶爾卡拉麥里礦集區金礦成礦規律與成礦預測研究；新疆東準噶爾卡拉麥里金礦帶成礦流體特征及其與侵入體的關系研究（41462004）共同資助

2014-03-04；

2014-05-26；作者E-mail：suhusphysics2008@126.com

蘇虎（1986-），男，甘肅張掖人，新疆大學在讀碩士，從事成礦規律與成礦預測研究

弓小平（1963-），男，教授級高工，博士，從事綜合信息成礦預測研究。E-mail:gxiaoping01@163.com