西天山加滿特鉛銀礦含礦圍巖地球化學(xué)特征及構(gòu)造背景分析

白權(quán)金，張明山，陳邦學(xué)，彭鐵娟，齊旭義,2，賴錫仁

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第十一地質(zhì)大隊(duì)，新疆 昌吉 831100；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢），湖北 武漢 430074)

西天山造山帶是中亞巨型復(fù)合造山帶重要組成部分[1]，是西伯利亞板塊、塔里木板塊、古亞洲洋在演化過程中伴隨的多陸塊拼合增生、俯沖、碰撞產(chǎn)物[2]，是世界上最復(fù)雜的造山帶之一。針對(duì)中亞造山帶二疊紀(jì)不同類型火山巖形成構(gòu)造背景，主要存在兩種不同認(rèn)識(shí)[3]：一種認(rèn)為二疊紀(jì)火山巖是在造山后加厚山根垮塌引起的伸展作用，導(dǎo)致幔源玄武巖底侵形成[4-6]。另一種認(rèn)為該期巖漿活動(dòng)是由二疊紀(jì)塔里木地幔柱作用引起[7-9]。筆者在新疆鞏留縣加滿特鉛銀礦開展勘查工作，收集和整理了大量野外資料，對(duì)烏郎組火山巖進(jìn)行地質(zhì)特征及巖石化學(xué)研究，重點(diǎn)對(duì)含礦圍巖主量元素、微量元素及稀土元素特征進(jìn)行研究，分析烏郎組火山巖成巖機(jī)理和構(gòu)造背景，為加滿特鉛銀礦勘查工作提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料，為進(jìn)一步研究伊什基里克一帶晚古生代火山巖及整個(gè)西天山晚古生代火山巖研究提供新資料。

圖1 西天山區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Simpligied geological map of western Tianshan Mountains

1 區(qū)域地質(zhì)背景

加滿特鉛銀礦位于伊什基里克(裂谷帶)Cu-Mo-Au-Pb-Zn-Fe-RM-煤-白云巖成礦帶[10]，屬天山興蒙造山系、伊寧地塊、伊犁裂谷之伊什基里克晚古生代裂谷[11]，受天山北緣斷裂與尼古拉耶夫線-那拉提北坡斷裂控制（圖1）[12]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

加滿特鉛銀礦區(qū)出露地層為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第二段、上二疊統(tǒng)烏朗組、中二疊統(tǒng)塔姆其薩依組及少量全新統(tǒng)第四系沖洪積、殘坡積層。含礦地層為上二疊統(tǒng)烏朗組，與下伏大哈拉軍山組第二段呈斷層接觸，與上覆塔姆其薩依組呈平行不整合接觸（圖2）。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育，烏朗組展布不僅受EW向、NE向區(qū)域大斷裂控制，還受火山機(jī)構(gòu)環(huán)狀、放射狀斷裂控制(圖2)。沿?cái)嗔讯喟l(fā)育規(guī)模不等的張性裂隙，裂隙中多充填石英碳酸鹽脈，多具方鉛礦化、綠泥石化、綠簾石化、黃鐵礦化、黃銅礦化、硅化等[13]。

圖2 加滿特鉛銀礦地質(zhì)略圖Fig.2 With Ga Mante lead silver geological map

2.3 巖石特征

烏朗組主要發(fā)育正常火山碎屑巖、火山碎屑熔巖、火山-沉積碎屑巖、火山熔巖和次火山巖，以火山熔巖為主體。加滿特鉛銀礦區(qū)主要發(fā)育火山熔巖，少量火山碎屑巖，賦礦巖性以氣孔杏仁狀玄武巖、氣孔杏仁狀安山巖、球粒-軸粒流紋巖為主，具陸相火山巖特征（圖3）[14]。

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 主量元素

筆者在加滿特鉛銀礦區(qū)烏朗組含礦圍巖中采集了13件巖石化學(xué)樣品。從表1和火山巖TAS圖解可看出(圖4)，SiO2含量分為兩類，一類為42.12%～57.09%，另一類為73.26%～74.79%，缺失中間成分,顯示雙峰式火山巖特征，說明火山巖形成時(shí)區(qū)內(nèi)構(gòu)造環(huán)境處于似裂谷伸展引張環(huán)境。

據(jù)Na2O-K2O關(guān)系圖解（圖5），區(qū)內(nèi)堿性系列樣品均投入鉀質(zhì)類型中，進(jìn)一步可分為高鉀質(zhì)和鉀質(zhì)兩種類型。鉀玄系列包括堿玄巖、碧玄巖、粗面玄武巖、玄武質(zhì)粗面安山巖、粗面安山巖。SiO2含量42.12%～57.09%，平均50.04%；Al2O3含量高、變化大，為12.68%～16.01%，平均14.94%；全堿含量（K2O+Na2O）為5.58%～7.97%，平均6.86%；TiO2含量1.18%～2.53%，平均1.49%，含量相對(duì)較低；MgO含量0.61%～4.13%，平均1.97%。總體上從粗面玄武巖→粗面安山巖均有，SiO2、Al2O3和全堿含量具由低到高，MnO、MgO、TFe2O3含量具由高到低變化趨勢(shì)，反映研究區(qū)火山活動(dòng)各期次、各階段巖石化學(xué)成分的演化特征。（Na2O-2.0）小于K2O，類似板內(nèi)大陸裂谷區(qū)玄武巖特征，不同于夏威夷洋島型大洋板內(nèi)玄武巖[15]。

3.2 微量元素

巖石微量元素地球化學(xué)模型中（圖6）,堿性系列樣品具極相似曲線特征，鈣堿性系列亦具極相似曲線特征。堿性系列與鈣堿性系列曲線特征除P，Ti具明顯差別外，其它元素基本一致。樣品微量元素曲線特征與典型板內(nèi)玄武巖地球化學(xué)型式相似，微量元素分布特點(diǎn)呈“雙隆”型式，具K，Rb，Ba，Th強(qiáng)烈富集、Ce，Hf，Zr，Sm富集特征。“雙隆”型式與板內(nèi)堿性玄武巖地球化學(xué)型式基本一致[16-17]。

圖3 巖石及巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征Fig.3 Characteristics of rock and rock structure

圖4 烏郎組火山巖硅-堿TAS分類圖Fig.4 SiO2-Na2O diagram of the Wulang Formation

（Rb/Yb）N值為12.31～45.66，大于1，該分布型式明顯區(qū)別于不相容元素強(qiáng)烈虧損的（Rb/Yb）N小于1的洋中脊玄武巖，與板內(nèi)玄武巖相似。所有樣品Ta/Hf值為0.10～0.43，平均0.15，大于0.1，有別于洋9.31，平均7.53，表明稀土分布曲線為右陡傾式。（La/Sm）N值2.00～2.83，平均2.47，反映輕稀土間分餾程度較好。（Gd/Yb）N值為1.66～2.35，平均1.95，其值較小,說明重稀土間分餾不明顯，δEu小于1，平均0.90，為Eu弱負(fù)異常(Eu弱虧損型),表明巖漿分異程度較高。δCe小于1，平均0.96，顯示地殼巖石特征。鈣堿性系列樣品稀土總量平均值102.57×10-6；輕稀土總量平均值84.35×10-6；重稀土總量平均值18.22×10-6；LREE/HREE平均4.64，大于地殼平均值1.15，說明堿性系列巖石分異程度較強(qiáng)，與堿性系列相比巖石分異較差；（La/Yb）N平均值2.92，表明稀土分布曲線為右傾式堿性系列；（La/Sm）N平均值2.98，反映輕稀土間分餾程度較堿性系列巖石好；（Gd/Yb）N平均值0.84，說明重稀土間缺乏分餾；δEu平均值0.25，小于中脊玄武巖(小于0.1)和島弧玄武巖(小于0.1)。Th/Ta值為4.20～6.52，平均4.89，大于4，不同于E-MORB（平均Th/Ta=1.64）和島弧玄武巖(平均Th/Ta=1.6～4)，與板內(nèi)初始裂谷玄武巖相近[19-20]。Ce，Hf，Zr，Sm的富集和微量元素的“雙隆”型式均顯示板內(nèi)環(huán)境特征。

表1 樣品主量元素、微量元素和稀土元素分析結(jié)果Table 1 The main elements and trace elements analysis results of samples

續(xù)1

圖5 玄武巖K2O-Na2O關(guān)系圖解Fig.5 Diagram of K2O-Na2O relation of basalt

圖6 含礦圍巖微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.6 Cobweb diagram of trace elements in ore bearing surrounding rock

3.3 稀土元素

稀土元素分布曲線為右傾（圖7），輕稀土富集，重稀土虧損。堿性系列樣品稀土總量117.75×10-6～180.68×10-6，平均 142.56×10-6；輕稀土總量 104.71×10-6～156.11×10-6，平均125.35×10-6；重稀土總量13.53×10-6～26.18×10-6，平均17.21×10-6；LREE/HREE為5.79～8.06，平均7.45，大于地殼平均值1.15，說明堿性系列巖石分異程度較強(qiáng)。∑REE及LREE/HREE變化范圍大,顯示火山巖漿演化的長(zhǎng)期性和多次性,具雙峰式特征[22]。（La/Yb）N值為 5.29～上地殼平均值0.72，普遍虧損Sr，說明巖漿形成時(shí)斜長(zhǎng)石為殘留相，或巖漿演化過程中發(fā)生了斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用[23]。

圖7 含礦圍巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖Fig.7 Chondrite Normalized REE distribution pattern of ore bearing surrounding rock

4 巖石構(gòu)造背景分析

4.1 時(shí)代背景討論

加滿特項(xiàng)目組采集了肉紅色流紋巖進(jìn)行研究。樣品經(jīng)破碎、磁選和重選后，在雙目鏡下?lián)喪伾⒆孕纬潭取⑿螒B(tài)等特征，挑選出具代表性鋯石。LA-MC-ICP-MS鋯石微區(qū)原位定點(diǎn)U-Pb定年測(cè)試分析在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所MC-ICPMS實(shí)驗(yàn)室完成。

4.1.1 測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果

流紋巖中鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像見圖8。鋯石粒徑120～250 μm，以短柱狀為主，長(zhǎng)寬比1∶1～1.5∶1，韻律環(huán)帶清晰，具典型巖漿鋯石特征。測(cè)試數(shù)據(jù)見表2，Th/U比值0.825 4～2.277 3，大于0.4，顯示巖漿成因鋯石特征[24]。

4.1.2 測(cè)試年齡結(jié)果

測(cè)定的20個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，206Pb/238U表面年齡均一，206Pb/238U表面年齡301～300 Ma，數(shù)據(jù)點(diǎn)中有15個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)諧和性較好，206Pb/238U加權(quán)平均年齡（294.59±0.92）Ma，MSWD=±1.04，該年齡可能代表了巖石主體結(jié)晶年齡(圖9)。因此，烏朗組屬早二疊世。

4.2 構(gòu)造環(huán)境分析

雙峰式火山巖形成于多種構(gòu)造環(huán)境中，以大陸裂谷區(qū)為普遍和典型[25]。加滿特鉛銀礦區(qū)與世界典型裂谷區(qū)具相似雙峰式火山巖組合，堿性玄武巖與鈣堿性流紋巖類共生。

在玄武巖Zr-Zr/Y構(gòu)造判別圖中（圖10），加滿特鉛銀礦堿性玄武巖系列樣品除個(gè)別落入板內(nèi)玄武巖區(qū)分界線附近外，絕大部分樣品落入板內(nèi)玄武巖區(qū)，說明加滿特鉛銀礦下二疊統(tǒng)堿性系列火山巖產(chǎn)于典型陸內(nèi)裂谷環(huán)境。

圖8 加滿特鉛銀礦流紋巖中鋯石的CL發(fā)光圖像Fig.8 With zircon silver lead mine in the rock rhyolite special CL luminescence image

綜上所述，烏郎組火山巖為一套堿性系列與鈣堿性系列組合，空間上具雙峰式火山巖特征。主元素、微量元素特征顯示不同于以堿性鈉質(zhì)粗面玄武巖為主的大洋板內(nèi)玄武巖（夏威夷型），也不同于具輕稀土元素虧損或平坦型REE分布特征的洋中脊玄武巖和以高場(chǎng)強(qiáng)元素強(qiáng)烈虧損為特征的與洋殼俯沖作用相關(guān)的弧火山巖，形成于大陸裂谷環(huán)境[26]。

5 結(jié)論

（1）加滿特鉛銀礦含礦圍巖烏郎組火山巖為堿性、鈣堿性系列，具陸相火山巖特征。

（2）加滿特鉛銀礦含礦圍巖烏郎組火山巖為堿性系列、鈣堿性系列具相似微量分布曲線特征，呈“雙隆”式特征。稀土總量較大，輕稀土富集，重稀土虧損，輕、重稀土具一定分餾作用，δEu為負(fù)異常，δCe為負(fù)異常。

圖9 加滿特烏郎組流紋巖鋯石U-Pb諧和圖和206Pb/238U年齡圖Fig.9 Zircon U-Pb harmonic diagrams and age maps of Ga Mante rhyolite in the upper member group

表2 加滿特流紋巖La-ICP-MS 測(cè)試結(jié)果Table 2 Test results for With Ga Mante rhyolite La-ICP-MS

圖 10 Zr-Zr/Y圖解Fig.10 Zr-Zr/Y diagram

（3）加滿特鉛銀礦含礦圍巖烏郎組火山巖的形成時(shí)代為早二疊世。

（4）加滿特鉛銀礦含礦圍巖烏郎組火山巖形成于板內(nèi)碰撞后伸展期裂谷環(huán)境中。

（5）北天山洋殼巖石圈向南持續(xù)俯沖，板塊不斷變陡，俯沖洋殼尾部可能發(fā)生斷離，出現(xiàn)伸展背景，地幔軟流圈物質(zhì)和能量從斷離窗上涌形成烏朗組火山巖。

致謝：論文編制過程中得到項(xiàng)目野外一線全體同志大力支持和幫助，在此對(duì)他們的辛勤付出深表感謝！

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