新疆庫車盆地杜萬克艾得爾地區早中新世含銅砂礫巖碎屑鋯石測年及物源探討

范世家，劉增仁，蔣加燥，蔡厚安，靳淑韻

(有色金屬礦產地質調查中心，北京 100012)

0 引言

新疆庫車盆地是我國重要的油氣產地（趙孟軍等，2015），庫車坳陷以生氣為主（秦勝飛等，2002），對其的研究主要集中在油氣的生儲上，而盆地內的有色金屬礦產研究較少，隨著盆地內滴水銅礦的規模化開采生產，對盆地內的砂礫巖型銅礦越來越重視，前人建立了鹽丘構造分布與銅礦的密切關系（曹養同等，2009，2010a；曹養同，2010），但長期以來對本區內含銅砂礫巖的物源缺少明確的鋯石年齡的時代界定；筆者參與新疆庫車縣庫臺克力克地區1∶5萬區域地質調查項目中，在庫車盆地1∶5萬杜萬克艾得爾幅（K44E012020）內中新統吉迪克組（N1j）砂礫巖中發現多處地表銅礦化，其具有順層展布的層控特點，厚度較小，但斷續延長較大，銅礦物僅見有孔雀石，圍巖蝕變不發育，確定為沉積成因的含銅砂礫巖型銅礦化，局部銅礦化富集地段可供民采。工作中針對中新統吉迪克組（N1j）含銅砂礫巖進行鋯石測年樣品采樣，通過碎屑鋯石測年的成果，探討含銅砂礫巖的物源時代，進而探討庫車盆地砂礫巖型銅礦的物質來源。

1 地質背景

庫車盆地處于新疆西南天山造山帶南部，杜萬克艾得爾圖幅處于盆地中北部的克拉蘇構造帶內（圖1），庫車盆地的演化始于晚二疊世（盧華復等，1999），三疊紀是盆地演化的全盛期（劉志宏等，2000），至侏羅紀初庫車前陸盆地的發育已經完成（何國琦等，1994）。始新世末由于印度板塊和歐亞板塊碰撞產生的遠距離效應（郭令智等，1992），漸新世晚期，使得塔里木板塊向天山構造帶再次俯沖，庫車前陸盆地再次復活接受沉積，形成庫車再生前陸盆地；而庫車坳陷東部地區大致經歷中生代伸展斷陷—拗陷盆地、古近紀撓曲過渡型盆地和新近紀—第四紀再生前陸盆地3個演化歷程（張瑋等，2019）；而庫車坳陷則充填有厚約4000～5000 m（局部最大厚度可達6000 m）的中生界陸相地層（李勇等，2017）。

圖1 庫車盆地大地構造位置圖（a）及研究區構造單元劃分（b）（據湯良杰等，2003）

圖幅北新疆西南天山造山帶內分布有哈爾克山地層小區（新疆維吾爾自治區地質調查院，2005①）、巴侖臺地層小區，哈爾克山地層小區與南面的庫車盆地地區小區同屬南天山地層分區，二者緊密相鄰，而巴侖臺地層小區則屬中天山－馬鬃山地層分區，處于哈爾克山地層小區更北部，與庫車盆地相隔更遠。

巴侖臺地層小區出露的地層有古元古界那拉提巖群、震旦系達魯巴依巖群和下石炭統阿克沙克組。由于該小區侵入巖發育，使其地層呈大小不等的殘片產出；哈爾克山地層小區出露地層有：元古宇興地塔格巖群、阿克蘇巖群；古生界伊南里克組、科克鐵克達坂組、阿爾騰柯斯組、野云溝組、阿依里河組、康克林組；中新生界陽霞組、齊古組、蘇維依組及第四系。

西南天山造山帶內火山巖的劃分為早期華力西旋回下泥盆統阿爾騰柯斯組和晚期華力西旋回中二疊統小提坎力克組火山巖；其侵入巖的以深成巖為主，且以中酸性巖石占絕對優勢，喀贊其幅圖幅自北至南分別為那拉提侵入巖帶、哈爾克侵入巖帶，兩個侵入巖帶中，總計出露中元古代花崗巖、早古生代志留紀花崗巖、晚古生代泥盆紀花崗巖、石炭紀石英閃長巖四期巖漿侵入活動。

杜萬克艾得爾幅內新生代地層廣為分布（有色金屬礦產地質調查中心，2019②），中生代白堊系地層次之，其中生界白堊系有亞格列木組（K1y）、舒善河組（K1s）、巴西改組（K1b）、巴什基克組（K2b）；新生界古-始新統庫姆格列木群（E1-2K）、漸新統蘇維依組（E3s）、中新統吉迪克組（N1j）、中—上新統康村組（N1-2k）、上新統庫車組（N2k）、下更新統西域組（Qp1x）等地層，本次工作對部分地層做了進一步細分至段；構造近東西向分布（圖2），限于本文研究內容及篇幅不在贅述。

圖2 新疆杜萬克艾得爾幅地質簡圖（據有色金屬礦產地質調查中心，2019②）

本區中新統吉迪克組（N1j）地層中，兩條含銅砂礫巖型銅礦化帶位于圖幅的中東部，走向東西向，有少量探槽及剖面控制，地表延長分別為600 m及120 m，厚度0.3～1.0 m，最高銅品位1.04%，其中鋯石測年樣品DWK-001位于DTC1處采樣；DWK-002位于DTC5處采樣。

2 樣品的采集及分析

2.1 樣品的采集

含銅砂礫巖進行采樣，樣品編號分別為：DWK-001，DWK-002；兩個樣品均取自中新統吉迪克組（N1j）地層中的含銅砂礫巖（DWK-001采樣點坐標為東經82°57′30″，北緯 42°04′51″；DWK-002采樣點坐標為東經82°58′29″，北緯42°04′58″），并有孔雀石，由于區域地質調查的工作性質，本次工作未見到原生銅礦物，巖石定名為含銅砂礫巖（圖3）。為保證獲得足夠的碎屑鋯石數量，本次采樣每個樣品的重量均大于10 kg。

圖3 含銅粗砂巖（a）和含銅砂礫巖（b）標本照片

2.2 樣品的處理及分析方法

鋯石的挑選由廊坊物化探所的張江滿工程師負責，采用常規方法將砂巖樣品粉碎至300 μm左右，經淘洗、重選富集，再經磁選和密度分選后，在雙目鏡下挑選出鋯石顆粒。然后將挑選出的鋯石顆粒粘貼制成環氧樹脂樣品靶，進行打磨、拋光使鋯石露出新鮮截面；碎屑鋯石標靶制備及照相單位由北京鋯年領航科技有限公司負責，部分代表性鋯石CL圖像見圖4～5。

圖4 杜萬克艾得爾幅含銅砂礫巖碎屑鋯石陰極發光圖像及表觀年齡（a—DWK-001，b—DWK-002）

鋯石U-Pb同位素分析采用激光剝蝕電感耦合等離子體質譜（LA-ICP-MS）鋯石U-Pb定年測試方法，分析在北京科薈測試技術有限公司完成,鋯石定年分析所用儀器為Agilent 7500 ICP-MS及與之配套的 RESOlution SE 193 nm準分子激光剝蝕系統。激光剝蝕所用斑束直徑為24 μm，頻率為6 Hz，能量密度約為6 J/cm2，以He為載氣。LA-MC-ICPMS激光剝蝕采樣采用單點剝蝕的方式，測試前先用鋯石標樣GJ-1進行調試儀器，使之達到最優狀態。鋯石U-Pb定年以標樣GJ-1為外標，微量元素含量利用SRM610做為外標、Si做內標的方法進行定量計算。測試過程中在每測定10個樣品前后重復測定兩個鋯石標樣GJ-1對樣品進行校正，并測量一個鋯石Plesovice，觀察儀器的狀態以保證測試的精確度。數據處理采用ICP-MSDataCal程序，測量過程中絕大多數分析點206Pb/204Pb>1000，未進行普通鉛校正，204Pb含量異常高的分析點可能受包體等普通Pb的影響，對204Pb含量異常高的分析點在計算時剔除，鋯石年齡諧和圖用Isoplot 3.0程序獲得。

2.3 碎屑鋯石特征

DWK-001、DWK-002兩個含銅砂礫巖的樣品，經加工挑選，共計挑出310粒，其中DWK-001樣品挑出156粒；DWK-002樣品挑出154粒。碎屑鋯石晶型較不完整，多呈次圓狀，部分鋯石有港灣狀缺口，碎屑鋯石大多為無色透明，總體反映了經過長期搬運的特點。代表性鋯石陰極發光圖像顯示，大部分鋯石具有清晰的韻律環帶結構（圖4）。

44粒鋯石測試表明，其絕大多數鋯石Th/U值大于0.4，揭示其為巖漿成因鋯石（吳元保和鄭永飛，2004），僅有編號為DWK-002-14的1粒鋯石Th/U值為0.28，其鋯石CL照片中顏色深，且不具有巖漿振蕩環帶，其Th/U值小與0.4，說明為變質成因鋯石（Hidaka et al.,2005）。其鋯石測年數據為（819±11）Ma，判斷為新元古代一期的變質作用所形成的鋯石（圖4b）。

3 樣品測試結果

DWK-001、DWK-002兩個含銅砂礫巖的樣品中的單顆粒碎屑鋯石經挑選，各選取25粒鋯石作為測試對象，其中DWK-001樣品中有20個有效點，DWK-002樣品中有24個有效點，合計為44個有效測點，各樣品的鉛、鈾、釷的含量及比值見表1～2。

碎屑鋯石測年統計出現了1591～1099 Ma、819～847 Ma、438 Ma、285 Ma四個峰值分布年代區間，對應著地質年齡分別處于中元古代（長城紀—薊縣紀）、新元古代青白口紀、早志留世、早二疊世，其中測年數據為819 Ma的一粒碎屑鋯石其成因為變質成因鋯石（圖5），本文未作討論。

圖5 碎屑鋯石U-Pb年齡分布直方圖（a—DWK-001，b—DWK-002）

從U-Pb年齡諧和圖中可以看出（圖6），兩個樣品中幾乎所有的點都落在諧和線上或者諧和線附近，代表樣品中大部分鋯石沒有明顯的Pb丟失，即沒明顯受到后期熱事件的影響。

圖6 含銅砂礫巖碎屑鋯石U-Pb年齡諧和圖（a—DWK-001，b—DWK-002）

4 砂礫巖物源演化探討

庫車地區的中生界是前陸盆地沉積，庫車坳陷的中生代沉積物源主要來自再旋回造山帶物源區，其物源來自碰撞造山過程中隆起的西南天山造山帶（李曰俊等，2001），從杜萬克艾得爾幅含銅砂礫巖（DWK-001；DWK-002）兩個樣品的碎屑鋯石測年44個測點數據綜合統計來看，鋯石測年數據顯示樣品測試結果年齡跨度大，上限年齡為280 Ma；下限年齡為1591 Ma，其地質時限介于中元古代早期—早二疊世，反映了地質歷史期間西南天山造山帶變質作用及巖漿活動的地質演變產物。

4.1 前古生代物源探討

碎屑鋯石測年數據出現了1591 Ma、1099 Ma、819 Ma、847 Ma及774 Ma的5個的前古生代年齡結果，對應著地質年齡分別處于中元古代（長城紀—薊縣紀）、新元古代青白口紀及南華紀的巖漿活動，其中測年數據為819 Ma的一粒碎屑鋯石其成因為變質成因鋯石。

西南天山造山帶哈爾克山地層小區內出露有古元古界興地塔格巖群（新疆維吾爾自治區地質調查院，2005①）和中古元古界阿克蘇巖群，巴侖臺地層小區內新元古代地層有震旦系達魯巴依巖群。古元古界興地塔格巖群：其下部為片麻巖、變粒巖、混合巖；上部為方柱石透輝石，透輝石大理巖、大理巖、石英巖、透輝石石英變粒巖夾少量石墨片麻巖；屬低壓過渡型低角閃巖相，原巖為碎屑巖和碳酸鹽巖沉積相。中元古界長城系阿克蘇巖群：組成該套地層的巖性有各類石英片巖等，其間不均勻夾有變火山巖、二長花崗巖、大理巖等構造巖塊（片）；該地層為一套深海相火山碎屑巖-復理石雜砂巖建造，屬于洋殼物質組合。新元古代地層有巴侖臺地層小區內震旦系達魯巴依巖群，該地層為非典型的蛇綠巖組合，以變質火山巖、變質沉積巖為基質（或稱巖片），而基性-超基性巖則呈小規模的透鏡體狀混雜其中。

中元古代巖漿活動導致的侵入巖僅分布于那拉提巖漿巖帶中，其巖性有英云閃長巖、斜長花崗巖和二長花崗，在英云閃長巖中獲取（Pb-Pb單顆粒鋯石）年齡樣測年數據成果為（1096±16）Ma（新疆維吾爾自治區地質調查院，2005①）。

對應本次碎屑鋯石測年數據出現了1591 Ma、1099 Ma、819 Ma、847 Ma及774 Ma 5個測年結果，與碎屑鋯石測年數據1591 Ma有較好對應的只有前古生代地層中元古界長城系阿克蘇巖群的時代屬于長城紀，其地層中間不均勻夾有變火山巖、二長花崗巖、大理巖等構造巖塊，是巖漿鋯石來源之一；其次那拉提侵入巖帶中中元古代的花崗巖，也是中元古代巖漿鋯石可能來源之一，說明本區中新統吉迪克組（N1j）地層中的含銅砂礫巖中的物源成分中有中元古界長城系阿克蘇巖群和中元古代的花崗巖的剝蝕物參與。但由于現今那拉提侵入巖帶距庫車盆地較遠，其是否參與到庫車盆地物源中是有待進一步商榷的。

與碎屑鋯石819～847 Ma及774 Ma測年結果相對應的并沒有相對應年齡的前古生代地層及巖漿巖，新元古代地層僅有巴侖臺地層小區震旦系達魯巴依巖群出露，而沒有青白口紀及南華紀的地層，本文鑒于西南天山造山帶前古生代地層歸屬也有爭論，造山帶內地層及巖漿巖也會因構造及剝蝕而導致缺失，且本次鋯石測年數據較少等原因，不在此展開討論。

4.2 古生代物源探討

本次碎屑鋯石測年統計出現438 Ma早古生代的分布高峰，對應著地質年齡分別處于古生代的早志留世巖漿活動高峰期形成的鋯石（圖7）。其次出現285 Ma晚古生代的分布高峰，對應著地質年齡分別處于晚古生代的早二疊世時段巖漿活動高峰期形成的鋯石（圖8）。

西南天山造山內哈爾克山地層小區內出露下泥盆統阿爾騰柯斯組發育火山巖，其巖性多為玄武巖類，這是早泥盆世巖漿鋯石的唯一來源。

哈爾克山侵入巖帶以志留紀侵入巖為主，出露面積占99%，其次為石炭紀侵入巖，巖性以閃長巖為主。劉本培等（1996）測得志留紀侵入巖角閃石的坪年齡為（420.2±5.9）Ma和（430.3±5.2）Ma，時限為中志留世。這與本次DWK-001樣品鋯石諧和年齡（427.5±2.3）Ma較為一致（圖7）。

圖7 含銅砂礫巖碎屑鋯石U-Pb年齡諧和圖（a—DWK-001，b—DWK-002）

二疊紀西南天山僅見有小提坎力克組火山巖出露（新疆維吾爾自治區地質調查院，2005①），而未見同時代侵入巖分布。其巖性為英安質火角礫巖、集塊巖、英安巖，盡管贊其幅(K44C002004)區調報告中依據區域化石及地層疊覆關系，將小提坎力克組火山巖歸入中二疊統（注：新疆區域地層表（1975）在溫宿縣小提坎力克確定下二疊統小提坎力克組；新疆區調大隊五分隊（1982）將其改為中二疊統小提坎力克組），但劉本培等（1996）在獨庫公里956 km附近中酸性火山巖取得同位素年齡樣為（282±2）Ma（40Ar/39Ar法），這與本次DWK-002樣品鋯石諧和年齡（285.6±3.0）Ma較為一致（圖8），小提坎力克組火山巖其時代在此僅提供參考。

圖8 杜萬克艾得爾幅含銅砂礫巖碎屑鋯石U-Pb年齡諧和圖（DWK-002）

碎屑鋯石測年統計出現438 Ma早古生代的峰值，西南天山造山帶中有下泥盆統阿爾騰柯斯組火山巖以及志留紀以閃長巖為主的侵入巖，是古生代巖漿鋯石的兩個來源。

碎屑鋯石測年統計出現285 Ma早二疊世的分布高峰，西南天山造山帶晚華力西旋回中二疊統小提坎力克組火山巖是晚古生代早二疊世巖漿鋯石的唯一來源。

5 含銅砂礫巖中銅礦物質來源討論

庫車盆地中新統吉迪克組（N1j）地層中的含銅砂礫巖中的碎屑鋯石測年的數據表明，其砂屑來源于庫車盆地北西南天山造山帶中元古代長城紀至中二疊世地質演化所形成的地層、巖漿巖產物。

5.1 砂礫巖型銅礦化成因探討

前人對庫車盆地銅（成礦）礦化并不是伴隨著新近系砂巖的沉積而富集其中，即不是原生沉積成因，而是形成于新近系砂巖成巖之后，并受新近紀后期斷裂構造作用及后生溶濾鹵水的控制，為后生富集，而鹽巖、膏巖，褐紅色碎屑巖為銅的礦源層。（曹養同等，2010b）但該觀點對庫車盆地內含銅砂礫巖礦化帶具有呈順層展布特點；銅礦化厚度較小，薄者僅幾厘米厚，但延長穩定特征；含銅砂礫巖銅礦化未見有任何圍巖蝕變；含銅砂礫巖地表并未見與斷裂構造有關；以上幾方面說明本區地層中的含銅砂礫巖銅礦化特征與后生成礦形成的銅礦化特征有一定的不符，本文認為庫車盆地內中新統吉迪克組（N1j）地層中的含銅砂礫巖銅礦化更具有原生沉積成因的特征，但本區內中新統吉迪克組（N1j）地層中的含銅砂礫巖銅礦化其銅礦物為孔雀石而不是氯銅礦，二者還是有一定區別的，在此供讀者甄別。

5.2 砂礫巖型銅礦化物質來源探討

庫車盆地是由三疊紀早期的前陸盆地經歷了中生代應力松弛、盆地伸展以及晚白堊世的擠壓隆升和剝蝕，經過早第三世的海侵,在新生代再次復活，是再生的前陸盆地（閻福禮等，2003）；庫車坳陷與天山造山帶在成因上緊密相連，庫車坳陷沉積了一套陸相碎屑沉積物，這些沉積物為天山造山帶因隆升而被剝蝕下來的碎屑物（楊庚和錢祥麟，1995）；中新世—上新世時期快速隆升，剝蝕厚度達2.5 km（肖瑤，2018）；中新世時，前陸盆地北緣的天山造山帶迅速隆升，地形高差懸殊，在山前帶為沖積扇-辮狀河流沉積，在吉迪克組沉積時，山前為沖積扇，往南為河流沖積平原（田作基和宋建國，1999）。

從杜萬克艾得爾幅含銅砂礫巖兩個含銅層位所取的樣品的碎屑鋯石測年探討物源來分析，中新世時，西南天山造山帶已經和庫車盆地形成了盆山耦合的穩定狀態，通過河流將造山帶物源區碎屑物質帶入盆地沉積進而成巖，也同樣伴隨著造山帶內對已有銅礦床（點）的剝蝕，使其銅成礦元素也進入到庫車盆地內，從而形與地層呈順層展布的含銅砂礫巖礦化，其銅礦化的規模大小的決定因素，是受物源區銅元素成礦物質供給量大小決定的，即受西南天山造山帶物源區已有銅礦床（點）的規模大小控制，其賦存的層位也受到已有銅礦床（點）的剝蝕出露的時間限定，進而形成了庫車盆地東部則以中新統吉迪克組地層含礦為主；庫車盆地西部則以滴水銅礦為代表的中-上新統康村組地層含礦的特點。

6 結論

通過對44E013020 杜萬克艾得爾幅中新統吉迪克組（N1j）地層中的兩個含銅砂礫巖層位二個碎屑鋯石樣測年成果研究分析，得出了以下幾個認識：

（1）與碎屑鋯石測年數據1591 Ma對應的西南天山造山帶有前中元古界長城系阿克蘇巖群，其地層中間不均勻夾有變火山巖、二長花崗巖、大理巖等構造巖塊（片），是巖漿鋯石來源之一；其次那拉提侵入巖帶中中元古代的花崗巖，也是中元古代巖漿鋯石可能來源之一。

（2）碎屑鋯石測年統計出現438 Ma古生代的峰值，在西南天山造山帶中有下泥盆統阿爾騰柯斯組火山巖以及志留紀以閃長巖為主的侵入巖，二者是古生代巖漿鋯石來源之一。

（3）碎屑鋯石測年統計出現285 Ma早二疊世的分布高峰，西南天山造山帶晚華力西旋回中二疊統小提坎力克組火山巖是晚古生代早二疊世巖漿鋯石唯一來源。

（4）在探討庫車盆地內砂礫巖性銅礦化原生沉積成因的基礎上，認為其成礦物質銅元素也進入隨砂屑物源一起到庫車盆地內，進而參與形成與地層呈順層展布的含銅砂礫巖礦化，其銅礦化的規模大小，是受物源區已有銅礦床（點）的規模大小控制，其賦存的層位也受到已有銅礦床（點）的剝蝕出露的時間限定，形成庫車盆地東部以中新統吉迪克組（N1j）地層含礦為主；庫車盆地西部以滴水銅礦為代表，形成以上新統康村組（N2k）地層含礦為主的特點。

注 釋

①新疆維吾爾自治區地質調查院.2005.1∶25萬新疆喀贊其幅（K44C002004）區域地質調查成果報告[R].

② 有色金屬礦產地質調查中心.2019.1∶5萬新疆杜萬克艾得爾幅區域地質調查成果報告[R].