萨尔朔克矿区岩石地球化学特征及找矿意义

李成文 孟贵祥 吴新忠 何建喜 王义郡 马超 周翔龙

摘   要：区内泥盆纪中-酸性岩浆演化总体呈贫Ca，Na，Al，富K，Si趋势，具Si，Al，K，Na，Ca等常量元素变化规律。铅锌、铜、金多金属成矿作用与岩浆演化末期钾交代作用密切相关，赋矿酸性岩浆岩具特殊、可识别岩石化学特征（低Ca，Al，低全碱、高K，Si、高K2O/Na2O比值）。认为岩石地球化学调查可有效揭示本区岩浆演化趋势，据Si，Al，K，Na，Ca等常量元素综合指标可有效判别本区酸性岩含矿性，促进找矿勘查和成矿预测。

关键词：萨尔朔克;岩石地球化学调查;岩浆演化与成矿作用;岩浆岩含矿性

阿舍勒矿集区位于新疆哈巴河县境内，是新疆阿尔泰山南缘重要的铜多金属矿聚集区[1]。区内已发现阿舍勒铜锌矿床、萨尔朔克铜金多金属矿床、喀英德铜矿点、桦树沟铜矿点等。阿舍勒铜锌矿床是我国20世纪80年代发现和评价的VMS型大型矿床，地质研究程度较高，在深部及外围找矿勘查中发挥着重要作用[1-4]。杨富全等以阿舍勒矿集区VMS型铜多金属矿床为研究对象，提出阿舍勒矿集区铜多金属矿床模型，确定萨尔朔克矿区主成矿作用发生于382 Ma[3-4]。成矿流体为岩浆水混合深循环海水，具高-低温、低盐度和中低密度特征，成矿物质硫来源于深源岩浆[3-5]。萨尔朔克铜金多金属矿床位于阿舍勒矿集区北东部，区内中泥盆世岩浆及火山活动强烈，酸性岩浆活动与多金属矿化密切相关。本区多金属成矿作用与阿舍勒火山喷发旋回晚期钾交代蚀变密切相关，含矿、赋矿酸性岩具独特地球化学特征。

1  成矿地质背景

1.1  区域地质背景

萨尔朔克铜金多金属矿床位于阿舍勒铜锌矿床正北约6 km（图1）。区域上矿床位于阿尔泰增生造山带南缘西段阿舍勒盆地内，处于阿舍勒泥盆—石炭纪火山沉积盆地北东部。阿舍勒铜锌矿床和萨尔朔克铜金多金属矿床均位于南阿尔泰Cu-Pb-Zn-Fe-Au-RM-U-白云母-宝石成矿带阿舍勒Cu-Au-Pb-Zn矿带内[6]。阿舍勒Cu-Au-Pb-Zn矿带内主要产出与泥盆纪海相火山岩有关的铜锌、铜金多金属矿床及矽卡岩型铜矿（化）点[1，6]。阿舍勒泥盆—石炭纪火山沉积盆地出露下泥盆统康布铁堡组、下—中泥盆统托克萨雷组、中泥盆统阿勒泰组、中—下泥盆统阿舍勒组、上泥盆统齐也组、下石炭统红山嘴组[1]，并于二叠纪经历了区域变质作用改造[7]。阿舍勒组酸性岩为主要含矿层位，阿舍勒矿集区内所有重晶石及黄铁矿型、VMS型铜多金属矿床、矿点均赋存于该层位中[1-4]。该段普遍发育中酸性次火山岩体，其中流纹斑岩体具较强的黄铁绢英岩化蚀变，构成矿体直接围岩。盆地内中—晚古生代岩浆及火山活动强烈，火山岩及次（潜）火山岩发育，局部发育火山机构。中泥盆世阿舍勒旋回晚期酸性火山岩及潜火山岩与阿舍勒铜锌矿床及萨尔朔克铜金多金属矿床密切相关。

1.2  矿区地质

萨尔朔克矿区分布有中泥盆统阿舍勒组、上泥盆统齐也组和下石炭统红山嘴组（图2）。中泥盆统阿舍勒组上段海相酸性火山岩建造为本区重要赋矿层位。区内中泥盆世岩浆及火山活动强烈，铜金、铅锌银多金属矿化与中泥盆世酸性火山岩浆活动（阿舍勒旋回末期）密切相关[8]。酸性火山岩具明显火山通道相和面型蚀变分带特征，外围为绢云母化、绢英岩化，中部为次生石英岩化，内部为黄铁绢英岩化（富含金属硫化物，赋矿层），局部重晶石化。矿化蚀变专属性较强，仅分布于酸性火山岩中，常伴随流纹-英安质同成分角砾岩化（隐爆角砾岩？）。酸性火山岩明显吞食、熔蚀、交代改造中基性火山岩和碳酸盐岩围岩，造成围岩局部大理岩化、矽卡岩化、磁铁矿化、黄铜矿化。

2  调查方法

2.1  采样与测试

2019—2020年采集硅酸盐稀土微量元素样品31件，样品均采自萨尔朔克矿床主采区及周边1 000 m范围内（图2），编号V01～V03、B01～B02、B04～B05、B08、M03～M04、R01～R03、R05～R22。样品总体较新鲜，大部分无明显蚀变，少量样品在钻孔中采集（5件）。为便于对比研究，对已知赋矿或含矿酸性岩专门采集蚀变样品，避开矿化明显的矿石，所采样品均具较强代表性。

2.2  数据处理

数据收集整理  为更好地开展综合对比研究，保证数据多元性和数理统计可靠性，充分收集前人在本区相关的综合研究成果资料[3-4，9-14]。本次共收集前人岩石化学研究样品分析成果77件套（本次研究实际涉及硅酸盐、稀土、微量样品总计108件）。对前人硅酸盐、稀土、微量样品测试成果数据，据“岩类相同、采样地点或层位临近或一致、硅酸盐主量元素含量波动幅度小、分布大致均匀”的要求进行归并，主量元素含量明显一致的归为一组，统编为一个组合样。最终将收集的所有样品数据组合为16个组合样本数据（表1）。

数据处理  仅对硅酸盐分析成果进行数据调整，按岩浆岩Le Maitre方法进行烧失量和Fe调整[15-16]。本次综合研究的汇总样本为47个（包括表1中16个组合样本和本次采集分析的31个样本）。

3  岩石地球化学特征

3.1  常量元素特征及岩浆岩分类

研究区47个样本硅酸盐分析统计结果见表2。通过硅酸盐分析、CIPW标准矿物计算及相关指标计算、图解投点等[15-16]，结合代表性火成岩的产出、赋存状态和岩矿鉴定成果，认为本区岩浆岩以熔岩和次（潜）火山岩为主，局部发育火山碎屑巖，中-深成侵入岩相对较少。本区岩浆岩主量元素含量变化规律明显，可划分为6类（表2）。

由表2可见，萨尔朔克矿区含矿、赋矿的富硅流纹岩具非常高的K2O/Na2O比值（14.04～27.61），萨尔朔克矿区英安-流纹岩类与哈巴河岩体（英云闪长岩、花岗斑岩）成分较接近，存在同源性和继承性。通过CIPW标准矿物计算及相关岩石化学图解，确认本区火山岩为亚碱性系列。其中：中基性火山岩为SiO2不饱和、Al饱和、富Ca、低K、富Na、低Mg型钙碱性火山岩，玄武岩属贫钾富钠玄武质岩类和拉斑玄武岩系;酸性火山岩为Al和SiO2过饱和、富Na、低Ca，Mg、Fe含量相对较低的钙碱性火山岩。英安-流纹岩属钠质类型的贫钾富钠岩，含矿、赋矿的富硅流纹岩属钾质类型，具独特碱-硅分布特征（Na2O+K2O≤4%，SiO2>78%）。总体将本区火成岩划分为：①富钾-富硅流纹岩及次（潜）火山岩;②英安-流纹岩及次（潜）火山岩;③二长花岗岩-花岗闪长岩-英云闪长岩（岩基、岩脉）;④玄武岩-安山岩及次火山岩、碎屑岩;⑤英安质安山岩及次火山岩;⑥辉长岩-闪长岩（岩株、岩枝、岩脉）及辉绿岩、石英辉绿岩（岩墙）。其中，富钾-富硅流纹岩为赋矿酸性岩。

3.2  微量元素特征

在玄武岩-原始地幔玄武岩标准化模式图上，本区火成岩具不同标准化模式，可划分为6组（中基性、酸性岩各3组）。同组标准化模式曲线形态相似或相同，具同源演化或同源改造特征。其中：①萨尔朔克酸性火山岩和英云闪长岩-花岗斑岩具高K，La，Ce，Zr，Sm，低Nb，Sr，P，Ti和右倾缓斜型曲线形态微量元素特征;②萨尔朔克基性岩、喀英德-哈巴河辉长岩、阿舍勒玄武岩、蝌蚪岩体安山玄武岩等中基性岩具低Rb，K，Nb，Zr，高Sr，Sm和右倾平缓型曲线形态微量元素特征;③萨尔朔克辉绿岩、阿舍勒英安岩、齐也组酸性岩等中酸性火山岩具高K、低Nb，Ti和右倾缓斜曲线形态微量元素特征;④萨尔朔克蚀变矿化酸性岩（SRY-1、SRY-2、R02、R05、R07、R18、R22、R11）具高Ba，K，Zr，Sm，低Sr（极低），P，Ti和右倾陡斜型曲线形态，表明其矿化蚀变具同源演化特征（图3）。

3.3  稀土元素特征

经稀土分布三角图解投影，本区酸性-中酸性岩浆岩轻、重稀土分馏特征明显，总体为中稀土、重稀土亏损轻稀土聚集型。在岩石稀土元素-球粒陨石标准化模式图解上，本区火成岩具不同稀土分布模式，归类分组为3类6组。同组稀土元素分布曲线形态相似或相同，可清晰反映其亲缘关系及岩石谱系。其中：第一类为Eu富集、Gd亏损类型，为萨尔朔克中-基性岩（包括少量矿化蚀变酸性岩），可进一步划分为两组（Eu明显富集，轻、重稀土分馏显著不平衡;Eu不亏损或富集）;第二类为轻重稀土分馏不明显、Eu弱富集或平衡类型，均为基性岩。包括阿舍勒玄武岩、蝌蚪岩体玄武安山岩、喀英德和哈巴河辉长岩;第三类为Eu明显亏损类型，全部为酸性岩，可进一步划分为3组（图4）。1组包括酸性火山岩和英云闪长岩，Eu明显亏损，轻稀土富集;2组包括酸性火山岩和花岗斑岩，Eu明显亏损，轻、重稀土分馏不均衡;3组包括萨尔朔克酸性岩、齐也组酸性岩、阿舍勒英安岩和阿舍勒英云闪长岩，Eu明显亏损-弱亏损，轻稀土聚集。赋矿酸性岩稀土分布模式无专属性和明显规律性，表明稀土分布模式受岩浆后期改造影响很小。

4  地球化学调查的找矿指导意义

4.1  岩浆演化与成矿作用

通过研究区岩浆岩Al2O3-SiO2变异图解看出，本区泥盆纪岩浆演化总体遵循由基性到中性、再到酸性序列的岩浆演化规律（图5），含矿、赋矿酸性岩位于本区泥盆纪岩浆演化的晚期或末期，含矿、赋矿酸性岩均属贫铝、富硅酸性岩（富硅流纹岩）。制作本区泥盆纪岩浆岩K2O-Na2O-CaO三角图解（图6），总结本区中-酸性岩浆总体演化趋势为：高Ca→高Na→高K，成矿作用位于该岩浆演化序列最后階段。由K2O-Na2O-CaO三角图解可看出，研究区中-酸性岩浆总体演化趋势仍是由基性到中性、再到酸性序列的演化，即从富Ca向富Na，再向富K（高Ca→高Na→高K）的演变。

岩浆演化最后阶段的富钾过程就是成矿过程，即成矿作用位于该岩浆演化序列最后阶段（K2O-Na2O图解和Al2O3-SiO2变异图解上也有同样特征）。因此，推断本区VMS型铜多金属成矿过程伴随有强烈的钾化蚀变（这将有助于从地球化学成矿角度解释阿舍勒和萨尔朔克金多金属矿的成矿机制）。K2O-Na2O-CaO三角图解在研究本区酸性岩钾蚀变及含矿性分析方面有独特作用，可有效识别和区分本区内酸性岩含矿性和钾交代蚀变。这从岩石化学角度提供了一个具说服力的岩石化学找矿标志，且通过岩浆岩K2O、Na2O、CaO组分变化规律研究探讨岩浆的演化过程。

4.2  岩石化学调查找矿意义

本区岩浆岩K2O-Na2O图解、Al2O3-SiO2变异图解、K2O-Na2O-CaO三角图解等均可作为本区酸性岩含矿性判别标志。另扎瓦里茨基投影图解在酸性岩含矿性方面研究也有非常显著的指示作用（图7）。     在扎瓦里茨基投影图解上，本区火成岩岩石化学特征及分组清晰。尤其含矿、赋矿酸性岩（SRY-1、SRY-2、R02、R05、R07、R18、R22）显示明显的高K，Fe特征。图解左侧展示极大的K/Na比值特征和独特的近水平的长线型投影线，与不含矿的酸性岩形成鲜明对比，可作为本区酸性岩含矿性判别标志之一。

综上所述，本次岩石化学调查找矿指示和指导意义如下：①萨尔朔克和阿舍勒矿区铜多金属矿化与酸性岩密切相关。无论地表还是深部，均无法通过常规手段直接判别是否含矿。地表虽大致根据岩石颜色（砖红-褐红-棕红色）和强蚀变初步辨别是否含矿，但部分具明显蚀变的酸性岩并不含矿。尤其深部，颜色和硫化物的多少并不能帮助判别是否含矿;②由于本区赋矿酸性岩具特殊岩石化学特征，在K2O-Na2O图解、Al2O3-SiO2变异图解、K2O-Na2O-CaO三角图解、扎瓦里茨基投影图解上可辨识度均较高。因此利用岩石化学研究手段判别岩浆岩含矿性在本区是可行有效的，判别指标和标志可作为本区岩石化学找矿标志;③通过矿区独立分布的不同酸性岩（体）的少量硅酸盐样品的岩石化学研究准确判别含矿性，可帮助我们快速地缩小找矿目标范围。

5  结论和探讨

汇总萨尔朔克矿区含矿、赋矿酸性岩岩石化学特征和含矿性判别指标为：高Si，SiO2大于78%，平均83.02%、低Al，Al2O3小于10.5%，平均8.79%;低全碱，Na2O+K2O≤4%、高K2O/Na2O比值，大于8.0，绝大部分大于14.0;低Ca，CaO小于0.25%，平均0.11%、低Na，Na2O小于0.20%，平均0.13%、高K，K2O大于1.5%，平均2.33%。该含矿性判别指标可否推广应用至阿舍勒矿区乃至阿舍勒矿集区尚需进一步研究，但不可否认其对矿区外围及深边部找矿具重大意义。目前尚不清楚萨尔朔克矿区中基性岩浆岩稀土Gd亏损、Eu异常富集的原因和机制，亦未查明酸性岩演化末期钾交代以何种物态形式存在。

致謝：匿名审稿专家对本文提出了很多非常宝贵意见，杨成栋博士帮助完成文稿译文，并提出修改意见，在此表示衷心感谢。野外调查工作得到新疆鑫旺矿业有限公司、新疆地质矿产勘查开发局第二地质大队等单位领导和同仁的大力支持和帮助，在此表示诚挚谢意。

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Abstract：It is found that the overall trend of the Devonian intermediate- felsic  magma evolution in the study area is towards depletion in Ca， Na， and Al， and enrichment in K and Si， exhibiting the regular changes of major elements such as Si， Al， K， Na， and Ca. The polymetallic mineralization of lead-zinc， copper， and gold is closely related to the potassium metasomatism at the late stage of magmatic evolution. Ore-bearing felsic magmatic rocks have special and identifiable petrochemical characteristics （low contents of Ca， Al， and total alkalis， and high contents of K， Si， and K2O/Na2O ratios）. Therefore， it is believed that proper petrogeochemical investigation can effectively reveal the evolution trend of magma in this area， and the comprehensive indicators of major elements including Si， Al， K， Na， Ca， and so on can be effectively used to distinguish the ore potential of the felsic rocks in this area， thereby to facilitate the prospecting and prediction of ore deposits.

Key words： Sarsuk; Petrogeochemical investigation; Magma evolution and metallogenesis; Ore potential of magmatic rocks