西天山达巴特Cu-Mo矿床赋矿含角砾流纹斑岩锆石U-Pb年代学、地球化学特征及地质意义

郑少华 顾雪祥 章永梅 王佳琳 彭义伟 吕行 徐劲驰

摘    要：达巴特Cu-Mo矿床是中国西天山代表性的斑岩型矿床之一，其斑岩型成矿作用与矿区内含角砾流纹斑岩的侵位密切相关。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年结果指示，含角砾流纹斑岩形成于（303.7±2.5） Ma。岩石地球化学分析指示，该套岩石具有高硅（SiO2=76.10%～77.59%）、富碱（K2O+Na2O=7.77%～8.81%），高FeOT/MgO值（24～65），低镁（MgO=0.03%～0.26%）、钙（CaO=0.30%～0.44%）和铝（Al2O3=13.15%～13.94%）的特征，属钙碱性系列岩石。岩石相对富集LREE，Rb，U，Hf和Nd，相对亏损HREE，Ba，Sr，P和Ti，是后碰撞伸展构造体系下俯冲板片断离、软流圈地幔上涌并造成下地壳部分熔融而形成的“A”型花岗岩类。综合研究表明，达巴特是一个形成于晚石炭世末期后碰撞伸展环境的斑岩型Cu-Mo矿床。

关键词：西天山;含角砾流纹斑岩;地球化学;达巴特Cu-Mo矿床

新疆西天山造山带是中亚造山带的重要组成部分，也是我国斑岩型矿床的重要产区之一[1-2]。目前已发现的斑岩型矿床有莱利斯高尔-3571、克峡希、达巴特、包古图和科克赛等[3-8]。达巴特Cu-Mo矿床位于赛里木湖东北角，距温泉县城约60 km，是西天山造山带之赛里木多金属成矿带中最重要的斑岩型矿床，具有良好的成矿前景。目前，矿区探明Cu金属储量5.2×104 t，Mo金属储量0.56×104 t[9]。前人对达巴特Cu-Mo矿床的研究主要集中于矿床地质特征、成岩成矿时代、成矿流体特征及演化等，基本确定达了巴特为形成于晚古生代的斑岩型Cu-Mo矿床[1-2，9]。矿区发育多期中酸性侵入岩，成矿岩体的归属问题尚未解决，其岩石成因及构造背景也存在较大争议[1-2，9]。本文在野外地质踏勘基础上，对与成矿密切相关的含角砾流纹斑岩进行了岩相学、LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年和主微量地球化学分析，查明了侵位时代，探讨构造背景和岩石成因，为研究区域大地构造演化及岩浆活动与成矿作用的关系提供了重要依据。

1  区域地质

新疆西天山位于西伯利亚板块、卡拉庫姆-塔里木板块、华北板块和东欧板块之间的中亚造山带之西南缘，是西天山造山带在中国的重要延伸，其北部与准噶尔板块相邻，南部与塔里木板块相接（图1-a，b）[10]。该成矿带可以划分为3个次级成矿带，分别为①赛里木（别珍套）多金属成矿带;②博罗科努多金属成矿带;③阿吾拉勒Fe-Cu成矿带（图1-b）[11]。赛里木多金属成矿带位于西天山北缘，大地构造位置属伊犁-中天山板块北缘古生代活动大陆边缘（图1-b）。区域构造线整体呈NWW向、NW向，构造以大型断裂为主，对区域内的地层展布、岩浆活动和成矿作用具有较为明显的控制作用（图1-c）。赛里木地区出露的地层具有基底和盖层双层结构，基底地层主要为元古代变质碎屑岩和碳酸盐岩，不整合覆盖于基底之上的地层主要由泥盆系沉积岩、石炭系火山岩-沉积岩和二叠系陆相双峰式火山岩组成。

区域内晚古生代岩浆活动较为发育，代表性侵入岩有赛博岩体、科克赛岩体和达巴特岩体，分别与赛博-喇嘛苏矽卡岩Cu矿床、科克赛斑岩型Cu-Mo矿床和达巴特斑岩型Cu-Mo矿床成的矿作用相关[8，11，13]。

2  矿床地质特征

矿区出露地层为上泥盆统托斯库尔他乌组，主要岩性为砂岩、凝灰质砂岩、凝灰岩和凝灰质角砾岩（图2-a）。矿区内浅成侵入岩较发育，按岩性分为：英安斑岩、含角砾流纹斑岩、肉红色花岗斑岩和灰白色花斑岩（图2-a）。含角砾流纹斑岩与Cu-Mo成矿作用关系密切，为该矿床主要赋矿岩性（图2，3-a，b）。矿区共圈出6个铜矿体和2个钼矿体（图2-a）。其中，I、II号钼矿体和III、IV号铜矿体为该矿床最大矿体。I、II号钼矿体为隐伏矿体，发育于含角砾流纹斑岩内部，主要以石英-辉钼矿脉的形式产出（图2-a，3-a，b）。III号和IV号铜矿体分别位于含角砾流纹斑岩与地层的接触部位和含角砾流纹斑岩内部，主要以萤石-毒砂-铜硫化物±石英脉的形式产出（图2-c，3-d，e）。矿体布具有铜钼分离的空间分布特征（图2）。

主要金属矿物为辉钼矿、毒砂、黄铜矿、斑铜矿和黝铜矿，次为黄铁矿、闪锌矿和磁黄铁矿。主要非金属矿物为石英和萤石，次为方解石、钾长石和白云母。典型矿石构造有浸染状构造、脉状构造、块状构造和团斑状构造;典型矿石结构为自形-半自形粒状结构、他形粒状结构、固溶体分离结构和交代结构（图3）。矿区围岩蚀变强烈，具有典型斑岩型矿床的蚀变分带特征，从内到外依次发育钾化、（黄铁）绢英岩化、黏土化和青磐岩化。矿体主要产于钾化带和（黄铁）绢英岩化带中。

3  样品采集与测试方法

3.1  样品采集

本次用于LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究的样品采自ZK303，用于主微量元素分析样品为采自平硐的新鲜岩石，并去除围岩角砾进行测试分析。

3.2  测试方法

主、微量元素分析和锆石U-Pb同位素测试在中国地质大学（北京）地质过程与矿产资源国家重点实验室矿床地球化学微区分析室完成。主量元素分析采用日本岛津公司生产的X荧光光谱仪（XRF-1800），微量元素分析利用美国热电公司X Series II型四极杆等离子质谱仪。锆石U-Pb同位素测试采用LA-ICP-MS方法完成，将激光剥蚀系统Geolas193准分子固体进样系统与X Series II型等离子体质谱联用。测试过程中，采用He为载气，Ar气为补偿气，选择激光斑束直径为32 μm，频率为8 Hz，能量密度8 J/cm2。锆石U-Pb定年以标准锆石91500（206Pb/238U=1 065 Ma）为外标，标准锆石GJ-1为监控样品，采用美国国家标准参考物质NIST610为微量元素含量测定的外标。样品分析过程中，每测定5个样品点后重复测试两次锆石91500。每个样品点的数据采集时间为100 s，其中前20 s为背景信号采集时间，样品数据采集时间为50 s。数据处理采用软件 ICPMSDataCal[14]，年龄计算和协和图绘制采用Isoplot软件完成。

4  分析结果

4.1  岩相学特征

含角砾流纹斑岩为浅肉红色-灰色，斑状结构，块状构造或流纹构造，基质为微晶-隐晶质结构（图4-a～d）。主要矿物为石英、钾长石、斜长石和黑云母。斑晶含量15%～25%，主要矿物斑晶为石英（25%～35%）、钾长石（20%～25%）、斜长石（25%～30%）和黑云母（5%～10%）。斜长石呈自形-半自形板状，为0.1×0.1～1.8×2.5 mm，可见聚片双晶或卡钠复合双晶，部分发生绢云母化;钾长石呈自形-半自形板状及不规则状，粒径为0.1×0.1～1.8×2.0 mm，可见明显卡式双晶;石英呈浑圆状，粒径0.1×0.1～1.5×1.6 mm，部分有熔蚀结构;黑云母多为自形-半自形板片状，粒径0.1×0.1～1.0×1.6 mm，部分斑晶发生绿泥石化。基质含量70%～80%，主要为石英、斜长石和钾长石，可见矿物微晶定向排列的特征。角砾主要由砂岩、粉砂岩和凝灰质砂岩组成。副矿物包括锆石、磷灰石和萤石等。

4.2  成岩年代学研究

本次研究共选择21颗锆石进行LA-ICP-MS U-Pb同位素分析（表1）。所选锆石多呈短柱状、长柱状或不规则状，介于50～150 μm，长宽比为2.5∶1～1.5∶1（图5-a）。锆石颗粒阴极发光图像具有明显的震荡环带，Th/U=0.39～0.61，平均0.46，具典型岩浆锆石特征（图5-a）。在锆石U-Pb年龄谐和图解上，21个测试点均分布于谐和线上及附近，计算获得等时线年龄为（303.8±2.7）Ma（MSWD=0.15）（图5-b），与加权平均年龄（303.7±2.5）Ma（MSWD=0.15）一致（图5-c），代表了岩浆结晶年龄，表明达巴特矿区含角砾流纹斑岩形成于晚石炭世末期。

4.3  岩石地球化学

达巴特矿区含角砾流纹斑岩的主微量元素见表2。7件样品的主量元素具高硅（SiO2=76.10～77.59%），富碱（K2O+Na2O=7.77～8.81%）和高FeOT/MgO值（24～65）。貧镁（MgO=0.03%～0.26%），贫钙（CaO=0.30%～0.44%）和低铝（Al2O3=13.15%～13.94%）的特征。在TAS图解上，所有样品点均位于流纹岩范围（图6-a）[15]。在K2O+Na2O-SiO2图解中，岩石属钙碱性系列（图6-b）[16]。在稀土元素组成上，含角砾流纹斑岩的稀土总量∑REE为71×10-6～107×10-6（表2）。其中，轻稀土LREE含量56×10-6～92×10-6，重稀土HREE含量13×10-6～18×10-6。（La/Yb）N和LREE/HREE分别介于2.17～4.82和3.48～6.38（表2）。在微量元素特征上，该套岩石具高的Ga（13.80×10-6～23.40×10-6）和10000*Ga/Al值（集中于3.0～3.5）。从图7-a中可看出，7件样品呈现相似的稀土分布曲线，具有轻稀土相对富集、重稀土相对亏损、Eu负异常显著的特征（δEu=0.16～0.35）。在原始地幔标准化蛛网图上（图7-b），相对富集Rb，U，Nd和Hf，相对亏损Ba，Sr，P和Ti。

5  讨论

5.1  成岩时代及意义

达巴特岩体是由多种岩性组成的复式岩体，与铜、钼矿化有关的成矿岩体的归属主要存在两种观点：①含角砾流纹斑岩为主要成矿岩体;②肉红色花岗斑岩为主要成矿岩体[1-2，9]。前人研究表明，达巴特Cu矿体和Mo矿体的成矿时代分别为（298.1±5.0） Ma（萤石Sm-Nd）和（299.6±3.2）Ma（辉钼矿Re-Os）[6-9]。野外地质调查表明，肉红色花岗斑岩整体较新鲜，未形成明显矿化，成岩年龄为（288.9±2.3）Ma[18]，小于该矿床成矿年龄。因此，肉红色花岗斑岩与成矿关系不大。本次研究获得含角砾流纹斑岩的加权平均年龄为（303.7±2.5）Ma，与Cu，Mo矿体成矿的年龄在误差范围内一致，表明达巴特矿区Cu，Mo矿化与含角砾流纹斑岩的侵位密切相关。

5.2  构造背景

晚古生代是伊犁-中天山板块北缘构造体制转换的重要时期[19-20]。一般而言，缝合带形成时间介于最年轻的蛇绿岩年龄和侵入缝合带的岩体或岩脉的年龄之间[20]。位于北天山缝合带的巴音沟蛇绿岩中最晚形成的斜长花岗岩的年龄为（325±7） Ma，该年龄为北天山洋闭合的下限年龄[21]。侵入于缝合带中四棵树“A”型花岗岩年龄为（316±3） Ma，代表了北天山洋闭合的上限年龄。因此，北天山缝合带形成于325～316 Ma，为晚石炭世[20]。

本次获得达巴特矿区含角砾流纹斑岩的形成时代为（303.7±2.5） Ma，表明其侵位发生于北天山洋闭合之后，为后俯冲构造体系下岩浆活动的产物，与其地球化学特征相符合。达巴特含角砾流纹斑岩具“A”型花岗岩的典型特征[22]：①富硅，富碱，高FeOT/MgO，贫镁，钙和铝;②相对富集LREE和Rb，U，Hf，Nd，相对亏损HREE，Ba，Sr，P，Ti;③富Ga且有较高的（Ga/Al）*104值。在Nb-SiO2和Nb-10000*Ga/Al图解上（图8-a，b）[24-25]，样品点均位于“A”型花岗岩区域。在Ta-Yb构造判别图解上（图8-c）[26]，同典型“A”型花岗岩一样，样品点均落入板内花岗岩（WPG）范围。

一般认为“A”型花岗岩可形成两种构造环境，分别为后碰撞伸展环境和板内伸展环境[22-23]。在R1和Nb-10000*Ga/Al判别图解上，落入后碰撞伸展环境（PA）区域内（图8-d）[23]。结合含角砾流纹斑岩的成岩年龄和区域构造演化史，本次研究认为，该套岩石为形成于后碰撞伸展环境的“A”型花岗岩类。

5.3  巖石成因

有关伊犁-中天山板块北缘晚石炭世—二叠纪侵入岩的成因，代表性观点有：①地幔柱[27];②岩石圈拆沉[28];③板片断离[11，16，29]。Xia et al.认为西天山地区晚石炭世—二叠纪岩浆岩为大陆裂谷构造环境下地幔柱活动的产物，属于大火成岩省一部分。大火成岩省岩石系列以拉斑玄武岩为主，通常包含高镁熔岩，如科马提岩[30]。本区晚石炭—早二叠世岩浆岩以钙碱性-碱性系列为主[16]，这明显不符合大火成岩省的定义。此外，地幔柱形成的典型特征在该地区并未发现，如放射状基性岩脉群、高镁熔岩或厚层玄武岩等[31]。因此，地幔柱模式不符合该区的岩浆活动特征。

岩石圈的拆沉作用使软流圈上升并直接接触莫霍面，导致下地壳部分熔融和软流圈地幔减压熔融，在受影响的区域形成分散的、非线性分布的岩浆活动[32-33]。显然，伊犁-中天山北缘岩浆岩的线性分布特征与岩石圈拆沉模式不一致（图1-c）。

由于大陆岩石圈的自身浮力和俯冲洋壳岩石圈的持续拉力导致大陆岩石圈俯冲速率的降低，板片断离往往为俯冲洋壳闭合和陆陆碰撞的自然产物[34-35]。如阿尔卑斯和喜马拉雅造山带均发生了俯冲、碰撞后的板块断裂[36]。随着俯冲板片板块的断离，软流圈地幔上涌并为下地壳熔融提供热量，往往在相对窄区域内形成大致呈线性展布的岩浆活动[37-38]。中国西天山晚石炭世—二叠纪岩浆岩呈平行于缝合带的线性分布特征，该特征与俯冲板片断裂模式相符合（图1-c）。这一解释也被岩浆源区具富集地幔特征的晚石炭世超镁铁-镁铁质岩体所支持[21，39-40]。

6  结论

（1） 达巴特为形成于后碰撞伸展构造背景下的斑岩型Cu-Mo矿床，成矿岩体含角砾流纹斑岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为（303.7±2.5） Ma，为晚石炭世末期。

（2） 达巴特含砾流纹斑岩具“A”型花岗斑岩的典型特征，形成于后碰撞伸展环境，为俯冲板片断离之后，软流圈上涌引发下地壳部分熔融产物。

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Abstract：Dabate Cu-Mo deposits is one of the representative porphyry deposits in the Chinese Western Tianshan. The porphyry mineralization is closely related to thebreccha beating rhyolite porphyry in the Dabate ore district. LA-ICP-MS U-Pb isotopic dating on zircons in breccha beating rhyolite porphyry yielded ages of （303.7±2.5） Ma， indicating they were formed at the lastest Carboniferous. Petrogeochemistry analyses indicate that the breccha beating rhyolite porphyry are calc-alkaline series characterized by high silica （SiO2=76.10%～77.59%）， high alkaline （K2O+Na2O=7.77%～8.81%）， high FeOT/MgO（24～65）， low magnesium （MgO=0.03%～0.26%）， low calcium （CaO=0.30%～0.44%）， low aluminum （Al2O3=13.15%～13.94%）. They are enriched in light rare-earth elements （LREE）， Rb， U， Hf， and Nd， and are depleted in heavy rare-earth elements （HREE）， Ba， Sr， P， and Ti. They are a suit of A-type granite that were probably generated by asthenosphere magma underplating and partial melting of lower crust due to slab break-off under the post-collision tectonic setting. Based on the comprehensave studies， it is concluded that Dabate is a porphyry Cu-Mo deposit formed in a post-collisional extensional environment at the end of Late Carboniferous.

Key words：Rhyolite porphyry; Geochemistry; Dabate Cu-Mo deposit; Western Tianshan; Xinjiang