利用裂變徑跡定年分析新疆沙泉子銅鐵礦成礦時代

徐曉彤，袁萬明，龔慶杰，吳發富，黃志新，鄧 軍

(地質過程與礦產資源國家重點實驗室，中國地質大學(北京)，北京100083)

新疆沙泉子銅鐵礦床距離哈密市南東180km，處于我國著名的鐵礦產出區東天山的東部，屬于雅滿蘇-沙泉子成礦區，位于沙泉子深大斷裂北側，屬沙泉子背斜南翼，出露地層屬中石炭統沙泉子組中段一套中性(偏酸)火山巖、火山碎屑巖。以往的地質勘探工作，對該礦區的主要礦體和礦區地質特征做了一些工作，但工作重點主要針對地表露頭礦開展評價工作，而對礦區成礦作用，特別是成礦規律、控礦因素和成礦年代研究不夠，總體地質研究程度較低。為此，本文在前人研究的基礎上，重點針對成礦年代這一問題予以探討。

1 礦區地質背景

沙泉子銅鐵礦區區域大地構造位置屬于塔里木盆地北緣(Ⅰ級), 覺羅塔格(阿齊山-雅滿蘇)晚古生代島弧帶(Ⅱ級)，南以阿奇克庫都克-沙泉子深大斷裂為界，與東天山中央隆起帶相鄰分割中天山變質帶，北以康古爾斷裂與康古爾晚古生代弧間盆地相接[1-2](圖 1)。

區內出露地層主要有下石炭統雅滿蘇組(C1y)和二疊系下統阿其克布拉克組(P1a)玄武巖、英安巖、流紋巖、凝灰巖等,以及一些雜砂巖。侵入巖發育，以華里西中期巖漿活動最為強烈，主要有花崗閃長巖、二長花崗巖、黑云母花崗巖等。早石炭世為強烈的火山活動期，基本上屬深海沉積角斑巖巖石系列，在島弧帶上以中心式噴發為主，自西向東構成一系列的火山構造(火山穹隆、火山洼地、火山機構), 并形成了一些與之相關聯的具有系列性的銅鐵礦床[3-4]。

圖1 新疆東天山沙泉子地區大地構造圖(1∶500000)

2 礦床地質特征分析

礦區主含礦帶位于礦體中部(圖2)，賦存于英安巖頂部，混雜凝灰巖、角斑巖底部，礦帶長1.3 km，寬30～70 m，受后期剪切斷層錯斷、切割成段。含礦帶由磁礦體與磁鐵礦化蝕變巖組成。礦體規模從東向西變化較大，單個礦體長30～400 m，視厚度約在2～12 m，目估TFe平均品位35%～40%之間，向西品位變化較大，平均在40%以上(TFe)。地表銅礦化主要為孔雀石，含量不高。礦體不連續,呈似層狀、透鏡狀產出。礦區蝕變類型主要是矽卡巖化，另外有鉀長石化、絹云母化、碳酸鹽化等。從鉀長石化到絹云母化，是熱液的溫度或堿度下降的過程[5]。

礦區成層礦體內存在“層間”滑動，受斷裂帶控制，成礦斷裂帶總體上與巖層面產狀一致(136°∠20°)，但由于巖層面受區域背斜控制，其后又經歷各種構造活動，導致原有巖層面產狀在不同部位有所不同。礦體容礦構造主要為英安巖與凝灰巖間的不整合面，受區域褶皺南翼的控制，該不整合面同時也是斷裂帶(74°∠60°，95°∠46°)，故導致礦體可以產出于英安巖內和凝灰巖內。由于存在多期成礦作用，以致容礦斷裂構造總計有4組，分別為EW-SSW、NE、NW和SN向，主要為EW向。

圖2 新疆沙泉子銅鐵礦礦床地質圖

區內火山巖主要為英安巖和凝灰巖，它們分別形成于沙泉子縫合帶閉合的前后。英安巖具有較高Fe背景含量，凝灰巖Ca質含量高，是區內矽卡巖礦化的必要條件和礦源層。與成礦關系密切的蝕變主要為矽卡巖化，礦石即由矽卡巖礦物組成，體現礦體與矽卡巖之間的密切成生關系。矽卡巖的形成與巖漿巖體有關，所以巖漿侵入巖是區內成礦的熱動力和物質來源。綜合上述特征，沙泉子銅鐵礦屬于與巖漿作用有關的矽卡巖型礦床。

3 樣品處理與分析

裂變徑跡法是一種反映溫度與時間連續變化關系的地質溫度計，裂變徑跡年齡反映的是熱事件時代,當然可以反映熱液成礦的時代[6]。當礦物經歷退火帶的時間較短,礦物內原有的裂變徑跡來不及有效退火便,進入徑跡穩定區,從而使原有徑跡保留下來,這時該礦物的裂變徑跡年齡記錄了前次熱事件時代。裂變徑跡分析常用礦物鋯石的封閉溫度為250℃[6-8]。鋯石礦物雖然可能不屬于熱液成礦作用的典型礦物,但是只要它們遭受熱液成礦作用的熱改造,即裂變徑跡發生退火作用,便可反映成礦作用的熱歷史特征[9]。

采集靠近礦區的侵入巖中的鋯石進行裂變徑跡年齡測定，所測試的樣品新鮮，無蝕變，未見明顯被改造的跡象，采樣位置見圖2。將采集的巖石樣品粉碎至60～80目左右,粉碎后的粒徑與巖石中礦物粒度相適應,之后進行單礦物分選,選出盡可能多單礦物。將挑選出的鋯石單礦物采用聚全氟乙丙烯熱壓法制樣后，采用化學蝕刻法將測試礦物的自發徑跡揭示出來,達到普通光學顯微鏡可觀測的程度。根據IUGS推薦的ξ常數法和標準裂變徑跡年齡方程[10]計算年齡值。裂變徑跡法測定地質年代的特點，在于裂變徑跡測定的是裂變的輻射損傷效應,根據礦物中238U自發裂變產生的徑跡數和自發裂變速度計算發生裂變的時間,即裂變徑跡年齡。

4 裂變徑跡實驗結果分析

5件鋯石樣品的裂變徑跡年齡為126±8 Ma～177±10 Ma(表1)。χ2檢驗是判別樣品單顆粒年齡變化程度的有效途徑，當P(χ2)>5%時，屬于同組年齡，否則屬于混合年齡。測試的5件鋯石樣品其中3個樣品P(%)值遠大于5，屬于同組年齡，即具有確切的年齡意義，而另2個樣品(SQ4和SQ28)的P(%)值小于5，應系表觀混合年齡。根據樣品的單顆粒年齡直方圖(圖3)，樣品SQ4和SQ28明顯具有2個年齡組，主體是170 Ma左右，另一個是240 Ma，應是2個熱事件的反映。鋯石裂變徑跡年齡的封閉溫度為250 ℃左右，退火帶溫度為180～350 ℃[11-13]，溫度較高，相對不易退火，與研究區成礦溫度相當。因此，我們認為，此處鋯石年齡應該是巖體形成年齡或者是成礦年齡，即成礦時代在126 M～240 Ma間。

表1 鋯石裂變徑跡分析結果

圖3 單顆粒鋯石年齡直方圖(呈現年齡組：約170 Ma和240 Ma)

方維萱等(2006)認為，沙泉子銅礦、沙泉子銅鐵礦、雅滿蘇鐵礦等銅鐵礦床與東天山雅滿蘇-沙泉子石炭紀火山島弧帶上火山穹窿構造有密切關系，推斷沙泉子銅鐵礦床形成的構造背景在東天山石炭紀火山活動大陸邊緣成熟島弧向陸緣弧演化過程中[3]。但是，本文通過系統裂變徑跡年代學分析后發現，沙泉子銅鐵礦成礦具有多期性，這與野外地質特征相一致，存在印支期和燕山期的2期成礦作用。東天山區域上土屋-延東銅礦，以往一直認為是海西期成礦，可是根據鋯石裂變徑跡年齡系統研究后，發現其存在289 M～276 Ma、232 M～200 Ma和165 M～158 Ma總計3期成礦作用[14]。本文鋯石主體年齡為126±8 Ma～177±10 Ma和240 Ma左右，分別相當于土屋-延東銅礦區的后2個成礦期。

在中生代，中國大陸大地構造運動的發展進入了一個新階段。大規模的海侵已不復存在，大陸型地殼區陸地普遍抬升，進入陸相沉積階段。印支-燕山運動，在大陸地殼區表現為斷塊活動為主，塔里木、準噶爾、吐魯番盆地受周邊多組斷裂構造的控制出現地體，從而進入擠壓碰撞造山斷陷期[15-17]。其中在早三疊紀，地殼進一步縮減，由B型轉為A型俯沖，塔里木陸殼向北俯沖到阿齊山-雅滿蘇島弧帶之下。三疊紀后，東天山地區主要以差異升降、斷塊造山和夷平剝蝕為主，侵入巖漿活動微弱。由此推斷，在石炭紀的火山活動，很有可能是為成礦提供了物質來源，而真正成礦則始于印支早期。

5 結 論

鑒于鋯石裂變徑跡年齡的封閉溫度為250 ℃，溫度較高，相對不易退火，此處獲得的鋯石年齡應該是巖體形成年齡或者是成礦年齡。獲得5件鋯石的裂變徑跡，分析年齡為126±8 Ma～177±10 Ma，其中有兩個樣品年齡值為混合年齡，其主體年齡為177 Ma和240 Ma。鋯石裂變徑跡分屬兩個年齡組126±8 Ma～177±10 Ma和240Ma，為兩個成礦期次，成礦時代為印支早期-燕山期，分別相當于土屋-延東銅礦區的后2個成礦期。

致謝：工作中得到新疆地質礦產局第六地質大隊的合作和支持，特此致謝。

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