新疆昭蘇卡拉蓋雷銅鈷金礦區巖石地球化學特征

郭鵬志，沈利霞，葛文勝，薛運清，李文圣

（1．天津華北地質勘查局，天津300170；2．中國地質大學地球科學與資源學院，北京100083；3．內蒙古礦業開發有限責任公司，呼和浩特010020）

新疆昭蘇卡拉蓋雷銅鈷金礦區巖石地球化學特征

郭鵬志1，沈利霞1，葛文勝2，薛運清1，李文圣3

（1．天津華北地質勘查局，天津300170；2．中國地質大學地球科學與資源學院，北京100083；3．內蒙古礦業開發有限責任公司，呼和浩特010020）

卡拉蓋雷銅鈷金礦是那拉提構造帶內發現的首例以Cu為主，伴生Mo，Co，Au，Pb，Zn的火山巖型熱液礦床。礦區內出露的地層主要為石炭系下統大哈拉軍山組火山巖地層，礦區巖漿巖主要有花崗閃長巖、閃長巖和輝綠巖脈。通過火山巖地層和侵入巖樣品的地球化學分析，認為區內大哈拉軍山組是一套由玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖組成的連續亞堿性的火山巖系列，且以鈣堿性系列為主；礦區鉀長花崗巖屬于準鋁質－過鋁質巖類，堿性系列，花崗閃長巖和閃長巖屬于準鋁質－過鋁質巖類，鈣堿性－堿性系列，基性侵入巖屬于弱堿性－堿性系列。稀土元素特征顯示中酸性侵入巖可能屬于地殼重熔型花崗巖；基性侵入巖與基性火山巖來源一致。

卡拉蓋雷銅鈷金礦；火山巖型熱液礦床；主量元素；微量元素；稀土元素；新疆維吾爾自治區

0 引言

卡拉蓋雷銅鈷金礦區處于新疆昭蘇縣天山鄉布魯希布拉克溝。該礦床是那拉提構造帶內首例以Cu為主，伴生Mo，Co，Au，Pb，Zn的火山巖型熱液礦床，本文通過對礦區代表性巖石進行地球化學特征分析，對礦區巖石成分、特征及來源有了更進一步的了解。

1 區域地質背景

卡拉蓋雷銅鈷金礦區位于新疆西天山伊犁微板塊之伊犁裂谷帶南緣［1］，那拉提構造帶的西段，區內出露的地層有中元古代那拉提群麻粒巖相－角閃巖相變質巖系、上志留統巴音布魯克組綠片巖系、下石炭統大哈拉軍山組中酸性火山巖及火山碎屑巖、下石炭統阿克沙克組火山碎屑巖夾碎屑巖、上石炭統碎屑巖系［2］。

區域內巖漿巖分布廣泛，侵入巖是多期次形成，有元古代片麻狀花崗巖、元古代超鎂鐵巖、華力西期鉀長花崗巖和二長花崗巖等。

卡拉蓋雷礦區屬于伊犁Cu，Mo，Pb，Zn，Ag，Au，Cr，Ni，Co，Fe，Mn異常區。該區在前寒武系基底上發育裂谷系，從而出現不同的元素組合礦化及異常：Cu－Mo組合出現在阿吾拉勒山，與華力西晚期活化花崗巖有關；Pb－Zn－Ag－Fe－Mn組合出現在艾肯達坂、式可布臺和盆地南緣，與基底礦源層成礦物質的活化、遷移有關；Cr－Ni－Co組合主要出現于那拉提山及伊基里克山，礦質顯然來自幔源［3－4］。

2 礦區地質特征

礦區地層（圖1）主要為石炭系下統大哈拉軍山組，呈近EW向帶狀展布，巖性主要有火山角礫巖、沉凝灰巖、英安巖、安山巖、玄武質凝灰巖等，宏觀上偏基性火山－火山碎屑巖分布于礦區南部，中酸性火山巖分布于礦區北部［5］。

圖1 新疆昭蘇縣卡拉蓋雷銅鈷金礦區地質圖Fig．1 Geologic map of Kalagailei Cu－Co－Au Mine，in Zhaosu county，Xinjiang

礦區構造主要表現為斷裂構造，以NWW－NW向斷裂為主，如F2，F3，F4，F5，F8。礦體發育于F3和F4斷裂之間，賦礦圍巖主要為綠泥石化片巖。

礦區侵入巖主要有花崗閃長巖和閃長巖，均呈巖株（枝）狀；脈巖主要有輝綠巖脈、硅質巖脈和石英脈，侵入于下石炭統大哈拉軍山組火山巖中，受礦區斷裂構造控制明顯，接觸帶礦化明顯，有褐鐵礦化、孔雀石化、藍銅礦化。

3 巖石地球化學特征

3．1 主量元素特征

礦區火山巖主量元素化學全分析見表1。表中鋁質指數A／CNK＝0．90～3．02，顯示出準鋁質－過鋁質的特點［6］。整體來看，SiO2同其他的氧化物均展示出良好的相關性，表現為隨SiO2的升高，TiO2，MgO，CaO，FeO的降低。這些氧化物的下降反映了橄欖石、斜方輝石、單斜輝石、斜長石以及磁鐵礦的分離結晶作用。

由于本區火山巖受后期蝕變作用影響較大，測定的K2O和Na2O的含量并不能準確代表蝕變前的含量，故在此采取火山巖TAS分類，對礦區火山巖進行大致分類判別。在火山巖TAS分類圖（圖2）上，樣品主要落入玄武巖、安山巖和流紋巖區，且均為亞堿性系列（除樣品B52由于較低的SiO2落入苦橄玄武巖區），從基性—酸性均有分布。結合野外觀察、鏡下鑒定和化學分析得出，區內大哈拉軍山組是一套由玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖組成的連續亞堿性火山巖系列。

礦區侵入巖主量元素化學全分析見表2。由表可知，礦區基性巖脈的SiO2含量較中酸性侵入巖低。基性巖脈Al2O3含量變化大，中酸性巖由花崗閃長巖→鉀長花崗巖，Al2O3含量逐漸降低。侵入巖的全堿含量（K2O＋Na2O），基性巖較中酸性巖含量低；鉀長花崗巖含量相對富鉀，其K2O／Na2O＞1，所有的基性巖、絕大多數的花崗閃長巖和閃長巖則貧鉀。隨SiO2的增高，由基性巖→花崗閃長巖→鉀長花崗巖，Ti，Fe，Mg，Ca氧化物含量降低，這反映出巖漿中橄欖石、斜方輝石、單斜輝石、斜長石以及磁鐵礦的分離結晶作用。基性巖樣品除KL4－1顯示強過鋁質的特點外，其余均為偏鋁質，鉀長花崗巖樣品、花崗閃長巖樣品顯示出準鋁質－過鋁質的特點。里特曼指數為－7．76～5．82，均＜9，屬鈣堿性－弱堿性系列。其中中酸性巖石普遍在1．8～3．3之間，屬鈣堿性系列，但對于SiO2含量＞70%的樣品，里特曼指數在確定堿性還是亞堿性時候顯得無效（肖慶輝等，2002；鄧晉福等，2004），需采取堿度率AR來判別［7］。在AR－SiO2圖解（圖3）上，鉀長花崗巖和基性巖屬于堿性系列，花崗閃長巖和閃長巖屬于亞堿性－堿性系列。鉀長花崗巖含鉀較高（4．05%～5．14%），部分花崗閃長巖含鉀亦較高。分異指數DI由輝綠巖→輝長巖→閃長巖→花崗閃長巖→鉀長花崗巖逐漸增高，反映出鉀長花崗巖的分異演化程度最高。在CIPW標準礦物分析中，鉀長花崗巖、花崗閃長巖和輝長巖中均出現剛玉分子（C）（表3），表明其屬于鋁過飽和型。總之，礦區鉀長花崗巖屬于準鋁質－過鋁質巖類，堿性系列；

花崗閃長巖和閃長巖屬于準鋁質－過鋁質巖類，鈣堿性－堿性系列；基性侵入巖屬于弱堿性－堿性系列。

表1 卡拉蓋雷礦區火山巖主量元素分析結果Table 1 Concentration of major elements for vocanic rocks in Kalagailei

圖2 TAS火山巖分類圖（底圖據Le Maitre et al，1989）Fig．2 TAS classification of volcanics

圖3 AR－SiO2圖解（底圖據Wright，1969）Fig．3 AR－SiO2diagram

表2 卡拉蓋雷礦區侵入巖主量元素分析結果Table 2 Concentration of major elements for intrusive rocks in Kalagailei

表3 卡拉蓋雷礦區侵入巖CIPW標準礦物計算結果Table 3 CIPW standard mineral calculation results for intrusive rocks in Kalagailei

3．2 微量元素特征

礦區火山巖微量元素化學全分析結果見表4。由表4可以看出，礦區基性火山巖總體上具有富集相容元素和中等相容元素（Cr，Co，Ni，V）而不相容元素含量相對較低的特點。蝕變玄武巖中大離子親石元素（Sr，K，Rb，Ba）含量較玄武巖明顯增加，而相容元素明顯降低，反映出不同類型微量元素在蝕變作用下的遷移特點。礦區侵入巖微量元素分析見表5。由表5可以看出，這些位于造山帶中侵入巖的微量元素含量具有獨特性，基性元素Cr，Co，Ni，V和不相容元素Rb，Sr含量中等。不相容元素Rb和Sr是一對相分離元素，其比值可指示出巖石的演化程度及來源。本區侵入巖的Rb／Sr比值較低，表明其演化程度相對較低，而鉀長花崗巖的Rb／Sr比值達3．21，表明其演化程度較高，這與主量元素分析結果一致。Co／Ni比值大多接近1。Nb／Ta比值相對較低，均＜15，說明巖漿不是來自沉積地層或蝕變的硅質洋殼，因為它們具有高的Nb／Ta比值（一般在17以上；據Ben Othman et al，1989）。

從微量元素原始地幔標準化（Sun and McDonough，1989）圖（圖4）可以看出：火山巖地層樣品中，中酸性巖和基性玄武巖表現出2種不同型式的曲線特征（圖4a）。前者整體呈明顯的右傾型式，表明多數樣品相對原始地幔富集不相容元素的特點，屬于強不相容元素富集型，反映的巖石成因可能為富集地幔源或交代地幔源，熔融程度低，分離結晶程度強的殘余熔體［8－9］。其明顯特征是Nb和Ta的負異常以及Sr，P，Ti的負異常，但Sr和P除了負異常外，還有不同程度的正異常。另外大離子親石元素（Rb，Th，K）和相對高場強元素（Y，Zr，Hf，Nb，Ta）具有相對富集的特征。樣品B52和KL6－1顯示基性火山巖的特點，其標準化曲線顯示出輕微右傾的型式，與中酸性巖明顯不同，“峰”和“谷”不明顯。對比礦區基性侵入巖和中酸性侵入巖微量元素原始地幔標準化曲線（圖4b，4c）可知，二者的區別與火山巖地層中基性巖和中酸性巖的區別類似。總體來看，中酸性侵入巖和噴出巖的曲線型式相似，說明其源區的一致性；而基性侵入巖和噴出巖亦類同。

在MORB標準化（Pearce，1983）曲線上（圖5），其基本形態和特點與圖4相似，也基本顯示出大離子親石元素富集的特征（Sr變化較大，與蝕變作用有關）。基性巖和中酸性巖的曲線顯示出不同型式。對于中酸性巖來說，在MORB標準化曲線上均存在明顯的Nb，Ta，Ti，P的負異常，暗示著源區有金紅石、榍石、磷灰石的殘留。磷灰石的殘留說明巖石是源區低程度熔融的結果，這和中酸性巖石具有高的稀土總量和高的LaN／YbN比值是一致的。基性巖也同樣具有輕微的Nb，Ta，Ti，P負異常，其高場強元素（從Ce開始）基本上與MORB一致。

圖4 樣品微量元素原始地幔標準化曲線Fig．4 Primitive mantle normalized trace element distribution patterns

3．3 稀土元素特征

在稀土元素球粒隕石標準化圖解（圖6）上，大哈拉軍山組火山巖表現出2種有明顯差異的分配型式曲線（圖6a）。基性巖樣品B52和KL6－1的曲線接近于平坦型，δ（Eu）和δ（Ce）均接近1。中酸性巖類樣品包括英安巖、凝灰巖以及火山角礫巖，均呈右傾型式，Eu負異常明顯，程度不等，隨酸性程度的增加而增加，表明隨著長石等含鈣礦物從巖漿中分離出來或在部分熔融作用中長石殘留在源區，導致后期熔漿中Eu的負異常。另外，Ce也具有輕微的正／負異常。在中酸性侵入巖的稀土元素球粒隕石標準化圖解（圖6b）上可以看出，鉀長花崗巖、花崗閃長巖和閃長巖均呈明顯右傾分配型式，具有相似的曲線型式，反映其均為同一母巖漿演化的產物。唯一的差別在于鉀長花崗巖較后二者的負Eu異常更明顯，出現較突出的“谷”，反映出其巖漿演化程度最高，可能屬于地殼重熔型花崗巖。基性侵入巖的稀土元素球粒隕石標準化圖解（圖6c）與基性火山巖相似，曲線近于平坦，反映其來源的一致性。

圖5 樣品微量元素MORB標準化曲線Fig．5 MORB normalized trace element distribution patterns

圖6 樣品稀土元素球粒隕石標準化曲線Fig．6 Chondrite－normalized REE distribution patterns

表4 卡拉蓋雷礦區火山巖微量元素分析結果Table 4 Concentration of trace elements for vocanic rocks in Kalagailei

表5 卡拉蓋雷礦區侵入巖微量元素分析結果Table 5 Concentration of trace elements for intrusive rocks in Kalagailei

4 結論

通過對礦區火山巖地層和侵入巖樣品的地球化學分析，取得以下主要認識：

（1）主量元素特征顯示，礦區內大哈拉軍山組是一套由玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖組成的連續亞堿性的火山巖系列，且以鈣堿性系列為主。礦區鉀長花崗巖屬于準鋁質－過鋁質巖類，堿性系列；花崗閃長巖和閃長巖屬于準鋁質－過鋁質巖類，鈣堿性－堿性系列；基性侵入巖屬于弱堿性－堿性系列。

（2）微量元素特征顯示，本區鉀長花崗巖演化程度較高，其他侵入巖演化程度相對較低，且巖漿不是來自沉積地層或蝕變的硅質洋殼。通過樣品微量元素原始地幔標準化圖解分析可知，多數樣品相對原始地幔富集不相容元素的特點，屬于強不相容元素富集型，反映巖石成因可能為富集地幔源或交代地幔源，熔融程度低，分離結晶程度強的殘余熔體；侵入巖和噴出巖來源一致。

（3）稀土元素特征顯示，大哈拉軍山組火山巖總體上屬于輕稀土富集型，酸性巖類輕稀土最為富集，基性巖最低。通過樣品稀土元素球粒隕石標準化圖解分析可知，鉀長花崗巖、花崗閃長巖和閃長巖是由同一母巖漿演化的產物，鉀長花崗巖巖漿演化程度最高，可能屬于地殼重熔型花崗巖；基性侵入巖與基性火山巖的來源一致。

致謝：本文在資料收集、采樣、分析和研究過程中，得到了中國地質大學（北京）、天津華北地質勘查局、天津華勘礦業投資有限公司、新疆大山礦業有限公司的支持，在此一并表示感謝！

［1］ 車自成，劉良，劉洪福．論伊犁古裂谷［J］．巖石學報，1996，12（3）：478－489．

［2］ 劉本培，王自強，張傳恒，等．西南天山構造格局與演化［M］．武漢：中國地質大學出版社，1996．

［3］ 程裕淇．中國區域地質概論［M］．北京：地質出版社，1994．

［4］ 車自成，劉洪福，劉良．中天山造山帶形成與演化［M］．北京：地質出版社，1994．

［5］ 蔡土賜．全國地層多重劃分對比研究——新疆維吾爾自治區巖石地層［M］．武漢：中國地質大學出版社，1999．

［6］ 黎彤．化學元素的地球豐度［J］．地球化學，1976（3）：167－174．

［7］ 聶鳳軍，江思宏，白大明，等．北山地區金屬礦床成礦規律及找礦方向［M］．北京：地質出版社，2002：1－408．

［8］ 毛光周，華仁民，高劍峰，等．江西金山金礦床含金黃鐵礦的稀土元素和微量元素特征［J］．礦床地質，2006，25（4）：412－426．

［9］ 邵鐵全，石瑩，靳紅．新疆西天山大哈拉軍山組火山巖巖石化學特征及地質意義［J］．新疆地質，2006，24（3）：218－222．

Petro－geochemistry of Kalagailei Cu－Co－Au deposit in Zhaosu county，Xinjiang

GUO Peng－zhi1，SHEN Li－xia1，GE Wen－sheng2，XUE Yun－qing1，LI Wen－sheng3
（1．Tianjin North China Geological Exploration Bureau，Tianjin，300170，China；2．China University of Geosciences，Beijing，100083，China；3．Inner Mongolia Mining Exploitation Co．Ltd，Huhehot，010020，China）

Kalagailei is the first volcanics－hosted hydrothermal ore deposit dominated by Cu with byproducts of Mo，Co，Au，Pb and Zn．in Nalati structure belt．In the mine area are mainly exposed volcanics of Lower Carboniferous Dahalajunshan formation．Magmatic rocks here are mainly granodiorite，diorite and diabase dykes．Dahalajunshan formation is made up of basalt，andesite，dacite and rhyolite．Geochemical analysis shows that the formation belongs to a sub－alkaline volcanic series but is dominated by calcium－alkaline series；moyite metaluminous－peraluminous rock，alkalic series；granodiorite and diorite metaluminous－peraluminous rock，calcic－alkalic to alkalic series；basic intrusive rock weak alkalic to alkalic series．Feature of REE indicates that moyite is derived from crust remelting and basic magmatic rock and basic volcanics are cognate．

Kalagailei Cu－Co－Au mine；volcanics－hosted hydrothermal deposit；major elements；trace elements；rare－earth elements；Xinjiang

P584；P618．41

A

1001－1412（2012）03－0291－09

Sun and McDonough（1989）球粒隕石對樣品進行標準化之后，由表1可以看出，大哈拉軍山組火山巖總體上稀土總量以中酸性巖類最高，基性巖最低，總體上屬于輕稀土富集型，酸性巖類輕稀土最為富集，基性巖最低。Eu的異常程度與巖石類型關系密切，總體上基性巖沒有或者有輕微的正異常或負異常，而中酸性巖類均有不同程度的負異常。δ（Ce）＝0．92～1．06，具輕微的正／負異常。

10．6053／j．issn．1001－1412．2012．03．005

2012－05－14； 改回日期： 2012－08－24； 責任編輯： 余和勇

郭鵬志（1971－），男，高級工程師，碩士，2007年獲中國地質大學（北京）碩士學位，主要從事地質找礦工作。通信地址：天津市河東區廣瑞西路67號，天津華北地質勘查局；郵政編碼：300170；E－mail：tjpengzhi＠126．com