新疆阿舍勒銅鋅礦區脆韌性剪切帶中絹云母40Ar/39Ar年代學及其地質意義

吳玉峰, 楊富全*, 劉 鋒, 周 明, 陳紅琦

1)中國地質科學院礦產資源研究所, 國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室, 北京 100037; 2)新疆阿舍勒銅業股份有限公司, 新疆哈巴河 836700

新疆阿舍勒銅鋅礦區脆韌性剪切帶中絹云母40Ar/39Ar年代學及其地質意義

吳玉峰1), 楊富全1)*, 劉 鋒1), 周 明2), 陳紅琦2)

1)中國地質科學院礦產資源研究所, 國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室, 北京 100037; 2)新疆阿舍勒銅業股份有限公司, 新疆哈巴河 836700

新疆阿舍勒 VMS型銅鋅礦位于阿爾泰造山帶西南緣的阿舍勒盆地, 額爾齊斯深斷裂的次級瑪爾卡庫里大斷裂帶以北, 礦床賦存于下—中泥盆統阿舍勒組火山巖系中。礦床在主成礦期噴流-沉積階段形成之后, 遭受巖漿熱液疊加、剪切變形作用改造以及表生氧化作用。片理、拉伸線理、S-C面理、旋轉碎斑、黃鐵礦不對稱壓力影、流劈理、石英帶狀消光及扭裂等剪切變形構造在礦區普遍發育。本文通過對脆-韌性剪切作用形成絹云母的40Ar/39Ar同位素測年獲得等時線年齡和坪年齡分別為(251.6±2.9) Ma和(251.2±1.6) Ma, 在誤差范圍內基本一致, 從而限定礦區脆韌性剪切帶形成時間為晚二疊世—早三疊世, 為額爾齊斯斷裂區域大規模剪切-走滑活動后的局部剪切運動。阿舍勒銅礦主成礦期形成于早泥盆世末期—中泥盆世, 晚二疊世—早三疊世韌性剪切變形對礦床具有一定的改造作用。

脆韌性剪切帶; Ar-Ar年齡; VMS銅鋅礦; 阿舍勒; 阿爾泰西南緣; 新疆

作為中亞造山帶重要組成部分的阿爾泰造山帶(Windley et al., 2002; Xiao et al., 2010), 經歷了古生代雙向增生和中新生代陸內造山作用, 巖漿活動頻繁, 構造活動復雜, 孕育了豐富的礦產資源, 是我國重要的貴重、有色和稀有金屬成礦帶之一。而位于阿爾泰造山帶南緣的額爾齊斯大型構造剪切帶,作為中亞造山帶中的一條重要深大斷裂, 是西伯利亞板塊與哈薩克斯坦板塊的分界帶, 孕育了一系列金礦床(點), 如多拉納薩依、薩爾布拉克、賽都、科克薩依、撒熱闊布、托庫孜巴依等(芮行健等, 1993;閆升好等, 2004; 李光明等, 2007; 陳柏林等, 2008;申萍等, 2008; 劉飛等2013), 為目前阿爾泰古生代造山帶內最重要的金成礦帶。

新疆阿舍勒銅鋅礦位于阿爾泰造山帶西南緣阿舍勒盆地內, 是典型的VMS型礦床(陳毓川等, 1996; Wang et al., 1998), 主要金屬礦物為銅鋅, 同時也伴生有金, 前人對含礦火山巖形成的構造環境、巖相學、地球化學、礦床特征、礦物學、成礦流體、成礦物質來源、年代學、成礦機制和成礦預測進行了詳細的研究工作, 取得了重要成果(陳毓川等, 1996; Wan et al., 2010; 楊富全等, 2013a; Yang et al., 2014)。阿舍勒銅鋅礦在噴流-沉積期形成層狀主礦體以后,遭受了巖漿熱液疊加、變質改造和表生氧化等不同期次的改造作用。阿舍勒盆地毗鄰額爾齊斯大斷裂,瑪爾卡庫里斷裂和別斯薩拉斷裂分別從礦區南北兩側穿過, 礦區斷裂構造發育, 特別是脆韌性剪切變形作用強烈, 但對于其形成時代以及對礦床的改造作用還缺乏研究。本文在前人研究、野外地質調查基礎上, 以阿舍勒銅鋅礦區脆韌性剪切作用形成的絹云母為研究對象, 開展絹云母的49Ar-39Ar測年工作, 限定礦區韌性剪切帶形成的時代, 對研究該區域構造運動具有一定的指導意義。

新疆阿舍勒銅多金屬礦位于新疆哈巴河縣西北約 30 km, 構造位置處于阿爾泰造山帶西南緣,瑪爾卡庫里大斷裂的西北緣(圖1)。礦區出露地層主要有下—中泥盆統托克雷薩組、阿舍勒組以及上泥盆統齊也組, 新生界古近系、新近系和第四系零星分布。礦區毗鄰額爾齊斯深大斷裂, 其次級斷裂瑪爾卡庫里斷裂以及別斯薩拉斷裂從礦區南北側穿過。該斷裂總體走向北西—南東向, 斷層面傾向北東, 平面上呈舒緩的反“S”型斜貫全區。礦區內主要發育南北向、北西向、北東向和近東西向四組更次一級斷裂, 其中以前兩組最發育, 四組斷裂屬同一構造應力場的配套斷裂, 礦區韌性剪切構造發育,靠近斷裂帶糜棱巖發育, 常見碎裂巖與糜棱巖交織現象(陳毓川等, 1996)。

礦區普遍遭受區域變質作用, 南北向斷裂發育, 巖石遭受強烈蝕變, 如高嶺土化、絹云母化、綠泥石化, 并具有糜棱巖化及壓扭性等特點, 韌性剪切構造發育。斷裂帶兩側流紋斑巖(圖2A)、玄武巖(圖2B)、潛流紋巖(圖2C, H)、凝灰巖(圖2I, M)、礦體(圖 2N, O)發生剪切變形, 伴有不同程度糜棱巖化(圖2C, G, J, L), 位于斷裂帶中心部位向兩側邊部糜棱巖化由強到弱。發育流劈理(圖2B)、拉伸線理(圖2D, F)、擠壓透鏡體(圖2D)、S-C面理(圖2E)以及旋轉碎斑(圖2G, K)等構造。顯微構造表現為礦物顆粒的定向排列以及石英長石的塑性流動特征:石英、長石的布丁構造(圖3A, C); 石英帶狀消光(圖3B); 石英殘斑的剪裂隙以及次生邊構造(圖 3D);黃鐵礦不對稱壓力影(圖3E, F, I); 以及黃鐵礦、石英剪切過程中產生的張裂隙(圖 3G, H)及充填后期次生絹云母及石英, 同時伴有石英的動態重結晶。

圖1 阿舍勒銅鋅礦床區域地質略圖(據楊富全等, 2013a修改)Fig. 1 Regional geological sketch map of the Ashele Cu-Zn deposit(modified after YANG et al., 2013a)

1 樣品與測試

1.1 樣品特征

絹云母(ASL11-12)采自礦區Ⅱ號礦化帶重晶石采坑中的片理化強絹英巖化流紋斑巖, 坐標為N48°17′35.6″, E86°20′49.6″。巖石灰白色, 具變余斑狀-基質鱗片粒狀變晶結構, 流紋構造被后期韌性剪切變形改造(圖 2H), 具有面狀構造以及線狀構造。斑晶主要為石英, 半自形粒狀、熔蝕狀, 零星分布, 定向排列, 具有帶狀消光(圖 3B), 粒度一般為0.2~0.8 mm, 部分石英發育剪裂隙(圖3D)以及動態重結晶。黃鐵礦, 粒度<0.3 mm, 黃鐵礦變斑晶周圍發育不對稱壓力影構造(圖3E, G), 有些黃鐵礦張裂隙被后期絹英巖化切穿(圖3G)。基質主要是石英以及次生礦物(5%)白云母、絹云母組成, 為長英質基質絹英巖化產物。次生石英, 它形粒狀, 粒度0.1~1 mm, 雜亂分布, 定向排列; 絹云母鱗片狀,條紋狀、線狀定向排列或繞斑晶定向分布。

圖2 阿舍勒銅鋅礦剪切變形構造特征Fig. 2 Structural features of the ductile shear zone in the Ashele Cu-Zn deposit

圖3 阿舍勒銅鋅礦剪切變形顯微構造特征Fig. 3 Microstructure features of the ductile shear zone in the Ashele Cu-Zn deposit

1.2 測試方法及結果

樣品40Ar/39Ar同位素年齡測定在中國地質科學院地質研究所氬-氬實驗室進行, 詳細實驗流程見有關文章(陳文等, 2006; 李潔等, 2012; 孫敬博等, 2012)。樣品 ASL11-12總氣體年齡為 248.9 Ma。750~1240 ℃的 10個溫度階段構成的坪年齡為(251.2±1.6) Ma (2σ), 對應92.1%的39Ar釋放量。相應 的39Ar/36Ar-40Ar/36Ar 等 時 線 年 齡 (ti)= (251.6±2.9) Ma,40Ar/36Ar 初 始 比 值 =283±74, MSWD = 0.47(圖4), 坪年齡和等時線年齡在誤差范圍內一致。

圖4 阿舍勒銅鋅礦區絹云母40Ar/39Ar年齡譜及等時線圖Fig. 4 40Ar/39Ar spectrum and isochron ages of sericite from the Ashele copper-zinc deposit

2 討論

我們科研團隊利用LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb定年法對阿舍勒組凝灰巖、玄武巖、英安巖, 潛英安巖和石英閃長巖進行了研究。限定阿舍勒組時代歸為早—中泥盆世, 阿舍勒銅鋅礦Ⅰ號主礦體噴流沉積期形成于早泥盆世末期(388~387 Ma)(楊富全等, 2013a)。本次用于40Ar-39Ar年齡測定的絹云母沿剪切面理分布, 同時絹云母及次生石英顆粒充填于早期破碎的黃鐵礦及石英斑晶內部, 表明它們屬于韌性剪切變形過程的新生礦物, 其形成時代可以代表礦區韌性剪切變形帶形成的時代, 絹云母的坪年齡為(251.2±1.6) Ma, 限定了阿舍勒銅鋅礦區韌性剪切變形作用發生在晚二疊世—早三疊世。由此可見, 韌性剪切變形作用晚于阿舍勒火山巖系時代(早中泥盆世), 也晚于成礦時代(388~387 Ma), 韌性剪切變形作用主要對火山巖系和礦體起變形和破壞作用(圖 2N, O), 野外并未發現礦體經過剪切變形有成礦物質再富集現象。

額爾齊斯斷裂帶是中亞造山帶中的一條重要深大斷裂, 縱穿阿爾泰造山帶南緣, 是西伯利亞板塊與哈薩克斯坦板塊的分界帶。帶內巖石糜棱巖化強烈, 線理、面理、S-C組構、σ型和δ型旋轉碎斑系、壓力影、眼球狀、石香腸、礦物拉長狀、透鏡狀、石英拔絲發育, 是以壓扁變形為主的左行韌性剪切變形(Laurent-Charvet et al., 2002; 周剛等, 2007; 路彥明等, 2009)。阿舍勒銅鋅礦毗鄰額爾齊斯斷裂帶, 瑪爾卡庫里斷裂和別斯薩拉斷裂從礦區南北兩側穿過, 斷裂構造發育, 以北西向、近南北向為主。額爾齊斯斷裂帶的北部瑪爾卡庫里具有反“S”型左行走滑斷裂的構造特征, 阿舍勒銅鋅礦區位于瑪爾卡庫里巨型反“S”近南北向斷裂帶東側,無論是野外地質觀察, 還是室內顯微構造分析, 均顯示了阿舍勒銅鋅礦區具有脆韌性剪切變形的特點,為額爾齊斯深大斷裂的次級斷裂。前人對額爾齊斯斷裂帶變形時間做了大量年代學工作(楊新岳等, 1994; 程忠富等, 1996; Laurent-Charvet et al., 2002;閆升好等, 2004; 劉飛等, 2013; 楊富全等, 2013b),主要集中在261~297 Ma(表1), 阿舍勒銅鋅礦位于額爾齊斯斷裂帶的北緣, 韌性剪切變形年齡為251 Ma, 表明額爾齊斯斷裂在區域大規模剪切-走滑活動之后, 仍存在局部的剪切活動, 并持續到晚二疊世—早三疊世。

表1 額爾齊斯韌性剪切帶同位素年齡Table 1 Isotope ages of the Ertix ductile shear zone

隨著韌性剪切帶以及與韌性剪切帶型金礦的提出, 使得有關韌性剪切帶的理論及剪切帶型金礦控礦機制的研究取得很大進展, 認為韌性剪切帶對金礦成礦作用主要為深部韌性剪切變形的元素分異遷出以及中淺層次韌脆性-脆性剪切變形的成礦元素聚集(徐九華等, 1998; Zhu et al., 2007; Dziggel et al., 2010; López-Moro et al., 2013)。中國阿爾泰造山帶南緣分布有一系列金礦床(點), 如多拉納薩依、薩爾布拉克、賽都、科克薩依、撒熱闊布、托庫孜巴依等, 其空間展布嚴格受額爾齊斯斷裂帶控制, 認為與額爾齊斯斷裂帶的左行走滑韌性剪切作用有關(閆升好等, 2004; 李光明等, 2007; 陳柏林等, 2008;申萍等, 2008; 劉飛等2013)。阿舍勒銅鋅礦同時伴生 Au, 主要賦存在噴流-沉積階段形成的致密塊狀硫化物礦石中, 致密塊狀礦石外圍的脈狀、細脈狀、浸染狀等礦石不含或含少量Au, Au與Cu在成因上具有很好的一致性, 表明 Au礦化主要形成于早泥盆世末期(Yang et al., 2014)噴流-沉積階段。阿舍勒銅鋅礦區韌性剪切變形發生于 251 Ma左右, 滯后于與額爾齊斯大斷裂有關的韌性剪切帶型金礦主成礦期 310~270 Ma(閆升好等, 2006), 表明該時期為額爾齊斯區域大規模剪切-走滑活動之后的局部剪切活動(周剛等, 2007)。阿舍勒銅鋅礦伴生Au形成于噴流沉積階段, 礦區脆韌性剪切變形以脆性變形為主, 伴有石英塑性流動等韌性剪切變形特點, 在脆韌性剪切變形帶中不存在金的礦化和富集現象,表明該活動規模小, 構造層次較淺。

3 結論

(1)阿舍勒銅鋅礦區發育韌性剪切變形帶, 礦區下—中泥盆統阿舍勒組、上泥盆統齊也組、火山巖、潛火山巖以及礦體片理化強, 發育不同程度的糜棱巖化, 發育片理、拉伸線理、S-C面理、旋轉碎斑、黃鐵礦不對稱壓力影、流劈理、石英波狀消光及扭裂等構造。

(2)剪切作用形成絹云母的40Ar-39Ar坪年齡及等時線年齡分別為(251.2±1.6) Ma和(251.6±2.9) Ma,兩者在誤差范圍內基本一致, 從而限定礦區韌性剪切帶形成時間為251 Ma, 屬于晚二疊世—早三疊世,對礦床具有一定的改造作用。

(3)阿舍勒銅鋅礦區存在一期脆韌性剪切事件。額爾齊斯斷裂具有漫長而復雜的演化歷史, 在區域大規模左行剪切-走滑活動之后仍存在局部的剪切活動, 并持續到晚二疊世—早三疊世。

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40Ar-39Ar Dating of Sericite from the Brittle Ductile Shear Zone in the Ashele Cu-Zn Ore District, Xinjiang

WU Yu-feng1), YANG Fu-quan1)*, LIU Feng1), ZHOU Ming2), CHEN Hong-qi2)
1) MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 2) Xinjiang Ashele Copper Co., Ltd., Habahe, Xinjiang 836700

The Ashele Cu-Zn (VMS) deposit is located on the southwest margin of the Altay orogen, north of the Maerkakuli deep fault in the Ertix Hercyian orogenic zone. The deposit occurs in volcanic rocks and pyroclastic rocks of the Middle and Lower Devonian Ashele Formation. After the main exhalative-sedimentary ore-forming stage, the deposit underwent metamorphic reformation, hydrothermal superimposition and supergene oxidation. The brittle ductile shear structures such as schistosity, stretching lineation, S-C fabrics, rotational porphyroclast, asymmetric pressure shadows, flow cleavage, zonal extinction of quartz are well developed in the Ashele Cu-Zn deposit.40Ar/39Ar dating of sericite formed in the brittle ductile shear zone yielded isochron age of (251.6±2.9) Ma and plateau age of (251.2±1.6) Ma. The isochron age is coincident with the plateau age within the error range, which suggests that the timing of brittle ductile shearing deformation in the ore district is the Late Permian–Early Triassic, later than the main ductile shearing deformation age of Ertix sinistral strike-slip regional fault belt. The main metallogenic stage of the Ashele deposit occurred in the Early–Middle Devonian, and Late Permian–Early Triassic brittle ductile shear deformation played some transformation role in the deposit.

ductile shear zone; Ar-Ar age; Cu-Zn (VMS) deposit; Ashele; southwest margin of Altay; Xinjiang

P597.3; P618.4

A

10.3975/cagsb.2015.01.15

本文由“十二五”國家科技支撐計劃項目(編號: 2011BAB06B03-02)、國土資源部公益性行業科研專項經費項目(編號: 200911007-06)和國家自然科學基金項目(編號: 41272103)聯合資助。

2014-09-05; 改回日期: 2014-10-30。責任編輯: 張改俠。

吳玉峰, 男, 1983年生。博士后。主要從事礦物學、巖石學、礦床學專業研究。E-mail: sdwyufeng02@163.com。

*通訊作者: 楊富全, 男, 1968年生。研究員, 博士生導師。主要從事礦床地質、地球化學研究。E-mail: fuquanyang@163.com。

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