新疆卡特巴阿蘇礦區侵入巖的地球化學特征及其地質意義

尹高科，呂星海，李建全

(河南省地質礦產勘查開發局 第四地質勘查院，河南 鄭州 450001)

新疆卡特巴阿蘇金銅礦位于中天山構造帶內的那拉提巖漿巖帶，是中亞巨型復合造山帶的中國境內部分，許多學者將其劃為重要找金靶區，與中亞鄰國構 造帶相結合形成阿特巴什—伊內里切克—那拉提構造帶。多年以來廣大地質學家對西天山大地構造格架、成礦單元劃分、時空演化、沉積環境及相關侵入巖時代進行了眾多研究，為該區的區域地質程度研究做出了巨大的貢獻[1-7]。近幾年新疆地礦局第一區域地質調查大隊在新源縣東南方向約30 km的那拉提山發現了卡特巴阿蘇大型金銅礦床[8-9]，金銅礦化蝕變帶主要形成于二長花崗巖、花崗閃長巖等中酸性巖體中，金銅成礦作用受控于二長花崗巖等巖體侵入期后熱液蝕變過程，因此對礦區內侵入巖的地球化學特征研究具有重要的地質意義。本文在研究前人資料的基礎之上[10-11]，結合野外工作及室內綜合研究，進一步對卡特巴阿蘇金礦侵入巖的地球化學特征進行研究，并對其地質意義進行討論。

1 地質背景

礦區位于哈薩克斯坦—準噶爾板塊和塔里木—華北板塊之間的那拉提—紅柳河縫合帶，大地構造上屬于中天山構造帶那拉提早古生代島弧帶，以那拉提南緣斷裂為界，北部為中天山構造帶，南部為塔里木板塊被動大陸邊緣。在伊犁地塊內以那拉提北緣斷裂為界，北部為伊犁地塊二疊紀裂谷帶，南部為中天山構造帶，北部的那拉提北緣斷裂帶與該帶內金成礦關系最為密切[12-13]。區內出露地層主要為下元古界、石炭系和長城系(圖1)。其中，下元古界那拉提巖群為一套深變質巖；長城系泊侖干布拉克組為一套淺變質碎屑巖和碳酸鹽巖建造呈斷塊狀出露于西北部，主要巖性為二云石英片巖、藍閃石石英片巖、變安山巖、千枚巖、大理巖、石英巖等；下石炭統大哈拉軍山組為中酸性火山熔巖、火山碎屑巖夾正常碎屑巖及碳酸鹽巖等；下石炭統阿克沙克組與下伏大哈拉軍山組呈平行不整合接觸，為一套正常碎屑巖和碳酸鹽巖沉積。區內二疊—泥盆紀巖漿侵入活動強烈，主要以石炭紀侵入巖為主，主要分布于那拉提山一帶，南北分別以那拉提南緣、北緣斷裂為界。巖體形態各異，分布不勻，總體呈NE走向，多呈條帶狀、巖株狀、橢圓狀產出。巖性以花崗巖、花崗閃長巖、石英閃長巖及閃長巖為主。區內斷裂主要為那拉提南、北緣斷裂，主要沿那拉提山一帶發育，總體呈NEE向。

圖1 新疆卡特巴阿蘇一帶區域地質簡圖Fig.1 Simplified geological map of Kateba′asu Area，Xinjiang

礦區出露地層主要有上志留統巴音布魯克組和第四系。礦區古生代侵入巖極為發育，主要分布于研究區的東南部，巖性主要為中細粒堿長花崗巖、中粗粒二長花崗巖、花崗閃長巖、閃長(玢) 巖等(圖2)。其中二長花崗巖最早，巖體中局部見巴音布魯克組的殘留體，巖石有輕度泥化，沿破碎帶分布被碾碎的巖粉和少量絹云母集合體，局部發育黃鐵礦化、高嶺土化以及黃鉀鐵礬化，呈巖枝狀侵入巴音布魯克組中；次為花崗閃長巖和堿長花崗巖，呈巖株狀及脈狀侵入巴音布魯克組以及二長花崗巖中；最后少量閃長(玢) 巖侵入到早期形成的二長花崗巖及花崗閃長巖之中，構成復式巖體。

圖2 新疆卡特巴阿蘇金礦區地質簡圖Fig.2 Simplified geological map of the Kateba′asu gold deposit，Xinjiang

2 侵入巖體地質特征

礦區侵入巖發育，主要分布于礦區東南部，出露面積較大。主要巖石類型由閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖和堿(鉀)長花崗巖4個巖石單元組成。侵入順序：①花崗閃長巖以“巖枝狀”、“巖脈狀”侵入上志留統巴音布魯克組中；②二長花崗巖以狀“巖基”侵入上志留統巴音布魯克組中并被堿長花崗巖侵入；③中粗粒堿長花崗巖和閃長巖。現將其巖體特征分述如下。

(1)閃長巖(D3δ)。分布于礦區東南部，出露面積很小，多呈巖株狀近東西向展布，侵位于上志留統巴音布魯克組灰巖中，與周圍巖體均呈侵入接觸關系。

(2)花崗閃長巖(D3γδ)。分布于礦區東南部，多呈巖枝狀、巖脈狀產出。呈近東西向展布，侵位于上志留統巴音布魯克組灰巖中，后被二長花崗巖侵入。

(3)二長花崗巖(D3ηγ)。分布于礦區南部，為礦區花崗巖系列的主體部分，約占礦區侵入巖出露面積的65%。呈巖基狀北東東向展布，侵位于上志留統巴音布魯克組灰巖中，巖體北側與上志留統巴音布魯克組凝灰巖呈斷層接觸關系，被堿長花崗巖侵入。

(4)堿長花崗巖(D3ξγ)。分布于礦區東北部，約占礦區侵入巖出露面積的25%。呈巖枝狀北東東向展布，侵位于上志留統巴音布魯克組灰巖中，侵入花崗閃長巖、二長花崗巖。

3 巖石地球化學特征

3.1 巖石化學特征

卡特巴阿蘇礦區侵入巖的巖石化學特征參數[12-13]見表1。

(1)閃長巖巖石化學特征。SiO2含量為47.77%～50.89%，Al2O3含量15.47%～16.91%，K2O含量1.96%～4.27%，TiO2含量1.11%～1.55%，R1—R2圖解(圖3)投點，與薄片鑒定略有差異。堿質總量(Na2O+K2O)為4.91%～8.12%，里特曼指數(σ)為3.92～8.54，平均值大于4，但A/NCK(鋁系數)為0.73～1.00，平均0.82，為次鋁質鈣堿性系列巖石。K2O/Na2O為0.54～1.11，平均0.74，表明K2O

表1 卡特巴阿蘇礦區侵入巖巖石化學特征及特征參數Tab.1 Petrochemical characteristics and characteristic parameters of intrusive rocks in Kateba′asu Mining Area

(2)花崗閃長巖巖石化學特征。SiO2含量67.63%，Al2O3含量14.71%，K2O含量2.99%，TiO2含量0.36%，R1—R2圖解(圖3)投點，與薄片鑒定一致。堿質總量(Na2O+K2O)為6.28%，里特曼指數(σ)為3.36<4，鋁系數(A/NCK)為0.86，為次鋁質鈣堿性系列巖石。K2O/Na2O為0.91，表明K2O1，說明巖石在氧化環境下形成。分異指數(DI)為92.67，固結指數(SI)為3.62。固結指數較小，而分異指數很大，顯示花崗閃長巖結晶分異程度較好。

圖3 卡特巴阿蘇礦區侵入巖R1—R2圖解Fig.3 R1—R2 diagram of intrusive rocks in Kateba′asu Mining Area

(3)二長花崗巖巖石化學特征。SiO2含量77.09%～77.11%，Al2O3含量12.31%～12.32%，K2O含量4.59%～4.68%，TiO2含量0.10%，R1—R2圖解(圖3)投點，與薄片鑒定基本一致。堿質總量(Na2O+K2O)為8.53%～8.67%，里特曼指數(σ)均小于4(為2.13～2.20)，為鈣堿性系列太平洋型巖石。K2O/Na2O為1.16～1.17，均為K2O>Na2O。鋁系數(A/NCK)為1.01～1.03，屬鈣堿性系列巖石，為準鋁質花崗巖。Fe2O3/FeO均小于1(為0.61～1.21)，均值小于1，說明巖石在還原環境下形成，反映它們距地表深度不一和接受后期構造及裸露地表后風化剝蝕蝕變程度的不均一性。分異指數(DI)為96.68～96.98，固結指數(SI)為2.01～2.66。固結指數較小，而分異指數很大，顯示二長花崗巖結晶分異程度很好。

(4)堿長花崗巖巖石化學特征。SiO2含量71.66%，Al2O3含量13.89%，K2O含量8.49%，TiO2含量0.40%，R1—R2圖解(圖3)投點，與薄片鑒定一致。堿質總量(Na2O+K2O)為9.81%，里特曼指數(σ)為1.60<4，為鈣堿性系列太平洋型巖石。K2O/Na2O為6.43，說明K2O>Na2O。鋁系數(A/NCK)為1.05，屬鈣堿性系列巖石，為準鋁質花崗巖。Fe2O3/FeO為3.99>1，說明巖石在氧化環境下形成。分異指數(DI)為75.98，固結指數(SI)為11.90。固結指數較小，而分異指數很大，顯示堿(鉀)長花崗巖結晶分異程度很好。

3.2 稀土元素特征

卡特巴阿蘇礦區侵入巖稀土元素含量及特征參數(表2)。

(1)閃長巖稀土元素特征。∑REE為82.9×10-6～289.8×10-6，均值為201×10-6。LREE/HREE值為1.91～5.81；(La/Lu)N值為4.45～18.78；(Ce/Yb)N值為3.43～13.24，它們均大于1，表現為輕稀土富集、重稀土虧損的特點，稀土分布為右傾斜的平行曲線簇(圖4)，近于平坦。(La/Sm)N值為1.71～3.17，反映輕稀土分餾程度較高，為右傾率大，而(Gd/Lu)N值為1.62～3.03，指出重稀土分餾一般，為右緩傾。δCe值為0.93～0.95，均小于1，為鈰弱負異常，略虧損。δEu值為0.86～1.21，均值0.99<1，為銪弱負異常、銪略虧損型。

表2 卡特巴阿蘇礦區侵入巖稀土元素豐度(×10-6)及參數特征Tab.2 REE abundance(×10-6) and parameter characteristics of intrusive rocks in Kateba′asu Mining Area

(2)花崗閃長巖稀土元素特征。∑REE值為144.40×10-6。LREE/HREE值為3.93；(La/Lu)N值為9.24；(Ce/Yb)N值為6.86，它們均大于1，表現為輕稀土富集、重稀土虧損的特點，稀土分布為右傾斜的平行曲線簇(圖4)，近于平坦。(La/Sm)N值為5.66，反映輕稀土分餾程度高，為右傾率大，而(Gd/Lu)N值為1.14，指出重稀土分餾不好，為右緩傾。δCe值為0.88<1，為鈰弱負異常，略虧損。δEu值為0.82<1，為銪弱負異常、銪略虧損型。

(3)二長花崗巖稀土元素特征。∑REE為89.80×10-6～93.16×10-6，平均91.48×10-6。LREE/HREE值為3.51～3.52；(La/Lu)N值為6.00～6.67；(Ce/Yb)N值為4.99～5.63，均大于1，表現為輕稀土富集、重稀土虧損的特點，稀土分布為右傾斜的平行曲線簇(圖4)，近于平坦。(La/Sm)N值6.88～7.32，反映輕稀土分餾程度高，為右傾率大，而(Gd/Lu)N值0.55～0.62，指出重稀土分餾差，近于水平。δCe值為0.96～1.02，均值0.98<1，為鈰弱負異常，虧損。δEu值為0.11～0.21，小于1，為銪負異常、銪虧損型。

(4)堿長花崗巖稀土元素特征。∑REE值為213.66×10-6。LREE/HREE值為3.04；(La/Lu)N值為6.36；(Ce/Yb)N值為5.13，它們均大于1，表現為輕稀土富集、重稀土虧損的特點，稀土分布為右傾斜的不對稱“V”形平行曲線簇(圖4)，近于平坦。(La/Sm)N值為3.84，反映輕稀土分餾程度高，為右傾率大，而(Gd/Lu)N值為1.10，指出重稀土分餾不好，為右緩傾，近于水平。δCe值為0.92，為鈰弱負異常，虧損。δEu值為0.68<1，為銪負異常、銪虧損型。

圖4 礦區侵入巖稀土元素配分圖Fig.4 REE distribution diagram of intrusive rock in mining area

3.3 微量元素特征

卡特巴阿蘇礦區侵入巖微量元素含量及特征參數(表3)。

表3 卡特巴阿蘇礦區侵入巖微量元素豐度(×10-6)及參數特征Tab.3 Trace element abundance(×10-6) and parameter characteristics of intrusive rocks in Kateba′asu Mining Area

(1)閃長巖微量元素特征。(Rb/Yb)N值為6.96～23.06，均大于1，為強不容元素富集型分配形式，表現為右傾斜平行曲線簇(圖5)(R.A.Batchelor等，1985)，具島弧花崗巖分布型式特征。Nb*值為0.10～0.30，均表現為鈮虧損；Ti*值為0.19～0.52，均表現為鈦虧損的特點；Sr*值為0.40～1.10，均值為0.65<1，表現為鍶虧損，巖石蝕變較強，抗交代蝕變能力弱；P*值為0.58～0.85，均表現為虧損型。Th*值為0.22～ 0.55，顯示釷虧損，反映巖石形成于氧化條件下。K*值為1.15～4.87，表現為鉀富集型。Zr*值為0.51～0.70，表現為鋯虧損。

圖5 卡特巴阿蘇礦區侵入巖R1—R2圖解Fig.5 R1—R2 diagram of intrusive rocks in Kateba′asu Mining Area

(2)花崗閃長巖微量元素特征。(Rb/Yb)N值為22.73>1，為強不容元素富集型分配形式，表現為右傾斜平行曲線簇(圖3)，具島弧花崗巖分布型式特征。Nb*值為0.14，表現為鈮虧損；Ti*值為0.17，均表現為鈦虧損的特點；Sr*值為0.28<1，表現為鍶虧損，巖石蝕變較強，抗交代蝕變能力弱；P*值為0.22，均表現為虧損型。Th*值為1.23，顯示釷富集，反映巖石形成于還原條件下。 K*值為2.36，表現為鉀富集型。Zr*值1.11，表現為鋯富集。

(3)二長花崗巖微量元素特征。(Rb/Yb)N值為39.75～44.61，均大于1，為強不容元素富集型分配形式，表現為右傾斜平行曲線簇(圖3)，具島弧花崗巖分布型式特征。Nb*值為0.25～0.26，均表現為鈮虧損；Ti*值為0.09～0.10，均表現為鈦虧損的特點；Sr*值為0.13～0.15，均表現為鍶虧損，巖石蝕變較強，抗交代蝕變能力弱；P*值為0.07，表現為虧損型。Th*值為1.00～1.19，均大于1，顯示釷富集，反映巖石形成于還原條件下。K*值為5.81～6.28，表現為鉀富集型。Zr*值為1.47～1.79，表現為鋯富集。

(4)堿長花崗巖微量元素特征。(Rb/Yb)N值為25.46，為強不容元素富集型分配形式，表現為右傾斜平行曲線簇(圖3)，具島弧花崗巖分布型式特征。Nb*值為0.10，表現為鈮虧損；Ti*值為0.10，均表現為鈦虧損的特點；Sr*值為0.03，表現為鍶虧損，巖石蝕變較強，抗交代蝕變能力弱；P*值為0.12，表現為虧損型。Th*值為0.52<1，顯示釷虧損，反映巖石形成于氧化條件下。K*值為5.49，表現為鉀富集型。Zr*值為1.81，表現為鋯富集。

4 討論

4.1 構造背景

R1—R2圖解(圖5)中，4、5、6號樣品落在板塊碰撞前花崗巖區，7號樣品落在非造山花崗巖區。

不同類型花崗巖Rb-(Yb+Nb)和Rb-(Yb+Ta)圖解如圖6所示。在Rb-(Yb+Nb)圖解中，4、5、6號樣品落入火山弧花崗巖區，7號樣品落入同碰撞花崗巖區；Rb-(Yb+Ta)圖解中，4號樣品落入火山弧花崗巖區，其余樣品落入同碰撞花崗巖區。

綜合分析，卡特巴阿蘇礦區侵入巖為火山弧—同碰撞花崗巖，具俯沖—碰撞型的過渡特征。

圖6 卡特巴阿蘇礦區侵入巖不同類型花崗巖的Rb-(Yb+Nb)和Rb-(Yb+Ta)圖解Fig.6 Rb-(Yb+Nb) and Rb-(Yb+Ta) diagrams of different types of intrusive granite in Kateba′asu Mining Area

4.2 成因分析

卡特巴阿蘇礦區侵入巖不同類型侵入巖的“S”型、“I”型花崗巖判別圖解如圖7所示。

圖7 卡特巴阿蘇礦區侵入巖不同類型侵入巖的“S”型、“I”型花崗巖判別圖解Fig.7 Discriminant diagram of S-type andⅠ-type granite of different types of intrusive rocks in Kateba′asu Mining Area

圖7中，5、6號樣品落在I區，說明本區的主要二長花崗巖為“I”型花崗巖。

礦區侵入巖，A/NCK(鋁系數)均小于1.1，為0.73～1.05，屬鈣堿性系列巖石，為“I”型花崗巖。

稀土元素具輕稀土元素富集，重稀土元素虧損的特點。稀土配分曲線特征總體為右傾斜近于平行型曲線簇，輕稀土分餾程度中等，重稀土分餾程度較差，它們基本屬同源巖漿演化的產物，為殼—幔混合源的島弧“I”型花崗巖類。微量元素Nb、Sr、P、Ti虧損，K、Zr、Th基本富集，反映島弧巖漿巖成因，投Rb-(Yb+Ta)和Rb-(Yb+Nb)圖解，基本落入火山弧—同碰撞花崗巖區域。

綜上所述，礦區侵入巖的總體為鈣堿性系列的島弧“I”型花崗巖，巖漿在上侵過程中與地殼發生了重熔作用，而具有以殼源為主的殼幔混合源的成因特點。

5 結論

(1)新疆卡特巴阿蘇金銅礦主要巖石類型由閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖和堿(鉀)長花崗巖4個巖石單元組成，閃長巖、花崗閃長巖和堿(鉀)長花崗巖是在氧化環境下形成，而二長花崗巖是在還原環境下形成。

(2)稀土元素中閃長巖、花崗閃長巖和二長花崗巖表現為輕稀土富集、重稀土虧損的特點，稀土分布為右傾斜的平行曲線簇，近于平坦，而堿(鉀)長花崗巖為右傾斜的不對稱“V”形平行曲線簇，且鈰和銪弱負異常，虧損。

(3)微量元素中花崗閃長巖、二長花崗巖和堿(鉀)長花崗巖表現鉀和鋯富集型。而閃長巖表現鉀富集、鋯虧損特征。

(4)卡特巴阿蘇礦區侵入巖的總體為鈣堿性系列的島弧I型花崗巖，巖漿在上侵過程中與地殼發生了重熔作用，而具以殼源為主的殼幔混合源的成因特點。

(5)卡特巴阿蘇礦區侵入巖為火山弧—同碰撞花崗巖，具俯沖—碰撞型的過渡特征。

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（2）給水泵耗電率較高。機組為直接空冷機組，機組設計背壓為15kPa，與水冷機組相比，汽耗率偏高0.2～0.3kg/kWh，造成給水泵流量增加，給水泵耗電率偏高，最高可達2.6%～2.7%，占廠用電率的24.3%左右。

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