南天山庫米什地區孔雀溝巖體年代學、巖石成因及地質意義

郎朋林,付麗娟,齊 松,崔志磊,高 超,劉 輝

(內蒙古山金地質礦產勘查有限公司)

引 言

南天山位于中亞造山帶最南端,記錄了大量古亞洲洋構造演化信息,是研究中亞造山帶構造演化的重要地區,因此一直是國內外學者關注的熱點[1-3]。盡管前人在南天山開展過大量的蛇綠巖[4]、超高壓變質巖[5-6],以及構造演化模式[7]等研究,但對于南天山洋碰撞閉合時限,一直存在爭議。目前,對于南天山洋的閉合時間主要存在晚古生代與三疊紀2種觀點[8-10]。

孔雀溝巖體位于南天山東緣的庫米什地區,孔雀溝巖體南部的庫米什—卡拉喬金礦帶發育一系列金礦床(點),包括孔雀溝金礦床、光明金礦床、回歸金礦床、爪山金礦床等[11]。目前,對于孔雀溝巖體的形成時代及巖石成因類型尚不清楚,其與區內發育的金礦化成因聯系亦不明確。

因此,在詳盡的野外地質調查基礎上,對孔雀溝巖體正長花崗巖開展鋯石U-Pb定年、全巖分析,揭示該巖體的形成時代,探討其成因類型及動力學背景,為進一步研究南天山洋的閉合時限提供新的證據;與區內同時代的矽卡巖型鎢礦化成礦巖體進行對比,以期為實現找礦突破提供基礎資料。

1 地質背景

天山造山帶位于中亞造山帶南緣(見圖1-A)[12-13],其可以進一步劃分為北天山、中天山、南天山3個構造單元[14-18]。研究區位于南天山東緣(見圖1-B),區域內出露的地層主要包括下志留統烏勇布拉克組、下泥盆統阿爾彼什麥布拉克組、中泥盆統阿拉塔格組,以及第四系。其中,烏勇布拉克組為金礦主要賦礦圍巖,根據巖性可以進一步將其劃分為上、下2段,下段巖性主要為綠泥絹云母千枚巖、絹云母石英片巖、黑云母石英片巖、變質細粒石英砂巖、斑點狀變質巖屑石英砂巖、斑點狀變質長石巖屑砂巖、黑云母絹云斑點狀板巖等,上段巖性主要包括變質細砂巖、變質粉砂巖及變質細粒長石巖屑砂巖等。

1—中—新生界沉積物 2—二疊系陸相火山—沉積巖系 3—石炭系火山-沉積巖系 4—奧陶系—泥盆系火山-沉積巖系 5—前寒武系變質基底 6—印支期花崗巖類 7—古生代花崗巖類 8—早古生代蛇綠巖帶 9—斷裂 10—成礦年齡圖1 亞洲構造簡圖(A)[16]、新疆北部構造簡圖(B)[17]及東天山地質與礦床分布圖(C)[18]

區域內斷裂發育,主要表現為北西西向及北東向2組。其中,北西西向斷裂包括庫米什斷裂、孔雀溝斷裂,該組斷裂對金礦化控制明顯。區域內金礦體主要賦存于庫米什斷裂與孔雀溝斷裂之間的次級斷裂內。北東向斷裂規模相對較小,一般截切早期的北西向斷裂,屬于成礦后構造。

區域內巖漿巖出露范圍廣泛,包括東泉戈壁巖體、忠寶巖體、桑樹園子巖體,以及研究區內出露的孔雀溝巖體(見圖1-C)。鋯石U-Pb定年結果表明,這些巖體主要形成于晚石炭世—早二疊世[9,19]。此外,在區域內廣泛分布北東向展布的中—基性巖脈及北西西向展布的酸性巖脈。

2 樣品采集及分析方法

2.1 樣品采集

孔雀溝巖體巖性主要為正長花崗巖(見圖2),本次研究采集正長花崗巖鋯石U-Pb定年及主微量分析樣品的坐標為北緯42°00′49″,東經89°18′34.5″。

正長花崗巖新鮮面為灰白色(見圖3-a),粒狀結構,塊狀構造。其主要礦物成分為微斜長石(約30 %)、條紋長石(約25 %)、斜長石(約23 %)、石英(約15 %)(見圖3-b),以及少量的角閃石(約1 %)和黑云母(約1 %)。部分正長花崗巖樣品發生蝕變,鏡下可見斜長石發生絹云母化,角閃石、黑云母發生綠泥石化。

2.2 分析方法

鋯石挑選、陰極發光圖像及鋯石U-Pb定年工作在武漢上譜分析科技有限責任公司完成,詳細的儀器參數和分析流程見文獻[20]。GeolasPro激光剝蝕系統由COMPexPro 102 ArF 193 nm準分子激光器和MicroLas光學系統組成,ICP-MS型號為Agilent 7700e。本次分析的激光束斑和頻率分別為32 μm和8 Hz。鋯石U-Pb定年和微量元素的處理分別采用鋯石標準91500和玻璃標準物質NIST610作外標進行同位素和微量元素分餾校正。鋯石年齡數據應用ICP-MS DataCal離線處理完成[21-22]。樣品的鋯石U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權平均圖解應用Isoplot 3.0軟件完成[23]。

Qz—石英 Mi—微斜長石 Pth—條紋長石圖3 孔雀溝巖體正長花崗巖巖石手標本及鏡下特征

6件正長花崗巖樣品的全巖分析在澳實分析檢測(廣州)有限公司完成。將樣品粉碎至74 μm,主量元素、微量元素、稀有元素分別應用ME-XRF06 X法、ME-MS81法及ME-MS82法分析。

3 結 果

3.1 鋯石U-Pb年齡

測年樣品(KQG-9)中的鋯石表現出明顯結晶環帶(見圖4),w(Th)/w(U)值為0.18～1.28(見表1),多數大于0.40,與巖漿鋯石特征相似[24]。206Pb/238U年齡結果主要分為2組,分別集中在309～312 Ma及291～300 Ma,后者11顆鋯石獲得諧和年齡為296.5 Ma± 2.2 Ma (MSWD=0.41,見圖5-a),與其加權平均年齡(295.1 Ma± 1.6 Ma,MSWD=0.38,見圖5-b)趨于一致,代表了正長花崗巖結晶年齡。

圖4 孔雀溝巖體鋯石陰極發光(CL)圖像

3.2 全巖分析

孔雀溝巖體主量元素分析結果見表2。由表2可知:孔雀溝巖體樣品表現出富SiO2(73.79 %～75.09 %)、K2O(4.99 %～6.50 %)特征。在TAS圖解(見圖6-a))中,樣品均落入花崗巖范疇。此外,孔雀溝巖體表現出低鎂指數值(5～17),且所有樣品的CaO質量分數(0.25 %～0.53 %)均較低。由于孔雀溝巖體表現出較高的K2O含量,因此這些樣品在w(SiO2)-w(K2O)圖解(見圖6-b))中,大多數樣品落入高鉀鈣堿性—鉀玄巖系列區域。在A/CNK-A/NK圖解(見圖6-c))中,樣品點落入過鋁質區域。

孔雀溝巖體微量元素分析結果見表3。由表3可知:孔雀溝巖體w(LREE)/w(HREE)值為6.33～11.22,表現出輕稀土元素富集、重稀土元素虧損的特點(見圖7-a)),具有明顯負銪異常(δEu=0.24～0.39)特征。另外,微量元素原始地幔標準化蛛網圖(見圖7-b))中,孔雀溝巖體富集不相容元素(Th、Hf)、大離子親石元素(K、Rb),虧損高場強元素(Nb、Ti、P)。

4 討 論

4.1 孔雀溝巖體形成時代

對于孔雀溝巖體的形成時代前人尚未報道過。本次研究獲得的鋯石U-Pb年齡結果顯示,孔雀溝巖體形成于早二疊世(295.1～296.5 Ma)。此外,區域內發育一系列花崗質巖石,其年齡均為晚石炭世—早二疊世。例如,毛友亮等[9]獲得區域內東泉戈壁似斑狀二長花崗巖的結晶年齡為305 Ma±1 Ma;李生喜等[10]測得區域內塔格拉克地區二長花崗巖成巖年齡為284.0～284.3 Ma。因此,本次研究獲得孔雀溝巖體成巖年齡與區域內巖漿活動一致,屬于早二疊世巖漿活動產物。

表1 孔雀溝巖體鋯石 LA-ICP-MS U-Pb 年代學分析數據

圖5 孔雀溝巖體鋯石諧和年齡圖(a)及加權平均年齡圖(b)

圖6 孔雀溝巖體巖石類型判別圖解[25-27]

表3 孔雀溝巖體微量元素分析結果 10-6

圖7 孔雀溝巖體稀土元素和微量元素模式圖[28]

4.2 巖石成因類型

孔雀溝巖體具有富硅、富鉀、貧鋁的特點,且表現出明顯的貧Ti、Ba、Sr及負銪異常,這些特征與A型花崗巖的特征相似[29]。然而,孔雀溝巖體還表現出較低Zr、Ce、Nb、Y特征,這與典型A型花崗巖存在明顯差別。此外,本次研究獲得其鋯石Zr飽和溫度為749 ℃～802 ℃[30],并且具有較低的w(Zr)/w(Hf)值(19～26)。另一方面,在巖相學研究中發現孔雀溝巖體中含有角閃石礦物,這些特征也與A型花崗巖的特點相悖,而與高分異的I型花崗巖相似[31-34]。因此,本次研究認為,孔雀溝巖體成因類型為高分異I型花崗巖。

4.3 構造背景及對找礦指示意義

對于南天山洋的閉合時限,主要存在2種觀點:一些區域資料顯示,南天山洋在晚石炭世之前就已經閉合,而且在早—中二疊世南天山洋已經處于巖石圈伸展環境[9,35-36];然而,也有學者認為南天山洋的閉合時限為三疊紀[37-38]。孔雀溝巖體具有高鉀鈣堿性—鉀玄巖系列I型花崗巖的特點,一般形成于島弧或碰撞晚期—后碰撞環境[39-42]。再者,庫米什地區發育的同時代花崗巖還表現出高鉀鈣堿性(見圖8-a))的I型花崗巖[9]及S型花崗巖[19]特征,這也指示這些晚石炭世—早二疊世花崗巖形成于后碰撞環境。另一方面,在w(Rb)-w(Y+Nb)圖解(見圖8-b))中,庫米什地區發育的晚石炭世—早二疊世花崗巖均落入后碰撞環境范疇,表明此時期南天山洋正處于后碰撞環境。

圖8 孔雀溝巖體構造判別圖[9,19,26-43]

孔雀溝巖體形成于早二疊世(295.1～296.5 Ma),與庫米什剪切帶的活動時間(405～368 Ma)存在較大的差異[44]。而區域內發育的金礦化主要受庫米什剪切帶的次級斷裂控制,因此,本次研究認為,孔雀溝巖體的侵位時間晚于區域金礦化時代,與區域金礦化無關。然而,孔雀溝巖體與其西緣的忠寶巖體、桑樹園子巖體形成時代一致[19],且表現出富硅及相似的稀土元素配分模式,而忠寶巖體、桑樹園子巖體中已發現矽卡巖型鎢礦化,暗示孔雀溝巖體具有一定鎢找礦潛力。

5 結 論

1)鋯石U-Pb定年結果顯示,孔雀溝巖體形成于早二疊世(295.1～296.5 Ma),與區內巖漿活動峰期趨于一致。

2)孔雀溝巖體具有富硅、富鉀、貧鋁特點,且表現出明顯的負銪異常,w(Zr)/w(Hf)值與Zr飽和溫度均較低,屬于高分異I型花崗巖。

3)結合區域資料,認為孔雀溝巖體形成于后碰撞環境,且具有一定鎢找礦潛力。

致謝:對內蒙古山金地質礦產勘查有限公司烏尊布拉克項目組在野外樣品采集等方面給予的無私幫助,以及匿名審稿人為本文提出的寶貴意見在此深表感謝。