展新忠，岳建華，陳川，楊勇，張河瑞，張博文

(1.中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇徐州221008；2.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830047；3.新疆大學(xué)新疆中亞造山帶大陸動(dòng)力學(xué)與成礦預(yù)測實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊830047)

新疆西天山地區(qū)的喇嘛蘇外圍銅礦床毗鄰于喇嘛蘇銅礦床，產(chǎn)于花崗閃長斑巖、花崗斑巖內(nèi)及外接觸帶矽卡巖中，其賦礦地層為薊縣紀(jì)庫松木切克群碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖和堿性火山巖建造.礦床以含有斑巖型和矽卡巖型礦體而備受關(guān)注，前人對(duì)喇嘛蘇銅礦床的研究成果[1?12]表明，與銅礦床相關(guān)的花崗質(zhì)巖石形成的地球動(dòng)力學(xué)背景、時(shí)代及巖漿源區(qū)問題存在爭議，關(guān)鍵是與銅礦床形成關(guān)系密切的花崗質(zhì)巖漿巖特征不夠清楚.因此，喇嘛蘇外圍銅礦區(qū)侵入巖的詳細(xì)研究直接影響到該礦床成因類型及區(qū)域構(gòu)造環(huán)境的重新認(rèn)識(shí).

鑒于此，本文對(duì)礦區(qū)出露的與成礦關(guān)系密切的花崗質(zhì)巖開展鋯石U-Pb、Hf同位素研究，旨在厘定其形成時(shí)代，探討巖漿來源及大地構(gòu)造背景，為該礦床成因和成礦環(huán)境研究提供依據(jù)，同時(shí)也為西天山地區(qū)晚古生代巖漿作用特征研究提供重要信息.

1 礦床地質(zhì)特征

喇嘛蘇外圍銅礦床位于賽里木湖西北側(cè)，隸屬新疆博爾塔拉蒙古自治州管轄，距博樂市西南90 km，溫泉縣南35 km.構(gòu)造上屬于天山構(gòu)造帶的西北部，哈薩克斯坦板塊的巴爾喀什準(zhǔn)噶爾微板塊之巴爾喀什南緣活動(dòng)陸緣的賽里木地塊，東北部為溫泉汗吉尕弧前盆地、南部為別珍套科古琴島弧帶、博羅科努弧后盆地及伊犁地塊[13]，毗鄰于賽里木湖西北側(cè).礦區(qū)出露地層為中元古界薊縣系庫松木切克群碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖和堿性火山巖建造，中石炭統(tǒng)東圖津河群雜色、紫紅色礫巖和沉火山礫巖夾少量砂巖不整合覆蓋其上.泥盆系時(shí)因北天山洋向南側(cè)的伊犁地塊俯沖，導(dǎo)致花崗質(zhì)侵入巖產(chǎn)生，以海西早期花崗斑巖、花崗閃長斑巖、閃長玢巖和輝綠玢巖為主，喇嘛蘇外圍銅礦床即產(chǎn)于此花崗質(zhì)侵入巖與元古宙碳酸鹽巖接觸帶內(nèi)[14].

2 樣品巖相學(xué)特征

樣品取自與成礦關(guān)系密切的花崗閃長斑巖和花崗斑巖，其巖相學(xué)特征如下：花崗閃長斑巖灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造（圖1a）.自形半自形斑晶含量50%左右，主要為0.3～3mm長的斜長石（30%～40%）、0.1～0.2 mm長的黑云母（5%）及石英（5%～7%），少量柱狀透輝石，無色至淡綠色，正高突起.基質(zhì)它形粒狀以鉀長石、石英、斜長石為主，少量為呈細(xì)鱗片狀的黑云母.副礦物有榍石、鋯石，偶見細(xì)小柱狀磷灰石（圖1c）.

圖1 喇嘛蘇外圍銅礦床成礦巖體巖相學(xué)特征

花崗斑巖，呈黃褐色，斑狀聚斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造（圖1b）.自形半自形斑晶含量50%～60%，主要為0.3～3 mm長的斜長石（50%～55%），少量黑褐色黑云母（＜5%），偶見石英、透輝石.基質(zhì)含量約40%～50%，以斜長石（15%～20%）、石英（1%～15%）、鉀長石（＜5%）為主，少量呈細(xì)小片狀的黑云母，其中斜長石為板狀，突起略高于斑晶斜長石，屬更長石；石英和鉀長石均呈它形粒狀.副礦物以榍石為主，偶見鋯石和硅灰石（圖1d）.

3 分析方法

樣品經(jīng)手標(biāo)本蝕變剔除和顯微鏡觀察后，挑選無氧化和蝕變影響的樣品，送廊坊市河北區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行鋯石分選、制靶.鋯石利用標(biāo)準(zhǔn)重礦物分離技術(shù)分選完成，在雙目鏡下仔細(xì)挑選晶形好、表面平整光潔且無包體、裂隙的干凈透明鋯石，將其粘在雙面膠上，用無色透明環(huán)氧樹脂固定，并拋光至鋯石內(nèi)部.對(duì)待測鋯石進(jìn)行透反射CL圖像分析，選定表面無裂紋、內(nèi)部干凈、環(huán)帶發(fā)育的鋯石及測試部位.分析測試在北京燕都中實(shí)測試技術(shù)有限公司進(jìn)行，鋯石U-Pb同位素定年利用LA-ICP-MS分析完成，激光剝蝕系統(tǒng)為New Wave Up213，ICP-MS為布魯克M90，激光剝蝕束斑直徑選擇30μm，以He作為載氣、Ar為補(bǔ)償氣以調(diào)節(jié)靈敏度，二者在進(jìn)入ICP之前通過一個(gè)Y型接頭混合，每個(gè)時(shí)間分辨分析數(shù)據(jù)包括約20～30 s的空白信號(hào)和50 s的樣品信號(hào).鋯石年齡以國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作外標(biāo)，鋯石微量元素含量以NIST SRM610作多外標(biāo)，Si作內(nèi)標(biāo)進(jìn)行定量計(jì)算，每分析5～10個(gè)樣品，分析兩次標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500、一次SRM610和Si，以保證測試的精確度.詳細(xì)過程和分析原理見文獻(xiàn)[15].同位素比值及元素含量計(jì)算采用ICP-MSDATECAL4.3程序[16,17]；年齡計(jì)算及諧和圖繪制采用Isoplot程序[18]處理，分析結(jié)果見表1.

鋯石原位Lu-Hf同位素分析在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的雙聚焦多接收等離子質(zhì)譜儀Nu PlasmaⅡMC-ICPMS上完成，激光剝蝕脈沖頻率為10Hz，激光束斑直徑為43μm，激光能量為90 MJ，國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石樣品91500和Mudtank為監(jiān)控樣品，每8個(gè)樣品插入一組國際標(biāo)樣（兩個(gè)91500和一個(gè)Mudtank），數(shù)據(jù)采集模式為TRA模式，積分時(shí)間為0.2s，背景采集時(shí)間為30s，樣品積分時(shí)間為50s，吹掃時(shí)間為40s，詳細(xì)分析方法見文獻(xiàn)[19].Lu-Hf同位素分餾校正采用指數(shù)法則計(jì)算，采用176Lu/175Lu=0.026 56和176Yb/173Yb=0.78696比值扣除176Lu和176Yb對(duì)176Hf的干擾，獲得準(zhǔn)確的176Hf信號(hào)值.Hf和Lu同位素比值采用179Hf/177Hf=0.732 5進(jìn)行儀器質(zhì)量歧視效應(yīng)校正，Yb同位素比值采用173Yb/171Yb=1.123 46進(jìn)行儀器質(zhì)量歧視效應(yīng)校正，分析結(jié)果見表2.

4 分解結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

用于定年的鋯石晶形較好，呈半自形自形柱狀及雙錐狀，晶棱及晶面清晰，晶體大小變化不大（圖2a、2c），鋯石長50～130μm不等，長短軸比為0.6:1～2:1，具典型的振蕩環(huán)帶.對(duì)兩件樣品的43粒鋯石進(jìn)行LA-ICPMS年齡測定，分析點(diǎn)位于環(huán)帶上.

花崗閃長斑巖（Lw1）的22粒鋯石分析點(diǎn)232Th和238U的值分別為11422～44309，114.22～1129.02，Th/U的值為0.26～0.61，表明鋯石為巖漿鋯石.22個(gè)測點(diǎn)的206Pb/238U年齡值介于384.2±2.8Ma～3 889±3.6Ma，協(xié)和年齡為386.6±0.54Ma（MSWD=25）（圖2b），加權(quán)年齡為385.9±1.2Ma（MSWD=0.16）（圖2b），該年齡為花崗閃長斑巖的侵位年齡，屬中泥盆世，海西早期.

花崗斑巖（Lw2）的21粒鋯石分析點(diǎn)232Th和238U的值分別為16 964～48 752，36 720～829.16，Th/U的值為0.29～0.59，表明鋯石為巖漿鋯石.21個(gè)測點(diǎn)的206Pb/238U年齡值介于3 822±3.0Ma～3 955±3.2Ma，協(xié)和年齡為386.9±0.58Ma（MSWD=2.3）（圖2d），加權(quán)平均年齡為387.6±1.3Ma（MSWD=113）（圖2d），該年齡為花崗斑巖的侵位年齡，屬于中泥盆世，海西早期.

4.2 Lu-Hf同位素特征

對(duì)花崗質(zhì)巖的鋯石進(jìn)行了原位Lu-Hf同位素分析（表2）.Lw1鋯石的20個(gè)測點(diǎn)的176Yb/177Hf比值為0.041 96～0.074 73，176Lu/177Hf比值為0.001 31～0.002 07，176Lu/177Hf除兩個(gè)點(diǎn)（Lw1-9、Lw1-19）的值大于0.002（分別為0.002 04和0.002 07），其余均值均小于0.002，顯示鋯石在形成后基本沒有放射性成因Hf的積累.因此所分析的176Hf/177Hf比值可以代表其形成時(shí)的Hf同位素組成[20].176Hf/177Hf比值相對(duì)比較集中，介于0.282 53～0.282 72之間，相應(yīng)的εHf(t)值為-0.38～6.38，平均為3.43，fLu/Hf變化于-0.96～-0.94之間；單階段Hf模式年齡(tDM1)為758Ma～1 033Ma，平均為793.07Ma；兩階段Hf模式年齡(tDM2)為971Ma～1 401Ma，平均為1 160.33Ma，遠(yuǎn)大于鋯石的形成年齡.

表1 喇嘛蘇外圍銅礦床花崗質(zhì)巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測定結(jié)果

表2 喇嘛蘇外圍銅礦床花崗質(zhì)巖的鋯石Hf同位素組成

圖2 花崗閃長斑巖和花崗斑巖中鋯石陰極發(fā)光圖像及鋯石U-Pb年齡協(xié)和圖

Lw2鋯石的20個(gè)測點(diǎn)的176Yb/177Hf比值為0.043 34～0.075 21，176Lu/177Hf比值為0.001 14～0.002 11，（除測點(diǎn)Lw2.20的176Lu/177Hf=0.002 14外），176Lu/177Hf值僅兩個(gè)點(diǎn)（Lw2-8和Lw2-14）大于0.002（0.002 06和0.002 11）外，其余均小于0.002，顯示鋯石在形成后很少有放射性成因Hf的積累.因此所分析的176Hf/177Hf比值可以代表其形成時(shí)的Hf同位素組成[20].176Hf/177Hf比值相對(duì)比較集中，介于0.282 53～0.282 67之間，相應(yīng)的εHf(t)值為-0.15～4.49，平均為2.08，fLu/Hf變化于-0.97～-0.94之間；單階段Hf模式年齡(tDM)為843 Ma～1 037Ma，平均為938Ma；兩階段Hf模式年齡(tDM2)為1 094Ma～1 392Ma，平均為1 247Ma，遠(yuǎn)大于鋯石的形成年齡.

5 討論

5.1 年代學(xué)及意義

前人對(duì)喇嘛蘇及鄰區(qū)萊歷思高爾、博羅科努等巖體做了大量研究工作，取得了一定的年代學(xué)成果.唐功建等[11]運(yùn)用LA-ICP-MS定年法獲得喇嘛蘇巖體花崗閃長斑巖鋯石年齡為366.3Ma±1.9Ma，認(rèn)為喇嘛蘇巖體形成于晚泥盆世；解洪晶等[9]獲得喇嘛蘇巖體的石英二長閃長巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為394.8Ma±4.9Ma、花崗閃長斑巖和英云閃長斑巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為380.9Ma±3.9Ma，認(rèn)為該巖體形成于晚泥盆世巴爾喀什準(zhǔn)噶爾殘余洋盆向伊犁中天山地塊俯沖階段；Zhanget al.[8]獲得喇嘛蘇銅礦區(qū)花崗斑巖的SHRIMP鋯石年齡為390.5Ma±7.7Ma；張東陽等[21]獲得萊歷思高爾巖體二長閃長斑巖鋯石U-Pb LA-ICPMS年齡為346Ma±1.2Ma，認(rèn)為萊歷思高爾巖體形成于早石炭世；王博等[22]運(yùn)用鋯石U-Pb LA-ICP-MS定年法獲得博羅科努巖體的輝石閃長巖的年齡為301Ma±7Ma、黑云母花崗巖的年齡范圍為294Ma±7Ma～285Ma±7Ma、黑云母鉀長花崗巖形成于280Ma±5Ma～266Ma±6Ma；朱志新等[23]獲得博羅科努巖體的閃長巖的鋯石SHIRMP U-Pb年齡為308.2Ma±5.4Ma，認(rèn)為該巖體為晚石炭世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物.前人年代學(xué)成果表明，該區(qū)從早中泥盆世至中二疊世期間一直存在巖漿活動(dòng).

本文采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年法，獲得與該礦床成礦關(guān)系密切的花崗閃長斑巖和花崗斑巖的年齡分別為385.9±1.2Ma、387.6±1.3Ma，鋯石陰極發(fā)光圖像（圖2a、2c）顯示巖漿振蕩生長環(huán)帶明顯，Th/U比值介于0.26～0.61之間，平均為0.45，表明為巖漿成因鋯石，所測定年齡能代表巖體結(jié)晶年齡，屬中泥盆世，海西早期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物.該年齡與前人獲得的喇嘛蘇巖體的年齡（366.3Ma±1.9Ma～394.8Ma±4.9Ma）在誤差范圍內(nèi)一致，與鄰區(qū)萊歷思高爾巖體（346Ma±1.2Ma）、博羅科努巖體（301Ma±7Ma、308.2Ma±5.4Ma）及阿希一帶的大哈拉軍山組安山巖、流紋巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡363.2Ma±5.7Ma[24]、386.4Ma±9.3Ma[25]一致，表明該巖體與萊歷思高爾巖體、博羅科努巖體、大哈拉軍山組安山巖和流紋巖為同時(shí)代巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物.結(jié)合西天山研究成果，該區(qū)古生代巖漿活動(dòng)由從西向東演變的趨勢，更多年齡支持，有待進(jìn)一步研究.因此，該年齡對(duì)研究西天山地區(qū)及北天山洋的構(gòu)造演化和巖漿活動(dòng)具有重要意義.

5.2 源區(qū)討論

目前，關(guān)于I型花崗巖的源區(qū)主要有以下幾種觀點(diǎn)：（1）俯沖洋殼（增生楔內(nèi)的沉積物）的部分熔融[26?28]；（2）富水玄武質(zhì)巖漿的分離結(jié)晶[29?31]；（3）拆沉下地殼熔融[32,33]；（4）地幔巖漿與地殼巖漿的混合作用[34,35]；（5）增厚下地殼的部分熔融[36]等.本文通過對(duì)礦區(qū)花崗質(zhì)巖鋯石Lu-Hf同位素及U-Pb年齡研究認(rèn)為本區(qū)花崗質(zhì)巖的源區(qū)可能為虧損地幔的玄武質(zhì)巖漿，并有俯沖到上地幔的新生殼源部分熔融物質(zhì)的加入.

首先，具有低的176Hf/177Hf及εHf（t）值暗示花崗巖源區(qū)可能為古老地殼的深熔或重熔[37,38]；具有較高的176Hf/177Hf及εHf（t）值則指示花崗巖源區(qū)可能為新生地殼的再循環(huán)或大陸地殼中新生地幔物質(zhì)的加入[39?41].樣品εHf（t）的值介于-0.38～6.38，只有三個(gè)點(diǎn)為負(fù)值（-0.38、-0.15和-0.05），在176Hf/177Hf和εHf（t）與U-Pb年齡圖中（圖3），所有樣品落在虧損地幔下側(cè)靠近球粒隕石演化線處，表明花崗質(zhì)巖的源巖為虧損地幔的玄武質(zhì)巖漿，可能有殼源物質(zhì)的加入，推測為新生地殼的部分熔融成分[20]，與大陸地殼的俯沖增生有關(guān)[42?44].其次，有研究者認(rèn)為，西天山地區(qū)在晚古生代(泥盆早石炭世晚期)>320Ma時(shí)，處于俯沖階段[45?49]，樣品的鋯石U-Pb年齡為385.9±1.2Ma、387.6±1.3Ma，為中泥盆世，海西早期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物.

圖3 喇嘛蘇外圍銅礦床花崗質(zhì)巖鋯石Hf同位素組成及其演化圖

綜上所述，喇嘛蘇外圍銅礦區(qū)花崗質(zhì)巖具有I型花崗巖和殼?；旌显磪^(qū)的特點(diǎn)，其源巖可能來自虧損地幔的玄武質(zhì)巖漿，巖漿在上升的過程中，有俯沖到上地幔的新生殼源部分熔融物質(zhì)的加入.

6 結(jié)論

（1）喇嘛蘇外圍銅礦床與成礦關(guān)系密切的花崗質(zhì)巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，花崗閃長斑巖和花崗斑巖的年齡分別為385.9±1.2Ma、387.6±1.3Ma，形成于中泥盆統(tǒng)，是海西早期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物.

（2）花崗質(zhì)巖屬I型花崗巖，鋯石Lu-Hf同位素研究表明，其源區(qū)為虧損地幔，εHf(t)值基本上全部為正值（除-0.38、-0.15和-0.05外），反映其源區(qū)有新生洋殼部分熔融物質(zhì)的加入.

（3）喇嘛蘇外圍銅礦區(qū)花崗質(zhì)巖形成環(huán)境表明本區(qū)在中泥盆統(tǒng)時(shí)期處于俯沖背景下，應(yīng)與北天山洋向南部的伊犁地塊之下俯沖引起的構(gòu)造巖漿作用有關(guān).