新疆萨热阔布金矿黑云母40Ar/39Ar年龄及矿床成因启示*

郑 义，李登峰，张 莉，陈华勇

(1. 中山大学地球科学与地质工程学院, 广东 广州 510275；2. 中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室, 广东 广州 510640；3. 广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室, 广东 广州 510275)

造山型金矿是一类极具工业价值的矿床，受矿业界和学术界广泛关注。学者们共识其基本特征为：变质地体中受构造控制的脉状后生金矿床，在时间和空间上与造山作用有关[1-4]。以比较矿床学为指导[5]，陈衍景[6]将造山型金矿的概念进行了拓展，系统总结了造山型矿床的识别标志，包括：产于增生型造山带的俯冲增生楔变质地体和碰撞型造山带内部[2，6]；矿体常呈脉状产于剪切带等断裂构造中；成矿流体系统以富CO2的变质流体为主；成矿深度变化于5～20 km；成矿作用发生挤压向伸展转换体制；具有三阶段性；后生成矿，成矿时间滞后于区域变质作用时间等。

中亚造山带被共识为增生型造山带，经历了长期复杂的洋壳俯消减和陆壳增生，于晚石炭世-三叠纪初发生碰撞造山[7-12]。按照现今的造山-成矿理论[3]，中亚造山带有利于发育增生体制和碰撞体制的造山型金矿。但是，作为中亚造山带最具代表性的北疆地区，仅有赛都，多拉纳萨依和萨热阔布金矿等少数几个造山型金矿被报道。最新研究表明，铁木尔特铅锌矿和乌拉斯沟铜矿都表现出了明显的造山型矿床的特征[13-16]，甚至可可塔勒铅锌矿也表现出了受造山型成矿事件叠加的明显特征[17]。因此，开展北疆地区代表性的造山型金矿典型矿床解剖显得尤为紧迫，不但具有重要的理论意义，而且对北疆地区的找矿部署工作带来积极意义。

新疆萨热阔布金矿床位于阿尔泰造山带南缘阿巴宫多金属成矿带(图1)。该矿床发现于20世纪80年代，平均品位3.86 g/t，为中型金矿。前人对萨热阔布金矿床地质特征、围岩蚀变特征以及流体包裹体和矿床地球化学特征进行了大量研究，但对其成因争议较大，已有观点包括：火山喷流沉积改造型[18]，构造蚀变岩型[19]，断裂变质岩型[20]，造山型[21-23]。

前述各种成因观点可归为两类：同生(火山喷流沉积有关)和后生(构造变质热液相关)；前者成岩成矿近同时，而后者成矿晚于成岩时代。显然，研究萨热阔布金矿床的成矿时代，并与成岩时代相比较，有助于解决萨热阔布金矿床成矿时代和成因问题。基于上述，本文对对1个多金属硫化物-石英脉中云母样品进行40Ar/39Ar定年，以期厘定萨热阔布成矿时代，探讨萨热阔布金矿成因类型及成矿的大地构造背景。

1 区域地质背景

萨热阔布金矿床位于阿尔泰山造山带南缘克兰火山-沉积盆地内。该盆地被共识为西伯利亚板块阿尔泰南缘晚古生代活动陆缘的弧后拉张盆地[14, 24-27]，区内主要出露地层包括中上志留统库鲁姆提组、下泥盆统康布铁堡组、中泥盆统阿尔泰镇组。库鲁姆提组为一套混合岩、片麻岩夹变质砂岩、片岩组合，与上覆的康布铁堡组呈断层接触；康布铁堡组为一套海相中酸性火山岩-火山碎屑岩、陆源碎屑沉积岩-碳酸盐岩建造；阿勒泰镇组为一套变质粉砂岩、变质砂岩、云母石英片岩和千枚岩组合。上述地层单元之间多为断层接触(图1)，发生多期次变质和岩浆侵入活动，区域变质程度达到中级绿片岩相，特征变质矿物组合为黑云母-绿泥石-绿帘石-阳起石±角闪石。区内岩浆岩主要形成于泥盆纪和石炭纪，也包括一些奥陶纪、二叠纪、三叠纪和少量侏罗纪中酸性侵入岩。

克兰盆地及其主构造均呈NW-SE向，以阿勒泰复式向斜为主体，轴长50 km，轴面倾向NE，倾角50°～70°，NE翼倒转，SW翼正常。向斜核部主要发育中泥盆统阿勒泰镇组，向两翼依次为康布铁堡组和库鲁姆提组。次级褶皱轴线走向与主构造线一致，以紧闭的线性褶皱为主，NE翼多数次级褶皱发生倒转。盆地内NW向断裂构造发育，且多沿不同地层单元之间的边界发育，显示对地层发育的控制作用。例如，克因宫断裂和红墩断裂构成志留系与泥盆系的边界，阿巴宫断裂和阿勒泰断裂为康布铁堡组与阿勒泰镇组的边界(图1)。尤其重要的是，断裂构造还控制了矿床的空间分布。例如，阿巴宫断裂控制着大东沟铅锌矿、乌拉斯沟铜矿、恰夏铜矿、萨热阔布金矿和铁木尔特铅锌铜矿等(图1)。

2 矿床地质特征

图1 阿巴宫多金属成矿带地质图

图2 萨热阔布矿区地质图

矿区内褶皱构造比较复杂，萨热阔布复式向斜横贯矿区，北翼有恰夏复式背斜，另有规模不等的褶皱遍布矿区。区内断裂多分布于康布铁堡组第二岩性段内，沿铁锰钙质岩层与变流纹质晶屑凝灰岩的接触界面等处发育。

萨热阔布金矿4个矿体(1-1号，1-2号，2号和3号)占了总储量的95%以上。其中，1-1号和1-2号矿体自1996年以来被开发利用。近年来的深部勘探证实2号和3号矿体展现出良好的勘探前景。

1-1号矿体是整个萨热阔布金矿最大的金矿体，位于1号成矿带的中心部位，同时也属于北东向萨热阔布倒转复向斜的南翼。该矿体长约462 m，宽约1.85～3.32 m，平均品位约为3.68 g/t。该矿体的产状基本与阿巴宫大断裂及铁木尔特断裂的产状一致，倾向45°～55°，倾角71°～80°。1-2号矿体是萨热阔布第二大矿体，长约120 m，宽1.51～3.01 m，平均品位约为4.28 g/t，倾向40°～50°，倾角76°～79°。

矿区内出露的岩性包括流纹质凝灰岩，绿片岩和大理岩等，普遍遭受中绿片岩相变质作用影响，标志性变质矿物组合为绢云母-绿帘石-绿泥石-角闪石。矿区地质图和勘探线剖面图上显示，矿体与侵入岩没有直接关系(图2，3)。

图3 萨热阔布金矿1-1和1-2号矿体剖面图

矿区内褶皱及相应的逆断层记录了主要的变形事件，同时这些变形空间也为富金石英脉的沉淀提供了良好的空间。从早到晚，至少有个三个阶段的含金或富金石英脉被识别出来[23]。早阶段主要由一些乙肠状的脉体组成，发生强烈的构造变形，角砾化，糜棱岩化和脆性-韧脆性变形的重结晶。单独的脉体长约几十厘米，厚度变化系数较大，但主要与围岩的变形片理产状接近。该种脉体内黄铁矿等硫化物的含量约为40%以内。第二阶段脉体充填于早阶段石英脉的裂隙中，未发生明显变形，表明未遭受应力作用，可能形成于伸展背景。平硐下可观察到很多脉体相互叠加穿插的现象，显示网脉状构造。这种类型的脉体长度可达数十米，脉宽0.05～1 m。许多这种类型的脉体充填于雁列结构的张裂隙中，宽度可达数米，其内硫化物(主要为黄铁矿，磁黄铁矿和黄铜矿)比例可达5%～15%。同时，该阶段还出现大量条带状石英脉，局部夹围岩角砾或团块，指示该阶段沸腾作用强烈。第三阶段主要矿物组成包括黄铁矿-萤石-石英脉，穿插了上面两个阶段的石英脉。这种脉体长约数十厘米，1～10 cm厚。同时，这种脉体中含有大量的肉眼或放大镜下可观察到的明金。

除了脉状构造外，许多条带状，块状和浸染状构造也可以被识别出来。条带状矿石主要采自钻孔样，含有超过50%的黄铁矿和少量磁铁矿。块状矿石中硫化物可达60%以上，被一些蚀变矿物包裹，包括黑云母，绿泥石和绿帘石等。

围岩蚀变包括硅化，绿泥石化，绿帘石化，碳酸盐化和萤石化以及强烈的硫化物化。石英脉与围岩之间的接触界限截然，蚀变带外围也发育一些石英团块和石英脉。硅化开始于第一阶段，贯穿整个成矿过程。绢云母化，绿泥石化和绿帘石化，主要以绢云母-黑云母-绿帘石-绿泥石-硫化物-石榴石组合为代表，叠加在第二阶段之上。萤石化，以紫色为标志性特征，同时也是第三阶段脉体的主要标志。

3 黑云母40Ar/39Ar年代学研究

3.1 样品特征及研究方法

用于云母40Ar/39Ar研究的样品分别采自1-1号矿体，为中阶段黑云母-多金属硫化物-含金石英脉型矿石中的片状黑云母，采样位置与样品描述见图4。云母作为限定成矿年龄矿物时，必须符合以下3个条件[15]：①云母与硫化物共生，即云母与共生硫化物同时形成；②形成后，遭受的后期构造热事件的温度低于云母的封闭温度；③过剩氩的含量可以忽略不计。本次样品符合上述条件，可以作为限定热液矿床成矿年代的理想矿物。

图4 含矿云母石英脉中云母及其镜下照片

3.2 测试方法

为确定云母类型和化学成分，电子探针成分分析在中国科学院广州地球化学研究所电子探针实验室进行，分析仪器为JEOL JXA-8100 电子探针仪，分析流程及实验参数见[28]。

将样品粉碎至20目，双目镜下挑选出纯度>98%的云母样品。经过超声波洗涤去除云母表面附着的杂质。40Ar/39Ar同位素年代分析在中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学和年代学实验室进行。仪器设备为英国GV Instruments 5400质谱计和深圳光大COHERENT-50W二氧化碳激光器。GV Instruments 5400质谱计和COHERENT-50W二氧化碳激光器具体的分析技术规格见Qiu and Wijbrans[29]。实验过程中用作中子通量监测的标样是中国周口店黑云母标样ZBH-25，年龄132 Ma。用于40Ar/39Ar中子活化测定年龄的样品，用铝箔包裹后，与用于标样ZBH-25一起封入石英玻璃瓶中，置于中国原子能科学研究院的49-2核反应堆B8孔道内进行中子照射，中子通量为(6.0～6.5)×1012/(cm2.s)。K和Ca的干扰氩的矫正因子分别为(39Ar/37Ar)Ca= 8.984 × 10- 4，(36Ar/37Ar)Ca= 2.673 × 10- 4和 (40Ar/39Ar)K= 5.97 × 10- 3。 高温阀规格为长210 mm，半径28 mm，最高温为1 200 ℃左右。碎裂和纯化在150 ℃下进行大约10 h，外部大约为250 ℃。本底值分别为36Ar = (0.002～0.004) mV，37Ar = (0.000 2～0.000 6) mV，38Ar = (0.000 4 ～0.001 5) mV，39Ar = (0.002 5～0.005 1) mV 和40Ar = (0.51～1.3) mV。释气分别在管道中净化5～8 min，分别在室温和450 ℃左右。40Ar/39Ar定年结果的计算和投点采用ArArCALC计算软件[30]。

3.3 实验结果

萨热阔布金矿床硫化物石英脉中云母的电子探针化学成分分析及计算的分子式见表1。本次测定的云母样品SL-04的分子式分别为(K1.06Na0.02Ca0.01)1.09(Fe1.40Mg1.19，Al0.26Ti0.06)2.91[(Si2.83Al1.17)4.00O10.00] (OH1.99，Cl0.01)2.00，以Fe和Mg为主，并且n(Mg):N(Fe)<2.00，可以判断为黑云母样品。

40Ar/39Ar 阶段激光剥蚀分析结果见于表2，相应的表观年龄谱、等时线和反等时线年龄见图5。40Ar/39Ar表观坪年龄决定于：① > 75%的连续气体分解；②至少8个阶段。本次测定SL-04黑云母样品19个阶段，所测样品的总气体年龄为(215.42±2.06) Ma，在第7到第19阶段构成的坪年龄为(213.54±2.29) Ma(MSWD=15.51)，对应了> 80%的39Ar释放量，相应的39Ar/36Ar-40Ar/36Ar等时线年龄为(212.38±2.16) Ma(MSWD=5.18)，40Ar/36Ar初始值为331.6±16.4；36Ar/40Ar-39Ar/40Ar反等时线年龄为(212.47±2.16) Ma(MSWD=5.17)，40Ar/36Ar初始值为(330.6±16.4) Ma。

单矿物年龄纪录的是温度冷却到该矿物对气体氩(40Ar*)封闭温度以来经历的时间，即所测矿物的冷却年龄，它可以是矿物的结晶年龄，也可以是矿物被变形改造或(40Ar*)重新积累时热事件的时间。由于等时线和反等时线的构筑不需要假设非放射性成因40Ar/36Ar初始值为295.5，等时线年龄和反等时线年龄并没有因过剩氩的存在而改变，并可以有效识别过剩Ar的存在。从样品的拟合结果可以看出，40Ar/36Ar初始值明显高于现代大气氩的比值(295.5)，指示有明显过剩氩存在。因此，实际年龄应不早于本文测得的213 Ma。本文中，由于对等时线年龄和反等时线年龄进行了系统的回归校正，过剩氩对样品真实年龄的影响很小。因此，所求的等时线年龄和反等时线年龄为可信的矿物形成年龄。

表1 萨热阔布金矿云母电子探针分析结果及分子式

表2 黑云母39Ar/40Ar 阶段激光剥蚀定年分析结果

图5 黑云母39Ar/40Ar阶段激光剥蚀“年龄谱”(a)与“等时线”(b)

4 讨 论

4.1 成矿时代

萨热阔布金矿中，中阶段多金属硫化物石英脉共生的云母充填于早期黄铁矿-石英裂隙中，并未表现出明显的变形痕迹和后期构造-热事件的影响(图4)。前人研究表明，与云母共生的石英中所含流体包裹体的均一温度为230～374 ℃[23]，低于黑云母的结晶封闭温度350～400 ℃[31]。因此，黑云母可以作为确定成矿年龄的理想矿物。本文获得一个云母样品(SL-04)的40Ar/39Ar坪年龄分别为(213.5 ± 2.3) Ma，相应的39Ar/36Ar-40Ar/36Ar等时线年龄分别为(212.4 ± 2.2) Ma，反等时线年龄为(212.5 ± 2.2) Ma，与坪年龄在误差范围内一致。表观坪年龄、等时线年龄和反等时线年龄接近，可代表黑云母形成的可信年龄。因此，萨热阔布金矿的成矿年龄为212 Ma，即三叠纪。

4.2 矿床成因类型

成岩成矿年龄虽然不是确定矿床成因类型的主要依据，但可作为检验矿床成因类型正确与否的试金石。不同类型的矿床与矿区地质事件或地质体的相对时间顺序不同。例如，热水沉积型矿床(VMS型或SEDEX型)为同生矿床，其成矿时间与赋矿围岩地层时代一致；侵入体有关的岩浆热液型矿床(斑岩型或矽卡岩型)成矿年龄同期或稍晚于成矿岩体；造山型矿床为后生矿床，成矿与造山作用有关，成矿时间同步或滞后于区域大规模变形变质作用[32-35]。

萨热阔布金矿的成因争论可归结为同生矿床(热水沉积型矿床[18])和后生矿床(造山型矿床[20-21, 23])之争。赋矿地层康布铁堡组的形成年龄为约400 Ma[36-37]，而成矿年龄为212 Ma；成矿年龄晚于赋矿地层约180 Ma，可排除同生热水沉积型矿床的可能性。事实上，区域内额尔齐斯大断裂活动时间为(246 ±18) Ma，可代表区域大规模造山有关的变质变形时间[38-39]；徐学纯等[39]获得该区变质岩中独居石的变质年龄为280～240 Ma，认为区域峰期变质年龄为二叠纪-早三叠世。萨热阔布金矿成矿时间约为212 Ma，尾随峰期区域变质作用，表明该矿床可能与区域变质作用有关。

考虑到萨热阔布金矿床受阿巴宫断裂次级断裂和相关的韧性剪切带控制，矿体呈脉状产出；流体包裹体具有中温、低盐度、富CO2等特征[23]，与热水沉积型矿床相差甚远，却与造山型矿床完全吻合[40]，因此本文认为萨热阔布金矿属造山型金矿床。

4.3 成岩成矿构造背景

不同成因类型的矿床倾向于发育于不同的大地构造背景[1-2, 41]。例如，VMS/SEDEX等类型的矿床发育在拉张背景，如洋中脊、弧后盆地或大陆边缘裂谷[32-33]；斑岩型和浅成低温型矿床发育在洋陆俯冲背景[34-35]或陆陆碰撞背景[42-44]；造山型金矿发育在碰撞型或增生型造山带[1-2, 6]。因此，矿床成因类型可作为判断大地构造背景的探针[41]。那么，萨热阔布金矿形成于何种背景呢？

前人研究表明， 阿尔泰造山带于晚古生代发育大量的具有岛弧特征的火山岩、基性侵入岩及相应的洋壳残片[45-48]；同时也发育大量的同造山花岗岩[49-54]，如冲乎尔盆地北岩体、阿舍勒岩体、库尔提岩体、蒙库岩体、希勒克特哈腊苏岩体、喀腊萨依岩体等，表明该时期为洋陆俯冲背景，陆壳增生强烈[55]。赋矿围岩康布铁堡组火山岩同期于该期陆壳增生事件。

晚石炭世-早三叠世，阿尔泰地区发生强烈的弧陆或陆陆碰撞造山运动[8, 10-11]，诱发了大规模的变质变形作用,导致地层发生变质脱挥发分作用，形成向上运移的富CO2的变质流体[56-57]，变质流体沸腾并与浅成流体混合导致成矿物质沉淀，最终导致了萨热阔布金矿形成。

因此，尽管可能经历了泥盆纪大陆增生阶段的成矿物质预富集，但萨热阔布金矿矿体总体属于三叠纪碰撞造山体制形成的造山型脉状金矿床。

5 结 论

1)1件含金石英脉中的黑云母的40Ar/39Ar年龄为(213.5 ± 2.3) Ma，代表了萨热阔布金矿的成矿时代。

2)萨热阔布金矿为后生矿床，成矿稍滞后于区域峰期变质作用，成因类型为造山型金矿床。

3)萨热阔布金矿成矿构造背景为三叠纪碰撞造山体制。

致谢：研究工作在陈衍景教授指导下完成，野外工作得到国家305项目办公室和新疆有色局706队的大力支持，Ar-Ar测试得到广州地化所邱华宁研究员和蒲志平高工指导在此表示感谢！

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