新疆备战铁矿侵入岩的地球化学特征成岩时代及地质意义

2014-09-21郑勇黄文海周义赵振刚郭新成陈郑

地球科学与环境学报 2014年2期

郑勇+黄文海+周义+赵振刚+郭新成+陈郑辉

基金项目：中国地质调查局地质大调查项目(12120113078200，1212011120494，1212010633903)；

摘要：新疆备战铁矿是西天山阿吾拉勒铁铜金成矿带上重要的铁矿床之一，矿区南部出露有钾长花岗岩和钾长花岗斑岩，两者之间呈脉动侵入接触关系。岩石地球化学研究表明，分析样品均属于高硅、富钾钙碱性系列，富集大离子亲石元素 Rb、K，亏损高场强元素，具有明显的Ba、Sr、P、Ti负异常，轻、重稀土元素分馏明显。LAICPMS锆石UPb测年结果表明，钾长花岗岩和钾长花岗斑岩形成时代分别为(320.5±1.9)Ma和(306.8±1.6)Ma。依据岩石地球化学、年代学，结合区域地质资料，矿区出露的钾长花岗岩和钾长花岗斑岩为同源岩浆产物，可能形成于早石炭世末—晚石炭世时期的南天山洋俯冲结束向陆内碰撞造山带转换阶段中。

关键词：铁矿；地球化学；侵入岩；锆石；钾长花岗岩；钾长花岗斑岩；西天山；新疆

中图分类号：P588.12；P597+.3文献标志码：A

Geochemistry, Geochronology and Geological Implication of

Intrusive Rock from Beizhan Iron Deposit of Xinjiang

ZHENG Yong1, HUANG Wenhai1, ZHOU Yi2, ZHAO Zhengang1,

GUO Xincheng1, CHEN Zhenghui3

(1. No.11 Geological Team, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources, Changji 830011, Xinjiang, China;

2. School of Earth Science and Resources, Changan University, Xian 710054, Shaanxi, China;

3. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China)

Abstract: Beizhan iron deposit in Xinjiang is one of the important deposits of Awulale ironcoppergold metallogenic belt in the western Tianshan.Kfeldspar granite and Kfeldspar granite porphyry, which have pulsating intrusive contact relationship, are exposed in the southern of iron district. Geochemical characteristics show that the rocks are high potassium calcalkaline, enriched in large iron lithophile element (Rb and K), and relatively depleted in high field strength elements, and Ba, Sr, P and Ti are significantly negative anomaly; fractionation of light and heavy rare earth elements is obvious. Ages of Kfeldspar granite and Kfeldspar granite porphyry from Beizhan iron deposit are respectively (320.5±1.9)Ma and (306.8±1.6)Ma by the method of LAICPMS zircon UPb dating. Combined with regional geological data, the geochemical and geochronological results show that Kfeldpar granite and Kfeldspar granite porphyry exposed have the same magma source, and probably form in the tectonic setting transformed from the subduction of southern Tianshan oceans to the continental collision orogeny from Early Carboniferous to Late Carboniferous.

Key words: iron deposit; geochemistry; intrusive rock; zircon; Kfeldpar granite; Kfeldspar granite porphyry; western Tianshan; Xinjiang

0引言

新疆西天山阿吾拉勒成矿带是中国重要的铁铜金成矿带之一，近年来铁矿勘查工作取得重大进展，相继勘查发现了查岗诺尔、备战、智博、敦德、松湖、雾岭及尼新塔格—阿克萨依等多个铁矿床，已经成为新疆重要的铁矿开发基地。伴随铁矿的勘查，该地矿床研究也取得了大量的研究成果［113］，但对矿床成矿环境和成矿机制、成矿规律认识还存在分歧和争议，前人对矿床形成提出了火山岩型［1］、火山喷气沉积改造型［2］、矽卡岩型［3］、以安山质(玄武质)岩浆为母岩浆的岩浆矿床和热液的复合型［45,11］、与火山活动和岩浆热液交代有关［6,910］等不同认识。张作衡等对新疆西天山晚古生代典型铁矿床地质特征、矿化类型和形成环境进行了分析，提出区内铁矿床成矿物质来源以岛弧岩浆作用所携带的深部铁质为主，并含有少量火山—次火山气液交代围岩所萃取的铁质，成因为类矽卡岩型［7］。

备战铁矿位于阿吾拉勒晚古生代铁铜多金属成矿带东部，距新疆和静县西北约130 km，是阿吾拉勒成矿带中规模最大的矿床之一，但研究程度有限，主要是对矿区出露的大哈拉军山组火山岩的岩石地球化学特征及其中酸性火山岩的成岩年龄［6,1115］进行了研究。Zhang等获得的矿区流纹岩成岩时代为301～304 Ma［6］；孙吉明等获得矿区英安岩成岩时代为(329.1±1.0)Ma［13］；而有关成岩成矿时代、成矿规律的认识还比较模糊，前人对矿区南部出露的钾长花岗岩、钾长花岗斑岩的岩石地球化学和成岩时代、构造背景的研究比较薄弱。鉴于此，笔者对区内钾长花岗岩、钾长花岗斑岩进行了岩相学、岩石地球化学和LAICPMS锆石UPb定年研究，为进一步探讨备战铁矿成矿地质背景、成矿时代、成矿机制提供新的资料。

1区域地质概况

备战铁矿构造位置属伊犁—伊赛克湖微板块之阿吾拉勒—伊什基里克晚古生代裂谷系东部。该裂谷带北以尼勒克断裂为界，与博罗克努早古生代岛弧相邻；南以那拉提南缘断裂为界，与那拉提—红柳河缝合带相邻(图1)。区域上出露的有元古宇、寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、侏罗系、第四系等地层。古元古界那拉提岩群主要为灰白—灰色眼球状黑云斜长片麻岩、糜棱岩化眼球状黑云斜长片麻岩；寒武系—奥陶系地层为含磷岩系和硅质碳酸盐岩沉积，志留系地层为复理石及陆缘碎屑岩沉积建造，泥盆系地层为碎屑岩碳酸盐岩夹火山、火山碎屑岩建造；石炭系地层为一套火山岩及火山碎屑岩、正常沉积岩系；二叠系地层主体由双峰式火山岩组合(包括玄武岩、英安岩、流纹岩)夹碎屑岩组成，侏罗系地层为陆相碎屑含煤建造，新生界为洪坡积物。

本区区域上岩浆活动强烈，从元古代至古生代均有发育，以加里东晚期—海西期为主，侵入岩以中酸性岩为主，以岩基、岩株、岩脉产出。岩性主要为花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长斑岩、闪长玢岩、流纹斑岩等。志留纪火山岩以中酸性火山碎屑岩和中基性熔岩为主；泥盆纪火山岩由中酸性火山碎屑岩和熔岩组成；石炭纪火山岩发育，大哈拉军山组和伊什基里克组、阿克沙克组在区内分布广泛。其中大哈拉军山组为一套火山岩及火山碎屑岩组合，岩性为玄武岩、玄武质安山岩、安山岩、流纹岩、霏细岩、火山角砾岩、凝灰岩等。

备战矿区地层出露主要为早石炭统大哈拉军山组、阿克沙克组及第四系。大哈拉军山组为主要赋矿层位(图1)，分为2个岩性段：第1岩性段分布在备战矿区北部及中南部，总体走向为EW，出露不连续，下部未见底，北部以安山岩、英安质凝灰岩为主，局部夹大理岩，出露厚度183.80 m，沿走向向东厚度略增大，产状总体南倾；第2岩性段分布在备战矿区南翼，主要岩性为英安质凝灰岩、英安岩，局部夹含大理岩化灰岩，深部钻孔中局部夹玄武岩，总体走向为EW向，北倾，倾角60°～83°。矿区南翼西部因钾长花岗岩等的侵入缺失部分凝灰岩，岩石发生强烈矽卡岩化，中部的凝灰岩已全部蚀变为矽卡岩，东部蚀变较弱。

图1西天山区域地质图和备战铁矿地质图

Fig.1Regional Geological Map of Western Tianshan and Geological Map of Beizhan Iron Deposit

本矿区侵入岩发育，主要为分布在矿体南部的钾长花岗岩、钾长花岗斑岩、闪长玢岩以及辉绿玢岩脉等(图1)。矿区内发育褶皱、断层构造。矿区在区域上处于巩乃斯复式向斜北翼，在矿区内则表现为更复杂的紧闭复式向斜，轴面直立，总体轴向约280°，核部地层为早石炭统阿克沙克组的碳酸盐岩和细碎屑岩组合，翼部为大哈拉军山组，且向斜南翼大哈拉军山组的英安质火山碎屑岩被钾长花岗岩岩株侵入破坏。

矿区共圈定出6个矿体，以L3为主矿体，呈透镜状、脉状、似层状(图1)，产状上表现为上陡下缓，目前地表沿走向控制长880 m，至3 200 m标高控制长度达1 100 m；控制深度380 m，矿体最薄5.12 m，向深部急剧变厚，最厚处达294.99 m，矿体平均厚度为122.49 m。矿体中矿石的TFeO品位为23%～62%，平均品位为41.23%，矿化连续，品位较为均匀。矿石矿物以磁铁矿为主，体积分数为20%～90%，伴有黄铁矿、磁黄铁矿。黄铜矿微量，偶见闪锌矿、辉砷钴矿、赤铁矿、褐铁矿等，个别光片中偶见星点状自然铁。脉石矿物主要有绿帘石、透闪石、透辉石、石榴石、电气石、金云母、绿泥石、碳酸盐矿物菱镁矿、方解石及少量石英等。矿石主要结构有自形—半自形粒状结构、充填结构、交代结构、交代假象结构。矿石构造主要有致密块状构造、浸染状构造、角砾状构造、网脉状构造、斑杂状构造、纹层状构造。

本矿区围岩蚀变强烈，广泛发育有绿帘石化、透闪石化、阳起石化、透辉石化、金云母化、石榴石化、绿泥石化、电气石化、碳酸盐化、蛇纹石化、硅化等，蚀变分带并不明显。根据在矿区剖面及钻孔岩芯的观察，初步认为围岩蚀变在横向上从矿体向外围岩表现为电气石化和金云母化→矽卡岩化→碳酸盐化和硅化。

2岩相学特征

备战矿区钾长花岗岩呈浅肉红—灰白色，在矿区南部及西部大面积出露［图2(a)、(b)］，沿110°～290°方向展布，出露南北宽1 700 m，东西长大于4 000 m，延伸至矿区外。在矿区局部相变为石英正长斑岩，与钾长花岗斑岩之间为侵入接触关系，接触界限清晰、截然［图2(c)］；钾长花岗斑岩呈肉红色，矿区南部有小面积出露，呈脉状或岩枝状产出，侵位于钾长花岗岩之中，宽度370～450 m。剖面上，钾长花岗斑岩中包裹闪长玢岩的捕掳体［图2(d)］，并可见大量辉绿玢岩脉穿插于钾长花岗斑岩中［图2(e)］。依据出露岩石之间相互穿插和包裹的关系，初步分析岩体侵入的顺序为钾长花岗岩→闪长玢岩钾长花岗斑岩→辉绿玢岩。同时，含矿化矽卡岩沿着钾长花岗斑岩裂隙或断裂破碎带充填交代［图2(f)］。

本次分析的钾长花岗岩、钾长花岗斑岩样品采自备战矿区巷道北出口约100 m的西南剖面。所采集的岩石较为新鲜，钾长花岗岩具有半自形—他形粒状结构，主要组成矿物为钾长石和石英，其次为斜长石，偶见黑云母。钾长石体积分数为65%～70%，主要以正长石为主，少见微斜长石。正长石可见卡式双晶，条纹结构发育，形态以他形粒状为主，粒径为0.2～07 mm［图2(g)］；石英体积分数为20%～25%,呈他形粒状，粒径为0.1～1.0 mm［图2(g)］。斜长石体积分数低于5%，以钠长石为主，聚片双晶发育，少见环带发育的中长石［图2(h)］。所采样品中，暗色矿物少见，主要为黑云母，呈黄褐色，粒径为0.1～03 mm。岩石蚀变并不强烈；钾长石表面浑浊，发生一定高岭土化［图2(i)］，钠长石、中长石有弱的绢云母化；黑云母发生了绿泥石化［图2(i)］，并伴有榍石、磁铁矿析出。副矿物为锆石、榍石、磷灰石、磁铁矿等。

钾长花岗斑岩的矿物组成与钾长花岗岩一致。岩石具有斑状结构，斑晶由石英、长石组成，粒径为1～4 mm。石英斑晶呈浑圆状、聚斑状，具不均匀消光［图2(j)］；长石斑晶呈半自形—他形，可见以条纹结构发育的正长石［图2(k)］和聚片双晶发育的钠长石。基质具有细粒花岗结构，主要由石英(体积分数为30%～35%)、钾长石(体积分数为60%～65%，包括正长石和微斜长石)组成［图2(l)］，少见钠长石(体积分数为3%～5%)、黑云母(体积分数低于3%)。副矿物为锆石、磷灰石、磁铁矿等。

3测试条件及方法

岩石的主、微量元素含量分析在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室完成，主量元素分析利用X射线荧光光谱仪(LAB CENTER XRF1800)完成，分析精度优于2%；微量元素分析利用美国热电 X7 型ICPMS分析仪完成，分析流程参考文献［16］。

图2备战铁矿钾长花岗岩和钾长花岗斑岩的野外照片和显微照片

Fig.2Outcrop Photographs and Photomicrographs of Kfeldspar Granite and Kfeldspar Granite Porphyry

from Beizhan Iron Deposit

分析锆石的阴极发光(CL)图像拍照和LAMCICPMS锆石微区原位UPb定年测试在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室完成。分析简述如下：将所采样品经破碎、磁选和重选后，分离出锆石，在双目镜下挑选出具有代表性的锆石，用双面胶粘在载玻片上，放上PVC环，然后将环氧树脂和固化剂进行充分混合后注入PVC环中，待树脂充分固化后将样品座从载玻片上剥离，并对其进行抛光，直到样品露出一个光洁的平面，使锆石充分暴露，然后进行锆石CL图像照射和LAICPMS UPb分析。LAMCICPMS锆石微区原位UPb定年所用仪器为Finnigan Neptune型MCICPMS及与之配套的Newwave UP 213激光剥蚀系统。激光剥蚀所用束斑为25 μm，频率为10 Hz，能量密度约为2.5 J·cm-2，以He为载气。信号较小的207Pb、206Pb、204Pb(+204Hg)、202Hg用离子计数器(Multiioncounters)接收，208Pb、232Th、238U信号用法拉第杯接收，实现了所有目标同位素信号的同时接收并且不同质量数的峰基本上都是平坦的，进而可以获得高精度数据。均匀锆石颗粒N(207Pb)/N(206Pb)、n(206Pb)/n(238U)、n(207Pb)/n(235U)的测试精度均为2%左右，对锆石标准的定年精度和准确度在1%左右。LAMCICPMS激光剥蚀采样采用单点剥蚀的方式，数据分析前用锆石GJ1进行调试仪器，使之达到最优状态，锆石UPb定年以锆石GJ1为外标，w(U)和w(Th)以锆石M127(w(U)=923×10-6，w(Th)=439×10-6，w(Th)/w(U)=0.475［17］为外标进行校正。测试过程中，在每测定5~7个样品前后重复测定2个锆石GJ1对样品进行校正，并测量一个锆石Plesovice，观察仪器状态以保证测试的精确度，数据处理采用ICPMSDataCal程序进行［18］。测量过程中绝大多数分析点N(206Pb)/N(204Pb)>1 000，未进行普通铅校正；204Pb由离子计数器检测，w(204Pb)异常高的分析点可能受包体等普通铅的影响，对于w(204Pb)异常高的分析点在计算时剔除，锆石年龄谐和图用Isoplot 3.0程序获得。详细的分析流程可参见文献［19］。

4分析结果

4.1地球化学特征

岩石化学分析结果显示(表1)：钾长花岗岩和钾长花岗斑岩均属于高硅、高钾钙碱性系列。2件钾长花岗岩中SiO2含量(质量分数，下同)为7578%～75.88%，w(K2O)为4.79%～5.52%，w(Na2O)为280%～363%，w(K2O)+w(Na2O)为8.32%～8.42%，w(K2O)＞w(Na2O)，w(CaO)为0.52%～173%，w(MgO)为0.12%～0.22%，w(TFe2O3)

表1分析样品的主量和微量元素组成特征

Tab.1Major and Trace Element Compositions in Analyzed Samples

样品编号 BZY2 ZK005673.3 BZY1 样品编号 BZY2 ZK005673.3 BZY1

w(SiO2)/% 75.78 75.88 75.65 w(Cd)/10-6 0.25 0.057 0.31

w(TiO2)/% 0.17 0.15 0.24 w(In)/10-6 0.046 0.114 0.046

w(Al2O3)/% 12.19 11.92 13.01 w(Cs)/10-6 3.08 1.72 1.79

w(TFe2O3)/% 1.86 1.20 1.94 w(Ba)/10-6 69.94 159.00 270.70

w(MnO)/% 0.07 0.05 0.06 w(La)/10-6 31.02 17.21 30.14

w(MgO)/% 0.12 0.22 0.22 w(Ce)/10-6 72.60 46.37 64.81

w(CaO)/% 0.52 1.73 0.83 w(Pr)/10-6 6.75 5.24 7.00

w(Na2O)/% 3.63 2.80 3.86 w(Nd)/10-6 21.48 23.44 22.70

w(K2O)/% 4.79 5.52 4.79 w(Sm)/10-6 3.50 5.30 3.92

w(P2O5)/% 0.02 0.02 0.04 w(Eu)/10-6 0.13 0.12 0.35

(w(K2O)+w(Na2O))/% 8.42 8.32 8.65 w(Tb)/10-6 0.49 0.89 0.57

A/CNK值 1.007 0.868 0.997 w(Dy)/10-6 2.72 6.58 3.18

固结指数 1.17 2.27 2.06 w(Ho)/10-6 0.55 1.23 0.64

碱度率 4.93 4.12 4.33 w(Er)/10-6 1.60 3.73 1.86

里德曼指数 2.16 2.10 2.30 w(Tm)/10-6 0.24 0.55 0.28

w(Li)/10-6 0.150 0.000 0.081 w(Yb)/10-6 1.62 2.92 1.90

w(Be)/10-6 3.63 3.02 2.44 w(Lu)/10-6 0.23 0.53 0.28

w(Sc)/10-6 0.51 1.49 1.04 w(Hf)/10-6 4.38 4.41 4.88

w(V)/10-6 5.22 6.78 9.35 w(Ta)/10-6 1.38 1.63 0.90

w(Cr)/10-6 8.38 39.87 7.77 w(Pb)/10-6 13.44 5.42 14.24

w(Co)/10-6 0.90 1.36 2.16 w(Bi)/10-6 0.037 0.088 0.042

w(Ni)/10-6 6.36 3.98 6.40 w(Th)/10-6 9.51 10.66 8.72

w(Cu)/10-6 69.09 17.26 25.36 w(U)/10-6 3.19 4.66 2.49

w(Zn)/10-6 29.02 8.12 31.69 w(REE)/10-6 146.74 119.68 141.88

w(Ga)/10-6 12.99 14.95 13.65 w(LREE)/10-6 135.48 97.67 128.92

w(Rb)/10-6 213.90 198.60 164.40 w(HREE)/10-6 11.27 22.01 12.96

w(Sr)/10-6 31.46 75.93 90.39 w(LREE)/w(HREE) 12.02 4.44 9.95w(Y)/10-6 16.35 34.14 19.19 w(La)N/w(Yb)N 12.93 3.98 10.72

w(Zr)/10-6 177.70 115.90 236.90 δ(Eu) 0.11 0.06 0.26

w(Nb)/10-6 22.57 17.65 16.36 δ(Ce) 1.13 1.14 1.02

注：BZY2、ZK005673.3为钾长花岗岩；BZY1为钾长花岗斑岩;w(·)为元素或化合物含量;w(·)N为元素含量球粒陨石标准化后的值；wREE为稀土元素总含量;wLREE为轻稀土元素含量;wHREE为重稀土元素含量;δ(·)表示元素异常。

为120%～1.86%，w(Al2O3)为11.92%～12.19%；里德曼指数为2.10～2.16，碱度率为4.12～4.93，A/CNK值为0.868～1.007。1件钾长花岗斑岩中w(SiO2)为75.65%，w(K2O)为4.79%，w(Na2O)为386%，w(K2O)＞w(Na2O)，w(K2O)+w(Na2O)为865%，w(CaO)为083%，w(MgO)为022%，w(TFe2O3)为194%，w(Al2O3)为1301%，里德曼指数为23，碱度率为433，A/CNK值为0997。

钾长花岗岩中wREE为(11968～14674)×10-6，wLREE为(9767～13548)×10-6，wHREE为(1127～2201)×10-6，wLREE/wHREE为444～1202，w(La)N/w(Yb)N 为398～1293，δ(Eu)为006～011，δ(Ce)为

113～114；钾长花岗斑岩中wREE为14188×10-6，wLREE为128.62×10-6，wHREE为1296×10-6，轻、重稀土元素分馏明显，wLREE/wHREE为9.95，w(La)N/w(Yb)N为10.72，δ(Eu)为0.26，δ(Ce)为1.02。利用Taylor等提出的球粒陨石标准化方法［20］进行处理，其标准化稀土元素配分模式曲线表现为轻稀土元素富集，具有强烈Eu负异常、Ce正异常(图3)。岩石原始地幔标准化微量元素蛛网图上，钾长花岗岩与钾长花岗斑岩表现为一致的分配模式，均富集大离子亲石元素 Rb、Th、K，强烈亏损Ba、Sr、P、Ti(图3)。

ws-分析样品；wc-球粒陨石含量；wp-原始地幔含量；元素标准化数据引自文献［20］

图3备战铁矿钾长花岗岩和钾长花岗斑岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式和原始地幔标准化微量元素蛛网图

Fig.3Chondritenormalized REE Pattern and Primitive Mantlenormalized Trace Element Spider Diagram of

Kfeldpar Granite and Kfeldspar Granite Porphyry in Beizhan Iron Deposit

图4备战铁矿钾长花岗岩和钾长花岗斑岩中锆石阴极发光图像

Fig.4CL Images of Zircons from Kfeldspar Granite and Kfeldspar Granite Porphyry in Beizhan Iron Deposit

4.2锆石UPb年龄

锆石的阴极发光(CL)图像见图4，分析结果见表2。钾长花岗岩(BZY2)的CL图像显示，锆石以柱状为主，少见双锥状，晶体长度为80～265 μm。1号数据点锆石具有明显的核边结构，核部环带不发育，w(Th)为310.2×10-6，w(U)为1027×10-6，w(Th)/w(U)值为3.02，边部n(206Pb)/n(238U)表面年龄为293.0 Ma。而其余17个数据点

表2备战铁矿钾长花岗岩和钾长花岗斑岩的锆石LAICPMS同位素分析结果

Tab.2LAICPMS Isotopic Analysis Results for Zircons from Kfeldspar Granite and Kfeldspar

Granite Porphyry in Beizhan Iron Deposit

测点号 w(Pb)/

10-6 w(Th)/

10-6 w(U)/

10-6 N(207Pb)/

N(206Pb) n(207Pb)/

n(235U) n(206Pb)/

n(238U) n(208Pb)/

n(232Th) n(232Th)/

n(238U) N(207Pb)/

N(206Pb)

年龄/Ma n(207Pb)/

n(235U)

年龄/Ma n(206Pb)/

n(238U)

年龄/Ma n(208Pb)/

n(232Th)

年龄/Ma

BZY201 108.6 310.2 102.7 0.086 5±0.000 8 0.554 3±0.006 1 0.046 5±0.000 2 0.001 4±0.000 4 3.02 1 350.0±18.5 447.8±4.0 293.0±1.2 27.8±7.1

BZY202 40.1 66.7 77.4 0.075 1±0.013 9 0.368 0±0.019 3 0.049 0±0.002 4 0.005 7±0.001 7 0.86 1 072.2±373.9 318.2±14.3 308.5±14.8 113.8±34.7

BZY205 136.4 67.9 95.4 0.141 5±0.001 4 1.045 7±0.015 1 0.053 6±0.000 3 0.013 5±0.001 2 0.71 2 255.6±17.0 726.8±7.5 336.3±2.1 270.5±24.7

BZY206 56.3 77.2 124.9 0.063 5±0.013 3 0.364 5±0.034 4 0.047 7±0.000 7 0.011 2±0.004 3 0.62 724.1±452.7 315.6±25.6 300.7±4.2 225.7±85.7

BZY207 108.3 103.3 77.3 0.112 0±0.001 2 0.820 9±0.012 2 0.053 2±0.000 5 0.008 2±0.000 6 1.34 1 831.8±18.5 608.5±6.8 333.9±2.9 164.5±11.8

BZY208 60.3 83.0 107.5 0.063 9±0.014 3 0.355 1±0.021 4 0.048 5±0.000 7 0.012 2±0.003 6 0.77 738.9±487.8 308.5±16.0 305.4±4.2 245.8±70.9

BZY209 77.2 91.1 111.8 0.055 4±0.000 6 0.396 9±0.018 1 0.051 5±0.001 7 0.009 9±0.001 2 0.82 427.8±8.3 339.4±13.1 323.5±10.2 199.3±23.6

BZY210 53.7 52.0 73.0 0.055 3±0.001 1 0.394 9±0.014 3 0.050 8±0.000 7 0.010 9±0.001 0 0.71 433.4±38.0 338.0±10.4 319.6±4.1 218.6±20.9

BZY211 101.0 106.7 109.8 0.055 0±0.000 4 0.387 2±0.003 8 0.050 9±0.000 3 0.008 8±0.000 4 0.97 413.0±14.8 332.3±2.8 320.2±1.8 177.0±8.6

BZY212 65.9 72.8 106.5 0.053 2±0.001 4 0.377 9±0.011 8 0.051 5±0.000 5 0.009 9±0.000 9 0.68 344.5±59.3 325.5±8.7 323.6±3.1 199.7±17.5

BZY213 479.6 196.3 121.1 0.210 0±0.010 4 2.285 7±0.163 5 0.070 9±0.001 7 0.027 5±0.002 0 1.62 2 905.9±80.3 1 207.9±50.6 441.4±10.3 548.9±39.1

BZY214 88.1 102.1 101.9 0.110 7±0.038 7 0.484 2±0.093 3 0.063 9±0.016 9 0.027 4±0.009 3 1.00 1 813.0±676.1 401.0±63.9 399.1±102.6 547.0±183.7

BZY215 73.9 85.0 103.3 0.057 6±0.005 3 0.385 4±0.022 6 0.051 2±0.000 7 0.008 9±0.000 8 0.82 522.3±205.5 331.0±16.5 322.1±4.2 179.5±15.1

BZY216 43.8 41.8 38.6 0.087 2±0.016 2 0.397 8±0.016 7 0.051 5±0.001 4 0.066 5±0.022 5 1.08 1 365.1±364.0 340.0±12.1 323.6±8.3 1 301.1±425.7

BZY217 38.8 37.8 72.1 0.066 2±0.012 0 0.392 5±0.036 0 0.051 3±0.001 1 0.037 9±0.019 6 0.52 813.0±387.5 336.2±26.3 322.7±6.4 751.2±382.2

BZY218 49.8 48.7 37.2 0.053 0±0.001 0 0.371 2±0.007 5 0.050 8±0.000 3 0.009 4±0.000 6 1.31 327.8±44.4 320.6±5.6 319.6±1.5 188.6±11.4

BZY219 95.1 86.5 109.7 0.111 6±0.056 8 0.396 8±0.021 8 0.051 5±0.001 2 0.019 9±0.004 3 0.79 1 825.0±1 037.9 339.3±15.9 323.7±7.2 397.7±84.3

BZY220 78.6 93.4 109.0 0.103 3±0.024 0 0.390 7±0.021 1 0.050 8±0.000 8 0.015 6±0.003 9 0.86 1 683.6±436.1 334.9±15.4 319.2±5.1 312.6±77.7

BZY101 49.9 85.4 109.7 0.052 4±0.000 5 0.363 9±0.013 1 0.049 5±0.0009 0.003 0±0.001 1 0.78 301.9±20.4 315.1±9.7 310.2±5.7 60.2±22.2

BZY102 64.0 44.6 65.1 0.057 2±0.004 6 0.358 9±0.009 0 0.049 3±0.002 0 0.011 2±0.004 0 0.69 501.9±205.5 311.4±6.7 310.2±12.1 225.4±79.2

BZY103 51.7 70.9 84.9 0.080 9±0.026 0 0.347 9±0.009 1 0.047 7±0.000 9 0.005 1±0.001 4 0.84 1 220.4±668.6 303.2±6.8 300.5±5.6 103.4±29.1

BZY104 90.9 89.9 90.7 0.055 7±0.003 2 0.365 3±0.011 5 0.049 2±0.000 9 0.008 4±0.002 6 0.99 438.9±125.9 316.2±8.5 309.9±5.7 169.3±52.1

BZY105 37.8 33.1 47.4 0.056 2±0.004 2 0.358 8±0.010 7 0.048 4±0.001 2 0.022 1±0.009 2 0.70 461.2±164.8 311.4±8.0 304.9±7.1 441.5±181.1

BZY106 84.6 88.1 93.2 0.094 3±0.022 6 0.357 1±0.011 3 0.048 9±0.000 8 0.009 1±0.002 3 0.94 1 513.9±466.8 310.0±8.4 307.8±4.7 183.2±45.4

BZY107 110.6 106.7 112.3 0.058 6±0.005 1 0.356 8±0.011 3 0.048 9±0.001 0 0.009 8±0.003 1 0.95 550.0±192.6 309.8±8.4 308.0±6.4 196.6±61.2

BZY108 52.3 43.6 48.2 0.056 4±0.004 8 0.348 3±0.007 9 0.047 9±0.000 7 0.015 7±0.005 2 0.90 464.9±195.3 303.4±5.9 301.6±4.5 314.4±103.8

BZY109 97.1 67.1 79.0 0.070 7±0.018 4 0.344 2±0.007 0 0.047 6±0.000 5 0.010 9±0.001 2 0.85 950.0±553.7 300.3±5.3 299.7±3.1 219.2±23.5

BZY110 95.8 69.7 80.5 0.186 2±0.127 6 0.372 4±0.018 0 0.048 6±0.000 4 0.013 4±0.002 5 0.87 2 708.3±1 492.9 321.4±13.3 305.8±2.7 268.3±50.4

BZY112 117.4 99.3 116.5 0.054 9±0.002 2 0.365 8±0.021 1 0.048 3±0.000 8 0.010 4±0.001 5 0.85 409.3±88.9 316.5±15.7 304.3±4.9 209.6±29.2

BZY113 73.9 60.8 60.4 0.072 2±0.011 0 0.331 9±0.005 6 0.046 0±0.000 9 0.015 4±0.005 2 1.01 992.3±311.9 291.0±4.3 290.1±5.5 309.6±102.6

BZY114 52.0 53.2 72.1 0.051 6±0.001 1 0.353 2±0.016 3 0.048 6±0.000 5 0.009 7±0.001 5 0.74 333.4±50.0 307.2±12.2 306.0±3.3 195.6±30.5

BZY115 32.5 24.4 29.5 0.058 6±0.005 2 0.354 7±0.005 0 0.048 4±0.000 3 0.014 0±0.001 0 0.83 550.0±200.9 308.2±3.7 304.6±2.0 280.7±20.6

BZY116 87.6 89.4 113.0 0.052 4±0.000 6 0.359 5±0.007 2 0.049 5±0.000 5 0.007 7±0.000 4 0.79 301.9±27.8 311.8±5.4 311.1±2.8 154.3±8.6

BZY117 61.5 48.0 82.3 0.080 6±0.017 6 0.364 3±0.010 2 0.049 6±0.001 4 0.027 1±0.014 7 0.58 1 213.0±440.9 315.4±7.6 312.3±8.7 540.8±289.1

BZY118 66.2 57.7 61.3 0.055 0±0.000 9 0.370 3±0.007 0 0.048 8±0.000 3 0.010 3±0.000 9 0.94 409.3±41.7 319.9±5.2 307.1±2.0 207.3±17.5

BZY119 45.0 45.7 85.3 0.117 3±0.055 6 0.377 0±0.029 9 0.049 5±0.001 1 0.031 5±0.013 7 0.54 1 916.7±961.1 324.8±22.1 311.5±6.4 627.3±269.2

BZY120 90.3 94.4 104.3 0.053 3±0.000 2 0.362 2±0.002 5 0.049 3±0.000 3 0.008 0±0.000 5 0.91 342.7±9.3 313.8±1.8 310.3±2.0 160.7±9.9

注：N(·)/N(·)为同一元素同位素比值，N(·)为该元素的原子丰度；n(·)/n(·)为不同元素同位素比值，n(·)为元素的物质的量。

图5备战铁矿钾长花岗岩和钾长花岗斑岩锆石UPb谐和图和加权平均年龄

Fig.5Zircon UPb Concordia Diagrams and Weighted Average Ages from Kfeldspar Granite and

Kfeldspar Granite Porphyry in Beizhan Iron Deposit

具有清晰的震荡环带，w(Th)为(41.8～196.3)×10-6，w(U)为(37.2～121.1)×10-6，w(Th)/w(U)值为0.52～1.62，代表了岩浆成因锆石(w(Th)/w(U)>04)［21］。锆石的n(206Pb)/n(238U)表面年龄为300.7～441.4 Ma。其中：13、14号数据点位于锆石核部，n(206Pb)/n(238U)表面

年龄为399.1～441.4 Ma，可能代表捕获锆石的年龄；其他10个数据点n(206Pb)/n(238U)表面年龄变化小，为319.2～323.6 Ma，数据点谐和性较好，n(206Pb)/n(238U)加权平均年龄为(320.5±1.9)Ma(平均标准权重偏差(MSWD)为0.24，图5)，数据置信度高于95%，该年龄可以代表岩石主体的结晶年龄。

钾长花岗斑岩(BZY1)中锆石的CL图像显示(图4)，锆石以长柱状为主，长度为75～325 μm，长宽比为1∶1～1∶2，具有较为清晰的震荡环带。锆石w(Th)为(24.4～106.7)×10-6，w(U)为(295～1165)×10-6，w(Th)/w(U)值为054～101，代表了岩浆成因锆石［21］。分析的19个有效数据点n(206Pb)/n(238U)表面年龄为291～325 Ma(表1)，这些数据点谐和性较好，n(206Pb)/n(238U)加权平均年龄为(306.8±1.6)Ma(MSWD值为099，图5)，该年龄代表了岩石结晶年龄。

5讨论

西天山地区发育大量古生代侵入岩，出露面积较大，约占30%［2223］。侵入岩的时代集中在奥陶纪—二叠纪［2224］。广泛发育的320～450 Ma花岗岩地球化学特征显示其具有岛弧花岗岩的属性［2526］，暗示着志留纪—早石炭世末南天山洋一直向北持续俯冲［24］，侵位于北天山蛇绿岩混杂岩带巴音沟地区的偏碱性花岗岩SHRIMP锆石UPb年龄为316 Ma［2728］，表明北天山洋在早石炭世末已经闭合，南天山洋俯冲活动还在进行［22,24,2728］。

西天山地区古生代火山岩分布广泛，尤其是大哈拉军山组火山岩，形成时代跨度较大，从西天山西段的晚泥盆世(>363 Ma)［2930］、中部新源县城南沿那拉提北坡的早石炭世(352~355 Ma)［2932］，一直延续到

东部的拉尔敦达坂晚石炭世(约312 Ma)［22,2934］以及备战矿区(约301 Ma)［4,6,911,13］，整体上表现为从西向东逐渐变年轻的趋势。火山岩具有高钾钙碱性地球化学特征，具有大陆弧岩浆的属性［2534］；朱永峰等通过SrNd同位素地球化学研究，提出西天山东部火山岩与西部火山岩具有不同的SrNd同位素组成，岩浆源区的时空变化规律显示西天山早石炭世—晚石炭世构造体制处于从俯冲向碰撞后环境的转变［30］，晚泥盆世—早石炭世则为大陆弧环境，从西向东逐渐消失，晚石炭世则为陆内裂谷环境，伴随有中酸性火山岩浆的喷发。

朱志新等总结了西天山古生代侵入岩的时空分布、地质特征及地球化学特征，提出了西天山早古生代及其以前的侵入岩为一套与洋盆收敛俯冲有关的钙碱性侵入岩；晚石炭世及其以后的古生代侵入岩为一套与同碰撞有关的富铝花岗岩和后造山的富钾花岗岩［22］。

本次获得的钾长花岗岩成岩时代为(320.5±1.9)Ma，钾长花岗斑岩为(306.8±1.6)Ma，处于早石炭世末期—晚石炭世，两者之间为脉动侵入接触。岩石地球化学研究结果显示，岩石属于高钾钙碱性系列，富集大离子亲石元素Rb、K，亏损高场强元素，具有明显的Ba、Sr、P、Ti负异常，这些特征与西天山石炭世火山岩的岩石地球化学特征相似，具有火山弧型岩浆岩的特点［22，25，2934］。在花岗岩类构造环境w(Rb)w(Yb)+w(Ta)、w(Ta)w(Yb)、w(Rb)w(Yb)+w(Nb)判别图［图6(b)~(d)］中，其落在火山弧与同碰撞花岗岩界限附近，偏向于火山弧花岗岩；在w(Nb)w(Zr)、w(Rb)/10w(Hf)3w(Ta)、w(Rb)/30w(Hf)3w(Ta)判别图［图6(a)、(e)、(f)］中，其偏向于碰撞大地构造背景花岗岩区域；结合区域火山岩研究成果，区内钾长花岗岩、钾长花岗斑岩为同源岩浆活动的产物，可能形成于早石炭世—晚石炭世期间的南天山洋俯冲结束向陆内碰撞造山带转换过程中。区内广泛分布辉绿玢岩脉，锆石UPb年龄为(304.0±1.2)Ma，穿插于钾长花岗斑岩、石炭纪的地层中，也暗示在晚石炭世—二叠世俯冲造山过程中有伸展拉张事件发生。

6结语

(1)新疆备战铁矿钾长花岗岩、钾长花岗斑岩在成分上属于高钾钙碱性系列，富集大离子亲石元素Rb、K，亏损高场强元素，具有明显的Ba、Sr、P、Ti负异常，轻、重稀土元素分馏明显，侵入时代分别为 (320.5±1.9)Ma和(306.8±1.6)Ma。

(2)岩石形成于早石炭世末期—晚石炭世期间的南天山洋俯冲结束向陆内碰撞造山带转换过程中。

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VAG-火山弧花岗岩；WPG-板内花岗岩；synCOLG-同碰撞花岗岩；ORG-洋中脊花岗岩；图(a)~(d)底图引自文献［35］；

图(e)和(f)底图引自文献［36］

图6备战铁矿花岗岩类岩石构造环境判别图解

Fig.6Discrimination Diagrams of Tectonic Setting for Kfeldspar Granite and Kfeldspar Granite

Porphyry in Beizhan Iron Deposit

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