新疆阿尔泰造山带塔尔结拜-科布克特-库卫铜镍钛铁矿区镁铁质侵入岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地球化学特征

吴晓贵，秦纪华，安康，张立武，闫宏宽，胡林朝，朱伯鹏

(新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第四地质大队,新疆 阿勒泰 836500)

新疆阿尔泰造山带塔尔结拜-科布克特-库卫铜镍钛铁矿区镁铁质侵入岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地球化学特征

吴晓贵，秦纪华，安康，张立武，闫宏宽，胡林朝，朱伯鹏

(新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第四地质大队,新疆 阿勒泰 836500)

新疆阿尔泰造山带塔尔结拜-科布克特-库卫镁铁质岩中产有塔尔结拜铜镍矿和库卫低品位钒钛磁铁矿床。经研究分析识别出两个具不同成矿专属性的岩石系列：①与钒钛磁铁矿化有关的钛铁系列。矿化岩石主要为中细粒辉长岩，次为闪长岩，岩石相对偏基性，以富碱、富铁、高钛、铝、钙而镁铁指数(m/f)低为特征，具明显正铕异常，强不相容元素Rb，Ba，K和中等不相容元素Sr总体富集，Ce相对亏损；②与铜镍硫化物矿化有关的铜镍系列。岩石组合为辉石橄榄岩-橄榄辉石岩-辉石岩-蚀变辉长岩，偏超基性，富镁，贫钛、铁，相对低铝、硅和钾、钠，具弱正铕异常或负铕异常，强不相容元素Rb，Ba，Th，K和中等不相容元素Sr总体亏损，Ce相对富集。铜镍系列岩石锆石U-Pb加权平均年龄（406.8±1.0）Ma，钛铁系列科布克特岩体锆石U-Pb加权平均年龄（407.8±1.2）Ma，二者形成于陆缘弧环境，岩浆来源亏损地幔。

新疆；阿尔泰；镁铁质侵入岩；钛铁系列；铜镍系列；年龄

塔尔结拜-科布克特-库卫矿区位于新疆阿尔泰山东段，属北阿尔泰山弧带哈龙-清河地块(图1)①新疆地矿局第四地质大队.新疆富蕴县克孜勒哈特铜镍矿预查报告，2015。2006年新疆地矿局第四地质大队于库卫一带发现镁铁质岩体磁铁矿含量普遍较高，局部见少量黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿等金属硫化物矿化；2011年在塔尔结拜橄榄辉石岩中发现稀疏浸染状铜镍矿石。该区镁铁质岩特征与新疆香山地区铜镍-钛铁矿床相似[1]，具较好找矿前景。赵莉 、周刚等对邻近库卫岩体进行了研究[2-3]。前人对库卫-塔尔结拜一带钛铁矿化-铜镍矿化系列镁铁质侵入岩尚未开展系统对比研究。新疆北部仅王玉往等对发现的铜镍-钛铁复合型矿化镁铁-超镁铁东天山香山岩体、西天山哈拉达拉岩体、二红洼岩体、牛毛泉岩体开展了研究[4]，认为香山杂岩体钛铁系列岩石相对偏酸性，化学成分以富碱、富铁、高钛、硅、铝、钙，钙碱指数(calk/m)高，镁铁指数(m/f)低为特征；铜镍系列明显富镁，贫铁、钛，具相对低的硅、铝、钾、钠含量，稀土和微量元素分布曲线平缓。肖庆华等对哈密香山铜镍-钛铁矿化岩体进行矿相学、锆石U-Pb年代学及岩石地球化学研究[5]，认为钛铁系列辉长岩具相对高的REE、SiO2(平均48.99%)、K2O+Na2O(平均3.43%)、TiO2(平均1.26%)和明显低的Mg#值(平均62.4)，分异程度高于铜镍系列。

本文选择塔尔结拜-科布克特-库卫一带镁铁质岩体进行同位素年代学研究，了解钛铁矿化-铜镍矿化系列镁铁质侵入岩地球化学特征差异，探讨其地质意义。

1 镁铁质岩体特征

塔尔结拜基性岩体由多个呈囊状产出的基性岩体组成，岩体规模较小，主要由角闪辉长岩、橄榄辉石岩组成，呈NW向脉状、囊状产出，部分岩体具明显分相性，由辉石橄榄岩、橄榄辉石岩、辉石岩、变质辉长岩等岩相组成，岩体边缘相可见黑云角闪辉长岩。辉石橄榄岩、橄榄辉石岩相中含星点状、团斑状含镍磁黄铁矿和黄铜矿及薄膜状、浸染状孔雀石矿化，基性岩体多具阳起石化、透闪石化、次闪石化。铜镍矿化岩体部分地段有岩株状磁铁矿化辉长岩穿插。2011年于橄榄辉石岩中发现视厚度不大的稀疏浸染状铜镍矿石，铜品位最高0.79%；镍品位最高0.31%。

图1 科布克特-库卫-塔尔结拜一带地质略图Fig.1 The map showing distribution of Kebukete-Kuwei-Taerjiebai intrusions(据新疆地矿局第四地质大队，2015)1.中元古界苏普特岩群上岩组(含石榴石)黑云母石英片岩、变粒岩；2.中元古界苏普特岩群下岩组第二段(含石榴石)黑云斜长片麻岩、(含石榴石)黑云母石英片岩、变粒岩；3.中元古界苏普特岩群下岩组第一段（含蓝晶石）黑云斜长片麻岩、(含蓝晶石)黑云母石英片岩；4.晚泥盆世英云闪长岩；5.早泥盆世黑云母花岗岩；6.早泥盆世闪长岩；7.早泥盆世镁铁质-超镁铁质杂岩；8.石英脉；9.性质不明断层；10.年龄样品采集点

科布克特镁铁质岩体侵位于中元古界苏普特岩群下岩组与英云闪长岩间，地表形态近似扇贝，中间宽，最宽1 200 m，两端尖窄，仅50~150 m，总长约3 000 m，总体呈EW走向，主要由中细粒变质辉长岩、中粗粒变质辉长岩、细粒闪长岩组成，具不对称岩相分带特征，2013年新疆地矿局第四地质大队在变质辉长岩中发现磁铁矿化。

库卫岩体为区内出露范围最大的基性岩体，沿中元古界苏普特岩群下岩组与早泥盆世黑云母花岗岩接触带侵入，地表形态呈岩瘤状、似透镜状，东西长约8 000 m，宽500～2 300 m，长轴走向310°左右。岩体主要由细粒辉长岩、闪长岩组成，见少量含镁尖晶石角闪岩、橄榄二辉辉长岩、辉绿辉长岩和中细粒角闪辉长岩。岩体以钒钛磁铁矿化为主，矿化岩石主要为中细粒辉长岩，次为闪长岩，部分地段可见铜镍矿化。

研究对比发现，科布克特、库卫岩体中钒钛含量较高，铜镍含量较低；塔尔结拜岩体中铜镍含量较高，钒钛含量低。该区基性岩存在两个系列，即与钒钛磁铁矿化有关的中细粒辉长岩-闪长岩系列和与铜镍矿化有关的辉石橄榄岩-橄榄辉石岩-辉石岩-蚀变辉长岩系列，两系列以F2断裂为界，北部钛铁系列为科布克特-库卫岩体，南部铜镍系列为塔尔结拜岩体。

2 岩石地球化学特征

所有样品中，T01、T02、T03属铜镍系列岩石样品，其余属钛铁系列样品。本次在塔尔结拜-科布克特侵入杂岩中共采集样品5件。其中塔尔结拜T01、T02、T03属同一岩体，科布克特K01、K02属同一岩体。主、微量元素测试在澳实矿物实验室(广州)完成，主量元素采用ME-XRF26测试，微量元素采用ME-MS61测试，稀土元素采用ME-MS81测试。

2.1 主量元素特征

塔尔结拜-科布克特-库卫岩体中主量元素及微量元素含量见表1。由表1看出，钛铁系列岩体MgO含量较铜镍系列岩体低，前者Al2O3、CaO含量较后者高。岩石碱度SiO2-碱图上(图2)，铜镍系列岩石除边缘相黑云角闪辉长岩外，均呈偏超基性低碱低硅特征，钒钛磁铁矿化岩石具相对富碱的偏基性特征。据白文吉等对超镁铁质的划分[6]，铜镍系列岩石除边缘相黑云角闪辉长岩外，m/f(原子数比值)大于2，属镁铁质岩类；钒钛磁铁矿化岩石m/f(原子数比值)小于2，属铁质岩类。在FeO*-FeO*/MgO图中(图2)，铜镍系列富镁、贫铁，钛铁系列相反，富铁、贫镁。

表1 塔尔结拜-科布克特-库卫岩体岩石化学成分Table 1 Major and trace element contents of mafic rocks from Taerjiebai-Kebukete-Kuwei area

铜镍系列岩石Mg#较钛铁系列高，较喀拉通克(43~67)高。钛铁系列岩石的m/f（1.04~1.47）较典型钒钛磁铁矿——新疆尾亚的m/f（0.41~1.19）高[7-8]，碱度相对较低，更靠近铜镍系列岩石；本区铜镍系列Al2O3含量较典型熔离型铜镍矿——喀拉通克铜镍矿Al2O3含量低[9]，说明本区两系列岩石具铜镍硫化物矿床和钒钛磁铁矿矿床含矿岩石过渡特征。

2.2 稀土元素特征

图2 塔尔结拜-科布克特-库卫岩体不同类型岩石硅酸盐成分系列图解Fig.2 Silicate ingredient diagrams of different rock series from the Taerjiebai-Kebukete-Kuwei mafic rock

塔尔结拜-科布克特-库卫镁铁质岩除KO2外，均具轻稀土曲线倾斜(图3)、重稀土元素含量低且曲线平缓特征。铜镍系列岩石稀土分布曲线右倾，ΣREE值为14.80×10-6~72.15×10-6，随SiO2含量的增加明显增加，(La/Yb)N=0.59~5.51(N代表Boynton球粒陨石标准化[10])，稀土分布图上具较低的正铕异常或负铕异常(δEu=0.78~1.07)。钛铁系列岩石ΣREE值为9.97×10-6~32.73×10-6，随SiO2含量增加明显增加，(La/Yb)N=1.77~4.43，稀土分布图上均具正的铕异常(δEu=1.03~1.84)，可能是岩石中发育以斜长石为主的堆晶所致。

2.3 微量元素特征

图3 塔尔结拜-科布克特-库卫岩体不同类型岩石稀土、微量元素分布曲线Fig.3 REE and trace element diagrams of different rock series from the Taerjiebai-Kebukete-Kuwei mafic rock

塔尔结拜-科布克特-库卫镁铁质岩石微量元素含量多高于Sun的原始地幔值(图3)[11]，(Rb/Yb)N大于1。铜镍系列岩石与钛铁系列岩石间的差异较明显。铜镍系列岩石强不相容元素Rb，Ba，Th，K和中等不相容元素Sr总体亏损，Ce相对富集，(Rb/Yb)N= 5.48~7.93，属镁铁系列，可能为亏损型地幔源（或分离结晶程度较弱的残余熔体）。较弱的负Sr异常可能与斜长石分离结晶有关或由后期交代蚀变Sr迁移导致[12]。所有样品均具不同程度Nb亏损，即具较高的(Ta/Nb)N比值(大于1)，说明该系列岩石经一定分异作用[1]。

钛铁系列岩石与铜镍系列岩石分布曲线不一致，强不相容元素Ba，K和中等不相容元素Sr总体富集，Ce相对亏损，可能与其含榍石或金红石等副矿物有关。(Rb/Yb)N值除K01外均大于7.34，具正Sr异常，应与斜长石堆晶作用有关。较低的Ta/Nb比值（小于1）说明岩石分异作用较弱。钛铁系列岩石中Rb，Sr较铜镍系列高(蚀变较强的T02除外)，可能与角闪石含量较高有关[13]。

3 锆石U-Pb同位素年龄

本次测年锆石从科布克特-塔尔结拜岩体辉长岩中挑选，锆石样品靶的制作和锆石阴极发光照相在北京锆年领航科技有限公司完成。锆石U-Pb定年在中国地质科学院矿产资源研究所同位素实验室完成，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。锆石定年激光剥蚀所用斑束直径为25 μm，频率为10 Hz，能量密度约为2.5 J/cm3，以He为载气。测试过程中每测定10个样品后，前后重复测定3个锆石标样进行校正。数据处理采用ICPMADataCa4.3程序，谐和年龄图采用Isoplot3.0程序获得，分析结果见表2，详细测试过程见文献[14]。分选出的锆石以无色透明为主，短柱状，直径10~50 μm。在阴极发光图上，T02挑选部分捕获锆石进行测试，锆石多具明显振荡环带，反映岩浆锆石特点。由表2看出，T02和K01锆石Th/U值较高，分别为0.10~3.21、0.28~2.17，显示岩浆锆石特点，与其形态特点一致。由图4可知，T02的22个锆石测点和K01的25个锆石测点，除部分捕获锆石测点外，其余岩浆锆石测点在误差范围内具一致的U-Pb年龄，均落在U-Pb一致曲线上，分别构成单一的正态分布形式，206Pb/238U年龄加权平均值分别为（406.8±1.0）Ma，MSWD=0.74；（407.8± 1.2）Ma，MSWD=0.72，代表塔尔结拜岩体和科布克特岩体结晶年龄，均为早泥盆世。

图4 科布克特-塔尔结拜岩体锆石U-Pb年龄谐和图Fig.4 Zircon U-Pb age concordia diagram of the Taerjiebai-Kebukete-Kuwei mafic rock

4 讨论

4.1 岩体形成时代及形成环境

本次所测塔尔结拜黑云角闪辉长岩锆石U-Pb加权平均年龄为（406.8±1.0）Ma，科布克特变质辉长岩锆石U-Pb加权平均年龄为（407.8±1.2）Ma，各测点206Pb/238U年龄在误差范围内基本一致，加权平均年龄误差小，MSWD分别为0.74和0.72，数据较可靠。周刚等对库卫岩体进行La-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定[3]，27粒锆石加权平均年龄为（381.2±2.8）Ma；孙敏等测得库卫一带片麻状黑云母花岗岩锆石U-Pb年龄为（378±6）Ma[15]；王涛等测得可可托海辉长岩锆石U-Pb年龄为（408±6）Ma[16]，阿尔泰东部青格里闪长岩锆石U-Pb年龄为402~386 Ma[17]，表明区域上存在408~380 Ma的深成岩浆活动，以酸性岩为主，包含部分中基性-超基性岩石。

本区构造上位于麦兹-冲乎尔裂陷盆地北缘[18]，该裂陷盆主要由下泥盆统康布铁堡组和中泥盆统阿勒泰组构成。刘伟等测得盆地东部边缘康布铁堡组流纹岩和花岗闪长玢岩锆石U-Pb谐和年龄为401 Ma[19]；唐卓等通过LA-ICP-MS锆石U-Pb测年获得阿尔泰南缘克朗火山-沉积盆地内流纹岩年龄为（392.4±2.4）M a；张进红等获得康布铁堡组火山岩的锆石U -P b年龄(407.3±9.2) Ma[21]。说明408~380Ma，阿尔泰地区存在广泛的深成岩浆活动，发生了强烈的火山喷发活动，二者共同构成阿尔泰南缘大陆边缘岩浆弧。周刚等认为苏普特双峰式火山岩形成年龄为（372～365.5）Ma[22-24]，代表该火山盆地最后拉张时期，古亚洲洋向西伯利亚板块俯冲于晚泥盆世早期结束。塔尔结拜-科布克特-库卫基性岩体位于麦兹-冲乎尔裂陷盆地北缘，侵位于中元古界苏普特岩群中，结合Zr/Y-Ti/Y图解（图5）[25]，其构造环境应为陆缘弧环境。

表2 科布克特-塔尔结拜岩体La-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定结果表Table 2 La-ICP-MS zirconU-Pbdatingresults table ofKebukete-Taerjiebai mafic rock

续表2

图5 塔尔结拜-科布克特-库卫岩体Zr/Y-Ti/Y构造判别图Fig.5 Zr/Y-Ti/Y diagrams of Taerjiebai-Kebukete-Kuwei mafic rock

4.2 岩浆源区及演化

钛铁系列岩石为相对富碱的偏基性岩石，化学成分以富碱、富铁、高钛、铝、钙而镁铁指数(m/f)低为特征，斜长石堆积作用和分离结晶作用明显；铜镍系列岩石组合偏超基性，化学成分上明显富镁，贫钛、铁，具相对较低的铝、硅和钾、钠含量，强不相容元素的总体亏损，表明其来源于亏损地幔。两岩石系列在较小区域内共存，二者岩石类型、岩石地球化学表现部分相似性，岩石均含有一定数量的普通角闪石，可能为同一岩浆深渊分异演化产物。钛铁系列岩石明显的正Sr异常及较低的重稀土含量，说明其源岩可能受俯冲板片流体的交代。

结合岩浆演化特征及王玉往等对香山铜镍钛铁矿区岩石演化研究[1]，笔者认为深部岩浆演化初期橄榄石(和斜方辉石)开始析晶并往深部沉降，在深部形成“晶粥”状，上部残余熔浆成分富含钙、铝和钠、钾。铜镍系列岩浆熔体处于岩浆房下部，具类似拉斑玄武岩浆特征，低碱、低钛和富镁；钛铁系列岩浆位于上部，具偏基性富碱岩浆特点。由于贯通地壳的断裂构造作用，上部钛铁系列岩浆先行分级次抽出上侵，形成规模较大、相对偏酸性的基性杂岩。而深部富含橄榄石的“晶粥”因压力骤减重新熔化，形成富镁的铜镍系列熔浆，并侵入上部地壳后在岩浆房里发生就地分异。上、下两部分岩浆熔体间未必截然分界，特别是处在下部的铜镍系列子岩浆沿袭钛铁系列岩浆的一部分通道，连带上来一小部分钛铁系列岩浆，钛铁系列岩石的两种结晶年龄和塔尔结拜铜镍系列岩体中的岩株状磁铁矿化岩石是比较直接的证据。

5 结论

（1）铜镍系列岩石锆石U-Pb加权平均年龄为（406.8±1.0）Ma，钛铁系列岩石中科布克特岩体锆石U-Pb加权平均年龄为（407.8±1.2）Ma，库卫岩体锆石U-Pb加权平均年龄为（381.2±2.8）Ma。（381.2±2.8）Ma可能代表后期钛铁系列岩浆再次侵位结晶年龄。

（2）铜镍系列岩石组合偏超基性，化学成分上富镁，贫钛、铁，具相对较低的铝、硅和钾、钠，较低的正铕异常或负铕异常，强不相容元素Rb，Ba，Th，K和中等不相容元素Sr总体亏损，Ce相对富集特征；钛铁系列岩石为相对富碱的偏基性岩石，化学成分以富碱、富铁、高钛、铝、钙而镁铁指数(m/f)低为特征，具明显正铕异常，强不相容元素Ba，K和中等不相容元素Sr总体富集，Ce相对亏损特征。

（3）塔尔结拜-科布克特-库卫镁铁质岩体形成于陆缘弧环境，铜镍系列和钛铁系列岩石均来源于亏损地幔。

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LA-MC-ICP-MS Zircon U-Pb Geochronology and Geochemical Study of Mafic Rock at Taerjiebai-Kebukete-Kuwei Cu-Ni-Ti-Fe ore district in Altay Orogenic Belt,Xinjiang

Wu Xiaogui,Qin Jihua,An Kang,Zhang Liwu,Yan Hongkuan,Hu Linchao,Zhu Bopeng
(No.4 Geological Team,Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources,Altay，Xinjiang，836500)

The mafic rock in the Taerjiebai-Kebukete-Kuwei area of the Altay Orogenic Belt in Xinjiang,output Taerjiebai Cu-Ni ore deposit and Kuwei V-Ti-Fe ore deposit.Through systematical investigation and analysis,a detailed petrology and geochemistry research was carried out and two rock series with different metallogenetic specialization in study area have been identified.①Rock series related to V-Ti-Fe mineralization with rock association of gabbro and diorite,shortly called as“Ti-Fe rock series”.This series is characterized by basic,alkali,Fe,Ti,Al,Ca-rich,but low mafic index(m/f),obviously positive Eu anomaly,Ba,K,Sr-rich and lower Ce in chemical composition②Rock series related to Cu-Ni mineralization with rock association of pyroxene peridotite-Olivine pyroxenolite-pyroxenite-allalinite,shortly called as“Cu-Ni rock series”.This serie is characterized by ultrabasic,Mg-rich,and relatively lower Fe,Ti,Al,Si,K and Na,feeblish positive or negative Eu anomaly,Rb,Ba,Th,K,Sr-poor and Ce-rich in chemical composition.Zircon La-ICP-MS U-Pb age of Cu-Ni rock series is(406.8±1.0)Ma,Zircon La-ICP-MS U-Pb age of Ti-Fe rock series is(407.8±1.2)Ma,both of them are formed in continental margin arc environment.The magma is mainly from the depleted-mantle.

Xinjiang;Altay;Mafic pluton;Ti-Fe rock series;Cu-Ni rock series;LA-MC-ICP-MS zircon U-Pb dating

1000-8845(2016)02-170-09

P597+.3

A

项目资助：中国地质调查局地质调查工作项目（12120112206270）资助

2015-01-30;

2015-04-14;作者E-mail：517599423@qq.com

吴晓贵（1986-），男，江苏泰兴人，硕士，工程师，2012年毕业于北京科技大学矿产普查与勘探专业，从事地质矿产勘查