西天山可克萨拉呼斯特岩体地球化学特征及地质意义

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(1.长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安 710054；2.国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室，陕西 西安 710054)

西天山是斑岩型、矽卡岩型、斑岩-矽卡岩复合型铁铜钼矿床及热液型金铅锌矿床的重要产区(陈毓川等，2008；PIRAJNO et al.,2011)。位于西天山北缘博罗科努古生代复合岛弧带内的可克萨拉—莱利斯高尔一带近年发现多处铁铜、钼、铅锌矿产地(冯京等，2011；程松林等，2009)，可克萨拉矽卡岩型铜铁矿床即是其中之一(顾雪祥等，2013；高虎，2014；万阈等，2016；王新利等，2016)。由于铜铁矿化的时代较难确定，前人推测赋矿呼斯特岩体形成于晚泥盆世，从而推断成矿时代大致为晚泥盆世(万阈等，2011)。

此后，顾雪祥等(2013)于可克萨拉矽卡岩型铜铁矿床中获得辉钼矿(295±1)Ma的辉钼矿Re-Os年龄，引发了该矿成矿、成岩时代的争质。区域上，泥盆纪—早石炭世为沟-弧-盆体系(姜常义等，1993；朱永峰等，2007；朱志新等，2011；茹艳娇等，2012；李大鹏等，2013；解洪晶等，2013； TANG et al.,2013,2014；AN et al.,2014；李永军等，2017)。因此，这一时期形成的花岗岩类均有弧构造印记，区内已发现的二叠纪的花岗岩类均为造山后或是陆内花岗岩类(童英等，2010；GAO et al.,1998；WANG et al.,2009；HAN et al.,2006；TANG et al.,2010)。因此，呼斯特花岗岩的地球化学信息成为佐证成岩、成矿时代的主要途径。

1 呼斯特花岗岩地质特征

研究区位于西天山博罗霍洛山坡大断裂之北，大地构造位置处于博罗科努古生代岛弧带(顾雪祥等，2013)。区域上华力西期中酸性侵入岩发育，多呈岩基和岩株产出，主要呈北西向分布在大断裂两侧(图1)。呼斯特岩体是提供成矿物质和形成可克萨拉铁铜矿床的主要岩体(万阈等，2011；顾雪祥等，2013；高虎，2014)。岩体主体侵入于呼独克达坂组海相碳酸盐岩中，总体为北西向带状，出露面积约170km2(章永梅等，2016)，与围岩接触带多见矽卡岩化以及矿化蚀变。由地质填图证实，呼斯特岩体是一较为典型的复式岩体，岩石类型主要有石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩和正长花岗岩。笔者于该岩体花岗闪长岩中新获得LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(370.5±5.5) Ma(MSWD=0.58，95%置信度)。根据项目实地考察，可以推断该区发生了多期岩浆活动才导致如今的花岗岩的分布格局，推测呼斯特岩体形成的早晚顺序分别为石英闪长岩—花岗闪长岩—二长花岗岩—正长花岗岩(图2)。

1.冲洪积物；2.上石炭统东图津河组；3.中泥盆统汗吉尕组；4.上奥陶统呼独克达坂组；5.上奥陶统呼独克达坂组二段；6.上奥陶统呼独克达坂组一段；7.晚石炭世二长花岗岩；8.晚石炭世正长花岗岩；9.晚石炭世花岗闪长岩；10.晚泥盆世二长花岗岩；11.晚泥盆世正长花岗岩；12.晚泥盆世花岗闪长岩；13.晚泥盆世石英闪长岩；14.含矿矽卡岩带；15.矿化蚀变带；16.断层；17.推测断层；18.可克萨拉研究区图1 新疆西天山可克萨拉地质图(据顾雪祥等，2013；有改动)Fig.1 Geological map of the Kekesala deposit in western Tianshan, Xinjiang

a.花岗闪长岩岩；b.花岗闪长岩岩显微照；c.石英闪长岩与二长花岗岩突变接触；d.二长花岗岩；e.二长花岗岩显微照；f.二长花岗岩中的花岗闪长岩捕掳体；g.正长花岗岩；h. 正长花岗岩显微照；i.二长花岗岩中的的正长花岗岩脉；γδ.花岗闪长岩；ηγ.二长花岗岩；ξγ.正长花岗岩；δo.石英闪长岩；Qtz.石英；Pl.斜长石；Kfs.钾长石；Am.角闪石；Bi.黑云母图2 矿区部分侵入岩野外照片及显微镜下照片Fig.2 Outcropand microphotographs for some intrusive rocks in the mining area

石英闪长岩：主要处于研究区中部，出露面积较小，与二长花岗岩呈突变接触关系，在其接触部位可见由二长花岗岩侵位形成的烘烤边。局部与上奥陶统呼独克达坂组一段碳酸盐岩接触形成矽卡岩带，并在该处发现了铁铜矿化。岩石呈灰白色，具中粒结构，块状构造。主要造岩矿物由石英(10%～15%)、碱性长石(5%～10%)、斜长石(55%～60%)及角闪石(10%～15%)组成，次要矿物为黑云母(5%±)，副矿物为榍石、磁铁矿等。斜长石主要为中长石(An=30～33)。

花岗闪长岩：多位于二长花岗岩中，出露面积相对较大，与二长花岗岩呈突变接触关系，在其接触部位可见由二长花岗岩侵位形成的烘烤边。在研究区中部与上奥陶统呼独克达坂组一段碳酸盐岩接触形成矽卡岩带，并在该处发现了铜铁矿化。岩石呈灰白色、浅肉红色，具中细粒花岗结构，斑状结构，块状构造。主要造岩矿物由碱性长石(10%～15%)、石英(20%～25%)及斜长石(50%～60%)组成，次要矿物为黑云母(5%±)和角闪石(<5%)，副矿物为磷灰石、磁铁矿等。碱性长石以正条纹长石为主，斜长石主要为更长石和中长石(An=30±)，自形板状，略具环带，普遍发育聚片双晶，黑云母常常包裹锆石等副矿物，在其内部形成多色晕圈，部分黑云母已蚀变成绿泥石、绢云母。

二长花岗岩：出露面积较大，区域上明显受线性构造影响呈北西向带状展布。区内与石英闪长岩及花岗闪长岩呈突变接触关系，在其接触部位常见冷凝边。局部可见花岗闪长岩捕掳体及正长花岗岩脉。在研究区中部与上奥陶统呼独克达坂组一段碳酸盐岩接触形成矽卡岩带，并在该处发现了铜铁矿化。岩石呈浅肉红色，具中粗粒花岗结构、似斑状结构，块状构造。主要造岩矿物由碱性长石(30%～35%)、石英(30%～35%)及斜长石(25%～30%)组成，次要矿物为黑云母(5%±)和角闪石(<1%)，副矿物为磷灰石、磁铁矿和榍石等。碱性长石以正条纹长石为主，斜长石主要为更长石(An=24～27)。

正长花岗岩：出露面积相对较小，整体受区内断层构造的影响，推测应为后期侵位的产物。岩石呈肉红色，具中粗粒花岗结构，块状构造。主要造岩矿物由碱性长石(30%～35%)、石英(40%～50%)及斜长石(15%±)组成，次要矿物为黑云母(5%±)和角闪石(<1%)，副矿物为磷灰石、磁铁矿和榍石等。碱性长石以正条纹长石为主，斜长石主要为更长石(An=23～27)。

2 呼斯特花岗岩岩石地球化学特征

2.1 岩石地球化学分析

笔者于呼斯特花岗岩体中共采集9组样品(岩性为：花岗闪长岩、二长花岗岩和正长花岗岩)进行了主量及微量元素分析，结果见表1。

表1 呼斯特岩体花岗岩主量元素(%)和微量元素(10-6)及有关参数表Tab. 1 The concentration of major elements (% ) and trace elements (10-6) and their parameters for granites from the Husite rock in Jinghe, Xingjiang

续表1

样品号kksl1kksl2kksl3kksl4kksl5kksl6kksl7kksl8kksl9岩性花岗闪长岩花岗闪长岩花岗闪长岩二长花岗岩二长花岗岩二长花岗岩二长花岗岩正长花岗岩正长花岗岩Cu4.464.677.934.4420.807.959.6114.055.34Zn52.7055.5252.0350.2757.4259.8232.7232.9651.82Ga40.3239.0241.2240.7237.3939.8037.2040.0540.06Rb127.44136.85118.04123.50143.39106.35149.65162.38125.88Sr276.11156.57258.75268.50205.64265.75227.05255.93267.06Y18.3718.8019.6120.1130.0720.0520.0115.9318.12Zr160.06175.93187.97198.72220.34168.41165.50153.36171.87Nb23.1621.2125.6232.1338.5522.3020.4219.3323.18Cd0.200.190.280.240.260.230.200.180.21Cs6.114.475.504.834.583.214.405.774.11Ba447.81408.23414.41406.19375.59387.42390.09413.99398.74Hf4.875.034.995.636.394.674.964.424.76Ta2.771.811.772.463.401.552.021.611.79Pb24.484.9412.3214.2713.2010.8213.3312.8013.71Bi0.070.070.030.030.060.000.070.030.03Th15.7915.7815.5415.9920.5615.8119.1816.4213.34U2.182.301.982.893.942.943.352.081.80La21.7827.8329.5934.1736.7331.6825.4330.6428.78Ce41.652.8653.3460.2071.8256.1556.7453.5251.72Pr4.805.905.806.607.926.335.725.645.79Nd17.6421.4621.2922.9928.2722.9920.3319.3220.47Sm3.454.174.064.125.624.324.013.463.81Eu0.910.991.040.970.851.070.850.910.98Gd3.624.134.324.285.754.364.033.513.86Tb0.540.580.580.580.830.600.540.460.52Dy3.283.643.613.655.303.703.492.933.21Ho0.670.710.720.721.050.730.690.560.64Er2.052.152.142.243.242.192.191.771.96Tm0.290.300.290.310.470.300.310.240.27Yb2.192.162.132.223.372.172.321.781.97Lu0.330.310.320.330.500.320.350.260.30∑LREE90.18113.21115.11129.05151.21122.54113.08113.49111.56∑HREE12.9713.9814.1014.3320.5114.3713.9211.5112.74∑REE103.15127.19129.22143.38171.72136.91127.00125.00124.29∑LREE/∑HREE6.958.108.169.017.378.538.129.868.76δEu0.780.720.750.700.450.750.640.790.77(La/Yb)N7.149.259.9711.057.8210.487.8712.3210.46(La/Sm)N4.084.314.715.364.224.744.105.724.88(Gd/Yb)N1.371.581.681.591.411.661.441.631.62δ2.572.602.251.992.052.031.882.182.00

注：TFe2O3表示全铁；δEu=EuN/(SmN×GdN)1/2；比值中的下标N为球粒陨石标准化值，标准化值引自ENDERSON,1984；里特曼指数δ= (Na2O+K2O)2/(SiO2-43)(DENG Jinfu et al.，2015b)。

全岩主量、稀土和微量元素测试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。主量元素测试采用日本理学RIX2100XRF仪上测定，分析精度一般优于2%。测定流程包括：①烧失量计算：将坩锅在烘箱内150℃干燥3 h后，称其重量W1，加入约1 g样品，称样品重量W2；然后放入900℃的马弗炉中8 h，降温后放入干燥器静置20 min，随后称重得W3。通过公式(LOI)=(W1+W2-W3)/W2计算出样品的烧失量(LOI)。②玻璃融熔法制样：主量元素测定时首先称取样品0.50 g，以无水四硼酸锂和硝酸铵为氧化剂，倒入铂金坩锅中，再加入适量溴化锂，在1 200℃左右振荡熔融制成玻璃薄片。③使用X射线荧光光谱仪测定。稀土和微量元素分析采用Thermo-X7电感耦合等离子体质谱仪，分析精度和准确度优于10%。将200目以下样品(500 mg)置于PTFE坩锅，加入添加剂(1.0 mL高纯HF和1.5 mL高纯HNO3)，按照标准测试程序，反复添加、加热、冷却后，最后在离心管中稀释到50 mL；将所得溶液在电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)上完成测定。

2.2 主量元素特征

花岗闪长岩SiO2含量为64.55%～65.92%，样品富钾特征明显，K2O为3.65%～3.81%，平均为3.75%；K2O/Na2O为0.97～1.08，平均为1.01；Na2O+K2O为7.16%～7.92%；岩石Al2O3、TFe2O3、MgO和TiO2含量相对较高，Al2O3为15.58%～15.93%，TFe2O3为3.90%～4.54%，MgO为1.71%～2.01%，TiO2为0.47%～0.59%，平均为0.54%。样品里特慢指数为2.25～2.60，属于钙碱性系列，与K2O-SiO2图解(图3a)所反映的信息一致，所有样品均落在高钾钙碱性区域。

二长花岗岩SiO2含量、Al2O3和K2O的变化范围较大，依次为63.30%～69.16%、14.41%～16.38%和3.20%～4.03%；K2O/Na2O为0.97～1.34，平均为1.12；Na2O+K2O为6.62%～7.34%；岩石TFe2O3含量为3.05%～4.70%，MgO含量为1.16%～2.11%，TiO2为0.37%～0.61%。样品里特慢指数为1.88～2.05，属于钙碱性系列，与K2O-SiO2图解(图3a)所反映的信息一致，所有样品均落在高钾钙碱性区域。

正长花岗岩SiO2含量相对花岗闪长岩高，为66.26%～67.28%，样品相对富钾，K2O为3.42%～4.02%，平均为3.72%；K2O/Na2O为1.00～1.21，平均为1.11；Na2O+K2O为6.91%～7.47%；正长花岗岩Al2O3的含量相对花岗闪长岩及二长花岗岩高，为15.97%～16.36%；MgO含量较花岗闪长岩低，为1.38%～1.52%；TFe2O3为3.37%～3.96%，TiO2为0.41%～0.49%，平均为0.45%。样品里特慢指数为2.00～2.18，属于钙碱性系列，与K2O-SiO2图解(图3a)所反映的信息一致，所有样品均落在高钾钙碱性区域。

图3 (a)K2O-SiO2图解(据EWART,1982)和 (b)Y-SiO2判别图(据OLLIS et al，1982)Fig.3 (a) K2O-SiO2 diagram(After EWART,1982) and (b)Y-SiO2 discrimination diagrams(After COLLIS et al.,1982)

呼斯特岩体总体具有相对富SiO2(含量63.30%～69.16%)，富碱(K2O+Na2O平均值为7.28%)和相对富钾(K2O/Na2O多大于1.0，平均值为1.08)的特征。其里特曼指数为2.00～2.18，属于钙碱性系列，与K2O-SiO2图解(图3a)显示的信息一致。

岩体各岩类中均含有黑云母和角闪石，在Y-SiO2判别图中，所有样品均落入I型花岗岩区(图3b)；A/CNK多<1.1(0.98～1.09，仅1样1.14，均值为1.06)，这些特征均符合I型花岗岩特征。

2.3 稀土与微量元素特征

由表1可以看出，呼斯特岩体稀土总量变化较大，其中花岗闪长岩稀土总量(∑REE)为103.15×10-6～129.22×10-6，平均为119.85×10-6；二长花岗岩稀土总量(∑REE)为127.00×10-6～171.72×10-6，平均为144.75×10-6；正长花岗岩稀土总量(∑REE)为124.29×10-6～125.00×10-6，平均为124.65×10-6。

呼斯特岩体∑REE平均为131.99×10-6，LREE/HREE平均8.32，具有弱-中等负Eu异常，δEu为0.45～0.79(平均值为0.71)。岩体中Cr(6.97×10-6～12.55×10-6)和Ni(4.33×10-6～7.14×10-6)明显低于一般原始岩浆Cr(500×10-6～600×10-6)和Ni(11.6×10-6～95.4×10-6)含量(FOLEY el at.，1987)。稀土元素球粒陨石标准化模式表现为轻稀土富集、重稀土亏损的右倾形式(图4a)。(La/Yb)N=7.14～12.32，轻重稀土强烈分异；(La/Sm)N=值为4.08～5.72，轻稀土内部分异较明显；(Gd/Yb)N值为1.37～1.68，中重稀土分异不明显，重稀土稀土配分曲线具有相对平坦的特征；δEu=0.45～0.79，呈现出弱-中等程度Eu负异常。花岗岩ORG标准化后的地球化学图解特征(图4b)与智利、牙买加火山弧花岗岩(PEARCE et al.,1984)整体特征相似。Rb-Y+Nb构造判别图解(图5a)及Nb-Y构造判别图解(图5b)中，样品多落入火山弧花岗岩区。

(样品号同图3)图4 (a)花岗岩稀土元素球粒陨石标准化图解(标准化值据SUN et al,1989)；(b)洋脊花岗岩标准化图解(标准化值据PEARCE et al.,1984)；(c)花岗岩微量元素原始地幔标准化蛛网图(标准化值据SUN et al,1989)(火山弧花岗岩数据引自PEARCE et al,1984；高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩数据引自刘潜等,2011)Fig.4 (a)Chondrite normalized REE patterns for granites(base diagram from SUN et al.,1989);(b)Ocean-ridge granite-normalized trace element diagram(base diagram from PEARCE et al.,1984);(c)PM-normalized trace element patterns of granites(base diagram from SUN et al.,1989)The data of Volcanic arc granite fromPearce et al.,1984; The data of high K calc-alkaline series I-type granite from Liu et al.,2011

(样品号同图3)ORG.大洋脊花岗岩；WPG.板内花岗岩；VAG.火山弧花岗岩；Syn-COLG.同碰撞花岗岩图5(a)Rb-Y+Nb构造判别图和(b)Nb-Y构造判别图(底图据PEARCE et. al，1984)Fig.5 (a)Rb-Y+Nb diagram and (b)Nb-Y diagram(After PEARCE, et. al 1984)

微量元素原始地幔标准化蛛网图(图4c)显示，样品总体富集大离子亲石元素(Rb、Th、K)，相对亏损高场强元素(Nb、Ta、P、Ti)。Nb、Ta和Ti呈负异常，整体显示出俯冲带岩浆作用的特点(WILSON,1989)。高场强元素(Nb、Ta、Ti)呈现的负异常特征可能是其成岩过程中混入了少量的地壳物质所致(YANG et al.，2005)；Nb、Ta的亏损及Th的富集，可能与成岩过程中角闪石、黑云母等矿物的分离结晶有关(吴福元等，2001)。

3 讨论与结论

呼斯特岩体含有角闪石以及副矿物组合中的榍石、磁铁矿；岩石具有较低的P2O5含量(0.08%～0.12%)，并且随SiO2的增加而呈现降低的趋势，A/CNK<1.1，这些特征显示岩体具有Ⅰ型花岗岩特征(CHAPPELL et al.，1992)。岩体总体富SiO2(含量63.30%～69.16%)，富碱(K2O+Na2O平均值为7.28%)和相对富钾(K2O/Na2O多大于1.0，平均值为1.08)。∑REE平均为131.99×10-6，LREE/HREE平均8.32，具有弱-中等负Eu异常(δEu平均值为0.71)。

在微量元素蛛网图中，呼斯特岩体均表现出明显的Sr负异常特征，稀土配分模式图中，岩体均表现出明显的Eu负异常，说明岩体成岩过程中存在着斜长石的分离结晶作用(田景等，2014)。Ti的负异常则与成岩过程中有Ti-Fe氧化物的结晶分离作用有关。Ta、Nb的亏损及Th的富集，可能由于成岩过程中黑云母、角闪石等矿物的分离结晶作用(吴福元等，2001)。呼斯特岩体相对原始地幔(原始地幔：Cr=3 000×10-6；Ni=2 000×10-6)显著亏损Cr、Ni(ROLLOSON，1993)，这可能与铁镁矿物(橄榄石、单斜辉石或尖晶石等)在物源区的结晶分异作用有关。

岩体显示高钾钙碱性的特点，且岩体Cr和Ni远低于一般原始岩浆，表明其可能来自于富集地幔源区(FOLEY et al.，1987)。微量元素蛛网图显示高场强元素Nb、Ta和Ti明显负异常，暗示成岩过程中可能有少量地壳物质混入(YANG et al.，2005)。岩体富集Rb、Th、K等大离子亲石元素(LILE),亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素(HFSE)，整体显示出俯冲带岩浆作用的特点(WILSON，1989)。其中Nb的亏损反映岩浆来源于俯冲带熔融的上地幔或俯冲板片，Rb和Th的相对富集，可能是岩浆上升过程中，在洋壳俯冲带混染了少量的地壳物质(MCCULLOCH et al.，1991)。

样品在Rb-Y+Nb构造判别图解(图5a)及Nb-Y构造判别图解(图5b)中，主体处于火山弧花岗岩区。花岗岩ORG标准化后的地球化学图解(图4b)及微量元素原始地幔标准化蛛网图(图4c)中均显示出俯冲带岩浆作用的特点(PEARCE et al.,1984;WILSON,1989)。

上述主量、微量地球化学的成分变化、含量与比值分析及图解，总体显示出较为和谐统一的与弧岩浆作用密切相关的构造地球化学特征。尽管部分微量元素有陆壳混染的印记，但与造山后陆内花岗岩类的地球化学特征显著有别，因而是一与弧构造演化相关的岩体。结合笔者获得花岗闪长岩的(370.5±5.5)Ma的成岩年龄，综合判断研究区及所在的西天山北缘博罗科努构造带在晚泥盆世位处弧岩浆带。

一般认为西天山地区大规模持续的洋-陆俯冲作用发生于泥盆纪—早石炭世，表现为一系列中酸性岩体的侵入和大规模的火山喷发活动(朱志新等，2011；WANG et al.,2007)。笔者所研究的呼斯特岩体正是在晚泥盆世北天山洋向伊犁板块俯冲消减的构造-岩浆活动背景下形成的。因此，可克萨拉铁铜矿床的是晚泥盆世弧岩浆作用过程中的产物。

可克萨拉铁铜矿床中的辉钼矿化，很有可能是二叠纪本区造山后岩浆作用过程中的矿化叠加，与铁铜矿床的主成矿期无关联。笔者支持李书领等(2017)的推论，即矿区一带深部可能存在早二叠世的隐伏花岗岩体，钼矿化应该是早二叠世岩浆热液成矿事件叠加的结果。

致谢：野外地质工作得到了新疆维吾尔自治区地矿局第七地质大队同行的大力帮助，在此表示感谢。

参考文献(References)：

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