西天山加满特铅银矿含矿围岩地球化学特征及构造背景分析

白权金，张明山，陈邦学，彭铁娟，齐旭义,2，赖锡仁

(1.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第十一地质大队，新疆 昌吉 831100；2.中国地质大学（武汉），湖北 武汉 430074)

西天山造山带是中亚巨型复合造山带重要组成部分[1]，是西伯利亚板块、塔里木板块、古亚洲洋在演化过程中伴随的多陆块拼合增生、俯冲、碰撞产物[2]，是世界上最复杂的造山带之一。针对中亚造山带二叠纪不同类型火山岩形成构造背景，主要存在两种不同认识[3]：一种认为二叠纪火山岩是在造山后加厚山根垮塌引起的伸展作用，导致幔源玄武岩底侵形成[4-6]。另一种认为该期岩浆活动是由二叠纪塔里木地幔柱作用引起[7-9]。笔者在新疆巩留县加满特铅银矿开展勘查工作，收集和整理了大量野外资料，对乌郎组火山岩进行地质特征及岩石化学研究，重点对含矿围岩主量元素、微量元素及稀土元素特征进行研究，分析乌郎组火山岩成岩机理和构造背景，为加满特铅银矿勘查工作提供基础地质资料，为进一步研究伊什基里克一带晚古生代火山岩及整个西天山晚古生代火山岩研究提供新资料。

图1 西天山区域地质简图Fig.1 Simpligied geological map of western Tianshan Mountains

1 区域地质背景

加满特铅银矿位于伊什基里克(裂谷带)Cu-Mo-Au-Pb-Zn-Fe-RM-煤-白云岩成矿带[10]，属天山兴蒙造山系、伊宁地块、伊犁裂谷之伊什基里克晚古生代裂谷[11]，受天山北缘断裂与尼古拉耶夫线-那拉提北坡断裂控制（图1）[12]。

2 矿区地质特征

2.1 地层

加满特铅银矿区出露地层为下石炭统大哈拉军山组第二段、上二叠统乌朗组、中二叠统塔姆其萨依组及少量全新统第四系冲洪积、残坡积层。含矿地层为上二叠统乌朗组，与下伏大哈拉军山组第二段呈断层接触，与上覆塔姆其萨依组呈平行不整合接触（图2）。

2.2 构造

矿区构造发育，乌朗组展布不仅受EW向、NE向区域大断裂控制，还受火山机构环状、放射状断裂控制(图2)。沿断裂多发育规模不等的张性裂隙，裂隙中多充填石英碳酸盐脉，多具方铅矿化、绿泥石化、绿帘石化、黄铁矿化、黄铜矿化、硅化等[13]。

图2 加满特铅银矿地质略图Fig.2 With Ga Mante lead silver geological map

2.3 岩石特征

乌朗组主要发育正常火山碎屑岩、火山碎屑熔岩、火山-沉积碎屑岩、火山熔岩和次火山岩，以火山熔岩为主体。加满特铅银矿区主要发育火山熔岩，少量火山碎屑岩，赋矿岩性以气孔杏仁状玄武岩、气孔杏仁状安山岩、球粒-轴粒流纹岩为主，具陆相火山岩特征（图3）[14]。

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素

笔者在加满特铅银矿区乌朗组含矿围岩中采集了13件岩石化学样品。从表1和火山岩TAS图解可看出(图4)，SiO2含量分为两类，一类为42.12%～57.09%，另一类为73.26%～74.79%，缺失中间成分,显示双峰式火山岩特征，说明火山岩形成时区内构造环境处于似裂谷伸展引张环境。

据Na2O-K2O关系图解（图5），区内碱性系列样品均投入钾质类型中，进一步可分为高钾质和钾质两种类型。钾玄系列包括碱玄岩、碧玄岩、粗面玄武岩、玄武质粗面安山岩、粗面安山岩。SiO2含量42.12%～57.09%，平均50.04%；Al2O3含量高、变化大，为12.68%～16.01%，平均14.94%；全碱含量（K2O+Na2O）为5.58%～7.97%，平均6.86%；TiO2含量1.18%～2.53%，平均1.49%，含量相对较低；MgO含量0.61%～4.13%，平均1.97%。总体上从粗面玄武岩→粗面安山岩均有，SiO2、Al2O3和全碱含量具由低到高，MnO、MgO、TFe2O3含量具由高到低变化趋势，反映研究区火山活动各期次、各阶段岩石化学成分的演化特征。（Na2O-2.0）小于K2O，类似板内大陆裂谷区玄武岩特征，不同于夏威夷洋岛型大洋板内玄武岩[15]。

3.2 微量元素

岩石微量元素地球化学模型中（图6）,碱性系列样品具极相似曲线特征，钙碱性系列亦具极相似曲线特征。碱性系列与钙碱性系列曲线特征除P，Ti具明显差别外，其它元素基本一致。样品微量元素曲线特征与典型板内玄武岩地球化学型式相似，微量元素分布特点呈“双隆”型式，具K，Rb，Ba，Th强烈富集、Ce，Hf，Zr，Sm富集特征。“双隆”型式与板内碱性玄武岩地球化学型式基本一致[16-17]。

图3 岩石及岩石结构构造特征Fig.3 Characteristics of rock and rock structure

图4 乌郎组火山岩硅-碱TAS分类图Fig.4 SiO2-Na2O diagram of the Wulang Formation

（Rb/Yb）N值为12.31～45.66，大于1，该分布型式明显区别于不相容元素强烈亏损的（Rb/Yb）N小于1的洋中脊玄武岩，与板内玄武岩相似。所有样品Ta/Hf值为0.10～0.43，平均0.15，大于0.1，有别于洋9.31，平均7.53，表明稀土分布曲线为右陡倾式。（La/Sm）N值2.00～2.83，平均2.47，反映轻稀土间分馏程度较好。（Gd/Yb）N值为1.66～2.35，平均1.95，其值较小,说明重稀土间分馏不明显，δEu小于1，平均0.90，为Eu弱负异常(Eu弱亏损型),表明岩浆分异程度较高。δCe小于1，平均0.96，显示地壳岩石特征。钙碱性系列样品稀土总量平均值102.57×10-6；轻稀土总量平均值84.35×10-6；重稀土总量平均值18.22×10-6；LREE/HREE平均4.64，大于地壳平均值1.15，说明碱性系列岩石分异程度较强，与碱性系列相比岩石分异较差；（La/Yb）N平均值2.92，表明稀土分布曲线为右倾式碱性系列；（La/Sm）N平均值2.98，反映轻稀土间分馏程度较碱性系列岩石好；（Gd/Yb）N平均值0.84，说明重稀土间缺乏分馏；δEu平均值0.25，小于中脊玄武岩(小于0.1)和岛弧玄武岩(小于0.1)。Th/Ta值为4.20～6.52，平均4.89，大于4，不同于E-MORB（平均Th/Ta=1.64）和岛弧玄武岩(平均Th/Ta=1.6～4)，与板内初始裂谷玄武岩相近[19-20]。Ce，Hf，Zr，Sm的富集和微量元素的“双隆”型式均显示板内环境特征。

表1 样品主量元素、微量元素和稀土元素分析结果Table 1 The main elements and trace elements analysis results of samples

续1

图5 玄武岩K2O-Na2O关系图解Fig.5 Diagram of K2O-Na2O relation of basalt

图6 含矿围岩微量元素蛛网图Fig.6 Cobweb diagram of trace elements in ore bearing surrounding rock

3.3 稀土元素

稀土元素分布曲线为右倾（图7），轻稀土富集，重稀土亏损。碱性系列样品稀土总量117.75×10-6～180.68×10-6，平均 142.56×10-6；轻稀土总量 104.71×10-6～156.11×10-6，平均125.35×10-6；重稀土总量13.53×10-6～26.18×10-6，平均17.21×10-6；LREE/HREE为5.79～8.06，平均7.45，大于地壳平均值1.15，说明碱性系列岩石分异程度较强。∑REE及LREE/HREE变化范围大,显示火山岩浆演化的长期性和多次性,具双峰式特征[22]。（La/Yb）N值为 5.29～上地壳平均值0.72，普遍亏损Sr，说明岩浆形成时斜长石为残留相，或岩浆演化过程中发生了斜长石分离结晶作用[23]。

图7 含矿围岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig.7 Chondrite Normalized REE distribution pattern of ore bearing surrounding rock

4 岩石构造背景分析

4.1 时代背景讨论

加满特项目组采集了肉红色流纹岩进行研究。样品经破碎、磁选和重选后，在双目镜下据锆石颜色、自形程度、形态等特征，挑选出具代表性锆石。LA-MC-ICP-MS锆石微区原位定点U-Pb定年测试分析在中国地质科学院矿产资源研究所MC-ICPMS实验室完成。

4.1.1 测试数据结果

流纹岩中锆石阴极发光(CL)图像见图8。锆石粒径120～250 μm，以短柱状为主，长宽比1∶1～1.5∶1，韵律环带清晰，具典型岩浆锆石特征。测试数据见表2，Th/U比值0.825 4～2.277 3，大于0.4，显示岩浆成因锆石特征[24]。

4.1.2 测试年龄结果

测定的20个数据点，206Pb/238U表面年龄均一，206Pb/238U表面年龄301～300 Ma，数据点中有15个数据点谐和性较好，206Pb/238U加权平均年龄（294.59±0.92）Ma，MSWD=±1.04，该年龄可能代表了岩石主体结晶年龄(图9)。因此，乌朗组属早二叠世。

4.2 构造环境分析

双峰式火山岩形成于多种构造环境中，以大陆裂谷区为普遍和典型[25]。加满特铅银矿区与世界典型裂谷区具相似双峰式火山岩组合，碱性玄武岩与钙碱性流纹岩类共生。

在玄武岩Zr-Zr/Y构造判别图中（图10），加满特铅银矿碱性玄武岩系列样品除个别落入板内玄武岩区分界线附近外，绝大部分样品落入板内玄武岩区，说明加满特铅银矿下二叠统碱性系列火山岩产于典型陆内裂谷环境。

图8 加满特铅银矿流纹岩中锆石的CL发光图像Fig.8 With zircon silver lead mine in the rock rhyolite special CL luminescence image

综上所述，乌郎组火山岩为一套碱性系列与钙碱性系列组合，空间上具双峰式火山岩特征。主元素、微量元素特征显示不同于以碱性钠质粗面玄武岩为主的大洋板内玄武岩（夏威夷型），也不同于具轻稀土元素亏损或平坦型REE分布特征的洋中脊玄武岩和以高场强元素强烈亏损为特征的与洋壳俯冲作用相关的弧火山岩，形成于大陆裂谷环境[26]。

5 结论

（1）加满特铅银矿含矿围岩乌郎组火山岩为碱性、钙碱性系列，具陆相火山岩特征。

（2）加满特铅银矿含矿围岩乌郎组火山岩为碱性系列、钙碱性系列具相似微量分布曲线特征，呈“双隆”式特征。稀土总量较大，轻稀土富集，重稀土亏损，轻、重稀土具一定分馏作用，δEu为负异常，δCe为负异常。

图9 加满特乌郎组流纹岩锆石U-Pb谐和图和206Pb/238U年龄图Fig.9 Zircon U-Pb harmonic diagrams and age maps of Ga Mante rhyolite in the upper member group

表2 加满特流纹岩La-ICP-MS 测试结果Table 2 Test results for With Ga Mante rhyolite La-ICP-MS

图 10 Zr-Zr/Y图解Fig.10 Zr-Zr/Y diagram

（3）加满特铅银矿含矿围岩乌郎组火山岩的形成时代为早二叠世。

（4）加满特铅银矿含矿围岩乌郎组火山岩形成于板内碰撞后伸展期裂谷环境中。

（5）北天山洋壳岩石圈向南持续俯冲，板块不断变陡，俯冲洋壳尾部可能发生断离，出现伸展背景，地幔软流圈物质和能量从断离窗上涌形成乌朗组火山岩。

致谢：论文编制过程中得到项目野外一线全体同志大力支持和帮助，在此对他们的辛勤付出深表感谢！

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