新疆白杨河杨庄岩体侵入机制与成矿作用

庞星，张浩浩，鲁克改，杨文龙，陈浩，张雷

（核工业二一六大队，新疆 乌鲁木齐 830011）

白杨河杨庄岩体位于新疆和布克赛尔县西约85 km，核工业二一六大队于2006 年来以来一直对该地区进行勘查和研究，找矿取得了重大突破，铀资源储量已达到中型接近大型，铍资源量已达到大型，找矿潜力巨大。白杨河地区也是各大科研院校的重要研究地区，专家学者分别从矿床成因、地球化学特征、控矿因素、成矿规律等方面进行了大量的研究，认为该区成矿与杨庄岩体多期次侵入有直接的关系［1-4］。本文在前人研究基础上，探讨杨庄岩体多期次侵入的地质特征及成矿作用，为下一步找矿提供理论支撑和方向。

1 区域地质背景

白杨河地区位于雪米斯坦火山岩带中西段，该火山岩带是新疆西北部重要的三条火山岩带之一，位于西伯利亚板块与哈萨克-准噶尔板块的交接部位，大地构造位置隶属于准噶尔板块北缘古生代陆缘活动带内晚古生代成熟岛弧之上［2］，是西准噶尔最大的铀、稀有金属有利富集地带［3-4］。该带自西向东呈带状分布，火山岩厚度大，岩性复杂，岩浆演化系列完整，从基性到酸性的各类火山碎屑岩和熔岩均很发育［5］，总体受近东西向查干陶勒盖-巴音布拉克深大断裂的控制［4］。雪米斯坦火山岩带也是一条多金属成矿带，区域矿产、地质研究程度较低，除铍、铀、铜、金矿产外，其他金属、多金属均有一些化探异常或矿化点显示，具有一定的找矿前景。

2 地质特征

白杨河地区主要出露的地层有上泥盆统塔尔巴哈台组（D3t）、下石炭统和布克河组（C1hb）、下石炭统黑山头组（C1h），总体呈近东西向条带状展布，主要为陆相火山碎屑岩建造夹正常碎屑岩。地层倾向为160°～190°，倾角为40°～60°。区内主要赋矿段为杨庄岩体（图1）［1］。杨庄岩体是区内规模最大次火山岩体，其东西两端分别连着阿苏达岩体、小白杨河岩体和阿日合拉提岩体。

杨庄岩体岩性主要为花岗斑岩，沿杨庄大断裂（F1）上盘自小白杨河至杨庄一带呈串珠状分布，单个出露面积较小，其中以阿苏达沟至杨庄一带岩体出露面积最大，东西总长约6 km。岩体北界南倾，倾角约32º，其接触面呈内凹外凸的波状，是控矿的重要条件之一；南界北倾，倾角为45°～75º，直接与区域深大断裂接触，接触面平直。

3 杨庄岩体特征

3.1 侵入机制特征

越来越多的研究成果表明［6］，绝大多数花岗斑岩体不是一次就位的，而是经历了一个比较复杂的侵位生长过程，这个过程可以是连续的也可以是间歇性的，其主要特征是脉动性的，最终形成的杂岩体是岩浆多次脉动增生的结果，经过研究表明白杨河杨庄岩体为一复式岩体［7］。

目前发现杨庄岩体附近两个侵入通道（图2）：阿苏达侵入通道、杨庄侵入通道。根据侵入岩石岩相特征，通过侵入通道上来的岩体细可分为4 个侵入次，其中杨庄岩体为晚石炭世第三、四侵入次。

图2 杨庄岩体侵入期次示意图Fig.2 Schematic diagram showing the intrusion phase of Yangzhuang pluton

晚石炭世第一侵入次：阿日合拉提岩体。未蚀变的岩性为浅灰色-灰褐色细粒花岗岩、细粒花岗斑岩，岩石呈似层状产出，碎裂程度低，厚度一般小于60 m，局部接近100 m。

晚石炭世第二侵入次：阿苏达岩体。未蚀变的岩性为浅灰色、浅灰白色、浅灰红色微晶质碎裂花岗斑岩，中等碎裂。

晚石炭世第三侵入次：杨庄西部岩体。未蚀变的岩性为浅褐色、灰褐色微晶质碎裂花岗斑岩，中等碎裂（图3a）。

图3 晚石炭世第三侵入次（a）与第四侵入次（b）花岗斑岩岩石手标本对比Fig.3 Hand specimen photos of the third（a）and the fourth（b）phase of Late Carboniferous granite porphyry

晚石炭世第四侵入次：杨庄岩中-东部体。未蚀变的岩性为浅红灰色、褐灰色、浅灰白色微晶质流纹状碎裂花岗斑岩，流纹状构造极其发育，岩石整体强烈破碎，硅化作用最强（图3b）。

从地表远看晚石炭世第三、四侵入次岩体（图4），在地貌、色调上有明显的分界线，但近观并没有显著的接触界面，镜下岩石特征较为明显（图5）。早期侵入的岩体地势通常相对更平坦，山头更浑圆。

在深部钻孔中也普遍揭露到两期岩体。钻孔ZK10522 位于杨庄岩体东南角岩浆通道附近，揭露到两期花岗斑岩（图6），表现为上下靠近地层附近的花岗斑岩呈浅红色、红褐色，斑晶含量较低，主要为长石斑晶（占比约5 %），岩石裂隙、孔隙较发育，全岩弱高岭土化，蚀变强烈，蚀变主要为薄膜状绿泥石化、水云母化、弱绿帘石化，细脉状高岭土化、碳酸盐化；中部花岗斑岩以灰褐色、深褐红色为主，斑晶含量较上部增多，且长石发生聚晶现象，岩石整体较为破碎，裂隙发育强烈，局部极强，全岩弱硅化，主要为浸染状褐铁矿化、赤铁矿化，沿裂隙面发育薄膜状、树枝状锰矿化。两期花岗斑岩侵入界线不明显，呈涌动式渐变接触，同时受围岩混染作用影响导致两期岩石岩相特征有一定的差异。

图6 杨庄岩体东南部岩浆通道附近ZK10522 钻孔示意图Fig.6 Schematic column and core of borehole ZK10522 near the magma channel in the southeast of Yangzhuang pluton

钻孔ZK6030 位于杨庄岩体西部，也揭露到两期花岗斑岩体并发现接触界线，浅部岩体呈灰褐色，深部岩体呈浅红色-褐红色，岩心整体颜色更深，呈褐红-深红色，可见清晰的脉动式侵入接触关系。沿两期侵入体接触边发育条带状锰矿化，反应出热液活动的痕迹（图7）。

图7 ZK6030 孔中不同期次岩体侵入接触关系Fig.7 Contact relationship between rocks of different phase in ZK6030

杨庄岩体东西部钻孔均揭露到两期花岗斑岩，与地表所见第三、四侵入次岩体基本一致，证实杨庄岩体为复式岩体。钻孔中第三侵入次位于岩体上、下部与地层接触，厚度约为50～100 m 不等，第四侵入次位于岩体中东部，两期岩体接触部位发育强度不等的赤铁矿化蚀变带、绿帘石化蚀变带、高岭土化蚀变带，三者混合叠加，并发育碳酸盐化、绿泥石化和绢云母化。

第四侵入次与第三侵入次岩体分别分布在白杨河岩体东西部，为更好直接表达位置关系，故后文将第三侵入次岩体简称为西部岩体，第四侵入次岩体为中东部岩体。

3.2 地球化学特征

3.2.1 主量元素

中东部岩体主量元素w（SiO2）平均值为74.90%，w（TiO2）平均值为0.14%，w（MnO）平均值为0.15%，w（Na2O）平均值为4.71%，w（CaO）平均值为0.75%，w（MgO）平均值为0.21%，w（K2O）平均值为3.86%，w（FeO）平均值为0.46%，w（Fe2O3）平均值为1.18%；而西部岩体w（SiO2）平均值为76.78%，w（TiO2）平均值为0.50%，w（MnO）平均值为0.09%，w（Na2O）平均值为5.04%，w（CaO）平均值为0.38%，w（MgO）平均值为0.05%，w（K2O）平均值为3.66%，w（FeO）平均值为0.43%，w（Fe2O3）平均值为0.96%。将上述两岩体主量元素进行比较：西部岩体w（SiO2）、w（TiO2）、w（Na2O）值明显高于中东部岩体，而w（FeO）、w（Fe2O3）、w（MnO）、w（K2O）、w（CaO）、w（MgO）值低于中东部岩体；两岩体具有明显的Na2O＞K2O，表现出高酸、高碱的特点，碱度率＞5，w（TiO2）平均值小于1%，w（Al2O3）值具有准铝质到弱过铝质的特征，表明两岩体均富Si、富K、Al 弱过饱和、贫Fe 以及Mg 的特征（表1）。在CIPW 标准矿物计算结果中，两岩体均以石英（Qz）、钠长石（Ab）和钾长石（Or）为主，基本不含钙长石（An）和赤铁矿（Hm）。其分异指数（Dl）平均高达96.6%，表明其分异演化十分彻底。

3.2.2 微量元素

通过微量元素分析结果和原始地幔标准化蛛网图可以看出（表2、图8），中东、西部岩体的蛛网图曲线表现出良好的一致性，反映中东、西部岩体岩浆来源具有同源性，并且表现出K、Ba亏损，Ti 强烈亏损，Rb、Th、Ta、Nb 富集特征。另外，西部岩体蛛网图曲线表现出良好的一致性，Sr 与Ba 的比值都小于1。而中东部岩体蛛网图曲线由于Ba有所不同，其曲线稍有差异，Sr与Ba的比值有的样品大于1，有的样品小于1，表明岩体在花岗岩基础上，有其他组分参与熔融改造而成［8］。在不同类型花岗岩的Yb+Nb-Rb（图9）和Y-Rb（图10）判别图解中，中东、西部岩体均属板内花岗岩类型［9］。

图8 杨庄中东部（a）、西部（b）岩体微量元素原始地幔标准化蛛网图（标准化数据引自文献［10］）Fig.8 Primitive mantle normalized spider diagram of trace elements in the middle east（a）and west（b）of Yangzhuang pluton（standardized data from reference［10］）

图9 花岗岩的Yb＋Nb-Rb 图解（底图据文献［11］）Fig.9 Yb＋Nb-Rb diagram of granite（base map after reference［11］）

图10 花岗岩的Y-Rb 图解（底图据文献［11］）Fig.10 Y-Rb diagram of granite（base map after reference［11］）

3.2.3 稀土元素

中东、西部两岩体岩石稀土元素分析结果和特征比值见表3。从表中可以看出，中东部岩体的∑REE 介于103.57×10-6～407.60×10-6之间，平均值为148.78×10-6；HREE 介于16.27×10-6～53.75×10-6，平均值为24.54×10-6；LREE/HREE 在4.75～7.58 之间变化，平均值为5.98，LaN/YbN为2.34～8.21，平均值为3.82，强烈的Eu 负异常。而西部岩体的稀土元素总量介于120.19×10-6～151.80×10-6之间，平均值为 133.00×10-6；HREE 介于 19.50×10-6～24.85×10-6，平均值为22.29×10-6；LREE/HREE为5.35～6.52，平均值为5.99；LaN/YbN为2.98～3.34，平均值为3.19，强烈的Eu 负异常。即中东部岩体的∑REE、HREE 和LaN/YbN值明显高于西部岩体。

在球粒陨石标准化的配分曲线图中（图11），西部岩体轻、重稀土元素含量表现出好的一致性，呈现出Eu 严重亏损的对称V 字型，而中东部岩体不同样品的轻、重稀土元素含量的配分曲线表现出明显不一致，5 个样品中有2 个样品呈现Eu 严重亏损，呈对称V 字型，与西部岩体配分曲线一致，而另外3 个样品中，1 个样品的配分曲线向右缓倾斜，2 个样品Eu 亏损一般，可能与中东部岩浆在喷出过程中有其他物质混染有关。中东、西部岩体稀土元素配分曲线图较为相似，说明物质来源较为一致，反映中东、西部岩体具有明显岩浆同源性。

图11 花岗斑岩岩石稀土元素/球粒陨石标准化模式图（标准化数据引自文献［10］）Fig.11 Chondrite normalized REE pattern of graniteporphyry（standardized data from reference［10］）

3.3 侵位深度及剥蚀深度

由于杨庄花岗斑岩具有一定的时、空分布特征，并伴随各期构造运动的始终（如前构造期、同构造期和后构造期花岗岩），在其上升—定位—改造过程中，蕴含着丰富的构造信息，记录了大部分区域变形历史［12］。

3.3.1 侵位深度

根据杨庄岩体黑云母估算出岩体就位时的压力：中东岩体压力为90 MPa 左右，西岩体压力为100 MPa，其相应的就位深度为5 km 左右［8］。结合不同地壳层次的构造动力学状态，矿区岩体侵位浅，冷却快易生成原生节理，整个岩体裂隙以发育脆性变形为主，以表层次构造变形为特征，因此，结合黑云母、岩体结晶温度和压力的估算，杨庄岩体上升定位深度为3～4 km。

3.3.2 剥蚀深度

花岗斑岩体侵位形成后，中-新生代区域构造背景以强烈断块隆升、坳陷沉积为主，在白杨河矿区的南部的山前断陷洼地中，沉积了中-新生代地层。新构造运动，使地壳继续上升，受到剥蚀夷平，形成准平原化，中东部岩体围岩盖层绝大部分被剥蚀，使岩体暴露地表，剥蚀深度相对要小一些；而西部岩体（包括阿苏达岩体）剥蚀深度要比中东部岩体要大的一些，其上部分“蘑菇状”的“岩镰”大部分被剥蚀掉。

从同源岩浆分异演化看，在相同的侵位机制条件下，岩浆多次脉动侵位较之一次侵位更有利于矿化作用的发生。芮宗瑶等［6］将岩浆多次脉动（侵位多期次性）和矿化重叠性概括称之为岩浆多重侵位与多重成矿，并认为岩浆的多次脉动侵位是斑岩矿化的重要前提。一般来说，如果岩浆供应量和供应速度较大、前后增生单元侵位时间间隔较短、构造变形强度较大，则往往会形成由“内侵式”主导的正环带［13］。这是因为在先侵位的体积较大的岩浆还没有足够的时间结晶固结的情况下，其后侵位的岩浆就比较容易推挤先侵位的未固结或半固结的岩浆而侵入其中。杨庄岩体侵入时和侵入后，白杨河矿床区域范围内处于拉张环境，这为后期形成复式岩体提供了必要条件，但杨庄岩体岩浆通道较小，侵入岩浆有限，因此杨庄岩体规模较小。

3.4 构造特征

中东部岩体原生节理裂隙比较发育，主要以密集的北西向、疏密相间的北东向以及东西向为主。北西向的剪节理裂隙以纯剪力学性质为特征，其节理破裂面发育羽毛状的“羽饰”或“边饰”构造，而疏密相间的北东向节理裂隙带一般宽5～20 cm，沿节理裂隙带充填水云母、绢云母、萤石、铁锰质等蚀变。东西向断裂带在岩体东部较发育，由北向南，发育有三条规模比较大的断裂带，断裂带内发育绢云母化。

西部岩体岩石整体上较破碎，以碎裂岩为特征。密集的剪节理裂隙一般不发育，而北西向、北东向以及近南北向脆性断裂发育，靠近杨庄断裂附近的花岗斑岩体内发育的裂隙中充填铁锰质“退色矿化蚀变”。

3.5 矿化特征

杨庄岩体内主要矿产有铍、铀、钼等，对于铍矿来说，铍矿主要位于中东部岩体的北部和东部，由多个不相连的矿床、矿点组成。铍矿体的主控因素是花岗斑岩岩体底接触面附近的原生节理，其内外接触带是主要矿石的赋存部位。因此，从空间上可将铍矿体分成3 类：ⅠBe 矿体为位于接触带的铍矿体，是主矿体；ⅡBe 矿体为位于接触带之下的铍矿体；ⅢBe 矿体为位于接触带之上花岗斑岩中的铍矿体。而西部岩体铍矿主要产在花岗斑岩体底接触带附近的原生接触面上［14-15］。杨庄岩体大部分顶界面已剥蚀，仅保留了底界面，保存顶界面完好的部位位于四号工地东部一带。所以，东、西部岩体的顶、底界面控制了白杨河矿区铍主矿体的赋存部位。

对于铀矿来说，在空间上铀、铍矿体只在局部有空间叠加关系，并非同期产物［16］。根据目前对铀矿体的勘探，工业铀矿体主要产在东部岩体断裂带内及与围岩接触带附近，而西部岩体一般很少有铀矿体。

对于伴生的工业钼矿体来说，绝大部分钼矿主要产在东、西部岩体接触带附近靠东部岩体一侧及东部岩体最东北部地段，其中接触带附近分布较广（图12）［17］，反映钼矿的主控因素是东、西部岩体接触带。由于两岩体岩浆同源、不同先后侵入，其侵入接触面构成了一成矿地球化学界面，在靠近接触面边部原生节理、裂隙发育，当矿液上升，pH 值发生变化时，在东部岩体岩浆流动过程中，其原生流面构造挠曲易形成北西向内凹地段，为后期热液钼矿、铀铍矿充填富集成矿提供了良好的条件。

图12 杨庄岩体铍、钼矿体平面分布示意图Fig.12 Schematic distribution map of beryllium and molybdenum ore bodies in the Yangzhuang pluton

4 结论

1）杨庄岩体属于同源岩浆以脉动侵位的“内侵式”生长方式形成的复式岩体，侵入机制为两期，分别为西部、中东部岩体，其中西部岩体岩性为浅褐色、灰褐色微晶质碎裂花岗斑岩，中等碎裂，蚀变主要为薄膜状绿泥石化、水云母化、弱绿帘石化，细脉状高岭土化、碳酸盐化，CaO 和MgO 含量相对较高。中东部岩体岩性为浅红灰色、褐灰色、浅灰白色微晶质流纹状碎裂花岗斑岩，流纹状构造极其发育，岩石整体强烈破碎，全岩弱硅化，蚀变强烈，主要为浸染状褐铁矿化、赤铁矿化，沿裂隙面发育薄膜状、树枝状锰矿化，SiO2和Fe2O3含量相对较高。两期岩体接触部位发育强度不等的赤铁矿化蚀变带、绿帘石化蚀变带、高岭土化蚀变带，三者混合叠加，并发育碳酸盐化、绿泥石化和绢云母化。

2）白杨河矿床铀、铍矿化赋存于岩体与围岩接触带上，这主要与岩浆性质有关。杨庄岩体具有富Si、富K、Al弱过饱和、贫Fe以及Mg的高温热液特点，很容易与围岩接触并发生频繁的物质和能量的交换，在岩体的四周容易形成矿床。

3）杨庄岩体从同源岩浆分异演化看，在相同的侵位机制条件下，岩浆多次脉动侵位较之一次侵位更有利于矿化作用的发生。杨庄岩体侵位浅，原生节理裂隙发育，岩体中发育有大量的次级构造，众多的次级构造有利于含矿热液的沿裂隙减压区运移上升成矿。主要的工业铀、铍、钼矿体产于东部岩体中。