斑岩铜矿改造与叠加是指主成矿期以后经历的构造、岩浆和热液作用对原斑岩铜矿的改造和叠加过程。过去科学家们主要关注沉积矿床遭受后期构造-热液叠加和改造成矿作用, 而对斑岩铜矿研究不够, 这是因为世界范围斑岩型矿床多形成于中新生时代, 形成时间较新、后期改造作用较弱。但近十几年来, 在中亚地区发现了一系列古生代斑岩铜矿, 这些矿床形成于古生代岛弧环境、后又经历了古生代晚期板块碰撞造山、造山后伸展和中新生代陆内造山与抬升剥蚀等演化阶段, 即斑岩铜矿形成后经历了长期和复杂的构造变动, 使原形成的矿床接受一系列构造的、岩浆的和热液的改造与叠加作用。

近期发现, 在中亚造山带阿尔泰-南蒙古斑岩铜矿带普遍存在斑岩铜矿多期改造叠加成矿的情况, 并有一系列文献报道。例如奥玉陶勒盖(Oyu Tolgoi) 特大型斑岩铜金矿, 主要产于泥盆纪石英二长闪长斑岩及与围岩含辉石玄武岩接触带中。根据矿体、容矿围岩和侵入岩体的空间分布关系, 结合同位素年龄数据, 部分学者认为, 该铜(金) 矿化最早发生的时间为晚古生代早期(411~370Ma) 的岛弧环境(Wainwright et al., 2005), 而铜(金) 矿化发生的高峰期为晚古生代中期(320~307Ma) 的造山-造山后环境(Khashgerel et al., 2006, 2008), 原生铜(金) 矿体风化淋滤与次生富集作用发生在燕山中-晚期(117~93Ma) (Perello et al., 2001)。我国的多宝山斑岩铜矿位于中亚造山带东段, 其形成与加里东期的火山岛弧密切相关, 其主含矿花岗闪长岩及Mo矿化主要形成于加里东期(赵一鸣等, 1997；葛文春等, 2007；崔根等, 2008), 在燕山运动时遭受改造(王喜臣等, 2007；刘杨等, 2008), 也有多期叠加改造成矿的特征。

前人对于中亚造山带中斑岩型矿床多期叠加改造方面的研究, 大多是围绕与岩浆作用相关的叠加成矿作用, 而对于构造变形改造所引起的改造成矿作用研究相对较少。然而在中亚造山带复杂的地质作用过程中, 构造变形较为常见, 因此, 研究与构造变形相关的改造成矿作用, 及其与斑岩矿床演化过程中岩浆-成矿-构造事件的相互关系, 对于经历过复杂的后期地质作用的古生代斑岩矿床来讲, 具有重要的理论和实际意义。

本文在矿区地质调查的基础上, 详细观察研究了玉勒肯哈腊苏斑岩铜矿含矿斑岩、围岩的构造特征, 并结合前期年代学资料, 综合分析该矿区多期斑岩侵位、多期构造活动对铜金(钼) 成矿作用的影响, 期望为总结区域斑岩成矿规律和找矿预测提供依据。

卡拉先格尔斑岩铜矿带, 位于新疆青河县阿热勒托别乡, 青河县西南45km处, 是新疆最早发现的几个铜矿带之一。1980年新疆地矿局区测队在卡拉先格尔一带填制1 : 5万地质图时发现了该矿化带, 芮宗瑶等(1984)将其归为中国斑岩铜矿区划中北部成矿区的第8成矿带。2001年以后新疆地矿局第四地质队、305项目等联合对哈腊苏铜矿区进行地质勘探和地质调查研究工作, 结果取得了找矿和科研工作的突破(杨文平等, 2005；张招崇等, 2006), 至2007年底初步勘探表明哈腊苏矿区地质储量达中型规模以上。近两年又在玉勒肯哈腊苏和哈腊苏Ⅱ-Ⅲ矿区取得找矿新进展。

卡拉先格尔斑岩铜矿带矿区位于西伯利亚板块和哈萨克-准噶尔板块接触带的额尔齐斯区域大断裂带南侧, 矿带断裂构造发育, 断裂走向以北西向为主, 受额尔齐斯韧性剪切带东延影响, 矿区韧性剪切变形显著, 北西向构造控制了矿体的展布。卡拉先格尔斑岩铜矿带, 包括西北端的玉勒肯哈腊苏铜矿(简称玉勒肯矿区, 下同), 中部哈腊苏Ⅰ号和东南部哈腊苏Ⅱ和Ⅲ矿(化带), 矿带长约10km, 宽1~3km (图 1)。

图 1

Fig. 1

图 1 新疆青河卡拉先格尔区域地质图(根据新疆地矿局第四地质大队, 2004①修改) 1-第四系；2-下石炭统姜巴斯套组(C1j)；3-中泥盆统北塔山组(D2b)；4-下泥盆统托让格库都克组(D1t)；5-下泥盆统康布铁堡组(D1k)；6-震旦系库卫群；7-镁铁质侵入岩；8-闪长岩；9-片麻状花岗岩；10-石英二长岩；11-二长花岗岩；12-花岗闪长斑岩；13-花岗岩脉；14-花岗斑岩；15-钾长花岗岩；16-英安斑岩脉；17正长斑岩；18-断裂(F1为额尔齐斯-玛因鄂博断裂；F2为可可托海-二台断裂)；19-矿区 Fig. 1 Regional geological map of Kalaxianger in Qinghe, Xinjiang 1-Quaternary; 2-Jiangbasitao Formation of Lower Carboniferous Series; 3-Beitashan Formation of Middle Devonian Series; 4-Tuoranggekuduke Formation of Lower Devonian Series; 5-Kangbutiebao Formation of Lower Devonian Series; 6-Kuwei Group of Sinian System; 7-mafic intrusive rocks; 8-diorite; 9-gneissic granite; 10-quartz monzonite; 11-monzonitic granite; 12-granodiorite porphyry; 13-granitic vein; 14-granite porphyry; 15-moyite; 16-dacite porphyry vein; 17-syenite porphyry; 18-fault (F1-Ertix-Mayinebo fault; F2-Keketuohai-Ertai fault); 19-ore deposit

①新疆地矿局第四地质大队.2004.新疆青河哈腊苏铜矿普查报告

研究区以额尔齐斯-玛因鄂博断裂为界, 其南北两侧地层分别为两个地层分区：额尔齐斯-玛因鄂博大断裂以北属于阿尔泰地层分区, 包括震旦系库卫群和下泥盆统康布铁堡组；额尔齐斯-玛因鄂博大断裂以南属准噶尔地层分区二台小区, 包括下泥盆统托让格库都克组、中泥盆统北塔山组、下石炭统姜巴斯套组。

研究区侵入岩较为发育, 岩石类型从基性至酸性均有出露, 但以酸性岩为主。以玛因鄂博深大断裂为界, 北东侧以早二叠世花岗岩类为主, 南西侧包括晚石炭世花岗岩类和早二叠世花岗岩类。研究区火山岩发育, 以泥盆纪最为强烈和频繁, 至石炭-二叠纪, 火山活动趋于衰弱, 并逐渐由海相转为陆相, 空间分布也更局限。中、新生代仅有零星火山活动(牛贺才等, 2006)。

研究区位于额尔齐斯-玛因鄂博断裂以南的北准噶尔地区, 其主干断裂构造呈NW向、NWW向, 总体呈现由线状片理化带组成的强变形构造挤压带与弱变形地块菱形镶嵌的构造格局。强变形构造带自北向南依次为：玛因鄂博片理化带、乔夏哈拉-老山口-布尔根片理化带、扎河坝-阿尔曼台片理化带、克伯什片理化带、库布苏片理化带和卡拉麦里片理化带。区域断裂主要以额尔齐斯-玛因鄂博断裂和可可托海-二台断裂为主。额尔齐斯-玛因鄂博断裂是北疆地区最重要的岩石圈断裂。该断裂将北疆分割成两大构造区, 北侧为阿尔泰构造区, 主要构造线方向为NW-SE向；南侧为准噶尔构造区, 呈略向北凸出的孤形构造系统, 额尔齐斯-玛因鄂博断裂延长400km, 东南端被二台断裂切断, 属压扭性质。可可托海-二台断裂走向345°~350°, 倾向NEE、倾角较陡, 延长约170km, 断裂破碎带宽100~500m, 水平错距达数千米, 右行平移兼具正断性质, 切割了海西期成形的阿尔泰山西南麓北西向的褶皱-断裂构造、海西期至燕山期形成的花岗岩类岩体(柏美祥等, 1996；史兰斌等, 1997)。

根据前期资料(杨文平等, 2005；闫升好等, 2006；张连昌等, 2006；万博和张连昌, 2006；张招崇等, 2006；吴淦国等, 2008；冯京和张招崇, 2009；相鹏等, 2009；赵战锋等, 2009) 和本次观察研究, 我们认为该矿带各矿床地质特征基本相似, 地层均为中泥盆统北塔山组, 上覆地层为下石炭统南明水组、下伏地层为下泥盆统托让格库都克组。矿区围岩北塔山组地层为海相中基性火山岩-火山碎屑岩建造, 矿区内侵入岩广泛发育, 主要有海西晚期-印支期细粒斜长花岗岩、中细粒正长花岗岩, 细粒闪长岩、花岗闪长斑岩、石英闪长玢岩、正长斑岩等。这些岩体多呈岩枝、岩株、岩脉产出, 除闪长岩外, 一般规模较小。但具体到各个矿区, 其构造、岩体和矿化情况有一定区别。

玉勒肯斑岩铜金(钼) 矿位于卡拉先格尔斑岩铜矿带北西端(图 1), 北邻额尔齐斯断裂带, 南邻二台断裂, 该矿床地质构造较为复杂, 受到了强烈的后期构造改造作用。

玉勒肯斑岩矿床(图 2) 的含矿斑岩主要为花岗斑岩和花岗闪长斑岩, 二长花岗斑岩中也见矿化(体)。矿区内还发育花岗闪长岩和石英闪长岩。

图 2

Fig. 2

图 2 玉勒肯矿区地质构造简图(根据新疆地矿局第四地质大队, 2004修改) 1-第四系；2-下石炭统姜巴斯套组；3-中泥盆统北塔山组；海西期侵入岩(4~8)：4-花岗闪长斑岩；5-花岗斑岩；6-二长花岗斑岩；7-石英闪长岩；8-花岗闪长岩；9-逆断层；10-韧性剪切带；11-矿体；12-钻孔；13-片理产状；14-矿化带；15-复式向斜；16-剖面A-B位置 Fig. 2 Geological map of the Yuleken deposit 1-Quaternary; 2-Jiangbasitao Formation of Lower Carboniferous Series; 3-Beitashan Formation of Middle Devonian Series; Hercynian intrusives (4~8): 4-granodiorite porphyry; 5-granite porphyry; 6-monzonitic granite; 7-quartz diorite; 8-granodiorite; 9-abnormal fault; 10-ductile shear zone; 11-ore body; 12-drill; 13-foliation occurrence; 14-mineralized belt; 15-synclinore; 16-Section A-B position

花岗斑岩主要分布在矿区中部, 在矿区北西段也有分布。花岗斑岩整体呈北西向不规则岩株、岩枝、岩脉状侵位于下石炭统姜巴斯套组。花岗斑岩普遍具钾长石化蚀变, 次为黑云母化、硅化等蚀变, 是区内主要的金、铜矿化载体。矿区内规模最大的花岗斑岩体地表出露宽度50~500m, 延长约2.7km, 总体走向110°~120°, 倾向北东, 倾角50°~75°, 主要受北西向展布的断裂构造控制, 其北西段两侧地层中规模较小的花岗斑岩岩脉与岩枝发育, 局部发育韧性剪切变形作用。

花岗闪长斑岩分布在矿区中部和中部偏南位置, 呈不规则岩株状侵位于中泥盆统北塔山组地层中。岩石具中细粒结构, 主要由长石及角闪石等暗色矿物及少量石英组成。角闪石多绿泥石化, 靠近花岗斑岩体蚀变以黑云母化为主。矿区内长石与暗色矿物普遍发生了剪切(拉长) 变形。岩体内中泥盆统北塔山组玄武岩、玄武质凝灰岩捕虏体发育。

玉勒肯矿化斑岩的围岩主要是中泥盆统北塔山组和下石炭统姜巴斯套组地层。中泥盆统北塔山组(D₂b) 主要分布在矿区西侧, 为一套基性火山岩及其碎屑岩建造, 由于受断裂构造和岩体侵位等因素影响, 整体呈北西向展布, 倾向北东, 倾角较陡, 普遍具糜棱岩化现象。主要岩性为辉斑玄武岩、玄武质凝灰岩, 局部夹少量玄武质角砾凝灰岩、凝灰质砂岩。辉斑玄武岩呈暗绿色或灰绿色, 蚀变后为灰白色, 斑状结构, 块状构造。斑晶主要为辉石, 含少量斜长石, 基质主要由辉石和斜长石微晶组成。斑晶发生了强烈的绿帘石化、绢云母化蚀变。晶屑凝灰岩一般呈灰-暗灰绿色, 凝灰结构, 厚层状构造。晶屑主要为斜长石和少量辉石, 斜长石晶屑含量20%~25%左右, 发生较强粘土化、帘石化、绢云母化蚀变, 辉石晶屑具较弱的绿泥石化蚀变, 含量10%~15%, 基质主要为长石和绿帘石及其它隐晶质矿物。

下石炭统姜巴斯套组(C₁j) 主要分布在矿区北段和东段, 为一套碎屑沉积岩夹火山碎屑岩建造。下部靠近花岗斑岩体, 岩性为一套互层状含炭质粉砂岩与凝灰质砂岩, 以凝灰质砂岩为主, 夹少量英安质凝灰岩、凝灰质粗砂岩；中部岩性以英安质凝灰岩为主, 夹少量凝灰质粉砂岩、玄武安山岩、玄武安山质凝灰岩及流纹岩薄层、含炭粉砂岩薄层；上部主要为一套安山质凝灰岩。通过对斜穿矿区东段的剖面(图 3) 进行测量观察, 发现石炭系姜巴斯套组局部发育复式褶皱, 并有韧性变形改造, 在岩体的北接触带受岩体侵入和韧性变形的影响, 部分矿物出现定向排列, 有阳起石和黑云母化。该地层整体走向由北往南发生了由北西到北北西(局部正北) 再到北西的转变, 岩层界线多呈反“S”形, 倾向北或北东, 倾角35°~75°。由于靠近玛因鄂博大断裂, 该套地层中岩石糜棱岩化强烈。

图 3

Fig. 3

图 3 玉勒肯矿区东段A-B剖面图 Fig. 3 Cross-section in the eastern part of the Yuleken deposit

玉勒肯矿床目前发现的矿化带分为南东(I矿化带) 和北西(Ⅱ矿化带) 两个部分。南东部矿体是目前主要开采的工业矿体, 主要赋存于花岗斑岩和花岗闪长斑岩中, 矿体走向NW-NNW, 向E-SE倾伏, 矿体多呈透镜状；北西部矿体主要赋存于二长花岗斑岩中, 基本上都是一些表生富集氧化矿, 以孔雀石、蓝铜矿、褐铁矿为主, 次为赤铜矿, 深部勘探未见原生矿体。

通过野外矿区考察发现, 玉勒肯斑岩铜矿区控制I矿带的NW向韧性剪切带向南被F1断层截切, 向北西穿切F2断层(图 2)；矿区北部石炭系地层中发育NW向的复式向斜构造, 发育花岗斑岩脉与闪长岩脉；控矿的NW向韧性剪切带总体为压性伸展剪切片理带。

通过对见矿较好的8号勘探线剖面图(图 4) 钻孔岩心的观察, 发现该矿床从上到下可分为4个部分：第一部分是围岩地层, 包括下石炭统姜巴斯套组地层或(和) 中泥盆统北塔山组地层, 主要岩性为粉砂岩、炭质砂岩、玄武岩、玄武质凝灰岩等, 围岩局部发生了矿化；第二部分和第三部分是含矿斑岩, 即花岗斑岩或(和) 花岗闪长斑岩, 金属硫化物为黄铜矿、辉钼矿和黄铁矿等, 同时, 在钻孔不同深度还发育有磁铁矿；第四部分是二长花岗斑岩, 为矿体底板, 钻孔岩心中仅有星点状黄铁矿化, 未见大量矿化。

图 4

Fig. 4

图 4 矿区第8勘探线剖面图(根据新疆地矿局第四地质大队, 2004修改) Fig. 4 No.8 prospecting line profile map in the Yuleken deposit

通过对Ⅰ号矿化带已探明矿体在不同水平面的投影, 研究表明矿带总体向东倾伏, 而单矿体呈北西向展布, 不同矿体表现为“下侧再现”的斜列特征。矿体的这种斜列特征与野外露头矿化透镜体的斜列特征(图 5a) 一致, 这意味着成矿构造为压扭性正断剪切带中的压性结构面(图 5b)。矿区富矿带为韧性剪切带特征也说明玉勒肯斑岩矿床叠加成矿构造为北西向剪切构造。

图 5

Fig. 5

图 5 玉勒肯矿床控矿构造露头照片(a) 与三维模式图(b) S-韧性剪切带；OB-矿体；L-线理；SD-剪切方向 Fig. 5 Ore-controlling structure outcrop photos (a) and three dimensional patterns (b) in the Yuleken deposit S-ductile shear zones; OB-ore bodies; L-lineation; SD-shear direction

原生矿石主要分布在南东段矿体中, 矿石矿物以黄铜矿、辉钼矿和磁铁矿为主；氧化矿石分布在北西矿体中, 矿石矿物以孔雀石、蓝铜矿、褐铁矿和赤铜矿为主。矿石矿物的产出状态, 除了斑岩型矿床典型的浸染状、细脉状(图 6a)、团块状(图 6b) 之外, 还有沿片理面分布(图 6c)、沿破劈理面分布(图 6d)、沿糜棱面理分布(图 6f), 及钾化交代叠加(图 6e) 的产出形式。脉石矿物主要是石膏(图 6g)、石英、绿帘石、方解石和绿泥石等。

图 6

Fig. 6

图 6 研究区矿石标本及显微照片 (a)-细脉状黄铜矿；(b)-团块状黄铜矿与辉钼矿；(c)-沿片理面分布的黄铜矿；(d)-沿破劈理面分布的黄铜矿；(e)-钾化与黄铜矿化；(f)-黄铜矿化的花岗闪长斑岩质糜棱岩；(g)-磁铁矿与石膏；(h)-显微镜下细脉状黄铜矿、黄铁矿与磁铁矿的共生关系 Fig. 6 Specimens of ores and microphotographs in the study area (a)-vein chalcopyrite; (b)-chalcopyrite and molybdenite in crumb structure; (c)-chalcopyrite developed along foliation; (d)-chalcopyrite developed fracture cleavage; (e)-potassic alteration and Cu mineralization; (f)-granodiorite porphyry mylonite with Cu mineralization; (g)-magnetite and anhydrite; (h)-paragenetic relationship between veinlet chalcopyrite, pyrite and magnetite in microscope

矿区内岩石蚀变强、种类多, 蚀变矿物主要为钾长石、黑云母、绿帘石、绿泥石和方解石等, 并具一定空间分布规律：中部花岗斑岩以钾长石化为主, 边部具黑云母化蚀变, 与地层接触部位发育不连续的硅化-绢云母化蚀变, 呈北西向脉状、透镜状分布；南西中泥盆统北塔山组地层及早泥盆世的花岗闪长岩靠近斑岩体蚀变以黑云母化为主, 远离岩体渐变为以绿泥石化、绿帘石化和碳酸岩化为主；花岗斑岩体北东下石炭统姜巴斯套组地层以绿泥石化蚀变为主, 次为绢云母化蚀变。

矿区处于额尔齐斯断裂与二台断裂交汇部位, 受到这两条断裂的影响, 矿区内发育有一系列的韧性剪切带, 同时, 大部分含矿斑岩和围岩地层都发生了不同程度的糜棱岩化或片理化, 对含矿斑岩及围岩进行了不同程度的构造变形改造。根据野外宏观地质观察, 并综合前人的资料, 可将玉勒肯矿区的构造大致分为4个期次：

①褶皱构造, 早石炭世炭质(粉) 砂岩、凝灰岩等能干性较弱的岩石通常发生了强烈的揉皱或褶皱作用, 并且变形经历多个阶段, 发生了构造叠加作用(图 7), 常见有层理(S₀) 在褶皱作用过程中被新生的轴面劈理或片理(S₁) 所置换, 新生的面理在以后的变形作用中作为变形面参与变形, 推测该期构造形成于早石炭世末；②糜棱岩化(S₁), 整体以强弱相间分布, 以NNW走向为主的一组韧性剪切带在矿区尤为发育, 主要分布在花岗斑岩和石炭纪地层中, 韧性剪切带走向为310°~340°, 糜棱面理倾向40°~70°, 倾角45°~70°(图 8), 部分片理产状继承了原火山沉积岩层理, 金属硫化物沿着糜棱面理分布, 即伴随着糜棱片理的形成, 有一期(阶段) 矿化叠加在原生矿化之上, 具有明显的叠加特征, 推测该期构造形成于晚石炭世-早二叠世, 与区域碰撞造山作用有关；③破劈理化(S₃), 一般以切断糜棱面理为特征(图 9), 破劈理走向以北为主, 倾向为260°~280°, 倾角为30°~60°(图 10), 在钻孔岩心和地表都可以见到一期(阶段) 矿化沿着破劈理面分布, 即有一期(阶段) 矿化叠加到原生矿化之上, 该期构造与矿化形成于造山作用晚期, 与晚二叠世斑岩活动与构造热液活动有关；④低角度逆冲断层, 如(图 9) 所示在石炭纪炭质千枚岩中出现较多, 从野外宏观观察来看, 这一期构造作用基本切穿了前述所有的构造现象, 具有明显的成矿后构造特征, 与矿化无明显关系。

图 7

Fig. 7

图 7 玉勒肯斑岩铜矿区构造置换与褶皱构造关系剖面 Fig. 7 The relationship section between structural transposition and fold in the Yuleken deposit

图 8

Fig. 8

图 8 玉勒肯矿区片理露头照片以及产状玫瑰花图 Fig. 8 Outcrop pictures and rose diagrams of schistosity in the Yuleken deposit

图 9

Fig. 9

图 9 玉勒肯矿区石炭系面理构造截切关系的露头照片 Fig. 9 Outcrop pictures of the crosscutting relationship between foliation structures in Carboniferous strata in the Yuleken deposit

图 10

Fig. 10

图 10 玉勒肯矿区破劈理产状玫瑰花图 Fig. 10 Cleavage foliation rose diagram in the Yuleken deposit

在显微构造尺度, 玉勒肯斑岩矿区的变形特征更加明显。不仅常见的造岩矿物, 如石英、云母、角闪石等发生了构造变形, 而且金属矿物, 如黄铁矿等, 也发生了定向碎裂, 说明了玉勒肯矿区多期构造活动明显, 并且构造活动显示一定的温压和时空性, 伴随着成矿流体的运移与再富集, 使得成矿在原有斑岩型矿化基础上, 得到了进一步的富集叠加。

显微尺度所见到的构造变形特征, 均指示剪切变形方向为右行, 这与地质露头所观察到的现象一致。主要典型组构包括(图 11)：①S-C组构, 或称为S-C面理, S面理是剪切面理, 平行于剪切带内的应变椭球X_fY_f面的剪切带内的面理, 如图 11a所示, 黑云母呈“S”型展布；C面理是糜棱面理, 是一系列平行于剪切带边界的间隔排列的小型剪切应变带。S面理与C面理所交的锐夹角, 指示剪切方向。②旋转碎斑, 如图 11b可见, 在韧性基质剪切流动的作用下, 黑云母碎斑及其周缘能干性较弱的集合体或微细粒发生旋转, 形成了不对称的楔形尾部碎斑。碎斑拖尾尖端的延伸方向, 指示了剪切方向。③“云母鱼”构造, 能干性较弱的云母在剪切作用下, 在与(001) 节理斜交的方向上形成与剪切方向相反的微型犁式正断层, 随着变形的持续, 上、下云母碎块发生滑移、分离和旋转, 形成不对称的云母鱼, 这种细碎屑的尾部所夹的锐角, 指示了剪切方向, 如图 11c所示。④书斜构造, 或称为多米诺骨牌构造, 如图 11d所示, 黄铁矿能干性较强, 在递进剪切作用下, 产生了破裂并旋转, 使每个碎片向剪切方向倾斜, 其裂面与剪切带的锐夹角, 指示了剪切方向。

图 11

Fig. 11

图 11 玉勒肯矿区韧性剪切构造特征 (a)-晶屑凝灰岩中的显微S-C组构；(b)-花岗斑岩中的旋转碎斑；(c)-凝灰质砂岩中由黑云母组成的“云母鱼”构造；(d)-凝灰质砂岩中由黄铁矿组成的书斜构造 Fig. 11 Pictures of shear structure in the Yuleken deposit (a)-S-C structure in crystal tuff; (b)-rotational murbruk structure in granite porphyry; (c)-'Mica fish' structure in tuffaceous sandstone; (d)-domino structure in tuffaceous sandston

玉勒肯铜矿区总体为改造-叠加型斑岩铜矿, 铜矿化主要发生在花岗闪长斑岩和花岗斑岩中, 少量矿化岩石为中泥盆统北塔山组凝灰质砂岩和玄武岩。成矿主斑岩和围岩普遍发生强烈的糜棱岩化。矿体下盘为具弱片理化的块状花岗闪长岩, 局部见黄铜矿化, 片理产状与矿化斑岩的糜棱化面理产状一致。推测该岩体为同构造期(晚期) 侵位的花岗岩类。

黄铜矿化有三期, 早期以细粒、细脉浸染状赋存于花岗闪长斑岩中为特征, 中期以中粗粒、斑状和细脉状赋存于斑岩和围岩的糜棱面理或片理面分布, 晚期沿破劈理面分布。早期矿化常伴生磁铁矿和石膏, 反映成矿条件氧化程度较高, 是成矿的有利条件。

前人对卡拉先格尔斑岩铜矿带的成岩成矿年代学的研究工作, 主要集中在哈腊苏、玉勒肯和哈腊苏Ⅱ、Ⅲ矿区。对于玉勒肯矿区, 赵战锋等(2009)进行了玉勒肯两种含矿斑岩锆石U-Pb年龄测定, 得到花岗闪长斑岩的锆石U-Pb年龄为265.6±3.7Ma, 二长花岗斑岩的锆石U-Pb年龄为381.6±2.5Ma。

本文对玉勒肯矿床的成岩成矿时代进行了年代学研究, 见表 1。通过对花岗闪长斑岩质糜棱岩(图 5f) 的锆石进行SIMS U-Pb定年, 得出其谐和年龄为362.5±4Ma, 锆石CL图像呈灰黑色、环带构造不明显, 但大部分颗粒粒内破裂发育、碎裂严重, 与相邻的哈腊苏3个矿区未变形的花岗闪长斑岩相比, 测量锆石具异常高的Th含量与Th/U比值, 具有热液锆石的典型特征, 这些锆石形成于变形变质过程的重结晶作用, 其记录的是岩石变形变质年龄。此外, 我们分别对三种不同赋存状态的辉钼矿进行了Re-Os年龄测试, 第一类辉钼矿呈细脉-浸染状分布, 但明显受剪切变形构造影响(图 12a, b, c), 得到等时线年龄为371.3±1.7Ma, 推测该年龄可能反映斑岩期成矿时代；第二类辉钼矿-钾长石脉顺片理发育(图 12d), 得到模式年龄为357.3±5.2Ma；第三类辉钼矿-黄铜矿-钾长石脉截切片理构造, 得到模式年龄为331.5±4.8Ma。同时, 我们对玉勒肯矿区未变形含矿钾长石(图 6e) 进行了Ar-Ar年龄测试, 其结果为199.2±1.1Ma, 对花岗斑岩中变形黑云母(图 11b) 进行了Ar-Ar年龄测试, 其结果为274.2±1.7Ma。以上年代学数据说明玉勒肯矿床具有明显的多期叠加成矿特征。

图 12

Fig. 12

图 12 玉勒肯斑岩矿床辉钼矿手标本照片 辉钼矿Re-Os等时线年龄371.3±1.7Ma测自样品(a, b, c)；辉钼矿Re-Os模式年龄357.3±5.2Ma测自样品(d)；辉钼矿Re-Os模式年龄331.5±4.8Ma测自样品(e) Fig. 12 Molybdenite hand specimen pictures in the Yuleken deposit Molybdenite Re-Os isochron age of 371.3±1.7Ma determined from sample (a, b, and c); molybdenite Re-Os model age of 357.3±5.2Ma determined from sample (d); molybdenite Re-Os model age of 331.5±4.8Ma determined from sample (e)

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 玉勒肯斑岩矿床岩浆、构造、成矿事件同位素年代数据表 Table 1 Results of the ages of magmatic, tectonic and metallogenic events in the Yuleken deposit 年龄 (Ma) 测试对象 测试方法 资料来源 岩浆 事件 265.6±3.7 花岗闪长斑岩 锆石U-Pb 赵战锋等, 2009 381.6±2.5 二长花岗斑岩 锆石U-Pb 构造(热) 事件 199.2±1.1 含矿钾长石脉 Ar-Ar 本文 274.2±1.7 花岗斑岩中角闪石 Ar-Ar 362.5±4 花岗闪长斑岩质糜棱岩 锆石U-Pb 成矿 事件 199.2±1.1 黄铜矿-钾长石脉 Ar-Ar 331.5±4.8 辉钼矿(模式年龄) Re-Os 357.3±5.2 辉钼矿(模式年龄) Re-Os 371.3±1.7 辉钼矿(等时线年龄) Re-Os

表 1 玉勒肯斑岩矿床岩浆、构造、成矿事件同位素年代数据表 Table 1 Results of the ages of magmatic, tectonic and metallogenic events in the Yuleken deposit

玉勒肯斑岩矿床的主要含矿斑岩形成时代为380Ma左右, 这与卡拉先格尔铜矿带其他矿床的主成矿斑岩形成时代一致, 如吴淦国等(2008)和薛春纪等(2010)分别对哈腊苏矿区的花岗闪长斑岩进行了锆石U-Pb年龄测定, 得到其年龄分别为375.2±8.7Ma和371.8±9.6Ma；张招崇等(2006)对希勒克特哈腊苏花岗闪长斑岩体进行锆石U-Pb测定, 得到年龄为381±6Ma；相鹏等(2009)对哈腊苏Ⅱ、Ⅲ号矿区的含矿花岗闪长斑岩进行了锆石U-Pb方法测定, 得到这两个矿区的年龄分别为390.2±4.9Ma和393.3±9.8Ma。结合区域资料和前人的研究成果, 玉勒肯斑岩矿床, 包括整个卡拉先格尔铜矿带, 在中晚泥盆世(390~360Ma) 时, 其构造背景是与俯冲有关的岛弧环境, 并伴随有大规模中酸性岩体的侵入, 是含矿斑岩的主形成阶段。

赵战锋等(2009)测得玉勒肯斑岩矿床另一含矿斑岩的形成时代为265Ma左右, 表明除了形成于中晚泥盆世的主含矿斑岩之外, 在中二叠世也有岩浆事件的年代学记录。卡拉先格尔铜矿带其它矿床也存在晚于主成矿阶段的年代学记录, 如薛春纪等(2010)对哈腊苏矿区的另一种含矿斑岩石英闪长玢岩进行了锆石U-Pb定年, 得到年龄值为215.8±4.8Ma。这表明整个矿带的含矿斑岩具有明显的多期性, 其岩体(含矿斑岩) 形成于中晚泥盆世(390~360Ma) 的岛弧环境, 在中二叠世或者晚三叠世也有小规模中酸性岩体的侵入, 是含矿斑岩的另一个形成阶段。

玉勒肯斑岩矿床的构造改造比较复杂, 通过岩性层(如砂岩中的炭质页岩夹层) 的追索, 可以恢复地层层理(S₀) 与确定褶皱构造, 通过野外地质调查与变形构造分析, 确立了研究区的构造变形序次, 依次为褶皱构造、褶皱轴面片理构造(S₁)、糜棱岩化/韧性剪切带(S₂)、破劈理构造(S₃) 与低角度逆断层。

通过年代学资料, 玉勒肯斑岩矿床花岗斑岩中的变形角闪石Ar-Ar年龄为274Ma左右；对未变形含矿钾长石脉进行Ar-Ar测试, 年龄为199Ma左右。同时, 薛春纪等(2010)对哈腊苏矿区脉状含矿钾长石进行Ar-Ar年龄测试, 得出三组年龄, 分别为269Ma, 206Ma和198Ma；闫升好等(2006)对哈腊苏矿区含矿钾长石脉的Ar-Ar年龄进行测试, 其结果为230Ma。以上这些精细的Ar-Ar年代学数据, 说明该区经历过多期复杂的构造热事件。

结合前人地质资料及上述年代学研究, 玉勒肯斑岩矿床的构造变形序次及形成时代, 大致为：褶皱构造及轴面片理构造(S₁) 多发生于早石炭世炭质(粉) 砂岩、凝灰岩等能干性较弱的岩石中, 其形成不早于早石炭世末, 糜棱岩化/韧性剪切带(S₂) 形成于晚石炭世-早二叠世, 与区域碰撞造山作用有关, 破劈理构造(S₃) 形成于造山作用晚期, 与晚二叠世斑岩活动与构造热液活动有关, 低角度逆冲断层具有明显的成矿后构造特征, 形成不早于晚三叠世, 常常伴生有脉状叠加成矿作用。

关于成矿时代的年代学研究, 主要有两种方法。第一种是直接对成矿金属矿物进行年代学测定, 得到的年龄即为成矿年龄, 目前比较成熟的是金属硫化物Re-Os年代学方法, 辉钼矿最佳, 黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿等次之；也可以通过对黄铜矿或黄铁矿进行单颗粒Rb-Sr等时线测定, 进而确定成矿年龄, 但该方法目前尚未成熟。第二种是间接方法, 通过对含矿岩脉富钾矿物的Ar-Ar方法测定, 得到富钾矿物的Ar-Ar年龄, 代表富钾矿物的形成年龄或者后期热事件的年龄, 同时也可以间接限定成矿年龄。

前人对哈腊苏矿床的成矿时代研究较多, 吴淦国等(2008)和杨富全等(2010)分别对哈腊苏矿区的辉钼矿进行了Re-Os等时线测定, 得到成矿年龄分别为376.9Ma和378.3Ma。闫升好等(2006)对哈腊苏矿区的含矿钾长石脉进行了Ar-Ar定年, 结果为230.8Ma, 认为该矿床在印支期有一期成矿。薛春纪等(2010)对哈腊苏矿区的含矿钾长石进行了Ar-Ar年龄测定, 得到了3组年龄, 分别为269Ma, 206Ma和198Ma。玉勒肯斑岩矿床不同赋存状态的辉钼矿的Re-Os年龄, 其结果得到一个等时线年龄和几个同样具有地质意义的模式年龄, 等时线年龄为371Ma, 模式年龄为331Ma和357Ma。其中, 等时线年龄371Ma代表了主成矿时代, 与含矿斑岩时代相互套和, 表明玉勒肯斑岩矿化形成于晚泥盆世；而357Ma的辉钼矿Re-Os模式年龄与花岗闪长斑岩质糜棱岩的锆石U-Pb, 可能代表碰撞造山阶段的变形改造成矿时代；331Ma的辉钼矿Re-Os模式年龄代表的是切穿糜棱面理的Cu-Mo钾长石脉的年龄, 为后碰撞阶段的叠加成矿时代。将玉勒肯矿床成岩成矿年代学所代表的岩浆、构造、成矿事件进行综合对比(图 13), 可以看出该矿床主要的岩浆-构造-成矿事件发生在中晚泥盆世-早中石炭世, 之后转变为中晚二叠世-晚三叠世构造热事件的发生, 叠加有脉状矿化, 对原生斑岩矿化起到了再富集作用。

图 13

Fig. 13

图 13 玉勒肯斑岩矿床岩浆、构造、成矿事件的时代图解 Fig. 13 Diagram of the ages of magmatic, tectonic and metallogenic events in the Yuleken deposit

通过上述Re-Os年龄可以很好的直接限定卡拉先格尔铜矿带的成矿时代。包括玉勒肯矿床在内, 该矿带主要成矿时代为中晚泥盆世(380~360Ma), 这与主含矿斑岩的形成时代相吻合, 说明在中-晚泥盆世(390~360Ma) 时, 岛弧背景下的斑岩成矿系统已经基本形成。结合区域构造及成矿年代资料, 推测在石炭纪该区经历了碰撞阶段和后碰撞阶段, 并伴随有铜钼矿化的叠加。早中二叠世和晚三叠世, 该区进入造山后和陆内造山阶段, 伴随有脉状叠加成矿作用。综上所述, 该区成矿过程具有多期叠加改造的特征。

卡拉先格尔斑岩铜矿带, 在中-晚泥盆世(390~360Ma) 时, 处于与俯冲有关的岛弧构造背景, 有大规模中酸性斑岩侵入, 并伴有大规模斑岩型Cu-Mo矿化。早石炭世(360~330Ma) 时, 整个矿带经历了碰撞阶段的改造与叠加成矿, NNW向韧性剪切变形不仅造成斑岩中硫化物发生变形、迁移与再定位, 韧性变形过程有新的成矿物质加入, 使韧性变形带中Cu含量进一步提高。中-晚石炭世(330~300Ma) 为后碰撞阶段叠加成矿, 可能是由岩石圈拆沉引起的壳幔相互作用过程而产生的碱性岩浆活动与叠加成矿作用, 形成以辉钼矿-黄铜矿-钾长石脉矿化为特征的叠加成矿。早二叠世(270-260Ma) 进入造山后伸展阶段, Cu-Mo沿构造裂隙(破劈理) 充填再富集, 形成以沿破劈理面分布为特征的叠加成矿特征。进入三叠纪以后, 为陆内造山阶段, 常常发育与矿区低角度逆断层伴生的脉状叠加矿化。

可见, 玉勒肯斑岩铜金(钼) 矿床作为卡拉先格尔斑岩铜矿带中的典型矿床, 同时具有斑岩型和构造改造和叠加成矿的特征, 是一个典型的叠加改造型斑岩矿床。