2016, Vol. 35
2. 国土资源部 岩浆作用成矿与找矿重点 实验室, 西安 710054;
3. 中国地质调查局 西安地质调查中心, 西安 710054
2. Key Laboratory for the Study of Focused Magmatism and Giant Ore Deposits, MLR, Xi'an 710054, China;
3. Xi'an Center of Geological Survey, CGS, Xi'an 710054, China
作为岩浆演化的重要表现形式，岩浆混合作用是造成火成岩多样性的重要原因之一(王涛，2000；李昌年，2002)，也与许多金属矿床的成矿作用有着密切的联系(Du，1999；王玉往等，2012)。西准噶尔地区分布着大量的花岗岩体，岩浆混合作用发育，目前已报道的主要有庙尔沟(李宗怀等，2004)、萨吾尔山(赵娟等，2009)、夏尔莆(康磊等，2009)、托洛盖和赛力克(陈家富等，2010)。大量花岗岩体发育的同时，西准地区许多金属矿床也与这些花岗岩体有关，在包古图Ⅴ号岩体发现中型斑岩铜矿以来(成勇和张锐，2006)，附近的十余个小岩株也都发现了不同程度的矿化现象，并积累了一定数量的年龄数据(刘玉琳等，2009；申萍等，2010)，但是此前的研究主要关注达尔布特断裂以南的中酸性小岩体，关于达尔布特断裂以北小岩体的研究资料较少。作者在进行“新疆西准噶尔地区构造-岩浆带成矿地质作用及矿化特征调查与研究”中，首次在阿达依金矿外围发现布尔克斯台岩体中发育大量的闪长质微细粒包体，对该岩体中的寄主岩石和闪长质微细粒包体进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年，获得了可靠的年龄资料，确定了该岩体岩浆混合作用的时代为晚石炭世早期，与达尔布特断裂以南包古图地区的中酸性小岩体成岩时代相近。这一发现对探讨达尔布特深大断裂壳-幔岩浆的混合作用及区域岩浆动力学具有重要意义，并为该岩浆带成矿元素来源和下一步的找矿工作提供新的思路。
1 区域地质背景及岩体地质特征西准噶尔地处中亚造山带西南缘，是该区古生代俯冲-增生复合造山带的重要组成部分之一(李锦轶和徐新，2004；成守德等，2009)，发育大量晚古生代中酸性侵入岩，达尔布特断裂带和安齐断裂带两侧侵入岩尤其发育(图 1a)。这些中酸性侵入体主要有2类：巨大花岗岩基，包括夏尔莆、红山、铁厂沟、阿克巴斯陶等；以小岩株产出的花岗闪长岩-石英闪长岩的侵入体，主要分布在包古图地区和别鲁阿嘎希一带，如包古图、萨尔托海等小岩体。较大的花岗岩基一般具有铝质A型花岗岩的特点(Chen and Jahn， 2004；苏玉平等，2006)，形成于晚石炭世—早二叠世(童英等，2010)；中酸性小岩体一般具有埃达克岩或Ⅰ型花岗岩特点(张连昌等，2006；陈家富等，2010；Tang et al., 2012；高睿等，2013)，形成于早石炭世晚期—晚石炭世早期。伴随着构造-岩浆活动，西准噶尔地区发生了强烈的铜金成矿作用，形成众多矿点和矿床，包括包古图铜矿和哈图、齐求、宝贝、鸽子沟、阿达依、鲁克依等百余个金矿床，构成了哈图—包古图大型铜金矿集区。在矿集区的包古图铜金成矿带，铜金矿化主要与晚石炭世中酸性小岩体关系密切(成勇和张锐，2006；申萍等，2010)。
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图 1 西准噶尔布尔克斯台岩体地质简图 Fig. 1 Geological sketch map of the Buerkesitai granite in the Western Junggar (a据新疆维吾尔自治区地质矿产局，1993；b据新疆地质矿产局第七地质大队，1990) |
布尔克斯台岩体位于准噶尔盆地西缘扎依尔山南西段，行政区划属于新疆托里县，北距托里县庙尔沟镇20 km，西距包古图斑岩铜矿60 km，处于达尔布特断裂西北侧约4 km处。岩体金矿化异常强烈，纵穿岩体的布尔克斯台河出产砂金，岩体东北角的阿达依金矿仍处于开采阶段。该岩体呈不规则状，长短轴之比近于1: 1，南北长约6 km，东西长约5 km，出露面积约24 km2，侵位于早石炭世包古图组中，围岩主要为灰绿色厚层状硅质粉砂岩。岩体主要岩性组合为石英闪长岩、花岗闪长岩和二长花岗岩，以中细粒结构为主，不同岩石类型之间为渐变接触关系，无明显的岩性分界线，这也是岩浆混合花岗岩的普遍特征(康磊等，2009)。岩体与地层的接触界线清晰，接触界面不规则，呈波状，锯齿状及港湾状，局部见花岗岩枝插入地层中。接触面为外倾式，倾角约55°～75°。
2 岩浆混合的野外证据和矿物学标志布尔克斯台岩体中闪长质微细粒包体极其发育，但在岩体中分布不均匀，由岩体西南端至东北端有增多的趋势，尤其以岩体东北角，阿达依金矿外围最为发育，最大出露面积可达整体50%左右。
岩体中闪长质微细粒包体岩性主要为石英闪长岩和闪长玢岩，颜色较寄主岩石深，野外易于识别(图 2)。包体大小不一，相差悬殊，多数直径为5～20 cm，大者可达30 cm，小者仅1～2 cm。整体流线型形态较好，主要有椭圆状、浑圆状，部分呈透镜状，少数为撕裂状或不规则状(图 2a)，明显为塑性变形产物，表明闪长质微细粒包体并非是以固态形式进入到中酸性寄主岩浆中，而可能是以液态-晶粥状形式混入到中酸性寄主岩浆中(李永军等，2003；康磊等，2009)，并与寄主岩石发生岩浆混合作用。
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图 2 布尔克斯台岩体中宏观岩浆混合特征 Fig. 2 Macroscopic characteristics of magma mixing in the Buerkesitai granite |
岩体中的闪长质微细粒包体均具有典型的岩浆结构，是岩浆结晶作用的产物，大多为细粒-微细粒结构，粒径大都小于1 mm，粒度总体比其寄主岩石细。在包体与寄主岩石接触边界部位可见到包体具有明显的冷凝边以及寄主岩的烘烤边(图 2a)，表明该包体是高温基性岩浆与温度相对较低的中酸性岩浆经混合作用而形成的。部分包体与寄主岩的接触部位，发育宽约3～5 cm的成分过渡带，包体成分与寄主岩石成分之间为渐变过渡，个别包体在寄主岩石中呈迷雾状(图 2b)。闪长质微细粒包体与寄主岩石之间成分强烈交换以及接触部位成分渐变过渡现象是岩浆混合最有力的证据，可以直观的反映2种岩浆确实发生了混熔。
部分包体发育斜长石斑晶，少量斑晶横跨包体和寄主岩石的接触界线(图 2a)，表明包体中的斑晶斜长石来源于寄主岩石，是寄主花岗闪长质岩浆中的捕虏晶(刘成东等，2002)。在岩浆混合开始时，斜长石已在中酸性岩浆中结晶出，并在混合的过程中被捕获，而非基性岩浆在上升过程中分异结晶的产物(李永军等，2003)。
镜下观察，岩浆混合作用还有其他一些标志。在寄主岩石中(图 3a)，可见石英沿钾长石边部发生了交代熔蚀，这与基性岩浆的注入有直接关系，即当基性岩浆注入酸性岩浆中时，岩浆的温压条件发生了变化(李永军等，2004)。磷灰石在寄主岩石和包体中均有出现，但形态明显不同。在寄主岩石中磷灰石呈短柱状(图 3b)，长宽比近于1: 1，但在包体中磷灰石呈长柱状甚至针状(图 3d)。针状磷灰石作为快速冷却的标志物(Wyllie et al., 1962)，被认为是温度较高的中基性岩浆注入温度较低的中酸性岩浆中快速降温的结果(Hibbard，1991)。
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图 3 布尔克斯台岩体寄主岩石和闪长质微细粒包体岩相学显微照片 Fig. 3 Microphotographs of the host rock and diorite microgranular enclave in the Buerkesitai granite (a)寄主岩石中的花岗闪长岩(+)；(b)寄主岩石中的短柱状磷灰石(-)；(c)包体中的石英闪长岩(+)；(d)包体中的针状磷灰石(-)；Qtz-石英；Pl-斜长石；Kfs-钾长石；Bt-黑云母；Ap-磷灰石；Hbl-普通角闪石 |
用于布尔克斯台岩体寄主岩石和闪长质微细粒包体锆石U-Pb测年的2个样品采自实测剖面。
RZ8-4号样品为寄主岩石，采样坐标为E83°51′46.08″，N45°25′8.64″，岩性为灰白色中细粒花岗闪长岩：中细粒花岗结构，块状构造，岩石主要由斜长石(60%)、钾长石(10%)、石英(20%)和暗色矿物(10%)组成。斜长石呈半自形板状，粒径0.5×0.4～2.8×1.2 mm，聚片双晶发育，可见环带构造，中轻度泥化、隐晶帘石化、绢云母化，杂乱分布。钾长石为他形粒状，粒径0.3～0.8 mm，具条纹结构，为条纹长石，轻度泥化。石英为他形粒状，粒径0.2～1.0 mm，波状消光。暗色矿物主要为黑云母和角闪石，其中黑云母(10%)片状，片径0.2～1.2 mm，黄-褐色，大部分绿泥石化。普通角闪石为半自形柱状，粒径0.3～0.5 mm，黄-绿色，具闪石式解理，含量较少，小于1%(图 3a)。
RZ12-30号样品为闪长质微细粒包体，采样坐标为E83°51′47.46″，N45°29.28″，岩性为灰白色蚀变细粒石英闪长岩：半自形细粒状结构，块状构造，岩石由斜长石(65%)、石英(5%)和暗色矿物(30%)组成。斜长石呈半自形板状，粒径0.2×0.2～0.8×0.5 mm，聚片双晶发育，可见环带构造，中轻度泥化、绿泥石化、绢云母化，杂乱分布。石英为他形粒状，粒径0.2～0.7 mm，波状消光，分布不均匀。暗色矿物主要为黑云母(15%)和角闪石(15%)，其中黑云母呈片状，片径0.2～0.4 mm，黄-褐色，大部分绿泥石化、隐晶帘石化；普通角闪石：半自形柱状，粒径0.3～1.0 mm，黄-绿色，具闪石式解理(图 3c)。
锆石挑选由廊坊实验室采用常规重液浮选和电磁分离的方法完成，然后在双目镜下根据锆石颜色、自形程度、形态和透明度等特征初步分类，挑选出具有代表性的锆石进行制靶和抛光，并完成锆石显微照相(反射光和透射光)、扫描电镜阴极发光(CL)显微图像研究。激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)锆石原位U-Pb年代学分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。所采用的ICP-MS为美国Agilent公司生产的Agilent 7500a，激光剥蚀系统为德国MicroLas公司生产的GeoLas 200M，激光剥蚀斑束直径为30 μm。实验室采用的锆石年龄外部标准物质为标准锆石91500，元素含量外标为NIST SRNI610。在锆石的同位素比值及元素含量计算中采用的内标为29Si(袁洪林等，2003)。具体分析步骤和数据处理方法参见相关文献(Ballard et al., 2001；Košler et al., 2002)。锆石的同位素比值及元素含量采用Glitter(ver4.0，Macquarie University)程序，并按照Andersen Tom的方法(Andersen，2002)，用LAM-ICP-MS Common Lead Correction对其进行普通铅校正，年龄计算及谐和图采用Isoplot(ver3.0)完成(Ludwig，2003)。
4 锆石特征及分析结果布尔克斯台岩体寄主岩石RZ8-4号样品锆石多为浅黄色-无色透明，粒度显著大于闪长质微细粒包体中的锆石，平均约是后者的2～3倍。以短柱状为主，多呈正方双锥状自形晶体，少数样品在加工中碎成半截锥状。锆石长100～200 μm，宽50～80 μm，长宽比为1 . 5: 1～2.5: 1，阴极发光图像表现出典型的岩浆振荡环带和明暗相间的条带结构(图 4a)。
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图 4 布尔克斯台岩体寄主岩石(a)和闪长质微细粒包体(b)锆石CL图像及测点年龄 Fig. 4 CL images and ages of zircon grains from the host rock and diorite microgranular enclave in the Buerkesitai granite |
布尔克斯台岩体闪长质微细粒包体RZ12-30号样品锆石以正方双锥为主，部分呈半截锥状。粒度细小，晶体长60～120 μm，宽40～80 μm，长宽比为1 . 3: 1～2.2: 1，边部多不规则或呈港湾状，阴极发光图像中可见典型的岩浆振荡环带和明暗相间的条带结构，环带宽度与RZ8-4号样品相似(图 4b)。
由布尔克斯台岩体寄主岩石RZ8-4号样品分析测试结果(表 1)可见，样品21个测点的Th含量变化为37.59×10-6～113.82×10-6，U含量变化为91.61×10-6～229.94×10-6，Th/U值较高且稳定(0.41～0.53)，全部大于0.4，而且Th、U含量呈较好的正相关关系(图 5a)，属典型的岩浆成因锆石(Pidgeon et al., 1998；Claesson et al., 2000)。21个测点的 206 Pb/238U年龄为308～323 Ma，位于协和线上或曲线附近的表面年龄表明该岩浆岩锆石对U-Pb同位素体系保持完全封闭，未受后期变质作用扰动。21个锆石最终测定的 206 Pb/238U-207 Pb/235U协和年龄为313.7±2.7 Ma(95%置信度；MSWD=1.8)(图 6a)。
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图 5 布尔克斯台岩体寄主岩石(a)及闪长质微细粒包体(b)锆石Th-U图解 Fig. 5 Zircon Th-U diagrams of the host rock(a) and diorite microgranular enclave(b) in the Buerkesitai granite |
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图 6 布尔克斯台岩体寄主岩石(a)及闪长质微细粒包体(b)LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和曲线图 Fig. 6 LA-ICP-MS zircon U-Pb age concordia diagrams of the host rock and diorite microgranular enclave in the Buerkesitai granite |
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表 1 布尔克斯台岩体寄主岩石(RZ8-4)LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析数据 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic analyses of the Buerkesitai host rock](RZ8-4) |
由布尔克斯台岩体闪长质微细粒包体RZ12-30号样品分析测试结果(表 2)可见，样品26个测点的Th含量为32.66×10-6～97.45×10-6，U含量为78.27×10-6～194.98×10-6，Th/U值与RZ8-4号样品相近(0.40～0.52)，全部大于0.4，而且Th、U含量也呈较好的正相关关系(图 5b)，属典型的岩浆成因锆石(Pidgeon et al., 1998；Claesson et al., 2000)。26个测点的 206 Pb/238U年龄为304～325 Ma，与RZ8-4号样品相比范围稍大，206 Pb/238U年龄协和性较好，最大年龄误差为7 Ma，最终测定的 206 Pb/238U-207 Pb/235U协和年龄为312.2±3.9 Ma(95%置信度；MSWD=2.5)(图 6b)。
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表 2 布尔克斯台岩体闪长质微细粒包体(RZ12-30)LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析数据 Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic analyses of the Buerkesitai diorite microgranular enclave(RZ12-30) |
布尔克斯台岩体寄主岩石和闪长质微细粒包体所测锆石的Th和U含量均呈较好的正相关关系，Th/U值在典型岩浆成因锆石范围。2个样品的阴极发光图像均表现出典型的振荡环带和明暗相间的条带结构，为岩浆结晶的产物(吴元宝和郑永飞，2004)。2个样年龄分别为313.7±2.7 Ma和312.2±3.9 Ma，在误差范围内完全一致，按照最新国际地质年代表(Gradstein et al., 2005)和舒良树(2010)的划分方案，属晚石炭世巴什基尔期(Bashkirian)。
5 讨论与结论布尔克斯台岩体中暗色闪长质微细粒包体的发现和识别，确认了其为岩浆混合成因(Didier，1987；Silva et al., 2000)。虽然岩相学标志是识别岩浆混合作用最显著、最直观的证据，但是寄主岩石和暗色包体的同位素定年可以提供重要的年代学依据。对于与铜金成矿有关的中酸性小岩体来说，其成岩年龄的精确测定也是成岩成矿年代学框架建立的基础。西准噶尔地区报道过数个岩浆混合岩体(李宗怀等，2004；康磊等，2009；赵娟等，2009；陈家富等，2010)，但利用同位素年代学证据佐证岩浆混合作用的研究仅见关于夏尔莆岩体的相关报道(李永军等，2013)。
花岗岩中的岩石包体主要分为3种基本类型：捕虏体、残留体和暗色镁铁质或闪长质微细粒包体(Didier and Barbarin， 1991)。捕虏体为花岗岩所携带的外来固体岩石的碎块；残留体为地壳岩石发生深熔作用产生花岗岩浆后残留下来的难熔残余(肖庆辉和邓晋福，2002)。本次在布尔克斯台岩体寄主岩石和闪长质微细粒包体中采用LA-ICP-MS锆石U-Pb测年方法，获得的锆石U-Pb年龄分别为313.7±2.7 Ma和312.2±3.9 Ma，在误差范围内完全一致，表明二者是同期岩浆事件的产物，排除了暗色包体来源于外来固体岩石碎块或者深熔作用产生花岗岩浆后难熔残留的可能，因为无论是外来捕虏体还是难熔残留体，其形成年龄均应早于花岗岩浆的形成年龄。同时，也排除了暗色包体是基性岩浆在花岗质岩浆固结后才侵入的可能(杨高学等，2010)，是岩浆混合作用存在的有力的年代学证据。
达尔布特断裂以北的布尔克斯台岩体在晚石炭世早期的成岩过程中有显著的岩浆混合作用，且其成岩时代与达尔布特断裂以南，包古图地区的中酸性小岩体成岩时代相近。这一结论为重新认识该岩体及达尔布特岩浆带的成因提供了重要的佐证，并为研究这一地区构造演化及壳-幔相互作用等动力学问题提供了新线索。晚石炭世早期有大量地幔物质以岩浆的形式进入地壳，暗示达尔布特断裂带可能通达下地壳乃至地幔，因而为铜金的物质来源提供了可能。西准噶尔地区的铜金矿大都产于深大断裂带旁侧，而深大断裂正是地幔物质上涌的重要通道，铜金等成矿物质沿此通道被搬运至地壳浅部。已有研究表明，包古图斑岩铜矿床成矿母岩在形成过程中受到过基性岩浆的混染作用(张连昌等，2006)，成矿物质主要来源于地幔(申萍和沈远超，2010)；夏尔莆岩体作为西准地区典型的岩浆混合花岗岩体，目前已有吐克铜矿床的找矿突破(李永军等，2012)。岩浆矿床中的成矿元素主要来源于地幔，达尔布特岩浆带的壳幔岩浆混合作用可能才是有利于该岩浆带铜金富集的主要原因。
致谢： 野外工作得到新疆有色地质勘查局701大队赵永勋工程师的大力帮助，张胜龙、段丰浩、苏文博、史子豪、董柯和郭鑫一同参与了野外工作，新疆地矿局第七地质大队提供了区域地质和矿产调查报告，在此一并表示感谢!
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