2012, Vol. 28
2. 中国地质科学院地质力学研究所, 北京100081;
3. Laboratory of Geological Formations, K. Satpaev Institute of Geological Sciences, Almaty 050010, Kazakhstan;
4. 新疆维吾尔自治区地质矿产开发勘查局第一区调大队, 乌鲁木齐830011;
5. 中国地质大学, 北京100083;
6. 中国地质科学院地质研究所, 北京100037
, WANG ZhiHong2, CHEN ZhengLe2, HAN ShuQin2, Eleonora SEITMURATOVA3, YANG Yi4, YE BaoYing5, CHEN Wen6
2. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China;
3. Laboratory of Geological Formations, K.Satpaev Institute of Geological Sciences, Almaty 050010, Kazakhstan;
4. Geological Survey Team No.1, Xinjiang Bureau of Geological Exploration, Urumqi 830011, China;
5. China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
6. Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
中亚成矿域因其巨量的金属和非金属矿产而闻名于世，成矿作用极其复杂多样 (涂光炽，1999；何国琦和朱永峰，2006；朱永峰等，2007；肖文交等，2008；陈宣华等, 2009, 2010a, 2011)。中亚成矿域经历了古生代多阶段俯冲、地壳增生和侧向生长的造山历史 (Heinhorst et al., 2000；Heubeck，2001；肖文交等，2008；Xiao et al., 2008, 2009；刘刚等，2012)，形成了火山块状硫化物-斑岩铜矿-斑岩钼矿-云英岩石英脉型钨钼矿-REE-Zr-Nb富集的成矿系列 (Heinhorst et al., 2000)。环巴尔喀什成矿带是中亚成矿域的核心地区之一 (图 1a；朱永峰等，2007；陈宣华等，2010a)，除了科翁腊德 (韩淑琴等，2010)、阿克斗卡 (陈宣华等，2010b；李勇等，2012)、科克赛等超大型斑岩铜矿床之外，还产出有唯一的萨亚克大型矽卡岩型铜矿 (陈宣华等，2010c) 以及博尔雷大型斑岩铜矿和东科翁腊德、阿克沙套、扎涅特等云英岩-石英脉型钨钼矿等矿床 (陈宣华等，2010a；Chen et al., 2010)。萨亚克铜矿田是哈萨克斯坦境内最大的矽卡岩型铜矿，是哈萨克斯坦工业铜和与铜有关金属的重要来源。这些矿床均形成于晚古生代 (晚石炭世) 类似于拉张盆地的构造环境下，被认为是与大陆弧及伴生的弧后裂解作用有关 (Yakubchuk，2004)。
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图 1 萨亚克铜矿田在中亚成矿域断裂系统中的位置及其大地构造性质 (a)-中亚成矿域多核成矿系统断裂构造体系与斑岩型铜钼矿床分布 (据陈宣华等，2010a). 1-左行走滑断裂；2-右行走滑断裂；3-逆冲断裂；4-断裂；5-中亚成矿域多核成矿系统的4个核心，分别为 (1) 巴尔喀什核心、(2) 准噶尔核心、(3) 蒙古核心、(4) 阿尔泰核心；6-超大型、大型和中、小型斑岩型铜钼矿床.图中长方形框给出图 1b位置.(b)-萨亚克铜矿田大地构造位置 (据Bespaev and Miroshnichenko, 2004修改).1-Kazyksky盆地和洋中脊残余洋壳的中-上奥陶统细碧角斑岩地层；2-志留纪-泥盆纪盆地陆源沉积物；3-蛇绿岩缝合线碎片，含超基性岩；4-石炭纪地堑盆地中残留海碳酸盐岩-陆源沉积物；5-泥盆纪-石炭纪洋壳中残留盆地硅质-陆源沉积物；6~9-石炭纪-二叠纪大陆边缘带：6-岛弧前缘安山质-英安质斑岩和似斑状侵入岩；7-弧后英安岩、安山玄武岩火山；8-弧间盆地流纹岩成分的凝灰质沉积物和喷出岩；9-花岗岩-花岗闪长岩侵入杂岩；10-俯冲带；11-深断裂和破碎带 Fig. 1 The location of Sayak skarn Cu ore field in the fault system of the Central Asian metallogenic domain and its tectonic setting (a)-sketch map of multi-core metallogenic system and distribution of porphyry Cu-Mo deposits in Central Asian metallogenic domain (after Chen et al., 2010a); (b)-tectonic setting of Sayak skarn Cu ore field (modified after Bespaev and Miroshnichenko, 2004) |
本文在萨亚克铜矿田采集了与矽卡岩型铜成矿作用密切相关的5个花岗岩类岩石样品 (采样点位置见图 2)，分别来自矿田内最大的萨亚克Ⅰ矿床、第二大的塔斯陶矿床以及金属储量较小的萨亚克Ⅱ与萨亚克Ⅴ之间的花岗岩类。通过岩样破碎、浮选、电磁选和手工挑拣等方法，挑选出单颗粒锆石、角闪石、黑云母、钾长石和磷灰石纯净样品，进行了SHRIMP U-Pb、40Ar/39Ar及裂变径迹 (FT) 测年研究，限定了矽卡岩型萨亚克铜矿田铜成矿作用的年龄，揭示了铜矿田从深成岩浆活动、铜矿床形成、区域冷却至剥露作用全过程的定量化的热演化历史。
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图 2 萨亚克铜矿田区域地质简图 (据Bespaev and Miroshnichenko, 2004修改) 上图为剖面地质简图；下图为剖面示意图.图中给出采样点位置.1-Ushmalinskaya组 (C3u) 安山质和安山玄武质斑岩；2~10-萨亚克统凝灰质陆源沉积物：2-Kungisayakskaya组 (C2ks)；3-Tastykudukskaya组 (C2ts)；4-Burultasskaya组 (C1b)；5-砂岩；6-砾岩和粗砂岩；7-凝灰质粉砂岩；8-灰岩；9-砂岩中含钛磁铁矿夹层；10-酸性成分凝灰岩和熔结凝灰岩；11-下石炭统凝灰质陆源沉积物；12~13-上泥盆统 (12) 和中-下泥盆统 (13) 火山-陆源沉积物；14-志留系细粒陆源碎屑沉积物；15-上奥陶统Kazykskaya组 (O3kz) 细碧角斑岩建造；16-中奥陶统Itmurundinskaya组 (O3it) 拉斑玄武岩建造；17~19-次火山侵入体：17-辉绿岩；18-闪长玢岩；19-流纹斑岩；20~24-晚石炭世花岗岩类：20-斜长花岗岩和黑云母角闪石花岗岩；21-英云闪长岩和石英闪长岩；22-花岗闪长岩和二长花岗闪长岩；23-闪长岩，二长闪长岩和辉长岩；24-闪长岩；25-岩墙；26-超基性岩；27-矽卡岩；28-破碎带；29-逆冲断层；30-矽卡岩型、斑岩型和石英脉型Cu-Mo-Au矿床 Fig. 2 Geological sketch map of Sayak skarn Cu ore field (modified after Bespaev and Miroshnichenko, 2004) |
萨亚克铜矿田是哈萨克斯坦最典型的矽卡岩型为主铜矿床，产出在巴尔喀什斑岩铜矿带内 (李光明等，2008)。矿田位于卡拉干达州杰兹卡兹甘省东部普瑞欧兹奥尼区，在巴尔喀什市以东200km处，距巴尔喀什湖40km。矿田包括几个相对独立的矽卡岩型铜矿床、斑岩型铜钼网状脉矿床和一系列石英脉型矿脉，如萨亚克Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，塔斯陶，墨尔德拜，西、中、东詹巴斯、别尔卡拉、珠巴克、乌米特和沃尔拉斯托维等10余个矿床 (图 2)，构成以矽卡岩型为主的斑岩-矽卡岩成矿体系。
矿田形成于洋壳板块俯冲背景下的北巴尔喀什大陆边缘泥盆纪-石炭纪火山-岩浆弧的萨亚克复向斜内 (图 1b；Bespaev and Miroshnichenko, 2004；Kröner et al., 2008)。复向斜沿WNW向延伸60km，宽40km，主要由4000m厚的萨亚克统海相火山-碳酸盐-陆源磨拉石和400m厚的莫斯科阶含大量次火山建造的安山岩组成 (Kudryavtsev，1996)。萨亚克统之上不整合覆盖上石炭统安山岩和玄武岩。萨亚克杂岩体主要侵入在萨亚克复向斜的中心轴部位 (图 2)，早期为岩体边缘的辉长岩、辉长闪长岩和闪长岩，中期为大量的石英闪长岩和花岗闪长岩，晚期为黑云母-角闪石花岗岩，碱性不断增加 (Abdulin et al，1998)。矿田发育两期伸展岩墙群，早期为NE走向，晚期为NW走向 (Miroshnichenko and Rusanov, 1967)。
铜矿床位于灰岩与花岗岩类的接触带上，具有独特的矽卡岩型Cu-Au-Mo组合 (Bespaev and Miroshnichenko, 2004；Miroshnichenko and Ilýyushchenko，1967)，背斜构造是矽卡岩型矿床的主要控矿构造。最大的矽卡岩型金属矿床赋存在复向斜的鞍状背斜顶部，位于花岗岩类侵入体接触作用晕的范围内。主要金属储量集中在萨亚克I、萨亚克Ⅱ、塔斯陶、萨亚克Ⅲ和萨亚克IV矿床最大的侵入体接触作用晕 (矽卡岩类) 范围内 (图 2)。早期的硅灰石-透辉石-钙铝榴石矽卡岩不具有矿化作用。矿化主要出现在晚期的石榴子石 (钙铁榴石) 矽卡岩或灰岩-石榴子石 (钙铁榴石) 矽卡岩中，晚期矽卡岩分布最广。矿石矿物成分很复杂，据统计约有150种矿物，主要矿物为磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、辉钴矿、辉钼矿等，主要矿石矿物组合类型有斑铜矿±黄铜矿型、黄铜矿型和磁黄铁矿+黄铜矿型 (Abdulin et al，1998)。
2 锆石SHRIMP U-Pb定年 2.1 实验条件手工挑出晶形完好、透明度和色泽度好的锆石，采用双面胶固定，将锆石标样 (结晶年龄为417Ma) 与样品排列在指定位置，用模具注入环氧树脂，抽真空、烘干，经树脂固化、打磨、抛光，制备锆石样品靶。阴极发光照相采用GATAN公司Chroma阴极发光 (CL) 探头。
锆石U-Pb年龄数据是在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心的网络虚拟实验室，通过SHRIMP远程共享控制系统远程控制位于澳大利亚Curtin理工大学的SHRIMP Ⅱ而获得的。SHRIMP远程共享控制系统 (SROS) 由北京离子探针中心、中国计量科学研究院和吉林大学共同研发，可以实现通过Internet公共网络，远程控制SHRIMP Ⅱ仪器，远程选取样品待测点和实时远程实验数据输出打印等功能。
测试流程为每分析一次标样接着做3个 (有时为2个) 锆石测点。一个年龄数据用5组扫描结果的平均值求得。锆石U-Pb年龄计算采用ISOPLOT (3.00版) 程序 (Ludwig，2003) 进行。根据实测的204Pb含量进行普通铅校正。为了避开晶体表层可能存在的微裂纹造成铅的淋滤丢失，分析点选在锆石颗粒中较暗部位 (U含量通常较高)，以期尽可能得到准确的测年数据。
2.2 锆石样品描述所测锆石样品来自XH080917-6(2) 闪长岩、XH080917-9(2) 二长岩和XH080917-12(1) 花岗闪长岩。锆石均为无色透明，纺锤粒状或短柱状，部分为长柱状，柱长50~200μm，极个别达350μm。锆石一般晶形较完整，部分较破碎。锆石内部结构均匀，常具有振荡环带韵律或扇状分带结构。少数锆石核或边部具有细小暗色包体。部分锆石具有浑圆椭球状形态，或浑圆椭球状核部，推测为捕获的碎屑锆石。所测锆石晶形均较好，具有明显的岩浆锆石特点 (图 3)。
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图 3 测年锆石CL图像 (a)-样品XH080917-6(2)；(b)-样品XH080917-9(2)；(c)-样品XH080917-12(1) Fig. 3 CL images for measured zircons |
萨亚克铜矿田花岗岩类单颗粒锆石SHRIMP U-Pb同位素测年数据见表 1。单个数据点的误差为1σ，加权平均年龄具95%置信度。年龄数据采用精度较高的206Pb/238U年龄，并进行谐和图解分析 (图 4)。各个样品的锆石SHRIMP U-Pb测年分析结果分述如下。
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表 1 萨亚克铜矿田花岗岩类样品锆石SHRIMP U-Pb测年数据 Table 1 Zircon SHRIMP U-Pb data for granitoids from Sayak ore field |
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图 4 锆石U-Pb谐和图 (a)-样品XH080917-6(2)；(b)-样品XH080917-9(2)；(c)-样品XH080917-12(1).(a) 和 (c) 中小图为平均年龄，(b) 中小图为年龄的高斯分布 Fig. 4 Zircon 207Pb/235U-206Pb/238U concordia diagrams of granitoids from Sayak ore field |
样品XH080917-6(2) 闪长岩：共分析14粒锆石，每粒测试1个点。锆石中的U、Th含量变化较大，U为127×10-6~818×10-6，Th为94×10-6~1141×10-6，232Th/238U比值为0.56~1.44，均大于0.5，具有岩浆锆石的特点。206Pb/238U年龄值偏离较大的4个测点包括，测点3.1为360.3±3.4Ma，测点8.1为355.3±3.0Ma和测点10.1为347.2±7.3Ma，代表了继承锆石的年龄；测点14.1为305.8±2.4Ma，代表了后期岩浆活动的混入。剩余的10个测点给出206Pb/238U加权年龄平均值为335±2Ma (MSWD=1.3；图 4a)，可能代表该闪长岩的结晶年龄，属于早石炭世 (石炭纪密西西比亚纪) 维宪期。
样品XH080917-9(2) 二长岩：共分析14粒锆石，每粒测试1个点。锆石中的U、Th含量变化较大，U为70×10-6~544×10-6，Th为45×10-6~840×10-6，232Th/238U比值为0.60~1.59，均大于0.5，具有岩浆锆石的特点。在去掉206Pb/238U年龄值偏离较大的1个测点 (即测点12.1，年龄值为329.9±7.1Ma，可能为继承锆石) 之后，剩余的13个测点可以给出两组年龄数据，其206Pb/238U加权年龄平均值分别为309±3Ma (MSWD=0.48；由7个数据点组成) 和297±3Ma (MSWD=0.42；由6个数据点组成)(图 4b)。这可能表明两期不同世代的锆石，反映了晚期岩浆侵入到早期未完全固结的岩体之中。早期岩浆活动的锆石结晶年龄为309±3Ma，属于晚石炭世 (石炭纪宾夕法尼亚亚纪) 莫斯科期；最晚一期的锆石年龄297±3Ma可能代表该二长岩的结晶年龄，属于早二叠世 (二叠纪乌拉尔世) 阿瑟尔期。
样品XH080917-12(1) 花岗闪长岩：共分析12粒锆石，每粒测试1个点。锆石中的U、Th含量变化较大，U为317×10-6~1523×10-6，Th为134×10-6~501×10-6，232Th/238U比值为0.30~0.73，一半为大于 (或接近)0.5，另一半为小于0.5，略具有岩浆锆石的特点。在去掉204Pb值偏高的测点8.1和206Pb/238U年龄值偏离较大的测点3.1之后，剩余的10个测点给出206Pb/238U加权年龄平均值为308±10Ma (MSWD=1.6；图 4c)，可能代表该花岗闪长岩的结晶年龄，属于晚石炭世 (石炭纪宾夕法尼亚亚纪) 莫斯科期。
3 40Ar/39Ar热年代学 3.1 实验条件40Ar/39Ar法是由Sigurgeirsson (1962；未发表的报告) 首先提出、并于70年代得到迅速发展的地质热年代学方法，在矿床学研究中有着广泛的应用，可以给出矿床成矿年龄的直接信息和矿床剥露作用的过程，从而对成矿作用事件给出很好的年代学约束。
40Ar/39Ar测年在中国地质科学院地质研究所国土资源部同位素地质重点实验室完成。选纯的矿物 (纯度>99%) 用超声波清洗，然后封进石英瓶中送核反应堆中接受中子照射。照射工作在中国原子能科学研究院“游泳池堆”中进行的，使用B4孔道，中子流密度约为2.60×1013n cm-2S-1。照射总时间为2878min，积分中子通量为4.49×1018n cm-2；同期接受中子照射的监控标准样ZBH-25黑云母标样，其标准年龄为132.7±1.2Ma，K含量为7.6%。
样品的阶段升温加热使用石墨炉，初始温度为700℃，相邻加热阶段的温度差主要在40℃至100℃不等，每一个阶段加热30min，净化30min。质谱分析在多接收稀有气体质谱仪Helix MC上进行，每个峰值均采集20组数据。所有的数据在回归到时间零点值后再进行质量歧视校正、大气氩校正、空白校正和干扰元素同位素校正。中子照射过程中所产生的干扰同位素校正系数通过分析照射过的K2SO4和CaF2来获得，其值为：(36Ar/37Aro)Ca=0.0002389，(40Ar/39Ar)K=0.004782，(39Ar/37Aro)Ca=0.000806。37Ar经过放射性衰变校正；40K衰变常数λ=5.543×10-10 a-1(Steiger and Jager, 1977)；用ISOPLOT程序计算坪年龄及正、反等时线 (Ludwig，2003)。坪年龄误差以2s给出。详细实验流程见陈文等 (2006)和张彦等 (2006)。
3.2 分析结果测年结果列于表 2中。其中，闪长岩样品XH080917-6(2)(锆石SHRIMP U-Pb年龄为335±2Ma；本文) 角闪石12个加热阶段的全熔年龄 (Total age) 为287.3Ma (表 2)，坪年龄发育得不是很好，其700~1120℃加热阶段坪年龄为287.3±2.8Ma (图 5a)，40Ar-39Ar等时线年龄为287.0±6.3Ma，反等时线年龄为286.6±6.7Ma (图 5b)。由反等时线得到的40Ar/36Ar初始比值为297.3±8.6，与现代大气氩同位素比值 (298.56±0.31；Lee et al., 2006) 相一致，说明该样品不存在放射性成因氩丢失或氩过剩，该反等时线年龄可能代表了真实的矿物冷却年龄，因此，这里采用反等时线年龄286.6±6.7Ma为其冷却年龄，属于早二叠世。
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表 2 萨亚克铜矿田花岗岩类40Ar/39Ar年龄测试数据 Table 2 40Ar/39Ar dating data for granitoids from Sayak ore field |
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图 5 40Ar/39Ar阶段加热年龄谱 (a、c、e) 和年龄等时线 (b、d、f) (a、b)-XH080917-6(2) 角闪石；(c、d)-XH080917-6(2) 钾长石；(e、f)-XH080917-6(4) 黑云母 Fig. 5 40Ar/39Ar release spectra (a, c, e) for stepwise heating analyses and isochron diagrams (b, d, f) of minerals from Sayak ore field |
样品XH080917-6(2) 钾长石13个加热阶段的全熔年龄 (Total age) 为250.1Ma (表 2)，坪年龄发育较好，其850~1250℃加热阶段坪年龄为249.8±1.6Ma (图 5c)，40Ar-39Ar等时线年龄为257±11Ma，反等时线年龄为255±10Ma (图 5d)。由反等时线得到的40Ar/36Ar初始比值为282±29，较现代大气氩同位素比值 (298.56±0.31；Lee et al., 2006) 为略小，说明该样品可能存在轻微的放射性成因氩丢失，真实的冷却年龄可能要稍大于该反等时线年龄，因此，这里采用正等时线年龄257±11Ma为其冷却年龄，属于晚二叠世-早三叠世。该钾长石在245Ma左右和225Ma左右受到后期构造热事件的微弱改造。
花岗闪长岩样品XH080917-6(4) 黑云母12个加热阶段的全熔年龄 (Total age) 为306.3Ma (表 2)，坪年龄发育较好，其800~1230℃加热阶段坪年龄为307.9±1.8Ma (图 5e)，40Ar-39Ar等时线年龄为307.4±3.3Ma，反等时线年龄为306.6±2.9Ma (图 5f)。由反等时线得到的40Ar/36Ar初始比值为296±12，与现代大气氩同位素比值 (298.56±0.31；Lee et al., 2006) 基本一致，说明该样品不存在放射性成因氩丢失或氩过剩，该反等时线年龄可能代表了真实的矿物冷却年龄，因此，这里采用反等时线年龄306.6±2.9Ma为其冷却年龄，属于晚石炭世。该黑云母没有受到后期构造热事件的改造。
4 磷灰石裂变径迹热年代学 4.1 实验条件裂变径迹 (FT) 测年分析在中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室完成。挑选纯净的磷灰石单颗粒样品，采用外探测器法 (Gleadow and Duddy, 1981) 标准测试流程及Zeta (ζ) 校正法 (Hurford and Green, 1983) 计算得到样品的磷灰石裂变径迹 (AFT) 年龄。年龄标准样为杜兰哥 (Durango) 磷灰石 (31.4±0.5Ma)。标准玻璃为美国国家标准局SRM612铀标准玻璃，在照射过程中用作放射性剂量计测量中子通量。磷灰石自发裂变径迹在5.5N HNO3中20℃室温条件下蚀刻20s。照射过程中盖在磷灰石颗粒样品和标准玻璃放射性剂量计之上的低铀白云母外探测器诱发裂变径迹蚀刻条件为40% HF，20℃室温，30min。
磷灰石样品在中国原子能科学研究院492反应堆进行辐照。磷灰石裂变径迹统计和径迹长度测量用OLYMPUS偏光显微镜，在放大1000倍浸油及反射光源条件下完成围限径迹长度的测量。计算AFT年龄采用的权重平均Zeta (ζ) 值为356.6±10。
4.2 FT测年结果裂变径迹 (AFT) 测年结果见表 3。图 6给出了各个样品的磷灰石单颗粒年龄直方图和放射图。采用χ2检验以确定单颗粒年龄是否落在泊松分布范围内，以便区分是否属于一个单一的年龄群组 (Galbraith，1981)。所有样品的χ2概率>5%，即通过χ2检验，AFT年龄采用合并年龄 (即样品所测颗粒总体法年龄，或称“池年龄”)。
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表 3 萨亚克铜矿田磷灰石裂变径迹测年分析数据 Table 3 Apatite FT dating data for granitoids from Sayak ore field |
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图 6 磷灰石裂变径迹分析结果 左为单颗粒年龄直方图，曲线为拟合中心年龄趋势；右为放射图，其左侧坐标为误差范围，右侧坐标为年龄，横坐标上为相对误差下为精度，图中圆点为所测试颗粒，直观标明中心年龄、P (χ2) 检验值、相对误差和测试颗粒数 Fig. 6 Results of apatite fission track analyses for granitoids from Sayak ore field |
本次研究所测样品的裂变径迹年龄均小于岩浆侵入年龄。所有样品AFT年龄均处在中生代，范围为85.4±4.5Ma至66.9±4.1Ma，均处在晚白垩世中晚期。所有样品的平均径迹长度 (MTL) 分布范围为13.44±0.11μm至14.12±0.12μm，远小于原始径迹长度 (16.3±0.9μm；陈刚等，2005)，也小于快速冷却至地表温度的裂变径迹平均长度 (14.5~15.5μm；Green et al., 1989)，表明这些样品均经历了完全退火作用，然后又被缓慢抬升到部分退火带之上并最终成为地表露头。采用AFTSolve软件 (Ketcham et al., 2000) 和退火模型 (Ketcham et al., 1999) 进行的热历史模拟，给出了这些样品的低温热演化曲线 (图 7)，揭示的热事件年龄 (模拟年龄范围为85.5~68.4Ma) 与AFT年龄在误差范围内一致。
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图 7 萨亚克铜矿田岩浆-成矿作用和剥露过程的温度-时间图解 年龄数据来自有关资料和本文.矿物封闭温度据陈宣华等 (2010d)和引用的相关文献.a、b、c、d分别为冷却速率0.1℃/Ma、1℃/Ma、10℃/Ma和100℃/Ma线.粗虚线及其阴影部分为推测冷却曲线.磷灰石裂变径迹模拟曲线：①为XH080917-6(2)；②为XH080917-9(2)；③为XH080917-11(1)；④为XH080917-12(1).矿物代号：Zr-锆石；Hb-角闪石；Bi-黑云母；Ksp-钾长石；Ap-磷灰石 Fig. 7 Temperature vs time diagram showing the evolution history of magmatism, metallogenesis and exhumation in Sayak ore field |
前人研究认为，巴尔喀什成矿带矽卡岩型铜多金属矿床的成矿时代为354~260Ma，高峰期在290~260Ma (何国琦和朱永峰，2006)。萨亚克地区与矽卡岩型铜矿床有关的花岗岩类侵入体中黑云母样品的K-Ar年龄为304~329Ma (Monich et al., 1966；Bespaev and Miroshnichenko, 2004)。Seltmann and Porter (2005)认为，萨亚克地区矽卡岩铜矿床与石炭纪 (330Ma) 花岗闪长岩侵入体有关。Cao et al.(2011) 给出萨亚克I号地区花岗闪长岩的锆石SIMS U-Pb年龄为311.4±2.5Ma。本文根据5个花岗岩类样品3种方法5种矿物的10个热年代学年龄数据，给出了巴尔喀什成矿带萨亚克大型矽卡岩型铜矿田含矿岩体侵位与冷却过程的精确时限 (表 4、图 7)，从而限定了与之有关的矽卡岩型铜成矿作用的时代及其铜矿床的剥露历史。
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表 4 巴尔喀什成矿带萨亚克铜矿田同位素年龄数据一览表 Table 4 Combined geochronologic data for granitoids from Sayak ore field |
萨亚克矿田发育的铜矿化与岩浆活动具有非常密切的关系，交代作用和成矿作用的发生是岩浆活动的延续。其中，锆石U-Pb年龄为335±2Ma的闪长岩与铜矿化作用的关系最为密切，铜含量高达1.06%(本研究未发表数据)；其次，锆石U-Pb年龄为308±10Ma的花岗闪长岩 (锆石SIMS U-Pb年龄为311.4±2.5Ma；Cao et al., 2011) 与铜矿化的关系也较为密切，铜含量可达0.21%(本研究未发表数据)。因此，U-Pb测年给出萨亚克铜矿田矽卡岩型铜成矿作用的两个时期，阶段1和阶段2成矿作用分别与~335Ma (主期) 和约311~308Ma (次要期) 的岩浆侵入事件有关 (图 7)。锆石U-Pb年龄为297±3Ma的二长岩中铜的含量只有14.3×10-6(本研究未发表数据)，不具有矽卡岩型铜成矿作用的意义。萨亚克铜矿田主要为海西中晚期构造-岩浆活动的产物。
与巴尔喀什成矿带区域岩浆侵入作用的时代相比较，萨亚克铜矿田属于区域晚期岩浆活动有关的成矿作用。萨亚克两期矽卡岩型铜成矿作用的时代 (~335Ma和约311~308Ma)，明显地晚于科翁腊德斑岩铜矿床外围的花岗闪长岩和角闪花岗闪长岩 (锆石SHRIMP U-Pb年龄分别为381.8±3.1Ma和369.2±4.9Ma；Kröner et al., 2008)，而分别处在科翁腊德斑岩铜矿 (二长花岗斑岩结晶年龄为327.3±2.1 Ma；本研究未发表数据)、阿克斗卡斑岩铜矿 (二长花岗斑岩结晶年龄为327.5±1.9Ma；李勇等，2012) 和博尔雷斑岩铜矿 (辉钼矿Re-Os年龄为315.9±6.5Ma；陈宣华等，2010a) 成矿时代的之前和之后。萨亚克两期矽卡岩铜成矿时代，与我国新疆西准噶尔哈图-包古图大型金铜矿集区含矿闪长岩形成年龄范围 (332.0~312.3Ma；申萍等，2010；申萍和沈远超，2010) 大致相当，均早于巴尔喀什成矿带云英岩-石英脉型钨钼成矿时代 (298.0~289.3Ma；陈宣华等，2010a)。
5.2 矿床剥露作用的历史从萨亚克铜矿田花岗岩类锆石U-Pb年龄，角闪石、黑云母和钾长石40Ar/39Ar年龄，磷灰石FT年龄以及它们各自的封闭温度所构成的演化曲线 (图 7) 来看，萨亚克地区矽卡岩化成矿作用 (及伴生斑岩型成矿作用) 的深度，可能要远远超过磷灰石FT部分退火带的深度 (其上界面在2km附近)，而达到钾长石40Ar/39Ar封闭温度所代表的深度位置 (估计在5km左右)。因此，导致萨亚克地区发生矽卡岩化成矿作用的深成岩浆活动的侵位深度可能在5km左右，属于深成斑岩成矿系统 (>2km) 之下的成矿作用系统。
前人研究表明，萨亚克铜矿田矽卡岩形成于高温条件 (670~530℃)；金属成矿作用发生在矽卡岩形成之后，主要矿石矿物的沉淀发生在高温 (590~350℃) 下 (Bespaev and Miroshnichenko, 2004)。因此，矽卡岩型铜成矿作用是处在岩浆侵入 (锆石结晶) 与黑云母 (40Ar/39Ar) 冷却事件之间的事件 (图 7)。据此推测，矽卡岩型铜成矿作用的时代，可能更接近于深成岩浆侵入事件 (锆石结晶) 年龄，即，可能具有~335Ma (主期) 和约311~308Ma (次期) 两期矽卡岩型铜成矿作用年龄。
铜矿田花岗岩类AFT年龄 (85.4±4.5~66.9±4.1Ma) 代表了铜矿床的剥露年龄。AFT年龄分布具有向北东方向变老的特点，显示了花岗岩类在很大程度上受到后期逆冲断层作用的影响，也反映了走向北西-北北西、倾向东的逆冲断层作用的时间可能在~66.9Ma。AFT年龄反映的萨亚克矿田整体隆升事件可能稍晚于我国新疆境内的准噶尔盆地周缘 (其构造抬升-剥露作用发生在中-晚白垩世的~135Ma至~67Ma；李丽等，2008；李玮等，2010)。不过，萨亚克矿田与西准噶尔成矿带类似，都具有晚白垩世期间 (~67Ma) 发生的逆冲断层作用，可能与该时期东西向挤压构造应力场的作用有关。
6 结论通过哈萨克斯坦巴尔喀什成矿带萨亚克铜矿田与矽卡岩型铜成矿作用有关花岗岩类样品的锆石SHRIMP U-Pb、40Ar/39Ar、AFT测年分析与热历史模拟研究，得到以下结论：
(1) 花岗岩类锆石SHRIMP U-Pb定年，给出了两期与矽卡岩型铜成矿作用有关的深成岩浆作用的时代，早期的闪长岩结晶年龄为335±2Ma (可能为主要成矿期)，晚期的花岗闪长岩结晶年龄为308±10Ma，反映了晚古生代 (海西期) 两期矽卡岩型铜成矿作用的年龄。
(2) 花岗岩类角闪石、黑云母、钾长石40Ar/39Ar热年代学分别给出了矿物冷却年龄，进一步限定了矽卡岩型铜成矿作用的时代和区域冷却的历史。
(3) AFT测年数据揭示，受区域挤压构造作用的影响，萨亚克铜矿田的最晚期整体抬升-剥露作用发生在晚白垩世晚期 (85.4~66.9Ma)。
(4) 花岗岩类岩石的锆石U-Pb、40Ar/39Ar和裂变径迹热年代学研究，揭示了萨亚克铜矿田从深成岩浆活动、成矿作用、区域冷却到剥露作用的全过程。
致谢 本文一起参加野外地质调查与采样工作的还有杨农、李光明、张进、申萍、薛春纪、吕新彪、张林浩、施炜、西尔班·佳克巴娃等；研究工作得到新疆维吾尔自治区国家305项目办公室和哈萨克斯坦萨特巴耶夫地质科学研究所的大力支持与帮助；资料收集得到新疆自然资源与生态环境研究中心王煜高级工程师的帮助；锆石SHRIMP定年得到澳大利亚Curtin理工大学高旻和高昊在装载样品、仪器调试和监控方面、北京离子探针中心张维和颉颃强在远程实验协助和数据处理方面的帮助；40Ar/39Ar测年得到国土资源部同位素地质重点实验室的帮助；磷灰石裂变径迹测年得到中国地震局地震动力学国家重点实验室和谷元珠高级工程师的帮助；在此谨表衷心感谢。| [] | Abdulin AA, Bespaev HA, Daukeev CZ, Miroshnichenko LA, Votsalevskiy ES. 1998. Copper Deposits of Kazakhstan, Reference Book. Almaty, Kazakhstan: Ministry of Ecology and Natural Resources of the Republic of Kazakhstan: 1-141. |
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