2015, Vol. 31
2. 北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871;
3. 西安科技大学地质与环境学院, 西安 710054;
4. Laboratory of Geological Formations, K. Satpaev Institute of Geological Sciences, Almaty 050010
, WANG JuLi1, ZHU YongFeng2, WANG JianQi1, WEI ShaoNi3, LAI ShaoCong1, SEITMURATOVA Eleonora4
2. School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China;
3. College of Geology and Environment, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an 710054;
4. Laboratory of Geological Formations, K. Satpaev Institute of Geological Sciences, Almaty 050010, Kazakhstan
中亚成矿域环巴尔喀什-准噶尔成矿省以发育大型斑岩型、矽卡岩型铜矿田以及云英岩型W-Sn矿床为主要特征，如哈萨克斯坦的科翁腊德、阿克斗卡等都是世界级的超大型斑岩铜矿(图 1a，b)，萨亚克大型铜矿田以矽卡岩型矿化为主，同时伴生石英脉型和斑岩型铜矿化(图 2a)，这些矿床主要分布于北巴尔喀什泥盆纪-石炭纪火山弧中(图 1a)，成矿斑岩的侵位时代集中于石炭纪(李光明等，2008; Shen et al., 2013)，而与W-Sn矿化相关的岩浆活动发生于早二叠世(Shen et al., 2013)。北巴尔喀什成矿带与我国新疆西准噶尔地区相连(何国琦和朱永峰，2006; 朱永峰等，2007)，西准噶尔地区发育包古图中型斑岩铜矿(张锐等，2006)。前人已对北巴尔喀什地区和我国西准噶尔地区成矿斑岩年代学和地球化学进行了较详细的研究，确定北巴尔喀什地区成矿斑岩的年龄为340~310Ma(李勇等，2012; 陈宣华等，2012)，主要形成于火山弧环境，萨亚克矿区的成矿岩体具有埃达克岩的地球化学特征，被认为是俯冲板片熔融的产物(刘刚等，2012)；西准噶尔地区包古图成矿斑岩的侵位时代为320~310Ma，成矿斑岩具有岛弧岩浆的地球化学特征，部分类似于埃达克岩，但其成矿地质背景仍存在争议(张连昌等，2006; Tang et al., 2010; Shen et al., 2012; 魏少妮和朱永峰，2015)。申萍和沈远超(2010)对比了北巴尔喀什科翁腊德和西准噶尔包古图斑岩铜矿的成矿条件和成矿模式，认为两地成矿岩浆条件和成矿物质来源的差异导致成矿规模的差异。更多研究资料显示，科翁腊德斑岩铜矿与包古图斑岩铜矿的成矿背景存在一定差异，表现为科翁腊德矿区存在古老基底，而包古图矿区为新生地壳(刘刚等，2012; 陈宣华等，2013; Shen et al., 2013)。以上研究为西准噶尔和北巴尔喀什地区区域成矿对比提供了丰富的资料。
岩浆-热液成矿系统主要由3个演化阶段组成，包括岩浆阶段，含矿岩浆水出溶阶段以及热液演化阶段。在岩浆演化阶段，岩浆性质和条件，如氧逸度(Mungall，2002; Jugo et al., 2005; Richards， 2011a，b)、水含量(Richards，2011a)、矿物的结晶分异(Simon et al., 2003，2008)，甚至其侵位过程均影响着其最终演化形成岩浆-热液成矿系统的潜力。对斑岩矿床的研究表明，岛弧环境中与俯冲有关的氧化性且富水岩浆有利于斑岩铜矿的形成(Sillitoe，2010; Hedenquist and Lowenstern， 1994; Richards， 2003，2011a，b)。矽卡岩型矿床作为一类重要的岩浆-热液矿床，在灰岩发育的岛弧环境中常与斑岩型矿床伴生，其岩浆演化阶段的物理化学条件(温度、压力、水含量以及氧逸度等)对最终成矿潜力的影响同样重要。对北巴尔喀什地区成矿斑岩岩浆性质和成矿意义的研究，是深入认识区内斑岩型、矽卡岩型矿床成矿作用，乃至进行区域成矿对比的基础工作之一。本研究以萨亚克矽卡岩型矿区的侵入岩为代表，进行了矿物化学和地球化学研究，并在此基础上探讨了成矿岩体的岩浆性质、岩石成因及其成矿有利性。 1 矿区地质
中亚成矿域古生代地质演化复杂，导致域内成矿物质的多次迁移和聚集，形成多个世界级的金属矿床(涂光炽，1999; Heinhorst et al., 2000; 何国琦和朱永峰，2006; 朱永峰等，2007; Zhu et al., 2013)。中亚成矿域核心部分由阿尔泰成矿省、环巴尔喀什-准噶尔成矿省和中-南天山成矿省构成，各成矿省内包含多个成矿带，而每个成矿带由若干矿集区或矿田组成(朱永峰等，2007)。环巴尔喀什-准噶尔成矿省是中亚成矿域中最主要的金属(铜-金-多金属)成矿区，由斋桑-萨吾尔成矿带、波谢库尔-成吉思-塔尔巴哈台成矿带、环巴尔喀什成矿带和巴尔喀什成矿带组成(图 1a)，其中环巴尔喀什成矿带内包含火山沉积型铁-锰矿带和矽卡岩-斑岩型铜-钼-金多金属成矿带，后者向东延伸进入我国西准噶尔地区。西准噶尔地区出露哈图大型金矿(沈远超和金成伟，1993; 安芳和朱永峰，2007)、包古图中型斑岩铜矿(张锐等，2006; Liu et al., 2009; 魏少妮和朱永峰，2010; 魏少妮等，2011; Shen et al., 2012)和多个Au-Bi或Au-As-Sb矿化点(沈远超和金成伟，1993; An and Zhu， 2009，2010; 郑波等，2009)，与环巴尔喀什成矿带一起被称为环巴尔喀什-准噶尔成矿带(朱永峰等，2007)。
 | 图 1 环巴尔喀什-准噶尔成矿省地质构造略图及大型矿田分布(a，据李光明等，2008；申萍和沈远超，2010；陈宣华等，2012)和萨亚克铜矿田大地构造位置(b，据陈宣华等，2012) Fig. 1 Geological sketch map of Circum Balhkash-Junggar metallogenic province and the distribution of world-class ore filed(a，after Li et al., 2008; Shen and Shen， 2010; Chen et al., 2012) and tectonic location of Sayak copper ore field(b，after Chen et al., 2012) |
萨亚克大型铜矿田是环巴尔喀什矽卡岩-斑岩型成矿带中发育的唯一以矽卡岩型矿化为主的大型铜矿田。矿田产于巴尔喀什大陆边缘泥盆纪-石炭纪火山-岩浆弧的萨亚克WNW向复向斜核部(Kroner et al., 2008; 陈宣华等， 2010a，2012，图 1b)。泥盆纪-石炭纪火山弧岩浆活动及相关岩浆-热液成矿作用，与晚古生代期间成吉思火山弧伸展弧后盆地(Kazyksky盆地)洋壳向巴尔喀什大陆俯冲有关(Bespaev and Miroshnichenko， 2004)。萨亚克复向斜由石炭纪-二叠纪大陆边缘火山-沉积岩、石炭纪海相碳酸盐岩-陆源沉积岩、泥盆纪-石炭纪硅质岩-陆源沉积岩、志留纪-泥盆纪陆缘沉积岩和中-晚奥陶世海相火山岩组成，少量蛇绿岩碎片沿着WNW向断裂断续分布(图 1b)。复向斜被后期断裂构造切割，以NW和NE向断裂最发育，其次为SN和EW向。泥盆纪-石炭纪萨亚克杂岩体侵入复向斜中。萨亚克铜矿田不同类型矿化产于萨亚克杂岩体与中-下石炭统碳酸盐-陆源沉积岩接触带，矿化与闪长岩、石英闪长岩和花岗闪长岩关系密切(图 2a，b)。
 | 图 2 萨亚克铜矿田区域地质简图(a，据陈宣华等，2010a; Bespaev and Miroshnichenko， 2004)和萨亚克铜矿田区A-B-C地质剖面图(b，据陈宣华等，2012) Fig. 2 Geological sketch map of Sayak skarn copper ore field(a，after Chen et al., 2010a; Bespaev and Miroshnichenko， 2004) and geological section of A-B-C in Sayak skarn copper ore field(b，after Chen et al., 2012) |
含铜矽卡岩矿体主要呈层状受灰岩控制，矽卡岩带宽约2~2.5km，沿接触带可水平延伸几百米，蚀变矿化分带明显，从灰岩向岩体依次出现灰岩、大理岩、矽卡岩、蚀变侵入岩和侵入岩带，铜矿体常产于矽卡岩带中，矽卡岩主要为钙质矽卡岩，由石榴子石矽卡岩和绿帘石±钙铁辉石±石榴子石矽卡岩组成(安芳等，2014)，矿石根据矿物组合不同可分为三类：斑铜矿±黄铜矿型、黄铜矿型和磁黄铁矿-黄铜矿型(陈宣华等，2010a)。在岩体内部局部发育斑岩型Cu-Mo矿化，呈网脉状或细脉浸染状。 2 岩石学特征
萨亚克杂岩体侵位于构成萨亚克复向斜的所有火山-沉积地层中，分布于复向斜的中心和南、北边缘，岩石类型较为复杂，从辉长岩、辉石闪长岩、闪长岩、石英闪长岩到花岗岩均有出露(图 2a)。岩体规模变化大，从上百平方千米-几平方千米，大多岩体发育较明显的岩相分带，从边缘相到中心相依次出现辉长岩-辉石闪长岩-闪长岩、石英闪长岩-花岗闪长岩、花岗岩(图 2a，b)，其中闪长岩的锆石SHRIMP年龄为335Ma，花岗闪长岩的侵位时代为308Ma(陈宣华等，2012)。萨亚克矿田斑岩型、矽卡岩型成矿作用主要与闪长岩、石英闪长岩和花岗闪长岩关系密切。
本文研究样品采自萨亚克I和塔斯陶矿区，主要为与矽卡岩矿化有关的石英闪长岩。萨亚克I矿区岩体主要为长条形，呈NW-SE向展布，岩体出露面积约7km2，成分相对均一，为石英闪长岩，矽卡岩矿体产于岩体NW边缘与围岩接触带上(图 2a)。塔斯陶矿区岩体规模较大，出露面积约150km2，边缘相为辉长岩-闪长岩，中间相为石英闪长岩，石英闪长岩内部发育石英脉型铜矿(如珠巴克)和斑岩型铜矿(如萨亚克V)，在岩体北缘与围岩接触带发育矽卡岩型铜矿化(如塔斯陶和萨亚克III)(图 2a)。在不同矿区采集的岩体样品手标本和镜下特征基本类似，手标本呈灰色或浅灰绿色，斑状结构，块状构造(图 3a)，主要矿物有斜长石、角闪石、石英和少量黑云母。镜下观察显示，斑晶主要为斜长石、角闪石和少量石英。斜长石呈柱状，自形-半自形(图 3b)，粒径为0.5~3mm，约占斑晶矿物的55%；角闪石呈短-长柱状图，自形，墨绿色，两组斜交完全解理(图 3c)，粒径为0.2~1.5mm，约占斑晶矿物的35%，部分角闪石被蚀变成了绿帘石或绿泥石；石英为他形粒状，大多呈浑圆状(图 3c)，部分发育港湾状，显示早期被溶蚀的特征，粒径变化大(0.1~2mm)，占斑晶的10%。基质主要由细粒斜长石、角闪石和少量石英组成，大多为细粒半自形-他形结构。另有少量榍石、磷灰石和锆石，呈细粒产于基质中，或以包体形式被斜长石和角闪石包裹。岩石具体定名为石英闪长玢岩。
 | 图 3 萨亚克矿区石英闪长玢岩手标本和显微镜下主要矿物特征
(a)灰绿色石英闪长玢岩；(b)自形、长柱状斜长石斑晶；(c)柱状角闪石和浑圆状石英斑晶.矿物名称缩写：Amp-角闪石;Pl-斜长石;Qz-石英 Fig. 3 Characteristics of quartz diorite sample and major minerals in it (a)photography of grey-green quartz diorite porphyry;(b)euhedral，long-column plagioclase in quartz diorite，under cross-polarized light;(c)euhydral，short-column hornblende and rounded quartz，under polarized light. Mineral abbreviations: Amp-amphibole; Pl-plagioclase; Qz-quartz |
矿物化学电子探针分析工作在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行，仪器为JAX-8230，测试条件为：加速电压15kV、束流2×10-8A、束斑5μm、修正方法PRZ，使用的标样为标准样品美国SPI公司53种矿物，最低检出限为~0.01%。
通过详细的手标本和显微镜观察，挑选萨亚克矿区与成矿有关岩体中有代表性的全岩样品，用清水洗净晾干，用不锈钢擂钵破碎至60~80目，再用玛瑙研钵研磨成200目，待溶解。主量元素分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成，使用仪器为日本RIGAKU公司产RIX2100型X射线荧光光谱仪，测试精度优于1%。微量元素测试在澳实矿物实验室用等离子质谱仪完成。 4 测试结果 4.1 矿物化学
斜长石和角闪石是萨亚克矿区与成矿有关石英闪长玢岩中最主要的造岩矿物，呈自形粗粒以斑晶形式产出或呈细粒半自形-他形产于基质中，本次研究主要选择石英闪长玢岩中的斜长石和角闪石斑晶进行电子探针分析，所选矿物大多新鲜，部分角闪石局部发生弱绿泥石化和阳起石化，而斜长石发育弱绢云母化。具体分析结果见表 1和表 2。
 | 表 1 石英闪长玢岩中斜长石电子探针分析结果(wt%) Table 1 Representative EMPA composition of plagioclase in quartz diortie porphyry(wt%) |
| 表 2 石英闪长玢岩中角闪石电子探针分析结果(wt%) Table 2 Representative EMPA composition of amphibole in quartz diortie porphyry(wt%) |
斜长石斑晶成分相对集中，在电子显微镜下未见明显条带状或环带结构，SiO2含量为57.93%~62.72%，Al2O3变化于23.35%~26.49%之间，CaO和Na2O含量分别为5.01%~8.87%和5.47%~6.70%，K2O含量低(0.20%~0.42%，表 1)；另有1个测试点具有相对较高的SiO2(66.26%)、Na2O(7.03%)含量和较低的Al2O3(21.89%)、CaO(3.07%)含量(表 1)。分子式计算显示斜长石主要为中长石(An29-47Ab52-69Or1-4)，An值平均36，SiO2含量较高的样品点落在了更长石范围内(图 4a)，其An值为19(表 1)。石英闪长玢岩中斜长石斑晶较均一的成分特征，可能指示岩浆演化早期体系成分和物理化学条件相对稳定，与我国西准噶尔包古图地区石英闪长岩中斜长石基性程度较高(An值12~62，平均47)、发育环带结构的特征明显不同(魏少妮和朱永峰，2015)。
 | 图 4 斜长石分类图(a)和钙质角闪石分类图(b，底图据Leak et al., 1997) Fig. 4 Classification diagram of plagioclase(a) and classification diagram of amphibole(b，after Leak et al., 1997) |
角闪石斑晶成分总体较均一，SiO2含量为46.97%~50.72%，TiO2=0.82%~1.22%，Al2O3=5.23%~7.53%，FeOT=10.75%~12.92%，MgO=14.17%~16.39%，Na2O含量为~1%，K2O和MnO含量均低于0.5%(表 2)。根据Leak et al.(1997)对角闪石的分类方法，萨亚克石英闪长玢岩中的角闪石斑晶主要属于镁质普通角闪石(图 4b)，Mg#变化范围小(0.66~0.73)，平均0.70；Fe/(Fe+Mg)比值为0.27~0.34；Fe3+/(Fe3++Fe2+)比值为0.19~0.52(表 2)。包古图地区石英闪长岩中角闪石斑晶也属于镁质普通角闪石，但Mg#较高(0.71~1，平均0.89; Shen and Pan， 2013; 魏少妮和朱永峰，2015)。 4.2 岩石地球化学
所有样品主量元素变化范围很小(表 3)，SiO2含量在64.88%~68.19%之间(平均66.27%)，Na、K含量相当，Na2O/K2O比值为1.04~1.46，平均1.24。Al2O3含量相对均一(15.01%~15.31%)，CaO含量为3.09%~4.31%。TiO2(0.38%~0.49%)、P2O5(0.12%~0.16%)、MnO(0.02%~0.06%)含量较低。MgO含量和Mg#很高，平均值分别为2.79%和0.65。在TAS图解中，样品投影在亚碱性系列范围内，岩性位于花岗闪长岩和石英二长岩过渡区域，但总体位于环巴尔喀什地区与成矿有关侵入岩成分范围内(图 5a)。在SiO2-K2O图中，萨亚克石英闪长玢岩样品主要落入高钾钙碱性岩石系列区域，与环巴尔喀什地区与斑岩成矿有关的岩体成分相似(图 5b)。本文所研究样品主要采自萨亚克矽卡岩矿区，而Na、K在蚀变过程中具有较强的活动性，有可能会受到成矿流体影响。相比之下，高场强元素(如Ti、Nb、Zr等)相对稳定，因此为了避免蚀变作用在岩石分类中造成的可能影响，本文亦选择高场强元素对研究样品进行了分类研究。在Zr/TiO2-Nb/Y图中，所有样品均落在花岗闪长岩与闪长岩的过渡区域(图 5c)，与TAS分类图解以及镜下观察的结果一致，同时也指示样品蚀变很弱。
| 表 3 萨亚克石英闪长玢岩主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析结果Table 3 Representative major(wt%) and trace element(×10-6)composition for quartz diorite from Sayak |
 | 图 5 萨亚克石英闪长玢岩的TAS图解(a，据Middlemost，1994; Irvine and Baragar， 1971)、SiO2-K2O图解(b，据Rickwood，1989)和Zr/TiO2-Nb/Y成分分类图(c，据Winchester and Floyd， 1976)
其中巴尔喀什地区已发表数据据刘刚等(2012)、陈宣华等(2013)、Shen and Pan(2013)；图 6、图 8、图 9的巴尔喀什地区已发表数据同此图 Fig. 5 Classification in TAS(a，after Middlemost，1994; Irvine and Baragar， 1971)，SiO2-K2O plot(b，after Rickwood，1989) and Zr/TiO2 vs. Nb/Y diagram(c，after Winchester and Floyd， 1976)for intrusion from Syake The data for porphyry in north Balkhash are from Liu et al.(2012)，Chen et al.(2013)，Shen and Pan(2013); the data in Fig. 6，Fig. 8 and Fig. 9 are same as in this figure |
对萨亚克矿田区5件与成矿有关的石英闪长玢岩样品进行的微量元素分析表明，各样品微量元素组成非常一致(表 3)，在原始地幔标准化多元素图解中，所有样品均表现为Cs、Rb、Ba、Th、U、Sr和Hf富集，而Nb、Ta和Nd相对亏损的特点，与巴尔喀什地区和斑岩成矿有关的岩体微量元素组成基本相似，但Ta和Nb含量略低(图 6a)。稀土总量中等(∑REE=59.18×10-6~68.90×10-6)，所有样品具有相似的稀土配分模式，轻稀土元素明显富集((La/Yb)N=6.9~8.8)，轻、中稀土中等分馏((La/Sm)N=2.4~3.3)，而中、重稀土间的分馏较弱((Gd/Yb)N=1.5~1.7)。所有样品均表现为弱Eu负异常(δEu=0.82~0.96)，Ce异常不明显(δCe=0.98~1.03)(表 3、图 6b)，与环巴尔喀什地区同时代斑岩相比，轻稀土含量略低，但总体在区内斑岩变化范围内(图 6b)。
 | 图 6 萨亚克矿区石英闪长玢岩原始地幔标准化微量元素蛛网图(a)和球粒陨石标准化稀土配分图(b)(标准化值据Sun and Mcdonough， 1989) Fig. 6 Chondrite-normalized rare earth element distribution patterns(a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams(b)for diorite porphyry from Sayake(normalized values after Sun and Mcdonough， 1989) |
在钙碱性火山岩及相关侵入岩中，角闪石是较为常见的矿物之一，其稳定性受岩浆体系的水含量、氧逸度以及熔体成分等条件控制(Sisson and Grove， 1993)。研究表明，角闪石成分对岩浆体系的温度、压力、氧逸度和水含量具有一定的指示意义(Holland and Blundy，1994; Schmidt，1992; Ridolfi et al., 2010)，因此常被用于确定岩浆的温度、压力、氧逸度等物理化学条件，并取得了较为准确可信的研究成果(魏少妮和朱永峰，2010; Shen and Pan， 2013; Wang et al., 2014)。本文主要根据角闪石斑晶的成分特征，确定萨亚克矿田区与成矿有关石英闪长玢岩岩浆体系的温度、压力、氧逸度和水含量，以备进一步了解岩浆性质及其成矿意义。 5.1.1 温度
Holland and Blundy(1994)最早提出了角闪石-斜长石两相矿物温度计，但是由于很难保证所分析的斜长石和角闪石已达平衡，导致在用角闪石-斜长石温度计进行温度计算时存在很大不确定性，Blundy et al.(2008)通过实验验证，发现该温度计的误差可高达300℃。基于此，Ridolfi et al.(2010)通过实验建立了角闪石单矿物温度计，发现温度与Si*之间存在相关性，相关系数为0.84，具体公式如下：
T=-151.487Si*+2041
Si*= Si+IVAl/15-2IVTi-VIAl/2-VITi/1.8+Fe3+/9+
Fe2+/3.3+Mg/26+BCa/5+BNa/1.3+A[]/2.3
该温度计误差为±22℃，最大误差±57℃，且受压力和Al2O3含量的影响很小。根据该温度计，计算获得萨亚克石英闪长玢岩中斑晶相角闪石的结晶温度为799~843℃，平均816℃(表 2)，与包古图地区闪长岩中角闪石的结晶温度相当，但明显高于石英闪长岩(图 7b)(Shen and Pan， 2013)。
 | 图 7 角闪石Fe/(Fe+Mg)-IVAl图解(a，据Anderson and Smith， 1995)和氧逸度-温度图(b)
HM-赤铁矿-磁铁矿(Chou，1978);FMQ-石英-铁橄榄石-磁铁矿(Huebner，1971);NNO-镍-氧化镍(Huebner and Sato， 1970);包古图闪长岩和石英闪长玢岩范围据Shen and Pan(2013) Fig. 7 Fe/(Fe+Mg)vs. IVAl diagram amphibole(a，after Anderson and Smith， 1995) and logfO2 vs. T diagram(b) Hm: hematite-magnetite(Chou，1978); FMQ: fayalite-magnetite-quartz(Huebner，1971); NNO: nickel-nickel oxide(Huebner and Sato， 1970); data for Baogutu diorite and quartz diorite are from Shen and Pan(2013) |
Ridolfi et al.(2010)通过实验研究同时提出了角闪石压力计，提出压力与角闪石中全Al原子数之间的相关关系，在130~1000MPa压力范围内，相关系数高达0.99，具体公式为：
P=19.209e(1.438AlTot)
该压力计在130~450MPa范围内误差较小(~39MPa)，而在1000MPa时，误差可高达33%。根据该压力计，获得萨亚克石英闪长玢岩中角闪石斑晶的结晶压力为69~125MPa，平均85MPa，明显低于该压力计的使用范围。Schmidt(1992)曾提出了一个近水饱和固相线温度下角闪石温度计：
P=-3.01+4.76AlTot
平均误差为±0.6kbar，计算结果显示，萨亚克石英闪长玢岩中角闪石斑晶的结晶压力为1.2~3.2kbar，平均1.9kbar，对应深度为3.6~9.6km，平均5.7km，说明其中的斑晶相是在上地壳岩浆房中开始结晶的，与包古图地区闪长岩相当(Shen and Pan， 2013)。 5.1.3 氧逸度
实验研究表明，镁铁质硅酸盐矿物的Fe/(Fe+Mg)比值，在特定温度条件下，是氧逸度的函数(Anderson and Smith， 1995; Prouteau and Scaillet， 2003)。Anderson and Smith(1995)确定了不同氧逸度条件下，角闪石Fe/(Fe+Mg)比值和IVAl的变化范围。在Fe/(Fe+Mg)-IVAl图中，萨亚克矿田石英闪长玢岩中的角闪石斑晶均落在了高氧逸度范围内，指示原始岩浆体系处于较高氧化状态。Ridolfi et al.(2010)通过研究氧逸度和角闪石成分之间的关系，提出相对氧逸度(ΔNNO，NNO为镍-氧化镍缓冲剂)与Mg*之间的相关性，具体公式为：
ΔNNO=1.644Mg*-4.01(R2=0.89)
Mg*= Mg+Si/47-VIAl/9-1.3VITi+Fe3+/3.7+
Fe2+/5.2-BCa/20-ANa/2.8+A[]/9.5
误差为±0.22logfO2，在实验预计误差(0.2~0.3 logfO2; Pichavant et al., 2002)范围内。采用该计算公式，获得的萨亚克石英闪长玢岩早期岩浆体系相对氧逸度ΔNNO=1.2~2.0，平均1.8，结合NNO、FMQ(石英-磁铁矿-铁橄榄石)缓冲剂与温度、压力之间的关系式(O’Neill and Wall， 1987)，确定早期岩浆体系logfO2=-12.0~-11.5(图 7b)，平均-11.8；ΔFMQ=2.0~2.8，平均2.6(表 2)；氧逸度值明显高于包古图地区与斑岩成矿有关的闪长岩和石英闪长岩(图 7b; Shen and Pan， 2013)。 5.1.4 水含量
角闪石中IVAl对于熔体中的水含量非常敏感，基于此，Ridolfi et al.(2010)提出了角闪石成分水含量计算方程：
H2Omelt=5.215[6]Al*+12.28(R2=0.83)
[6]Al*= [6]Al+[4]Al/13.9-(Si+[6]Ti)/5-CFe2+/
3-Mg/1.7+(BCa+A[])/1.2+ANa/2.7-
1.56K-Fe#/1.6
最大相对误差为15%。计算结果显示，萨亚克矿田与成矿相关岩浆体系侵位到地壳5~6km范围时，其中的水含量为0.4%~2.7%，平均1.2%。 5.2 构造背景和岩浆成因
哈萨克斯坦环巴尔喀什地区与斑岩型和矽卡岩型矿化相关的岩体，侵位时代主要集中在晚泥盆世-石炭纪，以石炭纪为主(Seltmann and Porter， 2005; 申萍和沈远超，2010; Chen et al., 2014)，如科翁腊德斑岩铜矿区花岗闪长岩的SHRIMP U-Pb年龄为381.8Ma、369.2Ma(Kroner et al., 2008)、二长花岗斑岩的年龄为327.3Ma(李勇等，2012)；阿克都卡斑岩铜矿与成矿有关二长花岗斑岩的年龄为315.9Ma(李勇等，2012)；博尔雷斑岩型铜矿床中辉钼矿Re-Os年龄为316Ma(陈宣华等，2010b)；本文所研究的萨亚克铜矿田区，与矽卡岩和斑岩型矿化有关的闪长岩和花岗闪长岩锆石SHRIMP U-Pb年龄分别为335Ma和308Ma(陈宣华等，2012)。北巴尔喀什成矿带的超大型斑岩矿床、矽卡岩矿床均位于巴尔喀什-伊犁泥盆纪-石炭纪火山-岩浆弧内(图 1b)，被认为是成吉斯火山弧伸展弧后盆地洋壳在晚古生代期间向北巴尔喀什大陆边缘俯冲的产物(Bespaev and Miroshnichenko， 2004; Kroner et al., 2008)。区内成矿斑岩(科翁腊德、阿克都卡和博尔雷)显示典型岛弧岩浆的微量元素和同位素地球化学特征(刘刚等，2012; 陈宣华等，2013; Shen and Pan， 2013)。萨亚克矿田区石英闪长玢岩为高钾钙碱性系列岩石，具有大离子亲石元素、轻稀土富集、Nb-Ta亏损的地球化学特征，在Nb-Y、Rb-Y+Nb以及Rb/30-Hf-3Ta图解中，石英闪长玢岩样品与区内成矿斑岩相似，均落在火山弧花岗岩的范围内(图 8)，指示其具有岛弧岩浆的地球化学特征。萨亚克矿田区与成矿有关岩体的侵位时代为晚石炭世，与区内火山-岩浆弧的发育时间相当，结合地球化学特征，推断萨亚克矿田区与成矿有关石英闪长玢岩形成于岛弧环境。
 | 图 8 萨亚克石英闪长玢岩的Nb-Y(a)、Rb-(Y+Nb)(b)和Rb/30-Hf-3Ta(c)构造环境判别图解(图a，b据Pearce et al., 1984; 图c据Harris et al., 1986)
矽卡岩型Cu、Au、Mo矿相关侵入岩平均成分据Meinert et al.(2005) Fig. 8 Nb-Y(a)，Rb-(Y+Nb)(b) and Rb/30-Hf-3Ta(c)diagrams for quartz diorite from Sayak(a and b，after Pearce et al., 1984; c，after Harris et al., 1986) Average compositions of intrusions related to skarn Cu，Au and Mo deposits are from Meinert et al.(2005) |
萨亚克石英闪长玢岩SiO2含量为64.88%~68.19%，Al2O3含量为15.01%~15.31%，MgO为2.07%~3.30%(表 3)，具有高Sr含量(549×10-6~797×10-6)、低Y(8.70×10-6~10.00×10-6)和Yb(1.00×10-6~1.04×10-6)含量、Eu弱负异常(δEu=0.82~0.95)和轻稀土富集的地球化学特征(图 6b)，与埃达克岩非常相似(Defant et al., 1991)。样品Sr/Y比值高，在Sr/Y-Y图(Defant and Drummond， 1993)和(La/Yb)N-YbN图(Defant and Drummond， 1990)中均落在了埃达克岩的范围内(图 9)。在岛弧环境中，俯冲洋壳熔融(Defant et al., 1991; Defant and Drummond， 1993; Sajona et al., 1994)、增厚下地壳部分熔融(Atherton and Petford， 1993; Arculus et al., 1999; Yumul et al., 1999)和岛弧玄武质母岩浆在高压下结晶分异(Castillo et al., 1999; Macpherson et al., 2006)均能形成埃达克岩(Castillo，2006)。增厚下地壳部分熔融形成的埃达克岩一般具有类似于地壳的较为富集的同位素特征，如我国扬子地块东部出露的埃达克岩可能属于该成因(Castillo，2006)，但萨亚克矿田区与成矿有关岩体具有非常亏损的Sr-Nd同位素组成(刘刚等，2012; 陈宣华等，2013)，与俯冲板片熔融形成的埃达克岩非常相似。然而，这些岩石虽然均位于埃达克岩的范围内(图 9)，但其Sr/Y和La/Yb比值并不太高，而且环巴尔喀什地区同时代侵入岩从正常岛弧岩石到埃达克岩均有发育(图 9)，最重要的是萨亚克矿田区出露的侵入岩均发育从基性边缘到中酸性中心的分带特征，显示岩浆结晶分异的演化过程，因此，岛弧玄武质岩浆结晶分异可能是萨亚克石英闪长玢岩的成因，该认识需要进一步综合研究区内辉长岩和闪长岩的地球化学特征来进行验证讨论。另外，Richards(2011b)指出俯冲板片熔融只能在特殊情况下发生，岩浆演化过程中，与地壳深部石榴石再平衡、深部地壳熔体混染、角闪石±锆石±榍石的分离结晶都会造成弧岩浆高Sr/Y和La/Yb比值的特征，因此埃达克岩不具有指示俯冲板片熔融的意义。
 | 图 9 萨亚克石英闪长玢岩的Sr/Y-Y(a)和(La/Yb)N-YbN(b)图解(据Defant and Drummond， 1990，1993) Fig. 9 Sr/Y-Y(a) and (La/Yb)N-YbN(b)diagrams for quartz diorite from Sayak(after Defant and Drummond， 1990，1993) |
俯冲带环境中，俯冲流体交代地幔楔形成的岩浆具有演化形成岩浆-热液成矿系统的潜力，如大多世界级的斑岩型矿床均与俯冲有关的岩浆具有成因联系(Richards，2003)，当围岩为碳酸盐地层时会形成矽卡岩型矿床(Meinert et al., 2005; Sillitoe，2010)。环巴尔喀什地区石炭纪时所处的火山弧环境，为区内大型斑岩型矿床以及萨亚克大型矽卡岩矿田的形成提供了非常有利的构造背景。萨亚克矿田区与成矿有关的侵入岩为中酸性岩石，高钾钙碱性系列，Nb、Rb、Y含量与全球矽卡岩型Cu-Au成矿有关岩体非常接近(图 8a，b)，指示岩浆成分对于成矿作用的发生非常有利。矿区与成矿有关侵入岩为埃达克岩，Richards(2011a)指出岛弧环境的埃达克岩能够反应较高的岛弧成熟度、本身富含水(>4%)和成矿物质，为演化形成岩浆-热液成矿系统提供了流体和成矿元素。通过角闪石成分计算获得角闪石斑晶结晶时岩浆体系中的水含量平均为1.2%，与岛弧岩浆中初始水含量相当(1%~3%; Sobolev and Chaussidon， 1996)，但远低于具有成矿潜力的埃达克岩(>4%; Richards， 2011a，2012)。根据角闪石压力计获得的角闪石斑晶结晶压力为~1.9kbar，对应深度为5~6km，而富含挥发分的岩浆体系在~2.1kbar压力范围内就会发生流体出溶(Richards，2011b)，因此，根据角闪石成分计算获得的水含量可能是岩浆体系发生过一次流体出溶后的结果，说明原始岩浆体系具有较高的水含量。
除岩浆体系的水含量之外，氧逸度是控制岩浆-热液成矿作用的关键因素之一(Sun et al., 2004，2013; Richards et al., 2012，2013; Wang et al., 2014)。岩浆的氧化还原状态控制着硅酸盐熔体中S的存在形式及其溶解度，进而会影响其中亲硫元素和亲铁元素的溶解度(Mungall，2002; Richards，2003; Botcharnikov et al., 2011)。实验研究表明，Cu在硫化物和硅酸盐熔体间的分配系数(D硫化物/ 熔体)为600~1200(Lynton et al., 1993; Gaetani and Grove， 1997; Ripley et al., 2002; Simon et al., 2006)，因此岩浆演化早期，硫化物相的分离结晶会强烈消耗成矿体系中的Cu含量，从而影响岩浆体系演化成为热液矿床的潜力。通过对玄武质和安山质玻璃的实验研究，Botcharnikov et al.(2011)提出硅酸盐熔体中硫活度和Au溶解度在ΔFMQ+1.0(QFM：石英-铁橄榄石-磁铁矿氧逸度缓冲剂)附近达到最大值。关于氧逸度对硅酸盐熔体中Cu溶解度控制作用的资料较少，但Cu属于强亲硫元素，易于在硫化物中富集，高的氧化状态(logfO2＞QFM+2)有利于岩浆源区中的硫以硫酸盐(SO42-)的形式存在，抑制岩浆硫化物(S2-)的形成(Carroll and Rutherford， 1985; Richards， 2003，2011b; Jugo et al., 2010; Lee et al., 2012)。另外，高的氧化状态有助于分解早期残留的硫化物相，将亲硫(如Cu)和亲铁元素(如Au，PGE)活化进入岩浆熔体(Richards，2003; Nadeau et al., 2010; Botcharnikov et al., 2011; Wilkinson，2013)。萨亚克石英闪长玢岩ΔFMQ=2.0~2.8，平均2.6，如此氧化的环境，非常有利于源区的Cu、Au释放进入岩浆体系，为岩浆演化形成矽卡岩型和斑岩型Cu-Au矿化提供了很好的物质基础。环巴尔喀什地区成矿斑岩和我国西准噶尔包古图地区成矿斑岩明显不同的氧逸度条件，可能是导致两地斑岩型成矿规模差异的主要原因之一。 6 结论
(1)萨亚克大型矿田区与成矿有关石英闪长玢岩中斜长石斑晶主要为中长石，角闪石斑晶为镁质普通角闪石。石英闪长玢岩主要为高钾钙碱性系列岩石，富集大离子亲石元素和轻稀土元素，亏损Nb、Ta和重稀土元素，与岛弧岩浆具有相似的地球化学特征。
(2)岩体具有高Sr、低Y和Yb含量和高Sr/Y比值的特征，与埃达克岩非常相似。结合矿区内岩体具有明显从基性到中酸性分带的现象，推断萨亚克矿区与成矿有关中酸性岩是岛弧玄武质母岩浆在高压下结晶分异的结果。
(3)岩体中角闪石斑晶结晶温度为799~843℃、压力为1.2~3.2kbar、氧逸度logfO2=-12.0~-11.5(ΔFMQ=2.0~2.8)、平均水含量为1.2%，指示角闪石斑晶在岩体侵位于3.6~9.5km(平均5.6km)深度范围内时发生结晶。
(4)石英闪长玢岩形成的构造环境、岩浆体系较高的氧逸度和水含量非常有利于岩浆演化形成岩浆-热液型Cu矿床，在北巴尔喀什地区以斑岩型和矽卡岩型矿床的形式产出。
致谢 野外工作过程中得到了申萍、袁峰、潘鸿迪老师和张林浩高工的帮助；实验分析工作在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成，杨文强对实验工作进行了指导；中国地质科学院陈宣华研究员提供了部分参考资料；在此谨表衷心的感谢。感谢匿名审稿人的意见和建议，对于完善本文具有重要意义。| [1] | An F and Zhu YF. 2007. Studies on geology and geochemistry of alteration-type ore in Hatu gold deposit (western Junggar), Xinjiang, NW China. Mineral Deposits, 26(6): 621-633 (in Chinese with English abstract) |
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