2015, Vol. 31
西准噶尔地区是指位于额尔齐斯-斋桑缝合带以南、北天山缝合带以北、准噶尔盆地以西至中哈国界的区域(图 1)，由一系列的增生杂岩带、古生代岩浆弧构成(Windley et al., 2007; Xiao et al., 2008; Han et al., 2010)，构造上位于哈萨克斯坦板块、塔里木板块和西伯利亚板块交汇的中亚增生造山带(Huang，1978; 何国琦等，2007; 韩宝福等，2006，2010; 杨高学等，2012)，经历了多阶段不同性质的构造运动(肖序常等，1992; 李锦轶，2004; 王京彬和徐新，2006)，可能在石炭纪(Chen et al., 2010; Han et al., 2010)或二叠纪(Xiao et al., 2008)与相邻的阿尔泰和北天山块体完成了碰撞拼贴。
中亚成矿域核心区可划分为阿尔泰、巴尔喀什-准噶尔、楚伊犁-天山-西南天山等4个成矿省，其中巴尔喀什-准噶尔成矿省包括了扎尔玛-萨吾尔成矿带、塔尔巴哈台-谢米斯台成矿带、阿科斗卡-巴尔鲁克成矿带、巴尔喀什-西准噶尔成矿带等4个成矿带(朱永峰，2014)。中亚成矿域成矿作用复杂多样(何国琦和朱永峰，2006; 朱永峰等，2007; 朱永峰，2009)，具有陆壳增生显著、壳幔作用强烈、陆内改造复杂、成矿类型多样等四大特征(Xiao et al., 2009)，在陆缘增生造山和后碰撞地壳双向增生过程中，发生了金属元素强烈富集，造就一系列大型-超大型金属矿床(何国琦等，1994; 涂光炽，1999; Windley et al., 2007; 申萍等，2008; 申萍和沈远超，2010; Shen et al., 2012)。
西准噶尔地区在我国境内部分包括了巴尔喀什-准噶尔成矿省4个成矿带的东部，相对于境外部分研究程度相当薄弱。其中，特别是塔尔巴哈台-谢米斯台地区，研究程度低、找矿勘探尚无大的突破。近年来，随着谢米斯台铜矿的发现(申萍等，2010)，本项目组先后还发现了喀因德、乌兰浩特、阿依德、巴汗等与火山岩有关的铜矿点，因此，塔尔巴哈台-谢米斯台地区与火山热液活动有关的铜成矿显示了一定的潜力，但是相关研究几乎空白。本文拟对塔尔巴哈台-谢米斯台地区与火山热液活动有关的阿尔木强、谢米斯台铜矿床以及喀因德、乌兰浩特、阿依德、巴汗等铜矿点开展地质地球化学及年代学研究，为区域成矿规律研究以及进一步的找矿勘探提供支持。 2 区域地质概况
塔尔巴哈台-谢米斯台成矿带呈近东西向展布，南与准噶尔盆地北缘接壤，东抵沙尔布提山，向西沿塔尔巴哈台山延伸至哈萨克斯坦境内，全长约450km(图 1)。
 | 图 1 新疆西准噶尔地区区域地质图(据新疆地质局区调大队第十分队，1981①修改)Fig. 1 Sketch geological map of the West Junggar，Xinjiang |
① 新疆地质局区调大队第十分队. 1981. 1:20万区域地质调查报告，塔城幅，托斯特幅，吉木乃幅和布克塞尔幅
塔尔巴哈台-谢米斯台地区古生代地层出露广泛，具有岩相建造复杂、火山岩十分发育、构造变动频繁等显著特征。区内出露的最老地层为中奥陶统布鲁克其组(O2b)凝灰碎屑岩和泥质灰岩，分布于研究区西北部塔尔巴哈台断裂的北侧。中泥盆统萨吾尔山组(D2s)火山岩地层分布于萨吾尔山东段，属岛弧型火山-火山碎屑岩建造。上泥盆统塔尔巴哈台组(D3t)火山岩地层出露于萨吾尔山南缘及东段。中泥盆统与上泥盆统之间呈整合接触，总厚度大于3000m，其上为下石炭统覆盖。下石炭统黑山头组(C1h)仅见于萨吾尔山东段，属沉积-火山-火山碎屑岩建造。下石炭统萨尔布拉克组(C1s)仅出露于萨吾尔山北侧的局部地段。二叠系哈尔加乌组(P1h)和卡拉岗组(P1k)为陆相火山-沉积岩系。
塔尔巴哈台-谢米斯台地区的区域构造主要呈近东西向，近东西向深大断裂包括萨吾尔断裂、塔尔巴哈台断裂、洪古勒楞大断裂等。值得注意的是，洪古勒楞大断裂以南地区发育NEE向的大断裂，包括克乌断裂、达尔布特断裂、哈图断裂、玛依勒断裂和巴尔鲁克断裂等。
塔尔巴哈台-谢米斯台地区侵入岩广泛发育，以花岗岩浆侵入活动最为强烈，出露面积约占侵入岩总面积80%以上，加里东期侵入岩主要分布于萨吾尔山和谢米斯台山岩浆弧上，海西中期侵入岩主要分布于萨吾尔山和巴尔鲁克山以及达拉布特断裂附近的岩浆弧上。早二叠世为板内岩浆活动阶段，发育侵入的钾质花岗岩。塔尔巴哈台-谢米斯台区域上火山岩广泛发育，火山活动贯穿于泥盆世-二叠世整个地质历史时期。晚古生代有三次火山活动：第一次为中泥盆统的海相中(基)性火山岩-火山碎屑岩建造；第二次为下石炭统海相中(基)性火山岩-火山碎屑岩建造；第三次为上石炭统-二叠统的陆相安山岩-流纹岩建造。区内晚古生代火山岩表现了喷发环境由海相向陆相转变，形成的火山岩成份具有由中基性向酸性过渡的演化趋势，区内侵入岩较发育，多为海西中晚期的岩株、岩枝和岩脉(新疆维吾尔自治区地质矿产局，1993)。 3 矿床(点)地质特征
本文涉及塔尔巴哈台-谢米斯台地区6个与火山热液活动有关的铜矿床(点)：阿尔木强铜矿床，申萍等(2010)发现的谢米斯台铜矿床，本项目组发现的喀因德、乌兰浩特、巴汗、阿依德、等铜点，对这些矿床(点)进行了系统的野外研究及样品采集，其地质特征分述如下。 3.1 喀因德铜矿点
喀因德铜矿点位于额敏县城东偏北约50km处。矿化区北部和南部出露地层为上泥盆统塔尔巴哈台组(D3t)的粉砂岩、火山岩-火山碎屑岩，中部主要出露地层为早石炭世和布克河组(C1hb)的钙质砂岩和泥质砂岩，另有少量的中志留统沙尔布尔组(S2s)灰岩、沉凝灰岩零星出露，此外，矿区的东南部被新生代坡积物覆盖。喀因德矿区内构造作用强烈，以EW向、NE向的断裂为主，这些断裂大多是岩层的分界线，此外，矿化区内岩石东西向变形作用明显，指示发生了明显南北向挤压作用。区内岩浆作用除了泥盆-石炭系火山岩外，在东部和南部分别发育了塔克台花岗闪长岩体和亚特勒花岗岩体，此外，在东南部有少量的石英正长岩侵位在泥盆-石炭系地层中(图 2a)；喀因德铜矿点的主要赋矿岩石为上泥盆统塔尔巴哈台组(D3t)的粉砂岩、火山岩-火山碎屑岩。
 | 图 2 塔尔巴哈台-谢米斯台地区主要铜矿床(点)地质略图 (a)喀因德铜矿点；(b)乌兰浩特铜矿点；(c)阿依德铜矿点；(d)谢米斯台铜矿床；(e)巴汗铜矿点；(f)阿尔木强铜矿床Fig. 2 Sketch geological map of the copper deposits(points)in Taerbahatai-Xiemisitai region (a)copper mineralization points of Kayinde;(b)copper mineralization points of Wulanhaote;(c)copper mineralization points of Ayide;(d)copper deposit of Xiemisitai;(e)copper mineralization points of Bahan;(f)copper deposit of Aermuqiang |
喀因德铜矿点主要的金属矿物组合为黄铁矿、孔雀石，赋存于玄武安山岩中；脉石矿物有主要有斜长石、绿泥石、绿帘石、方解石及少量石英(图 3a)。矿化区围岩蚀变发育在构造带和矿化体与围岩的接触部位。蚀变矿物主要由绿泥石、孔雀石和碳酸盐等组成。绿帘石化、绿泥石化为矿化区较广泛的围岩蚀变，呈细脉状、浸染状产出，主要发育在火山岩与地层接触部位，与铜矿化密切相伴。孔雀石化为矿区常见氧化蚀变，以薄膜状产出为主，少量呈细脉状产出，与铜矿化密切相关(图 3b)。碳酸岩化在本矿区相对比较发育，呈细脉状、网脉状、浸染状产出，其蚀变主要矿物由方解石组成，与孔雀石化紧密伴生。
 | 图 3 研究区各铜矿床(点)主要赋矿岩石手标本及显微照片 (a)喀因德玄武安山岩中的斜长石(Pl)斑晶(正交偏光)；(b)喀因德玄武安山岩中的绿泥石化；(c)乌兰浩特玄武安山岩中的斜长石聚片双晶(正交偏光)；(d)乌兰浩特玄武安山岩的薄膜状的孔雀石(Mal)；(e)阿依德新鲜玄武安山岩中的斜长石、角闪石(Hbl)(正交偏光)；(f)阿依德玄武安山岩的薄膜状的孔雀石；(g)谢米斯台流纹岩中的孔雀石、黄铁矿(Py)，交代残余结构(反射光)；(h)谢米斯台流纹岩中的赤铁矿化(Hem)、孔雀石化；(i)巴汗玄武岩中的斜长石斑晶(正交偏光)；(k)巴汗玄武岩中发现的自然铜(Cp)；(m)-阿尔木强玄武安山岩中的浸染状黄铜矿(Ccp)(反射光)；(n)阿尔木强玄武安山岩中的浸染状黄铜矿Fig. 3 The rock samples photos and micrographs of the main rocks in copper deposits(points)of study area (a)plagioclase in basaltic and esite of Kayinde(orthogonal polarizers);(b)membrane malachite in basaltic and esite of Kayinde;(c)polysynthetic twins of plagioclase in basaltic and esite of Wulanhaote(orthogonal polarizers);(d)membrane malachite in basaltic and esite of Wulanhaote;(e)plagioclase and hornblende in fresh basaltic and esite of Ayide(orthogonal polarizers);(f)membrane malachite in basaltic and esite of Ayide;(g)malachite，pyrite in rhyolite of Xiemisitai，account vestiges structure(reflected light);(h)malachite，hematite in rhyolite of Xiemisitai;(i)plagioclase in basalt of Bahan(orthogonal polarizers);(k)copper in basalt of Bahan;(m)chalcopyrite veins in basaltic and esite of Aermuqiang(reflected light);(n)chalcopyrite veins in basaltic and esite of Aermuqiang |
乌兰浩特铜矿点位于和布克赛尔县扔恩得儿牧场东偏南约7km处。区内主要地层为上泥盆统塔尔巴哈台组(D3t)粉砂岩、火山岩-火山碎屑岩，分布于矿化区西北和南部地区，在矿区西部出露有早石炭世和布克河组(C1hb)的钙质砂岩和泥质砂岩地层，矿区的东北部为第四系覆盖。矿化区内的构造主要以NE向的几条断裂为主，另外区内岩浆作用除了泥盆-石炭系火山岩外，在南部发育了侵位于上泥盆统塔尔巴哈台组的乌兰浩特、谢米斯台等花岗岩体，这些花岗岩体分布于断裂边缘、且长轴方向呈断裂方向一致的北东向，受断裂控制作用明显的特征(图 2b)。乌兰浩特铜矿点的主要赋矿岩石为上泥盆统塔尔巴哈台组(D3t)的粉砂岩、火山岩-火山碎屑岩。
主要的金属矿物组合为黄铁矿、孔雀石、褐铁矿，赋存于玄武安山岩中；脉石矿物有主要有斜长石、绿泥石、绿帘石和少量方解石(图 3c)。金属矿物铜矿物含量较低，铜矿化作用弱，且矿化分布不均匀，主要与矿化时产生的裂隙及热液活动强弱作用有关。矿石结构比较简单，主要为他形-半自形粒状结构，次为交代残余结构；矿石构造为细脉状、浸染状、星点状构造。绿泥石化在区内主要呈浸染状产于火山岩与地层接触部位，蚀变强度较大，有的呈绿泥石细脉产出。矿化区内的绿帘石化发育较广，主要呈细脉状、稀疏浸染状产出，与铜矿化密切相伴。孔雀石化为矿区内主要的氧化蚀变类型，以薄膜状产于火山岩裂隙中(图 3d)。 3.3 阿依德铜矿点
阿依德铜矿点位于和布克赛尔县阿吾斯奇牧场西偏北约6km处。区内主要地层为上泥盆统塔尔巴哈台组(D3t)火山岩-火山碎屑岩，可进一步分为北部的上亚组(D3tb)的熔结凝灰岩和火山岩，和南部的塔尔巴哈台下亚组(D3ta)的砂岩和中基性火山岩。在矿区的西北部分布有少量的中泥盆统库鲁木迪组(D2k)火山岩-火山碎屑岩，矿区的东南部为新生代覆盖区，少量上泥盆统塔尔巴哈台组地层的露头呈“飞来峰”分布于这些新生代沉积层中。区内构造作用强烈，矿化地层发生了明显的构造变形作用，可见有宽缓的平卧褶皱发育；区内还发育有NEE向、NE向和EW向的断裂，许多断裂是岩层的分界线。区内岩浆岩除了泥盆-石炭系火山岩外，在矿区西部发育了阿依德钾长花岗岩体，岩体呈马蹄状侵位于塔尔巴哈台组基性火山岩地层中。此外，在矿区北部有少量花岗斑岩脉穿插于泥盆纪塔尔巴哈台组地层中，大多呈北西向分布；这些花岗岩脉分布于断裂边缘、且长轴方向与断裂方向一致，受断裂控制作用明显(图 2c)。
主要的金属矿物为孔雀石，另外含有少量的黄铁矿和黄铜矿，赋存于玄武安山岩中；脉石矿物主要有斜长石、绿泥石、绿帘石、方解石、石英以及少量角闪石等(图 3e)。矿化区的围岩蚀变类型主要有孔雀石化、绿泥石化和少量的绿帘石化、硅化、碳酸岩化等。蚀变矿物主要为孔雀石、绿泥石、绿帘石、方解石等，绿泥石化在区内分布较广，主要呈浸染状产于火山岩与地层接触部位，少量呈绿泥石细脉、网脉产出。孔雀石化主要以薄膜状产于火山岩裂隙面上，少量呈细脉状与石英共生产出，与本区的铜矿化密切相关(图 3f)。碳酸岩化在本区也较发育，主要呈细脉状、网脉状产出，少量呈浸染状产出，其主要蚀变矿物为方解石，与孔雀石化紧密伴生。 3.4 谢米斯台铜矿床
谢米斯台铜矿床位于西准噶尔北缘，和布克赛尔县乔伦布拉格牧场西南约15km处，区内的主要地层为泥盆纪上统塔尔巴哈台组(D3t)粉砂岩、火山岩-火山碎屑岩和中统呼吉尔斯特组(D2h)凝灰砾岩和凝灰砂岩夹炭质页岩，矿区的东北部为第四系覆盖，区内的构造主要以EW向和NE向的两条断裂为主，在中部和西南部发育一套酸性的侵入岩，侵入岩主要以二长花岗岩为主，在矿区的东部发育少量的基性辉长岩(图 2d)。
谢米斯台铜矿床矿体主要产于流纹岩中，少量产于安山岩中，铜矿体受区域北东向断裂构造和火山机构断裂带的控制。断裂带内岩石破碎，裂隙发育，热液蚀变强烈，伴随着强烈的孔雀石化(图 3g)。在谢米斯台强硅化流纹岩中普遍发育有孔雀石网脉，原生金属矿物很少，主要为黄铁矿、赤铁矿、闪锌矿(图 3h)。围岩蚀变发育，主要为硅化、泥化、绿帘石化等(申萍等，2010)。 3.5 巴汗铜矿点
巴汗铜矿点位于和布克赛尔县国营二牧场东南约8.5km处。区内主要地层为中奥陶统布鲁克其组(O2b)凝灰碎屑岩和泥质灰岩，中志留统沙尔布尔组(S2s)灰岩、砂岩和火山碎屑岩等，上志留统克克雄库都克组(S2k)凝灰粉砂岩和凝灰砂岩，以及中泥盆统呼吉尔斯特组(D2h)凝灰砾岩和凝灰砂岩夹炭质页岩。区内主要为近EW向和NNE向的两条深大断裂为主。区内岩浆岩除了志留-泥盆纪的火山岩外，在西南部有巴汗乌拉基性-超基性岩体出露(图 2e)。
主要的金属矿物组合为自然铜、赤铜矿、孔雀石(图 3i)，赋存于玄武岩中；脉石矿物有主要有绿泥石、绿帘石、方解石。区内铜矿化分布不均匀，主要与矿化时产生的裂隙及热液活动强弱作用有关。矿化区的围岩蚀变主要分布在构造带和矿化的周围。蚀变矿物主要为绿泥石、绿帘石、孔雀石、方解石和石英，绿泥石化在区内分布较广，主要呈浸染状产于火山岩与地层接触部位，少量呈绿泥石细脉、网脉产出。绿帘石化在区内主要呈细脉状产出，蚀变强度较大，少量呈浸染状产出。孔雀石化主要以薄膜状产于火山岩裂隙面上，少量呈细脉状产出，自然铜呈星点状分布在玄武岩中(图 3k)。 3.6 阿尔木强铜矿床
在巴汗铜矿点东南部12km处为阿尔木强铜矿床，区内出露的地层主要为中奥陶统布鲁克其组(O2b)凝灰碎屑岩和泥质灰岩，中志留统沙尔布尔组(S2s)灰岩、砂岩和火山碎屑岩等，上志留统克克雄库都克组(S2k)凝灰粉砂岩和凝灰砂岩，以及中泥盆统呼吉尔斯特组(D2h)凝灰砾岩和凝灰砂岩夹炭质页岩。区内构造作用强烈，主要发育有NE向和EW向的断裂，许多断裂是岩层的分界线。区内岩浆岩除了泥盆-石炭系火山岩外，在矿区西部发育了基性辉长岩和一些零星的超基性岩。
矿区主要的金属矿物组合为黄铜矿、黄铁矿、孔雀石，赋存于玄武安山岩中(图 3m)；脉石矿物有主要有绿泥石、绿帘石、方解石及少量石英。矿石结构比较简单，主要为他形-半自形粒状结构，次为交代残余结构；矿石构造为细脉状、网脉状、浸染状、星点-星散浸染和块状状构造。
阿尔木强矿区内的绿帘石化发育较广，主要呈细脉状、浸染状产出，与铜矿化密切相伴。绿泥石化在区内也发育较多，主要呈浸染状产出，在火山岩与地层接触部位，蚀变强度较大，有的呈绿泥石细脉产出。硅化主要产于断裂带的下盘，呈浸染状、细脉状产出。黄铜矿化在本区内较为发育，主要呈浸染状分布，少量呈脉状(图 3n)。黄铁矿化是本矿区布的主要蚀变类型，与火山岩建造关系密切，呈细脉状、浸染状、鲕状、豆状产出，有的地段黄铁矿含量达1%~8%。孔雀石化为矿区常见氧化蚀变，以薄膜状产出为主，少量呈细脉状产出。与铜矿化有关，局部出现水胆矾细脉。碳酸岩化在本矿区比较发育，呈细脉状、网脉状、浸染状产出，其蚀变主要矿物由方解石和白云石组成，与孔雀石化紧密伴生。 4 分析方法 4.1 锆石U-Pb分析
在对区内乌兰浩特、喀因德、阿依德、谢米斯台、巴汗、阿尔木强等6个铜矿床(点)实测剖面进行详细的野外地质填图和岩相学鉴定的基础上，挑选6个矿床(点)的赋矿岩石玄武岩、玄武安山岩、流纹岩样品进行锆石分选的工作，所挑锆石在透、反射光下多呈浅黄褐色或无色，半透明-透明，部分颗粒破碎，许多颗粒的边缘略有磨圆，大多数锆石自形程度好，为细长的柱状、短柱状、板状、双锥状晶体，表面光滑，晶面清晰，少许锆石的自形程度较差，锆石颗粒较小，锆石颗粒长轴变化集中于30~200μm，长短轴的比值为1.5~3.0，大部分锆石晶体内部发育较好的岩浆震荡环带。年代学测试的火山岩样品前期处理的大体流程为：(1)分选：将要分选锆石单矿物的火山岩样品破碎至矿物自然粒度后(50~150μm)，通过磁选和重液等选矿技术，将矿物初步分离，此过程在河北廊坊单矿物挑选的实验室完成，然后配合双目镜手选方法进行单矿物分离提纯，分选出晶型完好、颗粒大于50μm的锆石(HJS>100颗；DJF>50颗)作为定年和成分测定的对象；(2)制靶：将锆石单矿物粘在双面胶上，然后用无色透明的环氧树脂固定，待环氧树脂充分固化后，抛光至锆石露出一个光滑的平面；(3)观察照相：对抛光好了的锆石进行清洗后进行透、反射显微镜观察，并在镀上导电粉后进行二次电子(SE)、背散射(BSE)和阴极发光(CL)等仪器观察并记录，测年实验将依据观察照片选取岩浆环带清晰、自形程度高、大小适中、表面光滑、无裂纹的岩浆成因特征的锆石进行U-Pb定年的测试分析。
本次6个样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析在合肥工业大学资源与环境工程学院LA-ICP-MS实验室完成，锆石阴极发光显微照相(CL图)是在合肥工业大学电子探针室完成的。具体过程为：在双目镜下挑选出的锆石为浅黄的-无色透明呈正方双锥状的自形晶体，晶形完好，透明度和色泽较好，将这些锆石单矿物粘在载玻片上的双面胶上，然后用无色透明的环氧树脂和固化剂以一定的比例混合后将锆石固定，待环氧树脂充分固化后抛光至锆石单颗粒露出1/3以上。对锆石进行阴极发光鉴定并拍照，阴极发光图像变现出典型的岩浆韵律环带和明暗相见的环带和明暗相间的条带状结构，配有阴极发光(CL图)探头的电子显微镜工作电压为15kV，电流为4nA。这些阴极发光照片被用来检查锆石的内部结构和选择分析区域。锆石LA-ICP-MS U-Pb分析测试前分别用酒精和稀硝酸(5%)轻擦样品表面，以除去可能的污染。采用仪器为Agilent 7500a ICP-MS，采用He作为剥蚀物质载气，用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器最佳化。锆石年龄分析采用的光斑直径为30μm，并采用国际标准锆石91500作为外标标准物质，并每隔5个样品分析点测一次标准，每隔10个点进行仪器最佳化，确保标准和样品的仪器条件完全一致。样品的同位素数据处理采用ICPMS DataCal(V8.6版)软件进行，普通铅校正采用的Andersen的方法(Andersen，2002)，年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot(2.49版)进行(Ludwig，2001)，实验过程中误差为1σ。 4.2 主量和微量元素
样品采自塔尔巴哈台-谢米斯台地区各铜矿床(点)的赋矿围岩，主要岩性为玄武安山岩、安山岩和流纹岩。对样品进行光薄片切制，根据显微岩相学观察，选择蚀变弱的代表性样品20件，在无污染的条件下破碎用于分析测试。主量元素和微量元素测试分析在广州澳实矿物实验室中心完成，其中主量元素使用ME-XRF06X荧光光谱仪进行X-射线荧光光谱法(XRF)测定，氧化物总量分析误差为1%~3%。其大致过程为：首先称取0.7g样品，然后加入适量硼酸高温熔融成玻璃片，最后在XRF上用外标法测定氧化物含量。微量元素的测定采用四酸消解法电感耦合等离子体质谱(ME-MS61)法，稀土元素的测定采用熔融法电感耦合等离子体质谱(ME-MS81)法，准确度控制相对误差(RE)%小于10%，精密度控制相对偏差(RD)%小于10%。 5 分析结果 5.1 定年结果
LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示(表 1、图 4)，喀因德铜矿点赋矿玄武安山岩22个锆石的加权平均年龄为455.1±5.4Ma；乌兰浩特矿点赋矿玄武安山24个锆石的加权平均岩年龄为428.6±4.6Ma；阿依德矿点赋矿玄武安山岩22个锆石的加权平均年龄为428.8±7.2Ma；谢米斯台铜矿床赋矿流纹岩28个锆石的加权平均年龄为424.3±4.3Ma，与前人测得谢米斯台地区火山岩年龄422.5±1.9Ma(Shen et al., 2012)一致；对阿尔木强铜矿床赋矿玄武安山岩获得1个有效锆石年龄为426.7Ma；巴汗铜矿点的赋矿玄武岩24个锆石的加权平均年龄为411.7±4.7Ma。
 | 表 1 塔尔巴哈台-谢米斯台地区矿床(点)赋矿火山岩锆石U-Pb分析结果Table 1 Zircon U-Pb dating of ore volcanic rocks in deposits(points)of Taerbahatai-xiemisitai region |
 | 图 4 塔尔巴哈台-谢米斯台地区矿床(点)赋矿火山岩的锆石阴极发光(CL)图像和LA-ICPMS U-Pb协和曲线年龄图解 KYD-喀因德铜矿点；WL-乌兰浩特铜矿点；AYD-阿依德铜矿点；XMST-谢米斯台铜矿床；BH-巴汗铜矿点Fig. 4 The CL images of the zircons and LA-ICPMS U-Pb concordia diagrams of the mineralization volcanic in deposits(points)of Taerbahatai-xiemisitai region KYD-copper point of Kayinde; WL-copper point of Wulanhaote; AYD-copper point of Ayide; XMST-copper of Xiemisitai; BH-copper point of Bahan |
本次工作测得5个矿床(点)赋矿火山岩样品20件，喀因德铜矿点火山岩样品的SiO2含量为56.94%~69.45%、K2O含量为0.37%~3.36%、Na2O含量为4.63%~6.42%、K2O/Na2O比值为0.06~0.61，乌兰浩特铜矿点火山岩样品的SiO2含量为55.14%~57.91%、K2O含量为0.76%~1.78%、Na2O含量为2.34%~2.83%、K2O/Na2O比值为0.28~0.63，阿依德铜矿点火山岩样品的SiO2含量为52.24%~61.33%、K2O含量为0.84%~1.42%、Na2O含量为2.43%~3.80%、K2O/Na2O比值为0.26~0.49，巴汗铜矿点火山岩样品的SiO2含量为48.07%~55.64%、K2O含量为0.02%~1.33%、Na2O含量为0.06%~3.32%、K2O/Na2O比值为0.13~0.40，谢米斯台铜矿床火山岩样品的SiO2含量为68.61%~75.77%、K2O含量为2.04%~5.70%、Na2O含量为0.75%~2.58%、K2O/Na2O比值为0.79~4.71(表 2)。
| 表 2 塔尔巴哈台-谢米斯台地区各矿床(点)赋矿火山岩主量元素(wt%)、稀土元素和微量元素(×10-6)分析结果Table 2 Chemical compositions(wt%) and trace elements compositions(×10-6)of the mineralized volcaic rocks in of deposits(points)in Taerbahatai-xiemisitai region |
结合本文测得数据和引用数据(Shen et al., 2012; 孟磊等，2010a，b)作全碱-SiO2图解(图 5a)和火山岩 Zr/TiO2-Nb/Y分类图(图 5b)，显示除谢米斯台矿床赋矿岩石为流纹岩、英安岩和少量粗安岩外，其余矿床(点)赋矿岩石以玄武岩、玄武安山岩、安山岩为主；K2O-SiO2岩石系列图解中(图 5c)，喀因德铜矿点火山岩样品数据落在拉斑系列、高钾钙碱性系列区域内，乌兰浩特铜矿点火山岩样品数据落在碱钙性系列区域内，阿依德铜矿点火山岩样品数据落在碱钙性系列、钾玄岩系列区域内，巴汗铜矿点火山岩样品数据落在碱钙性系列区域内，谢米斯台铜矿床火山岩样品数据落在拉斑系列、碱钙性系列区域内。
 | 图 5 塔尔巴哈台-谢米斯台地区火山岩TAS图解(a，Ir-Irvine分界线，上方为碱性，下方为亚碱性; 底图据Le Maitre et al., 1989)、Zr/TiO2-Nb/Y分类图解(b，据Winchester and Floyd，1977)和K2O-SiO2岩石系列图解(c，实线据Peccerillo and Taylor，1976; 虚线据Middlemost，1985)Fig. 5 TAS diagram(a，boundary of Ir-Irvine，the top is alkaline，lower is subalkalic，after Le Maitre et al., 1989)，Zr/TiO2 vs. Nb/Y classification diagram(b，after Winchester and Floyd，1977) and K2O-SiO2 diagram(c，the solid line after Peccerillo and Taylor，1976，the dotted line after Middlemost，1985)of volcanic rocks of Taerbahatai-xiemisitai |
本次工作测得6个矿床(点)赋矿火山岩样品岩石的稀土总含量较低，喀因德铜矿点火山岩稀土总含量(∑REE)为80.57×10-6~151.7×10-6，平均值为121.8×10-6，轻重稀土比值(LREE/HREE)为0.78~2.58，显示二者明显分异，且(La/Yb)N值为1.57~7.62，平均值为4.58；乌兰浩特铜矿点火山岩稀土总含量(∑REE)为59.97×10-6~109.2×10-6，平均值为77.49×10-6，轻重稀土比值(LREE/HREE)为0.85~2.43，显示二者明显分异，且(La/Yb)N值为4.52~9.17，平均值为6.10；阿依德铜矿点火山岩稀土总含量(∑REE)为58.15×10-6~72.62×10-6，平均值为67.41×10-6，轻重稀土比值(LREE/HREE)为1.09~1.59，显示二者明显分异，且(La/Yb)N值为3.24~4.49，平均值为4.00；巴汗铜矿点火山岩稀土总含量(∑REE)为41.54×10-6~91.91×10-6，平均值为62.02×10-6，轻重稀土比值(LREE/HREE)为0.47~2.16，显示二者明显分异，且(La/Yb)N值为2.07~5.52，平均值为3.31；谢米斯台铜矿床火山岩稀土总含量(∑REE)为54.45×10-6~348.3×10-6，平均值为119.2×10-6，轻重稀土比值(LREE/HREE)为2.23~3.70，显示二者明显分异，且(La/Yb)N值为4.02~9.55，平均值为7.61；所有的火山岩样品均表现出轻稀土(LREE)相对富集，重稀土(HREE)相对亏损的特征(图 6)，并均具有不明显或者微弱的Eu负异常(δEu=0.63~1.12)，这表明所有矿床(点)的火山岩可能是原始岩浆经历了一定程度的分异作用后的产物(吴小奇等，2009)。且在原始地幔标准化微量元素蛛网图中均表现出富集K、Rb、Cs、Sr、Ba等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素的特征。
 | 图 6 火山岩球粒陨石标准化稀土元素配分`图(左)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(右)(标准化值据Sun and McDonough，1989)Fig. 6 Chondrite-normalized REE patterns(left) and PM-normalized trace element diagram(right)of volcanic rocks(normalization values after Sun and McDonough，1989) |
已有研究显示，塔尔巴哈台-谢米斯台地区中奥陶世-早二叠世火山岩发育，奥陶-志留纪为玄武-安山岩组合，泥盆-石炭纪主要为玄武-安山-英安岩组合，早二叠世为安山-霏细岩组合(丁天府，1998; 李建忠等，2010)。前人用SHRIMP和LA ICP-MS锆石定年方法测得谢米斯台地区不同地方的安山岩成岩年龄分别为411.2±2.9Ma、419.2±3.9Ma、418.2±2.8Ma，属早泥盆世-晚志留世，流纹岩的成岩年龄为419.9±3.3Ma、422.5±1.9Ma、属晚中志留世。
本次工作测得塔尔巴哈台-谢米斯台地区6个与火山热液有关的铜矿床(点)赋矿岩石的年龄，喀因德铜矿点火山岩年龄为455.1±5.4Ma，属晚奥陶世；乌兰浩特铜矿点火山岩年龄为428.6±4.6Ma，属中志留世；阿依德铜矿点火山岩年龄为428.8±7.2Ma，属中志留世；谢米斯台铜矿床火山岩年龄为424.3±4.3Ma，属中志留世；阿尔木强铜矿床火山岩年龄为426.7Ma，属中志留世；巴汗铜矿点火山岩年龄为411.7±4.7Ma，属早泥盆世。可见，研究区与火山热液有关的铜矿床(点)赋矿火山岩形成可分为三个阶段：晚奥陶世、中志留世、早泥盆世，其中以中志留世为主(图 7)；结合各矿床(点)矿化与火山岩的密切关系，本文认为铜矿化的成矿时代应与成岩时代相近，也可分为上述三个阶段。
 | 图 7 塔尔巴哈台-谢米斯台地区矿床(点)火山岩成岩年代直方图 谢米斯台*数据引用Shen et al., 2012Fig. 7 The geochronological histogram of the volcanic rocks in deposits(points)Taerbahatai-xiemisitai The data of Xiemisitai* after Shen et al., 2012 |
火山岩Harker图解显示，晚奥陶世喀因德铜矿点火山岩中MnO、TiO2、Fe2O3、Na2O、MgO、CaO等主量元素与SiO2含量呈明显的线性相关关系；中志留世乌兰浩特铜矿点、阿依德铜矿点、谢米斯台铜矿床火山岩中的MnO、TiO2、K2O、Al2O3、Fe2O3、Na2O、MgO、CaO、P2O5等主量元素与SiO2含量呈明显的线性相关关系；早泥盆世巴汗铜矿点火山岩中的MnO、TiO2、K2O、Al2O3、Fe2O3、Na2O、MgO、CaO、P2O5等主量元素与SiO2含量呈明显的线性相关关系(图 8)；晚奥陶世、中志留世、早泥盆世各阶段的火山岩样品具有相似的稀土元素和微量元素配分特征；这些特征显示，研究区晚奥陶世、中志留世、早泥盆世的赋矿火山岩均经历了典型的分异过程，源区也存在相似性。
 | 图 8 塔尔巴哈台-谢米斯台地区火山岩Harker图解Fig. 8 The Harker diagram from the volcanic rocks in the Taerbahatai-Xiemisitai region |
一般认为岩浆在上升侵位过程中受到地壳物质混染，则La/Sm比值会迅速增高在5以上(Lassiter and Depaolo，1997)，而本区火山岩其La/Sm比值(1.59~4.87)均低于5，显示岩浆在上升侵位过程中没有明显的受到地壳物质混染。这也显示了成矿物质来源及成矿作用于赋矿火山岩的密切相关性。
6.2.2 火山岩形成的构造背景
前人研究显示，塔尔巴哈台-谢米斯台地区在奥陶纪-志留纪期间为活跃的岛弧、弧前、弧后盆地的构造环境(孟磊等，2010a)。至早石炭世，谢米斯台地区北缘的萨吾尔山一带火山岩仍具有岛弧火山岩特征(刘国仁等，2003)。而新疆西北缘在古生代板块经历了洋-陆转化过程中的俯冲、碰撞和后碰撞演化阶段，每个构造演化阶段都有金属元素的大富集和金铜矿床的形成(申萍等，2008)。
如前述，塔尔巴哈台-谢米斯台地区与火山热液有关的铜矿床(点)赋矿火山岩以中基性为主、酸性次之，地球化学特征显示以钙碱性和高钾钙碱性系列的玄武岩、玄武安山岩、安山岩为主，岩石稀土元素配分模式图呈典型的右倾，富集大离子亲石元素(K、Rb、Cs、Sr、Ba等)，亏损高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf等)，呈现Ta、Nb、Ti负异常，同时TiO2含量(0.22%~1.26%，平均0.70%)较低，这些均与岛弧火山岩的地球化学特征相似。构造环境判别可见，Zr/Y-Zr玄武岩构造判别图(图 9a)中，晚奥陶世的喀因德铜矿点火山岩数据表现出岛弧环境的特点，中志留世乌兰浩特铜矿点、阿依德铜矿点、阿尔木强铜矿床的火山岩数据点也落在岛弧火山岩区域内，早泥盆世的巴汗铜矿点火山岩主体也表现出岛弧环境特点；在Yb-Ta花岗岩构造环境判别图(图 9b)中，中志留世的谢米斯台铜矿点火山岩显示火山弧环境特点，显示该区火山岩具有岛弧火山岩的性质。
 | 图 9 塔尔巴哈台-谢米斯台地区主要矿床(点)赋矿火山岩Hf/3-Th-Ta玄武岩构造环境判别图(a，底图据Wood，1979)和Rb/30-Hf-3Ta花岗岩构造环境判别图(b，底图据Pearce et al., 1984)Fig. 9 Hf/3-Th-Ta diagram for discriminating the tectonic settings of basalt(a，after Wood，1979) and Rb/30-Hf-3Ta diagram for discriminating the tectonic settings of granite(b，after Pearce et al., 1984)in main deposits(points)of Taerbahatai-xiemisitai region |
综合地质、地球化学、年代学特征，塔尔巴哈台-谢米斯台地区与火山热液有关的铜矿床(点)主要特征如表 3，其主要控矿因素可以总结为地层、构造背景、岩石类型、蚀变、控矿构造等方面。地层：赋矿层位包括晚奥陶世、中志留世、早泥盆世三个阶段的火山岩地层，以中志留世火山岩地层为主；构造背景：晚奥陶世、中志留世、早泥盆世三个阶段的成岩成矿作用，均发生于岛弧环境；岩石类型：含矿火山岩包括了流纹岩、玄武岩、玄武安山岩，以玄武岩、玄武安山岩等中基性火山岩为主；蚀变：矿化主要表现为黄铁矿化、孔雀石化，发育绿帘石化、绿泥石化、硅化、碳酸岩化等，其中绿帘石化与矿化密切相关；控矿构造：在各矿床(点)中广泛发育构造破碎带，层间裂隙较多，这些都是主要的容矿空间。
| 表 3 塔尔巴哈台-谢米斯台地区各矿床(点)主要特征Table 3 Main characteristics of deposits (points) in Taerbahatai-xiemisitai region |
因此，上述地层、构造背景、岩石类型、蚀变、控矿构造等因素可作为研究区与火山热液有关铜矿化的有利找矿线索。进一步的，研究区中奥陶世-早二叠世火山岩广泛发育，显示了良好的成矿前景，特别是其中的中志留世中基性火山岩；晚奥陶世、中志留世、早泥盆世三个阶段的成岩成矿作用均发生于岛弧环境，则不仅需要考虑浅部的火山热液型矿床，更需要关注与火山机构相关的深部可能存在的次火山岩或浅成侵入岩，即深部可能存在的斑岩型矿化。 7 结论
(1)西准噶尔塔尔巴哈台-谢米斯台地区发育有与火山岩地层密切相关的喀因德、乌兰浩特、巴汗、阿依德、谢米斯台、阿尔木强等铜矿床(点)，矿石结构为他形-半自形粒状结构，矿石构造主要为细脉状、浸染状和星点状，矿化主要表现为黄铁矿化、孔雀石化，发育绿帘石化、绿泥石化、硅化、碳酸岩化等，具有火山热液型铜矿特点。
(2)LA-ICP-MS锆石U-Pb测年获得喀因德铜矿点火山岩年龄为455.1±5.4Ma，乌兰浩特铜矿点火山岩年龄为428.6±4.6Ma，阿依德铜矿点火山岩年龄为428.8±7.2Ma，谢米斯台铜矿床火山岩年龄为424.3±4.3Ma，阿尔木强铜矿床火山岩年龄为426.7Ma，巴汗铜矿点火山岩年龄为411.7±4.7Ma，可分为晚奥陶世、中志留世、早泥盆世三个阶段，以中志留世为主；鉴于矿化与火山岩密切相关，认为铜矿化的成矿时代应与成岩时代相近，也可分为上述三个阶段。
(3)晚奥陶世、中志留世、早泥盆世三个阶段的成岩成矿作用均发生于岛弧环境；赋矿火山岩均经历了典型的分异过程，源区也存在相似性；岩浆在上升侵位过程中没有明显的受到地壳物质混染。
(4)塔尔巴哈台-谢米斯台地区与火山热液有关的铜矿床(点)主要控矿因素可归为地层、构造背景、岩石类型、蚀变、控矿构造等方面，是铜矿化的有利找矿线索；同时，中志留世中基性火山岩、与火山机构相关的深部可能存在的次火山岩或浅成侵入岩是重点关注目标。
致谢 本文的研究得到了国家“305”项目办公室的大力支持;锆石LA-ICP-MS测年得到合肥工业大学李全忠副研究员的帮助;在此深表感谢！| [1] | Andersen T and Griffin WL. 2002. Lu-Hf and U-Pb isotope systematics of zircons from the Storgangen intrusion, Rogaland intrusive complex, SW Norway: Implications for the composition and evolution of Precambrian lower crust in the Baltic Shield. Lithos, 73(3-4): 271-288 |
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