東天山彩霞山大型鉛鋅礦床成礦年齡的Re-Sr同位素年代學證據

魏然，王義天，胡喬青，王嘉瑋，陳俊，陳貴民

摘? 要：東天山彩霞山大型鉛鋅礦床位于中天山地塊北緣，礦體主要產于白云石大理巖與下伏的硅化粉砂巖接觸部位，其熱液期成礦作用可分為4個階段：黃鐵礦階段、閃鋅礦-黃鐵礦階段、閃鋅礦-磁黃鐵礦-透閃石階段、硫鹽-方鉛礦階段。前人獲得成礦時代數據范圍跨度大，直接影響了對礦床成因的認識。本次工作選取不同礦體礦石中33件金屬硫化物，分期次開展Rb-Sr同位素測年，獲得了（326.5±4.2） Ma、（315.3～312.9） Ma、（302.3～299） Ma等前3個成礦階段的年齡，結合成礦地質特征和前人有關東天山區域構造演化的研究成果，認為彩霞山鉛鋅礦的成礦構造背景為弧前盆地向弧內盆地轉換階段，是東天山造山帶晚石炭世構造-巖漿活動的產物。

關鍵詞：彩霞山鉛鋅礦床;金屬硫化物Rb-Sr等時線年齡;中天山地塊;東天山

東天山彩霞山大型鉛鋅礦床位于中天山地塊的北緣，阿其克庫都克斷裂帶的南側，礦體賦存于元古宇卡瓦布拉克群碳酸鹽巖-碎屑巖建造中，構造上與北部的阿其克庫都克大斷裂關系密切。近年來，彩霞山鉛鋅礦周邊新發現了多個礦床及礦點：如小東山鐵礦、小黑山鐵礦、宏源鉛鋅礦和阿齊山鉛鋅礦、彩虹山鐵礦、百靈山鐵礦、維權鐵礦、屹立鉛多金屬礦點、黃龍山銀鉛多金屬礦點、吉源多金屬礦點等，指示本地區具有多金屬成礦潛力。彩霞山鉛鋅礦是東天山地區目前唯一的大型鉛鋅礦床，前人對其開展了大量研究工作。研究內容主要包括成礦地質特征、成礦物質來源、成礦流體特征等[1-5]，取得了許多研究成果和進展。但是在成礦年代學方面的研究相對較少，Dengfeng Li測得不同成礦階段的黃鐵礦Re-Os同位素年齡分別為（1 019±70）Ma，（859±79）Ma，（837±39） Ma[6]，Rongzhen Gao測得彩霞山閃鋅礦和磁黃鐵礦Rb-Sr等時線年齡為（337.2±5.7） Ma[7]。不同學者之間研究成果的數據范圍跨度大，導致了對礦床成因認識的不同。鑒于此，本次工作在詳細研究成礦地質特征的基礎上劃分了成礦階段，分別測定了不同成礦階段金屬硫化物的Rb-Sr同位素等時線年齡，為深入認識彩霞山鉛鋅礦床的成因提供了新證據，進一步理解東天山的區域成礦特征和規律。

1? 區域地質背景

新疆東天山造山帶北與準噶爾盆地相鄰，南與塔里木盆地相鄰（圖1）。構造單元自北向南依次為大南湖-頭蘇泉島弧、康古爾-黃山韌性剪切帶、阿齊山-雅滿蘇弧/弧后盆地和中天山地塊，它們之間依次以康古爾斷裂、雅滿蘇斷裂和阿其克庫都克斷裂為界（圖1）。東天山造山帶經歷了復雜的構造演化，從晚古生代到中生代，分別經歷了古天山洋的俯沖和碰撞增生作用、塔里木盆地與準噶爾盆地的走滑運動、碰撞后陸內伸展作用等[8]。

中天山地塊主要出露一套前寒武紀中深變質巖系，包括星星峽群、卡瓦布拉克群、天湖群[9]，并被不同時代花崗巖侵入，大致呈向南突出的弧形帶狀展布。星星峽群巖性為條帶狀和眼球狀花崗片麻巖、大理巖、片巖、混合巖及石英巖等組成，總體為角閃巖相變質，局部達到麻粒巖相[10];卡瓦布拉克群為花崗質片麻巖、富含疊層石的鎂質碳酸鹽巖、少量陸源碎屑巖及凝灰質碎屑巖;天湖群主要為片巖、石英巖、大理巖和斜長角閃巖等，其原巖以陸源碎屑巖為主，僅含有少量基性火山巖[11]。

大量同位素數據表明，中天山地塊的結晶基底主要形成于古元古代，由2.2～1.6 Ga前地幔分異形成[11]，并于中元古代早期約1.4 Ga活化形成具有島弧巖漿特征的花崗閃長巖[12]。中元古代晚期至新元古代早期（1.2～0.9 Ga），本區再次發生強烈的構造巖漿活動，使早期地質體發生變質和改造，形成相應的混合巖和花崗片麻巖[11，13]。古生代時期中天山地塊主要發生板內伸展及變形活動，復雜的區域構造演化及廣泛的巖漿活動致使成礦活動頻繁，發育了大規模的多金屬成礦作用。

2? 礦床地質特征

彩霞山鉛鋅礦區內出露地層為元古宇清白口系卡瓦布拉克群（圖2），巖性為石英砂巖、白云石化灰巖、片巖、泥巖、硅化粉砂巖、碳質粉砂巖等。礦區主要構造為一倒轉背斜，核部為深灰色含碳質粉砂巖、泥巖、硅質巖互層，兩翼為白云石大理巖。背斜樞紐走向NEE向，軸面傾向SSE向，傾角70°。南翼地層層序正常，傾向SSE向，傾角68°～73°，北翼倒轉并被石炭紀侵入巖侵蝕破壞，地層南傾，傾角82°～89°，局部近于直立。同時，礦區內斷裂構造發育，礦區北部約3 km為阿其克庫都克區域性大斷裂，伴隨次級斷裂或派生斷裂。按斷裂分布方向大致可歸為3組：NEE向、NNE-NE向、NW向。其中NEE向斷裂走向與地層走向大致一致，為順層斷裂，兩側糜棱巖面理發育，與斷裂走向一致（圖2）。

礦區內巖漿活動較為強烈，侵入巖主要分布在礦區北部，為華力西中期石英閃長巖、閃長巖、閃長玢巖、石英二長巖、輝長巖等組成的復式巖體。該巖體與礦體在地表未顯示出直接的接觸關系，礦化帶主要沿巖體南緣展布，帶內中-基性巖脈也較發育。

礦區內已發現有4個礦化蝕變帶（編號I、II、III、IV）（圖2），蝕變帶內發育多個規模不一、近似平行的鉛鋅礦體。礦體主要分布在白云石大理巖與下伏的硅化粉砂巖接觸部位，絕大多數位于白云石大理巖一側。礦體頂板圍巖為白云石大理巖，底板為硅化粉砂巖或白云石大理巖。礦體在走向和傾向上呈膨大尖滅的透鏡狀、脈狀、似層狀。礦體走向NEE向，傾向SSE向，傾角55°。礦體厚度約3～6 m，長200～350 m。圍巖蝕變主要有透閃石化、硅化、白云石化、碳酸鹽化、綠泥石化、磁黃鐵礦化等，次生氧化蝕變為黃鉀鐵礬化、褐鐵礦化、菱鋅礦化等。蝕變帶呈EW向展布，長500～1 200 m，寬60～300 m（圖2）。

礦石類型有脈狀、條帶狀和塊狀礦石。脈狀礦石的特征為細粒磁黃鐵礦與粗粒棕紅色閃鋅礦共生，多被后期粗粒黃鐵礦石英脈穿切，圍巖為透閃石化大理巖。條帶狀礦石特征為細粒閃鋅礦與細粒黃鐵礦呈條帶狀互層，圍巖為大理巖化灰巖。塊狀礦石主要為粗粒塊狀黃鐵礦，鏡下觀察，黃鐵礦為多孔狀，顏色較淺。

據野外地質、礦物組合及鏡下特征研究，成礦作用可分為沉積期和熱液期兩期。沉積期的特征主要為草莓狀及紋層狀的細粒黃鐵礦Py0（圖3-D），多產于片巖及透閃石化作用之前，脈石礦物為較自形的方解石與白云石，紋層狀黃鐵礦多被后期黃鐵礦-石英脈穿切。熱液期分為4個成礦階段： ①黃鐵礦階段，條帶狀黃鐵礦與少量條帶狀閃鋅礦共生（圖3-A），黃鐵礦為細粒-隱晶質，條帶寬0.5～20 cm;閃鋅礦呈細粒（圖3-F），條帶寬0.2～0.5 cm;圍巖多為發生硅化的灰巖、泥巖和大理巖化灰巖;②閃鋅礦-黃鐵礦階段（圖3-B），團塊狀、膠狀、脈狀中粗粒自形黃鐵礦與中粗粒閃鋅礦共生，產于碳質片巖、硅化灰巖中;閃鋅礦呈流動構造，偶爾出溶磁黃鐵礦;偶見粗粒黃鐵與石英穿切條帶狀閃鋅礦;圍巖發育白云石化、大理巖化，礦體邊部發生硅化蝕變，脈石礦物為石英、方解石、白云石（圖3-G-I）;③閃鋅礦-磁黃鐵礦-透閃石階段（圖3-C），細粒閃鋅礦與磁黃鐵礦共生，圍巖普遍發育透閃石化（圖3-J-L）;④硫鹽-方鉛礦階段，發育少量的塊狀輝銻鉛礦、銀黝銅礦、車輪礦等硫鹽礦物，及少量方鉛礦、黃鐵礦、黃銅礦等。

3? 樣品、測試方法和測試結果

樣品分別采自4個礦體及鉆孔巖心，共計150多件。制作薄片在顯微鏡下觀察后，挑選33件分別為熱液1、2、3階段的礦石樣品用于測試工作。將樣品用去離子水清洗表面后，在瑪瑙缽中粉碎至80～100目，然后在雙目鏡下挑選1階段黃鐵礦、2階段黃鐵礦及閃鋅礦、3階段閃鋅礦與磁黃鐵礦用于同位素測年。在瑪瑙缽中將挑選的金屬硫化物單礦物粉碎至200目，礦物經精化處理后通過鏡下再選擇、超聲波處理、氯化物負離子硅酸鹽碳酸鹽等粘結物處理。硫化物樣品經不同稀和濃HCl+HNO3混合酸、稀和濃H2SO4和HNO3+HClO4混合酸多次消化溶解成清液，蒸干后以酸為介質溶解成清液。將該溶液一分為二：一份為測定同位素比值樣品（不加Rb-Sr同位素稀釋劑），另一份為測定同位素含量樣品（加進口高純豐度Rb-Sr同位素稀釋劑）。靜置一夜以達同位素平衡，待上分離柱。樣品中Rb-Sr同位素比值測定均在南京南太地質測試研究所測試，通過高準確度多接收熱電離同位素質譜計（英國制造）完成。實驗分析中，對美國國家標準局NBS-987碳酸鹽鍶同位素標準樣中87Sr/86Sr的測定值為0.710 241±7。Sr的全流程本低分別優于3×10-9 g。Sr均測精度達百萬分之幾。

不同熱液成礦階段金屬硫化物的Rb-Sr同位素分析結果見表1。年齡計算采用國際通用ISOPLOT計算程序。等時線年齡計算中，樣品87Rb/86Sr比值誤差為1%，87Sr/86Sr誤差采用0.005%[14]。Rb-Sr同位素數據處理結果見圖4，5。熱液1階段黃鐵礦Rb-Sr等時線年齡為（326.5±4.2） Ma;熱液2階段黃鐵礦Rb-Sr等時線年齡為（312.9±3.2） Ma。閃鋅礦為（315.3±4.2） Ma;熱液3階段磁黃鐵礦Rb-Sr等時線年齡為（299±15）Ma，閃鋅礦為（302.3±3.8） Ma。在第2、3成礦階段中，不同的金屬硫化物Rb-Sr等時線年齡在誤差范圍內一致，整體上前3個熱液成礦階段的年齡分別為（326.5±4.2） Ma、（315.3～312.9） Ma、（302.3～299） Ma。

4? 討論

4.1 成礦年齡

熱液礦物Rb-Sr等時線定年的基本前提是同源、同時、封閉性、一致的[n（87Sr）/n（86Sr）]i，及具有不同的[n（87Rb）/n（86Sr）]i[15]。本次測試所采用樣品分別來自同一熱液成礦階段，手標本及鏡下詳細觀察表明，樣品中的黃鐵礦、磁黃鐵礦和閃鋅礦純度高，脈石礦物穿插與裂隙不發育，很大程度上滿足了測年的同時、同源、封閉性和初始比值一致性的基本前提。

受晶體化學條件的制約，黃鐵礦、磁黃鐵礦和閃鋅礦中Rb，Sr等微量雜質元素主要以類質同象或機械混入的形式賦存在礦物的晶格間、吸附在礦物的表面、或在流體包裹體中等3種狀態[16]。前兩種賦存狀態對于同位素測年的影響可忽略，原生包裹體的影響也可忽略，僅有次生包裹體需要排除。在成礦過程中，黃鐵礦、磁黃鐵礦和閃鋅礦在中溫熱液條件下迅速結晶并形成完好晶形以保持良好的封閉狀態。實驗過程中，將硫化物粉碎至200目以下后，進行超聲波清洗，基本可排除原生及次生包裹體的干擾。因此，本次工作獲得的硫化物（326.5±4.2） Ma、315.3～312.9 Ma、302.3～299 Ma等前3個成礦階段的Rb-Sr同位素等時線年齡，可代表彩霞山鉛鋅礦床熱液成礦期的成礦時代，即晚石炭世。3個成礦階段的年齡跨度相對較大，與區內晚石炭世大規模的巖漿活動持續時間長相一致[17，18]，構造-巖漿活動引發了長時間、多期次的鉛鋅成礦作用[19]。

4.2? 成礦構造環境

夾持于吐哈地塊和中天山地塊之間的東天山造山帶，在時間上經歷了明顯的3階段演化[20]：①吐哈盆地南緣奧陶—泥盆紀為活動大陸邊緣，形成了包括VMS型銅鋅礦床和斑巖型礦床在內的古陸源成礦系統;晚泥盆世末—早石炭世初古洋殼向北俯沖關閉，中天山地塊增生拼貼到吐哈地塊南緣;②早石炭世（維憲期）沿康古爾縫合帶再次拉張，形成石炭紀裂陷槽火山-沉積巖系及相應的層控成礦系統（VMS型銅鋅礦床、火山巖型鐵（銅）礦床、自然銅礦床），裂陷槽封閉過程中發育了矽卡巖型銀多金屬礦床;③早二疊世形成與幔源巖漿底侵作用有關、跨構造單元發育的銅鎳硫化物成礦系統和與剪切活動有關的金礦床。

Zhao在總結前人大量研究數據的基礎上提出[21]，東天山阿齊山-雅滿蘇地區構造演化可分為弧前盆地階段（350～325 Ma），弧前盆地轉換階段（325～300 Ma），同碰撞階段（300～290 Ma），后碰撞階段（290～252 Ma）和陸內演化階段（246～228 Ma）。Zhang通過地質年代學和地球化學的研究[22]，認為阿齊山-雅滿蘇地區弧前盆地-弧內盆地的轉換作用發生在325～300 Ma。本次工作所獲得的彩霞山鉛鋅礦床的成礦年齡與這一構造演化階段相一致。事實上，這一時期中天山地塊北緣及阿齊山-雅滿蘇島弧帶南緣發育了大量與成礦作用相關的巖漿熱液系統。陳雅茹測得彩霞山鉛鋅礦附近的花崗巖體鋯石U-Pb年齡為330.0～333.3 Ma[23];周濤發測得百靈山鐵礦床礦區內的花崗閃長巖鋯石U-Pb年齡為（317.7±3.7） Ma[24];本項目組測得多頭山二長花崗巖的鋯石U-Pb年齡為312 Ma（未發表數據）;王龍生測得維權銀（銅）礦床礦區內花崗閃長巖鋯石U-Pb年齡為（297±3） Ma[25]。東天山康古爾大洋板塊南向俯沖到伊犁-中天山地塊，于350～325 Ma期間形成了阿齊山-雅滿蘇弧前盆地及與島弧作用相關的中酸性火山巖及侵入巖[26]。隨著持續的南向俯沖，阿齊山-雅滿蘇弧前盆地于325 Ma開始閉合，在325～300 Ma的弧前盆地轉換期間發育大規模的中酸性巖漿活動[21]，及相關的多金屬成礦作用，彩霞山大型鉛鋅礦床正是這一地質演化階段的產物。

5? 結論

東天山彩霞山大型鉛鋅礦床熱液成礦分為4個成礦階段：黃鐵礦階段、閃鋅礦-黃鐵礦階段、閃鋅礦-磁黃鐵礦-透閃石階段、硫鹽-方鉛礦階段。前3個成礦階段的硫化物Rb-Sr同位素等時線年齡分別為（326.5±4.2）Ma、315.3～312.9 Ma、302.3～299 Ma，即成礦時代為晚石炭世，為東天山造山帶弧前盆地向弧內盆地轉換過程中的構造-巖漿活動的產物。

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Rb-Sr Chronological Evidence for Metallogenic age of the Caixiashan Large Pb-Zn deposit， East Tianshan， NW China

Wei Ran1，2， Wang Yitian2，3， Hu Qiaoqing2， Wang Jiawei2， Chen Jun4， Chen Guimin5

（1.School of Earth Sciences and Resources， Chang'an University， Xi'an，Shannxi，710054，China;2.Institute of Mineral Resources， Chinese Academy of Geological Sciences， Beijing， 100037，China;3. Xinjiang Research Center for Natural Resources and Ecological Environment， Urumqi， Xinjiang，830000，China;4. Xinjiang Uygur Autonomous Region Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development First Geological Group， Changji，Xinjiang，831100，China;

5. Xinjiang Uygur Autonomous Region Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development Six Geological Group， Hami，Xinjiang，839000，China）

Abstract：Caixiashan giant Pb-Zn deposit in East Tianshan is located in the north margin of the middle Tianshan massif. The ore bodies mainly occur in the contact areas between dolomite marble and underlying siltstone. The hydrothermal mineralization can be divided into four stages： Pyrite， Sphalerite-pyrite， Sphalerite-pyrrhotite-tremolite， Sulfate-galena. The large range of ore-forming ages obtained by predecessors makes the genesis of this deposit debatable. Therefore， 33 sulfides from different stages of this deposit were selected and Rb-Sr isotopic dating was carried out. We obtained ore-forming ages of the three stages， （326.5±4.2）Ma， （ 315.3～ 312.9）Ma and （302.3～299）Ma. Combined with metallogenic geological characteristics and previous research achievements on regional tectonic evolution in the East Tianshan， we believe that the mineralization occurred in fore/intra-arc basin inversion stage. The metallogeny is the product of the tectonic-magmatic activity of the Late Carboniferous in the East Tianshan orogenic belt.

Key words：Caixiashan Pb-Zn deposit， Rb-Sr isochron age of the metallic sulfide， Middle Tianshan massif， Eastern Tianshan