新疆老鴉泉堿性花崗巖成礦作用

元當(dāng)泉富堿性花崗巖位于卡拉-莫拉米縫合帶（蛇綠巖帶）的北側(cè)。新疆東鹽漬巖是新疆東鹽漬巖中最大的混合巖漿巖（新城建剛等，1995）。近年來，在古馳泉花崗巖中發(fā)現(xiàn)了幾種錫礦，這引起了地質(zhì)界的關(guān)注（王忠剛，1994）。這些錫礦體多產(chǎn)于老鴉泉雜巖體內(nèi)的花崗斑巖小巖體中。以往的研究認(rèn)為錫礦與鈣堿性花崗巖關(guān)系密切,但近幾年在國內(nèi)外相繼發(fā)現(xiàn)的一些具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的錫礦床均與富堿侵入巖有密切的成因聯(lián)系,如巴西的Pitinga錫礦(Lenharoetal.,2003),湖南芙蓉超大型錫礦田等(Zhaoetal.,2001)。因此,老鴉泉花崗巖錫礦體的發(fā)現(xiàn)對(duì)研究我國新疆北部后碰撞階段的富堿花崗巖與錫的成礦作用具有重要的意義。前人曾圍繞著該區(qū)堿性含錫花崗巖及相關(guān)的錫礦床的巖石學(xué)、礦物學(xué)、元素地球化學(xué)、年代學(xué)、礦床特征等進(jìn)行了研究(吳郭泉,1994;劉家遠(yuǎn)等,1999,2007;趙東林等,2000;蘇玉平等,2006;朱笑青等,2006;唐紅峰等,2007;吳宏恩等,2008;楊富全等,2008;楊高學(xué)等,2010),但欠缺對(duì)堿性花崗巖與硅化、云英巖化等蝕變及與之相關(guān)的錫礦化的系統(tǒng)的流體演變過程研究,而這也正是揭示堿性花崗巖與錫礦化機(jī)理的關(guān)鍵。本文著重進(jìn)行了貝勒庫都克(鎢)錫成礦帶中卡姆斯特錫礦、干梁子錫礦、老鴉泉堿性巖體及無錫礦化的卡姆斯特采石廠石英巖的巖礦特征、稀土元素及流體包裹體特征的系統(tǒng)研究,以期探討新疆北部后碰撞背景下與富堿花崗巖有關(guān)的錫的成礦流體性質(zhì)、演化過程及成礦機(jī)制。1老浚民間火山巖新疆東準(zhǔn)噶爾卡拉麥里地區(qū)位于野馬泉和準(zhǔn)噶爾2個(gè)陸塊之間,是東準(zhǔn)噶爾古生代造山帶的一部分。一條北西向延伸的蛇綠巖帶沿卡拉麥里深大斷裂斷續(xù)分布,其形成時(shí)代為早泥盆世,可能是小洋盆的洋殼殘片(李錦軼等,1990;李錦軼,1995)。區(qū)內(nèi)出露的地層以泥盆紀(jì)和石炭紀(jì)的凝灰質(zhì)粉砂巖、火山碎屑巖為主,夾中基性熔巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖。卡拉麥里深大斷裂的南部零星分布有少量志留紀(jì)的地層(楊富全等,2008)。在卡拉麥里縫合帶東北側(cè),區(qū)域性斷裂構(gòu)造發(fā)育,其中代表性的是南部的蘇吉-清水?dāng)嗔押捅辈康膸炱?庫布蘇斷裂,這2條斷裂均為區(qū)域性深大斷裂,呈NWW向展布,大致平行于卡拉麥里縫合帶,控制了碰撞造山期堿性花崗巖體侵位,并伴隨有一系列偏堿性花崗斑巖小巖體的侵入和錫礦化,形成貝勒庫都克(鎢)錫成礦帶。老鴉泉花崗巖體及卡姆斯特錫礦、干梁子錫礦即位于其中。老鴉泉花崗巖體是新疆東準(zhǔn)噶爾地區(qū)最大的花崗巖體,該巖體富錫、富硅、富堿,侵位于下石炭統(tǒng)卡姆斯特組地層。巖石學(xué)、地球化學(xué)和人工重砂均反映出老鴉泉花崗巖體為地殼重熔型花崗巖體,熔入了前寒武紀(jì)和志留紀(jì)地層(趙東林等,2000)。根據(jù)花崗巖類巖石譜系單位劃分方案,老鴉泉花崗巖體可劃分為3個(gè)單元,按侵入的先后順序依次為:喀默斯特庫都克細(xì)粒黑云母花崗巖單元(C2k),庫孜滾德能細(xì)粒似斑狀黑云母二長花崗巖單元(C2k2)和阿爾巴卡勒干中粒似斑狀黑云母二長花崗巖單元(C2A),各單元之間均為脈動(dòng)型接觸關(guān)系,歸并為老鴉泉花崗巖超單元。據(jù)趙東林等(2000)測定的3個(gè)單元的全巖Rb-Sr等時(shí)線年齡為302.15±2.83Ma,代表老鴉泉含錫花崗巖的形成年齡。劉家遠(yuǎn)等(1996)通過一系列地球化學(xué)圖解的判別,結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化的分析,得出了堿性花崗巖形成于中、晚石炭世碰撞造山之后的拉張構(gòu)造環(huán)境的結(jié)論(圖1)。錫礦化體產(chǎn)出類型有5種,即錫石-石英脈型、云英巖型、含錫蝕變花崗巖型、砂礦型和偉晶巖型(后兩種偶見)。一般來說,云英巖型和含錫蝕變花崗巖型錫礦化最好。從區(qū)域上看,含錫石英脈型可漸變?yōu)樵朴r型或含錫蝕變花崗巖型,或顯示出含錫蝕變花崗巖型→含錫云英巖型→錫石石英脈型的變化(陳富文等,1999)。2錫礦化的地質(zhì)特征在卡姆斯特采石場、卡姆斯特錫礦、干梁子錫礦和老鴉泉巖體采集了巖體和含礦巖石的典型樣品。2.1石英的結(jié)構(gòu)表征采自卡姆斯特石英采石場的樣品為無錫礦化次生石英巖。樣品中石英占90%以上,鉀長石<10%,石英具鑲嵌結(jié)構(gòu)、等粒結(jié)構(gòu)、加大邊結(jié)構(gòu)(圖2-1),有黏土膠結(jié)物沿石英間隙充填(圖2-2),鉀長石具格子雙晶(圖2-3),反映其溫度低,形成的深度深。推測其原巖為花崗巖,受到熱液的強(qiáng)烈蝕變作用,造成其中長石、云母等大量礦物被交代。2.2含礦巖石及含礦石英巖巖體或含礦石英巖的礦體卡姆斯特錫礦的巖性主要為侵入于老鴉泉堿性巖體內(nèi)的小花崗斑巖體及穿插其內(nèi)的石英脈礦體、含礦石英巖及其兩側(cè)的石英巖礦體或云英巖化礦體。對(duì)石英巖礦體及兩側(cè)的云英巖化花崗斑巖礦體或云英巖化花崗斑巖至花崗斑巖體進(jìn)行了采樣,包括以下幾種礦石和巖石類型。(1)透閃石與石英的復(fù)合鏡下石英具鑲嵌結(jié)構(gòu),或有少量白云母充填于石英間隙(圖2-4),未見石英脈石英的梳狀結(jié)構(gòu),有的石英間隙中見透閃石石棉。錫石常呈膝狀雙晶及沿石英間隙長入,也見錫石被稍晚的云母脈及高嶺石脈穿插(圖2-5),錫石也常與重晶石、石膏、白云母一起填充在石英裂隙中,為含礦石英巖。(2)云巖巖化花崗巖錫礦石白云母交代了斜長石,保留斜長石晶形,鉀長石表面黏土化(圖2-6)。屬云英巖化花崗斑巖,有錫石共生,且礦化相對(duì)富。(3)石英的限限呈脈狀穿插花崗斑巖體,與花崗斑巖有明顯界限,石英占90%以上。見石英的梳狀拉長結(jié)構(gòu),錫石與石英共生,石英縫隙中有透閃石石棉充填,及高嶺石脈穿插石英及錫石。(4)花崗斑巖巖石特征鉀長石斑晶具補(bǔ)丁結(jié)構(gòu)(圖2-7),鉀長石蝕變不明顯,交代關(guān)系不明顯,巖石較新鮮,僅部分黑云母顏色變淺形成白云母,為正常的花崗斑巖。以上巖石學(xué)特征反映出卡姆斯特錫礦成礦與含錫石英巖兩側(cè)花崗斑巖的硅化、云英巖化有關(guān)。2.3干梁子錫礦干梁子錫礦產(chǎn)于老鴉泉大巖體內(nèi)的富堿小巖體及其內(nèi)的含礦石英巖及兩側(cè)的含礦云英巖及石英脈礦體,包括以下幾種礦石和巖石類型。(1)鉀長石與錫石鏡下見白云母交代鉀長石(圖2-8)、斜長石、黑云母,斜長石被交代呈殘余結(jié)構(gòu),見大顆粒的鉀長石交代了粗粒石英,其中保留有石英殘余。鉀長石帶中錫石多與云母一起出現(xiàn)。原巖為花崗巖,發(fā)生了云英巖化、鉀長石化蝕變等形成Sn礦體。(2)巖石結(jié)構(gòu)分類見到2種巖石,一種石英含量<5%,斜長石為奧長石,斜長石<正長石,無明顯蝕變(圖2-9),為正長巖或堿性正長巖;另一種石英含量>20%,少量黑云母,斜長石約10%,鉀長石占長石總量近90%。發(fā)育巖漿晚期,或在接觸帶上花崗斑巖具有鉀長石與斜長石同時(shí)出現(xiàn)的文象結(jié)構(gòu)(圖2-9)。為斑狀正長花崗巖或堿長花崗斑巖。當(dāng)斜長石與鉀長石含量相當(dāng)時(shí)為二長花崗斑巖。含錫云英巖兩側(cè)堿性花崗斑巖或堿性正長巖的硅化、鉀長石化、云英巖化形成Sn礦體。2.4石英、黑云母及卡姆斯特錫老鴉泉巖體為富堿花崗巖雜巖體,采集了代表性樣品3件,其巖性分別為:(1)粗粒正長花崗巖或粗粒堿長花崗巖:石英占20%以上,鉀長石占長石總量的80%～90%,斜長石約占長石總量10%,黑云母<2%。(2)煌斑巖類:鉀長石為大小一致的細(xì)粒、長條狀(圖2-10),被包裹于粗粒石英或黑云母中,具篩狀結(jié)構(gòu)(圖2-11)。少量斜長石為奧長石類,角閃石呈大斑晶狀(圖2-12)。巖漿晚期石英、黑云母膠結(jié)了長石類。(3)石英堿長正長巖:野外定名粗?；◢弾r。石英約20%,鉀長石約占長石90%以上,斜長石少量,黑云母少量。上述巖礦特征反映了卡姆斯特采石廠的次生石英巖形成較深,可能是深部來源的富硅流體沿花崗巖裂隙上升過程中使花崗巖發(fā)生強(qiáng)烈硅化,原花崗巖中的斜長石及其他組分被交代,僅殘余少量鉀長石而形成無錫礦化石英巖,這種流體與老鴉泉巖體及花崗斑巖可能同源。卡姆斯特錫礦及干梁子錫礦從含礦云英巖礦體至云英巖化礦體至花崗巖體,其硅化、云英巖化蝕變由強(qiáng)到弱及至基本未蝕變的花崗(正長巖)巖體,可以認(rèn)為其成礦流體及蝕變強(qiáng)度是連續(xù)演化的,其中云英巖化錫礦體的礦化最強(qiáng)。與花崗巖有明顯界限的石英脈礦體可能是巖漿晚期分異的富錫熱液沿花崗巖構(gòu)造裂隙穿插而成。3基性巖體及礦體稀土特征老鴉泉巖體及其內(nèi)的花崗斑巖體及錫礦體樣品的稀土元素分析在中科院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室FinniganMAT,HR-ICP-MS(ElementⅠ)儀器上完成,使用ICP-MS方法測試。結(jié)果列于表1及圖3。巖石、錫礦石的稀土元素配分形式基本相同,曲線的輕重稀土近于平直或傾斜角度小,均具有強(qiáng)Eu虧損峰,δEu多小于0.02(表1,圖3),這充分體現(xiàn)了無論老鴉泉堿性花崗巖,還是侵入其內(nèi)的花崗斑巖或是含錫石英脈及云英巖型錫礦體,它們的稀土來源是相同的。典型的“V”型堿性花崗巖的稀土配分形式,反映了它們可能均來自同一深部堿性巖漿房,Eu的強(qiáng)烈虧損是殘余熔融體結(jié)晶分異的反映。圖3a及表1中老鴉泉巖體(L-2、L-3)處于稀土曲線圖的最上方,稀土總量最高,可達(dá)210×10-6～239×10-6,與堿性花崗巖的稀土總量范圍180×10-6～280×10-6相符(吳郭泉,1994),LREE/HREE比值及La/Yb比值最高,分別達(dá)4.6～4.9和5.2～6,為輕稀土相對(duì)富集的向右傾斜曲線,反映了堿性花崗巖漿的稀土特征(Eby,1992;陳丹玲等,2001)。按照王中剛的分類(王中剛,1994),富錫花崗巖具有明顯Eu虧損的,基本屬于巖漿晚期分異交代型。采石廠無錫礦化次生石英巖樣品(K-2、K-5)處于稀土曲線圖的最下方,稀土總量最低,為28×10-6～34×10-6,但LREE/HREE比值及La/Yb比值僅次于老鴉泉堿性巖體,分別為3.1～3.5及3.3～3.6,曲線稍右傾,除稀土總量低外,與老鴉泉巖體稀土特征具有較多繼承性。其余樣品的稀土總量處于中間過渡位置?？匪固鼗◢彴邘r及云英巖化礦體、石英脈礦體的(La/Yb)N比值及LREE/HREE比值均減小,前者為0.6～1.5,主要在1左右,后者為1.1～2.6,主要在1.1附近,稀土配分曲線近于平直或重稀土稍有上翹,表明形成花崗斑巖及錫礦化時(shí)氣液蝕變強(qiáng)烈及有少量地層物質(zhì)的加入(吳郭泉,1994)。干梁子堿性花崗斑巖及錫礦體稀土特征介于老鴉泉堿性花崗巖及卡姆斯特巖體、礦體之間。可能是由于干梁子錫礦的賦礦小巖體為偏堿性巖體,其演化程度介于老鴉泉堿性花崗巖體與卡姆斯特花崗斑巖體之間。4體包裹體對(duì)不同巖石和礦石類型中石英的流體包裹體進(jìn)行了系統(tǒng)的觀察及測試研究4.1流體包裹體分布(1)老鴉泉堿性巖體、花崗斑巖及次生石英巖樣品中常見熔融包裹體、流體-熔融包裹體(圖4a)及個(gè)體達(dá)幾百微米的大包裹體,它們在晚期的地質(zhì)作用中破裂,并在其周圍形成一圈小氣液包裹體(圖4b)。表明堿性花崗巖漿分異晚期是非常富水的,錫成礦與堿性巖漿晚期巖漿與流體的分異及流體富集有關(guān),而石英脈礦體中基本不出現(xiàn)這種包裹體,為熱液充填成礦。(2)各地質(zhì)體石英中的包裹體一般可達(dá)10μm左右,以規(guī)則狀原生包裹體為主,少量次生包裹體,多雜亂分布或定向分布(圖4c)。包裹體雖個(gè)體較大,但數(shù)量少,流體主要來源為巖漿晚期熱液。含錫石英脈樣品中有時(shí)出現(xiàn)密密麻麻的包裹體群,可能為巖漿期后熱液中有較多地下水進(jìn)入形成的。(3)流體包裹體類型主要為氣液包裹體,其中氣液比大于30%～50%的大氣液比包裹體多見,小氣液比包裹體相對(duì)少(圖4c)。室溫下未明顯發(fā)現(xiàn)含CO2的三相包裹體,但冷凍時(shí)可見到含CO2兩相圈的包裹體,顯示流體中CO2豐度應(yīng)較高,部分樣品中僅見少量含極小NaCl子礦物包裹體,說明成礦流體溫度高、鹽度相對(duì)低富含CO2氣體的特征。與老鴉泉堿性花崗巖及小花崗斑巖體及云英巖化錫礦體相比,含錫石英脈中包裹體明顯豐富,體現(xiàn)了流體活動(dòng)強(qiáng)度較大。4.2包裹體溫度校正根據(jù)詳細(xì)巖相學(xué)研究,對(duì)老鴉泉堿性花崗巖、花崗斑巖、云英巖化花崗巖錫礦體、石英脈型錫礦體、采石廠無錫礦化次生石英巖等選擇部分樣品進(jìn)行了流體包裹體均一溫度及鹽度的測試。流體包裹體的均一溫度、冰點(diǎn)溫度測試在有色礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心包裹體實(shí)驗(yàn)室LinkamTHMS600型顯微冷熱臺(tái)上完成,該儀器利用美國FLUIDInc公司提供的人工合成包裹體標(biāo)樣進(jìn)行溫度校正。測定均一溫度時(shí),接近包裹體均一時(shí)的升溫速率為2～3℃·min-1,測定冰點(diǎn)溫度時(shí),接近最后一塊冰晶消失溫度的回溫速率為0.2～0.3℃·min-1。低鹽度的水溶液包裹體鹽度的計(jì)算由最后冰晶的消失溫度(冰點(diǎn)溫度),再利用Bodnar(1993)計(jì)算公式計(jì)算而成,含子礦物包裹體的鹽度由子礦物的消失溫度,再利用Halletal.(1988)計(jì)算公式計(jì)算而成。流體包裹體巖相學(xué)及均一溫度-鹽度研究顯示,卡姆斯特及干梁子石英巖(脈)錫礦體、蝕變花崗斑巖礦體、花崗斑巖及老鴉泉堿性花崗巖石英包裹體的類型相似,它們的均一溫度-鹽度范圍極其類似,溫度范圍多為140～420℃,主要范圍為300～420℃;鹽度低于7%NaCleqv,在360～420℃之間出現(xiàn)向氣態(tài)均一的氣體包裹體,有晚期天水的疊加(圖5)。成礦流體屬中高溫-低鹽度流體。反映了該區(qū)自堿性花崗巖-云英巖化花崗斑巖礦體-云英巖礦體、石英巖(脈)礦體成礦流體屬相同流體體系,溫度-鹽度范圍差異不明顯,這是巖漿晚期分異的流體使花崗斑巖發(fā)生硅化、云英巖化等自變質(zhì)蝕變和錫礦化的體現(xiàn)。4.3ch4及c2h6氣體測試中發(fā)現(xiàn)很多中等氣液比及大氣液比的包裹體凍不住,經(jīng)單個(gè)包裹體的激光拉曼分析發(fā)現(xiàn)其中含有大量的CH4及C2H6氣體(圖6)。該項(xiàng)測試在中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室流體包裹體實(shí)驗(yàn)室的英國Renishaw公司生產(chǎn)的RM2000型激光拉曼探針儀上完成,分析方法詳見胡芳芳等(2005)。4.4成礦流體及礦物成分分析老鴉泉巖體和巖體內(nèi)的花崗斑巖體及錫礦體的石英中包裹體氣、液相成分在中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室包裹體實(shí)驗(yàn)室的日本產(chǎn)RG202四極質(zhì)譜儀(QMS)和HIC-6A型離子色譜儀上分析完成(表2),方法詳見朱和平和王莉娟(2001)。成礦流體中陽離子以K+、Na+離子為主,次為Ca2+離子;陰離子以SO2?442-離子團(tuán)為主,次為F-、Cl-;氣相成分除水外主要還有CO2及CH4、C2H6等還原性氣體(表2),與包裹體的測溫及拉曼測試結(jié)果一致。流體包裹體中CH4氣體的C同位素分析表明,δ13C為<-30‰的有機(jī)碳(另文詳述)。流體中的Na/K比值為0.2～2.4,且流體中富集SO2?442-離子團(tuán),反映了流體主要是淺源富氧流體。成礦流體屬NaCl(KCl)-H2O-CO2-CH4類型。5討論5.1卡姆斯特及干梁子錫礦體巖礦鑒定、巖石稀土元素及成礦流體的研究均揭示了錫礦床的形成是堿性花崗巖巖漿發(fā)展和演化的直接及最終產(chǎn)物,主要依據(jù)為:(1)從無錫礦化體的采石廠次生石英巖-云英巖化礦體-花崗斑巖體,礦物組分及蝕變強(qiáng)度連續(xù)演化,從強(qiáng)烈的硅化石英巖演化至硅化逐漸減弱、長石及云母及副礦物等組分越來越趨于正常的花崗斑巖的演化過程,其中采石廠次生石英巖為相對(duì)純凈的鑲嵌狀石英,其中少量的鉀長石具有格子狀雙晶,形成較深,無錫礦化。卡姆斯特及干梁子含礦石英巖中有少量白云母充填于石英縫隙中,石英巖兩側(cè)花崗斑巖的蝕變強(qiáng)度向外逐漸減弱,逐步演變成石英巖錫礦體、云英巖型錫礦體,再向外形成鉀化-云英巖化花崗斑巖及最終為基本未蝕變的花崗斑巖。反映卡姆斯特及干梁子錫礦礦化是堿性巖漿晚期分異的富硅流體沿花崗斑巖裂隙侵蝕上升,受其高溫高壓等影響,兩側(cè)花崗斑巖逐步發(fā)生強(qiáng)烈硅化、云英巖化等蝕變及錫的沉淀成礦;(2)流體包裹體研究顯示老鴉泉堿性花崗巖及其中花崗斑巖、花崗斑巖中石英巖、采石廠次生石英巖石英中均發(fā)育熔融包裹體、熔流包裹體及巨大的晚期破裂的流體包裹體,這是巖漿向流體演化的重要證據(jù),表明堿性巖漿演化晚期是富水的,成礦與巖漿晚期流體的富集有關(guān)。石英巖、云英巖化等錫礦體是巖漿晚期分異出的熱流體使花崗巖自身蝕變的產(chǎn)物;(3)無錫礦化石英巖、含礦石英巖、云英巖化花崗巖礦體、花崗斑巖及老鴉泉堿性花崗巖的稀土配分曲線配分形態(tài)極其相似,具堿性花崗巖的曲線特征,強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常,反映了它們均經(jīng)歷了巖漿的充分分異演化,屬同源產(chǎn)物;(4)老鴉泉巖體及錫礦體流體包裹體類型及溫度-鹽度范圍類似,流體組分相似,也反映了它們的流體體系是相同的。巖漿晚期分異的富堿、富硅巖漿及熱流體與天水逐步混和并使花崗巖自身發(fā)生強(qiáng)烈硅化、鉀化、云英巖化并伴隨錫沉淀成礦。5.2老浚泉巖體貝勒庫都克黑云母花崗巖中的錫含量普遍高于克拉克值和普通花崗巖的平均值,說明原始巖漿是富錫的,在上升侵位過程中,通過冷凝、分異,錫與早期結(jié)晶礦物不相容的其他元素,逐漸富集于富硅、富堿、富揮發(fā)份(尤其是氟、氯)的晚期巖漿,在存在堿質(zhì)及大量氟、氯揮發(fā)份條件下,錫向殘余巖漿中富集,形成含錫堿性花崗巖(胡曉燕等,2007)。老鴉泉巖體就是這種經(jīng)過充分分異演化的晚期堿性花崗巖,是成