Question

研究区背景

Answer 1

新疆天山总体为一巨型古生代造山带，位于准噶尔地块和塔里木地块的结合部位，大地构造环境复杂，岩浆活动频繁，沉积建造类型丰富，是我国西部极为重要的铜镍金成矿区域。对成矿有重要意义的建造主要有：双峰式火山岩建造、复理石建造、含碳碎屑岩建造、火山-类复理石建造，以及岩浆作用形成的各种钙碱性、碱性花岗岩类建造、镁铁-超镁铁岩建造、地幔热柱有关的深源碱性（火山-花岗岩）建造、裂谷玄武岩建造、绿岩建造等。根据大地构造环境和构造单元地质特征分析，东天山是寻找斑岩型铜钼矿、岩浆熔离型铜镍矿、火山沉积-改造型铜矿、与韧性剪切带有关的海相火山岩型金矿的有利地区。已发现的成型铜（镍）矿床主要分布于研究区的北部，即康古尔断裂以北的小热泉子—土屋—黄山一带。铜矿主要类型有斑岩型、铜镍硫化物型、火山岩块状硫化物型，夕卡岩型等。主要成矿时代是石炭纪、二叠纪。斑岩铜矿床主要形成于早石炭世，如土屋-延东-赤湖-三岔口铜矿。

在研究区东部土墩—黄山—镜儿泉一带，分布有黄山、黄山东、黄山南、香山、土墩、二红洼、葫芦等镁铁-超镁铁质杂岩体，沿康古尔塔格断裂及其次级断裂侵位于石炭系干墩组和梧桐窝子组中，这些岩体高度分异，普遍有铜镍矿化；现已探明黄山、黄山东为大型矿床，土墩、香山、黄山北为中型矿床，黄山南、二红洼为小型矿床。

8.1.1 矿区地层

哈密土墩—黄山—镜儿泉一带出露地层如下：

1）下石炭统干墩组：分布于黄山南、黄山、黄山东、黑山口一带，与上覆的梧桐窝子组成整合接触。岩性为浊积岩夹有凝灰岩及石灰岩透镜体、细碧岩及少量千枚岩、含铁碧玉岩。本组岩性变化大，自东向西火山岩呈现明显增加趋势，东部有大规模的华力西期中期花岗岩侵入，地层受变质程度较高，见有变粒岩、片岩等。

2）中石炭统梧桐窝子组：分布于土墩、黄山、黑山口以北地区。为浅海相碎屑岩、火山碎屑岩、细碧岩和石灰岩等，厚590～3537 m。在黑山口北部，下部为角斑质凝灰岩、石英角斑质凝灰岩、石英角斑岩夹有凝灰质板岩和凝灰质砂岩、变质砂岩；上部为凝灰岩夹角砾凝灰岩和细碧岩，为陆棚火山沉积，进一步可能发展成为深海盆地中角斑质熔岩流喷溢、火山灰泥沉积。

8.1.2 矿区基性-超基性岩体

黄山地区基性-超基性岩带呈近于东西向展布于康古尔塔格断裂和苦水断裂之间，长约270km，可以分为东西两段。西段包括有土墩、二红洼、黄山、黄山北、黄山南、黄山东等近20个岩体，东段位于镜儿泉一带包括有红石岗、黑石梁、葫芦、葫芦东、串珠、马蹄等十几个岩体。在西段，华力西期中期有两次岩浆侵入作用，先是基性超基性岩-中基性岩-中性岩-中酸性岩，最后是酸性岩。基性超基性岩出露于黄山东、黄山西、黄山南、黄山北、二红洼、土墩、山口及黑尖山等地，大多位于NNE向和EW向断裂两侧，侵位于下石炭统干墩组和中石炭统梧桐窝子组，是本区铜镍硫化物矿床的主要含矿岩体。主要岩石类型有辉石闪长岩、角闪辉长苏长岩、斜长角闪橄榄辉长岩、角闪辉石岩、斜长角闪橄榄岩。普遍富含铁、镁，并且具有低的镁铁比值（M/F），其中铁质超基性岩M/F值为2.37～3.00；铁质基性岩M/F值为0.96～2.11 ，多属于亚碱性系列岩石。蚀变表现为蛇纹石化、绿泥石化、滑石化、次闪石化、碳酸岩化等。中基性岩体主要位于黄山—黄山东以北，主要岩石为蚀变辉石闪长岩、蚀变辉长闪长岩、蚀变闪长岩等。具有黝帘石化、钠黝帘石化、绿泥石化、纤闪石化；侵位于下石炭统干墩组和中石炭统梧桐窝子组。

（1）含矿岩体岩石化学特征

岩体可以划分为两个系列，一是橄榄拉斑玄武岩系列，如黄山地区各岩体，其侵位时间相对较早；一是苦橄玄武岩系列，如葫芦、土墩等岩体，多数是较晚阶段的产物。

各岩体全岩（各相带总合）M/F介于2.47～3.68之间，其中橄榄岩相的M/F介于3.84～4.68之间，为铁质超镁铁岩石。各岩体总平均成分彼此差不多，SiO₂：50.01%～51.80%，Al₂ O₃：10.57%～16.34%，Fe₂ O₃：1.74%～2.49%，FeO：5.34%～6.62%，MgO：10.52%～16.91%，CaO：8.03%～0.65%，Na₂ O：1.53%～2.65%，K₂ O：0.32%～0.62%。岩石化学成分的总体特征为低Ca，Al，富Mg，Fe，弱碱，SiO₂ 含量在42%～50% 之间，主要岩石化学数值特征见表8.1。从表8.1可以看出，超基性岩里特曼组和指数（δ）为负值，Na₂ O＞K₂ O，属于过钠性大西洋型；基性岩属于钙性强太平洋型；SI值除葫芦、土墩、二红洼岩体不同岩性差值不大之外，其余岩体都有一定差值，暗示有一定程度的分异；M/F值一般在1.5～6之间，属于含Cu，Ni，PGE岩体；其αSi-Calk/m数值对应于有铜镍矿化的偏镁岩石系列；其扎氏数值也在矿化岩体经验数值内；主要成矿元素丰度不同于加拿大地盾含矿岩体的统计数值，与甘肃金川、新疆卡拉通克岩体的成矿元素丰度也有很大差异。黄山东、黄山、土墩和香山已经圈定出不同经济价值的矿体，可以认为成矿元素丰度较高者形成矿床可能性很大。

表8.1 研究区内含矿岩体岩石化学特征参数

（2）含矿岩体稀土元素特征

含矿岩体稀土元素丰度见表8.2 ，从表8.2中可以看出，各类岩体稀土元素总量很低，为地幔岩的2～6倍，大致稳定在（5～15）× 10 ^-6之间，与一般超镁铁岩相一致；配分形式基本上都不同程度地呈富集型模式，但斜率不大，暗示稀土元素分馏程度不高；铕异常不明显，一般基性岩略具正异常，超基性岩则多呈负异常，暗示岩浆贫钙并处于相对还原条件，也同岩浆分异程度较低有关；稀土元素丰度形式特点也不同，黄山西和葫芦岩体的超基性岩类相近似，与其他岩体明显不同。

表8.2 研究区内含矿岩体岩石化学特征参数

8.1.3 成岩成矿时代

周汝洪（1985）、王润民（1987）和南京大学（1990）在黄山基性-超基性岩带上测试了15件K-Ar年龄，范围在235.05～439.6 Ma之间，年龄解释上存在着很大的不确定性。岩体Rb-Sr等时线年龄为285 Ma（李先梓等，1991），相当于早二叠世。

黄山含矿杂岩体全岩Sm-Nd等时线年龄为308.9 ± 10.7Ma，五件铜镍矿石Sm-Nd等时线年龄为305.4 ± 2.4Ma；黄山东含矿杂岩体全岩Sm-Nd等时线年龄为320 ± 38Ma，七件铜镍矿石Sm-Nd等时线年龄为314 ± 14 Ma（李华芹，1998）。

秦克章（2001）对香山角闪辉长岩进行单颗粒锆石U-Pb同位素年龄测定，获得其年龄为285 ± 1.2 Ma。

对于基性-超基性岩来说，Sm-Nd等时线年龄指示着从上地幔源区脱离出来的岩浆越过莫霍面进入下地壳岩浆房之后的时间长度，此时岩浆温度为1300～1500℃之间，而岩石或单矿物U-Pb同位素体系时钟启动温度为700～1000℃之间，全岩Rb-Sr及K-Ar同位素体系的封闭温度分别为400～500℃，200～600℃以下（秦克章，2001）。因此，Sm-Nd等时线年龄指一般小于相应的岩石或单矿物U-Pb同位素体系、全岩Rb-Sr及K-Ar年龄。

综上所述，可以得出黄山基性-超基性岩带侵入年龄不应该早于Sm-Nd等时线年龄308.9Ma，这与岩体侵位的最新地层为中石炭统梧桐窝子组的地质事实是相符合的。结合岩石单颗粒锆石U-Pb（285Ma）年龄和矿石Re-Os同位素精确测定年龄（282Ma），本区成岩成矿时间应该在280～310Ma之间，即晚石炭世—早二叠世，为华力西期中晚期岩浆活动的产物。

成岩成矿时代的厘定是矿床成矿系列研究的十分重要的内容，对于一个地区的成矿动力学背景的研究具有十分重要的意义（毛景文等，2002；王登红等，2002）。因此，黄山东铜镍矿床矿石Re-Os同位素精确测定的年龄，对于明确回答该地区基性-超基性岩带形成与碰撞期后陆壳伸展期张弛动力学环境具有重要意义。