东天山白山钼矿地球化学特征及地质意义

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摘  要：白山钼矿赋矿岩体为花岗斑岩，其主量、微量及稀土元素地球化学特征研究表明，岩体属过铝质高钾钙碱性系列，并相对富集大离子亲石元素（Rb，Th，Sr等），亏损高场强元素（Nb，Ce，Zr等），以及具有LREE富集的右倾稀土元素分布模式。根据矿物稀土元素作为示踪剂提供的信息表明，含钼矿物的石英脉稀土元素组成和分布模式与壳幔同熔型花岗岩有众多相似之处，推测该成矿物质来源与花岗岩岩浆有关，来自同一源区，形成于碰撞后演化阶段向板内转化的构造环境，并具相同的成岩方式与成岩成矿同期。

关键字：东天山;地球化学;白山钼矿

新疆东天山造山带位于中亚增生造山带南缘，是全球显生宙陆壳增生与改造最显著的地区，其形成和演化经历了多岛海型俯冲增生、陆-陆碰撞和地体拼贴等复杂地质作用[1]，发育多类型的成矿系统，形成多种成因类型的矿床[2]。白山钼矿自1988年被新疆地矿局第六地质大队发现以来，众多学者从矿床地质特征、矿床蚀变分带、找矿标志等方面先后对其开展过研究工作[3-4]。此外，众多工作者运用地球物理方法，开展了该矿区深部和外围的矿产远景调查工作[5-7]，并运用锆石U-Pb、Re-Os等同位素测试方法确定了含矿岩体（脉）的形成时代[8-13]，但对于该矿床的成矿时代及成矿作用期次尚存在争议，对于含矿斑岩体的形成构造环境亦存在不同认识。由于不同研究学者在该矿区采集样品代表性不同，与成矿密切相关的深部斑岩体相关研究报道较少，在一定程度上制约了对该区域斑岩型钼矿成矿作用的认识和理解。鉴于此，本次研究以该矿区深部钻孔中赋矿斑岩体等样品为研究对象，运用岩石地球化学和流体包裹体测试分析，探讨白山钼矿斑岩体的形成环境，探讨成岩与成矿的关系，为该地区斑岩型钼矿的研究提供基础资料。

1  成矿地质背景

白山钼矿位于哈萨克斯坦-准噶尔板块南觉罗塔格晚古生代沟弧帶内（图1）1，其成矿带属于康古尔-土屋、赤湖-镜儿泉Cu、Au成矿带东延部分。区域上断裂十分发育，由北向南依次分布康古尔塔格深大断裂，镜儿泉大断裂、干墩大断裂，其中干墩大断裂是白山矿区内主要导矿构造，对矿床的形成具重要意义。区域上出露长城系咸水泉岩组中深变质变粒岩，蓟县系镜儿泉岩组绿片岩相变质岩，泥盆系大南湖组下亚组火山碎屑岩及火山熔岩，石炭系干墩组微晶片岩、细碧质绿片岩和热变质角岩，侏罗系野马泉组陆相沉积碎屑岩和第四系[1]。区域内侵入岩较发育，岩石类型齐全，基性到酸性岩均有出露，以偏酸性深成侵入岩为主[14]，中-基性岩次之，超基性岩分布最少，岩体形成时代为华力西期和印支期。东天山地区处于挤压-堆叠环境[15]，在局部伸展环境下，深源斑岩岩浆侵位，对形成白山斑岩型钼矿提供了良好的成矿地质环境。

2  矿床地质特征

矿区出露地层主要为下石炭统干墩组，受区域性大断裂干墩断裂影响，矿区内次级断裂、裂隙较为发育，矿区内以近EW向断层为主，白山钼矿体赋存于F3与F5之间的石炭系干墩组角岩带内。矿区南部出露岩浆岩侵位于下石炭统干墩组中，其岩性为中粒、中细粒黑云母斜长花岗岩和黑云母花岗斑岩（图2）。白山钼矿床共圈定钼矿体17个，其中P4、P5号矿体为主矿体，矿体走向近EW向，矿体形态较简单，以似层状为主，矿体长100～3 000 m，平均厚度2.31～43.9 m，最厚达123.5 m，矿体沿走向变化属稳定型。矿体钼平均品位0.030%～0.106%，矿区平均品位0.06%，品位变化较均匀，矿层中钾长石-石英网脉、石英大脉十分发育。矿石矿物主要赋存于石英脉中，有辉钼矿、黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、磁黄铁矿、及少量的钛铁矿、磁铁矿、方铅矿和白铁矿。矿化围岩蚀变主要有硅化、钾化、黑云母化、绢云母化、绿泥石化等，其中硅化和钾化与成矿作用密切相关。

3  样品特征及测试方法

在本次研究采集岩石样品中选择矿区深部钻孔揭露的赋矿岩体、围岩等10件样品进行主量、微量、稀土的分析测试。其中bs-4、bs-5分别采自钻孔ZK0-4深1 068 m和1 569 m处，bs-22、bs-23、bs-25、bs-29分别采自钻孔ZK15-5深1 530 m、1 762 m、    1 846.3 m和2 013 m处。D003至D007号样品为地表路线地质调查采集的样品。此外，对采集的5件含矿岩石及围岩进行稀土元素测试分析，Tc-B1为围岩，岩性为硅化长英质角岩，TC-B5岩性为硅化角岩中的细脉浸染状钼矿石，TC-B2为含钼长石-石英脉，TC-387为含钼石英细脉，ZK-D9为含钼矿石石英大脉。

在ZK39-1和ZK15-5号钻孔，根据矿化阶段的划分分别挑选了第一阶段3件不含辉钼矿的石英脉（样品号bs-8、bs-13、bs-24）和第二阶段3件含辉钼矿石英脉（样品号bs-10、bs-12、bs-15）进行了包裹体显微测温。

主量元素、微量元素和稀土元素测试由新疆矿产实验研究所完成，主量元素测试方法为X射线荧光光谱分析（XRF），微量元素测试方法为电感耦合粒子质谱仪分析（ICP-MS），分析精度和准确度均优于5%。包裹体测温实验在在中国地质大学（北京）包裹体实验室进行，测试仪器为Linkam THMSG-600冷热台。该仪器测温范围为-196℃～+600℃，测试精度为±0.1℃（表1）。

4  矿床地球化学特征

4.1  主量元素

由表1可见，主量元素含量相对稳定，SiO2含量为64.80%～76.42%，K2O含量为1.81%～5.23%，Na2O含量为2.38%～4.79%，K2O、Na2O含量较高，里特曼指数σ为1.5～2.82，均小于3.3，显示钙碱性特征;在TAS图解中（图3-a），投影点落入“Ir”下方，在花岗岩和花岗闪长岩的范围内，在AFM图解中（图3-b），所有点落在钙碱性系列范围内，表明成矿母岩以钙碱性花岗岩为主。

在SiO2-K2O图解中（图4-a），大多数点落在高钾钙碱性-钾玄岩系列范围内，个别点落在钙碱性系列范围内，结合AFM图解及相关前人资料，认为白山钼矿成矿母岩体为高钾钙碱性系列;全碱（Na2O+K2O）含量为5.72%～8.88%，平均7.64%，略低于中国同酸度岩石的全碱平均含量（7.89%）[16];随SiO2含量的增高，K2O/Na2O的比值增加（0.86～1.82），反映岩体随分异程度的增加，逐渐由富Na转变为富K[17]。

Al2O3含量为12.11%～16.05%，属于高铝岩类，A/CNK=1.19～1.52，A/NK=1.56～2.81，指示岩石具有偏铝质和过铝质的特性（图4-b）。MgO含量中等，为0.20%～2.61%;CaO含量较高，为1.16%～4.85%;P2O5含量较低，所有样品均小于0.2%;烧失量较少，基本小于3%，反映了样品蚀变较弱的特征。

表1和图5中，含矿母岩总体上具高Al2O3、富K特征，SiO2含量与Al2O3、MgO、CaO、FeOt具较明显的负相关关系，与MnO、Na2O具不明显的负相关关系，与K2O含量具明显的正相关关系，与P2O5含量具较弱的正相关关系。随着SiO2含量的增加，主要元素Al2O3、MgO、CaO、MnO、Na2O等氧化物的含量呈递减趋势，可能反映了钼矿区斑岩体中斜长石、角闪石等富Mg、Ca矿物是岩浆早期演化过程中分异结晶的产物[14]。

4.2  稀土元素

在表1中，ΣREE为64.45×10-6～176.93×10-6，平均101.23×10-6，总体稀土含量较低（小于200×10-6），与地壳重熔型花岗岩（S型花岗岩）较高的稀土含量具较大差别[18]。LREE/HREE值为7.74～26.42，平均值15.39>1，显示轻稀土较重稀土富集的特征。   （La/Yb）N为 8.39～60.27，平均值约为 24.30，（La/Sm）N为3.12～5.98、（Tb/Lu）N为1.36～3.64，表明轻重稀土分馏明显，轻稀土分馏明显，重稀土分馏不明显的特征，这与我国含钼花岗岩具相似性。在球粒陨石标准化分布曲线上（图6）[19]，曲线表现为左陡右缓向右倾斜的轻稀土富集型。无Ce异常，Eu负异常中等（δEu=0.41～0.88），表明在源区可能存在部分斜长石残留。

稀土元素分析结果见表2，不同样品间的ΣREE含量接近，分别为3.39×10-6和3.14×10-6，δEu分别为0.56和0.81，其他特征值如La/Lu、La/Sm、Sm/Nd、Eu/Sm、Eu/ΣREE等比值也都十分相近。在球粒陨石标准化作稀土元素分布模式图中（图7），石英脉型钼矿石和含钼石英脉的ΣREE很相似，均呈明显右倾型，均具Eu、Ce的负异常，特征元素含量和分布模式图与花岗岩体具高度相似性，暗示它们和花岗岩体之间有成因上的联系。此外，含钼长石-石英脉的ΣREE含量最高，为69.12×10-6，可能是由于含大量钾长石造成的，比含钼矿石英大脉和含钼石英细脉更富集ΣREE，表现出Eu、Ce负异常，两者REE分布曲线型式极为相似，反映它们具相同的物质来源。

4.3  微量元素

表1表明白山钼矿床富集W、Sn、Mo等成矿元素。其中Mo含量最高可达204×10-6（平均含量为25.86×10-6），明显高于我国花岗岩中Mo的平均含量（0.49×10-6）。在微量元素蛛网图中（图8），白山钼矿床花岗岩与壳幔同熔型花岗岩形态相似，Sr，Ba含量较高，平均分别为402.5×10-6和589.5×10-6。与洋中脊花岗岩相比亏损Nb（1.18×10-6～6.96×10-6）、Ce（6.0×10-6～73×10-6）、Zr（97.38×10-6～172×10-6）等高场强元素，Nb呈明显的深“V”字形，其余高场强元素呈平坦曲线。富集Rb（61×10-6～140×10-6）、Th（3.7×10-6～15.26×10-6）、Sr（148×10-6～951×10-6）等大离子亲石元素。Ce/Pb比值1.38～4.33（平均2.74），该值与全球岛弧花岗岩相似。

4.4  流体包裹体

根据矿化階段的划分分别挑选了第一阶段3件不含辉钼矿的石英脉（样品号bs-8、bs-13、bs-24）和第二阶段3件含辉钼矿石英脉（样品号bs-10、bs-12、bs-15）进行了包裹体显微测温。流体包裹体测温结果显示（表3，图9），白山钼矿床石英流体包裹体的均一温度范围落在91℃～424℃之间，通过冰点温度查出盐度[19]，盐度范围相似1.23～9.73% NaCl。

第一阶段为黄铁矿、黄铜矿化阶段，共获取石英脉中包裹体均一温度49个，介于94℃～424℃。其中Ⅰ型包裹体3个，范围为342℃～424℃;Ⅱ型包裹体46个，均一温度为94℃～202℃。冰点温度-4.5℃～    - 0.8℃（富气相包裹体未获取到有效冰点），对应的盐度值为1.40～7.02% NaCl，盐度较低。

第二阶段为辉钼矿+黄铁矿+黄铜矿化阶段，共获取石英脉中包裹体均一温度56个，均一温度范围91℃～381℃。其中Ⅰ型包裹体2个，范围为318℃～381℃;Ⅱ型包裹体54个，均一温度为91℃～280℃。冰点温度6.4℃～-0.7℃（富气相包裹体未获取到有效冰点），对应的盐度范围为1.23～9.73% NaCl。由此可见，第一阶段较第二阶段温度稍低，第一阶段包裹体盐度也略低于第二阶段。在加热过程中Ⅰ型包裹体一般均一到气相，Ⅱ型包裹体一般均一到液相。

根据流体包裹体的均一温度和盐度，利用NaCl-H2O溶液包裹体的密度式[20]，计算出第一阶段石英脉中流体包裹体密度范围为0.65～0.99 g/cm3;第二阶段石英脉中流体包裹体密度范围为0.57～    0.99 g/cm3（表3）。运用流体压力经验公式[21]，得出第一阶段均一压力为55.04～546.31 MPa，第二阶段主成矿阶段成矿压力为53.29～983.94 MPa（表3）。通过压力估算第一阶段成矿深度范围0.22～3.11 km，第二阶段成矿深度范围0.18～2.48 km。

5  讨论

5.1  构造环境

花岗岩是大陆地壳主要组成部分，是板块俯冲碰撞及陆壳增生的重要产物，对研究壳幔演化过程，探讨板块相互作用及形成构造背景具有重要意义[22]。区域构造研究认为：研究区泥盆纪对应于区域构造演化中的板块碰撞前岛弧阶段[23]，石炭纪转为主碰撞构造演化阶段[24]，二叠纪转入后碰撞构造演化阶段[25]，三叠纪进入板内演化阶段。

在微量元素构造判别图中（图10），样品基本全部落在火山弧花岗岩区，仅个别点落在火山弧与同碰撞区域的交界线上，显示白山钼矿床处于岛弧环境。同时从侧面上反映白山斑岩型钼矿区花岗岩物质来源具继承性，应为下地壳原火山弧物质经过重熔形成。在 R1-R2构造环境判别分类图解上，样品点基本落入板块碰撞前区域（图11），表明白山钼矿花岗斑岩体形成于东天山碰撞后演化阶段向板内转化阶段的构造环境。

5.2  成岩与矿化探讨

稀土元素组成是探讨成岩成矿作用及其物质来源的重要示踪剂，在对成矿围岩或母岩、组成矿石的矿石矿物的研究中，稀土元素是一组特别有意义的元素组。它们在岩石中的丰度分布及聚集迁移的规律性和特征有助于研究岩浆起源、演化和岩石形成条件等重要岩石学问题[18]。

本次研究深部花岗斑岩岩体与含矿石英大脉与细脉的ΣREE含量接近，特征值La/Lu、La/Sm、Sm/Nd、Eu/Sm、Eu/ΣREE等比值也都十分相近，其分布模式极为相似，均呈明显的右倾型，均具Eu、Ce负异常，暗示含矿石英脉和花岗岩体之间有成因上的联系，可推断白山地区的花岗岩都是来自同一源区，并具相同的成岩方式。

在稀土元素相关性图解中（图12），所有样品均落于“同熔系列”范围内，表明白山地区花岗岩属于同熔型花岗岩。该花岗斑岩的SIMS锆石U-Pb年龄为（226.8±3.2） Ma[13]，近地表辉钼矿Re-Os等时线年龄为（224±4.3） Ma[11]，深部辉钼矿Re-Os等时线年龄为（223.2±2.7） Ma[12]。以上年龄表明无论是近地表还是深部辉钼矿的成矿时代与花岗斑岩体的成岩时代为同期成矿，流体包裹体研究表明成矿深度在0.18～3.11 km。区域地质背景研究表明东天山三叠纪发育大量高钾钙碱性花岗岩，主要产于造山期后板内伸展环境，是由底侵带来的热量诱发下地壳物质部分熔融形成，并可能混有幔源岩浆物质[13，26，27]。该矿区氢氧同位素研究表明，白山钼矿床的成矿流体组成是岩浆水与岩浆的大气降水不同比例混合的成矿热液[11]。

综上认为，白山斑岩型钼矿花岗斑岩体为重要成矿母岩体，与含矿石英脉来自同一源区，并具相同的成岩方式，是由底侵带来的热量诱发下地壳物质部分熔融形成，并有可能混有幔源岩浆物质。在岩浆水与大气降水混合作用下形成成矿热液，成岩成矿同期。

6  结论

（1） 白山钼矿成矿形成于碰撞后演化阶段向板内转化阶段的构造背景。

（2） 白山斑岩型钼矿的花岗斑岩体为重要成矿母岩体，与含矿石英脉来自同一源区，并具相同的成岩方式，是由底侵带来的热量诱发下地壳物质部分熔融形成，并有可能混有幔源岩浆物质。在岩浆水与大气降水混合作用下形成成矿热液，并具相同的成岩方式与成岩成矿同期。

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Abstract：The deposit"s rock mass mainly for the granite porphyry，the major element，trace element and REE geochemistry of the intrusion indicates that：the intrusion belongs to the aluminous high-potassium calc-alkaline series;it is relatively eiched in large ion lithophile elements（Rb，Th，Sr etc.）and depleted in high field strength elements（Nb，Ce，Zr etc.）and exhibits LREE-eiched（ （La/Yb）N=8.39 to 60.27），right-inclined REE distribution patterns. As the tracer， according to the information of the mineral REE，we found that the compositions and the exhibits of ore-bearing quartz veins are similar to the syntectic granite series. Since granite porphyry is regarded as the late product of granite magma chamber，it maybe inferred that the ore-forming matters are derived mainly from granitic magma. And the deep granite porphyry of the Baishan porphyry molybdenum deposit is an important ore-forming parent rock mass.The ore-bearing quartz veins are from the same source zone and form a tectonic setting that transforms into the plate during the post-collisional evolution stage and have the same diagenesis. Way， diagenesis and mineralization.

Key words：East Tianshan;Geochemistry;Baishan Molybdenum