新疆额尔齐斯构造带哲兰德金矿白云母40Ar_39Ar同位素年龄及地质意义_刘国仁.pdf

2018 年 11 月 November 2018 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 37，No． 6 705 －712 收稿日期 2017 －07 －13; 修回日期 2018 －04 －30; 接受日期 2018 －06 －11 基金项目 新疆维吾尔自治区天山英才培养工程项目; 新疆维吾尔自治区 2014 年国家高层次人才特殊支持计划项目 作者简介 刘国仁， 博士， 教授级高级工程师， 从事矿产勘查及成矿预测研究。E- mail 467355307 qq． com。 刘国仁，李彦，王蕊， 等． 新疆额尔齐斯构造带哲兰德金矿白云母40Ar/39Ar 同位素年龄及地质意义［J］ ． 岩矿测试， 2018， 37 6 705 －712． LIU Guo- ren，LI Yan，WANG Rui，et al． 40 Ar/39Ar Dating of Muscovite from the Zhelande Au Deposit，Irtysh Tectonic Zone， Xinjiang and Its Geological Implications［ J］ ． Rock and Mineral Analysis， 2018， 37 6 705 －712． 【DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 201707130118】 新疆额尔齐斯构造带哲兰德金矿白云母40Ar/ 39 Ar 同位素年龄 及地质意义 刘国仁1，李彦2，王蕊3，王海培4，杨成栋3，陈琦4，祁世军4 1． 中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆 乌鲁木齐 830011; 2． 河北省地矿局第七地质大队，河北 燕郊 065201; 3． 自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037; 4． 新疆维吾尔自治区地质矿产研究所，新疆 乌鲁木齐 830001 摘要 哲兰德金矿是额尔齐斯构造带上重要的造山型金矿， 产出于韧性剪切带中， 金矿化赋存于黄铁矿化闪 长岩脉、 含金石英脉和黄铁矿化千枚岩中， 矿化与韧脆性剪切变形有关。沿剪切面理发育的白云母、 绿泥石 等新生矿物， 为测定金矿形成时代提供了依据。本研究利用白云母40Ar/ 39Ar 年代学手段， 确定了韧性剪切 带的形成时代和金成矿时代。结果表明白云母坪年龄为 295． 4 1． 6 Ma， 韧性剪切变形和金成矿作用发生 在295 Ma， 略早于多拉纳萨依金矿形成时间。结合前人资料认为， 新疆额尔齐斯构造带造山型金矿形成于 295 ～270 Ma。 关键词 地质特征; 40Ar/39Ar 年龄; 造山型金矿; 哲兰德; 额尔齐斯构造带 要点 1 哲兰德金矿是典型的造山型金矿， 金矿化与韧脆性剪切变形有关。 2 白云母坪年龄为 295． 4 1． 6 Ma， 金成矿作用发生在 295 Ma。 3 额尔齐斯构造带造山型金矿形成于 295 ～270 Ma。 中图分类号 P597． 3; P619． 273文献标识码 B 精确测定成矿时代是探讨成矿作用、 构建矿床 模型和总结成矿规律的基础， 随着测试技术的发展， 越来越多的高精度测年方法被用来确定成矿时代， 如辉钼矿、 黄铁矿、 黄铜矿、 磁黄铁矿、 毒砂、 磁铁矿 的 Re － Os 法， 含钾矿物40Ar/ 39Ar 法， 锆石、 铌钽矿、 石榴石、 锡石、 榍石 U － Pb 定年 ［1 －10 ］。由于造山型 金矿缺乏适合测年的矿物， 测年工作一直是个难点， 热液锆石 U － Pb 法可以确定成矿时代， 但热液锆石 成因复杂， 与金成矿关系也复杂， 云母类40Ar/ 39 Ar 法是确定金矿形成时代的最精确方法， 多数学 者 ［1， 11 －13 ］用该方法测定造山型金矿的金成矿时代， 如望峰金矿、 赛都金矿、 科克萨依金矿、 阿克塔斯金 矿、 柴蚂金矿等。 额尔齐斯金矿带位于阿尔泰南缘与准噶尔之间 的额尔齐斯构造带， 该带属于西伯利亚板块和哈萨 克斯坦准噶尔板块的分界。沿额尔齐斯构造带分 布有众多的金矿床， 因而倍受国内外地质学家的关 注。额尔齐斯金矿带西段主要金矿有金坝、 赛都 又称托库孜巴依 、 哲兰德、 多拉纳萨依、 沃多克、 科克塔斯、 阿克萨依等， 东段主要金矿有萨尔布拉 507 ChaoXing 克、 喀拉萨依、 马热勒铁、 科克萨依、 阿拉塔斯等， 其 中多拉纳萨依金矿规模最大， 为大型。前人对多拉 纳萨依、 赛都、 阿克塔斯、 萨尔布拉克和科克萨依金 矿均开展了研究， 特别是年代学研究 ［11 －12， 14 －15 ］。金 矿时空分布上严格受额尔齐斯大型剪切带控制， 地 质及地球化学特征具有造山型金矿的特征 ［16 ］。近 十余年来该带金矿找矿工作不断取得新进展， 如多 拉纳萨依金资源量达到 20 吨， 新发现了哲兰德金 矿、 金坝中型金矿等。2003 年起， 新疆地质矿产勘 查开发局矿局第十一地质大队在哲兰德一带开展了 金普查找矿工作， 通过多年的勘查， 截至 2016 年底 探明金金属量 4． 59 吨 新疆哈巴河县哲兰德金矿 补充详查报告 。陶世旭等 ［17 ］描述了哲兰德金矿地 质特征， 但其他研究工作还未开展， 许多科学问题亟 待解决， 例如成矿于哪个时代、 与多拉纳萨依和赛都 金矿是否为同一成矿系统等。本文在大量野外调查 和室内研究的基础上， 对哲兰德金矿含金白云母绿 泥石石英细脉中的白云母进行了40Ar/ 39Ar 年龄测 定， 限定了金成矿时代， 为额尔齐斯金矿带成矿规律 总结和进一步找矿勘查部署提供了依据。 图 1哲兰德金矿区地质略图［15 ］ Fig． 1Simplified geological map of the Zhelande Au deposit［15 ］ 1矿床地质特征 1． 1区域地质 哲兰德金矿区位于中亚造山带的额尔齐斯构造 带中， 该带是一条重要的金成矿带。哲兰德金矿区 域出露地层为下 － 中泥盆统阿舍勒组和中泥盆统托 克萨雷组。阿舍勒组由火山碎屑岩及火山熔岩组 成， 局部夹结晶灰岩和泥质粉砂岩。托克萨雷组为 沉积岩系。 区域侵入岩发育， 主体为哈巴河复式岩体， 与阿 舍勒组多呈断层接触， 局部为侵入接触。哈巴河岩 体中似斑状英云闪长岩年龄为 386 Ma［18 ］、 细中粒 英云闪长岩年龄为 375 Ma［18 ］。 1． 2矿区地质 矿区出露地层为中泥盆统托克萨雷组， 少量下 － 中泥盆统阿舍勒组、 新近系和第四系 图 1 。托 克萨雷组分为上、 下两个亚组， 下亚组第一岩性段为 主要赋矿层位， 主要为变石英砂岩、 绢云石英千枚 岩、 结晶灰岩， 夹少量变凝灰岩、 变凝灰质砂岩。第 二岩性段主要为变石英砂岩、 变长石石英砂岩， 局部 夹薄层绢云石英千枚岩。上亚组为变砂岩夹绢云石 607 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2018 年 ChaoXing 英千枚岩， 顶部出露一层变石英粉砂岩。 矿区侵入岩及脉岩较发育， 主要有闪长岩、 花岗 斑岩、 花岗闪长斑岩、 石英钠长斑岩、 辉绿玢岩等。 玛尔卡库里韧性剪切带从矿区中部通过， 是额 尔齐斯剪切带的一部分， 带宽 1． 5 ～2． 0 km， 强变形 带和弱变形带相间排列， 两者呈渐变过渡关系。剪 切带内石英脉具左行雁行排列的特点。韧性剪切带 形成强糜棱岩化带， 发育糜棱岩化砂岩、 糜棱岩化闪 长岩脉、 糜棱岩化花岗闪长斑岩脉、 强片理化、 挤压 透镜体、 拉伸线理、 矿物定向排列等。金矿化与韧脆 性变形有关。剪切带边部小型拖曳褶皱、 褶曲发育。 矿区脆性断裂共有7 条， 其中 F5、 F6 断裂规模较大。 a闪长岩中含金白云母绿泥石英脉; b白云母镜下特征; c含金石英脉; d含金硅化千枚岩。 图 2哲兰德金矿矿化特征 Fig． 2Characteristics of mineralization in the Zhelande Au deposit 1． 3矿体特征 矿体赋存于韧性剪切带中， 矿石类型为含金黄 铁矿化闪长岩脉、 含金石英脉 图 2 、 含金黄铁矿化 千枚岩类、 含金糜棱岩化变质砂岩、 含金黄铁矿化石 英斑岩。共圈定金矿体 30 条， 具有 NW 向成带成群 分布的特点， 可分为哲兰德、 库尔恰、 哲北、 塔勒德、 东湖等五个矿群。矿体呈脉状， 局部为囊状、 透镜 状。矿体长 40 ～800 m， 厚度 0． 41 ～5． 88 m。 矿石主要为浸染状、 团块状、 细脉状、 网脉状和 碎裂状构造。矿石结构主要为自形 － 半自形粒状、 他形粒状、 裂隙充填和交代结构等。矿石中主要金 属矿物为黄铁矿、 自然金、 碲金矿、 银金矿、 方铅矿、 闪锌矿、 黄铜矿、 磁铁矿、 钛铁矿。非金属矿物以石 英、 长石、 绢云母为主， 少量绿帘石、 黝帘石、 白云母、 黑云母、 高岭石、 绿泥石、 磷灰石、 阳起石等。金矿物 以裂隙金、 粒间金为主， 其次为包裹金， 金赋存于黄 铁矿、 石英、 褐铁矿等矿物微裂隙、 粒间或被包裹在 其中。矿石金平均品位 1． 02 ～20． 92 g/t， 多数矿体 金平均品位为 2 ～4 g/t。 矿区围岩蚀变发育， 主要为硅化、 绢云母化、 白 云母化、 绿泥石化、 黄铁矿化、 绿帘石化、 碳酸盐化， 围岩蚀变的强度与韧性剪切变形强度有关。 2实验部分 2． 1样品特征 白云母 ZLD14 － 2 采自矿区坑道闪长岩中的 含金白云母绿泥石英细脉 图 2a， b 。热液作用形 成的白云母呈鳞片 － 叶片状， 粒径大小一般为 0． 3 ～1． 2 mm， 与绿泥石相互混杂， 首尾相接相对聚集 似线纹状、 条纹状分布， 沿片理连续定向排列。从样 707 第6 期刘国仁， 等 新疆额尔齐斯构造带哲兰德金矿白云母40Ar/39Ar 同位素年龄及地质意义第37 卷 ChaoXing 品中分选出白云母单矿物， 质纯， 无氧化， 无污染， 纯 度达到 99以上， 用于40Ar/ 39Ar 同位素年龄测定。 2． 2测试方法 40Ar/39Ar 同位素年龄测定在中国地质科学院 地质研究所氩 － 氩实验室进行。白云母单矿物 纯 度 ＞99 用超声波清洗。清洗后的样品被封进石 英瓶中送核反应堆中接受中子照射。照射工作在中 国原子能科学研究院的 “游泳池堆” 中进行， 同期接 受中子照射的还有用作监控样的标准样 ZBH － 25 黑云母标样， 其标准年龄为 132． 7 1． 2 Ma， K 含量 为 7． 6。 表 1哲兰德金矿中白云母40Ar/39 Ar 阶段升温加热分析 Table 1Results of 40Ar/39Ar stepwise heating dating for muscovite from the Zhelande Au deposit ZLD14 －2 白云母; 样品质量 W 10． 68 mg; J 0．003493 T ℃ 40Ar/39Ar m 36Ar/39Ar m 37Ar/39Ar m 38Ar/39Ar m 40Ar F 39Ar 10－14 mol 39Ar 累积 年龄 1σ Ma 70075． 14370．11490．00000．034754． 8141．18600．090．53242．5 5．5 77063． 58890．04280．00000．021080． 0950．92960．342．48295．4 3．5 82057． 43900．02420．15610．017687． 5550．29330．575．77292．0 2．8 86058． 98240．02600．00000．017586． 9451．28020．8410．58297．2 2．8 90055． 60240．01590．04180．015591． 5550．90752．5124．96295．3 2．7 93052． 53920．00650．09620．013896． 3550．62581．3332．60293．7 2．7 96052． 85580．00670．00000．013896． 2650．87932．3245．90295．1 2．7 100053． 81690．00960．00000．014194． 7550．98931．2653．14295．7 2．7 104053． 60390．00860．00000．014095． 2451．05401．8463．67296．0 2．7 108052． 24380．00410．00000．013297． 6951．03593．7685．24295．9 2．7 112052． 24070．00360．03070．013397． 9451．14701．9296．26296．6 2．7 116055． 51880．01660．20490．015791． 1950．63750．3898．46293．8 3．0 140063． 06200．03880．00000．019081． 8051．58180．27100．00298．9 3．1 tT295．3 Ma; tP295．4 1．6 Ma; ti296．0 3．0 Ma 注 表中下标 m 代表质谱测定的同位素比值; F 40Ar* /39Ar， 是指放射性成因40Ar 和39Ar 比值; tT 总气体年龄; tP 坪年龄; ti 反等时线年龄。 样品的阶段升温加热使用石墨炉， 每一个阶段 加热 30 min， 净化 30 min。质谱分析在 Helix MC 多 接收稀有气体质谱仪上进行， 每个峰值均采集 20 组 数据。所有的数据在回归到时间零点值后再进行质 量歧视校正、 大气氩校正、 空白校正和干扰元素同位 素校正。中子照射过程中所产生的干扰同位素校正 系数通过分析照射过的硫酸钾和氟化钙来获得， 其值 为 36 Ar/37Aro Ca 0． 0002389， 40 Ar/39Ar K 0．004782， 39Ar/37Ar oCa0．000806。 37Ar 经过放射性 衰变校正; 40 K 衰变常数 λ 5． 543 10 －10 a －1; 用 Isoplot 程序计算坪年龄及正、 反等时线年龄 ［ 19 ］。坪 年龄误差以2σ 给出。详细实验流程见有关文献 ［ 20 ］。 3结果与讨论 3． 1 40Ar/39Ar 测年结果 一件样品40Ar/ 39Ar 阶段升温年龄分析结果见 表 1。ZLD14 －2 白云母 13 个温度组成一个良好的 年龄谱 图 3 ， 总气体年龄为 295． 3 Ma。770 ～ 1400℃的 12 个温度阶段组成了一个年龄坪， 坪年龄 tp 295． 4 1． 6 Ma 2σ ， 对应了 99． 5 的39Ar 释放量。相应的39Ar/ 36Ar －40Ar/36Ar 等时线年龄 ti 296． 3 3． 1 Ma， MSWD 3． 7。 39 Ar/40Ar － 36Ar/40Ar 反等时线年龄为296． 0 3． 0 Ma， MSWD 25。坪年龄、 等时线年龄和反等时线年龄在误差范 围内一致， 295． 4 Ma 的坪年龄是白云母形成以后冷 却降温至 350℃左右时的年龄 ［21 ］。 3． 2哲兰德金矿成矿时代 用于40Ar/ 39Ar 年龄测定的白云母来自含金蚀 变闪长岩 含金白云母绿泥石英细脉分布于闪长岩 中 ， 闪长岩遭受了韧性剪切变形， 呈糜棱岩化闪长 岩和闪长质糜棱岩。含金白云母绿泥石英细脉沿剪 切面理分布， 表明它们是韧性剪切变形过程的新生 矿物， 白云母形成时间可以代表矿区韧性剪切带形 成时代， 坪年龄为 295． 4 Ma， 限定了哲兰德矿区韧 性剪切变形作用发生在早二叠世。哲兰德金矿化类 型主要有糜棱岩型和闪长岩中细脉浸染型， 围岩蚀 变主要为硅化、 白云母化、 绿泥石化和碳酸盐化。金 矿的形成与韧性剪切变形有关， 韧性剪切带活动的 时间也是金矿形成时间， 即金矿形成于 295 Ma。 3． 3新疆额尔齐斯金矿带成矿时代对比 额尔齐斯构造带位于矿区西南侧， 是一条区域 性韧性剪切带， 并被认为是西伯利亚板块与哈萨克 斯坦板块的分界带。哲兰德矿区的韧性剪切带是该 807 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2018 年 ChaoXing 图 3哲兰德金矿白云母40Ar/39 Ar 年龄谱及等时线图 Fig． 3 40Ar/39Ar age spectra and isochron of muscovite from the Zhelande Au deposit 区域构造带的次级构造。沿额尔齐斯构造带发育碎 裂岩、 糜棱岩、 断层角砾岩、 线理、 面理、 S － C 组构、 σ 型和 δ 型旋转碎斑系、 压力影、 眼球状、 石香肠、 矿 物拉长状、 透镜状、 石英拔丝。额尔齐斯剪切带活动 时间在 295 ～ 244 Ma， 左行走滑变形峰值在 275 Ma［2， 5， 22 －23 ］。哈萨克斯坦境内额尔齐斯断裂带变余 糜棱岩中含钾矿物的40Ar/ 39 Ar 年龄集中在 283 ～ 276 Ma 和 273 ～265 Ma， 代表两次脉动式左行韧性 变形时代 ［24 ］。刘飞等［25 ］认为中国额尔齐斯构造带 经历了左行走滑和右行走滑两个阶段， 左行走滑构 造形成于早二叠世 283 ～ 275 Ma ， 晚二叠世 260 ～245 Ma 额尔齐斯构造带叠加了右行走滑事件， 其规模远远小于前期的左行走滑构造。哲兰德矿区 韧性剪切变形作用发生在 295 Ma， 属于额尔齐斯构 造带活动的早期。 额尔齐斯构造带以发育造山型金矿为特色， 构 成一条额尔齐斯金成矿带， 如新疆额尔齐斯西段的 金坝、 赛都、 哲兰德、 多拉纳萨依、 沃多克、 科克塔斯、 阿克萨依等金矿， 东段的萨尔布拉克、 阿克塔斯、 喀 拉萨依、 马热勒铁、 科克萨依等金矿， 在哈萨克斯坦 境内额尔齐斯构造带中也发现了一些金矿。金矿床 宏观上受深层次韧性剪切带 糜棱岩化带、 片理化 带 控制， 但金矿体主要定位于剪切带内张性断裂、 里德尔剪切裂隙、 构造破碎带等浅层次脆性构造中。 额尔齐斯构造带至少经历了两次构造 － 岩浆热事 件， 即早期深构造层次的韧性剪切作用和晚期浅构 造层次的韧脆性剪切 － 脆性断裂和岩浆侵入活动， 而金矿成矿作用主要与晚期次构造 － 岩浆作用 有关 ［16 ］。 额尔齐斯构造带西段的赛都金矿含金千糜岩中 绢云母39Ar/ 40 Ar 年龄为 289． 2 3． 1 Ma［11 ］， 黑云 母39Ar/ 40Ar 年龄为 269． 9 2． 5 Ma［14 ］， 表明赛都金 矿存在两期成矿作用。多拉那萨依金矿床含金闪长 岩中白云母39Ar/ 40Ar 年龄为 292． 9 1 Ma［11 ］。哲 兰德金矿含金蚀变闪长岩白云母39Ar/ 40Ar 年龄为 295． 4 1． 6 Ma， 略早于多拉那萨依金矿床形成时 间， 是额尔齐斯金成矿带形成最早的金矿床。额尔 齐斯构造带东段的科克萨依和阿克塔斯金矿床矿石 中绢云母39Ar/ 40Ar 年龄为 274． 5 2． 2 Ma 和 282． 6 2． 2 Ma［1 －2 ］。这些年龄数据限定新疆境内额尔齐 斯构造带造山型金矿形成于 295 ～ 270 Ma， 总体上 西段成矿时间相对较早， 东段成矿时间相对较晚。 4结论 研究表明， 哲兰德矿区发育韧性剪切变形带， 矿 化与韧脆性剪切变形有关， 沿剪切面理发育白云母、 绿泥石、 石英等新生矿物。金矿化岩石为含金黄铁 矿化闪长岩脉、 含金石英脉和含金黄铁矿化千枚 岩类。 哲兰德金矿缺乏准确的成矿年龄数据。本次研 究利用39Ar/ 40Ar 阶段加热同位素定年方法， 获得与 金成矿有关白云母的坪年龄和反等时线年龄分别为 295． 4 1． 6 Ma 和 296． 0 3． 0 Ma， 在误差内范围基 本一致， 确定韧性剪切变形和金成矿时间发生在 295 Ma。新疆额尔齐斯存在一条造山型金成矿带， 金矿形成于 295 ～270 Ma， 即早二叠世， 哲兰德是形 成最早的金矿床。额尔齐斯构造带韧性剪切变形发 育， 有良好的金化探异常， 找矿潜力巨大 5参考文献 ［ 1］袁霞， 陈文， 张斌， 等． 西天山望峰金矿床绢云母 40Ar/39Ar 年龄及矿床成因研究［ J］ ． 矿床地质， 2017， 36 1 57 －67． Yuan X， Chen W， Zhang B， et al． 40 Ar/39Ar age of 907 第6 期刘国仁， 等 新疆额尔齐斯构造带哲兰德金矿白云母40Ar/39Ar 同位素年龄及地质意义第37 卷 ChaoXing sericite and genetic study of Wangfeng gold deposit， West Tianshan Mountains［J］ ． Mineral Deposits， 2017， 36 1 57 －67． ［ 2］杨富全， 秦纪华， 刘锋， 等． 新疆准噶尔北缘玉勒肯哈 腊苏铜 钼 矿区韧性剪切变形时代 来自白云母 和黑云母 Ar － Ar 年龄的约束［J］ ． 大地构造与成矿 学， 2013， 37 1 1 －10． Yang F Q， Qin J H， Liu F， et al． Ar- Ar dating of 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