新疆土屋-延东斑岩铜矿床成矿时代与构造活动的裂变径迹分析
新疆土屋-延东斑岩铜矿被认为是新疆找矿的重要突破，投入了大量的工作，发表了许多研究成果。然而，关于成矿时代及其与构造活动的关系，尤其是成矿时代，仍有许多争议。芮宗耀等(2002)获得了含矿斑岩(斜长花岗斑岩)的Rb-Sr等时线和单颗锆石的U-Pb同位素年龄为369 ~ 356Ma，属晚泥盆世。含矿火山岩Sm-Nd等时线和单颗锆石U-Pb同位素年龄在416 ~ 360Ma之间，属泥盆纪。矿石中辉铜矿的Re-Os等时线年龄为(322.7±2.3)Ma，属早石炭世产物。赤湖斜长花岗斑岩的单锆石U-Pb年龄为(292.1±3.5)Ma和283.5Ma(任丙臣等，2002)，企鹅山群花岗闪长岩的Rb-Sr年龄为(287±42)Ma和(1.995)。秦等(2002)获得土屋-延东斑岩铜矿蚀变矿化斜长花岗斑岩单锆石U-Pb年龄为(356±8)Ma，蚀变绢云母K-Ar年龄为(341.21.4)Ma，含矿石英年龄为(39Ar/40Ar)。土屋铜矿区东部(TC42槽)斜长花岗斑岩中测得的单颗锆石U-Pb同位素调和曲线为(301 13) Ma，岩体侵位时代为晚石炭世(李文明等，2002)。陈玉川等(2003)认为现有年龄数据变化较大，是否反映了测试问题或构造演化本身的复杂性有待进一步探讨，但火山岩中含有多个年龄的锆石信息，给成岩年龄的确定带来困难；有三组相对集中的年龄:434 ~ 426 Ma、334.6~320Ma和260Ma，其中早、晚组可能反映两次岩浆事件，而中间组可能代表火山形成时代。
总之，对成矿地层和成矿时代的看法不一，都属于海西期，没有印支期或燕山期成矿的证据。本书的工作将在锆石和磷灰石裂变径迹分析的基础上，讨论该区的成矿时代、成矿阶段和构造活动，获得该区成矿作用多、印支期和燕山期成矿作用仍有可能的新认识。
二、地质特征
东天山位于古亚洲洋南缘，是西伯利亚板块和塔里木板块的聚集区，在长期演化过程中经历了极其复杂的裂解和组装，具有多种多样的构造环境。新疆土屋-延东大型斑岩铜矿床位于康古尔塔格深大断裂北侧、大草滩断裂南侧，地理坐标为东经92° 15′~ 93° 05′。北纬42° 00′~ 42° 15′，属于东天山晚古生代大南湖增生拼贴岛弧带。本区以断裂构造为主，大草滩断裂带和康古尔塔格断裂带为区域性大断裂穿过本区，总体走向接近东西向，东部略北，呈NEE方向。大草滩断裂以北是下泥盆统大南湖组火山岩和中泥盆统头苏泉组沉积岩。康古尔断裂南部出露石炭系甘墩组沉积岩。泥盆系企鹅山群是两条主要断层之间的主要断层，岩性为玄武岩、安山岩、安山岩角砾岩熔岩、火山角砾岩、岩屑砂岩、复合砾岩、凝灰岩等。，泥盆系地层直接被侏罗系碳质岩系覆盖(图1-4-26)。自下而上可分为三个岩性段:①基性熔岩伴中性熔岩段:从早期爆发的火山角砾岩、凝灰岩到厚层基性熔岩伴中性熔岩。②火山碎屑-沉积岩段:厚度约500米，为基性凝灰岩、凝灰岩砂岩、沉积凝灰岩、砾质凝灰岩砂岩、火山砾岩等。由火山碎屑和陆源碎屑形成，岩相变化很大。③基性熔岩和中性熔岩与火山碎屑岩互层的岩性剖面:厚度巨大，由若干喷发期(熔岩)和间歇期(火山碎屑岩)组成(任丙臣等，2002)。地层产状向南倾斜，倾角43° ~ 63°。晚古生代侵入岩在该区广泛分布。另一个特点是在康古尔塔格深大断裂及其附近，面理特别发育，其产状与地层基本一致。
矿体产于火山碎屑沉积岩中，矿化围岩包括闪长岩、斜长花岗斑岩和火山沉积岩。斑岩有斜长花岗斑岩和闪长斑岩。这些岩体的产状空间主要集中在火山-沉积岩段，岩体为细脉、岩株、岩瘤。斜长花岗斑岩大部分剖面被砂砾岩所覆盖，可见斜长花岗斑岩具有横切闪长斑岩。容矿岩石中，斑状-斑状结构的钠质酸性中酸性次火山岩(钠长石斑岩和石英斑岩)约占20%，矿体的铜品位较高。具有颗粒交织结构的钠质中酸性中基性火山岩和次火山岩(安山玢岩)约占50%；富铝火山岩(高铝玄武岩)约占20%，其中矿体的铜品位较低；具有凝灰岩结构和碎屑结构的钠质中酸性中基性火山碎屑岩约占65，438+00%(陈文明等人，2002)。容矿岩石以富钠、富铝、贫钾为特征，具有明显的钠长石化、硅化、绿泥石化、绿帘石化和碳酸盐化。蚀变带内有两个矿体:ⅰ号矿体地表控制长度为1400米，最大宽度为135.7米..深部的深度和外延都很大。铜品位0.20% ~ 1.92%，平均0.59%，伴生银、金。2号矿体地表控制长度为1300米，最大宽度为84.15米。铜的平均品位为0.30%。矿体呈厚板状，向南倾斜，倾角65 ~ 81。盐东铜矿位于土屋铜矿以西10km处，与土屋铜矿特征相同，地表平均含铜0.32%，ZK001孔累计矿石厚度约557m，铜品位平均0.5%，伴生铝、金、银。矿体与围岩之间没有自然边界，而是渐变关系，地表内外矿化不断演化。
图1-4-26东天山土屋-延东斑岩铜矿区域地质示意图
(引自张连长等，2004)
三。样本和实验结果
通过土屋-延东大型斑岩铜矿区及其南北两侧的康古尔塔格断裂带和大草滩断裂带，对区域剖面中的磷灰石和锆石进行了裂变径迹取样分析。研究剖面位于东经92° 36′30″~ 92° 40′20″，北纬42° 03′21″~ 42° 09′40。
将采集的岩样进行破碎，破碎后的粒度应与岩石中矿物的粒度相适应，一般为60目左右。单矿物经传统方法粗选后，用电磁分离和重液分离的方法提纯。锆石和磷灰石的实验方法不同。锆英石采用全氟乙丙烯热压法。将几个锆石颗粒放在载玻片上，加热烘烤4 ~ 5分钟，盖上一块约0.5mm厚的全氟乙丙烯塑料，再盖上另一块载玻片，使锆石颗粒嵌入塑料片中。冷却后，将全氟乙丙烯塑料片从载玻片上取下，然后研磨和抛光。用KOH+NaOH溶液在210℃下腐蚀约25 h，露出自发径迹，可用专业光学显微镜观察。放射性中子注量通过N2国际标准铀玻璃方法(Bellemans等人，1994)校准。对于磷灰石，将磷灰石颗粒放在玻璃片上，滴上环氧树脂，然后研磨抛光，露出矿物的内表面。在25℃下，用7%硝酸腐蚀30s，显示出自发径迹。将低铀白云母外探测器和矿物I组合到反应堆中进行辐照，然后在25℃下用40% HF腐蚀20s显示诱导径迹。中子注量用CN5铀玻璃校准。用澳大利亚进口的AUTOSCAN自动测量装置，选择平行于C轴的圆柱体测量自发径迹和诱发径迹的密度，按照Green(1986)建议的程序测量水平闭合径迹的长度(Gleadow et al .，1986)。年龄值是根据IUGS推荐的ξ常数法和标准裂变径迹年龄方程(Hurford和Green，1982)计算的。矿物的裂变径迹是用高精度光学显微镜在高倍放大下测量的，裂变径迹的正确识别非常重要。
获得了9个锆石裂变径迹分析结果(表1-4-7)和7个磷灰石裂变径迹分析结果(表1-4-8)。除红色花岗斑岩(K78-3)样品外，其他样品的P(x2检验值均远大于5%，表明属于同一时代群。样品的岩性包括砾岩、片岩、火山岩和花岗斑岩。除1磷灰石样品(K80)取自大草滩断裂带北部外，其余样品均取自大草滩断裂带和康古尔塔格断裂带之间的大南湖增生拼贴岛弧带。锆石裂变径迹年龄为158 ~ 289 Ma，其中7个样品集中在200 ~ 289 Ma，样品的锆石年龄也小于其地层年龄，反映它们是晚期热事件的结果。在断裂带中，强面理片岩也是222Ma，强面理火山岩是220Ma。土屋矿区花岗斑岩脉年龄最大(276±26)Ma，凝灰岩年龄最大(289±29)Ma。两个较年轻的样品被强烈蚀变，其中K78-3取自勘探沟中变红的花岗斑岩。变红是金属矿物氧化的结果，同时具有强烈的硅化作用，应属于矿化蚀变。因此，锆石年龄反映了两次热事件，即200 ~ 289 Ma和158 ~ 165 Ma。
表1-4-7锆石裂变径迹分析结果
表1-4-8磷灰石裂变径迹分析结果
磷灰石裂变径迹年龄为64～140Ma，其中断裂带中的强片岩为(97±9)Ma，蚀变安山岩和英安岩分别为(104±10)Ma和(135±14)Ma。矿区北侧砾岩为(132 14)Ma；位于大草滩断裂带北侧的安山玢岩K80的磷灰石裂变径迹年龄最年轻，仅为(64±6)Ma。
四。成矿阶段
图1-4-27不仅反映了锆石裂变径迹年龄与海拔的关系，还显示了每个样品的年龄分布。从图1-4-27可以看出，锆石年龄呈现三个年龄组，即① 289 ~ 276 Ma，② 232 ~ 200 Ma，③ 165 ~ 158 Ma。第一、第三年龄组海拔较小，变化不大；第二年龄组的海拔高度变化很大。与图1-4-27类似，磷灰石裂变径迹年龄与海拔的关系(图1-4-28)也显示了三个年龄组:140 ~ 132 Ma、109 ~ 97 Ma和64Ma，而且还是第二个年龄组。一方面表明锆石和磷灰石年龄所代表的第二个年龄组在该区更为重要和活跃；另一方面说明锆石和磷灰石年龄反映的三个年龄组实际上是有对应关系的，即锆石封闭温度从250℃下降到磷灰石封闭温度100℃时的年龄对应关系(表1-4-9)。
表1-4-9锆石和磷灰石断裂轨迹分析反映的三个时期
图1-4-27锆石裂变径迹年龄与样品标高的关系
图1-4-28磷灰石裂变径迹年龄与样品标高的关系
矿化闪长玢岩Fe2O3/(FeO+Fe2O3) = 0.52 ~ 0.53，斜长花岗斑岩Fe2O3/(Fe2O3+FeO) = 0.80 ~ 0.87，表明岩体的形成和矿化发生在浅地表。矿区成矿温度为120 ~ 350℃(王甫等于，2001)。锆石裂变径迹的闭合温度为250℃，退火带的温度一般在200℃~ 350℃之间，因此锆石裂变径迹年龄可以代表成矿年龄。因此，我们认为土屋铜矿区289 ~ 276 Ma、232 ~ 200 Ma和165 ~ 158 Ma三次热事件很可能是成矿热事件。锆石和磷灰石在三个年龄组中相互对应，其纵向持续时间(即从250℃到100℃)从1、2到3不等，分别约为146Ma、108Ma和100Ma，从早到晚呈递减趋势。与阿尔泰地区相比，土屋铜矿区的垂直持续时间较长。样品主要为矿区的矿石和矿化蚀变岩，邻区样品年龄与矿区一致，应是该区成矿活动和构造作用的体现，与阿尔泰地区一致。
根据锆石SHRIMP年龄、辉钼矿Re-Os等时线年龄、蚀变绢云母K-Ar年龄和应时Ar-Ar年龄，土屋铜矿区最新研究成果认为斜长花岗斑岩的成岩年龄为361 ~ 333 Ma，斑岩铜矿的成矿年龄为347 ~ 323 Ma，主要成矿年龄为347 ~ 343 Ma(张连昌等，但根据新疆地质调查院的资料，有多种蝶类(Schmanln) Zalesky(小齿型准安加拉羊齿)，竹蜓属。(纺锤体)，小麦种。(麦粒)等。，证实土屋铜矿的成矿时代不应早于晚石炭世。因此，上述成矿年龄与化石年龄存在矛盾。原因之一可能是SHRIMP年龄和Ar-Ar年龄的封闭温度远高于成矿温度。矿区成矿温度为120 ~ 350℃，锆石裂变径迹年龄闭合温度为250℃，1期年龄组为289 ~ 276 Ma，与含矿地层化石年龄一致。
当然，上面提到的锆石裂变径迹年龄可能是晚期构造作用引起的退火转化的结果，并不代表成矿作用。如果是，至少同一个矿区应该有相同或相近的年代，但事实并非如此。矿区三个成矿斜长花岗斑岩的锆石裂变径迹年龄为(276±26)Ma，(232±19)Ma，(165±15)Ma，(289±29)Ma，英安岩为200Ma。可以看出，同一个矿区具有不同的时代，尤其是矿化斜长花岗斑岩的时代明显不同，应该属于不同的成矿时期。第三阶段锆石较年轻的样品为斜长花岗斑岩矿化脉和矿化蚀变英安岩，是强烈蚀变的矿石样品，是矿化活动的结果，因此直接代表成矿时代。如年龄为165Ma的样品K78-3取自勘探沟红色矿化花岗斑岩，以金属矿化、表面硅化、线状硅化为特征，可见晚期矿化矿脉穿透，也呈红色，但有线状碳酸盐化，无硅化。显然，K78-3属于成矿样品。
本区上述三个成矿阶段与阿尔泰地区的成矿时代一致。由于都处于同一区域构造背景，所以具有相同的成矿期和成矿年龄。此外，赤湖斜长花岗斑岩的锆石U-Pb年龄分别为(292.65438±0.3.5)Ma和283.5Ma，企鹅山石英闪长岩的单颗锆石UPb年龄为308.52Ma(任丙臣等，2002)。康古尔塔格韧性剪切带中发现的金成矿年龄为244 ~ 288 Ma(秦等，2002)，也表明早二叠世有成矿的可能。同时，区内印支期和燕山期岩浆岩的存在，说明有与岩浆活动相对应的成矿作用是合理的。
如前所述，锆石和磷灰石的年龄是相互对应的，磷灰石裂变径迹闭合温度为100℃，矿区成矿温度为120 ~ 350℃(王福当量，2001)，因此磷灰石裂变径迹年龄可能代表成矿后的热活动。两个矿化斜长花岗斑岩(样品K71-2和K77)的磷灰石裂变径迹年龄分别为140Ma和109Ma。这两个样品的锆石裂变径迹年龄分别为276Ma和232Ma，锆石和磷灰石年龄之差(即两个样品的纵向持续时间)分别为65438±09ma。
土屋矿区具有多期成矿作用且持续时间长，这也可以从矿床的特征得到佐证。首先，土屋铜矿经历了多期蚀变，至少经历了两期斑岩矿化蚀变(杨兴科等，2002)，这与成矿斑岩体的时代和特征不同是一致的。此外，矿体产于火山沉积岩、次火山闪长斑岩和斜长花岗斑岩中，表明海底热泉活动、次火山热液和斜长花岗斑岩的成矿作用均提供了成矿物质；另外，秦等(2002)指出很可能是深部和晚期叠加成矿，即该区存在次生成矿作用，值得关注。结合北部卡拉塔格铜金矿床成矿特征和控矿因素的某些相似性，它们可能形成一条斑岩-次火山脉-浅成低温热液成矿带。因此，多期岩浆活动和矿化叠加不仅是巨量金属聚集的主导因素，也是多期矿化存在和矿化持续时间长的原因。
动词 （verb的缩写）构造活动的时期
陈文等(2005)的最新研究成果表明，剪切变形的时代是由韧性剪切带所涉及的地层和相关的铷-锶、钾-氩同位素定年结果推断出来的，但由于所采用的地质年代学方法的局限性，获得的数据范围较大，缺乏准确性。利用最适合构造变形定年的40Ar/39Ar定年技术，证实秋格明塔什-黄山韧性剪切带具有多期活动，早期挤压推覆剪切发生在300Ma以后，结束于280.2Ma东部土屋-延东地区(糜棱岩)在晚期右旋走滑剪切变形中，辅助活动期为247.5438+0 ~ 242.8 Ma。考虑到糜棱岩的40Ar/39Ar年龄高于锆石裂变径迹年龄，300~280.2Ma和247.1 ~ 242.8ma的两个活动阶段应与上述锆石裂变径迹法的两个成矿阶段即289~276Ma和232~200Ma相一致。当然，锆石年龄还记录了另一次165 ~ 158 Ma的热事件。
因此，土屋地区的成矿阶段与构造活动阶段是一致的，裂变径迹研究表明总共有三个阶段。根据区域地质演化特征(肖等，2003；洛朗-查维特等人，2003年；徐等，2003)，1构造-成矿期与东天山晚古生代板块的俯冲-碰撞有关，后期受碰撞后陆内造山作用控制。
图1-4-29磷灰石裂变径迹年龄与距断裂带样品距离的关系。
如果用磷灰石年龄和锆石年龄标绘样品南北相之间的距离(图1-4-29，图1-4-30)，磷灰石年龄-距离图(图1-4-29)表明该区断裂带控制样品。在锆石年龄与距离关系图上(图1-4-30)，随着距离的变化，年龄变化不大，说明断裂带对锆石年龄影响不大，可能是因为锆石年龄的闭合温度高，一致影响不明显。但铜矿区南部样品的年龄非常接近，三个样品的年龄在200 ~ 200 ~ 222Ma之间，而矿区样品的年龄相差很大，在158 ~ 289Ma之间(图1-4-30)。
图1-4-30锆石裂变径迹年龄与样品距离的关系
图1-4-31土屋地区地质演化热历史
横坐标是时间/毫安，纵坐标是温度/℃。图中数字分别代表样本数、实测长度和模拟长度、实测年龄和模拟年龄、K-S和GOF(柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫检验值)。当K-S和GOF都大于0.5时，模拟结果是好的。实线代表最佳的地质热史路径，虚线代表较好的地质热史范围，虚线代表可接受的地质热史范围。
根据裂变径迹相关参数和基本地质特征，模拟地质热历史，采用Ketchum (1999)退火模型和蒙特卡罗方法。模拟温度范围从高于裂变径迹退火区~ 130℃到现在的表面温度。根据样品的裂变径迹年龄特征，确定模拟开始时间。模拟结果如图1-4-31所示，每个样本都获得了最佳热历史路径(见图中粗线)。虚线区域代表反演模拟的较好拟合区域，虚线区域代表可接受的热历史范围。每个图标显示样本代码、测量的轨迹长度和模拟的轨迹长度、测量的混合年龄和模拟的混合年龄，以及K-S检验和GOF年龄拟合参数。当K-S值和GOF值都大于0.5时，一般认为模拟结果较好。
磷灰石裂变径迹反演模拟结果显示了一段缓慢冷却的地热史(图1-4-31)，大致可分为三个阶段:一是快速冷却；在150 ~ 140 Ma附近降温速率减缓甚至基本不变；快速冷却从大约20Ma开始，直到表面温度。K77(斜长花岗斑岩)和K79(英安岩)样品与矿化蚀变有关的快速冷却特征在20～0ma不明显。150 ~ 140 Ma正好是构造成矿期的边界时间。
地质热的历史特征与阿尔泰地区相似。锆石和磷灰石年龄值完全在阿尔泰锆石年龄范围内。构造阶段也与阿尔泰基本一致。
综上所述，认为土屋地区经历了与阿尔泰地区非常相似的演化过程，具有非常相似的构造活动、成矿作用和地热史。这可能与它们受西伯利亚板块和印支板块控制有关。
参考
陈文明，曲晓明。2002.《东天山土屋-岩东(斑岩)铜矿床的容矿岩石及矿床地质》，21卷，第4期，331 ~ 340页。
陈玉川、王、唐艳玲、周如虹、王、李。2003.土屋-延东铜铜矿田成矿相关问题的探讨。矿床地质学，22 (4): 334 ~ 344。
、任丙臣、杨兴科、李、陈强。2002.东天山中酸性侵入岩浆作用及其地球动力学意义。西北地质，第35卷，第4期，41 ~ 64。
秦、方同辉、王书来、、冯一民、、秀群烨。2002.东天山板块构造分区、演化及成矿地质背景研究。《新疆地质》，第20卷第4期，302 ~ 308页。
、杨兴科、、李、、吴。2002.东天山土屋超大型斑岩铜矿床成矿地质特征及矿床对比。《西北地质》第35卷第3期:67 ~ 75页。
芮宗尧、王龙生、王一天、刘玉林。2002.东天山土屋和延东斑岩铜矿床时代探讨。矿床地质学，21 (1): 16 ~ 22。
王福通，冯静，，，蒋，，张政。新疆土屋大型斑岩铜矿床特征及其发现意义。中国地质，28 (1): 36 ~ 39，25。
张连长，秦，应继峰，，舒建生。2004.东天山土屋-延东斑岩铜矿带埃达克岩及其与成矿的关系。石油学报，20 (2): 259 ~ 268。
贝尔曼斯f，德·科特f，范登豪特P.1994。掺SRM和CN U玻璃的成分:在裂变径迹探测中用作热中子注量监测器的意义。辐射测量，24(2):153~160
美国矿物学家。磷灰石裂变径迹退火动力学的可变性:ⅲ。外推地质年代表:1235~1255
Gleadow AJW，Duddy IR，Green PF和Lovering J.F.1986。磷灰石中受限裂变径迹长度:热历史分析的诊断工具[J].矿物与石油，94:405~415
绿色邮政编码1986。英格兰北部的热构造演化:来自裂变径迹分析的证据，地质，5:493~506
Hurford A.J.1982和Green P.F,《裂变径迹定年校准用户指南》,地球科学通讯，59:343~354
中亚洲东部晚古生代走滑剪切带:新的构造和地质年代学资料。大地构造学，22(2):1009
模拟C，阿诺N O，坎塔格雷J m 1999。地球科学信171:107 ~ 122
肖伟军，张立春，秦建中，孙，李建林. 2003 .东天山古生代增生与碰撞构造:对中亚大陆生长的指示.美国科学杂志，304:370~395
徐新伟，马廷南，孙立群，蔡新平. 2003 .东天山大型焦罗塔格韧性挤压带的特征及动力学成因。构造地质学报，25:1901 ~ 1915
(袁万明、鲍增宽、董金泉、高)