巴尔喀什地区成矿年代学

对巴尔喀什地区含矿岩体开展了系统的锆石年代学研究，结果显示于图2.51和图2.52中。

科翁纳德斑岩铜矿区二长花岗斑岩样品（xh080910-2（1））：锆石具有岩浆锆石的特点，Th/U值为0.45～0.73，所有12个测点给出的加权年龄平均值为327.3±2.1Ma（图2.51a）。采自该矿区的英云闪长玢岩样品（xh080910-7（1））：锆石具岩浆锆石特点，10个测点给出的加权年龄平均值为308.7±2.2Ma（图2.51b），代表英云闪长玢岩的年龄。

采自阿科斗卡斑岩铜矿床外围的英云闪长岩样品（xh080919-4（1））：锆石的Th/U值为0.53～1.52。12个测点给出的加权年龄平均值为335.7±1.3Ma（图2.51c），代表英云闪长岩的年龄。二长花岗斑岩样品（xh080919-5（5））：锆石的U、Th含量变化较小，Th/U值为0.56～1.61。所有12个测点给出的加权年龄平均值为327.5±1.9Ma（图2.51d）。

采自博尔雷斑岩铜矿床的花岗闪长斑岩样品（xh080912-9（2））：锆石的U、Th含量变化较大，U为440×10-6～1184×10-6，Th为189×10-6～530×10-6，Th/U值为0.32～0.70。10个测点给出的加权平均年龄为 316.3±0.8Ma（图 2.51e）。花岗闪长岩样品（xh080912-9（3））：锆石的U、Th含量变化较小，Th/U值为0.55～0.78，11个测点给出的加权平均年龄为305±3Ma（图2.51f），代表该花岗闪长岩的年龄。

图2.51 巴尔喀什地区与斑岩铜矿床有关的花岗岩类锆石SHRIMP 测年结果

a，b—采自科翁纳德；c，d—采自阿科斗卡；e，f—采自博尔雷

萨亚克矽卡岩型铜多金属矿集区中闪长岩样品（XH080917-6（2））：锆石的U、Th含量变化较大，U为127×10-6～818×10-6，Th为94×10-6～1141×10-6，Th/U值为0.56～1.44。表观年龄较大的测点（360.3±3.4Ma、355.3±3.0Ma、347.2±7.3Ma）代表了继承锆石的年龄，表观年龄明显偏低（305.8±2.4Ma）的一个锆石可能受到热液影响，其余10个测点给出的加权年龄平均值为335±2Ma（图2.52a）。二长岩样品（XH080917-9（2））：锆石的Th/U值为0.60～1.59。13个测点可以给出两组年龄数据，其加权年龄平均值分别为309±3Ma和297±3Ma（图2.52b）。这可能表明两期不同世代的锆石，反映了晚期岩浆侵入到早期未完全固结的岩体之中。早期岩浆活动的锆石结晶年龄为309±3Ma，最晚一期的锆石年龄为 297±3Ma，代表二长岩的结晶年龄。花岗闪长岩样品（XH080917-12（1））：锆石中的U、Th含量变化较大，Th/U值为0.30～0.73。10个测点给出的加权年龄平均值为308±10Ma（图2.52c）。

图2.52 巴尔喀什地区与矽卡岩型铜矿床及与云英岩型钨钼矿床有关的花岗岩类锆石SHRIMP 测年结果

a，b，c—采自萨亚克铜多金属矿集区；d—采自东科翁纳德矿床外围；e—采自阿克沙套矿床；f—采自扎涅特矿床

东科翁纳德钨钼矿床中碱性花岗岩样品（xh080910-10（1））：锆石的U含量为16×10-6～223×10-6，Th为14×10-6～213×10-6，Th/U值为0.76～1.17。所有12个测点给出的加权年龄平均值为293.6±2.7Ma（图2.52d）。

阿克沙套钨钼矿床中花岗闪长岩样品（xh080914-10（2））：锆石的Th/U值为0.48～0.78。在剔除年龄值偏离较大的3个测点（310.5±1.0Ma，312.8±1.1Ma，311.6±1.1Ma，均为继承锆石）之后，其余9个测点给出的加权年龄平均值为306±1Ma（图2.52e）。

扎涅特钼矿床中二长花岗斑岩样品（xh080915-5（3））：锆石Th/U值为0.66～1.36。在剔除年龄值偏离较大的2个测点（326.6±6.0Ma和325.4±5.9Ma，均为继承性锆石）之后，其余10个测点给出的加权年龄平均值为304±4Ma（图2.52 f），代表二长花岗斑岩的年龄。

志留纪花岗岩类的TDM为1.70Ga，石炭纪花岗岩类TDM为0.54～1.17Ga，二叠纪花岗岩类TDM为0.54～1.02Ga，说明志留纪花岗岩类与石炭纪、二叠纪花岗岩类可能来自不同的源区，而石炭纪与二叠纪花岗岩类可能具有相同的源区。由143Nd/144Nd-206Pb/204Pb（图2.53）相关图解可以看出：巴尔喀什地区花岗岩类样品的投影点主要落在BSE附近。在εNd（t）-εSr（t）图解中（图2.54）。志留纪、石炭纪和二叠纪花岗岩类处在从亏损地幔组分（DMC）到I型花岗岩的区间内，大致构成地幔端元与地壳端元的混合曲线。其中，志留纪花岗岩类处在亏损地幔端元与地壳端元的中间位置，一部分石炭纪花岗岩类处在亏损地幔端元的附近，另一部分石炭纪花岗岩类处在未分异地球的附近，而二叠纪花岗岩类处在亏损地幔端元的附近。

图2.53 巴尔喀什地区花岗岩类143Nd/144Nd-206Pb/204Pb 关系图解

据Zindler等（1986）识别的地幔储库位置。DMM—亏损地幔（A和B）；EMⅠ—Ⅰ型富集地幔；EMⅡ—Ⅱ型富集地幔；MORB—大洋中脊玄武岩；PREMA—原始地幔；HIMU—高μ值地幔；BSE—全硅酸盐地球

科翁纳德斑岩铜矿床二长花岗斑岩初始εNd（t）为-0.07，后期侵入的圆筒状不含矿英云闪长玢岩的εNd（t）为+0.53，博尔雷斑岩铜矿床花岗闪长斑岩和花岗闪长岩的εNd（t）分别为-0.46和+0.09，反映了成矿物质来自于亏损地幔与大陆地壳物质的混染。阿科斗卡斑岩铜矿床花岗闪长斑岩、二长花岗斑岩和外围科尔达尔岩体早期石英闪长岩的εNd（t）分别为+5.43、+5.54和+5.51。因此，以巴尔喀什中央断裂为界，巴尔喀什成矿带花岗岩类具有东、西分段的特征：东部的萨亚克和阿科斗卡地区通过地幔来源的新生物质导致陆壳的大规模生长，εNd（t）值为高的正值，为古生代新生地壳即年轻地壳基底（图2.55），揭示了中亚造山带晚古生代大陆地壳生长；而在西部的科翁纳德地区，εNd（t）偏低，显示壳幔混合的特点（新元古代地壳重熔）。

图2.54 巴尔喀什地区花岗岩类εNd（t）-εSr（t）图解

（澳大利亚东南部I型和S型花岗岩范围据McCulloch等，1982；中亚造山带花岗岩据洪大卫等，2003）

图2.55 巴尔喀什地区晚古生代花岗岩类的εNd（t）与侵入时代的关系

科翁纳德斑岩铜矿成矿作用主要发生在与早期斑状花岗闪长岩侵入有关的围岩蚀变阶段。这一阶段在外接触带的蚀变酸性火山岩中叠加形成了刚玉-石英、石英-红柱石、石英-绢云母和青磐岩化矿物组合等围岩蚀变，晚期形成石英-高岭土泥化矿物组合。在侵入岩体内，斑状花岗闪长岩的蚀变作用以绢英岩化为特征，具有青磐岩化黄铁矿化外带。渗入到似斑状花岗闪长岩岩体中的泥化蚀变则与斑岩铜矿床的形成同步，并延续到矿化的最后阶段。铜矿床外围花岗岩锆石U-Pb年龄为382～369 Ma（Kr?ner等，2008），早于斑岩铜矿成矿时代。锆石U-Pb 测年限定了斑岩铜矿的形成时代，二长花岗斑岩的年龄为327Ma（表2.8）。阿科斗卡矿床及其附近与花岗岩类有关的锆石U-Pb定年结果，给出英云闪长岩的结晶年龄为336Ma，花岗闪长斑岩结晶年龄为328Ma（表2.8）。

博尔雷斑岩铜矿床具有明显的3期热液作用：早期为碱性阶段、中期酸性阶段、晚期碱性阶段（Abdulin等，1998）。矿化主要与早期碱性阶段及中期酸性阶段关系密切。博尔雷斑岩铜矿床两个花岗闪长斑岩的结晶年龄分别为316Ma和305Ma（表2.8）。根据辉钼矿Re-Os同位素数据，确定博尔雷斑岩型铜钼成矿作用的时代为316Ma。

表2.8 巴尔喀什成矿带代表性金属矿床同位素年龄数据

续表

萨亚克铜多金属矿集区的矽卡岩形成于高温条件，成矿作用发生在矽卡岩形成之后，主要矿石矿物的沉淀温度较高（590～350℃，Bespaev等，2004）。萨亚克地区与矽卡岩型铜矿床有关的花岗岩类侵入体中黑云母样品的K-Ar年龄为304～329Ma（Monich等，1966；Bespaev等，2004）。Cao等（2011）给出萨亚克Ⅰ号地区花岗闪长岩的锆石U-Pb年龄为311 Ma。本研究根据5个花岗岩类样品3种方法5种矿物的10个热年代学年龄数据，给出了巴尔喀什成矿带萨亚克大型矽卡岩型铜多金属矿集区含矿岩体侵位与冷却过程的精确时限，限定了与之有关的矽卡岩型铜成矿时代及矿床剥露历史。萨亚克矿集区发育的铜矿化作用是岩浆活动的延续。335Ma的闪长岩与铜矿化作用关系最为密切；其次，308～311Ma的花岗闪长岩与铜矿化的关系也较为密切。因此，萨亚克矽卡岩型铜矿化有两个阶段，分别与335Ma（主期）和311～308 Ma岩浆侵入事件有关。

以阿克沙套钨钼矿床为例，云英岩-石英脉型钨钼成矿作用具有多阶段特征，包括通过岩浆流体和渗透水而发生的成矿物质活化、淋滤、重结晶和再沉淀过程。矿脉沿陡倾碎裂系统伸展和剪切带分布。Yefimov等（1990）将阿克沙套钨钼成矿作用划分为两个阶段：气化热液阶段形成辉钼矿-石英和稀有金属矿化，热液阶段形成方铅矿-闪锌矿-石英相和方解石-萤石-石英组合。Bespaev等（2004）将阿克沙套矿床的形成划分为3个阶段：流体进入裂隙空洞之中（Ⅰ）、扩散性的交代作用导致了花岗岩中不含矿的石英黄玉云英岩和邻近的外接触带中石英白云母和石英黄玉脉的形成（Ⅱ）、在矿体的较上部位和侵入体上部网状脉中，发生二次沸腾并诱发成矿作用（Ⅲ）。

东科翁纳德、阿克沙套钨钼矿床和扎涅特钼矿床的辉钼矿模式年龄分别为298Ma、289Ma和295Ma（表2.8）。东科翁纳德钨钼矿床外围的碱性花岗岩锆石 U-Pb年龄为293.6±2.7Ma，略小于该矿床的辉钼矿Re-Os年龄（298.0±4.6Ma），说明了碱性花岗岩的侵位与钨钼成矿作用近乎同时或稍后。阿克沙套、扎涅特与成矿作用有关的花岗闪长岩、二长花岗斑岩的结晶年龄分别为306Ma和304Ma，均大于辉钼矿Re-Os同位素年龄，反映了钨钼成矿作用稍晚于花岗闪长岩和二长花岗斑岩。

阿科斗卡铜多金属矿集区外围，英云闪长岩样品（xh080919-4（1））中的角闪石（图2.56a，b）12个加热阶段的全熔年龄为310.6Ma，其1020～1250℃加热阶段的加权平均年龄为310.0±2.9Ma。40Ar/39Ar正等时线年龄为304±49Ma，反等时线年龄为291±64Ma。由反等时线得到的40Ar/36Ar 初始值为356±250，远大于现代大气氩同位素比值即尼尔值（298.6±0.31，Lee等，2006），说明该样品存在严重的放射性成因氩过剩（继承氩）。从阶段加热年龄谱可以看出，该角闪石在285Ma左右受到后期构造热事件的改造。因此，这里采用285Ma的后期改造年龄为其冷却年龄。

阿科斗卡铜矿床二长花岗斑岩样品（Xh080919-5（5））中的钾长石（图2.56c，d）13个加热阶段的全熔年龄为274.9Ma，其950～1400℃加热阶段的加权平均年龄为274.9±2.5Ma。正等时线年龄为281.6±4.3Ma，反等时线年龄为281.5±4.2Ma。由反等时线得到的40Ar/36Ar初始值为200±39，远小于尼尔值，说明该样品存在严重的放射性成因氩丢失。因此，这里采用正等时线年龄281.6±4.3Ma为其冷却年龄。阿科斗卡二长花岗斑岩样品（Xh080919-5（5））黑云母（图2.56e）12个加热阶段的全熔年龄为271.5Ma。该样品蚀变较强，坪年龄发育不好，用全熔年龄来代表其冷却年龄。

萨亚克铜多金属矿集区中，闪长岩样品（XH080917-6（2））中的角闪石12个加热阶段的全熔年龄为287.3Ma，其700～1120℃加热阶段坪年龄为287.3±2.8Ma（图2.57a），40 Ar/39Ar等时线年龄为287.0±6.3Ma，反等时线年龄为286.6±6.7Ma（图2.57b）。由反等时线得到的40Ar/36Ar初始值为297.3±8.6，与尼尔值相一致，说明不存在放射性成因氩丢失或氩过剩，采用反等时线年龄286.6±6.7Ma为其冷却年龄。钾长石样品（XH080917-6（2））中13个加热阶段的全熔年龄为250.1Ma，坪年龄发育较好，其850～1250℃加热阶段坪年龄为249.8±1.6Ma（图2.57c），40Ar/39Ar等时线年龄为257±11Ma，反等时线年龄为255±10Ma。由反等时线得到的40Ar/36Ar初始值为282±29，较尼尔值略小，说明该样品可能存在轻微的放射性成因氩丢失，采用正等时线年龄257±11Ma为其冷却年龄。花岗闪长岩样品（XH080917-6（4））黑云母12个加热阶段的全熔年龄为306.3Ma，坪年龄发育较好，其800～1230℃加热阶段坪年龄为307.9±1.8Ma（图2.57 e），40Ar/39Ar等时线年龄为307.4±3.3Ma，反等时线年龄为306.6±2.9Ma（图2.57f）。由反等时线得到的40Ar/36Ar初始值为296±12，与尼尔值基本一致，说明不存在放射性成因氩丢失或氩过剩，反等时线年龄代表了真实的矿物冷却年龄。

东科翁纳德钨钼矿床碱性花岗岩样品（xh080910-10（1））中的钾长石14个加热阶段的全熔年龄为272.9Ma，坪年龄发育得较好，其800～1330℃加热阶段坪年龄为273.8±1.5Ma（图2.58a），40Ar/39Ar 正等时线年龄为278±5Ma，反等时线年龄为277.0±4.9Ma（图2.58b）。由反等时线得到的40Ar/36Ar初始值为261±19，较尼尔值为小，说明该样品存在放射性成因氩丢失，采用正等时线年龄278±5Ma为其冷却年龄。

图2.56 阿科斗卡铜矿床40Ar/39Ar 阶段加热年龄谱和年龄等时线

阿克沙套钨钼矿床碱性花岗岩样品（xh080914-10（1）中钾长石13个加热阶段的全熔年龄为288.0Ma，坪年龄发育较好，其900～1340℃加热阶段坪年龄为289.2±1.7Ma（图2.58c），40Ar/39Ar 正等时线年龄为 290.2±3.8Ma，反等时线年龄为 288.8±3.6Ma（图2.58d）。由反等时线得到的40Ar/36Ar初始值为293±48，与尼尔值基本一致，说明该样品可能不存在放射性成因氩过剩或氩丢失，因此，采用反等时线年龄为其冷却年龄。该钾长石可能在280Ma左右和255Ma左右受到后期构造热事件的改造。

阿克沙套花岗闪长岩样品（xh080914-10（2））中黑云母11个加热阶段的全熔年龄为291.2Ma，坪年龄发育较好，其 800～ 1400℃ 加热阶段坪年龄为 293.5±1.8Ma（图2.58e），40Ar/39Ar正等时线年龄为293.1±3.2Ma，反等时线年龄为292±3Ma（图2.58f）。由反等时线得到的40Ar/36Ar初始值与尼尔值基本一致。采用反等时线年龄292±3Ma为其冷却年龄。

图2.57 萨亚克矿集区40Ar/39Ar 阶段加热年龄谱和年龄等时线

地质热年代学研究的矿物封闭温度是认识地质体形成与剥露热演化历史的重要依据（陈宣华等，2010d）。从巴尔喀什成矿带矽卡岩型铜多金属矿床、斑岩型铜钼矿床和云英岩型钨钼矿床的花岗岩类锆石U-Pb年龄，角闪石、黑云母和钾长石40Ar/39Ar年龄，磷灰石FT年龄（表2.8）和模拟热历史，以及它们各自的封闭温度所构成的演化曲线（图2.59）来看，该地区铜-钼-钨成矿作用的深度可能远远超过磷灰石FT部分退火带的深度（其上界面在2km附近），而达到钾长石40Ar/39Ar 封闭温度所代表的深度位置（估计在5km 左右）。其中，发生矽卡岩型成矿作用的深成岩浆活动的侵位深度可能最深，斑岩型次之，云英岩型最浅。矽卡岩型铜成矿作用与深成岩浆侵入事件（锆石结晶）年龄更为接近。

图2.58 东科翁纳德和阿克沙套矿床40Ar/39Ar 阶段加热年龄谱和年龄等时线

前人估算阿科斗卡矿集区相对于成矿时古地表的剥蚀深度分别为：艾达里矿床1000～1500m、阿科斗卡矿床1500～2000m、库兹尔基亚矿床2500m以深（Sergiiko，1984），反映了阿科斗卡矿集区东部剥蚀深，向西剥蚀深度变浅。本研究表明，这些斑岩型矿床均属于深成斑岩成矿系统（＞2km）的产物。辉钼矿的形成温度在400℃左右，与云英岩化早期吻合。因此，辉钼矿Re-Os同位素年龄比较接近岩浆活动年龄，而导致巴尔喀什地区发生云英岩-石英脉型钼钨成矿作用的岩浆侵位深度可能在5km左右。

巴尔喀什地区铜-钼-钨矿床花岗岩类的磷灰石 FT年龄（99.8±5.9Ma～66.9±4.1Ma）代表了各类矿床的剥露年龄，同时也是区域地壳的整体剥露年龄。这说明从晚白垩世开始，该地区剥露到2km以浅（图2.59）。在右行走滑的科翁纳德-博尔雷断裂两侧，花岗岩类样品的AFT年龄略有不同，并呈现规律性变化：①断裂西侧的AFT年龄总体上小于断裂东侧，反映西侧地块的后期抬升幅度大于东侧；②断裂两侧的最年轻AFT年龄均与中小型斑岩型成矿作用相对应。断裂西侧与斑岩有关的扎涅特钼矿床，其AFT年龄（80.3±4.9Ma）可以与东侧的博尔雷斑岩型铜矿床（AFT年龄为77.1±4.0Ma）相对比，反映了断裂右行走滑运动发生在77Ma之后，右行走滑位移量为46km。

图2.59 巴尔喀什地区铜钼钨矿床岩浆-成矿作用和剥露过程的温度-时间图解

a、b、c、d分别为冷却速率0.1℃/Ma、1℃/Ma、10℃/Ma和100℃/Ma线。粗虚线及其阴影部分为推测冷却曲线域。地质热历史主要分为4个阶段：①岩浆侵入作用阶段；②岩浆期后和热液成矿阶段；③区域缓慢冷却阶段；④区域地壳和矿床剥露阶段。Zr—锆石；Hb—角闪石；Mu—白云母；Bi—黑云母；Ksp—钾长石；

Ap—磷灰石。年龄数据见表2.8

在萨亚克矿集区，磷灰石FT年龄分布具有向北东向变老的特点，说明花岗岩类受到后期走滑-逆冲断层作用的影响，也反映NW—NNW向右行走滑-逆冲断层作用的时间可能在66.9Ma。在阿科斗卡矿集区，NE走向断层两侧的花岗岩类AFT年龄说明，该断层不仅具有左行走滑特征，而且具有北西盘相对抬升的逆冲断层的性质，其走滑-逆冲断层作用的时间为68Ma。

总之，巴尔喀什地区地壳演化与金属成矿作用具有多阶段性，表现为古生代陆壳增生显著，壳幔相互作用强烈，多旋回物质活化-再活化作用显著，成矿作用的时代相对集中在几个时期。矽卡岩型铜多金属矿床的成矿时代为335Ma和308Ma，斑岩型铜钼矿床成矿时代为327～310Ma。