冯延清,钱壮志,段俊,焦建刚,徐刚,任萌,陈炳龙.2017.新疆喀拉通克铜镍矿镁铁质岩体形成时代、成矿特征与深部找矿前景[J].矿床地质,36(6):1387~1401FENG YanQing,QIAN ZhuangZhi,DUAN Jun,JIAO JianGang,XU Gang,REN Meng,CHEN BingLong.2017.Formation age,metallogenic features and exploration prospect in the deep part of the Kalatongke Cu-Ni deposits, Xinjiang[J].Mineral Deposits36(6):1387~1401
DOi:10.16111/j.0258_7106.2017.06.008
新疆喀拉通克铜镍矿镁铁质岩体形成时代、成矿特征与深部找矿前景
（1 长安大学地球科学与资源学院， 陕西 西安710054； 2 国土资源部岩浆作用与找矿 重点实验室， 陕西 西安710054）
第一作者简介冯延清， 男， 1991年生， 博士研究生， 主要从事岩浆矿床的研究。 Ema il: fyq8@chd.edu.cn
**通讯作者钱壮志， 男， 1959年生， 教授， 主要从事矿床学和区域成矿研究。 E mail: zyxyqzz8@chd.edu.cn
收稿日期2017_02_28
本文得到国家自然科学面上基金（编号： 41372101）和长安大学中央高校基金（编号： CH D310827171007）的联合资助
摘要:喀拉通克镁铁质岩体群位于准噶尔地块东北缘，由13个小岩体组成。 在以往的研究 中，这些岩体多被视为同期形成。笔者新获得的锆石SHRIMP U_Pb年龄显示，镁铁质岩体群 发育晚石炭世和早二叠世2个时期的岩体，其中Y3岩体闪长岩、苏长岩以及G21岩体淡色辉长 岩 的年龄分别为290 Ma、283 Ma和281 Ma，与Y1和Y9含矿岩体的年龄在误差范围内一致 ；Y 5岩体辉长岩和闪长岩的年龄均为320 Ma，明显早于其他岩体。结合区域构造演化资料分 析 ，晚石炭世Y5岩体是俯冲环境下岩浆作用的产物，这与以往研究较多的早二叠世后碰撞伸展 环境下形成的岩体不同。在该矿区，具有工业价值的硫化物矿体主要赋存在Y1～Y3以及Y9岩 体中，其中Y1和Y9岩体中富硫化物的矿体主要分布在岩体中部，而Y2和Y3岩体中矿体主要分 布在底部的苏长岩中，在Y1_Y2以及Y2_Y3岩体结合部位均可见块状矿体。矿体空间分布及其 与通道对应关系显示镁铁质含矿岩体可能形成于不同的岩浆通道系统或通道的不同部位。矿 物学变化显示Y3、Y9和G21演化程度相对高于Y1和Y2岩体；同时，前者硫化物矿石多为中等 稀疏浸染状和星点状，后者多为稠密浸染状和块状矿石，且前者浸染状矿石的Ni/Cu比值（0 .15～2.00）总体小于后者（0.14～4.48）。上述特征表明含矿岩体的岩浆相对演化程 度与矿化富集程度有一定的关系。综合分析地质、物探资料以及成矿特征，笔者认为Y1_Y3 岩体深 部仍具有寻找成矿岩体的潜力。G21岩体的演化程度较高，但具有与Y2、Y3岩体相似的重力 异常和源区性质，推测该地段深部可能存在体积更大的岩体。
关键词:
地质学；锆石SHRIMP U_Pb年龄；镁铁质岩体；成矿特征；深部找矿； 喀拉通克铜镍矿床
文章编号： 0258_7106 (2017) 06_1387_15 中图分类号: P618.41; P618.63 文献标志码： A
Formation age，metallogenic features and exploration prospect in deep part of
Kalatongke Cu_Ni deposits, Xinjiang
Kalatongke Cu_Ni deposits, Xinjiang
（1 College of Earth Science and Resources，Changan University，Xian 710054，S haanxi，China； 2 MLR Key Laboratory of Genesis and Exploration of Magmatic Or e Deposits， Xian 710054， Shaanxi， China）
2017_02_28
Abstract:The Kalatongke mafic intrusions, which consist of 13 small intrusions, numbered as Y1～Y11, G21 and G22, are located on the northern margin of Junggar terrane. Due to their spatial proximity and similar lithologies, these intrusions were p reviously considered to be coeval in previous studies. In this paper the authors report the first zircon SHRIMP U_Pb ages for the diorite and norite in the Y3 i ntrusion (290 Ma and 283 Ma， respectively) and the leucogabbro in the G21 i ntr usion (281 Ma), which are identical to the zircon U_Pb ages for the sulfide_be aring norite and gabbro units of the Y1 and Y9 intrusions. The zircon U_Pb ages for diorite and gabbro in the Y5 intrusion are 320 Ma, obviously earlier than the ages of the other intrusions. The chronological data of mafic intrusion s in th e Kalatongke area show that the mafic intrusions can be divided into two stages, i.e., Late Carboniferous and Early Permian. Together with the holistic geologic al records, the authors hold that the Kalatongke Y5 intrusion was formed in a su bduction setting, different from things of other Permian intrusions in the Kalat ongke area. Significant sulfide mineralization was found in Y1, Y2, Y3 and Y9 ma fic intrusions. In Y1 and Y9 intrusions, the sulfide orebody occurs in the lower and central parts of the intrusion, whereas in Y2 and Y3 intrusions, the sulfid e orebody is close to the base of both intrusions. In addition, some massive sul fide orebodies were found between Y1 and Y2 as well as Y2 and Y3. The different orebody features indicate that sulfur_bearing intrusions in the Kalatongke area might have been formed in more than one magma conduit or in different parts of t he magma conduit. The variation of mineralogical characteristics indicates that the parental magma of Y3, Y9 and G21 evolved in higher degree than Y1 and Y2 int rusions. In addition, heavy disseminated and massive sulfide ores are always obs erved in the Y1 and Y2 deposits, whereas weakly disseminated sulfide ores are al ways found in the Y3 and G21 deposits, and the disseminated sulfide ores of the former have higher Ni/Cu ratios than that of the latter. The correlation suggest s that there exists the relationship between the degree of evolution of the pare ntal magmas and the enrichment of mineralization. Geological and geophysical dat a as well as mineralization suggest that the Y1_Y3 intrusions still have explora tion potential at depth. Although the parental magmas for the G21 intrusion are more fractionated than those for the Y1, Y2 and Y3 intrusions, the G21 intrusion is similar to Y2 and Y3 intrusions in the aspects of the gravity anomaly and so urce characteristics. It is thus proposed that there may exist a large_scale int rusion beneath the G21 intrusion.
Key words:
geology, zircon SHRIMP U_Pb age, mafic intrusions, metallog enic feature, ore exploration at depth, Kalatongke Ni_Cu deposits
喀拉通克铜镍矿床位于中亚造山带准噶尔地块东北缘，北邻额尔齐斯深大断裂。矿区镁铁质 岩体成群发育，已发现岩体13个，工业矿体主要集中在Y1、Y2、Y3和Y9岩体中。该矿床富矿 比例较高，是中国仅次于金川、夏日哈木的第三大岩浆型铜镍矿床。自1978年被发现以来， 已有多位学者对该矿床含矿岩体的地质特征、成矿年龄、构造背景、岩浆演化及矿床成因等 进行了深入研究，取得了丰富成果（韩宝福等，2004；Gao et al.，2012；姜常义等，2009 ；焦建刚等，2014；Li et al.，2012；钱壮志等，2009；Song et al.，2009；王润民等， 1991；张招崇等，2003；2006；Zhang et al.，2008a；2009a）。Gao 等（2013）认为喀拉 通克存在含铜镍硫化物的苏长岩组合和不含硫化物的闪长岩组合，其中闪长岩组合形成于30 8 Ma，苏长岩组合侵入于闪长岩组合中。这一成果反映了该矿床年代学研究的新进展，但不 同岩体的形成时代和演化关系有待论证。
秦克章等（2014）基于详细的地质勘探资料分析和研究，认为喀拉通克岩体群的主岩浆通道 位于Y2、Y3岩体之间，并推断岩体深部可能发育相当比例的含矿的超镁铁质岩。此外，近年 来 在G21岩体中发现了稀疏浸染状硫化物矿化，Y5岩体也有矿化显示。然而，这些岩体和其他 含矿岩体是什么关系？找矿前景如何？这些问题的探讨对于矿床研究和勘查评价是至关重要 的。因此，笔者在详细的野外地质调查基础上，通过锆石SHRIMP U_Pb测年，厘定了不同岩 体的形成时代，并通过总结喀拉通克铜镍矿床的成矿特征，探讨矿区深部找矿前景。
东准噶尔地块内镁铁质岩体多位于喀拉通克和锡伯渡一带（图1b）。这些岩体成群出露，长 轴多呈NW向展布，与区域构造线方向一致。现有的锆石U_Pb年龄数据显示喀拉通克Y1和Y9 岩体形成年龄为287 Ma。目前未见锡伯渡岩体群年龄的报道，但其微量元素和同位素特征 与喀拉通克二叠纪岩体相似（张招崇等，2006）。此外，在扎河坝、卡拉麦里以及喀拉通克 矿床附近还发育有与镁铁质岩体同时代的碱性花岗岩（韩宝福等，2006；郭芳放等，2010； 童英等，2006a；2010）。
Y1岩体平面上为纺锤形，剖面上为不规则漏斗状。岩体岩相分布较其他岩体复杂，由上到下 和由边缘向中心，依次是闪长岩、辉长岩、苏长岩和橄榄苏长岩（少量方辉橄榄岩），其中 苏 长岩和闪长岩同时出露地表（图3a）。矿体位于岩体中下部，主要由浸染状和致密块状矿石 组成，浸染状矿石中可见硫化物近于定向排列（图4a），致密块状矿石分布于浸染状矿体内 部和Y1与Y2岩体之间（图2b，3a）。
Y2和Y3岩体为隐伏岩体，距地表约100 m。2个岩体具有近似的岩相分布，由上至下依次为 闪长岩、辉长岩和苏长岩（图2b，3b）。矿体大部分赋存在岩体底部，主要以浸染状矿石为 主（图4c），团块状矿石次之，局部可见致密块状和网脉状矿石。最新资料显示，Y2岩体东 段 47～53线深部（地表下650～740 m）发现了含矿的橄榄岩和辉石岩，局部可见厚达10 m的贯 入块状矿体（秦克章等，2014）。
Y9岩体位于Y1岩体北东侧，形态受控于多组裂隙，呈不规则分枝网脉状（图3c），主要由辉 长闪长岩、辉绿辉长岩和辉长岩相组成，各岩相呈过渡关系。矿体主要分布在辉长辉绿岩相 中，可见硫化物珠滴具有定向排列的特征（图4b）。 矿石构造主要以浸染状矿石为 主，且存在类似Y1矿床的致密矿状矿石。
Y5岩体为隐伏岩体，距地表约220 m。岩体显示弱的垂直分异，由上至下可分为闪长岩、辉 长闪长岩和辉长岩。最新的钻孔资料显示在深部的辉长岩相中发现<15 cm厚的硫化物细脉， 主要为黄铁矿和磁黄铁矿以及少量黄铜矿。黄铁矿多呈不规则脉状分布，与磁黄铁矿伴生（ 图4d）；黄铜矿含量较少且分布不均匀。电子探针分析表明少量磁黄铁矿中有镍黄铁矿出溶 （图4e）。
G21岩体位于Y3岩体南东端4.2 km处，属于矿区东部的隐伏岩体。现有钻探工程未控制岩体 规模，推测G21和G22岩体在深部可能连在一起。岩体岩相主要为闪长岩和淡色辉长岩。硫化 物主要出现在岩体中下部的淡色辉长岩中（图3d），为星点状和稀疏浸染状矿化，主要为磁 黄铁矿和少量黄铜矿、镍黄铁矿（图4f）。
喀拉通克Y3岩体苏长岩和闪长岩的锆石U_Pb年龄分别为（283.3±1.3） Ma和（290.4± 1.5） Ma（图7a，b）。G21岩体淡色辉长岩的锆石U_Pb年龄为（281.1±1.5） Ma（图8c ）。 新的年龄数据显示Y3和G21岩体与Y1和Y9岩体的年龄在误差范围内一致 （分别为（287 ±5） Ma和 （287±4） Ma，韩宝福等，2004；焦建刚等，2014）。Y5岩体辉长岩的锆石U_Pb年龄为（320.5±2.5） Ma，与 其闪长岩的年龄一致（320.4±2.0） Ma（图8e、f）。Y 5岩体的年龄与Y1，Y3，Y9和G21岩体相差30～36 Ma，表明它们不是同期岩浆活动的产物。
上述年代学数据表明，喀拉通克镁铁质岩体群发育晚石炭世（Y5岩体，320 Ma）和早二叠 世（Y1，Y3，Y9和G21岩体，290～281 Ma）两个时期岩体。已有区域资料显示，在东准噶尔 的扎河坝和卡拉麦里地区，早二叠世大量发育碱性花岗岩，时间上连续且没有分带性（童英 等，2010），表明该地区此时已进入后碰撞伸展阶段（韩宝福等，2006），早二叠世形成的 镁铁质岩体是与岩石圈拆沉和软流圈上涌密切相关（韩宝福等，2004；姜常义等，2009）。 在早石炭世—晚石炭世，以往研究成果显示，准噶尔地区发育钙碱性火山岩，其形成与洋壳 俯冲脱水导致地幔楔的部分熔融有关（Li et al.，2015；龙晓平等，2006；张峰等，2014 ；Zhang et al.，2009b），最新的测年结果也显示吉木乃地区岛弧玄武岩中最年轻的锆石U _Pb年龄为（313.2 ±2.1） Ma（Li et al.，2015）。基于上述资料分析，在喀拉通克岩 体群，Y5岩体年龄为320 Ma，其形成构造环境与以往研究较多的Y1～Y3等早二叠世岩体不 同，是晚石炭世俯冲环境下岩浆作用的产物。
喀拉通克含矿岩体中矿体赋存位置和矿石构造特征可以反映出硫化物熔体在岩浆运移中的 聚集过程。Y1和Y9岩体中富硫化物的矿体主要分布在岩体中部，且可见硫化物珠滴具有定向 排列（图4a，b），这可能反映了在含矿岩浆运移侵位过程中，由于通道中间的流速较高（L i et al.，2000），载有晶粥的岩浆在上升过程中对流或者流动分异，导致稠密的硫化物熔 体夹带橄榄石和辉石晶体集中在岩体的中间部位。与Y1和Y9岩体不同，Y2和Y3岩体中矿体主 要分布在岩体底部的苏长岩中，多为浸染状矿石，可能反映了含矿岩浆运移侵位过程中，由 于通道宽缓导致流速减小，硫化物熔体和堆晶矿物在重力作用主导下富集成矿。这也与Y2和 Y3岩体平缓的藕节状空间产状相一致。近年来在Y1和Y2岩体分界处发现块状硫化物矿体（Ni 品位(质量分数)3.73%，Cu品位4.09%，Zhang et al.，2009a），含有围岩地层的 破碎角砾，可 能是富铜镍硫化物的矿浆在通道口处附近聚集形成的。另外，新的探矿资料显示，在Y2和Y3 岩体结合部也可见块状矿体（秦克章等，2014）。基于上述矿体空间分布及其与通道对应关 系分析可见，喀拉通克镁铁质含矿岩体可能形成于不同的岩浆通道系统或通道的不同部位。
不同含矿岩体的矿物学特征分析，Y9岩体中橄榄石最大x(Fo)值为79%，低于Y1 和Y2岩体（ 姜常义等，2009；Li et al.，2012）；Y3岩体中斜方辉石的Mg#介于69～80之间，略低于 Y1 和Y2岩体（姜常义等，2009；Li et al.，2012）。由此可见，不同含矿岩体的岩浆演化程 度存在一定差异，其中Y3、Y9和G21演化程度相对高于Y1和Y2岩体。姜常义（2009）根据不 同岩体的Mg#值变化也得到相同认识。对比不同岩体的成矿特征，Y3、Y9和G21岩体中硫化 物 矿石多为中等_稀疏浸染状和星点状，而Y1和Y2岩体多为稠密浸染状和块状矿石，且前者浸 染状矿石的Ni/Cu比值（0.15～2.00）小于后者（0.14～4.48）（统计数据来源：Song et al.，2009；钱壮志等，2009；Li et al.，2012）。上述资料显示，喀拉通克矿区含矿岩体 的矿化富集程度与岩浆相对演化程度有一定关系。
G21岩体与Y1～Y3岩体年龄一致，且Sr_Nd同位素也相近（姜常义等，2009），表明它们具有 相似的源区性质。钻探显示G21岩体上部为闪长岩，下部为十余米厚的淡色辉长岩，可见星 点状和稀疏浸染状矿化（最大厚度为3 m，铜品位0.73%，镍品位0.39%）。相对于喀拉通 克 Y1～Y3岩体，G21岩体具有更高的演化程度。然而，物探资料显示G21岩体具有80～ 195 nT 的 磁异常和0.14×10-5～0.29×10-5 m/s2剩余重力异常，略高于Y2和Y3岩 体（50～60 nT 和0.1～0.195×10-5 m/s2，秦克章等，2014；王万银等，2010）。由于G21岩体 围岩为石炭纪凝灰岩，对重力异常影响不大，因此推测岩体深部或外围可能有更大体积的镁 铁_超镁铁质岩体产出。
Y5岩体深部的辉长岩相中断续分布有5～15 cm厚的硫化物细脉，多为黄铁矿和磁黄铁矿。同 位素年代学和地球化学研究表明岩体形成于320 Ma，且混染程度<5 %（Qian et al.，201 7），不同于喀拉通克二叠纪含矿岩体（10%～15%，Li et al.，2012；Zhang et al.，2009 a）。中亚造山带新疆境内分布有多个与后碰撞伸展环境有关的岩浆型Ni_Cu矿床（钱壮志等 ，2015），形成年龄介于269～287 Ma之间（冯延清等，2017；韩宝福等，2004；Han et al .，2010；Mao et al.，2016；Qin et al.，2011；孙涛等，2010；Zhou et al.，2004）， 尚未发现与Y5岩体年龄相近的岩浆硫化物矿床。因此，晚石炭世Y5岩体的找矿前景需要进一 步评价。
（2） 晚石炭世Y5岩体与Y1～Y3等早二叠世后碰撞伸展环境下形成的岩体不同，是俯冲环境 下岩浆作用的产物。
（3） 地质、物探资料和成矿作用分析表明喀拉通克早二叠世含矿岩体的深部仍具有一定的 找矿前景，是今后深部找矿的重点地段。
志谢在喀拉通克铜镍矿工作期间，得到新疆新鑫矿业股份有限公司党新生 、王勇、何永 胜、王斌以及新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局周刚、秦纪华等诸位同仁的大力支持； 项目研究期间得到了Indiana University李楚思教授的细心帮助；长安大学刘民武、刘艳荣 、王柱命、何克老师在薄片鉴定及分析测试过程中给予了帮助；审稿专家对笔者提出了 宝贵的修改意见，在此一并志谢！
秦克章等（2014）基于详细的地质勘探资料分析和研究，认为喀拉通克岩体群的主岩浆通道 位于Y2、Y3岩体之间，并推断岩体深部可能发育相当比例的含矿的超镁铁质岩。此外，近年 来 在G21岩体中发现了稀疏浸染状硫化物矿化，Y5岩体也有矿化显示。然而，这些岩体和其他 含矿岩体是什么关系？找矿前景如何？这些问题的探讨对于矿床研究和勘查评价是至关重要 的。因此，笔者在详细的野外地质调查基础上，通过锆石SHRIMP U_Pb测年，厘定了不同岩 体的形成时代，并通过总结喀拉通克铜镍矿床的成矿特征，探讨矿区深部找矿前景。
1区域地质概况
喀拉通克铜镍矿床位于中亚造山带西北部的准噶尔地块东北缘，夹持于西伯利亚克板块、哈 萨克斯坦板块和天山造山带之间（图1a）。准噶尔地块以额尔齐斯_玛因鄂博深断裂为界， 与北边的阿尔泰造山带接壤（图1b）。额尔齐斯断裂带两侧分布有大量的镁铁质侵入体和花 岗岩体，其中镁铁质侵入体年龄介于269～408 Ma之间（韩宝福等，2004；Wong 201 0；吴晓贵等，2016；Zhang et al.，2014）。晚古生代火山岩在准噶尔地块东北缘出露 广 泛，主要为泥盆纪和石炭纪玄武岩、玄武安山岩及安山岩（Li et al.，2015；龙晓平等，2 006；Zhang et al.，2008b；2009b）。
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图 1中亚造山带主要构造单元简图（a， 据Xiao et al.，2004；Li et al.，2012修改 ）和准噶尔地块东北缘和阿尔泰造山带南缘区域地质简图（b， 据Song et al.，2009修 改，锆石U_Pb年龄数据引自韩宝福等，2006；童英等，2006a；2006b；Wong，2010； 吴晓贵等，2016；Zhang et al.，2014） Fig. 1Major tectonic units of central Asia （a， modified after Xiao et al.，2 004；Li et al.，2012） and simplified geological map of the Altay and East Jungg ar orogenic belt, North Xinjiang, China （b， modified after Song et al.，2009， The zircon U_Pb ages are from Han et al.，2006； Tong et al.，2006a；200 6b；Wong，2010；Wu et al.，2016；Zhang et al.，2014） |
2岩/矿体地质特征
喀拉通克镁铁质岩体群由13个小岩体组成，在矿区范围内有11个岩体，编号为Y1_Y11，在矿 区南东方向有2个隐伏岩体，编号为G21和G22。这些岩体主要受NW向断裂控制，侵位于下石 炭统南明水组中，其中Y1岩体的北西端和Y4、Y6_Y11岩体出露地表，其余均为隐伏岩体（图 2a）。由于矿体主要赋存在Y1、Y2、Y3和Y9岩体中，对这些岩体的规模、形态、岩 相特征及 含矿性论述，以往资料较多（Li et al.，2012；姜常义等，2009；焦建刚等，2014；钱壮 志等，2009；秦克章等，2014；Song et al.，2009；王润民等，1991；Zhang et al.，200 9a），笔者仅简要总结于表。Y1岩体平面上为纺锤形，剖面上为不规则漏斗状。岩体岩相分布较其他岩体复杂，由上到下 和由边缘向中心，依次是闪长岩、辉长岩、苏长岩和橄榄苏长岩（少量方辉橄榄岩），其中 苏 长岩和闪长岩同时出露地表（图3a）。矿体位于岩体中下部，主要由浸染状和致密块状矿石 组成，浸染状矿石中可见硫化物近于定向排列（图4a），致密块状矿石分布于浸染状矿体内 部和Y1与Y2岩体之间（图2b，3a）。
Y2和Y3岩体为隐伏岩体，距地表约100 m。2个岩体具有近似的岩相分布，由上至下依次为 闪长岩、辉长岩和苏长岩（图2b，3b）。矿体大部分赋存在岩体底部，主要以浸染状矿石为 主（图4c），团块状矿石次之，局部可见致密块状和网脉状矿石。最新资料显示，Y2岩体东 段 47～53线深部（地表下650～740 m）发现了含矿的橄榄岩和辉石岩，局部可见厚达10 m的贯 入块状矿体（秦克章等，2014）。
Y9岩体位于Y1岩体北东侧，形态受控于多组裂隙，呈不规则分枝网脉状（图3c），主要由辉 长闪长岩、辉绿辉长岩和辉长岩相组成，各岩相呈过渡关系。矿体主要分布在辉长辉绿岩相 中，可见硫化物珠滴具有定向排列的特征（图4b）。 矿石构造主要以浸染状矿石为 主，且存在类似Y1矿床的致密矿状矿石。
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图 2喀拉通克岩体群地质简图（a， 据王润民等，1991，锆石U_Pb年龄数据引自韩宝福 等，2004；焦建刚等，2014）和喀拉通 克矿床Y1，Y2，Y3岩体总投影图（b， 据 王润民等，1991；秦克章等，2014修改） Fig. 2The distribution of Paleozoic mafic intrusions in the Kalatongke area（a ， modified after Wang et al.，1991， The zircon U_Pb ages are from Han et al. ，2004；Jiao et al.，2014）and a projected long section across the Y1，Y2 and Y3 intrusions（b， modified after Wang et al.，1991；Qin et al.，2014）表 1喀拉通克铜镍矿镁铁质岩体基本特征 Table 1Features of mafic intrusions in the Kalatongke area |
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图 3喀拉通克Y1(a)，Y3(b)，Y9(c)，G21(d)岩体横剖面示意图（据焦建刚等，2014；王 润民等，1991） Fig. 3A cross section for the Y1(a)，Y3(b)，Y9(c) and G21(d) intrusion of kala tongke （modified after Jiao et al.，2014；Wang et al.，1991） |
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图 4喀拉通克岩体矿石手标本和显微照片 a. Y1岩体矿石中硫化物定向排列； b. Y9岩体矿石中黄铜矿定向排列； c. Y2岩体浸染状 硫化物显微照片； d. Y5岩体状硫化物显微照片； e. Y5岩体状硫化物背散射照片； f. G21岩体状浸染状硫化物显微照片 Pn—镍黄铁矿； Po—磁黄铁矿； Ccp—黄铜矿； Py—黄铁矿 Fig. 4Photos of hand specimens and microphotograph of sulfide ores in the K alatongke deposits a. The directional arrangement of sulfur ores in Y1 intrusion； b The direction arrangement of chalcopyrite in Y9 intrusion； c. Microphotograph of disseminated sulfide in Y2 intrusion； d. Microphotograph of sulfide in Y5 intrusion； e. BS E image of sulfide in Y5 intrusion； f. Microphotograph of disseminated sulfide in G21 intrusion Pn—Pentlandite； Po—Pyrrhotite； Ccp—Chalcopyrite； Py—Pyrite |
G21岩体位于Y3岩体南东端4.2 km处，属于矿区东部的隐伏岩体。现有钻探工程未控制岩体 规模，推测G21和G22岩体在深部可能连在一起。岩体岩相主要为闪长岩和淡色辉长岩。硫化 物主要出现在岩体中下部的淡色辉长岩中（图3d），为星点状和稀疏浸染状矿化，主要为磁 黄铁矿和少量黄铜矿、镍黄铁矿（图4f）。
3样品描述及测试方法
3.1样品岩石学特征
笔者分别选取喀拉通克Y3岩体闪长岩和苏长岩、Y5岩体闪长岩和辉长岩以及G21岩体淡色辉 长岩样品进行锆石挑选及U_Pb年龄测试。样品位置见图2a，b。Y3岩体闪长岩主要由长石， 角闪石和少量的石英组成；苏长岩主要由长石、斜方辉石、角闪石、单斜辉石和少量的黑云 母组成，其中斜方辉石多发生滑石化，长石可见绢云母化（图5a）。Y5岩体闪长岩组成与Y3 岩体相似，但较为新鲜（图5b）；辉长岩由斜长石、单斜辉石和少量的角闪石、黑云母以及 Fe_Ti氧化物组成（图5c），岩石蚀变严重，单斜辉石 多发生阳起石化，长石常见绿帘石化。G21岩体淡色辉长岩主要由斜长石和单斜辉石组成，长石多发生钠长石化和绿帘石化，辉石多发生阳起 石化（图5d）。
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图 5喀拉通克岩体Y3、Y5和G21岩体岩石显微照片 a. Y3岩体苏长岩显微照片； b. Y5岩体闪长岩显微照片； c. Y5岩体辉长岩显微照片； d. G21岩体淡色辉长岩显微照片 Opx—斜方辉石； Cpx—单斜辉石； Pl—斜长石； Amp—角闪石； Qz—石英； Bt—黑云母 Fig. 5Microphotograph of representative rock samples from the Y3，Y5 and G21 K alatongke intrusions a. Microphotograph of norite in Y3 intrusion； b. Microphotograph of diorite in Y5 intrusion； c. Microphotograph of gabbro in Y5 intrusion； d. Microphotogra ph of leucogabbro in G21 intrusion Opx—Orthopyroxene； Cpx—Clinopyroxene； Pl—Plagioclase； Amp—Amphibole； Qz —Quartz； Bt—Biotite |
3.2测试方法
锆石分选在河北省区域地质调查研究所完成。将挑选出的锆石与数粒RSES TEM置于环氧树脂 中，用于阴极发光、背散射电子相研究及SHRIMP U_Pb分析。阴极发光和背散射电子相研究 由中国地质科学院矿产资源研究所电子探针实验室完成，锆石U_Pb同位素分析在北京离子探 针中心的SHRIMP上进行。数据处理、年龄计算和绘图使用的是 SQUID 和 ISOPLOT 程序（Lu dwing，2012）。普通铅根据实测204Pb进行校正。详细分析流程和原理见宋彪等 （2002）。
4岩体形成时代及地质意义
挑选的锆石主要呈柱状晶体，长50～200 μm，长短轴之比约为1∶3。阴极发光图像中（图6 a～e），锆石振荡环带弱或无环带，没有继承核和明显的裂隙。锆石U_Pb年龄数据见表2。所 有岩体的 锆石测得年龄值均在207Pb/235U_206Pb/ 238U的谐和线上(图7)，具有较好的一致性。
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图 6喀拉通克岩体Y3，Y5和G21岩体锆石阴极发光图 Fig. 6Cathodoluminescence images of the selected zircon crystals from the Y3， Y5 and G21 Kalatongke intrusions |
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图 7喀拉通克岩体Y3、Y5和G21岩体锆石年龄协和图解 Fig. 7U_Pb isotope concordia diagrams for the selected zircon crystals from th e Y3，Y5 and G21 Kalatongke intrusions |
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表 2喀拉通克镁铁质岩体SHRIMP锆石U_Pb定年结果 Table 2SHRIMP U_Pb data for zircon crystals from the Kalatongle mafic intrusio ns |
5成矿作用与深部找矿前景
5.1成矿特征
岩浆硫化物矿床是含硫化物熔体的玄武质岩浆侵位、运移、聚集形成的具有经济意义的矿床 （Naldrett，2011）。以往的研究通常认为喀拉通克岩体群是岩浆在一个相对开放的系统中 演化形成的（姜常义等，2009；Zhang et al.，2009a；Gao et al.，2012）。秦克章等（2 014）根据控矿构造、岩体倾向和硫化物的特征划分出了岩浆运移的主通道和次级通道。喀拉通克含矿岩体中矿体赋存位置和矿石构造特征可以反映出硫化物熔体在岩浆运移中的 聚集过程。Y1和Y9岩体中富硫化物的矿体主要分布在岩体中部，且可见硫化物珠滴具有定向 排列（图4a，b），这可能反映了在含矿岩浆运移侵位过程中，由于通道中间的流速较高（L i et al.，2000），载有晶粥的岩浆在上升过程中对流或者流动分异，导致稠密的硫化物熔 体夹带橄榄石和辉石晶体集中在岩体的中间部位。与Y1和Y9岩体不同，Y2和Y3岩体中矿体主 要分布在岩体底部的苏长岩中，多为浸染状矿石，可能反映了含矿岩浆运移侵位过程中，由 于通道宽缓导致流速减小，硫化物熔体和堆晶矿物在重力作用主导下富集成矿。这也与Y2和 Y3岩体平缓的藕节状空间产状相一致。近年来在Y1和Y2岩体分界处发现块状硫化物矿体（Ni 品位(质量分数)3.73%，Cu品位4.09%，Zhang et al.，2009a），含有围岩地层的 破碎角砾，可 能是富铜镍硫化物的矿浆在通道口处附近聚集形成的。另外，新的探矿资料显示，在Y2和Y3 岩体结合部也可见块状矿体（秦克章等，2014）。基于上述矿体空间分布及其与通道对应关 系分析可见，喀拉通克镁铁质含矿岩体可能形成于不同的岩浆通道系统或通道的不同部位。
5.2控制矿化的主要因素
喀拉通克含橄榄石的岩相主要分布在Y1岩体，Y2岩体和Y9岩体中，且x(Fo)小于 82%（姜常义等，2009；Li et al.，2012），在Y3和G21岩体中未见橄榄石，表明 喀拉通克含矿岩体母 岩浆经历了高程度的分离结晶。铂族元素分析显示含矿岩体的母岩浆PGE明显亏损，推断为 初始岩浆经历了早期橄榄石、辉石及铬铁矿的分离结晶，引起硫饱和与硫化物深部熔离所致 （钱壮志等，2009）。因此，分离结晶可能是岩浆硫饱和的因素之一。已有的全岩Sr_Nd_O 同位素分析结果，大部分样品反映出有同化混染的存在（姜常义等，2009；张招崇等，2006 ）。Li等（2012）模拟计算表明喀拉通克二叠纪含矿岩体经历了10%的地壳物质混染，不 同 于晚石炭世Y5岩体（<5%，Qian et al.，2017）。Re_Os同位素研究表明喀拉通克含矿岩体 还经历了地壳硫的加入（γOs 值介于172和179之间：Han et al.，2007）。上述研究成果 分析显示，分离结晶和同化混染作用是导致喀拉通克矿床硫饱和的重要因素。不同含矿岩体的矿物学特征分析，Y9岩体中橄榄石最大x(Fo)值为79%，低于Y1 和Y2岩体（ 姜常义等，2009；Li et al.，2012）；Y3岩体中斜方辉石的Mg#介于69～80之间，略低于 Y1 和Y2岩体（姜常义等，2009；Li et al.，2012）。由此可见，不同含矿岩体的岩浆演化程 度存在一定差异，其中Y3、Y9和G21演化程度相对高于Y1和Y2岩体。姜常义（2009）根据不 同岩体的Mg#值变化也得到相同认识。对比不同岩体的成矿特征，Y3、Y9和G21岩体中硫化 物 矿石多为中等_稀疏浸染状和星点状，而Y1和Y2岩体多为稠密浸染状和块状矿石，且前者浸 染状矿石的Ni/Cu比值（0.15～2.00）小于后者（0.14～4.48）（统计数据来源：Song et al.，2009；钱壮志等，2009；Li et al.，2012）。上述资料显示，喀拉通克矿区含矿岩体 的矿化富集程度与岩浆相对演化程度有一定关系。
5.3深部找矿前景
喀拉通克铜镍矿床中占探明储量80%以上的矿体主要赋存在Y1～Y3岩体的橄榄苏长岩、苏长 岩 以及辉长岩中。近年来，在喀拉通克Y2岩体东段深部首次发现了隐伏的矿化超镁铁质岩体， 走向延长与垂向延伸尚未控制（秦克章等，2014）。因此，这些岩体深部是否具备寻找新矿 体的潜力值得进一步研究。喀拉通克Y1～Y3岩体的原生岩浆为MgO含量较高的玄武质岩浆（G a o et al.，2012；姜常义等，2009；钱壮志等，2009），岩石组成和矿物成分表明岩浆经历 了早期橄榄石的分离结晶，之后岩浆的结晶以辉石和斜长石为主，导致岩体中超镁铁岩的缺 失。高MgO的原生岩浆、高程度的分离结晶以及较低的剥蚀程度，暗示在已有岩体深部有存 在演化程度相对较低的成矿岩体的可能。这与以往的研究分析相一致（姜常义等，2009；钱 壮志等，2009；秦克章等，2014）。G21岩体与Y1～Y3岩体年龄一致，且Sr_Nd同位素也相近（姜常义等，2009），表明它们具有 相似的源区性质。钻探显示G21岩体上部为闪长岩，下部为十余米厚的淡色辉长岩，可见星 点状和稀疏浸染状矿化（最大厚度为3 m，铜品位0.73%，镍品位0.39%）。相对于喀拉通 克 Y1～Y3岩体，G21岩体具有更高的演化程度。然而，物探资料显示G21岩体具有80～ 195 nT 的 磁异常和0.14×10-5～0.29×10-5 m/s2剩余重力异常，略高于Y2和Y3岩 体（50～60 nT 和0.1～0.195×10-5 m/s2，秦克章等，2014；王万银等，2010）。由于G21岩体 围岩为石炭纪凝灰岩，对重力异常影响不大，因此推测岩体深部或外围可能有更大体积的镁 铁_超镁铁质岩体产出。
Y5岩体深部的辉长岩相中断续分布有5～15 cm厚的硫化物细脉，多为黄铁矿和磁黄铁矿。同 位素年代学和地球化学研究表明岩体形成于320 Ma，且混染程度<5 %（Qian et al.，201 7），不同于喀拉通克二叠纪含矿岩体（10%～15%，Li et al.，2012；Zhang et al.，2009 a）。中亚造山带新疆境内分布有多个与后碰撞伸展环境有关的岩浆型Ni_Cu矿床（钱壮志等 ，2015），形成年龄介于269～287 Ma之间（冯延清等，2017；韩宝福等，2004；Han et al .，2010；Mao et al.，2016；Qin et al.，2011；孙涛等，2010；Zhou et al.，2004）， 尚未发现与Y5岩体年龄相近的岩浆硫化物矿床。因此，晚石炭世Y5岩体的找矿前景需要进一 步评价。
6结论
（1） 锆石SHRIMP U_Pb定年结果显示喀拉通克镁铁质岩体群发育晚石炭世（Y5岩体，～320 Ma）和早二叠世（Y1、Y3、Y9和G21岩体，290～281 Ma）2个时期岩体。（2） 晚石炭世Y5岩体与Y1～Y3等早二叠世后碰撞伸展环境下形成的岩体不同，是俯冲环境 下岩浆作用的产物。
（3） 地质、物探资料和成矿作用分析表明喀拉通克早二叠世含矿岩体的深部仍具有一定的 找矿前景，是今后深部找矿的重点地段。
志谢在喀拉通克铜镍矿工作期间，得到新疆新鑫矿业股份有限公司党新生 、王勇、何永 胜、王斌以及新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局周刚、秦纪华等诸位同仁的大力支持； 项目研究期间得到了Indiana University李楚思教授的细心帮助；长安大学刘民武、刘艳荣 、王柱命、何克老师在薄片鉴定及分析测试过程中给予了帮助；审稿专家对笔者提出了 宝贵的修改意见，在此一并志谢！
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