新疆東天山土屋斑巖銅礦床地球化學特征及其成因

新疆東天山土屋斑巖銅礦床地球化學特征及其成因

東天山構造帶作為中亞造山帶晚古生代構造的一部分，經(jīng)歷了從泥盆紀到二疊紀的完整過程、過程、沖突、沖突和沖突。這是世界上最明顯的巖石構造事件和表土創(chuàng)造增長（chenetal.，2007，2012；pirajno，2009，2013；翟玉生等，2011）。東天山陸殼增生和改造過程中,伴隨著多期次、多類型的殼幔相互作用和多樣性的成礦過程,沿康古爾韌性剪切帶發(fā)育了大規(guī)模的石炭-二疊紀花崗巖類(李華芹等,1998;秦克章,2000;劉德權等,2003;陳富文等,2005;王龍生等,2005;吳昌志等,2006;陳文等,2005;郭謙謙等,2010)和少量的泥盆紀(李亞萍等,2006;唐俊華等,2007;周濤發(fā)等,2010)與三疊紀(李文明等,2002;Zhangetal.,2005;周濤發(fā)等,2010)花崗巖類,形成了銅、鉬、金等金屬元素超常富集的多類型成礦系統(tǒng)(Chenetal.,2007,2012;翟裕生等,2009,2011;Dengetal.,2011,2013,2014),造就了土屋-延東銅礦、白山鉬礦和康古爾金礦等一系列大型、超大型礦床。在東天山地殼增生和改造過程中,如何形成銅、鉬、金等成礦金屬元素的超常預富集,目前備受關注。HildrethandMoorbath(1988)、Hildreth(2007)和Richards(2003)提出了熔融-同化-貯存-均一化(MASH)模型,具體可以表述為幔源巖漿導致地殼部分熔融(melting),兩種熔漿的相互混染(assimilation),然后其混合物被裝載(storage)到某一空間因混合作用和化學擴散而均一化(homogenisation)。在部分熔融平衡體系中,含流體越多的熔漿表明其部分熔融程度越低,在熔融相圖中位于固相線附近,是一種低溫巖漿,低溫飽和水熔漿是沒有上侵能力的(Dengetal.,2001,2004,2007;羅照華等,2007,2008,2010)。自然界,最常見的含礦巖漿卻是高溫巖漿。例如,大部分含礦花崗斑巖仍保留有高溫石英斑晶。這種特點一方面說明花崗斑巖巖漿是高溫巖漿,另一方面說明花崗斑巖是巖漿快速上升、侵位、冷卻、固結(jié)的結(jié)果(羅照華等,2010;羅照華,2012)。這些研究成果可能對認識東天山地殼增生和改造過程中形成銅、鉬、金等成礦金屬元素的超常預富集具有重要啟示。新疆東天山土屋-延東斑巖型銅礦床是東天山銅、鉬、金等多金屬成礦帶的重要組成部分,對其開展研究,可為東天山造山帶增生-改造過程與成礦作用研究提供寶貴的資料。土屋和延東斑巖型銅礦床位于新疆東天山康古爾斷裂以北,哈密市西南180km處(圖1a)。土屋斑巖銅礦床是新疆地質(zhì)勘查局第一地質(zhì)大隊1994年進行1∶5萬區(qū)調(diào)時發(fā)現(xiàn)的,1997年開展銅礦普查時取得了重大進展,隨后又發(fā)現(xiàn)了延東、土屋東和延西等銅礦,構成了土屋-延東礦田(申萍等,2012;潘鴻迪等,2013)。該礦田是新疆第一個大型斑巖型銅礦田,一經(jīng)發(fā)現(xiàn)便引起了國內(nèi)外地質(zhì)學家的廣泛關注,并開展了多方面的研究,取得了重要進展,包括成礦地質(zhì)背景(芮宗瑤等,2002;李錦軼,2004;王京彬和徐新,2006;申萍等,2012)、礦床地質(zhì)特征(王福同等,2001;芮宗瑤等,2002;劉德權等,2003;張連昌等,2004;李智明等,2006;張達玉等,2010)、容礦巖石(任秉琛等,2002;Hanetal.,2006;侯廣順和楊賀杰,2009;申萍等,2012;潘鴻迪等,2013)及成礦機制等方面(芮宗瑤等,2002;張連昌等,2004;Hanetal.,2006;郭謙謙等,2010;申萍等,2012;Wangetal.,2014a)。然而,這些研究對礦床若干重大地質(zhì)問題,如成巖成礦時代和構造動力學背景的認識仍存在較大分歧(芮宗瑤等,2002;秦克章等,2002;劉德權等,2003;張連昌等,2004;陳富文等,2005),對巖石成因等研究較少。對這些問題的認識直接影響到對礦床的基本認識和今后的找礦普查方向(劉德權等,2003)。造成這些分歧的原因,在很大程度上與缺乏系統(tǒng)的、高質(zhì)量的年代學和地球化學數(shù)據(jù)有關。作為東天山造山帶增生-改造過程與成礦作用研究的一部分,本文以土屋斑巖銅礦床為例,主要報道了該礦床含礦巖體的鋯石U-Pb年代學、全巖元素地球化學和Lu-Hf同位素數(shù)據(jù),并結(jié)合詳細的野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)巖相學研究,對土屋斑巖銅礦床含礦巖體的成巖成礦時代、巖石成因和地球動力學背景進行了探討,期望能有助于對土屋-延東礦田斑巖銅礦的深入研究。1地質(zhì)背景和樣品1.1區(qū)域構造背景東天山多金屬成礦帶是我國最重要的Au、Cu(Ni)、Fe等礦產(chǎn)富集區(qū)之一(Hanetal.,2006),位于烏魯木齊-庫爾勒公路以東,吐哈盆地以南的天山地區(qū)。東天山主要包括三個構造單元,從北向南依次為:博格達-哈爾里克構造帶、覺羅塔格構造帶和中天山地塊(Qinetal.,2011)。覺羅塔格構造帶又分為梧桐窩子-小熱泉子島弧帶、大南湖-頭蘇泉島弧帶、康古爾-黃山韌性剪切帶和阿奇山-雅滿蘇島弧帶(圖1a)。區(qū)域斷裂構造發(fā)育,自北向南依次有大草灘斷裂、康古爾斷裂、雅滿蘇斷裂和阿奇克庫都克斷裂。大草灘斷裂以北為下泥盆統(tǒng)大南湖組火山巖和中泥盆統(tǒng)頭蘇泉組沉積巖;康古爾斷裂以南則出露石炭系干墩組和梧桐窩子組,為一套復理石建造,后期疊加強烈的韌性剪切變形;兩條大斷裂之間主要為石炭系企鵝山群,以中基性火山熔巖為主并夾少量碎屑巖(Yuanetal.,2007)。區(qū)域發(fā)育了大規(guī)模的晚古生代花崗巖類,多呈巖株、巖枝或巖脈狀產(chǎn)出,主要為華力西期的斜長花崗巖-花崗閃長巖-二長花崗巖系列和英云閃長巖、閃長玢巖。1.2巖石地質(zhì)特征土屋銅礦床位于東天山晚古生代大南湖-頭蘇泉島弧帶中,分布于大草灘斷裂與康古爾深大斷裂之間,北距大草灘斷裂約4.6km(圖1b)。土屋銅礦床包括土屋和土屋東礦區(qū),賦礦地層為下石炭統(tǒng)企鵝山群(Cq),主要劃分為三個巖性組:第一巖性組(緊鄰康古爾斷裂分布)由陸內(nèi)碎屑巖、沉凝灰?guī)r組成;第二巖性組為玄武巖、安山巖等,夾英安巖和玄武安山巖;第三巖性組為砂巖、復成分礫巖及少量凝灰?guī)r、安山巖等(王福同等,2001;李智明等,2006;吳兆寧等,2007)。地層總體走向為北東東向,傾向南,傾角43°~63°。侏羅系西山窯組(Jx)出露于礦區(qū)北部,巖性主要為砂巖、粉砂巖、泥巖及礫巖等。礦區(qū)內(nèi)巖漿侵入作用強烈,發(fā)育淺成、超淺成中酸性巖體,多呈巖株、巖脈狀侵位于石炭系企鵝山群玄武巖和安山巖中,巖性主要為閃長玢巖及英云閃長巖(圖1c)。閃長玢巖體呈不規(guī)則狀NEE向展布,出露面積大于4km2,大部分被中新生代沉積物覆蓋,巖體特征與中基性火山巖相似,應屬火山噴發(fā)末期淺火山(或淺成)巖漿上侵產(chǎn)物(王福同等,2001),為主要賦礦圍巖。英云閃長巖體呈不規(guī)則透鏡狀產(chǎn)出,走向近東西,剖面上為多個巖脈,出露面積小于0.03km2(王福同等,2001),為主要含礦巖石。礦區(qū)內(nèi)東西向斷裂發(fā)育,還有部分南北向、北西向斷裂。土屋銅礦床由兩個礦體組成。Ⅰ號礦體(即土屋東礦床)基本產(chǎn)于英云閃長巖中,以0.2×10-2為邊界品位圈定礦化體長1300m,寬約8.0~87.1m,地表平均銅品位為0.3%;Ⅱ號礦體(即土屋礦床)位于Ⅰ號礦體西段南側(cè),賦存于圍巖及英云閃長巖中,以0.2×10-2為邊界品位圈定礦化體長1400m,寬約7.6~125.0m,平均銅品位0.44%(劉敏等,2009)。土屋銅礦床Ⅰ、Ⅱ號礦體在平面上呈脈狀,局部呈透鏡狀產(chǎn)出,走向近EW,傾向南,傾角61°~67°(圖2),銅品位一般為0.2×10-2~0.7×10-2,礦化與英云閃長巖有關(劉德權等,2003;張連昌等,2004;Hanetal.,2006)。礦石礦物成分簡單,主要為黃銅礦,次為斑銅礦、黃鐵礦、輝鉬礦、銅藍等;脈石礦物主要有石英、絹云母、綠泥石及黑云母等。礦石結(jié)構主要為中-細粒半自形-他形粒狀結(jié)構,礦石構造為浸染狀、腸狀、細脈狀、鱗片狀及星點-稀疏浸染狀。土屋銅礦床圍巖蝕變發(fā)育,具“中心式”對稱面型分帶特征,以礦體為中心向兩側(cè)依次為石英帶、黑云母化帶、石英-絹云母帶、泥化帶及青盤巖化帶(王福同等,2001)。本文巖石樣品均采自土屋銅礦區(qū),所采巖石樣品巖性分別為安山巖、閃長玢巖及英云閃長巖(圖3a,b)。安山巖為灰綠色和紫紅色,斑狀結(jié)構,主要礦物為斜長石以及少量的黑云母和角閃石,基質(zhì)主要為石英、斜長石微晶以及少量隱晶質(zhì)成分,巖石發(fā)生了硅化、綠簾石化、絹云母化和孔雀石化(圖3c)等蝕變。閃長玢巖呈灰綠色,具斑狀結(jié)構,斑晶礦物主要為斜長石(An=41~45),斜長石呈自形-半自形柱狀板狀,粒徑在0.2~1.5mm之間,有鈉長石雙晶現(xiàn)象,基質(zhì)主要為斜長石的微晶和少量隱晶質(zhì)成分;次生變化為綠泥石化、絹云母化及礦化作用疊加的硅化、碳酸鹽化等。英云閃長巖具斑狀結(jié)構,塊狀構造(圖3d),斑晶為斜長石(An=30~40)、石英及少量的黑云母;基質(zhì)為花崗結(jié)構,由斜長石、石英及少量黑云母組成;次生變化為絹云母化和碳酸鹽化(圖3e);礦石礦物主要含黃銅礦,呈浸染狀分布(圖3f)。在土屋礦區(qū),英云閃長巖為淺成侵入巖,切穿閃長玢巖巖株。2研究方法和數(shù)據(jù)鋯石單礦物分選是在河北廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所通過浮選和電磁選的方法獲得。在雙目鏡下觀察分選好的鋯石,將晶形好、無裂隙和包裹體的鋯石挑出,用環(huán)氧樹脂制靶。將鋯石靶打磨拋光,然后進行反射光、透射光顯微照相和陰極發(fā)光(CL)分析。鋯石陰極發(fā)光(CL)顯微照相是在中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所電子探針室完成。鋯石U-Pb同位素定年在中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所離子探針實驗室完成,所用儀器為CamecaIMS-1280型雙離子源多接收器二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)。SIMS鋯石U-Pb定年的詳細分析流程見Lietal.(2009),用強度為10nA一次O2-離子束通過-13kV加速電壓轟擊樣品表面,斑束約為20μm×30μm。用非放射性204Pb校正普通鉛,由于測得的普通Pb含量非常低,假定普通Pb主要來源于制樣過程中帶入的表面Pb污染,以現(xiàn)代地殼的平均Pb同位素組成(StaceyandKramers,1975)作為普通Pb組成進行校正。單一分析數(shù)據(jù)的誤差為1σ,加權平均年齡計算采用206Pb/238U表面年齡數(shù)據(jù),其置信水平95%。數(shù)據(jù)結(jié)果處理采用ISOPLOT軟件(Ludwig,2001)。主量元素和微量元素分析測試工作在中國核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成。其中主量元素分析使用PhilipsPW2404型X熒光光譜儀(XRF)完成,分析精度優(yōu)于1%;微量元素分析使用德國FinniganMAT公司生產(chǎn)的ElementI型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)完成,分析精度多小于3%。鋯石Lu-Hf同位素測試是在中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室Neptune多接收電感耦合等離子質(zhì)譜儀(MC-ICPMS)和NewwaveUP213紫外激光剝蝕系統(tǒng)(LA-MC-ICP-MS)上進行的,實驗過程中采用He作為剝蝕物質(zhì)載氣,剝蝕直徑55μm或40μm,測定時使用鋯石國際標樣GJ-1作為參考物質(zhì),分析點與鋯石U-Pb定年點位置相同。相關儀器運行條件及詳細分析流程見侯可軍等(2007)。分析過程中,鋯石標準GJ-1的176Hf/177Hf加權平均值為0.282007±0.000007(2σ,n=36),與文獻報道值(侯可軍等,2007;Moreletal.,2008)在誤差范圍內(nèi)一致。εHf(t)根據(jù)每個測點的鋯石U-Pb年齡計算,采用的176Lu衰變常數(shù)為1.867×10-11a(Soderlundetal.,2004),利用平均大陸殼的176Lu/177Hf值(=0.015)計算鋯石Hf同位素地殼模式年齡(tCDM)。3分析的結(jié)果3.1鋯石u-th/u值鋯石樣品分選自英云閃長巖代表性樣品TW-005,采自土屋礦區(qū)Ⅱ號礦體。本文對樣品TW-005進行了SIMS鋯石U-Pb定年,分析結(jié)果見表1。鋯石多為無色長柱狀晶形,長寬比約為2∶1~4∶1,發(fā)育清晰的振蕩環(huán)帶(圖4a)。鋯石的Th含量為21×10-6~134×10-6,U含量54×10-6~208×10-6,Th/U比值為0.36~0.70,與變質(zhì)成因鋯石Th/U值(通常小于0.1)明顯不同,屬于典型的巖漿鋯石特征(HoskinandSchaltegger,2003)。在206Pb/238U和207Pb/235U諧和圖上(圖4b),除第3、4、6、9等4個測點外,其余11個測點均靠近U-Pb諧和線,206Pb/238U年齡范圍為331.6~339.9Ma,加權平均年齡為334.7±3.0Ma(MSWD=0.18),代表了英云閃長巖的結(jié)晶年齡。3.2稀土元素和微量元素地球化學土屋斑巖銅礦的安山巖、閃長玢巖和英云閃長巖的主量、微量和稀土元素分析數(shù)據(jù)見表2。安山巖SiO2含量為53.90%~54.04%,Al2O3含量為17.42%~17.72%,K2O與Na2O含量分別為0.71%~1.14%和2.92%~3.90%。閃長玢巖SiO2含量為56.28%~56.98%,Al2O3含量為16.41%~16.70%,K2O與Na2O含量分別為0.58%~0.83%和2.60%~4.15%。英云閃長巖SiO2含量為64.58%~67.35%,Al2O3含量14.42%~19.03%,K2O與Na2O含量分別為0.87%~3.09%和1.67%~4.33%。土屋斑巖銅礦床巖石樣品全堿(Na2O+K2O)含量為3.18%~6.22%,在TAS圖解中,安山巖和閃長玢巖樣品落入玄武安山巖-安山巖區(qū)域內(nèi),英云閃長巖樣品全部落入英安巖區(qū)域內(nèi)(圖5a);在K2O-SiO2圖解中,顯示樣品均屬于鈣堿性到高鉀鈣堿性系列巖石(圖5b)。土屋斑巖銅礦床巖石樣品的鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.90~2.84,指示為偏鋁質(zhì)到過鋁質(zhì)巖石(圖5c)。樣品的SiO2與P2O5、MnO、Fe2O3T、MgO、CaO、Al2O3等都呈良好的線性關系(圖6)。安山巖的稀土總量均值為88.97×10-6,閃長玢巖的稀土總量均值為58.43×10-6,英云閃長巖的稀土總量均值為51.87×10-6。在稀土元素球粒隕石標準化配分圖中,所有樣品均表現(xiàn)輕稀土富集,重稀土虧損(Yb=0.75×10-6~2.49×10-6),輕重稀土分異明顯(圖7a),其中英云閃長巖較安山巖及閃長玢巖分異更明顯。所有巖石樣品輕重稀土比值(LREE/HREE)為6.15~12.48,均值為8.26;(La/Yb)N變化范圍在3.37~9.34之間,均值為5.40。除安山巖樣品TW4803-6及英云閃長巖樣品TW32外,其余樣品均顯示弱的正Eu異常(δEu=1.00~1.14)。在微量元素原始地幔標準化蜘蛛圖解中,安山巖、閃長玢巖及英云閃長巖樣品均顯示相似的特征,均富集K、Rb、Sr、Ba等大離子親石元素(LILE),相對虧損Nb、Ta、Ti、Th等高場強元素(HFSE),明顯富集U和Pb(圖7b)。3.3巖石區(qū)的hf分析土屋英云閃長巖鋯石Hf同位素測試是在U-Pb定年的基礎上進行的,樣品TW-005的15個鋯石測點的數(shù)據(jù)結(jié)果列于表3,不考慮測點3、4、6和9,剩余11個鋯石測點的176Hf/177Hf變化在0.282757~0.283035之間,對應的εHf(t)值為6.3~16.1,位于虧損地幔演化線附近,由此指示英云閃長巖的巖漿源區(qū)可能來自俯沖板片的部分熔融(Chungetal.,2003;熊小林等,2005;Wenetal.,2008;羅照華等,2010;Heetal.,2011;Guanetal.,2011;朱志敏等,2013)。樣品的Hf同位素虧損地幔模式年齡平均為498Ma,這比鋯石的平均U-Pb年齡(335Ma)略大,進一步說明巖漿物質(zhì)可能來源于俯沖板片的部分熔融。4討論4.1巖漿活動及成礦作用已有資料表明,東天山地區(qū)花崗巖類主要產(chǎn)于386~230Ma之間,巖漿活動可分為晚泥盆世(386~369Ma)(Zhouetal.,2008;Wangetal.,2009)、早石炭世(349~330Ma)(王京彬和徐新,2006;顧連興等,2006;Zhouetal.,2008)、晚石炭世-晚二疊世(320~252Ma)(王京彬和徐新,2006;韓寶福等,2006;婁峰和喻亨祥,2007)和早中三疊世(246~230Ma)(Sylvester,1998;劉新秒,2000;顧連興等,2006;Zhouetal.,2008)等4個階段。前3個階段巖漿活動具有持續(xù)時間逐漸變長、巖漿活動逐漸加劇的特點,并在第三階段達到頂峰,而第四階段巖漿活動則明顯變?nèi)酢；◢弾r類巖漿活動在時空分布上表現(xiàn)為:自哈爾里克-大南湖島弧帶→阿奇山-雅滿蘇島弧帶→康古爾韌性剪切帶,巖體侵位由早到晚;自東天山東部→中西部→沿康古爾韌性剪切帶,巖體侵位由老到新。與4個階段花崗巖類巖漿活動有關的成礦作用由早到晚表現(xiàn)為無明顯礦化→斑巖型銅礦、火山巖型鐵礦→韌性剪切帶型金礦、夕卡巖型銀(銅)礦→斑巖-石英脈型鉬礦的演化特點,其中以斑巖型銅礦和韌性剪切帶型金礦最為發(fā)育(周濤發(fā)等,2010;Wangetal.,2014a)。本文對土屋英云閃長巖的鋯石礦物顆粒的標型內(nèi)部結(jié)構研究表明,鋯石顆粒較大,晶型完好,成分單一,具有典型的巖漿型鋯石韻律環(huán)帶結(jié)構(圖4a),說明鋯石是在巖漿系統(tǒng)中結(jié)晶形成。本次獲得土屋英云閃長巖的SIMS鋯石U-Pb年齡值為334.7±3.0Ma,代表了土屋英云閃長巖巖漿結(jié)晶年代,說明土屋地區(qū)英云閃長巖形成時限為早石炭世。該結(jié)論與劉德權等(2003)、陳富文等(2005)、郭謙謙等(2010)和Wangetal.(2014b)獲得的土屋-延東銅礦床含礦英云閃長巖的成巖年代在340~330Ma一致。對于成礦時代,芮宗瑤等(2002)獲得了土屋-延東銅礦床323Ma的輝鉬礦Re-Os年齡;秦克章等(2002)測得土屋-延東礦區(qū)內(nèi)蝕變絹云母K-Ar年齡為341Ma;張連昌等(2004)測得延東礦區(qū)細脈浸染狀的輝鉬礦Re-Os年齡為343Ma;張達玉等(2010)測得延西銅礦床輝鉬礦Re-Os年齡為326Ma。從已有的同位素年代學數(shù)據(jù)可見,土屋-延東銅礦床成礦年代在340~320Ma左右,土屋礦床成礦時代與成巖時代基本一致或稍晚。4.2德國聯(lián)邦、土屋埃達克質(zhì)巖石的地球化學特征巖石的成因類型和巖漿巖形成的地球動力學過程密切相關,因此對土屋地區(qū)英云閃長巖類型的準確判斷至關重要。研究表明,埃達克巖是指具有高Sr、低Y等特定地球化學特征的一套中酸性火山巖和侵入巖組合(Kay,1978)。DefantandDrummond(1900)定義埃達克巖的地球化學特征為:SiO2>56%,A12O3>15%,MgO<3%,高Sr(>400×10-6),貧Y和Yb(Y<18×10-6,Yb<1.9×10-6),HREE明顯虧損。本文數(shù)據(jù)顯示土屋英云閃長巖具有與埃達克巖相似的高Si、Al和Sr,低Y和Yb的特點。在Sr/Y-Y圖解和(La/Yb)N-YbN圖解中,樣品同樣落在埃達克巖區(qū)域(圖8)。因此,土屋英云閃長巖屬于埃達克質(zhì)巖石,其成因模型可以直接用來解釋英云閃長巖體的形成。埃達克巖最初是指產(chǎn)于島弧環(huán)境由年輕洋殼部分熔融形成(DefantandDrummond,1990)。最近研究表明,埃達克質(zhì)巖石的成因模型可以包括:(1)俯沖洋殼的部分熔融(DefantandDrummond,1990;Rappetal.,1999;Defantetal.,2002;Martinetal.,2005;熊小林等,2005;王強等,2006;Zhangetal.,2006;Escuderetal.,2007;Wangetal.,2008,2013;Zhuetal.,2009b;Tangetal.,2010;Jiangetal.,2012);(2)增厚下地殼或拆沉下地殼熔融(AthertonandPetford,1993;Chungetal.,2003;Houetal.,2004;熊小林等,2005;Wenetal.,2008;Huangetal.,2009;Heetal.,2011;Guanetal.,2011;朱志敏等,2013);(3)鎂鐵質(zhì)巖漿分離結(jié)晶作用(Macphersonetal.,2006;RichardsandKerrich,2007;Richards,2009,2011);(4)地幔巖漿與地殼巖漿的混合作用(Guoetal.,2007,2009;Strecketal.,2007;Qinetal.,2010;Zhangetal.,2013)等。土屋巖體樣品的地球化學特征表明,本區(qū)埃達克質(zhì)巖石最可能來源于俯沖洋殼的部分熔融,證據(jù)在于:(1)相對較高的MgO含量(1.28%~3.90%)或Mg#值(50~76),表明其可能由俯沖洋殼熔融產(chǎn)生,并經(jīng)歷了與地幔楔橄欖巖的相互作用(Drummondetal.,1996;Defantetal.,2002);(2)在Ce/YbCe圖解中(圖9),土屋埃達克質(zhì)巖石樣品投點沿部分熔融線分布,說明埃達克巖的洋殼熔融成因,與Zhangetal.(2006)分析結(jié)果一致;(3)無明顯的正Eu異常(Eu/Eu*=0.86~1.14)及鋯石εHf(t)為正值(6.3~16.1),表明具有與俯沖洋殼相似的特征(莫宣學等,2005;Zhuetal.,2009a);(4)正的εNd(t)值(5.0~9.4)和較低的(87Sr/86Sr)i值(0.70316~0.70378)(芮宗瑤等,2004;Zhangetal.,2006),表明其SrNd同位素組成接近MORB值,巖漿起源于洋脊玄武質(zhì)巖石的部分熔融。由此可見,土屋英云閃長巖是俯沖玄武質(zhì)洋殼部分熔融形成的,埃達克巖熔體形成后與地幔橄欖巖發(fā)生較弱的交代作用。土屋斑巖銅礦床的賦礦圍巖安山巖和閃長玢巖均屬于鈣堿性系列巖石(圖5b),具有相似的微量元素及稀土元素配分模式,指示二者可能具有同源性。此外,在Sr/Y-Y圖解(圖8a)和(La/Yb)N-YbN圖解(圖8b)中,樣品均落在島弧巖石范圍內(nèi),表明具有島弧火山巖的特點,不同于英云閃長巖的埃達克質(zhì)特征。因此,土屋斑巖型銅礦床英云閃長巖、安山巖及閃長玢巖的地球化學特征表明,土屋斑巖銅礦床的成礦巖石英云閃長巖具有埃達克質(zhì)巖石的特征,而賦礦圍巖安山巖及閃長玢巖具有同源島弧火山巖的特點,二者的地球化學特征有顯著的差異,指示為不同期巖漿作用的產(chǎn)物。實驗巖石學表明,符合埃達克質(zhì)巖石地球化學特征的巖漿形成壓力至少在1.5GPa(熊小林等,2005;羅照華等,2010),即土屋斑巖型銅礦區(qū)深部斑巖體的源區(qū)熔融深度可能在50km以上。4.3島弧巖漿巖的形成環(huán)境本文和前人獲得的數(shù)據(jù)均顯示,土屋地區(qū)巖漿活動大約發(fā)生于早石炭世,土屋斑巖銅礦床成礦時代與成巖時代基本一致或稍晚。新疆北部地區(qū)晚古生代構造巖漿活動強烈,經(jīng)歷了板塊俯沖、陸-陸碰撞及后碰撞構造演化階段(王京彬和徐新,2006;韓寶福等,2006;婁峰和喻亨祥,2007;Zhouetal.,2008),早石炭世至晚二疊世期間的大規(guī)模構造巖漿活動,不僅使已經(jīng)形成的地殼被改造,而且地幔巖漿侵入地殼中,使地殼增厚(李錦軼,2004)。根據(jù)MASH模型(HildrethandMoorbath,1998;Hildreth,2007;Richards,2003),每一個大型弧火山的基線地球化學信號(baselinegeochemicalsignature)都可以不斷被重置,重置過程發(fā)生在深部地殼發(fā)生重熔和巖漿混合的區(qū)域內(nèi),因此該區(qū)域內(nèi)存在長時間的幔源巖漿誘捕、貯存和改造過程(Dengetal.,2004,2007;羅照華等,2008,2010)。在Wood(1980)構造環(huán)境判別圖解中,新疆土屋礦區(qū)火山巖樣品均落入島弧拉斑玄武巖和島弧鈣-堿