中国西北部天山东段W型富集花岗岩的岩浆作用、成矿作用及构造背景——地质年代学、地球化学及Sr-Nd同位素研究

本研究通过U-Pb定年、全岩地球化学及Sr-Nd同位素分析，揭示东天山碰撞造山带中CTT与Kumishi地区钨矿床形成机制差异。CTT地区钨矿赋存于242–231 Ma的I型生物元花岗岩，受岩浆分异主导；Kumishi地区钨矿形成于312–293 Ma，与S型及I型花岗岩相关，源岩包含更古老的 crustal组分，并受流体-岩石相互作用控制。

　　

李彦星|邓晓华|何希恒|马修·J·布罗佐夫斯基|杜景国|吴向宇

中国教育部西部矿产资源与地质工程重点实验室，长安大学地球科学与资源学院，西安，710054

摘要

东天山（ET）是中亚造山带（CAOB）内的一个关键金属成矿带，拥有广泛的钨多金属矿化作用。在中央天山地块（CTT）和库米希地区分布着许多与钨相关的侵入体；然而，控制钨矿化富集的因素——包括岩浆源特征、构造环境和地壳演化——仍然存在争议。本研究整合了锆石U-Pb地质年代学、全岩地球化学以及Sr-Nd同位素数据，这些数据来自贫钨和富钨花岗岩，以探讨它们的岩浆成因和成矿机制。锆石U-Pb年龄数据显示，CTT中的富钨侵入体形成于242–231百万年前，而库米希地区的侵入体则形成于更早的312–293百万年前，两者均发生在碰撞造山作用期间。CTT的花岗岩主要为I型，其特征是A/CNK比值较低（0.96–1.02）、中等放射成因的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i值（0.7067–0.7142）、略微负的ε_Nd(t)值（?3.10至?1.3），以及中元古代T_DM2模型年龄。相比之下，库米希地区的花岗岩包括S型（A/CNK=1.05–1.48）和I型（A/CNK=0.98–1.06）两种类型，其ε_Nd(t)值更负（?7.0至?2.83），T_DM2年龄也更老（1304–1632百万年），表明前寒武纪地壳成分的参与度更高。所有富钨花岗岩都富集了轻稀土元素（LREEs）而贫集了重稀土元素（HREEs）、钡（Ba）、锶（Sr）、铌（Nb）、磷（P）、欧罗巴姆（Eu）和钛（Ti），这与岩浆分异作用强烈有关。库米希地区的富钨侵入体显示出更负的ε_Nd(t)值、更老的模型年龄以及较低的Zr/Hf和Nb/Ta比值，表明它们来源于富钨的地壳物质，并伴随着大量的分馏结晶作用。相比之下，CTT中的富钨和贫钨侵入体在同位素和元素特征上基本相似，暗示它们具有相似的岩浆来源。这些结果定义了两种不同的成矿路径：在库米希地区，钨矿化主要受富钨地壳的贡献和强烈的岩浆分异作用控制；而在CTT地区，钨的富集则主要受岩浆-热液转化过程中钨的分配作用及随后的流体-岩石相互作用的影响。总体而言，这些发现为碰撞造山系统中的钨富集提供了新的约束，并为东天山地区的钨资源勘探提供了精细的框架。

引言

钨（W）被许多国家视为一种稀有且具有战略意义的金属（Shemi等人，2018年；Mao等人，2019年）。目前中国供应了全球54%的钨储量（美国地质调查局，2025年），使其成为全球最大的钨供应国。石英脉型、斑岩型、矽卡岩型和矽卡岩型矿床是钨矿化的主要类型（Sheng等人，2015年；Mao等人，2019年；Jiang等人，2020年），其矿化机制主要受母岩浆的地球化学性质和区域构造的控制（Mao等人，2019年；Jiang等人，2020年；Wu等人，2023年）。区域构造演化通过调节岩浆活动、流体迁移和矿化物的空间分布来影响钨矿化模式。例如，由于板块破碎导致的岩石圈剥离或软流圈上涌，从碰撞构造环境向伸展构造环境的转变促进了有利于富钨岩浆生成的地壳熔融过程。岩浆分异和挥发性元素（如氟、氯）的富集影响了热液中钨的饱和时间，而伸展断层系统（如剥离断层、断裂带）则为矿化流体的流动和金属沉积提供了通道和陷阱，最终决定了矿化的时空分布（Xu等人，2012年；Romer和Kroner，2016年；Mao等人，2019年）。

评估花岗岩的成因、贫钨和富钨花岗岩之间的岩浆成因差异以及花岗岩系统的矿化潜力对于增加金属储量至关重要；随着全球社区从依赖化石燃料燃烧转向使用需要关键金属的绿色技术，这一点变得越来越重要（Huang等人，2023年；Zhang等人，2015a，Zhang等人，2015b；Liu等人，2025a，Liu等人，2025b）。Qiu等人（2024年）针对松潘-甘孜造山带的花岗岩进行了研究，发现含锂花岗岩主要来源于古老地壳物质，并吸收了变质沉积成分，并经历了高度的岩浆分异作用。He等人（2023年）以丹南湖-头苏泉岛弧区的斑岩型铜矿床为例，研究表明含铜花岗岩具有Adakitic特征（表现为较高的Sr/Y比值），并来源于年轻地壳和贫乏地幔的岩浆。关于钼矿床，Wu等人（2017a，2017b，2017c）和He等人（2022年）发现，东天山康格尔-黄山剪切带中的斑岩型钼矿床由高钾钙碱性花岗岩组成，这些花岗岩起源于三叠纪部分熔融的下地壳。与该地区已经得到充分研究的斑岩型铜矿床不同，关于该地区钨矿床的研究较少。尽管我们知道该地区的钨矿化与富云母的硅质中间型和高硅侵入体（尤其是黑云母花岗岩（Xiaobaishitou；Li等人，2019年，Li等人，2020年）、黑云母正长岩（Shadong；Chen等人，2018年）和双云母正长岩（Zhongbao和Sangshuyuanzi；Chen等人，2013a）有关，但矿化侵入体与贫钨侵入体之间的地球化学和岩浆成因差异仍不明确。然而，这些信息对于建立东天山富钨花岗岩的矿床模型和勘探路径至关重要，从而提高勘探成功率。

东天山造山带位于中亚造山带的南部边缘，经历了多阶段的构造演化，其特征是广泛的多金属矿化（如斑岩型铜矿床、岩浆型镍矿床、花岗岩型稀土元素矿床），使其成为研究CAOB地区构造和矿化作用的重要地点（Mao等人，2008年；Wu等人，2014年；Deng等人，2016年；He等人，2025年）。东天山造山带一直是钨勘探和研究的重点，主要是因为该地区发育了经济价值较高的矽卡岩型钨矿床。代表性矿床包括Lngichke矿床（含约100千吨WO₃，品位0.58%；Soloviev和Kryazhev，2018年）和Koitash矿床（含约60千吨WO₃，品位0.56%；Soloviev和Kryazhev，2019年）。最近的地质勘探在CTT发现了多个矽卡岩型和石英脉型钨矿床，包括CTT的Shadong、Xiaobaishitou和Heiyanshan矿床，以及库米希地区南部的Wutonggou、Zhongbao和Sangshuyuanzi矿床（Jiang等人，2012年；Chen等人，2013a，Chen等人，2013b；Deng等人，2017年）。

本研究整合了CTT和库米希地区富钨花岗岩侵入体的锆石U-Pb测年数据、全岩地球化学数据和Sr-Nd同位素组成，以确定它们的侵入时间、地球化学特征、岩浆来源和形成时的构造背景。我们证明了东天山地区的富钨花岗岩是由来自碰撞造山环境中的地壳基底物质的高度分异岩浆系统形成的，并强调分异作用和后期热液过程对CTT和库米希地区矿化作用的形成起到了关键作用。

区域地质

东天山是CAOB南部的一个关键构造域，将准噶尔地块与塔里木克拉通分隔开来（图1a；Seng?r等人，1993年；Windley等人，2007年；Xiao等人，2013年）。在中国西北部，东天山造山带将塔里木盆地与北部? Turpan-Hami盆地连接起来（图1b），对于理解欧亚大陆的古生代聚合过程至关重要（Gao等人，1998年）。东天山的构造划分受到Kalameili等构造带的控制

富钨侵入体的地质特征

Xiaobaishitou钨矿床位于CTT的东部（图1c）。估计总资源量为36.3千吨WO₃（品位0.23–3.06%，平均0.78%）（Deng等人，2017年）。Xiaobaishitou的矿体主要形成于黑云母花岗岩侵入碳质石灰岩、石灰岩和大理石的过程中形成的矽卡岩中。矽卡岩化作用沿着黑云母带呈带状分布。富钨的黑云母花岗岩主要分布在矿区的西部和南部。

样品与结果

本研究使用的样品来自Xiaobaishitou、Shadong和Wutonggou的花岗岩侵入体。从Xiaobaishitou的露头中获得了9个与钨矿化相关的黑云母花岗岩样品（G-1–G-6，G-8–G-10）。从Shadong的ZK0007、ZK5601和ZK8003钻芯中获得了4个黑云母正长岩样品（ZK0007–72，ZK0007–75，ZK5601–26，ZK8003）。还获得了11个正长岩样品（W-3–W-9，W-11，W-13–W-15）

富钨花岗岩的形成时间

CTT内的矽卡岩型钨矿化作用广泛存在，例如Shadong和Xiaobaishitou矿床（Deng等人，2017年；Chen等人，2018年）。Shadong矿床是一个大型钨矿系统，与钾长石花岗岩、石英闪长岩和黑云母正长岩侵入体空间相关。地质年代数据表明，Shadong的富钨黑云母正长岩形成于236.8至231.4百万年前（图5a–d），这与之前的锆石U-Pb研究结果基本一致

结论

• （1）
  库米希地区的钨矿床形成于晚石炭世至早二叠世，而CTT地区的钨矿床形成于三叠纪。在这两个地区，钨矿化都与碰撞造山作用有关，地壳成熟度的增加促进了钨的富集和矿床的形成。

（2）
库米希地区的富钨花岗岩主要为高钾钙碱性S型花岗岩，I型花岗岩较少见。相比之下，CTT地区的花岗岩也为高钾钙碱性类型。

作者贡献声明

李彦星：撰写初稿、进行正式分析、数据管理。邓晓华：撰写、审稿与编辑、监督、资源获取。何希恒：撰写、审稿与编辑、研究设计。马修·J·布罗佐夫斯基：撰写、审稿与编辑。杜景国：资源协调。吴向宇：研究实施。

未引用的参考文献

Hu等人，1997

Rudnick和Gao，2003

利益冲突声明

我们确认本出版物不存在已知的利益冲突，也没有任何重要的财务支持会影响其结果。

我们确认所有署名的作者都已阅读并批准了手稿，且没有其他符合作者资格但未列出的人员。我们还确认手稿中作者的顺序得到了所有人的认可。

致谢

我们感谢Yanshuang Wu、Dong Xue、Lei Chen和Zhe Wang在野外工作和采样方面的帮助。本研究得到了国家自然科学基金（42222205）、新疆重点研发项目（2023B03015）、山西省自然科学基础研究计划（2025JC-YBQN-329）、中央高校基本科研业务费（300102273301）以及维吾尔自治区天池人才计划对Deng Xue的支持。