巴爾喀什地區成礦年代學
對巴爾喀什地區含礦巖體開展了系統的鋯石年代學研究，結果顯示於圖2.51和圖2.52中。
科翁納德斑巖銅礦區二長花崗斑巖樣品（xh080910-2（1））：鋯石具有巖漿鋯石的特點，Th/U值為0.45～0.73，所有12個測點給出的加權年齡平均值為327.3±2.1Ma（圖2.51a）。采自該礦區的英雲閃長玢巖樣品（xh080910-7（1））：鋯石具巖漿鋯石特點，10個測點給出的加權年齡平均值為308.7±2.2Ma（圖2.51b），代表英雲閃長玢巖的年齡。
采自阿科鬥卡斑巖銅礦床外圍的英雲閃長巖樣品（xh080919-4（1））：鋯石的Th/U值為0.53～1.52。12個測點給出的加權年齡平均值為335.7±1.3Ma（圖2.51c），代表英雲閃長巖的年齡。二長花崗斑巖樣品（xh080919-5（5））：鋯石的U、Th含量變化較小，Th/U值為0.56～1.61。所有12個測點給出的加權年齡平均值為327.5±1.9Ma（圖2.51d）。
采自博爾雷斑巖銅礦床的花崗閃長斑巖樣品（xh080912-9（2））：鋯石的U、Th含量變化較大，U為440×10-6～1184×10-6，Th為189×10-6～530×10-6，Th/U值為0.32～0.70。10個測點給出的加權平均年齡為 316.3±0.8Ma（圖 2.51e）。花崗閃長巖樣品（xh080912-9（3））：鋯石的U、Th含量變化較小，Th/U值為0.55～0.78，11個測點給出的加權平均年齡為305±3Ma（圖2.51f），代表該花崗閃長巖的年齡。
圖2.51 巴爾喀什地區與斑巖銅礦床有關的花崗巖類鋯石SHRIMP 測年結果
a，b—采自科翁納德；c，d—采自阿科鬥卡；e，f—采自博爾雷
薩亞克矽卡巖型銅多金屬礦集區中閃長巖樣品（XH080917-6（2））：鋯石的U、Th含量變化較大，U為127×10-6～818×10-6，Th為94×10-6～1141×10-6，Th/U值為0.56～1.44。表觀年齡較大的測點（360.3±3.4Ma、355.3±3.0Ma、347.2±7.3Ma）代表了繼承鋯石的年齡，表觀年齡明顯偏低（305.8±2.4Ma）的壹個鋯石可能受到熱液影響，其余10個測點給出的加權年齡平均值為335±2Ma（圖2.52a）。二長巖樣品（XH080917-9（2））：鋯石的Th/U值為0.60～1.59。13個測點可以給出兩組年齡數據，其加權年齡平均值分別為309±3Ma和297±3Ma（圖2.52b）。這可能表明兩期不同世代的鋯石，反映了晚期巖漿侵入到早期未完全固結的巖體之中。早期巖漿活動的鋯石結晶年齡為309±3Ma，最晚壹期的鋯石年齡為 297±3Ma，代表二長巖的結晶年齡。花崗閃長巖樣品（XH080917-12（1））：鋯石中的U、Th含量變化較大，Th/U值為0.30～0.73。10個測點給出的加權年齡平均值為308±10Ma（圖2.52c）。
圖2.52 巴爾喀什地區與矽卡巖型銅礦床及與雲英巖型鎢鉬礦床有關的花崗巖類鋯石SHRIMP 測年結果
a，b，c—采自薩亞克銅多金屬礦集區；d—采自東科翁納德礦床外圍；e—采自阿克沙套礦床；f—采自紮涅特礦床
東科翁納德鎢鉬礦床中堿性花崗巖樣品（xh080910-10（1））：鋯石的U含量為16×10-6～223×10-6，Th為14×10-6～213×10-6，Th/U值為0.76～1.17。所有12個測點給出的加權年齡平均值為293.6±2.7Ma（圖2.52d）。
阿克沙套鎢鉬礦床中花崗閃長巖樣品（xh080914-10（2））：鋯石的Th/U值為0.48～0.78。在剔除年齡值偏離較大的3個測點（310.5±1.0Ma，312.8±1.1Ma，311.6±1.1Ma，均為繼承鋯石）之後，其余9個測點給出的加權年齡平均值為306±1Ma（圖2.52e）。
紮涅特鉬礦床中二長花崗斑巖樣品（xh080915-5（3））：鋯石Th/U值為0.66～1.36。在剔除年齡值偏離較大的2個測點（326.6±6.0Ma和325.4±5.9Ma，均為繼承性鋯石）之後，其余10個測點給出的加權年齡平均值為304±4Ma（圖2.52 f），代表二長花崗斑巖的年齡。
誌留紀花崗巖類的TDM為1.70Ga，石炭紀花崗巖類TDM為0.54～1.17Ga，二疊紀花崗巖類TDM為0.54～1.02Ga，說明誌留紀花崗巖類與石炭紀、二疊紀花崗巖類可能來自不同的源區，而石炭紀與二疊紀花崗巖類可能具有相同的源區。由143Nd/144Nd-206Pb/204Pb（圖2.53）相關圖解可以看出：巴爾喀什地區花崗巖類樣品的投影點主要落在BSE附近。在εNd（t）-εSr（t）圖解中（圖2.54）。誌留紀、石炭紀和二疊紀花崗巖類處在從虧損地幔組分（DMC）到I型花崗巖的區間內，大致構成地幔端元與地殼端元的混合曲線。其中，誌留紀花崗巖類處在虧損地幔端元與地殼端元的中間位置，壹部分石炭紀花崗巖類處在虧損地幔端元的附近，另壹部分石炭紀花崗巖類處在未分異地球的附近，而二疊紀花崗巖類處在虧損地幔端元的附近。
圖2.53 巴爾喀什地區花崗巖類143Nd/144Nd-206Pb/204Pb 關系圖解
據Zindler等（1986）識別的地幔儲庫位置。DMM—虧損地幔（A和B）；EMⅠ—Ⅰ型富集地幔；EMⅡ—Ⅱ型富集地幔；MORB—大洋中脊玄武巖；PREMA—原始地幔；HIMU—高μ值地幔；BSE—全矽酸鹽地球
科翁納德斑巖銅礦床二長花崗斑巖初始εNd（t）為-0.07，後期侵入的圓筒狀不含礦英雲閃長玢巖的εNd（t）為+0.53，博爾雷斑巖銅礦床花崗閃長斑巖和花崗閃長巖的εNd（t）分別為-0.46和+0.09，反映了成礦物質來自於虧損地幔與大陸地殼物質的混染。阿科鬥卡斑巖銅礦床花崗閃長斑巖、二長花崗斑巖和外圍科爾達爾巖體早期石英閃長巖的εNd（t）分別為+5.43、+5.54和+5.51。因此，以巴爾喀什中央斷裂為界，巴爾喀什成礦帶花崗巖類具有東、西分段的特征：東部的薩亞克和阿科鬥卡地區通過地幔來源的新生物質導致陸殼的大規模生長，εNd（t）值為高的正值，為古生代新生地殼即年輕地殼基底（圖2.55），揭示了中亞造山帶晚古生代大陸地殼生長；而在西部的科翁納德地區，εNd（t）偏低，顯示殼幔混合的特點（新元古代地殼重熔）。
圖2.54 巴爾喀什地區花崗巖類εNd（t）-εSr（t）圖解
（澳大利亞東南部I型和S型花崗巖範圍據McCulloch等，1982；中亞造山帶花崗巖據洪大衛等，2003）
圖2.55 巴爾喀什地區晚古生代花崗巖類的εNd（t）與侵入時代的關系
科翁納德斑巖銅礦成礦作用主要發生在與早期斑狀花崗閃長巖侵入有關的圍巖蝕變階段。這壹階段在外接觸帶的蝕變酸性火山巖中疊加形成了剛玉-石英、石英-紅柱石、石英-絹雲母和青磐巖化礦物組合等圍巖蝕變，晚期形成石英-高嶺土泥化礦物組合。在侵入巖體內，斑狀花崗閃長巖的蝕變作用以絹英巖化為特征，具有青磐巖化黃鐵礦化外帶。滲入到似斑狀花崗閃長巖巖體中的泥化蝕變則與斑巖銅礦床的形成同步，並延續到礦化的最後階段。銅礦床外圍花崗巖鋯石U-Pb年齡為382～369 Ma（Kr?ner等，2008），早於斑巖銅礦成礦時代。鋯石U-Pb 測年限定了斑巖銅礦的形成時代，二長花崗斑巖的年齡為327Ma（表2.8）。阿科鬥卡礦床及其附近與花崗巖類有關的鋯石U-Pb定年結果，給出英雲閃長巖的結晶年齡為336Ma，花崗閃長斑巖結晶年齡為328Ma（表2.8）。
博爾雷斑巖銅礦床具有明顯的3期熱液作用：早期為堿性階段、中期酸性階段、晚期堿性階段（Abdulin等，1998）。礦化主要與早期堿性階段及中期酸性階段關系密切。博爾雷斑巖銅礦床兩個花崗閃長斑巖的結晶年齡分別為316Ma和305Ma（表2.8）。根據輝鉬礦Re-Os同位素數據，確定博爾雷斑巖型銅鉬成礦作用的時代為316Ma。
表2.8 巴爾喀什成礦帶代表性金屬礦床同位素年齡數據
續表
薩亞克銅多金屬礦集區的矽卡巖形成於高溫條件，成礦作用發生在矽卡巖形成之後，主要礦石礦物的沈澱溫度較高（590～350℃，Bespaev等，2004）。薩亞克地區與矽卡巖型銅礦床有關的花崗巖類侵入體中黑雲母樣品的K-Ar年齡為304～329Ma（Monich等，1966；Bespaev等，2004）。Cao等（2011）給出薩亞克Ⅰ號地區花崗閃長巖的鋯石U-Pb年齡為311 Ma。本研究根據5個花崗巖類樣品3種方法5種礦物的10個熱年代學年齡數據，給出了巴爾喀什成礦帶薩亞克大型矽卡巖型銅多金屬礦集區含礦巖體侵位與冷卻過程的精確時限，限定了與之有關的矽卡巖型銅成礦時代及礦床剝露歷史。薩亞克礦集區發育的銅礦化作用是巖漿活動的延續。335Ma的閃長巖與銅礦化作用關系最為密切；其次，308～311Ma的花崗閃長巖與銅礦化的關系也較為密切。因此，薩亞克矽卡巖型銅礦化有兩個階段，分別與335Ma（主期）和311～308 Ma巖漿侵入事件有關。
以阿克沙套鎢鉬礦床為例，雲英巖-石英脈型鎢鉬成礦作用具有多階段特征，包括通過巖漿流體和滲透水而發生的成礦物質活化、淋濾、重結晶和再沈澱過程。礦脈沿陡傾碎裂系統伸展和剪切帶分布。Yefimov等（1990）將阿克沙套鎢鉬成礦作用劃分為兩個階段：氣化熱液階段形成輝鉬礦-石英和稀有金屬礦化，熱液階段形成方鉛礦-閃鋅礦-石英相和方解石-螢石-石英組合。Bespaev等（2004）將阿克沙套礦床的形成劃分為3個階段：流體進入裂隙空洞之中（Ⅰ）、擴散性的交代作用導致了花崗巖中不含礦的石英黃玉雲英巖和鄰近的外接觸帶中石英白雲母和石英黃玉脈的形成（Ⅱ）、在礦體的較上部位和侵入體上部網狀脈中，發生二次沸騰並誘發成礦作用（Ⅲ）。
東科翁納德、阿克沙套鎢鉬礦床和紮涅特鉬礦床的輝鉬礦模式年齡分別為298Ma、289Ma和295Ma（表2.8）。東科翁納德鎢鉬礦床外圍的堿性花崗巖鋯石 U-Pb年齡為293.6±2.7Ma，略小於該礦床的輝鉬礦Re-Os年齡（298.0±4.6Ma），說明了堿性花崗巖的侵位與鎢鉬成礦作用近乎同時或稍後。阿克沙套、紮涅特與成礦作用有關的花崗閃長巖、二長花崗斑巖的結晶年齡分別為306Ma和304Ma，均大於輝鉬礦Re-Os同位素年齡，反映了鎢鉬成礦作用稍晚於花崗閃長巖和二長花崗斑巖。
阿科鬥卡銅多金屬礦集區外圍，英雲閃長巖樣品（xh080919-4（1））中的角閃石（圖2.56a，b）12個加熱階段的全熔年齡為310.6Ma，其1020～1250℃加熱階段的加權平均年齡為310.0±2.9Ma。40Ar/39Ar正等時線年齡為304±49Ma，反等時線年齡為291±64Ma。由反等時線得到的40Ar/36Ar 初始值為356±250，遠大於現代大氣氬同位素比值即尼爾值（298.6±0.31，Lee等，2006），說明該樣品存在嚴重的放射性成因氬過剩（繼承氬）。從階段加熱年齡譜可以看出，該角閃石在285Ma左右受到後期構造熱事件的改造。因此，這裏采用285Ma的後期改造年齡為其冷卻年齡。
阿科鬥卡銅礦床二長花崗斑巖樣品（Xh080919-5（5））中的鉀長石（圖2.56c，d）13個加熱階段的全熔年齡為274.9Ma，其950～1400℃加熱階段的加權平均年齡為274.9±2.5Ma。正等時線年齡為281.6±4.3Ma，反等時線年齡為281.5±4.2Ma。由反等時線得到的40Ar/36Ar初始值為200±39，遠小於尼爾值，說明該樣品存在嚴重的放射性成因氬丟失。因此，這裏采用正等時線年齡281.6±4.3Ma為其冷卻年齡。阿科鬥卡二長花崗斑巖樣品（Xh080919-5（5））黑雲母（圖2.56e）12個加熱階段的全熔年齡為271.5Ma。該樣品蝕變較強，坪年齡發育不好，用全熔年齡來代表其冷卻年齡。
薩亞克銅多金屬礦集區中，閃長巖樣品（XH080917-6（2））中的角閃石12個加熱階段的全熔年齡為287.3Ma，其700～1120℃加熱階段坪年齡為287.3±2.8Ma（圖2.57a），40 Ar/39Ar等時線年齡為287.0±6.3Ma，反等時線年齡為286.6±6.7Ma（圖2.57b）。由反等時線得到的40Ar/36Ar初始值為297.3±8.6，與尼爾值相壹致，說明不存在放射性成因氬丟失或氬過剩，采用反等時線年齡286.6±6.7Ma為其冷卻年齡。鉀長石樣品（XH080917-6（2））中13個加熱階段的全熔年齡為250.1Ma，坪年齡發育較好，其850～1250℃加熱階段坪年齡為249.8±1.6Ma（圖2.57c），40Ar/39Ar等時線年齡為257±11Ma，反等時線年齡為255±10Ma。由反等時線得到的40Ar/36Ar初始值為282±29，較尼爾值略小，說明該樣品可能存在輕微的放射性成因氬丟失，采用正等時線年齡257±11Ma為其冷卻年齡。花崗閃長巖樣品（XH080917-6（4））黑雲母12個加熱階段的全熔年齡為306.3Ma，坪年齡發育較好，其800～1230℃加熱階段坪年齡為307.9±1.8Ma（圖2.57 e），40Ar/39Ar等時線年齡為307.4±3.3Ma，反等時線年齡為306.6±2.9Ma（圖2.57f）。由反等時線得到的40Ar/36Ar初始值為296±12，與尼爾值基本壹致，說明不存在放射性成因氬丟失或氬過剩，反等時線年齡代表了真實的礦物冷卻年齡。
東科翁納德鎢鉬礦床堿性花崗巖樣品（xh080910-10（1））中的鉀長石14個加熱階段的全熔年齡為272.9Ma，坪年齡發育得較好，其800～1330℃加熱階段坪年齡為273.8±1.5Ma（圖2.58a），40Ar/39Ar 正等時線年齡為278±5Ma，反等時線年齡為277.0±4.9Ma（圖2.58b）。由反等時線得到的40Ar/36Ar初始值為261±19，較尼爾值為小，說明該樣品存在放射性成因氬丟失，采用正等時線年齡278±5Ma為其冷卻年齡。
圖2.56 阿科鬥卡銅礦床40Ar/39Ar 階段加熱年齡譜和年齡等時線
阿克沙套鎢鉬礦床堿性花崗巖樣品（xh080914-10（1）中鉀長石13個加熱階段的全熔年齡為288.0Ma，坪年齡發育較好，其900～1340℃加熱階段坪年齡為289.2±1.7Ma（圖2.58c），40Ar/39Ar 正等時線年齡為 290.2±3.8Ma，反等時線年齡為 288.8±3.6Ma（圖2.58d）。由反等時線得到的40Ar/36Ar初始值為293±48，與尼爾值基本壹致，說明該樣品可能不存在放射性成因氬過剩或氬丟失，因此，采用反等時線年齡為其冷卻年齡。該鉀長石可能在280Ma左右和255Ma左右受到後期構造熱事件的改造。
阿克沙套花崗閃長巖樣品（xh080914-10（2））中黑雲母11個加熱階段的全熔年齡為291.2Ma，坪年齡發育較好，其 800～ 1400℃ 加熱階段坪年齡為 293.5±1.8Ma（圖2.58e），40Ar/39Ar正等時線年齡為293.1±3.2Ma，反等時線年齡為292±3Ma（圖2.58f）。由反等時線得到的40Ar/36Ar初始值與尼爾值基本壹致。采用反等時線年齡292±3Ma為其冷卻年齡。
圖2.57 薩亞克礦集區40Ar/39Ar 階段加熱年齡譜和年齡等時線
地質熱年代學研究的礦物封閉溫度是認識地質體形成與剝露熱演化歷史的重要依據（陳宣華等，2010d）。從巴爾喀什成礦帶矽卡巖型銅多金屬礦床、斑巖型銅鉬礦床和雲英巖型鎢鉬礦床的花崗巖類鋯石U-Pb年齡，角閃石、黑雲母和鉀長石40Ar/39Ar年齡，磷灰石FT年齡（表2.8）和模擬熱歷史，以及它們各自的封閉溫度所構成的演化曲線（圖2.59）來看，該地區銅-鉬-鎢成礦作用的深度可能遠遠超過磷灰石FT部分退火帶的深度（其上界面在2km附近），而達到鉀長石40Ar/39Ar 封閉溫度所代表的深度位置（估計在5km 左右）。其中，發生矽卡巖型成礦作用的深成巖漿活動的侵位深度可能最深，斑巖型次之，雲英巖型最淺。矽卡巖型銅成礦作用與深成巖漿侵入事件（鋯石結晶）年齡更為接近。
圖2.58 東科翁納德和阿克沙套礦床40Ar/39Ar 階段加熱年齡譜和年齡等時線
前人估算阿科鬥卡礦集區相對於成礦時古地表的剝蝕深度分別為：艾達裏礦床1000～1500m、阿科鬥卡礦床1500～2000m、庫茲爾基亞礦床2500m以深（Sergiiko，1984），反映了阿科鬥卡礦集區東部剝蝕深，向西剝蝕深度變淺。本研究表明，這些斑巖型礦床均屬於深成斑巖成礦系統（＞2km）的產物。輝鉬礦的形成溫度在400℃左右，與雲英巖化早期吻合。因此，輝鉬礦Re-Os同位素年齡比較接近巖漿活動年齡，而導致巴爾喀什地區發生雲英巖-石英脈型鉬鎢成礦作用的巖漿侵位深度可能在5km左右。
巴爾喀什地區銅-鉬-鎢礦床花崗巖類的磷灰石 FT年齡（99.8±5.9Ma～66.9±4.1Ma）代表了各類礦床的剝露年齡，同時也是區域地殼的整體剝露年齡。這說明從晚白堊世開始，該地區剝露到2km以淺（圖2.59）。在右行走滑的科翁納德-博爾雷斷裂兩側，花崗巖類樣品的AFT年齡略有不同，並呈現規律性變化：①斷裂西側的AFT年齡總體上小於斷裂東側，反映西側地塊的後期擡升幅度大於東側；②斷裂兩側的最年輕AFT年齡均與中小型斑巖型成礦作用相對應。斷裂西側與斑巖有關的紮涅特鉬礦床，其AFT年齡（80.3±4.9Ma）可以與東側的博爾雷斑巖型銅礦床（AFT年齡為77.1±4.0Ma）相對比，反映了斷裂右行走滑運動發生在77Ma之後，右行走滑位移量為46km。
圖2.59 巴爾喀什地區銅鉬鎢礦床巖漿-成礦作用和剝露過程的溫度-時間圖解
a、b、c、d分別為冷卻速率0.1℃/Ma、1℃/Ma、10℃/Ma和100℃/Ma線。粗虛線及其陰影部分為推測冷卻曲線域。地質熱歷史主要分為4個階段：①巖漿侵入作用階段；②巖漿期後和熱液成礦階段；③區域緩慢冷卻階段；④區域地殼和礦床剝露階段。Zr—鋯石；Hb—角閃石；Mu—白雲母；Bi—黑雲母；Ksp—鉀長石；
Ap—磷灰石。年齡數據見表2.8
在薩亞克礦集區，磷灰石FT年齡分布具有向北東向變老的特點，說明花崗巖類受到後期走滑-逆沖斷層作用的影響，也反映NW—NNW向右行走滑-逆沖斷層作用的時間可能在66.9Ma。在阿科鬥卡礦集區，NE走向斷層兩側的花崗巖類AFT年齡說明，該斷層不僅具有左行走滑特征，而且具有北西盤相對擡升的逆沖斷層的性質，其走滑-逆沖斷層作用的時間為68Ma。
總之，巴爾喀什地區地殼演化與金屬成礦作用具有多階段性，表現為古生代陸殼增生顯著，殼幔相互作用強烈，多旋回物質活化-再活化作用顯著，成礦作用的時代相對集中在幾個時期。矽卡巖型銅多金屬礦床的成礦時代為335Ma和308Ma，斑巖型銅鉬礦床成礦時代為327～310Ma。