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西天山构造演化与优势矿产成矿规律
张连昌1,2，冯京3，李平3，朱明田1，董志国1，高炳宇1，张新1，王长乐1，陈博4，计文化4
1 中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院矿产资源研究重点实验室
2 中国科学院大学
3 新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局
4 中国地质调查局西安地质调查中心
作者简介：张连昌，研究员，博士生导师，矿床地质专业。
图1 西天山区域构造地质和主要矿床分布简图
伊犁地块可进一步划分为伊犁地块北缘活动陆缘、伊犁地块、伊犁地块南缘活动陆缘；中天山地块可划分为中天山复合弧地体和西天山（高压）增生楔。
（1）伊犁地块北缘由不同岩性特征的前寒武纪变质岩系组成，主要包括元古代的温泉群、哈尔达瓦群浅变质碎屑岩，新元古界开尔塔斯群、库松木切克群碳酸盐岩夹少量碎屑岩和震旦系凯拉克提群冰碛岩。主要出露于赛里木湖以北、科古琴山一带，区内广泛发育沉积型铅锌矿，已知矿床有哈尔达坂、托克赛和四台海泉铅锌矿等。
（2）伊犁地块的主体相当于伊犁盆地范围，被中新生代沉积物覆盖。该地块东段阿吾拉勒山一带出露石炭纪、二叠纪火山岩和沉积岩，以火山岩-火山沉积相铁多金属矿为特征。矿床与火山机构相对位置不同常表现出不同的成矿作用特征，可形成火山沉积型、火山热液型和矿浆喷溢型矿床。远离火山机构的沉积型铁锰矿形成于石炭纪的碎屑岩-碳酸盐岩建造中，属浅海陆棚相沉积，已知矿床有西天山的莫托沙拉铁锰矿床等。
（3）伊犁地块南缘，主要沿伊什基里克山、那拉提山北坡、阿吾拉勒山南缘一带分布。浅成低温热液型金矿主要形成于晚古生代，受破火山机构控制，多产于环形断裂中，代表性矿床有阿希、博古图。矽卡岩型铁铜矿为近年发现并被评价的西天山哈拉尕提铁铜多金属矿体，产于大瓦布拉克二长花岗杂岩体与上奥陶统呼独克达坂组粉-泥晶灰岩接触带矽卡岩中，形态不规则，严格受接触带矽卡岩控制。
（4）中天山复合地块夹持于那拉提北缘断裂-尼古拉耶夫线和中天山南缘断裂之间，具前寒武纪变质结晶基底，并广泛叠加了古生代侵入岩、火山岩和沉积岩。
（5）西天山矿种较丰富，金属矿产主要有金、铜（镍）、铁、铅锌、锰等（图1）。其中大型金矿4处（阿希、卡特巴阿苏、博古图、双泉），中型铜矿5处（嘛喇苏、群吉哈勒尕提、博斯坦北、乔霍特），大型铁矿4处（查岗诺尔、智博、敦德、备战）、中型铁矿7处（松湖、尼新塔格阿克萨依、塔尔塔格、式可布台、阔拉萨依），中型锰矿2处（昭苏、莫托萨拉），大-中型铅锌矿2处（哈尔达坂、托克赛）。在西天山金、铁、锰、铜、铅锌矿是优势矿种。
西天山的矿床类型主要包括火山岩型、沉积型、浅成低温热液型、矽卡岩型、岩浆岩型等（表1）。金矿类型主要有斑岩型和浅成低温热液型铜矿类型主要为火山岩型、矽卡岩型和斑岩型铅锌矿类型主要为热水沉积（SEDEX）型和热液型，铁矿主要为海相火山岩型、海相火山-沉积岩型，锰矿主要为海相沉积型，钼矿主要为斑岩型和矽卡岩型，铜镍矿为岩浆熔离型。还有几个多金属矿床（如嘛喇苏、莱历斯高尔等）具有斑岩-矽卡岩复合型矿床的特征。
表1 西天山成矿带主要矿床类型简表
2.1.1 矿带基本概况
哈尔达坂前寒武纪铅锌成矿带是新疆有色地质矿产勘查院2010年前后在西天山开展1：5万水系沉积物测量及异常查证时在前寒武纪地层中新发现的热水沉积型铅锌矿床，经初步勘探目前已达大型规模。该矿带构造位置位于哈萨克斯坦-伊犁地块北缘，容矿岩系由元古代变质沉积岩系构成。其中最老地层是元古界温泉群，主要由角闪片岩、二云母片岩、斜长角闪岩、黑云母斜长片麻岩、云母石英片岩、眼球状片麻岩等组成。这套变质岩过去被认为形成于古元古代。最近Liu et al.（2014）和Huang et al.（2016）依据碎屑锆石研究，认为伊犁地块温泉群变质碎屑沉积岩主要沉积于新元古代。长城系主要由变粒岩、石英岩夹变质砂岩、板岩和千枚岩夹基性火山岩组成；蓟县系为一套含镁质较高的碳酸盐岩夹中基性火山岩；青白口系和震旦系具稳定型沉积特征，前者为浅海相镁、硅质碳酸盐岩夹碎屑岩建造，后者不整合于其上，为冰碛成因的碎屑岩（新疆维吾尔自治区地质矿产局，1993）。该成矿带主要包括哈萨克斯坦一侧的捷克利（Tekeli）超大型铅锌矿床和亚布洛诺沃耶（Yablonovoye）中型铅锌矿床、中国境内的哈尔达坂大型铅锌矿、科克赛和四台海泉中型铅锌矿（图2）。
图2 哈尔达坂铅锌矿与捷克利大型铅锌矿对比示意
该成矿带代表性矿床有我国境内的托克赛、哈尔达坂和哈萨克斯坦的捷克利铅锌矿。
（1）托克赛铅锌矿床位于新疆温泉县西近国界处，矿区出露地层为元古界温泉群中等变质的浅海陆棚相-深海相碳酸盐岩夹碎屑岩建造。主要岩性有透闪石石英岩、大理岩、二云石英片岩和片岩等，铅锌矿化主要赋存于中部的薄层状大理岩中。矿区地层呈单斜产出，总体走向近EW向，倾向南，倾角55°〜67°。矿区可见华力西中晚期细粒石英闪长岩和花岗闪长岩脉，脉体长一般几十至百余米，宽一般几十厘米至数米，顺层或斜切地层产出，在矿化体上下盘或矿化体内常可见到此类岩脉，岩脉中未见铅锌矿化。区内发现2个含矿层，I号含矿层出露长度大于3.4km，宽20〜40m，最宽处可达140m；Ⅱ号含矿层宽20〜50m，断续出露长约1.4km。含矿层为薄层状大理岩或大理岩化灰岩，走向近东西，倾向南，倾角60°〜70°。含矿层延伸稳定，但其中的铅锌矿化不均匀，可见星点状或稠密浸染状分布的闪锌矿及少量呈条纹或条带状的方铅矿，闪锌矿和方铅矿条纹或条带密集分布区构成铅锌矿体。条纹或条带一般宽0.3〜0.5cm，局部宽可达1〜3cm，条纹或条带平直，延伸较稳定。矿区内圈出11个铅锌矿体，其中主矿体I-6呈层状、似层状产出，长1680余米，宽7.08〜15.74m，最宽处可达25.61m，铅+锌平均含量1.28%。矿石呈粒状变晶结构、半自形-他形粒状结构，条纹或条带状、细脉浸染状、块状构造等。矿石中主要金属矿物有闪锌矿和方铅矿，含少量黄铁矿、磁黄铁矿和黄铜矿，脉石矿物主要为方解石，含少量石英和白云石。初步地质勘查表明托克赛铅锌矿床具中等规模。
（2）哈尔达坂铅锌矿床位于新疆温泉县赛里木湖西北一带，矿区容矿围岩为一套元古代浅变质的沉积碎屑岩夹碳酸盐岩建造（新疆维吾尔自治区地质矿产局，1993），主要岩性为灰岩、含碳灰岩、白云质灰岩、大理岩化灰岩、大理岩、碳质板岩、变砂岩、变粉砂岩和硅质岩以及它们的韵律互层。矿区地层呈近东西走向、倾向为南、倾角70°~85°的单斜构造。矿区断裂不发育、多见海西中晚期闪长岩脉。目前矿区已圈出63条铅锌矿体（含20条盲矿体），单矿体长几十至几百米，最长可达800m，厚几米至十余米，最厚处可达30余米，这些矿体均呈透镜状或似层状，近东西走向，与地层整合产出。铅锌矿体的直接容矿岩石包括含碳灰岩、白云质灰岩、细碎屑岩和碳质板岩等，空间上表现出与哈尔达坂群海相沉积岩有密切关系。矿体下盘发育硅化、绿泥石化等热液蚀变，而上盘不发育。原生矿石中金属矿物主要为闪锌矿，少量方铅矿、磁黄铁矿和黄铁矿，非金属矿物包括石英、长石、方解石、绢云母等。矿石呈条带状、致密块状、浸染状、角砾状等构造和微晶-细晶、半自形-他形粒状等结构。矿石品位Zn+Pb为5%~25%，最高可达30%。段士刚（2011）、薛春纪等（2014a）认为该矿床与一般的热水沉积型铅锌矿床地质特征比较相似、围岩蚀变不对称发育，近矿围岩硅质岩为热水沉积成因，S和Pb稳定同位素组成指示成矿物质来自基底和元古宇盖层。
本课题组新近获得哈尔达坂铅锌矿赋矿围岩含碳细碎屑岩的Re-Os同位素年龄为574Ma（未发表），与顾雪祥等（未发表）获得的围岩碎屑锆石U-Pb年龄基本一致，代表围岩及矿层的形成时代，即哈尔达板赋矿地层及沉积成矿时代为新元古代。通过将哈尔达坂与哈萨克斯坦捷克利（Teke-li）铅锌矿床进行对比，发现二者地质背景、容矿岩性、沉积环境和形成时代等均具有相似性（表2），据此推测哈尔达坂铅锌矿的成矿条件十分有利。
表2 哈尔达坂与捷克利大型铅锌矿对比
图3 哈尔达坂元古代铅锌矿构造背景与沉积环境
图4 阿希金矿集中区地质图
图6 阿吾拉勒铁多金属成矿带地质简图
图7 西天山阿吾拉勒铁石炭纪多金属成矿带构造动力学背景及成矿模式
a.成矿带构造背景；b.成矿带成矿系列，据李凤鸣等（2011）修改；1.火山熔岩；2.含火山角砾熔岩、火山角砾岩；3.凝灰岩；4.凝灰质砂岩；5.砂岩；6.灰岩；7.铁锰矿体；8.断裂；9.火山物质运移方向。地层代号：C1y.上石炭统伊什基里克组；C1a.下石炭统艾肯达坂组；C1d.下石炭统大哈拉军山组。代表矿区：①昭苏锰矿；②阔拉萨依铁矿；③式可布台铁矿；④松湖铁矿；⑤查岗诺尔铁矿；⑥智博铁矿；⑦备战铁矿；⑧敦德铁矿；⑨莫托萨拉铁锰矿
图8 那拉提成矿带构造分区、矿床分布略图
1.新生代凹陷盆地；2.石炭纪火山岛弧；3.晚古生代岩浆弧；4.石炭纪沉积盆地；5.早古生代岩浆弧；6.志留纪火山岛弧；7.前寒武纪结晶基底；8.断裂；9.铜矿；10.钨矿；11.金矿；12.铁矿；13.铜镍矿
2.4.3 成矿模式
基于卡特巴阿苏斑岩型金矿的成矿时代(〜323Ma)及卡特巴阿苏矿区东南〜332Ma蛇绿岩的发现等证据，笔者推测晚石炭世伊犁-中天山地块南缘的构造环境还是一个由南天山洋北向俯冲形成的陆缘弧。因此推断，卡特巴阿苏金矿床赋矿岩体二长花岗岩、花岗岩和花岗闪长岩形成于与洋壳俯冲有关的岛弧环境(图9)。实际上早期形成的粗粒花岗闪长岩-二长花岗岩复式岩体富含较多金属硫化物，初步富集了成矿有用元素，伴随岩体侵位后的区域断裂活动，在岩体内形成具一定规模的断裂破碎带，该构造带不仅为成矿热液活动提供了矿液运移通道，还提供了储矿空间。进一步研究表明，卡特巴阿苏金矿与东天山的土屋-延东斑岩铜矿（〜340〜320Ma），以及西部境外的Almalyk斑岩铜金矿（〜315Ma）的形成环境与成矿时代均具有相似性。