中亞成礦域西部巴爾喀什—準噶爾成礦帶晚古生代成礦作用大爆發

陳宣華+陳正樂+白彥飛+韓淑琴+丁偉翠+李江瑜+施煒+葉寶瑩

摘要：巴爾喀什—準噶爾成礦帶主要由巴爾喀什成礦帶、西準噶爾成礦帶和東準噶爾成礦帶組成，是中亞成礦域西部重要的晚古生代成礦帶。巴爾喀什—準噶爾成礦帶產出有大量著名的大型—超大型斑巖型銅鉬礦床（科翁臘德、阿克斗卡、博爾雷和包古圖）、大型矽卡巖型銅礦床（薩亞克）、大型稀有金屬礦床（東科翁臘德、扎涅特和阿克沙套）和大型造山帶型金礦床（哈圖）等。鋯石U-Pb測年，輝鉬礦Re-Os測年，角閃石、白云母、黑云母和鉀長石40Ar/39Ar熱年代學，鋯石和磷灰石裂變徑跡、（U-Th）/He測年和熱歷史模擬，限定了金屬礦床從深部形成到地表剝露的全過程熱演化歷史。熱年代學研究揭示該地區晚古生代與島弧/大陸弧有關的深成巖漿侵入活動和同時代的金屬成礦作用、晚古生代—早中生代的中溫區域冷卻歷史以及中生代以來金屬礦床的剝露作用。綜合花崗巖類地球化學和年代學研究結果，該地區經歷了從晚石炭世大洋板塊的俯沖到早二疊世陸內伸展作用的構造環境轉換；在此構造轉換時期，發生了金屬銅、鉬、稀有金屬和金成礦作用的大爆發，可稱之為中亞成礦域西部“晚古生代成礦作用大爆發”。矽卡巖型銅礦、斑巖型銅（鉬）礦、云英巖-石英脈型鉬鎢礦和造山帶（石英脈）型金礦構成了巴爾喀什—準噶爾成礦帶晚古生代成礦作用大爆發完整的區域成礦系列。

關鍵詞：晚古生代；地殼生長；成礦帶劃分；成礦系列；成礦作用；熱年代學；巴爾喀什—準噶爾成礦帶；中亞成礦域

中圖分類號：P612 文獻標志碼：A

Abstract： The Balkhash-Junggar metallogenic belt consists of Balkhash， West Junggar and East Junggar metallogenic belts in the western part of the Central Asian metallogenic domain. It is an important metallogenic belt with occurrence of many well-known super-large and large porphyry Cu-Mo deposits （such as Kounrad， Aktogai， Borly and Baogutu）， large skarn Cu deposits （such as Sayak）， large rare metal deposits （such as East Kounrad， Zhanet and Akshatau） and large orogenic Au deposits （such as Hatu）. Zircon U-Pb dating， Re-Os dating of molybdenite， 40Ar/39Ar thermochronology of hornblende， muscovite， biotite and K-feldspar， and fission track and （U-Th）/He dating of zircon and apatite and thermal history modeling， provide a multidisciplinary approach to constrain the whole thermo-history of metallic deposits from their formation in the deep to the exhumation in the surface. It reveals the arc-related granitic magmatism and the metallogenesis of skarn Cu， porphyry Cu-Mo， quartz-vein/greisen W-Mo and orogenic Au in Late Paleozoic， the medium-temperature regional cooling history in Late Paleozoic-Early Mesozoic， and the low-temperature exhumation of the deposits in Mesozoic. The timing combined with geochemistry of granitoids suggests a transition of tectonic environment from subduction and volcanic arc in Late Carboniferous to post-orogenic extension in Early Permian， and the concentrated mineralization of Cu， Mo， rare metals and Au during this tectonic transition. The complete metallogenic series for Late Paleozoic concentrated mineralization of Balkhash-Junggar metallogenic belt in the western part of the Central Asian metallogenic domain are skarn Cu， porphyry Cu-Mo， quartz-vein/greisen Mo-W， and orogenic （quartz-vein） Au deposits.

Key words： Late Paleozoic； crustal growth； division of metallogenic belt； metallogenic series； mineralization； thermal-chronology； Balkhash-Junggar metallogenic belt； Central Asian metallogenic domain

0 引 言

中亞成礦域（CAMD）也稱為古亞洲洋成礦域，西起歐亞交界的烏拉爾山脈，向東經哈薩克斯坦，烏茲別克斯坦，吉爾吉斯斯坦，中國的新疆、青海和甘肅北部、內蒙古西部，蒙古西部，至包括貝加爾湖東部在內的南西伯利亞地區，其范圍與中亞造山帶相一致[1]。中亞成礦域經歷了大陸基底形成、古亞洲洋陸緣增生和濱西太平洋大陸邊緣活動及陸內構造變動等多個階段，造就了多種有利的成礦環境；其西段以加里東期、海西期構造-成礦作用為主，東段疊加有燕山期成礦作用。中亞成礦域因其巨量的金屬和非金屬礦產資源而聞名于世，構成中國北方主要的構造成礦域。中亞成礦域西部的巴爾喀什—準噶爾成礦帶（BJMB）經歷了古生代多階段俯沖、地殼垂向增生和側向生長的造山歷史[2-10]，形成了火山塊狀硫化物-斑巖型銅礦-斑巖型鉬礦-云英巖石英脈型鎢鉬礦-稀土元素-鋅-鈮富集的成礦系列，成礦作用極其復雜多樣[1-2，11-27]。

本文對中亞成礦域西部進行了成礦帶劃分，介紹了巴爾喀什—準噶爾成礦帶地質概況，分析了與成礦作用密切相關的花崗巖類熱年代學研究成果，構建了始于巖漿侵入的構造-巖漿-成礦及其區域冷卻與剝露作用的熱歷史，進一步約束了矽卡巖型銅（多金屬）礦、斑巖型銅鉬礦、云英巖型鎢鉬礦和造山帶型金礦成礦作用的時代和成礦系列，從而提出了巴爾喀什—準噶爾成礦帶晚古生代成礦作用大爆發的初步認識，供該地區成礦規律研究和找礦實踐參考。

1 區域地質概況

1.1 中亞成礦域西部核心區成礦帶劃分

由于研究的不斷深入和資料的不斷積累，中國學者提出了關于中亞成礦域西部成礦帶劃分的不同看法。董連慧等將新疆西北部劃分為阿爾泰、準噶爾、伊犁和塔里木等成礦省[28]。其中，阿爾泰成礦省包括北阿爾泰和南阿爾泰等成礦帶，準噶爾成礦省含北準噶爾、唐巴勒—卡拉麥里、準噶爾盆地和準噶爾南緣等成礦帶，伊犁成礦省包括伊犁微板塊東北緣和伊犁等成礦帶。朱永峰將中亞成礦域西部核心區劃分為4個成礦省，分別為阿爾泰成礦省、巴爾喀什—準噶爾成礦省、楚伊犁—天山成礦省和西南天山成礦省，并將巴爾喀什—準噶爾成礦省劃分為扎爾瑪—薩吾爾、塔爾巴哈臺—謝米斯臺、阿科斗卡—巴爾魯克和巴爾喀什—西準噶爾等4個巨型成礦帶，將楚伊犁—天山成礦省劃分為莫因特—阿拉套—賽里木、楚伊犁—博洛霍勒、伊賽克—阿吾拉勒成礦帶和卡扎爾曼—那拉提等4個巨型成礦帶[13]。申萍等將哈薩克斯坦境內的環巴爾喀什地區劃分為扎爾瑪—薩吾爾、波謝庫爾—成吉斯和北巴爾喀什等3個成礦帶，將中國新疆西準噶爾地區劃分為薩吾爾、謝米斯臺—沙爾布提、巴爾魯克—克拉瑪依等3個成礦帶[29]。

根據成礦作用和斷裂構造體系發育的特點（圖1），結合前人關于成礦單元劃分的方案[13-14，28-29]，本文建議將中亞成礦域西部核心區初步劃分為阿爾泰、巴爾喀什—準噶爾、天山等3個成礦省和13個成礦帶（圖2）。其中，阿爾泰成礦省由北阿爾泰成礦帶（Ⅰ）、齋?！~爾齊斯成礦帶（Ⅱ）等組成，巴爾喀什—準噶爾成礦省由成吉思—謝米斯臺—阿爾曼太成礦帶（Ⅲ）、巴爾喀什成礦帶（Ⅳ）、西準噶爾成礦帶（Ⅴ）、東準噶爾成礦帶（Ⅵ）、阿拉套—賽里木成礦帶（Ⅶ）、楚伊犁成礦帶（Ⅷ）等組成，天山成礦省由伊賽克—阿吾拉勒成礦帶（Ⅸ）、北天山成礦帶（Ⅹ）、卡扎爾曼成礦帶（Ⅺ）、西南天山成礦帶（Ⅻ）、東天山成礦帶（）等組成。根據構造-成礦作用演化的相似性，本文將巴爾喀什成礦帶（Ⅳ）、西準噶爾成礦帶（Ⅴ）和東準噶爾成礦帶（Ⅵ）合稱為巴爾喀什—準噶爾成礦帶，構成中亞成礦域西部的核心成礦帶[12-14，16-17]。本文重點介紹巴爾喀什成礦帶和西準噶爾成礦帶。

1.2 巴爾喀什成礦帶

巴爾喀什成礦帶（圖2、3）位于中亞哈薩克斯坦巴爾喀什湖北側的巴爾喀什、薩亞克和阿克斗卡地區，是中亞造山帶哈薩克斯坦—天山馬蹄形構造帶的內緣，為一晚古生代（海西期）造山帶，屬準噶爾北緣古生代活動陸緣的濱巴爾喀什泥盆紀—石炭紀殘余洋盆[33]，是中亞成礦域多核成礦系統最重要的核心區之一[12，16]。帶內產出有科翁臘德、阿克斗卡、博爾雷等大型—超大型斑巖型銅礦床[26]，薩亞克大型矽卡巖型銅礦床[19，26]，以及東科翁臘德、阿克沙套、扎涅特等云英巖-石英脈型鎢鉬礦床等[16，27，34]。

Ⅰ為北阿爾泰成礦帶；Ⅱ為齋?！~爾齊斯成礦帶；Ⅲ為成吉思—謝米斯臺—阿爾曼太成礦帶；Ⅳ為巴爾喀什成礦帶；Ⅴ為西準噶爾成礦帶；Ⅵ為東準噶爾成礦帶；Ⅶ為阿拉套—賽里木成礦帶；Ⅷ為楚伊犁成礦帶；Ⅸ為伊賽克—阿吾拉勒成礦帶；Ⅹ為北天山成礦帶；Ⅺ為卡扎爾曼成礦帶；Ⅻ為西南天山成礦帶；為東天山成礦帶巴爾喀什成礦帶前寒武紀和古生代地層出露于相對穩定地塊（莫因特地塊）和縫合帶中，地層出露齊全，有震旦紀—寒武紀石英砂巖、灰巖和含磷地層，奧陶紀灰巖、粉砂巖、砂巖和礫巖建造，在縫合帶內有蛇綠巖及蛇綠混雜巖建造。志留紀地層為一套陸相碎屑巖系，其厚度巨大，達5 000～6 000 m。泥盆系分布很廣泛，下泥盆統主要為海相陸源沉積，局部含安山玢巖建造，下中泥盆統為海相火山沉積巖建造，其后火山活動強烈，廣泛出現安山巖-英安巖-流紋巖建造。早石炭世在濱巴爾喀什地區廣泛分布有碳酸鹽-陸源碎屑巖建造和陸相流紋巖-英安巖建造，其上為晚石炭世陸源碎屑巖及磨拉石建造。

斷裂構造體系引自文獻[21]；鋯石U-Pb年齡單位為Ma，對應右上角帶括號的編號（1）～（20）分別對應文獻[44]～[63]，編號（21）對應文獻[64]；斷裂①～B13分別對應成吉思—準噶爾斷裂（也稱為艾比湖斷裂）、達拉布特斷裂、瑪依勒斷裂、巴爾魯克斷裂、安齊斷裂、塔爾根斷裂（環狀構造）、瑪雅圖斷裂、扎婁勒山—拉巴斷裂、一家人斷裂、哈圖斷裂、別魯阿嘎希斷裂、孟布拉克斷裂、楊莊斷裂；花崗巖類巖體KM、SL、AT、TC、HT、AK、ME、JT、AL、LD、DL、LK、BE、TE、YM、KD、TK、TX、BL、YY、GZ、HS、KL和K956分別對應庫魯木蘇巖體、賽力克巖體、阿克鐵熱克巖體、鐵廠溝巖體、哈圖巖體、阿克巴斯套巖體、廟爾溝巖體、接特布調巖體、阿拉山口巖體、拉巴河東巖體、都倫河東巖體、拉巴河口巖體、布爾克斯臺巖體、塔爾根巖體、雅瑪圖西南巖體、康德薩依巖體、塔克爾干巖體、塔克爾干西北巖體、別魯阿嘎希巖體、玉依巖體、鴿子洞巖體、紅山巖體、克拉瑪依巖體和956巖體；BI、BII、BIII、BIV、BV分別為包古圖Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號、Ⅳ號和Ⅴ號巖體；KI、KII分別為克拉瑪依Ⅰ號和Ⅱ號巖體巴爾喀什成礦帶具有多期構造-巖漿侵入活動，其中以海西期最為強烈[35-37]。侵入巖分布十分廣泛，主要為中酸性侵入巖，早石炭世花崗巖分布在北巴爾喀什復背斜的邊緣，中石炭世—晚石炭世是巖漿活動的鼎盛期。大面積分布的花崗閃長巖-花崗巖建造以及中淺層侵入的中酸性斑巖，構成最具潛力的成礦建造?？莆膛D德超大型斑巖型銅礦床就產于托克勞盆地托帕爾雜巖體最晚期的花崗閃長斑巖中。晚古生代構造-巖漿活動造就了巴爾喀什成礦帶，使之成為哈薩克斯坦最主要的斑巖型銅礦化集中區[38-39]，同時也是世界上三大斑巖型銅礦帶最重要的銅礦區之一。楊屹等給出巴爾喀什成礦帶晚古生代最晚期深成巖漿侵入事件的年齡為（289.7±23）Ma（早二疊世）[40]，標志著洋陸轉換之后的陸內伸展作用過程中花崗巖巖漿活動在這之后近乎結束。