新疆北部晚古生代大规模岩浆成矿的地球动力学20120405.pdf

书书书 第 卷 第期 年月 地学前缘 中国地质大学 北京 北京大学 地学前缘 收稿日期 修回日期 基金项目 国家科技支撑重点项目 中国地质调查局地质大调查项目 作者简介李文渊 男研究员 博士生导师从事岩浆作用矿床及区域成矿研究 通讯作者简介 张照伟 男 博士研究生 主要从事岩浆铜镍矿床研究 新疆北部晚古生代大规模岩浆成矿的地球动力学 背景和战略找矿远景 李文渊 牛耀龄 张照伟 张铭杰 高永宝 胡沛青 张江伟 谭文娟 姜寒冰 中国地质调查局 西安地质调查中心陕西 西安 兰州大学 地球科学与矿产资源学院甘肃 兰州 长安大学 资源学院陕西 西安 李文渊 牛耀龄 张照伟 等 地学前缘 地学前缘 摘要 新疆北部石炭二叠纪存在大规模岩浆成矿作用 但对成矿地球动力学机制缺乏系统认识在前人 工作和我们近年来工作的基础上 文中扼要总结了我们新的初步认识 旨在为深化研究奠定思想基础文中 指出新疆北部泥盆石炭纪岩浆活动和成矿作用是板块构造的直接产物石炭纪的板块消减及有关的岩浆 作用可能一直持续到三叠纪地幔柱岩浆作用的起始时间不详 可能在晚石炭世 但集中表现在二叠纪两 种岩浆构造体系在时间上的叠加和空间上的并存造就了成矿作用的集中爆发以及成矿类型上的时空变化 与之有关的成矿作用和相应的成矿类型主要有 赋存于晚泥盆世早石炭世海相火山岩中的磁铁矿床 有火 山岩浆喷溢成因的可能 但更具有夕卡岩型铁矿的特征 泥盆纪末到早三叠世与中酸性侵入岩有关的斑岩型 夕卡岩型 铜 钼 矿床以及早二叠世与镁铁 超镁铁质侵入岩有关的岩浆铜镍硫化物矿床后者与南疆塔 里木盆地已知溢流玄武岩在时代上 的一致性意味着包括该溢流玄武岩的基性大火成岩省可能 分布很广泛 波及北疆的相当地域如这一推论能够证实 那么与之有成因联系的钒钛磁铁矿和铜镍硫化物 矿化点 矿床的分布就不应只局限于已知造山带 应该分布更广这里造山带的 成矿专属性 很有可能只是 构造暴露而已这一思路有助于我们研究新疆北部晚古生代岩浆成矿作用以及与岩浆作用有关的成矿作用 并对寻找同类矿床有战略指导意义 关键词 新疆北部 石炭二叠纪 板块构造 大火成岩省 构造体制并存 中图分类号 文献标志码文章编号 引言 岩浆矿床是岩浆演化的特殊产物 不同类型的 矿床与特定的岩浆活动有成因联系 不同的岩浆 活动又与地质构造环境有成因联系新疆北部晚古 生代大规模岩浆成矿作用的多样性反映了岩浆作用 的多样性及构造演化的特殊性 新疆北部分布 着为数众多的晚古生代岩浆矿床 图 如与镁铁 超镁铁岩有关的铜镍矿床 喀拉通克 黄山 图拉尔 根等 和钒钛磁铁矿矿床 香山西 瓦吉里塔格等 与中酸性侵入岩有关的斑岩 夕卡岩型 铜 钼 矿床 土屋延东 哈腊苏 包古图等 赋存于海相火山 次火山岩中的磁铁矿床 查岗诺尔 备战 雅满苏 等 以及与块状硫化物有关的铜多金属矿床 卡拉 塔格 等这些已知矿床主要分布在天山造山带和 阿尔泰造山带 对新疆北部已发现的大中型矿床进 行成矿时代统计 表明形成时代主要集中在石 炭二叠纪 图 矿床类型多样 时间集中 分布 广泛 成矿作用的这种 集中爆发 在全球范围 内具有独特性 对其深入研究有多重意义 有助 于认识全球晚古生代地质构造格局和亚洲大陆的形 成和演化 同时也有助于建立成矿理论 指导区域找 矿 本文总结了新疆北部晚古生代与岩浆作用有关 的矿床在地质学 矿床学 地球化学 地球物理等领 域的研究成果 分析了岩浆成矿作用的大地构造背 景 岩浆作用类型 矿床地质特征 时空分布 探讨了 这些矿床可能的动力学机制 提出未来研究的战略 方向 大地构造及区域地质背景 大地构造背景 新疆北部指塔里木盆地以北地区 包括阿尔泰 山 东准噶尔和西准噶尔低山丘陵 准噶尔盆地 天 山等山脉和盆地 属于中亚地区巨型盆岭地貌格局 的重要组成部分大地构造位置恰处于哈萨克斯 坦 西伯利亚和塔里木个古陆板块交汇复合部位 其大地构造演化比较复杂 元古宙大陆裂解 早古生 代洋盆扩张 晚古生代板块增生边缘的地壳伸展及 中生代板内演化基本奠定了目前新疆北部地质构造 格架的基本轮廓新生代以来的构造活动主要表现 在对印度 欧亚板块碰撞的响应 差异性隆升与剥 蚀 地层 新疆北部地层出露齐全 从太古宇到第四系各 时代的地层均有分布太古宇仅出露于塔里木地块 李文渊 牛耀龄 张照伟 等 地学前缘 地学前缘 图 新疆北部地质矿产分布图 据文献 新生界中生界上古生界下古生界古生界震旦系寒武系新元古界中 新元古界中元古 界 古 中元古界 古元古界 元古宇 新太古界元古宇 新太古界中太古界 火山岩 地层界 线 断层 超大型矿床 大型矿床 中型矿床 黑色金属矿床 有色金属矿床 铜镍矿点 贵金 属矿床 稀有金属矿床 图 新疆北部岩浆矿床成矿时代分布及直方图 据文献 李文渊 牛耀龄 张照伟 等 地学前缘 地学前缘 北缘的库鲁克塔格地区 主要为混合岩及片麻岩 元古宇主要分布于天山造山带内部及其两侧的微陆 块上古元古界及中元古界由混合岩 片麻岩 片 岩 千枚岩 变质砂岩 石英岩及大理岩等组成新 元古界的下部青白口系主要由碳酸盐岩 碎屑岩及 少量片麻岩 片岩组成新元古界中上部的南华 系和震旦系 则以发育裂谷火山岩及广泛出现冰碛 岩为特点 在青白口系与南华系之间为不整合接触 图 欧亚大陆个二叠纪大火成岩省分布 据文献 海西期二叠三叠纪隆起 加里东期中生代二叠三叠纪溢流玄武岩 蒂曼巴伦支海域 西徐亚带 维尔霍扬斯克带 关系 寒武系除准噶尔外 在其他地区均有分 布奥陶系出露于除天山东段以外的其余地区 与 寒武系多呈整合接触 含丰富的笔石类 头足类等化 石在天山西段 准噶尔及新疆北山地区 奥陶系中 出现少量火山岩夹层 局部地区奥陶系变质较深 志留系遍布于研究区内 塔里木地块北缘 志留系与 奥陶系间呈不整合或平行不整合接触泥盆系在塔 里木地块北缘与志留系间多为整合过渡在其他地 区泥盆系与下伏地层的接触关系变化不定 既有整 合也有不整合接触部分地区缺失下泥盆统或未见 底 泥盆系中广泛发育有弧 盆体系火山岩 以 天山和准噶尔地区为主石炭系是分布极为广泛的 地层 含丰富的类 珊瑚及腕足等化石研究区 内石炭系几乎总是呈角度不整合覆盖于下伏老地层 之上除塔里木地块北缘外 裂谷火山岩极为发育 是石炭系的最大特征中生界以陆相地层为主 含 丰富的陆相化石 如恐龙 鱼类 植物及叶肢介等 中生界是重要的含煤层 生油层及储油层 还含有 铀 石膏及岩盐等矿产新生界在本区广泛分布 均 为陆相地层古近系和新近系发育齐全 含有石膏 及石油等矿产第四系有多种成因类型 如湖积 冲 积 洪积 坡积 风积和冰川活动堆积等等 并含盐类 及砂金等矿产 岩浆作用 大火成岩省是大规模岩浆活动在时间和空间上 的集中表现欧亚大陆已被证实存在的个二叠纪 的大火成岩省 图 被认为是地幔柱作用的结果 峨眉山大火成岩省与西伯利亚大火成岩省所伴随的 岩浆作用均产生了大规模的岩浆系列金属矿床 连 同塔里木大火成岩省 总体呈北西走向展布在欧亚 大陆上夏林圻等研究认为 新疆北部同样存 在石炭二叠纪的大火成岩省 作用范围为天山及 李文渊 牛耀龄 张照伟 等 地学前缘 地学前缘 图 新疆北部石炭纪早二叠世火山岩分布图 据文献 西准噶尔沟 弧 盆系 早古生代泥盆纪 东准噶尔弧 盆系 早古生代泥盆纪 博乐构造岩浆岩带 晚古生代 北天山蛇绿岩带 石炭纪 博洛科努褶褶皱带 早古生代 米什沟干沟褶皱带 早古生 代 东天山大南湖泥盆纪弧 盆体系 南天山沟 弧 盆体系 早古生代泥盆纪 柯坪陆棚区 新元古 代古生代 北山沟 弧 盆体系 早古生代 邻区 其岩浆作用形成了大量的内生金属矿床该 大火成岩省的概念更为广泛 包括了石炭纪聚敛板 块边界岩浆作用的产物但二叠纪的这些内生金属 矿床是否与地幔柱有关 是否与被认同的塔里木大 火成岩省存在联系是本文讨论的内容 石炭纪晚期二叠纪是新疆北部岩浆活动最为 活跃的时期这一时期岩浆活动的产物在空间上呈 带状分布 图 并且不同类型岩石表现出空间分 带性 如喀拉通克 黄山秋格明塔什 北山和箐布 拉克等基性 超基性杂岩带 东 西准噶尔 觉罗塔 格和南天山等富碱花岗岩带 博格达 伊犁和北山等 火山岩带 以上古生代晚期的岩浆活动 揭示出新疆北部 在石炭纪中期统一大陆块体形成以后 经历了大规 模的地壳伸展作用 产生比较强烈的壳幔相互作用 导致明显的地幔物质注入和地壳的垂向增生作用以 及地壳物质的重新组合 壳幔相互作用主要表 现为喀拉通克和黄山等地幔源岩浆侵入到地壳之中 或喷出到地表 以及幔源岩浆底侵 以热源的形式引 起地壳物质重新组合产生大规模岩浆活动地壳物 质重组在这里是指新疆北部地壳在石炭纪晚期至二 叠纪期间重熔形成中酸性岩浆 侵入地壳之中冷凝 结晶形成花岗质岩基或喷出地表形成比较年轻的火 山岩 与岩浆作用有关的主要矿床类型 新疆北部石炭二叠纪以与岩浆作用密切相关 的内生矿床为显著成矿特色主要成矿类型有 岩浆铜镍硫化物矿床 钒钛磁铁矿矿床 以东准 噶尔北缘喀拉通克和东天山黄山 黄山东 图拉尔 根 香山西等矿床为代表 斑岩型铜 钼 矿床 以 东天山土屋 延东 东戈壁和西准噶尔包古图 东准 噶尔哈腊苏矿床为代表 赋存于海相火山 次火 山岩中的磁铁矿矿床 以西天山查岗诺尔 智博 备 战和东天山雅满苏为代表后两类矿床不是传统意 义上的岩浆矿床 但我们强调的是与岩浆活动有关 的矿床此外 与岩浆作用有关的 多金属 矿床 如东天山卡拉塔格 小热泉子等 以及热液矿 床 如阿希金矿等 本文暂不讨论 铜镍硫化物 钒钛磁铁矿矿床 新疆北部是中国岩浆铜镍硫化物矿床重要产出 地区之一 这类矿床主要形成于个镁铁 超镁铁质 侵入岩带中 图 库鲁克塔格构造带的兴地岩带 李文渊 牛耀龄 张照伟 等 地学前缘 地学前缘 形成于元古宙 西天山箐布拉克岩带成矿岩体具 早古生代年龄 但其形成的背景尚不清楚目前 研究得较为详尽的是阿尔泰造山带喀拉通克岩带和 天山造山带觉罗塔格构造带的黄山岩带连同近年 发现的北山岩带 在这个岩带中已发现的岩浆铜 镍硫化物矿床均形成于早二叠世 黄山岩带东西向展布 位于觉罗塔格构造带中 长约 呈分段成群集中出现的特点 有大小 近 个岩体图拉尔根矿床是近年发现的最主要 矿床之一岩体侵位于中石炭统中岩体类型以中 基性 超基性杂岩为主 属闪长岩 辉长苏长岩 辉 石岩 橄榄岩组合黄山岩带的岩体与喀拉通克相 比 贫碱 但镁质含量高于喀拉通克角闪二辉橄榄 岩为主要含矿岩相 角闪石岩分布于岩体南北边缘 黄山镁铁质 超镁铁质岩体单颗粒锆石年龄为 黄山东铜镍硫化物矿石的 等时 线年龄为 均具类似于洋岛玄武岩 或 地幔柱 同位素特征 如 喀拉通克岩带位于额尔齐斯断裂南侧 长约 宽 有个镁铁 超镁铁侵入岩 集中分布 仅中东部发现了工业矿体 号岩 体构成矿床赋矿岩石类型为辉长岩类和闪长岩 类 侵位于早石炭世南明水组岩石以基性程度低 为显著特点 以钙碱性系列与其他铜镍岩体相别 号岩体岩相呈环带状分布 中心黑云角闪橄榄苏 长岩为主要赋矿岩相 内圈黑云角闪苏长岩 岩相底 部产有铜镍硫化物矿体 岩体顶部和周边为闪长岩 和石英闪长岩 边缘辉长辉绿岩 局部有铜镍硫化物 矿体基本为全岩矿化 主要为稀疏浸染状矿石 局 部稠密浸染状 深部有块状矿石 不同类型矿石 含量变化较大全岩 等时线年龄为 具 地幔柱 同位素特征 如 北山岩带坡十岩体 锆石年龄为 自南西向北东已发现坡十岩体 罗中 岩体 坡一岩体 红石山岩体和笔架山岩体等矿化岩 体坡十岩体进行深部钻探发现数条铜镍硫化物矿 化体 镍含量多在 以下 但局部有铂族元素 富集最近发现了一个富矿体 规模较大 至 少是大型岩浆铜镍硫化物矿床 斑岩型 夕卡岩型 铜 钼 矿床 新疆北部斑岩型 夕卡岩型 铜 钼 矿床亦较 发育 主要分布在东天山及环准噶尔等地 图 东天山土屋 延东成矿斜长花岗斑岩锆石 年 龄为 辉钼矿 等时线年龄 为 西准噶尔包古图铜矿区域出露一系列中酸性小 岩体 表 编号为号 岩性以花岗闪长岩 石英闪长岩为主 围岩为下石炭统包古图组号 岩体探明为中型铜矿含矿岩体锆石 年 龄为 成矿期黑云母的 年 龄为 辉钼矿 年龄为 成矿时代为 晚石炭世 黄铜矿 的变化范围为 东准噶尔玉勒肯哈腊苏铜矿床铜矿化体产于斑 状花岗岩 石英二长斑岩中主要为浸染状和细脉 浸染状矿石伴有绢云母化 硅化 绿泥石化 绿帘 石化等中低温热液蚀变哈腊苏地区的含矿中酸性 岩体从晚泥盆世到早三叠世均有 反映了该区复杂 的成矿物质建造哈腊苏斑岩的 为 卡拉先格尔斑岩 为 具 地幔特征哈腊苏斑岩的 为 高于地幔岩浆的 这些数据表明岩 浆起源于新生地壳 亦即洋壳或岛弧壳部分熔融 的产物 并在上升过程中有一定程度的地壳混 染 表 东准噶尔哈腊苏斑岩型铜矿区岩石定年数据 矿床名称岩石测试方法年龄 数据来源 希勒克特哈腊苏铜矿花岗斑岩锆石 法 文献 玉勒肯哈腊苏铜矿石英二长斑岩锆石 法 文献 希勒克特哈腊苏铜矿花岗闪长斑岩锆石 法 文献 希勒克特哈腊苏铜矿铜钼矿石辉钼矿 法 文献 玉勒肯哈腊苏铜矿斑状花岗岩锆石 法 文献 希勒克特哈腊苏铜矿花岗闪长斑岩锆石 法 文献 李文渊 牛耀龄 张照伟 等 地学前缘 地学前缘 图 西天山阿吾拉勒铁矿带查岗诺尔铁矿地质图 据文献 中 新生界二叠系石炭系下石炭统大哈拉军山组泥盆系志留系奥陶系寒武系震旦系元古 宇 二叠纪花岗岩类 石炭纪花岗岩类 泥盆纪花岗岩类 志留纪花岗岩类 超镁铁岩 断裂带 铁矿床 赋存于海相火山 次火山岩中的磁铁矿矿床 赋存于火山 次火山岩中的磁铁矿 型铜矿 化 主要分布于北天山西段和东段 雅满苏 在西天 山阿吾拉勒铁矿带 目前已发现松湖 雾岭 查岗诺 尔 智博 敦德 备战个主要铁矿床 图 初步控制 铁矿石资源储量约 亿 预测资源量 亿其 中 查岗诺尔磁铁矿 共圈出 个矿体主矿体长 厚 全铁品位 探求 资源量 亿区内出露地层主要为中石炭统则 克台组 自下而上 石英角斑岩和凝灰熔岩 凝 灰质千枚岩和角斑质凝灰岩 是铁铜矿主要赋矿层 位 细碧岩 角斑岩 凝灰岩 火山角斑岩 火山集 块岩这些岩相 层位是磁铁矿矿床的直接含矿围 岩在智博附近 古