中亚成矿域西部巴尔喀什—准噶尔成矿带晚古生代成矿作用大爆发

陈宣华+陈正乐+白彦飞+韩淑琴+丁伟翠+李江瑜+施炜+叶宝莹

摘要：巴尔喀什—准噶尔成矿带主要由巴尔喀什成矿带、西准噶尔成矿带和东准噶尔成矿带组成，是中亚成矿域西部重要的晚古生代成矿带。巴尔喀什—准噶尔成矿带产出有大量著名的大型—超大型斑岩型铜钼矿床（科翁腊德、阿克斗卡、博尔雷和包古图）、大型矽卡岩型铜矿床（萨亚克）、大型稀有金属矿床（东科翁腊德、扎涅特和阿克沙套）和大型造山带型金矿床（哈图）等。锆石U-Pb测年，辉钼矿Re-Os测年，角闪石、白云母、黑云母和钾长石40Ar/39Ar热年代学，锆石和磷灰石裂变径迹、（U-Th）/He测年和热历史模拟，限定了金属矿床从深部形成到地表剥露的全过程热演化历史。热年代学研究揭示该地区晚古生代与岛弧/大陆弧有关的深成岩浆侵入活动和同时代的金属成矿作用、晚古生代—早中生代的中温区域冷却历史以及中生代以来金属矿床的剥露作用。综合花岗岩类地球化学和年代学研究结果，该地区经历了从晚石炭世大洋板块的俯冲到早二叠世陆内伸展作用的构造环境转换；在此构造转换时期，发生了金属铜、钼、稀有金属和金成矿作用的大爆发，可称之为中亚成矿域西部“晚古生代成矿作用大爆发”。矽卡岩型铜矿、斑岩型铜（钼）矿、云英岩-石英脉型钼钨矿和造山带（石英脉）型金矿构成了巴尔喀什—准噶尔成矿带晚古生代成矿作用大爆发完整的区域成矿系列。

关键词：晚古生代；地壳生长；成矿带划分；成矿系列；成矿作用；热年代学；巴尔喀什—准噶尔成矿带；中亚成矿域

中图分类号：P612 文献标志码：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

中亚成矿域（CAMD）也称为古亚洲洋成矿域，西起欧亚交界的乌拉尔山脉，向东经哈萨克斯坦，乌兹别克斯坦，吉尔吉斯斯坦，中国的新疆、青海和甘肃北部、内蒙古西部，蒙古西部，至包括贝加尔湖东部在内的南西伯利亚地区，其范围与中亚造山带相一致[1]。中亚成矿域经历了大陆基底形成、古亚洲洋陆缘增生和滨西太平洋大陆边缘活动及陆内构造变动等多个阶段，造就了多种有利的成矿环境；其西段以加里东期、海西期构造-成矿作用为主，东段叠加有燕山期成矿作用。中亚成矿域因其巨量的金属和非金属矿产资源而闻名于世，构成中国北方主要的构造成矿域。中亚成矿域西部的巴尔喀什—准噶尔成矿带（BJMB）经历了古生代多阶段俯冲、地壳垂向增生和侧向生长的造山历史[2-10]，形成了火山块状硫化物-斑岩型铜矿-斑岩型钼矿-云英岩石英脉型钨钼矿-稀土元素-锌-铌富集的成矿系列，成矿作用极其复杂多样[1-2，11-27]。

本文对中亚成矿域西部进行了成矿带划分，介绍了巴尔喀什—准噶尔成矿带地质概况，分析了与成矿作用密切相关的花岗岩类热年代学研究成果，构建了始于岩浆侵入的构造-岩浆-成矿及其区域冷却与剥露作用的热历史，进一步约束了矽卡岩型铜（多金属）矿、斑岩型铜钼矿、云英岩型钨钼矿和造山带型金矿成矿作用的时代和成矿系列，从而提出了巴尔喀什—准噶尔成矿带晚古生代成矿作用大爆发的初步认识，供该地区成矿规律研究和找矿实践参考。

1 区域地质概况

1.1 中亚成矿域西部核心区成矿带划分

由于研究的不断深入和资料的不断积累，中国学者提出了关于中亚成矿域西部成矿带划分的不同看法。董连慧等将新疆西北部划分为阿尔泰、准噶尔、伊犁和塔里木等成矿省[28]。其中，阿尔泰成矿省包括北阿尔泰和南阿尔泰等成矿带，准噶尔成矿省含北准噶尔、唐巴勒—卡拉麦里、准噶尔盆地和准噶尔南缘等成矿带，伊犁成矿省包括伊犁微板块东北缘和伊犁等成矿带。朱永峰将中亚成矿域西部核心区划分为4个成矿省，分别为阿尔泰成矿省、巴尔喀什—准噶尔成矿省、楚伊犁—天山成矿省和西南天山成矿省，并将巴尔喀什—准噶尔成矿省划分为扎尔玛—萨吾尔、塔尔巴哈台—谢米斯台、阿科斗卡—巴尔鲁克和巴尔喀什—西准噶尔等4个巨型成矿带，将楚伊犁—天山成矿省划分为莫因特—阿拉套—赛里木、楚伊犁—博洛霍勒、伊赛克—阿吾拉勒成矿带和卡扎尔曼—那拉提等4个巨型成矿带[13]。申萍等将哈萨克斯坦境内的环巴尔喀什地区划分为扎尔玛—萨吾尔、波谢库尔—成吉斯和北巴尔喀什等3个成矿带，将中国新疆西准噶尔地区划分为萨吾尔、谢米斯台—沙尔布提、巴尔鲁克—克拉玛依等3个成矿带[29]。

根据成矿作用和断裂构造体系发育的特点（图1），结合前人关于成矿单元划分的方案[13-14，28-29]，本文建议将中亚成矿域西部核心区初步划分为阿尔泰、巴尔喀什—准噶尔、天山等3个成矿省和13个成矿带（图2）。其中，阿尔泰成矿省由北阿尔泰成矿带（Ⅰ）、斋桑—额尔齐斯成矿带（Ⅱ）等组成，巴尔喀什—准噶尔成矿省由成吉思—谢米斯台—阿尔曼太成矿带（Ⅲ）、巴尔喀什成矿带（Ⅳ）、西准噶尔成矿带（Ⅴ）、东准噶尔成矿带（Ⅵ）、阿拉套—赛里木成矿带（Ⅶ）、楚伊犁成矿带（Ⅷ）等组成，天山成矿省由伊赛克—阿吾拉勒成矿带（Ⅸ）、北天山成矿带（Ⅹ）、卡扎尔曼成矿带（Ⅺ）、西南天山成矿带（Ⅻ）、东天山成矿带（）等组成。根据构造-成矿作用演化的相似性，本文将巴尔喀什成矿带（Ⅳ）、西准噶尔成矿带（Ⅴ）和东准噶尔成矿带（Ⅵ）合称为巴尔喀什—准噶尔成矿带，构成中亚成矿域西部的核心成矿带[12-14，16-17]。本文重点介绍巴尔喀什成矿带和西准噶尔成矿带。

1.2 巴尔喀什成矿带

巴尔喀什成矿带（图2、3）位于中亚哈萨克斯坦巴尔喀什湖北侧的巴尔喀什、萨亚克和阿克斗卡地区，是中亚造山带哈萨克斯坦—天山马蹄形构造带的内缘，为一晚古生代（海西期）造山带，属准噶尔北缘古生代活动陆缘的滨巴尔喀什泥盆纪—石炭纪残余洋盆[33]，是中亚成矿域多核成矿系统最重要的核心区之一[12，16]。带内产出有科翁腊德、阿克斗卡、博尔雷等大型—超大型斑岩型铜矿床[26]，萨亚克大型矽卡岩型铜矿床[19，26]，以及东科翁腊德、阿克沙套、扎涅特等云英岩-石英脉型钨钼矿床等[16，27，34]。

Ⅰ为北阿尔泰成矿带；Ⅱ为斋桑—额尔齐斯成矿带；Ⅲ为成吉思—谢米斯台—阿尔曼太成矿带；Ⅳ为巴尔喀什成矿带；Ⅴ为西准噶尔成矿带；Ⅵ为东准噶尔成矿带；Ⅶ为阿拉套—赛里木成矿带；Ⅷ为楚伊犁成矿带；Ⅸ为伊赛克—阿吾拉勒成矿带；Ⅹ为北天山成矿带；Ⅺ为卡扎尔曼成矿带；Ⅻ为西南天山成矿带；为东天山成矿带巴尔喀什成矿带前寒武纪和古生代地层出露于相对稳定地块（莫因特地块）和缝合带中，地层出露齐全，有震旦纪—寒武纪石英砂岩、灰岩和含磷地层，奥陶纪灰岩、粉砂岩、砂岩和砾岩建造，在缝合带内有蛇绿岩及蛇绿混杂岩建造。志留纪地层为一套陆相碎屑岩系，其厚度巨大，达5 000～6 000 m。泥盆系分布很广泛，下泥盆统主要为海相陆源沉积，局部含安山玢岩建造，下中泥盆统为海相火山沉积岩建造，其后火山活动强烈，广泛出现安山岩-英安岩-流纹岩建造。早石炭世在滨巴尔喀什地区广泛分布有碳酸盐-陆源碎屑岩建造和陆相流纹岩-英安岩建造，其上为晚石炭世陆源碎屑岩及磨拉石建造。

断裂构造体系引自文献[21]；锆石U-Pb年龄单位为Ma，对应右上角带括号的编号（1）～（20）分别对应文献[44]～[63]，编号（21）对应文献[64]；断裂①～B13分别对应成吉思—准噶尔断裂（也称为艾比湖断裂）、达拉布特断裂、玛依勒断裂、巴尔鲁克断裂、安齐断裂、塔尔根断裂（环状构造）、玛雅图断裂、扎娄勒山—拉巴断裂、一家人断裂、哈图断裂、别鲁阿嘎希断裂、孟布拉克断裂、杨庄断裂；花岗岩类岩体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分别对应库鲁木苏岩体、赛力克岩体、阿克铁热克岩体、铁厂沟岩体、哈图岩体、阿克巴斯套岩体、庙尔沟岩体、接特布调岩体、阿拉山口岩体、拉巴河东岩体、都伦河东岩体、拉巴河口岩体、布尔克斯台岩体、塔尔根岩体、雅玛图西南岩体、康德萨依岩体、塔克尔干岩体、塔克尔干西北岩体、别鲁阿嘎希岩体、玉依岩体、鸽子洞岩体、红山岩体、克拉玛依岩体和956岩体；BI、BII、BIII、BIV、BV分别为包古图Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号、Ⅳ号和Ⅴ号岩体；KI、KII分别为克拉玛依Ⅰ号和Ⅱ号岩体巴尔喀什成矿带具有多期构造-岩浆侵入活动，其中以海西期最为强烈[35-37]。侵入岩分布十分广泛，主要为中酸性侵入岩，早石炭世花岗岩分布在北巴尔喀什复背斜的边缘，中石炭世—晚石炭世是岩浆活动的鼎盛期。大面积分布的花岗闪长岩-花岗岩建造以及中浅层侵入的中酸性斑岩，构成最具潜力的成矿建造。科翁腊德超大型斑岩型铜矿床就产于托克劳盆地托帕尔杂岩体最晚期的花岗闪长斑岩中。晚古生代构造-岩浆活动造就了巴尔喀什成矿带，使之成为哈萨克斯坦最主要的斑岩型铜矿化集中区[38-39]，同时也是世界上三大斑岩型铜矿带最重要的铜矿区之一。杨屹等给出巴尔喀什成矿带晚古生代最晚期深成岩浆侵入事件的年龄为（289.7±23）Ma（早二叠世）[40]，标志着洋陆转换之后的陆内伸展作用过程中花岗岩岩浆活动在这之后近乎结束。