西天山构造演化与成矿的研究现状

一、西天山构造格架的研究现状

天山是亚洲腹地的主要山系之一，地处我国西北边陲，对它的研究不仅对于整个亚洲的构造演化、新疆找矿研究有着重大的意义，而且还可以丰富造山带理论，因此历来受到地质学者们的青睐 （马瑞士等，1993；王作勋等，1990；冯益民，1985，1986；肖序常等， 1992；张良臣等，1985）。其中西天山造山带由于是东天山与中亚天山造山带之间的联接枢纽，除位置十分重要外，还在于它具有复杂的结构和独特的构造格局。随着地学领域各个学科的发展，各种分析方法的出现，特别是现代同位素测年技术的出现，在给地质学带来丰富多彩信息的同时，也给地质解释带来了新的困难，不同的研究者对同一数据结果给予不同的地质解释，这种现象在西天山构造单元划分上体现得更为突出。对于西天山构造格架的建立，学者们经过近半个世纪的努力研究提出了许多观点，但由于该区地壳形成演化和发展历史复杂，所以前人对西天山地区的大地构造格架意见不一。

刘东生 （1981）提出以南天山北缘断裂为界，将天山分为北天山优地槽褶皱带和南天山冒地槽褶皱带，并认为该断裂带是一条古板块缝合线，塔里木板块沿此线向北俯冲。肖序常等 （2005）提出古亚洲洋于志留纪－早二叠世闭合，天山地区在这一时期内以多岛洋为特征。以中天山南缘蛇绿岩为代表的洋盆在志留纪－泥盆纪期间闭合，形成了南天山北缘一系列蛇绿岩带和高压变质带，同时认为在已拼合的伊犁－塔里木板块的北侧古亚洲洋继续向南俯冲，南天山在晚古生代由于新的裂解形成了东浅西深的小洋盆。李春昱 （1982）提出哈萨克斯坦（包括天山）陆壳在古生代不断增生的见解，认为中国南天山有三条不同时代的蛇绿岩带，分布与天山山脉大致平行，代表古洋壳不断向北消减，并构成西伯利亚、哈萨克斯坦及中朝板块之间最后的缝合带。陈哲夫等 （1985）、汤耀庆 （1989）及后来的吴世敏等 （1996）进一步提出北天山为洋壳区，觉罗塔格为岛弧区，南天山为弧后盆地，主张天山地区只存在华力西褶皱带，天山是塔里木板块的一部分。吴世敏等 （1996）认为古天山－准噶尔洋、南天山弧后盆地的演化一直从震旦纪持续到二叠纪才封闭。李继亮 （1999a，1999b）提出南天山的哈尔克山－迪那河－库米什蛇绿岩混杂带在奥陶－志留纪时是开阔的大洋，泥盆纪起洋内发生俯冲，最后消亡于早二叠世晚期，导致中天山－星星峡前缘弧与塔里木北缘陆块碰撞。强调了南天山蛇绿岩混杂带代表北疆弧体系与塔里木北缘陆块碰撞的主缝合线的重要意义。何国琦等 （1994）则强调新疆古生代地壳演化属于陆间型造山带地壳演化，并将整个过程归纳为五阶段模式，天山构造带以觉罗塔格北缘为界，以北划归为哈萨克斯坦板块，以南属于塔里木板块。成守德和张湘江 （2000）认为那拉提－红柳河缝合带为南天山洋闭合、准噶尔－哈萨克斯坦板块与塔里木板块的碰撞缝合带。高俊等 （2009）将西天山划分为北天山弧增生体、伊犁地块北缘活动陆缘、伊犁地块、伊犁地块南缘活动陆缘、中天山复合弧地体、西天山（高压）增生楔和塔里木北部被动大陆边缘。西天山增生造山与早古生代帖尔斯克依古洋、早古生代晚期－晚古生代南天山洋和晚古生代北天山洋3个代表洋盆的演化相关，增生造山结束的时间可能是早石炭世末。二叠纪时期，西天山至整个中亚地区进入后碰撞演化阶段。现有资料证实西天山为晚古生代增生造山带，并非三叠纪碰撞造山带 （肖文交等，2006b）。近年来西天山也被认为是晚海西－印支期碰撞造山带或三叠纪碰撞造山带。西天山增生造山结束的时间，即塔里木地块北部的被动陆缘与围绕西伯利亚地台南侧的活动陆缘最后拼合的时间限定在晚二叠世－中三叠世 （李曰俊等，2001；张立飞等，2005）。

二、西天山构造与成矿的关系

大地构造运动引起上部圈层的物质输运、能量交换和动力传递。从区域性层次看，构造运动能诱发沉积、岩浆、变质和液体作用，以及改变区域地球物理场的特征。在一定的时空域中，一定性质的构造环境和构造运动，对于成岩和成矿来说，均有其特定的物源、热源、物理化学和动力学条件，而这些因素又直接或间接地影响区域成岩、成矿的环境、因素和作用过程 （王核，2001）。大陆动力学的发展推动了大陆成矿动力学的快速发展。有学者基于环太平洋成矿域的研究，提出了俯冲成矿理论，建立了岛弧带的斑岩型铜金矿、浅成低温热液金矿等多金属矿床的成矿模型 （Sillitoe，1972；Richards，2003）。有人基于特提斯成矿域的研究，提出碰撞造山成矿理论，并建立了造山型矿床的成矿模式 （陈衍景，1999， 2002；Kent et al．，2002；Hou et al．，2003；侯增谦等，2003，2006；Chen et al．， 2006）。涂光炽 （1993）对中亚造山带的研究揭示了成矿作用的多样性、复杂性和独特性，提出了 “中亚成矿域”的概念，同时，认识到大陆内部广泛存在改造型成矿作用。翟裕生（2002，2004）对成矿系统进行了定义与研究，认为成矿系统是在一定地质时空域中控制矿床形成和保存的全部地质要素和成矿作用过程，以及所形成的矿床系列和异常系列构成的整体，是具有成矿功能的一个自然系统，同时他还提出了古大陆边缘有利于多类成矿系统发育。陈毓川等 （1998）将大陆地区的矿床划分出多种成矿系列。裴荣富等 （2005）揭示了超大型矿床的成矿偏在性。许多学者发现了埃达克质岩浆与斑岩型Cu－Au矿床形成有密切联系，并进行了大量的研究工作 （Thieblement et al．，1997；Sajona，1998；Oyarzumetal．， 2003）。相对于洋壳俯冲成矿理论和陆陆碰撞造山成矿理论而言，大陆增生成矿理论尚处于探索阶段。中亚造山带包含多种属性的块体和多条蛇绿岩带，经历了小洋盆俯冲而致的陆壳增生、多块体拼贴和后续变形而致的陆壳改造，并伴随有多期次的岩浆活动与壳幔作用（Gao et al．，2002；Jahn，2004）。显然，陆壳增生最为显著的中亚造山带孕育着大陆成矿学理论创新的机遇，亟待深入研究多块体增生拼贴及陆壳改造等过程中的各类成矿系统发育机理，建立相应的成矿理论和成矿模式。

西天山以其完整的构造演化历史、强烈的碰撞构造－岩浆活动和大规模成矿作用以及良好的后期保存条件而成为研究构造－成矿的理想地区，受到学者们的关注，对西天山构造与成矿的讨论主要表现为构造演化对成矿的作用、控矿地质因素对矿床的控制和主攻类型矿床及其在空间上的分布 （肖序常等，1992；何国琦等，1994，2002；韩宝福等，1999；陈哲夫，2002，2003，2004；孙桂华等，2005；吴华等，2005；姜常义等，1999，2005；王京彬和徐新，2006；董连慧等，2001a，2001b）。20世纪80年代后期以来，随着国际地质对比计划和各类多国编图计划的实施，境内外基础地质的对比研究有所开展。与此同时，国家305项目在 “七五”期间曾开展 《中国新疆周边国家矿产地质特征及成矿规律》的专题调研。“八五”期间305项目曾与哈萨克斯坦科学院地质研究所进行合作实施了 《中国和哈萨克斯坦阿尔泰多金属矿带地质及成矿对比研究》的专题研究，出版了相关专著；同时实施了《新疆北部与邻区超大型矿床成矿背景条件对比研究及其前景评估》、《中－乌西天山斑岩铜矿成矿条件对比与成矿远景预测》等专题的研究。2002年，西北地质矿产研究所编制了1∶500万 《中国西北部与周边国家毗邻地区矿产地质图》。2004年至2006年，何国琦教授编译了新疆毗邻地区地质矿产研究新资料两册，比较全面地反映了中亚地区地质矿产的研究进展。国土资源部信息中心和地质调查局于2001年又完成了 《中国西部和毗邻国家铜金找矿潜力的对比研究》项目，为中国西部及其邻区的地质矿产对比研究积累了资料。西天山地区已完成1∶20万区域地质调查、1∶25万图幅修编，在主要成矿带还进行了1∶5万区调工作。近年来，中国地质调查局又在部分重点成矿带安排了1∶5万矿产地质调查。这些工作对研究区内的地层、构造、岩浆岩和矿产等进行了较为系统的综合调查，初步建立起了区域地质构造格架。另外，自2002年开始实施的国家重点基础研究项目 （973）《中国西部中亚型造山与成矿》，从大陆动力学演化的高度对北疆地区古生代双向增生造山过程、中新生代陆内造山过程及其成矿作用进行了高水平的综合研究，取得了一批新成果。所有这些研究极大地提高了研究区的地质研究程度，深化了对研究区以至中亚造山带的结构、组成、动力学演化过程及其成矿作用的认识。近年来，一些大型矿床靶区与矿床 （点）经过多年反复研究与评价，已在认识上出现了 “瓶颈”，进一步突破需要克服一系列关键技术，如矿床成矿构造系统的三维结构、不同景观区地球化学勘查方法及深穿透地球化学技术、高分辨大深度金属矿地球物理探测技术、隐伏矿床定位预测和定量评价的方法技术组合等。绝大多数隐伏矿床，其出露地表的部分或仅为 “冰山一角”或仅有物化探异常显示，进一步评价与勘查，既需要在成矿理论上高度综合，又需要在方法技术上实行突破。在大型矿床靶区预测与评价中，准确厘定深部隐伏的、控制矿体的成矿构造的几何结构，是选择快速定位预测技术和正确解释异常的基础，而且可以节省大量的人力与物力。研究表明，已知矿体与未知矿体如果形成于同一构造体系或同一特殊地质作用过程中，控制所有矿体的成矿构造必然具有成因联系，不仅在矿床类型、矿化类型、成矿构造上具有相似性，而且一系列成矿构造在空间上组合成一个有机的整体，其控制的矿体在空间上具有一定的几何结构，形成的异常在空间上也具有一定的物化结构，因此，通过已知成矿构造的构造解析，完全可以建立包括已知与未知矿体在内的成矿构造系统结构，做到地质建模先行、技术方法选择后进的工作思路。

（1）西天山地区自元古代以来就开始有成矿现象，前华力西期主要是以磷矿为主的沉积矿产，并富集了金、铜、铅锌等成矿元素，为后期成矿打下了一个非常好的基础。华力西早期，西天山地区在早志留世转入汇聚，志留纪末有花岗闪长岩基生成，泥盆纪时开始固结，除了在赛里木地块、博罗科努山、依连哈比尔尕山等地区有钾长花岗岩侵入外，其他地方并没有强烈的构造运动出现。此时段形成许多与花岗岩有关的斑岩型铜矿床，如达巴特矿点（王核等，2000）。华力西中期是西天山地区金、铜等矿产的主要形成时期。在早石炭世，伊宁市以南的察布查尔地区形成与拉张阶段火山－沉积建造、火山－潜火山岩建造有关的铁、铜、铅锌、锰矿化，如查岗诺尔铁铜矿 （王庆明等，2001；田敬全等，2009）、加曼台锰矿等；石炭纪中期在博罗科努山、吐拉苏盆地等区域构造作用下形成上叠石炭纪火山盆地，同时在这些区域发生强烈的陆相火山作用，从而形成了许多有名的金矿床，如阿希、伊尔曼得金矿 （冯娟萍等，2005，2007；沙德铭等，1996，1998，1999，2000，2003a，2003b）；石炭纪中晚期在赛里木地块形成与石炭纪活化花岗岩类有关的斑岩－矽卡岩型铜 （铅、锌）矿床，如喇嘛苏铜矿 （隗合明等，1999a，1999b；王永新，1994）、汗吉尕铅锌矿 （戴玉林， 1994）。到了华力西晚期的二叠纪，尼勒克以南进入陆相裂谷阶段，阿吾拉勒地区同时形成了上叠火山裂谷，伴随出现与双峰式火山－潜火山建造有关的铜、银矿床，如群吉萨依铜矿床 （王永新，1995；连小平，2004；韩刚，2010a）。

（2）西天山地区金、铜、铅锌等内生矿产的分布严格受含矿沉积建造、岩浆侵入、变质作用、喷发作用和构造作用等控制。

受沉积建造控制的矿产在西天山占有非常重要的地位，主要有海相中基性火山岩含铜建造、陆相中酸性火山岩含金建造等。本书研究对象下石炭统大哈拉军山组陆相 （海陆交互相）中酸性火山岩建造，即为金及多金属矿床提供成矿物质，也是这些金属矿富集的容矿岩层，如著名的阿希金矿 （毋瑞身等，1993，1996）、吐拉苏铅锌矿点，这些火山岩建造主要分布在伊犁盆地北缘断裂、科古琴山南坡断裂间和艾肯达坂一带。中石炭统东图津河组广泛形成火山质－复陆相碎屑岩建造，内常分布有海底火山喷气－热水沉积型铜 （铁）矿床 （张天继等，2006），该建造阿吾拉勒山一带出露较多。在阿吾拉勒山西段的二叠系陆相火山岩中分布有火山热液型铜矿，铜矿化呈浸染状或细脉浸染状，具层控特点，如穷布拉克铜矿床（莫江平等，1997a；杨明德等，2009）。

随着中酸性侵入体的侵位，各时代碳酸盐岩建造形成矽卡岩型和岩浆期后热液充填型铜多金属矿化，如博罗科努山一带的上奥陶统呼独克达坂组灰岩与华力西期二长花岗岩类接触带形成富含磁铁矿的矽卡岩型铜矿 （李伍平等，1995a，1995b）；在赛里木湖一带库松木切克群大理岩化灰岩与华力西中期斜长花岗岩接触带内形成矽卡岩型铜、钼矿 （孙建华， 2007，2008）；在伊犁裂谷中下石炭统阿克沙克组碳酸盐岩与华力西晚期钾长花岗岩接触带形成规模较小的含黄铁矿矽卡岩型铜矿床 （高永利等，2006；李永军等，2009，2010a， 2010b）。华力西早期以由石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩及钾长花岗岩组成的侵入岩侵位于蓟县系库松木切克群、上奥陶统呼独克达坂群地层中，在赛里木和博罗科努山北坡一带形成矽卡岩型、斑岩型和岩浆期后热液充填型铜、钼多金属矿床 （李永军等，2007），如王核等 （2000）研究的达巴特铜矿。华力西中期由花岗闪长岩、二长花岗岩、钾长花岗岩、花岗斑岩组成的侵入岩侵位于蓟县系库松木切克群、上奥陶统呼独克达坂群和中石炭统陆源碎屑－火山建造中，在博罗科努山和伊犁地区形成矽卡岩型、斑岩型和岩浆期后热液充填型铜多金属矿床，典型矿床有喇嘛苏铜矿、肯登高尔钼铜矿、莱历斯高尔铜钼矿、东图津多金属矿等。华力西晚期属辉绿岩－花岗闪长岩序列的侵入岩在阿吾拉勒山地区形成群吉萨依铜矿等斑岩型铜矿床。

西天山地区的成矿与火山活动也极为密切，特别是在华力西中晚期的火山喷发为区内金铜等金属的富集提供了矿源，是该区重要的控矿因素之一。早石炭世早期，海相火山岩建造的伊犁地块内有铜、铅、锌、金矿化，并有较强烈的金迁移富集，构成了察布查尔铜金多金属矿化集中区；陆相火山岩建造的博罗科努山小型断陷盆地，产有阿希、伊尔曼得等浅成低温热液金矿，构成了吐拉苏金 （银）矿化集中区。早石炭世中晚期，汗吉尕山、博罗科努山和伊犁地区形成了以中酸性火山喷发组合为主的火山岩建造，在其中的灰岩夹层中已发现多处热液型含铜石英脉及含多金属－碳酸盐岩脉。中石炭世，以中心式喷发为主的火山活动控制影响着区内铜铁矿的形成，爆发相及爆发沉积相内出现较多含铜重晶石脉，火山－沉积相内则发育含铜赤铁矿床及铜矿点，显示了由喷发中心到远离喷发中心的一系列控矿特征，此种成矿作用主要出露在阿吾拉勒山一带。

西天山地区金铜多金属矿床的形成与分布受构造活动的影响和制约也相当明显，主要表现为受华力西中－晚期构造－岩浆活动的制约。该区总的构造线方向为近EW向，控制着成矿元素地球化学场和成矿带，对于容矿构造来说，除近EW和NWW向构造外，还有近NS向和NNW向构造，如阿希金矿、喇嘛苏铜矿的控矿构造即为近NS向 （隗合明等，1992；沙德铭等，2003；冯娟萍等，2005，2007；关瑞林，2008；单立华等，2010）。除此之外， NWW向超岩石圈、岩石圈断裂，几组断裂交汇处都对本区的沉积建造、岩浆活动及成矿作用起着控制作用。从遥感影像中反映出该区环形构造十分发育，其分布与区域性近NS向构造关系密切，常位于近EW向与近NS向构造的交汇部位。这些环形构造反映了岩浆侵入活动及火山活动的迹象，与区内金铜多金属矿化关系密切，如国内外著名的浅成低温热液金矿阿希金矿就产于火山喷发作用而形成的环形构造内 （贾斌等，2003，2004；单立华等， 2010），矽卡岩型和斑岩型铜矿床也大多产于侵入作用而形成的环形构造内 （孙恭安，1991；朱永田，1992；陈赶良等，1996；李东生，2001）。

（3）西天山地区的主攻类型矿床分布十分有规律，其中金矿床主要分布在博罗科努山和南天山等地区，铜矿床主要分布在博罗科努、阿吾拉勒、那拉提、赛里木湖等地区，铅锌矿床主要分布在博罗科努、阿吾拉勒－伊什基里克和巴仑台等地区。详细分布规律如表1－1所示。

表1－1 西天山地区主要矿床分布规律一览表