西南天山陸相砂礫巖型銅鉛鋅礦床成礦特征與成礦作用研究進(jìn)展

摘要：西南天山造山帶中—新生代沉積盆地（庫孜貢蘇盆地、烏魯烏恰盆地、柯坪盆地、庫車盆地）發(fā)育包括烏拉根超大型鉛鋅礦床和薩熱克大型銅礦床在內(nèi)的一系列以沉積巖容礦的銅鉛鋅礦床，構(gòu)成我國(guó)西北地區(qū)一條重要的賤金屬成礦帶。已有研究表明區(qū)域上沉積巖容礦型銅鉛鋅礦床主要包括礫巖型銅礦床、砂巖型鉛鋅礦床和砂巖型銅礦床3個(gè)類型，本文在簡(jiǎn)要介紹各類型礦床主要地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)總結(jié)了其在成礦時(shí)代、成礦流體性質(zhì)和來源及成礦物質(zhì)（金屬和硫）來源等方面的研究進(jìn)展。結(jié)果表明：區(qū)域上礫巖型銅礦床形成于早白堊世末，即形成于盆地構(gòu)造轉(zhuǎn)換期，砂巖型鉛鋅礦床和銅礦床形成于中新世晚期，其形成與大型逆沖推覆構(gòu)造關(guān)系密切。礫巖型銅礦床成礦流體以有機(jī)流體為主，砂巖型鉛鋅礦床成礦流體以盆地建造水為主，而砂巖型銅礦床成礦流體則表現(xiàn)為有機(jī)流體和盆地建造水混合的特征，成礦過程有大氣降水的加入。造山帶物質(zhì)和沉積硫酸鹽是區(qū)內(nèi)各類型礦床金屬及硫的主要來源。本文指出應(yīng)加強(qiáng)砂巖型銅礦床成礦年代和砂巖型鉛鋅礦床成礦作用的研究，以及與新發(fā)現(xiàn)的海相砂巖型銅礦床的對(duì)比研究。

關(guān)鍵詞：西南天山造山帶；礫巖型礦床；砂巖型礦床；銅鉛鋅礦床；成礦作用；成礦時(shí)代

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230057

中圖分類號(hào)：P611；P618.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Supported by the National “305” Scientific Research Program （2015BAB05B0403） and the Industry Fund of the Ministry of Land and Resources （20151101602）

General Characteristics and Research Progresses in Metallogenesis of the Continental Sandstone-Hosted CuPbZn Deposits in the Southwest Tianshan

Zhao Lutong1， Wang Jingbin2， Wang Yuwang3

1. SinoZijin Resources Co.， Ltd.， Beijing 100012， China

2. Zijin Mining Group Co.， Ltd.， Xiamen 361000， Fujian， China

3. Beijing Institute of Geology for Mineral Resources Co.， Ltd.， Beijing 100012， China

Abstract：

A great number of sediment-hosted CuPbZn deposits， including the ultra-large Uragen PbZn deposit and the large Sareke Cu deposit， are found in the Meso-Cenozoic sedimentary basins （Kuzigongsu basin， WuluWuqia basin， Keping basin and Kuqa basin） within the southwest Tianshan orogeny. These basins compose a significant base mental metallogenic belt in NW China. Numerous studies suggest that those deposits mainly include three types： The conglomerate-hosted Cu deposits， the sandstone-hosted PbZn deposits， and the sandstone-hosted Cu deposits. Based on the main geological characteristics of each deposit type， this paper summarizes the research progress concerning the ore-forming ages， nature and source of the ore-forming fluids， and material source （metals and S）. Results indicate that the conglomerate-hosted Cu deposits were formed at the end of the Early Cretaceous during the basin tectonic transition. The sandstone-hosted PbZn and Cu deposits were formed in the Late Miocene and were both closely related to large retrograde thrust tectonics. The ore-forming fluid of conglomerate-hosted Cu deposits dominated by organic fluids， the sandstone-hosted PbZn deposits by basin brine， and sandstone-hosted Cu deposits by a mixture of organic fluids and basin brine， with atmospheric precipitation contributing to the ore-forming process. The orogenic zone materials and the sedimentary sulfate are the main sources of metals and S for all deposit types in this region. This paper suggests enhancing research on the ore-forming age of sandstone-hosted Cu deposits， mineralization of the sandstone-hosted PbZn deposits， and comparative study with newly discovered marine sandstone-hosted Cu deposits.

Key words： southwest Tianshan orogenic belt; conglomerate-hosted deposit; sandstone-hosted deposits; CuPbZn deposits; mineralization; ore-forming age

0 引言

沉積巖容礦銅鉛鋅礦床是世界上鉛鋅的主要來源和銅的重要來源，加強(qiáng)這類礦床的成因研究對(duì)于提高和完善礦床成礦理論和指導(dǎo)找礦勘查具有重要意義。新疆西南天山是中亞造山帶南緣的重要組成部分，中—新生代以來構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，經(jīng)歷了復(fù)雜的盆山耦合演化過程，自西向東發(fā)育庫孜貢蘇盆地、烏魯烏恰盆地、柯坪盆地、庫車盆地等中—新生代沉積盆地，在這些盆地中先后發(fā)現(xiàn)銅鉛鋅礦床、礦點(diǎn)達(dá)百余處，以陸相砂巖、砂礫巖等沉積巖容礦為主，使之成為我國(guó)西北地區(qū)一條重要的賤金屬成礦帶[1]。該區(qū)砂礫巖型銅鉛鋅礦床作為沉積巖容礦銅鉛鋅礦床成礦譜系的重要礦床類型，具有巨大的找礦潛力，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，收集了已報(bào)道的西南天山砂礫巖型銅鉛鋅礦床相關(guān)資料，總結(jié)了該區(qū)砂礫巖型銅鉛鋅礦床的地質(zhì)特征、成礦物質(zhì)來源、成礦流體性質(zhì)和成礦時(shí)代等方面的研究進(jìn)展，以期進(jìn)一步深化對(duì)該區(qū)砂礫巖型銅鉛鋅礦床成礦作用和成礦規(guī)律的認(rèn)識(shí)，推進(jìn)相關(guān)找礦勘查工作。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

西南天山沉積巖容礦銅鉛鋅賤金屬成礦帶處于西南天山造山帶與塔里木板塊北緣結(jié)合部位（圖1a），該區(qū)經(jīng)歷了元古宙基底形成、古生代南天山洋演化所引發(fā)的增生造山和新生代印度歐亞大陸匯聚所導(dǎo)致的碰撞造山過程，以發(fā)育新生代大規(guī)模走滑斷裂系統(tǒng)、逆沖推覆構(gòu)造系統(tǒng)及相伴產(chǎn)生的中—新生代沉積盆地和玄武質(zhì)巖漿活動(dòng)為典型特征。區(qū)域上自西向東依次分布著庫孜貢蘇盆地、烏魯烏恰盆地、柯坪盆地和庫車盆地，這些盆地多遭受新生代大型逆沖推覆構(gòu)造系統(tǒng)的疊加和改造。

庫孜貢蘇盆地和烏魯烏恰盆地夾持于西南天山造山帶和西昆侖造山帶結(jié)合部位，自早侏羅世開始，區(qū)域擠壓作用致使基底元古宇和古生界下陷，山體相對(duì)抬升，烏魯烏恰盆地開始形成，同時(shí)強(qiáng)烈的擠壓致使塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂系活化（圖1b），形成庫孜貢蘇拉分?jǐn)嘞菖璧豙4]。庫孜貢蘇盆地和烏魯烏恰盆地在早—中侏羅世整體接受湖相沼澤相含煤系沉積建造，晚侏羅世接受沖積扇相礫巖沉積。早白堊世晚期，南天山造山帶西段經(jīng)歷一期盆山調(diào)整[5]，烏魯烏恰盆地構(gòu)造沉降整體接受下白堊統(tǒng)辮狀河相紅層沉積建造，而庫孜貢蘇盆地因構(gòu)造抬升，下白堊統(tǒng)僅分布在其次級(jí)盆地薩熱克巴依盆地中。早白堊世晚期—晚白堊世，南天山發(fā)生區(qū)域隆升事件，庫孜貢蘇盆地由于顯著的構(gòu)造抬升，缺失上白堊統(tǒng)沉積，盆地逐漸消亡并成為南天山的一部分，其后被新生代前陸盆地疊加改造。與此同時(shí)，烏魯烏恰盆地整體構(gòu)造沉降，受同時(shí)期新特提斯洋擴(kuò)張的影響，海水自西向東進(jìn)入塔里木盆地，形成塔里木海灣。晚白堊世—始新世，烏魯烏恰盆地經(jīng)歷了5次大規(guī)模的海侵海退旋回，整體形成一套陸表海海陸交互相潮坪潟湖濱岸沉積體系。始新世晚期或漸新世最早期，海水逐漸退出[610]，烏魯烏恰盆地轉(zhuǎn)變?yōu)橐躁懴酁橹鞯某练e環(huán)境[11]。漸新世末，印度板塊與歐亞板塊碰撞的應(yīng)力傳遞到西南天山造山帶，烏魯烏恰盆地快速沉降，向大型內(nèi)陸凹陷盆地發(fā)展，并于中新世早期轉(zhuǎn)變?yōu)榍瓣懪璧匦再|(zhì)，接受一套巨厚的陸相紅層沉積建造。上新世末，烏魯烏恰盆地淪為半荒漠或沙漠化沉積；更新世至今，為前陸逆沖推覆構(gòu)造發(fā)育期，新近系發(fā)生廣泛的褶皺變形。

柯坪盆地是在塔里木板塊北緣古生代疊合盆地基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新生代前陸盆地，盆地北以哈拉峻—阿合奇斷裂為界，與南天山晚古生代陸源盆地相鄰，南到巴楚附近，與塔里木盆地相接[12]。盆地基底構(gòu)造層（柯坪斷?。楹湎怠B系，整體為一套被動(dòng)陸緣沉積建造。三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)一直處于隆起狀態(tài)，在白堊紀(jì)局部接受沉積但地層厚度不大。古近紀(jì)柯坪地區(qū)經(jīng)歷短暫的海侵過程，形成一套蒸發(fā)潮坪相潟湖相沉積建造[13]。漸新世末—中新世，由于印度板塊在和歐亞板塊碰撞引起塔里木盆地北部向西南天山造山帶下發(fā)生陸內(nèi)俯沖，西南天山迅速崛起，在其山前坳陷中形成了巨厚的陸相紅層沉積建造，柯坪前陸盆地形成。上新世—更新世，柯坪斷隆沿柯坪塔格沙井子斷裂以逆沖推覆構(gòu)造形式被推覆到巴楚隆起帶上，形成典型的逆沖推覆構(gòu)造帶[14]。

庫車盆地位于西南天山造山帶與塔里木盆地的交接部位，是漸新世以來伴隨著西南天山向南的逆沖推覆作用形成的再生前陸盆地。其經(jīng)歷了早古生代被動(dòng)大陸邊緣和晚古生代南天山洋盆俯沖閉合及碰撞造山過程，整體為一套被動(dòng)陸緣和弧盆沉積體系[1517]，構(gòu)成盆地的下基底構(gòu)造層。晚二疊世由于塔里木板塊與伊犁地體的持續(xù)碰撞，塔里木板塊向伊犁地體發(fā)生A型俯沖作用，在南天山南緣開始形成庫車前陸盆地[18]，接受一套磨拉石沉積建造，三疊紀(jì)前陸盆地進(jìn)一步發(fā)展，形成一套粗粒的沖積扇三角洲相為主的沉積建造，至侏羅紀(jì)初期最終完成前陸盆地的演化[19]。侏羅紀(jì)—古近紀(jì)，庫車地區(qū)進(jìn)入應(yīng)力松弛的斷陷盆地演化階段，整體為一套湖相河流相沉積建造，古近紀(jì)盆地北部還經(jīng)歷短暫的海侵過程。中生界—古近系以廣泛的角度不整合疊置在前中生界變質(zhì)基底之上，構(gòu)成盆地的上基底構(gòu)造層[2021]。漸新世末，印度板塊與歐亞板塊碰撞的應(yīng)力使南天山造山帶再生活動(dòng)，庫車地區(qū)進(jìn)入了再生前陸盆地演化階段，中新世—上新世盆地接受巨厚的陸相紅層沉積建造，更新世至今盆地經(jīng)歷大規(guī)模逆沖推覆構(gòu)造作用。

2 礦床分布和成礦特征

2.1 礦床類型及分布

西南天山砂礫巖型銅鉛鋅礦床主要存在礫巖型銅礦床、砂巖型鉛鋅礦床和砂巖型銅礦床3種成礦類型，其中：礫巖型銅礦床主要分布在庫孜貢蘇盆地次級(jí)盆地薩熱克巴依盆地中，以薩熱克大型銅礦床為代表，少量礦點(diǎn)分布在烏魯烏恰盆地西北部；砂巖型鉛鋅礦床主要分布在烏魯烏恰盆地，發(fā)育烏拉根超大型鉛鋅礦床以及江格結(jié)爾、喀煉鐵廠、加斯、托帕、康西等小型鉛鋅礦床；砂巖型銅礦床廣泛地分布在西南天山的前陸盆地中，形成花園、吉勒格、吾合沙魯（烏魯烏恰盆地）、伽師（柯坪盆地）及滴水（庫車盆地）等中、小型銅礦床及眾多的礦化點(diǎn)（圖1）。上述主要礦床基本地質(zhì)特征列入表1。

2.2 容礦圍巖

礫巖型銅礦床在庫孜貢蘇盆地主要賦礦圍巖為上侏羅統(tǒng)庫孜貢蘇組頂部礫巖、砂礫巖，局部礦化發(fā)育于下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群細(xì)砂巖中（圖2）。

砂巖型鉛鋅礦床在烏魯烏恰盆地主要賦礦圍巖為下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群砂巖、砂礫巖，部分礦體賦存于古新統(tǒng)阿爾塔什組（烏拉根）或始新統(tǒng)卡拉塔爾組（托帕）底部坍塌角礫巖中，不同礦床鉛鋅礦體賦存層位也有所差別（圖2）。

砂巖型銅礦床在烏魯烏恰盆地主要賦礦圍巖為中新統(tǒng)安居安組細(xì)砂巖，部分礦體賦存于漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)克孜洛依組砂巖中（圖2），在柯坪盆地主要賦存于漸新統(tǒng)蘇維依組砂巖中，在庫車盆地主要賦存于中新統(tǒng)—上新統(tǒng)康村組砂巖中，少量賦存于中新統(tǒng)吉迪克組砂巖中（圖3）。區(qū)域上砂礫巖型銅鉛鋅礦床的礦體整體呈層狀、似層狀和透鏡狀產(chǎn)出，與圍巖產(chǎn)狀一致，礦體分別受控于各盆地的次級(jí)褶皺構(gòu)造，如薩熱克巴依向斜（薩熱克銅礦）、烏拉根向斜（烏拉根鉛鋅礦）以及柯坪塔格背斜（伽師銅礦）和銅礦山背斜（滴水銅礦）等。

2.3 礦化特征

薩熱克礫巖型銅礦床北礦帶中金屬礦物主要為輝銅礦（圖4a）和斑銅礦，南礦帶中可見較多的黃銅礦（圖4b）、黃鐵礦及少量方鉛礦、閃鋅礦（圖4c），整體構(gòu)成CuPbZn元素組合。脈石礦物主要為方解石及少量石英、綠泥石和石膏。金屬礦物主要呈浸染狀分布在礫巖/砂巖間隙，局部構(gòu)成團(tuán)塊狀、薄膜狀集合體。熱液礦化大致分為三個(gè)期次：早期硅化整體發(fā)育較弱，多呈石英細(xì)脈或細(xì)網(wǎng)脈分布于礫石裂隙中，多伴生輝銅礦化；中期碳酸鹽化廣泛發(fā)育，伴生輝銅礦、黃銅礦和黃鐵礦，為主成礦階段；晚期綠泥石化僅局部發(fā)育，伴生少量輝銅礦化和黃鐵礦化。

砂巖型鉛鋅礦床中金屬礦物主要為閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦和白鐵礦（圖4d—f）。脈石礦物以方解石為主，還可見少量的白云石、伊利石和石膏，烏拉根和托帕礦區(qū)還可見少量天青石（圖4g）。不同的礦床存在明顯的成礦元素組合差異，烏拉根和加斯礦床為PbZn元素組合，而江格結(jié)爾和托帕礦床還出現(xiàn)較多含銅金屬礦物，如孔雀石（圖4h）、輝銅礦、黃銅礦和斑銅礦，構(gòu)成PbZnCu元素組合。另外，不同礦床Pb、Zn礦化程度也有所差別，如烏拉根礦床富Zn貧Pb （w （Zn）為2.27%，w（Pb）為0.39%）[22]，江格結(jié)爾礦床則以相對(duì)富Pb為特點(diǎn)（w （Zn）為2.01%，w （Pb）為2.08%）[23]。砂巖、砂礫巖中礦石多發(fā)育浸染狀和條帶狀構(gòu)造，角礫巖中多發(fā)育細(xì)脈狀和塊狀構(gòu)造。詳細(xì)的熱液礦化期次難以區(qū)分，但整體上砂巖、砂礫巖中礦化發(fā)育稍早于角礫巖中[23]。

砂巖型銅礦床中伽師礦床以硫化物礦石為主，金屬礦物主要為輝銅礦（圖4i），少量為黃鐵礦、黃銅礦、白鐵礦等；其他礦床均以氧化性礦石為主，金屬礦物主要為孔雀石、氯銅礦和赤銅礦，局部可見少量黑銅礦和自然銅，少量金屬硫化物僅發(fā)育在礦體深部混合型礦石中。礦石中脈石礦物主要為方解石，其他為石膏、云母和黏土礦物等。礦石主要發(fā)育浸染狀和條帶狀構(gòu)造（圖4j），局部發(fā)育薄膜狀、樹枝狀和結(jié)核狀構(gòu)造（圖4k、l）。礦床整體經(jīng)歷了熱液成礦期和表生氧化改造期。

2.4 圍巖蝕變

砂礫巖型銅鉛鋅礦床圍巖蝕變主要表現(xiàn)為宏觀和微觀兩個(gè)層面，宏觀層面蝕變特征相似，而微觀層面則因礦床類型表現(xiàn)出不同的蝕變組合類型。

宏觀層面主要表現(xiàn)為賦礦圍巖的大規(guī)模褪色蝕變，由原始沉積期的紫色紫紅色褪色為灰色、灰綠色和淺灰色（圖5a、b），褪色主要為原巖中高價(jià)鐵被還原為低價(jià)亞鐵所致，褪色蝕變程度與礦化強(qiáng)度一般呈正相關(guān)性（圖5c）。褪色蝕變發(fā)育具有不均一性，縱向上，一般在賦礦層位的頂部最為發(fā)育，向下逐漸減弱（圖5d、e），橫向上沿巖層走向多可見褪色蝕變呈透鏡體狀、團(tuán)塊狀分布或分支、尖滅再現(xiàn)。整體上，賦礦層位中褪色發(fā)育部位與原巖部位界線明顯，兩者分界線在礫巖型銅礦床和砂巖型鉛鋅礦床中以波浪狀（圖5a）、不規(guī)則狀（圖5b）、參差漸變狀（圖5d、e）等不整合接觸為主，而在砂巖型銅礦床則主要表現(xiàn)為整合接觸（圖5f），分界線沿砂巖層理/斜層理延伸可達(dá)幾十米至幾百米，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的氧化還原障界面，褪色砂巖中越靠近氧化還原障界面礦化強(qiáng)度越高，越過界面礦化強(qiáng)度迅速減弱。

微觀層面圍巖蝕變主要包括碳酸鹽化、硅化、綠泥石化和天青石化，其中以碳酸鹽化為代表，在各類型礦床中廣泛發(fā)育。蝕變礦物主要為方解石，多呈微細(xì)粒自形—半自形晶，在砂礫巖中主要呈浸染狀分布于砂礫間隙，在角礫巖中多數(shù)呈細(xì)脈狀產(chǎn)出，局部呈晶洞狀（圖4f）、 團(tuán)塊狀產(chǎn)出。硅化和綠泥石化主要發(fā)育在薩熱克銅礦床，石英呈細(xì)脈或細(xì)網(wǎng)脈狀，綠泥石呈細(xì)脈狀、粒狀或薄膜狀分布于圍巖裂隙中，整體發(fā)育較弱。天青石化主要發(fā)育在烏拉根鉛鋅礦床，在砂礫中多數(shù)以細(xì)粒他形—半自形晶呈浸染狀與方解石共生，在角礫巖中可呈脈狀、網(wǎng)脈狀和團(tuán)塊狀產(chǎn)出（圖4g）。

2.5 膏巖、有機(jī)質(zhì)與金屬成礦

區(qū)內(nèi)砂礫巖型銅鉛鋅礦床與蒸發(fā)巖建造和有機(jī)質(zhì)具有密切的時(shí)空聯(lián)系。烏魯烏恰盆地、柯坪盆地和庫車盆地新生界賦礦紅層沉積建造中均發(fā)育厚大的蒸發(fā)巖層位，烏拉根/托帕鉛鋅礦床部分礦體直接賦存于阿爾塔什組/卡拉塔爾組坍塌角礫巖（泥灰?guī)r、膏泥巖）中，脈石礦物中多可見石膏和天青石，烏拉根礦區(qū)東部產(chǎn)出有帕恰布拉克大型鍶（天青石）礦床[24]。在庫車盆地膏巖層中發(fā)現(xiàn)原生沉積的自然銅、自然鋅及鉛、銀、鈷、鐵的硫化物，證實(shí)蒸發(fā)巖建造為砂巖型銅礦床的重要礦源層[25]。蒸發(fā)巖建造在薩熱克巴依盆地分布較少，僅在含礦層下部的楊葉組石英砂巖和康蘇組煤巖層理或節(jié)理裂隙中可見到薄層狀石膏，其與金屬成礦的關(guān)系尚待深入研究。

有機(jī)質(zhì)幾乎在所有類型礦床中均可見到，主要以瀝青形式存在，在烏拉根礦床最為突出。烏拉根礦床鉛鋅礦體賦存于下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群，該群是區(qū)域上重要的油氣儲(chǔ)層，產(chǎn)出有阿克莫大型氣田；同時(shí)，COS同位素[2627]、有機(jī)物的熱成熟度[28]、有機(jī)碳[29]、ΣS濃度[30]以及稀土元素的研究[31]均表明油氣的運(yùn)移是造成克孜勒蘇群發(fā)生區(qū)域性褪色蝕變的重要原因，褪色過程中油氣通過細(xì)菌的硫酸鹽還原作用[3233]產(chǎn)生的H2S，是導(dǎo)致其后鉛鋅沉淀成礦的重要原因。薩熱克礦區(qū)富礦石產(chǎn)出位置與圍巖有機(jī)碳含量密切相關(guān)[34]，吾合沙魯和伽師礦區(qū)多可見金屬礦物圍繞有機(jī)質(zhì)形成樹枝狀、結(jié)核狀構(gòu)造。

3 成礦作用

3.1 成礦金屬物質(zhì)來源

對(duì)于沉積巖容礦的銅鉛鋅礦床，含礦建造中的紅色沉積建造、蒸發(fā)巖建造和古老變質(zhì)基底均被認(rèn)為是成礦金屬的可能來源[35]。區(qū)內(nèi)砂礫巖型銅鉛鋅礦床Pb同位素示蹤顯示，盡管不同類型礦床成礦特征各異、形成的盆地背景不同，但其成礦金屬均主要來自造山帶物質(zhì)[26， 28， 34， 3638]，即來自盆地內(nèi)造山帶的碎屑沉積物。詳細(xì)的對(duì)比分析表明，盆地基底（物源區(qū)）及紅層沉積建造組成的不同，其對(duì)成礦作用的影響也不同。

在盆地基底構(gòu)成上，薩熱克巴依盆地和烏魯烏恰盆地不同礦床 Pb同位素組成對(duì)比分析表明（圖6），薩熱克礦床Pb同位素組成指示其成礦物質(zhì)源區(qū)為中元古界阿克蘇群和古生界，而烏拉根和吾合沙魯?shù)V床 Pb同位素組成則表明其成礦物質(zhì)源區(qū)主要為中元古界阿克蘇群，這與烏魯烏恰盆地基底主體相對(duì)于薩熱克巴依盆地缺少古生界相一致。烏魯烏恰盆地江格結(jié)爾、喀煉鐵廠和托帕礦床相對(duì)烏拉根礦床發(fā)育銅礦化，與之相應(yīng)，三個(gè)礦床相對(duì)烏拉根礦床其基底也含有古生界，暗示同一盆地不同部位其基底構(gòu)成不同也可能是導(dǎo)致成礦差異的重要原因之一。在蒸發(fā)巖建造上，吾合沙魯?shù)V床 Pb同位素組成相對(duì)烏拉根礦區(qū)顯示出與蒸發(fā)巖建造明顯的相關(guān)性，這與烏魯烏恰盆地蒸發(fā)巖在新生界紅層沉積建造中大量分布，而在中生界紅層沉積建造中較為缺失相一致。

3.2 成礦流體性質(zhì)和來源

流體包裹體和CHO同位素研究表明，區(qū)內(nèi)砂礫巖型銅鉛鋅礦床成礦流體主要可以分為三類：

1）以有機(jī)流體為主，以薩熱克銅礦床為代表。薩熱克礦床流體包裹體類型包括富液相包裹體、含子晶三相包裹體、CO2包裹體和含油氣包裹體，包裹體氣相成分含有CO2、N2、CH4等成分，流體整體具有中低溫中高鹽度的特征，經(jīng)歷了從成礦早階段（硅化）偏氧化性流體向主成礦階段（碳酸鹽化）還原性流體的演化過程[43]。流體δDδ18OH2O圖（圖7a）指示成礦流體主要為有機(jī)流體，礦區(qū)所在薩熱克巴依盆地中侏羅統(tǒng)楊葉組和康蘇組煤層及含煤黑色泥巖是區(qū)域上最主要烴源巖[48]，礦石中有機(jī)碳δ13CPDB同位素組成與康蘇組煤巖δ13CPDB同位素組成相似，表明有機(jī)流體與侏羅系烴源巖關(guān)系密切[34]。礦區(qū)方解石δ13CPDBδ18OSMOW同位素組成（圖7b）表明流體中的碳質(zhì)主要來自海相碳酸鹽巖的溶解，與盆地基底古生界碳酸鹽同位素組成相似，暗示盆地基底古生界海相碳酸鹽巖溶解可能為成礦流體的另一個(gè)重要來源[50]。

2）以盆地建造水為主，以烏拉根鉛鋅礦床為代表。烏拉根礦床流體包裹體主要為氣液兩相包裹體，流體整體具有低溫中低鹽度的特征[40， 51]。流體δDδ18OH2O圖（圖7a）指示成礦流體以盆地建造水為主，礦區(qū)方解石δ13CPDBδ18OSMOW同位素組成（圖7b）顯示流體中的碳質(zhì)主要來自沉積有機(jī)物的脫羧基作用，鑒于其與礦床褪色砂巖中方解石δ13CPDB組成（-7.7‰～-5.1‰）[52]相一致且褪色是油氣運(yùn)移和充注所致，流體中有機(jī)質(zhì)可能主要來自地層中先存的油氣等有機(jī)物。

3）盆地建造水與有機(jī)流體混合型，以伽師和滴水銅礦床為代表。伽師和滴水礦床流體包裹體類型主要為純液相包裹體和氣液兩相包裹體，包裹體氣相成分包含CO2、H2S、CH4、H2、N2等成分，流體整體具有中低溫中低鹽度的特征，伽師礦床整體為還原性流體，滴水礦床則經(jīng)歷了從成巖期還原性流體向改造期弱氧化性流體的演化過程[4647]。流體δDδ18OH2O圖（圖7a）顯示盆地建造水和有機(jī)流體混合的特征，其相對(duì)薩熱克和烏拉根礦床整體偏向大氣降水線，表明成礦流體中還有大氣降水的加入[24]。流體δ13CPDBδ18OSMOW同位素組成（圖7b）顯示流體中的碳質(zhì)主要來自沉積有機(jī)物的氧化作用。

3.3 硫的來源與形成機(jī)制

前人對(duì)區(qū)內(nèi)砂礫巖型銅鉛鋅礦床開展了大量的硫同位素研究工作[22， 2629， 36， 38， 40， 4647， 5357]，統(tǒng)計(jì)顯示區(qū)內(nèi)礫巖型和砂巖型銅礦床δ34S值均為負(fù)值且有較大的分布范圍（圖8），與滇中地區(qū)陸相砂巖型銅礦床[5859]以及國(guó)外砂巖型銅礦床的δ34S值特征相吻合[60]，成礦所需的硫主要源自硫酸鹽細(xì)菌還原作用和/或熱化學(xué)還原反應(yīng)（TSR/BSR）[61]，部分較大的δ34S負(fù)值（lt;-30‰）還指示部分硫可能來源于有機(jī)硫[62]。由于區(qū)內(nèi)礫巖型和砂巖型銅礦床成礦流體的溫度普遍 gt; 80 ℃，超過了BSR發(fā)生的溫度限制（T lt; 80 ℃）[63]，因此成礦所需還原硫可能主要通過TSR過程產(chǎn)生，或通過異地BSR過程產(chǎn)生并隨成礦流體運(yùn)移。盆地中—新生界沉積硫酸鹽可能是成礦所需還原硫的主要來源。

烏拉根礦區(qū)主要金屬礦物（方鉛礦、閃鋅礦和黃鐵礦）的δ34S值范圍為-27.9‰～22.0‰，平均為-4.90‰，也顯示出以負(fù)值為主且較寬泛的特點(diǎn)（圖8），表明硫有多種來源。其礦石硫同位素具有閃鋅礦（平均為1.57‰， N = 47） gt; 黃鐵礦（平均為-4.57‰， N=35）gt;方鉛礦（平均為-8.37‰， N=91）的特點(diǎn)，未達(dá)到硫同位素分餾平衡（黃鐵礦gt;閃鋅礦gt;方鉛礦），反映這些硫化物可能不是同期流體作用的產(chǎn)物。礦區(qū)成礦前經(jīng)歷了多期油氣的運(yùn)移和充注，引發(fā)了克孜勒蘇群砂巖大規(guī)模褪色蝕變及阿爾塔什組膏鹽層的溶解坍塌[52]，巖相學(xué)也揭示出大量與有機(jī)質(zhì)密切共生的成礦前黃鐵礦的存在[23， 40]，成礦前油氣通過BSR過程為成礦作用提供了直接的還原硫或硫酸鹽還原反應(yīng)的還原劑[61]。陳興等 [27]依據(jù)閃鋅礦及其共生方解石、菱鐵礦發(fā)育的納/微米莓球狀、絲/管狀結(jié)構(gòu)，認(rèn)為成礦所需H2S可能主要通過硫酸鹽原地BSR過程產(chǎn)生；Xue等 [28]則認(rèn)為其主要通過異地BSR過程和部分原地TSR過程共同形成。流體包裹體研究顯示主要成礦階段其流體溫度 gt; 120 ℃[40， 51]，表明在成礦階段TSR過程可能發(fā)揮了重要作用，但目前關(guān)于BSR和TSR的具體過程以及對(duì)成礦作用的貢獻(xiàn)尚不清楚。另外，雖然礦區(qū)范圍內(nèi)油氣等有機(jī)質(zhì)發(fā)育，但有機(jī)質(zhì)中的硫含量微不足道[2829]，因此，有機(jī)質(zhì)熱裂解成因H2S可以近似忽略不計(jì)。礦區(qū)阿爾塔什組膏鹽層因油氣溶解而形成坍塌角礫巖，可能為還原硫的直接來源[40]。

3.4 成礦時(shí)代和成礦動(dòng)力學(xué)背景

沉積巖容礦型銅鉛鋅礦床成礦年代一直是研究該類礦床的難題，近年來通過閃鋅礦/方鉛礦RbSr和SmNd、磷灰石裂變徑跡（AFT）、瀝青/黃鐵礦ReOs、方解石UPb等測(cè)年方法的應(yīng)用（表2），結(jié)合地質(zhì)關(guān)系限制，該區(qū)砂礫巖型銅鉛鋅礦床的成礦時(shí)代逐漸明晰。

薩熱克礦區(qū)銅礦體主體賦存于上侏羅統(tǒng)庫孜貢蘇組中，最新賦礦層位為下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群第二巖性段（K1Kz2， 圖2），限定礦區(qū)成礦作用應(yīng)晚于K1Kz2沉積時(shí)代。礦區(qū)所在庫孜貢蘇盆地在早白堊世中晚期（克孜勒蘇群第三至第五段沉積期）發(fā)生構(gòu)造隆升，缺失克孜勒蘇群第四和第五巖性段，沉積碎屑鋯石裂變徑跡年齡表明其構(gòu)造隆升時(shí)間為（119±6） Ma[66]，即K1Kz2沉積時(shí)代不晚于（119±6） Ma，礦區(qū)成礦作用應(yīng)晚于（119±6） Ma。礦區(qū)黃鐵礦ReOs同位素等時(shí)線年齡為（115.8±4.7） Ma[64]，與地質(zhì)關(guān)系相吻合，限定薩熱克礦床形成時(shí)代為早白堊世末。

庫孜貢蘇盆地早白堊世晚期構(gòu)造抬升可能受控于晚侏羅世歐亞板塊南部邊緣拉薩地體拼貼的遠(yuǎn)程效應(yīng)影響[2， 5]，地形差引起的重力作用和構(gòu)造擠壓造成的定向壓力可能為驅(qū)動(dòng)成礦流體運(yùn)移的主要驅(qū)動(dòng)力。

薩熱克礦區(qū)南礦帶發(fā)育玄武質(zhì)（輝綠巖）巖脈侵入下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群第二巖性段中，巖脈兩側(cè)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖發(fā)育大規(guī)模的褪色蝕變并伴生孔雀石礦化，且輝綠巖呈角礫狀被含礦方解石+石英脈捕獲或被穿插[64]，結(jié)合年代學(xué)研究揭示出的區(qū)域上玄武質(zhì)巖漿活動(dòng)在早白堊世集中于120～110 Ma之間的特征[41， 6973]，礦區(qū)輝綠巖脈侵入時(shí)代最有可能稍早于或與成礦作用近于同期。

薩熱克成礦深度一般為0.75～1.68 km[74]，最大深度可達(dá)1.84 km，與杜玉龍等[75]根據(jù)黑云母地質(zhì)溫度壓力計(jì)推測(cè)輝綠巖的成巖最小深度（2.15 km）在垂向上接近，同時(shí)，方維萱等[76]研究表明含銅蝕變輝綠巖及其外接觸帶發(fā)生綠泥石化相蝕變溫度平均為175～238 ℃，與成礦流體包裹體測(cè)溫結(jié)果相一致，均表明礦區(qū)玄武質(zhì)巖漿的活動(dòng)與成礦作用具有耦合關(guān)系，巖漿作用可能為成礦流體中硫酸鹽發(fā)生TSR提供了熱源。

烏拉根礦區(qū)鉛鋅礦體主體賦存于下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群褪色砂巖中，而砂巖的褪色蝕變是區(qū)域油氣運(yùn)移充注的結(jié)果，限定鉛鋅礦床成礦作用應(yīng)晚于油氣運(yùn)移充注的時(shí)代。瀝青ReOs和自生伊利石KAr研究結(jié)果表明，區(qū)域上克孜勒蘇群中油氣在50～57、38.55～34.6和22.60～18.79 Ma經(jīng)歷了多期次的運(yùn)移充注過程[6668]，因此鉛鋅成礦時(shí)代應(yīng)晚于18.79 Ma。烏拉根礦區(qū)磷灰石裂變徑跡分析結(jié)果（49.5～35.2 Ma）[37]和方鉛礦、閃鋅礦、方解石的RbSr和SmNd等時(shí)線年齡（55.4～55.1 Ma）[65]以及較為分散的黃鐵礦ReOs模式年齡（45～6.7 Ma）[40]可能主體上反映了油氣運(yùn)移及相關(guān)構(gòu)造熱事件的記錄（圖9）。Zhao等[23]對(duì)烏拉根礦區(qū)成礦前、成礦期和成礦期后方解石開展原位UPb分析獲得的三組等時(shí)線年齡（11.80、10.9、10.6 Ma）與地質(zhì)關(guān)系相符，將鉛鋅成礦時(shí)代限定為中新世晚期。

前人依據(jù)礦床圍巖蝕變和礦化特征，認(rèn)為砂巖型銅礦床主體屬于同生沉積改造型成因[13， 4647， 7780]，底圖據(jù)文獻(xiàn)[23]修編。瀝青ReOs模式年齡數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[66]。

成礦作用主要發(fā)生于賦礦層成巖晚期。吾合沙魯?shù)V區(qū)銅礦體主體賦存于中新統(tǒng)安居安組（20.73～14.12 Ma）[81]中，該組砂巖中磷灰石裂變徑跡分析結(jié)果（16～14 Ma）[66]與地質(zhì)關(guān)系相符，可能主體上也反映了礦區(qū)成礦作用發(fā)生的時(shí)代。

漸新世末開始，受印度板塊與歐亞板塊碰撞的影響，西南天山快速隆起并向南發(fā)生逆沖推覆構(gòu)造作用，南北擠壓的構(gòu)造應(yīng)力使得烏魯烏恰、柯坪和庫車前陸盆地內(nèi)部普遍存在異常超高壓區(qū)[82]，驅(qū)動(dòng)盆地流體由造山帶向前陸方向運(yùn)移，同時(shí)驅(qū)動(dòng)盆地基底油氣沿?cái)嗔褬?gòu)造帶向上運(yùn)移[83]。不同盆地沉積演化、逆沖推覆構(gòu)造發(fā)育及油氣運(yùn)移的耦合可能是導(dǎo)致區(qū)域上砂巖型銅礦床成礦時(shí)代差異的主要原因。

4 成礦過程與成礦模型

對(duì)于砂礫巖型銅鉛鋅礦床形成過程而言，充足的金屬來源（礦源層）、合適的搬運(yùn)介質(zhì)和運(yùn)移通道（礦質(zhì)搬運(yùn)）以及有利的沉淀機(jī)制和容礦空間（礦質(zhì)聚集）是成礦作用發(fā)生的3個(gè)必要環(huán)節(jié)。本文基于上述對(duì)西南天山砂礫巖型銅鉛鋅礦床地質(zhì)特征、成礦作用和成礦時(shí)代及成礦動(dòng)力學(xué)背景的總結(jié)，構(gòu)建了區(qū)內(nèi)該類型礦床的成礦過程和成礦模式。

4.1 礫巖型銅礦床

礫巖型銅礦床成礦過程主要經(jīng)歷了沉積成巖期和熱液礦化期兩個(gè)期次。

沉積成巖期：侏羅紀(jì)伴隨塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂的發(fā)展，庫孜貢蘇拉分?jǐn)嘞菖璧匦纬?，接受一套以侏羅系為主體的紅色含煤系碎屑巖沉積建造，成為礫巖型銅礦床的礦源層。在含礦建造形成過程中，有機(jī)質(zhì)與地層建造水組成初始成礦流體，隨著埋深加大和溫度升高，沉積物中的有機(jī)質(zhì)不斷成熟、向烴類物質(zhì)轉(zhuǎn)化并加入到初始成礦流體中，初始成礦流體通過長(zhǎng)期的水巖作用，使得基底巖系和紅色沉積建造中的硫酸鹽、碳酸鹽等溶解并萃取成礦金屬元素，形成真正的有機(jī)成礦流體，其中金屬元素可能與有機(jī)質(zhì)形成有機(jī)化合物等穩(wěn)定形式存在。

熱液礦化期：早白堊世末期，隨著庫孜貢蘇盆地構(gòu)造抬升，重力作用和構(gòu)造擠壓驅(qū)動(dòng)成礦流體沿著斷裂上升至淺部滲透率較高的上侏羅統(tǒng)庫孜貢蘇組礫巖層時(shí)，成礦有機(jī)流體受到下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群不透水砂質(zhì)泥巖的圈閉而聚集，同時(shí)可能受到同期巖漿活動(dòng)引起的熱異常影響，流體中溶解的硫酸鹽與烴類物質(zhì)發(fā)生熱化學(xué)還原作用形成H2S等還原硫，引發(fā)金屬元素的沉淀形成礦床（圖10a）。

4.2 砂巖型鉛鋅礦床

砂巖型鉛鋅礦床成礦過程主要經(jīng)歷了沉積成巖期、油氣運(yùn)移和充注期及熱液礦化期三個(gè)期次。

沉積成巖期：侏羅紀(jì)—早白堊世，烏魯烏恰盆地整體坳陷，接受一套紅色含煤系碎屑巖沉積建造，成為砂巖型鉛鋅礦床的礦源層。晚白堊世—古近世，盆地遭受海侵，形成一套海相碎屑巖碳酸鹽巖膏巖沉積建造。

油氣運(yùn)移和充注期：古近世—中新世早期，可能受上覆碳酸鹽巖、膏巖不透水層和持續(xù)沉積、壓實(shí)以及盆地深部低溫脫水的影響，盆地下部中生界紅層

沉積演化為發(fā)育著流體循環(huán)的封閉環(huán)境，期間沉積有機(jī)質(zhì)成熟成烴及油氣多期次的運(yùn)移和充注，引發(fā)了克孜勒蘇群大規(guī)模的褪色和阿爾塔什組膏巖的溶解，在局部有利地質(zhì)條件下聚集形成古油氣藏環(huán)境；同時(shí)硫酸鹽與烴類物質(zhì)發(fā)生BSR過程形成H2S等還原硫，為后續(xù)礦質(zhì)沉淀創(chuàng)造了條件。

熱液礦化期：中新世晚期，隨著大型逆沖推覆構(gòu)造的發(fā)育，盆地深部含礦流體沿?cái)嗔焉仙?dāng)其進(jìn)入到先存油氣藏環(huán)境時(shí)，通過原油直接提供還原硫或者通過TSR過程，引發(fā)金屬元素的沉淀形成礦床（圖10b）。

4.3 砂巖型銅礦床

砂巖型銅礦床成礦過程主要經(jīng)歷了沉積成巖期和熱液礦化期兩個(gè)期次。

沉積成巖期：漸新世末，隨著西南天山的快速隆起，烏魯烏恰、柯坪和庫車前陸盆地形成，普遍接受一套以中新統(tǒng)為主體的紅色碎屑巖夾膏巖沉積建造，成為砂巖型銅礦床的礦源層。在含礦建造埋藏后的成巖階段早期，下滲大氣降水及壓實(shí)作用所釋放的盆地建造水組成初始成礦流體，隨著埋深加大和溫度升高，石膏及黏土礦物的相轉(zhuǎn)變逐漸釋放出層間水和結(jié)構(gòu)水，這些流體一起加入初始流體中并在紅層建造中循環(huán)流動(dòng)，與巖石發(fā)生長(zhǎng)期的水巖作用，使得碎屑巖與膏巖層中的硫酸鹽、鹵化物等溶解，萃取成礦金屬元素，形成真正的含礦流體，此時(shí)金屬元素由于缺乏合適的沉淀富集機(jī)制而沒有成礦。

熱液礦化期：中新世晚期上新世，發(fā)育大型的逆沖推覆構(gòu)造，在驅(qū)動(dòng)盆地含礦流體沿砂巖等高孔隙度和滲透性的層位運(yùn)移的同時(shí)引發(fā)盆地基底古生界油氣沿?cái)嗔焉仙瑑烧咴隈薨檶娱g引張地段、背轉(zhuǎn)折端等構(gòu)造圈閉部位發(fā)生聚集和混合，可能由于氧化還原障的存在，有機(jī)流體與盆地建造水以及有機(jī)流體內(nèi)部有機(jī)與無機(jī)成分之間的平衡被打破，有機(jī)質(zhì)發(fā)生氧化作用而硫酸鹽被還原為H2S等還原硫，引發(fā)金屬元素的沉淀形成礦床（圖10c）。礦床成礦期后發(fā)生不同程度的表生氧化作用，使礦體進(jìn)一步富集。

5 展望和結(jié)論

5.1 研究展望

1）西南天山砂巖型銅礦床的形成與大型逆沖推覆構(gòu)造關(guān)系密切，但該區(qū)逆沖推覆構(gòu)造的發(fā)育自中新世至今為一個(gè)多階段并持續(xù)的過程，砂巖型銅礦床也多遭受后期表生氧化改造作用，這給精確厘定礦床成礦時(shí)代帶來挑戰(zhàn)。詳細(xì)的巖相學(xué)觀察加合適定年方法的選擇是準(zhǔn)確厘定其成礦時(shí)代的保證。

2）區(qū)內(nèi)砂巖型鉛鋅礦床成礦前經(jīng)歷了多期次的油氣運(yùn)移和充注過程，該油氣與薩熱克銅礦床成礦流體均來自于盆地侏羅系烴源巖的生排烴作用，兩種有機(jī)流體為何會(huì)有如此大的成礦差異性？鉛鋅礦床成礦流體以盆地建造水為主，該建造水是來自于盆地中生界紅層沉積建造水還是變質(zhì)基底建造水亦或是兩者的混合？如果是中生界紅層沉積建造水，其與成礦前油氣是怎樣的繼承和發(fā)展關(guān)系？這些問題尚需開展詳細(xì)分析研究。

3）近年來在烏魯烏恰盆地南部古近系漸新統(tǒng)—始新統(tǒng)巴什布拉克組及始新統(tǒng)烏拉根組和卡拉塔爾組中發(fā)現(xiàn)海相砂巖型銅礦床（瑪依喀克銅礦床）[84]，整體礦化特征與盆地北部吾合沙魯、花園等陸相砂巖型銅礦床相似。在大地構(gòu)造上，目前發(fā)現(xiàn)的陸相砂巖型銅礦床整體位于西南天山逆沖推覆帶前緣，而海相砂巖型銅礦床則位于西昆侖帕米爾逆沖推覆帶前緣。海相砂巖型銅礦床的發(fā)現(xiàn)一方面為區(qū)域上砂礫巖型銅鉛鋅礦床找礦勘查工作拓展了新的空間，另一方面對(duì)其成礦作用、成礦時(shí)代和礦床成因的進(jìn)一步研究，以及與陸相砂巖型銅礦及鉛鋅礦床的對(duì)比分析，將對(duì)豐富和完善該區(qū)砂礫巖型銅鉛鋅礦床成礦理論及礦床成礦模型具有重要意義。

5.2 結(jié)論

1） 西南天山礫巖型銅礦床形成于早白堊世末，對(duì)應(yīng)庫孜貢蘇盆地由斷陷至抬升的構(gòu)造轉(zhuǎn)換階段，重力作用和構(gòu)造抬升擠壓驅(qū)動(dòng)盆地流體遷移，同期的巖漿活動(dòng)可能為成礦形成提供熱源。砂巖型鉛鋅礦床和銅礦床形成于中新世晚期，與大型逆沖推覆構(gòu)造作用密切相關(guān)，造山隆升和構(gòu)造擠壓是成礦流體運(yùn)移的主要驅(qū)動(dòng)力。

2） 區(qū)內(nèi)砂礫巖型銅鉛鋅礦床成礦金屬物質(zhì)均來自造山帶物質(zhì)，但盆地基底及紅層沉積建造組成的差異對(duì)成礦作用的影響也不同。

3） 沉積硫酸鹽可能是區(qū)內(nèi)砂礫巖型銅鉛鋅礦床成礦所需還原硫的主要來源，礫巖型和砂巖型銅礦床還原硫主要通過TSR過程或異地BSR過程形成，而成礦前BSR過程和成礦期TSR過程則共同構(gòu)成了砂巖型鉛鋅礦床還原硫形成機(jī)制。

4） 區(qū)內(nèi)礫巖型銅礦床成礦流體以有機(jī)流體為主，碳質(zhì)主要來源于海相碳酸鹽的溶解；砂巖型鉛鋅礦床成礦流體以盆地水為主，碳質(zhì)主要來源于有機(jī)質(zhì)的脫羧基作用；而砂巖型銅礦床成礦流體則表現(xiàn)為有機(jī)流體和盆地建造水混合的特征，成礦過程還有大氣降水的加入，碳質(zhì)主要來源于有機(jī)質(zhì)的氧化作用。

致謝：紫金集團(tuán)紫金鋅業(yè)有限責(zé)任公司為本文野外調(diào)查的開展提供了大力支持，在此表示衷心感謝！

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