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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (4): 693-703  
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李向民, 余吉远, 王国强, 黄博涛, 武鹏. 祁连山新元古代-早古生代火山作用与铁-铜多金属成矿[J]. 地质通报, 2018, 37(4): 693-703.
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Li X M, Yu J Y, Wang G Q, Huang B T, Wu P. Late Neoproterozoic to Early Paleozoic volcanism and iron-copper polyme-tallic mineralization of the Qilian Mountain[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(4): 693-703.
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基金项目

中国地质调查局项目《祁连成矿带肃南—大柴旦地区地质矿产调查》(编号:DD20160012)

作者简介

李向民(1964-), 男, 研究员, 从事区域火山岩岩石学及相关矿产研究。E-mail:lixiangmin0728@163.com

文章历史

收稿日期: 2017-07-07
修订日期: 2018-03-07
祁连山新元古代-早古生代火山作用与铁-铜多金属成矿
李向民1,2 , 余吉远1,2 , 王国强1,2 , 黄博涛1,2 , 武鹏1,2     
1. 中国地质调查局造山带地质研究中心/西安地质调查中心, 陕西 西安 710054;
2. 国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室/西安地质调查中心, 陕西 西安 710054
摘要: 祁连山造山带新元古代—早古生代是板块构造演化与成矿的最重要时段,铁、铜多金属矿产资源丰富,成矿作用与新元古代—早古生代火山作用密切相关。根据矿床产出构造位置,将祁连山铁、铜多金属矿床分为4类:大陆裂谷型铁(铜)矿床、岛弧-岛弧裂谷型铜多金属矿床、陆缘裂谷型铜多金属矿床、扩张脊型铜矿床。镜铁山铁(铜)型矿床是新元古代大陆裂谷火山作用过程中热水沉积作用的产物;东沟铜矿为晚寒武世大洋扩张脊火山作用的产物;白银矿田铜多属矿床是奥陶纪与岛弧-岛弧裂谷火山作用的产物;石居里铜矿是晚奥陶纪弧后扩张脊有关火山作用的产物;红沟铜矿则是晚奥陶世陆缘裂谷火山作用的产物。
关键词: 新元古代-早古生代    火山作用    构造演化    祁连山    
Late Neoproterozoic to Early Paleozoic volcanism and iron-copper polyme-tallic mineralization of the Qilian Mountain
LI Xiangmin1,2, YU Jiyuan1,2, WANG Guoqiang1,2, HUANG Botao1,2, WU Peng1,2     
1. Research Center for Orogenic Geology, Xi'an Center of Geological Survey, China Geological Survey, Xi'an 710054, Shaanxi, China;
2. MLR Key Laboratory of Magmatic Ore Deposits Genetic Models and Exploration, Xi'an Center of Geological Survey, Xi'an 710054, Shaanxi, China
Abstract: The most important period of tectonic evolution and mineralization in the Qilian orogenic belt is Late Neoproterozoic to Early Paleozoic. There are abundant iron-copper polymetallic ore deposits and they are closely related to the volcanism. According to the plate tectonic setting, the iron-copper polymetallic ore deposits can be grouped into four types:continental rift, island arc-is-land arc rift, continental margin rift and spreading ridge. The Jingtieshan-type iron-copper deposit was formed in the hot-water sedi-mentary mineralization of the volcanism in Late Neoproterozoic; the Donggou copper deposit was formed in an oceanic mid-ridge environment in Late Cambrian; the Baiyin orefield and the Qingshuigou-Bailiugou orefield were formed by the hot brine convec-tion and circulation related to the island arc-island arc rift volcanism during the Cambrian-Ordovician; the Shijuli copper deposit was formed in the back-arc spreading ridge in Late Ordovician; and the Honggou copper deposit was formed in a continental margin rift environment in Late Ordovician.
Key words: Late Neoproterozoic to Early Paleozoic    volcanism    tectonic evolution    Qilian Mountain    

祁连山造山带是中国乃至世界著名的成矿省之一,金属资源量丰富,矿种齐全,是中国重要的铁、铜、铅、锌生产基地,尤其是北祁连成矿带与早古生代海相火山作用有关的铜、多金属矿产是祁连成矿带的特色资源。目前祁连造山带发现铁、铜多金属矿产地300余处(其中大型矿床4处,中型矿床12处,小型矿床50余处),主要分布于北祁连的镜铁山、肃南、祁连、门源、白银等地区,其次是南祁连化隆、锡铁山等地(图 1)。祁连造山带铁、铜多金属成矿作用与祁连早古生代火山作用关系密切。前人对祁连山造山带的构造-火山岩浆和相关成矿作用做了大量的研究工作[2-21],本文在综合分析典型矿床含矿岩系特征、成岩环境、成岩时代等的基础上,总结了祁连成矿带火山作用与铁、铜多金属成矿作用的关系,为祁连成矿带进一步找矿工作部署提供依据。

图 1 祁连山成矿带地质矿产略图[1] Fig.1 Geological and mineral resources sketch map of the Qilian Mountain metallogenic belt 1—雁丹图;2—掉石沟;3—查干布尔噶斯;4—香毛山;5—柳沟峡;6—双山口;7—吊大坂;8—大东沟;9—镜铁山;10—大湾沟;11—石居里六号沟;12—九个泉;13—大岔西岔;14—皂矾沟;15—天鹿;16—错沟;17—石居里八号沟;18—郭米寺;19—下柳沟;20—弯阳河;21—阴凹槽;22—扎麻什克东沟;23—下沟;24—小东索;25—红沟;26—松树南沟;27—银灿;28—浪力克;29—裕龙沟;30—元石山;31—拉水峡;32—石青硐;33—折腰山;34—火焰山;35—四个圈;36—铜厂沟;37—银洞沟;38—陈家庙;39—黄崖口;40—蛟龙掌;41—腰岘子;42—猪咀哑巴;43—大海滩;44—沙柳河南区;45—锡铁山;46—哲合隆;47—蓄积山;48—通边;49—店峡
1 火山作用与构造演化

基于祁连山新元古代—早古生代火山岩性质、时间、空间变化特征和区域地质资料的综合分析[1],结合祁连成矿带的构造演化历史,认为祁连成矿带新元古代—早古生代的构造演化历史经历了4个阶段(图 2):新元古代—早寒武世超大陆裂解阶段、寒武纪—中奥陶世弧-盆演化阶段、晚奥陶世裂谷伸展阶段和志留纪造山阶段[1],在不同的演化阶段和构造环境下,成矿作用明显不同。

图 2 祁连山板块构造体制大洋盆地演化模式 Fig.2 Oceanic basin evolution model of the plate tectonic system in the Qilian Mountain OCEAN—大洋;IA—岛弧;IAR—岛弧裂谷;BAB—弧后盆地;RF—裂谷;R.OCEAN—残留洋盆;MC—岩浆房;SC—俯冲带;M—地幔;R.SEA—残留海盆
1.1 新元古代—早寒武世大陆裂解与成矿作用

新元古代早期的晋宁运动使亲华北陆块群(包括华北陆块、塔里木陆块、阿拉善陆块、中南祁连陆块、湟源陆块、化隆地块、敦煌陆块、欧龙布鲁克微陆块等)和亲扬子陆块群(马衔山陆块、陇山陆块、秦岭陆块等)形成统一的古中华陆块,成为新元古代超大陆的组成部分(Rodinia超级联合大陆)。新元古代中期(南华纪)—早寒武世,包括祁连山及邻区、天山、昆仑山及秦岭地区在内,在Rodinia超级大陆上发生了全球规模的裂谷火山事件(与地幔柱相关的大火成岩省群活动事件),最终导致Rodinia超级大陆裂解。它对于包括古亚洲洋体系在内的劳亚大洋[22]体系的形成及同期的大规模新元古代成矿事件具有重要的约束作用,祁连早古生代洋盆体系就位于古亚洲洋域体系的中部。

新元古代—早寒武纪大陆裂谷火山岩主要以残块形式存在于北祁连山早古生代海相火山岩系中,呈NWW—SEE向集中分布于北祁连西段的昌马—野牛沟地区、南祁连的全吉山和祁连东成矿带东部的兴隆山地区。与南华纪—寒武纪大陆裂谷火山作用有关的成矿主要是铁(铜)成矿作用,以镜铁山式大型铁(铜)矿为代表。北祁连西段含铁岩系形成于中—新元古代大陆裂谷环境,是全球Ro⁃ dinia超级联合大陆裂解的表现,北祁连西段的铁铜矿则是新元古代中—晚期大陆裂谷火山作用过程中热水沉积作用的产物。

1.2 寒武纪—中奥陶世弧-盆演化与成矿作用

随着南华纪—寒武纪裂谷作用的进一步加强,大陆发生裂解,大陆裂谷转化为大洋裂谷,形成早古生代秦-祁-昆大洋体系,包括北祁连洋、北秦岭洋、东昆仑洋及商丹洋,总体具洋陆间杂混生的特点。其中北祁连洋经过奥陶纪—志留纪的弧盆演化,于志留纪末期相继闭合,发生碰撞造山[11]

寒武纪—奥陶纪是祁连山重要的成矿时期,尤其是北祁连山地区,伴随早古生代洋陆转化,不同演化阶段具不同的成矿特征。在寒武纪大洋盆地演化阶段,形成与基性火山作用有关的块状硫化物矿床,以祁连县扎麻什东沟铜矿为代表;与奥陶纪弧后扩张脊海底火山作用相关的铜多金属矿床,以石居里沟铜矿为代表;与北祁连岛弧火山作用有关铜多金属矿床,以白银矿田和清水沟-白柳沟矿田诸矿床为代表。南祁连成矿带的锡铁山矿床则可能是与奥陶纪岛弧火山作用有关的热水喷流沉积作用的产物。

1.3 晚奥陶世裂谷伸展与成矿作用

随着奥陶纪北祁连洋的俯冲消减,北祁连造山带中最晚的弧火山岩具有446±3Ma的SHRIMP锆石U-Pb年龄[23],另外祁连山地区广泛分布由页岩、板岩、砂岩和砾岩构成的志留纪初始磨拉石, 其不整合覆盖在前志留纪地质体之上(图 1)[2, 5, 9, 24-25],表明北祁连洋于晚奥陶世最终闭合。晚奥陶世,因弧-陆碰撞,北祁连大洋板片与祁连大陆岩石圈脱离,北祁连大洋板片的断离诱使软流圈上涌,在祁连陆块北缘诱发产生碰撞后裂谷火山活动。

碰撞后裂谷火山零星地分布于祁连陆块北缘的祁连县冰沟、门源县红沟、庒浪县葫芦河等地,目前与该期火作用有关的矿床仅有产于基性火山岩中的红沟铜矿。

1.4 志留纪造山与成矿作用

祁连洋的闭合和弧后盆地扩张的停止发生在奥陶纪末期,大陆地块开始碰撞,祁连山一带志留纪残余海盆相复理石沉积,反映大洋闭合,大陆拼贴但没有造山,在晚志留世发生强烈的造山作用,导致山脉隆升;泥盆纪,磨拉石建造广泛出露于祁连山—柴北缘地区,是造山带隆升最强烈的阶段。这一阶段火山作用不发育,仅在局部地段形成与沉积作用有关的砂岩型铜矿。

目前,在祁连成矿带发现铁、铜多金属矿产地300余处,已知的典型工业矿床有白银铜多金属矿田、清水沟-白柳沟铜多金属矿田、镜铁山铁(铜)型矿床、石居里铜矿、红沟铜矿等(图 2)。根据这些已知工业矿床产出的板块构造环境,将祁连山铁、铜多金属矿床分为4类:大陆裂谷型铁(铜)矿床、岛弧-岛弧裂谷型铜多金属矿床、陆缘裂谷型铜多金属矿床、扩张脊型铜矿床。

2 大陆裂谷型铁(铜)矿床

北祁连西段是西北地区重要的铁(铜)矿集中产区之一,镜铁山铁(铜)矿床是其典型代表,与之相关的含矿岩系在北祁连西段广泛分布(图 3),矿床矿点发育,是北祁连山找矿有望取得突破的矿床类型之一。目前已发现的矿床(点)有20余处(桦树沟、黑沟、夹皮沟、柳沟峡、九个青羊、白尖、古浪峡、西柳沟、镜儿泉、小沙龙等铁矿床)。

图 3 北祁连山西段铁(铜)矿床(点)分布 Fig.3 Fe-Cu deposits distribution map of Western Qilian Mountain 1—中新生代;2—上古生界;3—下古生界;4—前寒武系;5—含矿岩系;6—花岗岩类;7—基性类;8—超基性岩类;9—铁铜矿;10—铁矿;11—地质界线及断裂;12—水系
2.1 含矿岩系特征

北祁连西段含铁矿岩系为一套海相火山-沉积岩系,称为朱龙关群,其下部的基性火山岩系为熬油沟组,上部的沉积变质岩系(含铁建造)为桦树沟组或镜铁山群[26]。分布于镜铁山-柳沟峡的含铁火山-沉积岩系(朱龙关群或镜铁山群),岩相变化较大,其厚度沿走向和倾向变化显著,反映大陆裂谷型裂隙式喷发-喷溢的火山-沉积岩系特点。其建造特征如下:①有大量碳酸盐岩;②有大量细碎屑岩(板岩、千枚岩等);③有以赤(镜)铁矿、菱铁矿为主的含矿层;④不同程度的火山岩类(熔岩、凝灰岩、次火山岩)和热水沉积岩(含铁锰硅质岩、碧玉岩、菱铁岩、重晶石岩);⑤一般具绿片岩相的区域变质特征。

北祁连西段含矿岩系遭受了绿片岩相的变质作用,前人对这些含矿岩系进行了深入的研究[8-9, 27-28],在大量化学分析的基础上,对原岩进行恢复,揭示原岩是以火山物质占优的中基性、酸性凝灰岩(主要为石英角斑质凝灰岩),且形成于大陆裂谷环境[8-9, 29]。含铁碧玉岩则是生物化学沉积作用参与的热水沉积岩。

2.2 含矿岩系时代

长期以来对朱龙关群含铁建造时代归属存在不同认识,前人多以朱龙关群所含叠层石或所含火山岩同位素年龄确定其形成时代,概括起来有:①早古生代[30];②新元古代[31-32];③中元古代[8, 33-37]。含矿岩系碎屑锆石年代学研究表明,镜铁山含矿围岩形成时代应晚于1039Ma,物源区主要为古—中元古宇火山沉积岩系。结合前人[38]报道的侵入于沙龙铁矿含矿围岩中的柴达诺尔花岗岩体的年龄508±4.6Ma(图 3),认为北祁连西段含铁(铜)岩系形成时代晚于1039Ma,早于508Ma,为新元古代大陆裂谷火山沉积作用的产物。

3 岛弧型铜多金属矿床

岛弧型铜多金属矿床指形成于岛弧或岛弧裂谷环境中的铜多金属块状硫化物矿床。迄今在祁连造山带共识别出2条岛弧火山岩带(图 1):①沿柴北缘构造带分布,岛弧火山岩以构造岩块形式产于柴北缘蛇绿构造混杂带中[39];②为北祁连岛弧火山岩带,位于北祁连山早古生代古海沟俯冲杂岩带北东侧[2, 5, 23, 40-46]。在北祁连早古生代洋陆转化过程中,岛弧火山岩系断续分布,产出于北祁连东部的白银厂-石灰沟、中部的冷龙岭和西部边马沟以西地区。已发现的矿床(点)有折腰山、火焰山、铜厂沟、银灿等铜矿床,锡铁山和四个圈铅锌矿床,小铁山、下沟、湾阳河、尕大坂、郭密寺等铜多金属矿床,白银矿田的诸多矿床是岛弧型铜多金属矿床的典型代表,也是岛弧-岛弧裂谷火山作用的产物。

3.1 含矿岩系特征

白银矿田探明的工业矿床有折腰山大型铜-锌矿床、小铁山大型铅-锌-铜型矿床、火焰山中型铜-锌型矿床、铜厂沟小型铜-锌型矿床、四个圈小型铅-锌-铜型矿床和拉牌沟小型铅-锌-铜型矿床。已知的工业矿床均产于早古生代海相双峰式细碧角斑岩系中(图 4),其酸性石英角斑岩出露于白银矿田古火山穹窿中部,中基性火山岩分布于古火山穹窿周边地区,矿床的直接围岩为下部的酸性火山岩-石英角斑岩类。

图 4 白银地区海相火山岩分布 Fig.4 Marine volcanic rock distribution map of Baiyin area 1—细碧质火山岩;2—角斑质火山岩;3—石英角斑质火山岩;4—花岗岩;5—中奥陶统;6—志留系;7—三叠系;8—白垩系;9—第四系;10—铜-锌型矿床;11—铅-锌-铜型矿床;12—不整合;13—环形影像;14—断层

白银矿田火山岩的形成环境长期以来存在2种认识[5-6, 11-12, 14, 16, 47-52]:一种观点认为白银矿田形成于大陆裂谷环境;另一种观点认为形成于与岛弧或岛弧有关的构造环境。在综合前人研究的基础上,结合近年白银矿田火山岩年代学研究的新进展,认为白银矿田含矿火山岩系可能形成于岛弧裂谷环境。

白银地区岛弧火山岩主要分布于白银矿田西北的中庄—陶家湾一带,在黑石山地区有少量出露。该套火山-沉积岩系下部具底砾岩和少量含钾细碧质岩石,中部为细碧质枕状熔岩,上部为粗面岩。这套细碧岩-粗面岩组合,在区域岩石学上可与其西延部分的石灰沟一带的碱性火山岩系对比,而后者则是典型的岛弧火山岩系[2, 5, 7],其特征是岛弧拉斑-岛弧钙碱-岛弧橄榄玄粗岩组合,是岛弧发生、发展和成熟的标志。

白银矿田基性火山岩微量元素洋脊玄武岩标准化配分型式上(包括碱性玄武岩和拉斑玄武岩)均显示大陆裂谷火山岩特有的大隆起特征(图 4),表明它们是裂谷火山作用的产物。特别应当指出的是,在基性火山岩微量元素洋脊玄武岩标准化分配型式(图 5)上,表现出明显的Nb-Ta槽和Ti负异常,而Nb、Ta和Ti的负异常是岛弧火山岩的特征之一[53],这可能是白银矿田源于上地幔的基性岩浆在上升过程中受到弧壳基底混染的表现;而酸性火山岩微量元素标准化型式具明显的Nb、Ta和Ti负异常,是基性岩浆上升过程中引发弧壳基底部分熔融形成酸性火山岩浆的表现。

图 5 白银厂细碧岩类微量元素洋脊玄武岩标准化分配型式[5] Fig.5 Ocean ridge basalt-normalized REE patterns of spilite in Baiyinchang 1—白银厂细碧岩类;2—Rio Grande大陆裂谷碱性玄武岩
3.2 含矿岩系时代

长期以来,对白银矿田含矿火山岩系的形成时代一直存在不同认识,直接影响矿田区域构造演化研究、区域找矿方向和找矿成效。20世纪50年代末以前,根据区域对比,将白银含矿火山岩系的时代定为中泥盆世[54]或泥盆纪。此后,随着白银矿田勘探采矿的活跃和研究工作的深入,在矿区外围采获多门类古生物化石,并进行了大量同位素测年,使该矿床的形成时代研究有了很大进展。然而,对其形成的精确时代仍存在争议,目前主要有以下3种认识:①依据矿区及其外围采获的三叶虫、腕足类、古杯类、牙刺类、海百合茎、节肢动物残片等化石,以及Rb-Sr等时线、单颗粒锆石U-Pb、Pb-Pb、SmNd等时线同位素测年数据,将白银矿田含矿岩系的时代划归寒武纪或早—中寒武世[2, 5-6, 9, 14, 41, 47, 50, 55-56];②根据矿区外围采获的三叶虫、笔石化石,以及全岩U-Pb、Rb-Sr等时线测年数据,将白银地区的含矿岩系划为早、中奥陶世[48-49];③依据丰富的藻类化石及Sm-Nd同位素测年,认为白银厂火山岩的时代为震旦纪[57]

近年来,大量的白银矿田年代学研究揭示,该矿田含矿酸性火山岩成岩年龄为467Ma左右,外围基性火山岩成岩年龄为465Ma左右,相当于中奥陶世[43-44]。而成矿作用开始于酸性火山作用晚期碎斑熔岩侵出和石英钠长斑岩体侵入后,结束于矿田大规模基性火山作用开始之前的火山作用相对宁静期[14, 47],是北祁连洋壳板片向北俯冲消减,在北祁连岛弧带东段引发局部拉张,并爆发较强烈的裂谷火山作用,形成白银矿田中奥陶世岛弧裂谷火山岩系。

4 扩张脊型铜矿床

北祁连海相火山岩在空间上呈有规律的带状展布,夏林圻等[6-7]通过对北祁连山构造-火山岩浆演化的研究划分出4条火山岩带:洋脊火山岩带、俯冲杂岩带、岛弧火山岩带及弧后盆地火山岩带。虽然洋脊火山岩带和弧后盆地火山带形成的构造位置不同,但火山岩形成机制相和岩石组合极相似,形成的铜多金属矿床均为与基性火山岩有关的块状硫化物矿床。研究表明,其成因与蛇绿岩组成单元中基性火山岩密切相关,属塞浦路斯型铜矿床。与弧后扩张脊有关的铜矿床以甘肃省肃南县石居里沟铜矿为代表,与大洋扩张脊有关的铜矿床则以扎麻什东沟铜矿为代表。

4.1 弧后扩张脊型铜矿床

石居里沟地处北祁连造山带西段,板块构造位置处于北祁连山早古生代岛弧火山岩带北东侧的中—晚奥陶世弧后盆地火山岩带中,该弧后盆地火山岩带沿走廊南山分布,火石峡—白泉门地区为该弧后盆地火山岩带西段弧后拉张最强烈的地区。在空间展布形态上,该弧后盆地火山岩带在北祁连山西段肃南裕固族自治县一带最宽,向东、向西均变窄(图 6)。

图 6 北祁连山肃南火石峡—白泉门地区地质图及块状硫化物分布[9] Fig.6 Geological map and massive sulfide distribution map of Huoshixia-Baiquanmen area in North Qilian Mountain
4.1.1 含矿岩系特征

北祁连弧后盆地火山岩带沿走廊南山分布,在白泉门-火石峡弧后盆地火山岩分布区,古火山喷发类型以裂隙式喷发为主,部分地段夹杂中心式喷发;在区域火山岩系共生组合类型分布上,西段火石峡—摆浪沟一带以枕状基性熔岩和集块角砾凝灰岩为主,中段塔洞沟一带为枕状-块状玄武岩和凝灰质砂岩互层,东段南部九个泉一带以枕状基性熔岩为主,东段北部石居里沟地区火山碎屑岩分布较多,火山碎屑岩的出现是弧后扩张脊型蛇绿岩套与真正洋脊型蛇绿岩套在岩石组合上的本质区别。该地区蛇绿岩层序较完整,自下而上由超基性岩、堆晶辉长岩、辉绿岩、枕状基性熔岩、块状基性熔岩、硅质岩、火山碎屑岩组成。块状硫化物富铜矿床产于蛇绿岩层序上部的枕状基性熔岩系内(如九个泉、石居里Ⅷ号沟矿床)和蛇绿岩层序顶部的块状基性熔岩和火山碎屑岩的接触带中(如石居里Ⅵ号沟矿床)。

4.1.2 含矿岩系时代

夏林圻等[5, 9]研究表明,石居里沟等富铜或铜锌型块状硫化物矿床赋存的火山岩系,代表了北祁连洋盆向北俯冲后期弧后裂解形成的次生洋壳环境的产物。李文渊等[58]采取石居里沟矿区南矿段辉长岩和北矿段辉石细碧玢岩同位素测年样品,分别获得锆石U-Pb年龄为457.9±1.2Ma和454±15Ma,代表弧后盆地新生洋壳的形成时代,属晚奥陶世早期。根据该区块状硫化物金属矿体具有产出于辉长岩和辉石细碧玢岩之上的火山熔岩和火山碎屑岩裂隙中的特点,推断该矿床含矿岩系属晚奥陶世的产物。

4.2 大洋扩张脊型铜矿床

大洋扩张脊型玄武岩沿北祁连的二指哈拉—玉石沟—扎麻什东沟—东草沟一带分布。大洋扩张脊玄武岩发育于仰冲到祁连陆块北缘上的北祁连洋壳残片中(图 1)。该仰冲岩片是北祁连大洋板块的组成部分,其之所以逃脱了在消减带被毁灭的命运,是由于在洋盆闭合的最后阶段,这部分洋壳被仰冲到被碰撞大陆的前陆之上,以仰冲洋壳残片——蛇绿岩套(ophiolite suite)的形式被保存在大陆造山带的山体中[2-8, 59]。因而矿床在造山带中保存较少。

4.2.1 含矿岩系特征

东沟矿区的含矿蛇绿岩套位于托莱南山以北的扎麻什地区,处于玉石沟、川刺沟等蛇绿岩的东南延伸带上。扎麻什东沟蛇绿岩套组合中的辉橄岩、辉长岩、细碧岩共同构成了较完整的蛇绿岩层序(图 7),与玉石沟、川刺沟蛇绿岩中的各单元相比,东沟蛇绿岩以超基性岩和基性火山岩为主,超基性岩体的岩石类型包括蛇纹石化辉橄岩、纯橄岩、蛇纹岩、滑石碳酸盐岩等组成;基性火山岩组合以细碧岩类为主;席状岩墙杂岩和硅质岩均不发育;辉橄岩大都蛇纹石化。

图 7 北祁连山大洋扩张脊蛇绿岩柱状序列图 Fig.7 Oceanic ridge ophiolite columnar sequence diagram in North Qilian Mountain 1—角斑质火山岩;2—变质橄榄岩(MP(HZ));3—超镁铁质堆晶岩(UC);4—镁铁质堆晶岩(CT);5—均质辉长岩(HG);6—枕状熔岩(P);7—凝灰岩;8—中基性熔岩;9—块状基性熔岩;10—席状岩墙杂岩(SD);11—辉绿岩墙(D)
4.2.2 含矿岩系时代

关于北祁连构造带大洋扩张脊型火山岩年代学前人进行了大量研究:玉石沟蛇绿岩套中辉长岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为550~529Ma[36, 60],熬油沟蛇绿岩套中辉长岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为504~501Ma[61-62],东草河蛇绿岩套中辉长苏长岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为497Ma[63],扎马什河蛇绿岩套中枕状玄武岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为499Ma[64]。此外,Zhang等[65]还报道了北祁连高压蓝片岩带中百经寺榴辉岩(原岩岩性与蛇绿岩套中的辉长岩相似)的原岩年龄(SHRIMP锆石U-Pb年龄)为502 Ma。因此,北祁连成矿带与大洋扩张脊块状硫化物矿床有关的火山岩系时代应为寒武纪。

5 陆缘裂谷型铜多金属矿

前人[1]研究表明,北祁连洋盆极有可能在445Ma时已经关闭,北祁连大洋板片与祁连大陆岩石圈脱离北祁连大洋板片的断离,诱使软流圈上涌,进而在祁连陆块北缘诱发碰撞后裂谷火山活动[5, 66]。红沟铜多金属矿床被认为是祁连山地区陆缘裂谷型铜多金属矿床的典型代表[7, 67-68]

5.1 含矿岩系特征

碰撞后裂谷火山岩系零星地分布于祁连陆块北缘的祁连县冰沟、门源县红沟、庒浪县葫芦河等地区(图 1)。该火山岩系主要由玄武质熔岩组成,其次有中性和酸性熔岩,夹含火山碎屑岩和大量陆缘碎屑岩(包括砾岩、砂岩、粉砂岩和板岩,代表碰撞后初始磨拉石建造)。红沟矿区广泛出露的上奥陶统扣门子组,主要为海相喷发形成的中基性熔岩和酸性火山岩类,包括细碧岩、角斑岩、石英角斑质凝灰岩、火山角砾岩等,其次为浅变质海相沉积岩,如大理岩、绿泥石片岩等;其矿体的直接容矿岩石为双峰式火山岩中的基性火山岩(图 8)。

图 8 青海省门源红沟铜矿区地质图 Fig.8 Geological map of the Honggou copper mining area in Menyuan, Qinghai 1—第四系;2—角斑岩;3—角斑质凝灰岩;4—沉火山质砾岩;5—石英角斑质凝灰岩;6—凝灰质砾岩;7—细碧岩;8—闪长岩;9—石英闪长岩;10—花岗闪长岩;11—蚀变闪长岩;12—斜长角闪岩;13—片麻岩;14—超基性岩;15—矿体
5.2 含矿岩系时代

通过区域对比,该套火山-沉积岩系的形成时代为晚奥陶世[6];红沟地区玄武岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为443.2±1.2Ma[66];葫芦河地区玄武岩的Sm-Nd等时线年龄为445~428Ma[5],因而该含矿岩系时代为晚奥陶世—早志留世。

6 结论

(1)祁连造山带铁、铜多金属矿产资源丰富,其成矿作用与祁连山新元古代—早古生代火山作用密切相关,是祁连山构造-岩浆演化的火山响应的组成部分。随着祁连山构造演化从Rodinia超大陆裂谷化和裂解,经早古生代大洋打开、大洋俯冲、弧后拉伸和洋盆闭合,直至弧-陆碰撞和陆-陆碰撞,火山作用也逐渐地从大陆裂谷转变为MORB型、岛弧和弧后盆地型,直至碰撞后裂谷喷发。相应的成矿作用表现为与新元古代—早寒武世火山作用有关的铁(铜)成矿作用和早古生代火山作用有关的铜多金属成矿作用。

(2)根据已知工业矿床产出的板块构造环境,将祁连山铁、铜多金属矿床分为4类:大陆裂谷型铁(铜)矿床、岛弧-岛弧裂谷型铜多金属矿床、陆缘裂谷型铜多金属矿床、扩张脊型铜矿床。成矿元素与含矿火山岩系密切相关,铜、铅、锌多金属矿床产出于酸性火山岩中,铜(锌)矿床产出于基性火山岩中,铁(铜)矿床则产出于与火山作用有关的热水沉积岩系中。

致谢: 成文过程中,与中国地质调查局西安地质调查中心夏林圻研究员的讨论给予了很大启发,杨合群研究员对本文进行了悉心的评审和很好的建议,在此一并表示感谢。

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