The deep source and shallow mineralization model of potash deposits in the Simao Basin: Evidence from Sr isotope
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摘要:研究目的
思茅盆地赋存有中国唯一的前第四纪固体钾盐矿床，该矿床的成因一直存在争议。客观地认识矿床成因、合理地构建矿床成因模式，不仅是钾盐矿床学研究中亟需解决的基础科学问题，而且关乎盆地内钾盐资源勘查方向的选择。
研究方法本项研究以思茅盆地L-2井和MZK-3井的盐岩、盐岩上覆和下伏碎屑岩、盐岩中的碎屑岩为主要研究对象，重点分析其锶同位素地球化学特征。
研究结果结果表明：（1）L-2井全岩样品87Sr/86Sr值为0.708220~0.727458，平均值为0.712776；盐岩水不溶物87Sr/86Sr值为0.711342~0.741999，平均值为0.716574；（2）MZK-3井盐岩上覆碎屑岩层87Sr/86Sr值为0.713318~0.723147，平均值为0.717255；盐岩下伏碎屑岩层87Sr/86Sr值为0.712470~0.738988，平均值为0.719307；（3）碎屑岩样品经过87Rb校正恢复至初始沉积状态的87Sr/86Sr值为0.710880~0.727678，平均值为0.712828；（4）盐岩样品87Sr/86Sr值全部明显小于大陆地表风化系统的平均值，有个别样品87Sr/86Sr值大于现代海水。
结论基于思茅盆地基础地质和钾盐矿床地质已有的研究成果，结合盐岩和碎屑岩锶同位素地球化学特征，可以得出：思茅盆地含钾盐岩与碎屑岩处于不同的锶同位素平衡体系；含钾盐岩的物源主体为海水，成盐过程中陆源淡水的补给可使87Sr/86Sr值增大；碎屑岩沉积于陆相环境，在与固态盐岩或盐岩水溶液接触之前已处于早成岩阶段A亚期；钾盐的成矿模式为勐野井组沉积期深层源盐通过走滑拉分形成的断层迁移至地表，在由高处向汇水盆地迁移过程中捕获了处于早成岩阶段A亚期的碎屑颗粒，形成了现今的含泥砾盐岩；部分含泥砾盐岩在迁移进入汇水盆地之后，经历了溶解-重结晶的过程，形成了盆地内成分较纯的盐岩；后续沉积的碎屑颗粒形成了防止盐岩溶蚀破坏的保护层；新生代的喜山运动使早期形成的钾盐矿床发生调整改造。
创新点：根据盐系地层中Sr同位素地球化学特征的差异，提出了思茅盆地内“深源浅储”的钾盐矿床成因模式。
Abstract:This paper is the result of the geological survey engineering.
ObjectiveThe Simao Basin hosts the only pre-Quaternary solid potash deposit in China, but the genesis of this deposit has been still controversial. An objective understanding of deposit genesis as well as rational construction of a metallogenic model is not only fundamental scientific issues that need to be addressed urgently in the study of potash mineral deposits, but also have a bearing on the choice of the direction for potash resource exploration in the basin.
MethodsThis study focuses on Sr isotope geochemical characteristics of the samples from salt rocks, overlying and underlying clastic rocks and clastic rocks within the salt rocks in Wells L-2 and MZK-3 of the Simao Basin.
ResultsThe results show that: (1) The bulk-rock 87Sr/86Sr values from the Well L-2 samples are 0.708220-0.727458, with an average of 0.712776; the 87Sr/86Sr values of water-insoluble matter within the salt rock are 0.711342-0.741999, with an average of 0.716574; (2) The 87Sr/86Sr values of the clastic rock overlying and underlying the salt layer in Well MZK-3 range from 0.713318-0.723147 and 0.712470-0.738988, with an average of 0.717255 and 0.719307, respectively; (3) The 87Sr/86Sr values of the clastic rock corrected by 87Rb tore cover their initial sedimentary state are 0.710880-0.727678, with an average of 0.712828; (4) The 87Sr/86Sr values of salt rock are all significantly lower than the average value of the continental weathering system, with some individual samples having 87Sr/86Sr values larger than modern seawater.
ConclusionsBased on the existing research results of the basic geology and potash deposit geology in the Simao Basin, combined with the Sr isotope geochemical characteristics of salt rocks and clastic rocks, it can be concluded that: The potash-bearing salt rocks and clastic rocks are in different Sr isotope equilibrium systems; the matter source of potash-bearing salt rock is mainly seawater, and the recharge of terrestrial freshwater into the evaporation basin during the salinization process would increase 87Sr/86Sr values of the samples. The clastic rocks were deposited in the terrestrial environment and were in the eodiagenesis substage A before contacting with solid salt rock or brine; a more rational potash metallogenic model is that the deep source salt migrated to the surface through faults formed by strike-slip pull-apart process during the deposition period of the Mengyejing Formation, capturing the unconsolidated clastic rocks in the eodiagenesis substage As they migrated from the height to the catchment basin, and forming the present-day clastic-bearing salt rocks. After migrating into the catchment basin, parts of the clastic-bearing salt rocks underwent dissolution and recrystallization, resulting in the formation of salt rock with relatively purer composition. The subsequent deposition of the clastic rocks formed a protective layer against rock salt dissolution. Early-formed potash deposits were influenced by the Cenozoic Himalayan movement, leading to the modification not only in physical structure but also in mineral component.
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Keywords:
- potash deposit /
- material source /
- metallogenic model /
- Sr isotope /
- geological survey engineering /
- Simao Basin
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1. 引言
天山造山带位于中亚造山带南部，属典型的增生型造山带，是古生代洋盆俯冲-增生的产物，其近东西向延伸超过2000 km（Biske and Seltmann, 2010；Burtman, 2010；Kröner et al., 2014；Dolgopolova et al., 2017；王宗秀等，2017）。该带境外段已发现诸多大型—超大型乃至世界级的矿床（图 1），如乌兹别克斯坦的穆龙套金矿床金资源量约5953 t，阿尔马雷克铜矿床铜储量约2400万t（伴生金品位0.5 g/t，金资源量约3500 t），吉尔吉斯斯坦库姆托尔金矿床金剩余资源量近400 t，塔吉克斯坦吉劳金矿床金储量100余吨，是欧亚最富的金铜成矿区之一（曹积飞等，2016），构成世界上引人瞩目的巨型金铜成矿带（薛春纪等，2014；曹积飞等，2016）。境外天山成矿带除发育金铜矿外，铀、钨等资源也非常丰富。乌兹别克斯坦金储量居世界第2位、产量居世界第9位，铜储量居世界第9位、产量居世界第13位，铀储量居世界第12位、产量居世界第5位，银储量居世界第9位、产量居世界第17位，曾是前苏联时期重要资源基地。
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矿床名称：1—科克帕塔斯；2—乌奇库杜克；3—撒乌特拜；4—穆龙套；5—道兹套；6—乌索科沃；7—布吉奈；8—朗加尔；9—乌奇库拉奇；10—扎米坦；11—马尔占布拉克；12—萨米奇；13—提亚塔格；14—英吉奇克；15—亚赫顿；16—卡拉图别；17—汉迪扎；18—阿克塔什；19—苏雷纳塔；20—沙瓦兹；21—阿尔马雷克；22—库尔楚拉克；23—吉兹拉曼赛；24—科奇布拉克；25阿克杰帕；26—萨加尔顿；27—坎占劳；28—阿尔登—拓普坎；29—乌奇科尔；30—吉劳；31—康桥奇；32—撒鲁马特；33—乔烈；34—吉吉科鲁特；35—塔巴斯宾；36—穆什尼亚尔；37—撒乌克赛；38—诺乌姆；39—阿尔琼；40—海达尔坎；41—恰尔奎鲁克；42—琼科依；43—阿克苏；44—库鲁杰格列克；45—马克马尔；46—杰鲁伊；47—塔尔迪布拉克；48—塔尔迪布拉克左岸；49—佩尔维涅茨；50—苏里坦撒雷；51—杰德姆；52—库姆托尔；53—乌奇克什康；54—特鲁多沃伊；55—扎尔库拉克；56—伊什塔姆别尔德；57—博济姆恰克Figure 1. Simplified geotectonic map and deposit distribution in the Tianshan outside China (modified from Konopelko et al., 2011; Soloviev and Kryazhev, 2018)Deposit name: 1-Kokpatas; 2-Uchkuduk; 3-Sautbay; 4-Muruntau; 5-Daugyztau; 6-Usokovol; 7-Budznay; 8-Langar; 9-Uchkulach; 10-Charmitan; 11-Mardzhanburak; 12-Sarmich; 13-Tillyatag; 14-Ingichke; 15-Yakhton; 16-Karatube; 17-Khandiza; 18-Aktash; 19-Surenata; 20-Shavaz; 21-Almalyk; 22-Churkulak; 23-Kygylamasay; 24-Kochbulak; 25-Aktebe; 26-Sagardun; 27-Kandzanlau; 28-Altyntopkan; 29-Uchkol; 30-Jilau; 31-Konchoch; 32-Sarumat; 33-Chorin; 34-Jezhikrut; 35-Tabaspin; 36-Mushniyar; 37-Sayksay; 38-Novum; 39-Archon; 40-Khaidarkan; 41-Chalkuiruk; 42-Chonkoy; 43-Aksu; 44-Kurutegerek; 45-Makmar; 46-Teruy; 47-Taldybulak; 48-Taldybulak levoberezhny; 49-Pervenets; 50-Solton-Sary; 51-Jetym; 52-Kumtor; 53-Uchkoshkon; 54-Trudovoe; 55-Zharkulak; 56-Ishtamberdy; 57-Bozymchak乌兹别克斯坦天山位于整个境外天山造山带的西端，其由南天山和中天山组成，缺失北天山。南天山出露最广，主要分布在乌兹别克斯坦的中西部，是其最重要的金、铀矿聚集区，同时也是银、钨锡及铅锌的矿产地，赋存着著名的Muruntau、Zarmitan、Amantaitau等超大型金矿床，属于“黑色岩系型”金矿。国内外学者围绕穆龙套金矿的矿床成因、成矿物质来源、成矿作用等方面开展了相关研究（Drew et al., 1996; 刘春涌和王永江, 2007; 孟广路等, 2013; Alexeiev et al., 2016; Kempe et al., 2016）。
中天山主体出露于乌兹别克斯坦东部的恰特卡尔—库拉玛地区（图 1）。该区是乌兹别克斯坦东部最重要的金铜矿产资源原料基地，其地质背景、成矿作用、成矿时代明显有别于南天山。前人围绕岩浆作用（Seltmann et al., 2011; Cheng et al., 2018a）、阿尔马雷克斑岩铜矿成矿作用（Seltmann et al., 2014; Zhao et al., 2017）等方面开展了相关研究，对乌兹别克中天山金属矿产区域时空分布规律及找矿潜力等方面研究相对不足。
本次研究基于近年来开展的中国—乌兹别克斯坦国际合作地质调查成果和最新1∶100万地球化学填图成果，分析了区内主要成矿元素区域地球化学异常分布特征，结合成矿地质条件分析，圈定出铜金锂等矿产的有利找矿远景区，供今后地质找矿参考，也可作为中企矿企在乌外投资的潜在选区。
2. 地质背景
乌兹别克斯坦中天山位于北天山和南天山之间，主要由库拉马地块和恰特卡尔地块组成，其北东以塔拉斯—费尔干纳断裂为界，南以北费尔干纳断裂为界，向西呈弧形延伸至克孜勒库姆地区。
中天山自新元古代至晚古生代经历了长期复杂的构造演化（Samygin et al., 2015; Yakubchuk, 2017; 余吉远等, 2018; Zu et al., 2019），晚奥陶世成为哈萨克陆块的一部分（Burtman, 2010），归属于哈萨克斯坦陆块南部活动大陆边缘，沉积了一套稳定的志留纪陆缘沉积建造，主要由复理石沉积、碳酸盐岩沉积、碳酸盐岩-陆源沉积物组成。泥盆系—石炭系受Turkestan洋盆北向俯冲-增生作用的影响，火山岩浆作用剧烈，形成于陆缘火山-岩浆弧环境，是贝尔套—库拉玛火山-岩浆岩带的主要组成部分。泥盆系主要为大陆火山沉积物，下部为安山质、凝灰质熔岩夹玄武岩、安山岩、凝灰岩、砂岩等，上部为流纹岩、英安岩、凝灰质熔岩及凝灰质砂岩。上石炭统在恰特卡尔地区主要是浅水环境的碳酸盐岩沉积，岩性为灰岩、白云岩、粉砂岩、砂岩、砾岩，在库拉玛地区主要是安山岩、粗面安山岩、英安岩、流纹岩及其凝灰岩、砂岩、砾岩等（图 2）。
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图 2 中天山火成岩建造分布图（修改自Dolgopolova et al., 2017）1—下志留统浊流沉积；2—二叠纪长英质火山岩；3—二叠纪花岗岩；4—石炭纪花岗岩；5—泥盆纪花岗岩；6—下泥盆统—上石炭统碳酸盐岩；7—石炭纪闪长岩；8—石炭纪弧火山岩；9—泥盆纪弧火山岩；10—断层；11—国界Figure 2. Regional geological map of the Middle Tianshan in Uzbekistan (modified from Dolgopolova et al., 2017)1-Lower Silurian turbidity sediments; 2-Permian felsic volcanic rocks; 3-Permian granites; 4-Carboniferous granites; 5-Devonian granites; 6-Lower Devonian-Upper Carboniferous carbonatites; 7-Carboniferous diorites; 8-Carboniferous arc volcanic rocks; 9-Devonian arc volcanic rocks; 10-Faults; 11-National boundaries区域构造主要以北东向、北西向和近东西向断裂构造为主（图 2）。北西走向断裂构造由一系列近平行的逆断层组成，这些断裂将基岩切割成一系列平行的块体，并影响着区内次火山岩、岩脉及侵入岩体的形成和分布。其次发育近东西向的转换断层和走滑断裂，并伴生一系列开阔褶皱构造。此外还发育一些火山穹隆和破火山口。
伴随Turkestan洋在晚古生代末期的闭合（Burtman, 2015），岩浆作用进入高爆发阶段，恰特卡尔—库拉玛地区在晚石炭世—二叠纪时期岩浆活动十分频繁（图 2），主要是与Turkestan洋盆俯冲增生作用有关的中酸性侵入岩。该时期岩浆作用与区域上斑岩型矿床、浅成低温热液型及矽卡岩型矿床成矿作用密切相关。
区内矿产资源丰富，以金（银）、铜、铅锌和铁矿等金属矿产为主（表 1），主要的矿床类型有浅成低温热液型金矿、斑岩型铜矿、层控型铅锌矿、矽卡岩型铁矿等，区域成矿具有复合-叠加成矿特征。
表 1 乌兹别克斯坦中天山金属矿产特征一览Table 1. Main characteristics of metal minerals in the Middle Tianshan, Uzbekistan
3. 区域矿产分布与典型矿床
据笔者不完全统计，中天山恰特卡尔—库拉玛地区已有小型及以上规模矿产地百余处，主要以金、铜为主，此外还分布有铅锌、铁、铀及稀有金属矿产。南部库拉玛地区主要产出金、铜、银、铅锌等矿产，且伴生铂族元素。北部恰特卡尔地主要产出金、铀、铅锌、铁、稀有金属矿产。铜金矿产为乌兹别克斯坦中天山优势矿产，本文选取该地区最具代表性的浅成低温热液型金矿和斑岩型铜矿两类矿床描述其基本成矿特征。
3.1 金属矿产时空分布特征
区域上金、铜矿分布最广，为优势矿种，其次为铅锌矿，铁、锂、铀、钨等矿床仅在恰特卡尔地区零星分布。已发现的矿床类型主要有斑岩型、浅成低温热液型、矽卡岩型、热液型、火山岩型、火山-沉积型及层控型（图 2）。
区域上金矿主要为浅成低温热液型矿床，该类矿床集中分布在库拉玛山东段安格连地区，目前在产矿床均为大型—超大型规模，早二叠世为主成矿期。其次为斑岩型矿床，金通常以铜矿的共生矿种产出，该类矿产分布在库拉玛山西段阿尔马雷克地区，晚石炭世为主成矿期。铜矿以斑岩型矿床为主，该类矿床集中分布在库拉玛山西段阿尔马雷地区，在产矿床均为超大型规模，成矿时代在晚石炭世。矽卡岩型铜矿在北部恰特卡尔地区也有分布，主要为铜矿化点。
铅锌矿主要为矽卡岩型，矿床集中分布在库拉玛山南坡，在恰特卡尔山北坡也有分布，矿床规模南北差异较大，南部以大型—超大型为主，北部以小型和矿化点为主，成矿时代在晚石炭世。
铁矿主要为矽卡岩型，分布在库拉玛山南坡和恰特卡尔山北坡，矿床规模为中型，成矿时期在晚石炭世。火山沉积型锂矿、火山岩型铀矿分布在恰特卡尔地区，均为小型矿床，成矿时代在早二叠世。
研究发现，中天山地区主要金属成矿作用具有复合叠加成矿特征，斑岩型铜矿共生金、伴生银、铂族等元素，浅成低温热液型金矿伴生银，热液脉型银矿伴生金，矽卡岩型铅锌矿伴生银硒碲等。金属矿产的空间分布也极具规律性，以晚古生代晚期岩浆弧环境的斑岩型铜矿为核心，向东至库拉玛东段和恰特卡尔山南坡过渡为浅成低温热液型金矿、热液脉型银矿，再向北至恰特卡尔山过渡为矽卡岩型铜、铅锌、铁矿。向南至库拉玛山南坡过渡为矽卡岩型铅锌矿、钨钼矿。区域上总体形成了与石炭纪—二叠纪岩浆作用有关的Cu-Au-PbZn-Ag-Fe-U稀有金属矿床成矿系列。
3.2 浅成低温热液型矿床
浅成低温热液型金矿是中天山最主要的金矿类型，主要分布在恰特卡尔山南坡和库拉玛山北坡，沿北东方向延伸到吉尔吉斯境内天山段。
该类型金矿床主要以大型—超大型规模、露天采矿为主，在空间上常与晚古生代火山-构造系统有着密切关系，主要形成于岩浆弧和弧后张裂带环境。赋矿层位为上石炭统安山质、英安质火山岩建造，矿床受断裂和火山构造控制明显，矿化与高角度、低角度断裂和角砾岩筒关系密切，成矿时代为二叠纪。本文以克奇布拉克金矿为例总结了该类型矿床主要成矿地质特征。
3.2.1 地质特征
克奇布拉克金矿位于乌兹别克斯坦中天山成矿省库拉玛成矿带中部的北库拉玛山，处于贝尔套—库拉玛火山-深成岩带内（图 2）。该矿床发现于20世纪60年代，赋存在一破火山口西南端，查明为一个大型金矿，储量达160 t。
矿区地层主要是石炭系火山岩建造，岩性主要为粗面岩、安山岩及其凝灰岩和火山碎屑岩。火山岩建造底部是上石炭统粗面安山岩及其熔结角砾岩，其上被粗面安山岩覆盖。侵入岩仅在矿区中部零星出露，为晚石炭世花岗闪长岩岩体，局部出露辉长岩—正长岩杂岩体和中酸性岩墙。矿区火山构造发育，主要表现为环形断裂构造及次级的北东向、近南北向断裂构造，火山构造对成矿作用的控制作用显著（图 3）。
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图 3 克奇布拉克金矿床地质图1—第四系沉积物；2—粗面安山岩；3—粗面安山质英安岩；4—安山岩；5—英安岩；6—粗面安山质凝灰岩；7—英安质凝灰岩；8—火山质砂岩；9—石炭纪花岗闪长岩类；10—岩墙（a—辉绿岩，b—花岗斑岩，c—花岗正长斑岩）；11—次火山岩体；12—陡倾矿体；13—筒状矿体；14—韧性剪切矿化带；15—破火山口；16—断裂Figure 3. Geological map of the Kochburak gold deposit1-Quaternary sediments; 2-Trachyandensites; 3-Trachyandesidacites; 4-Andesites; 5-Dacites; 6-Trachyandesidacite tuffs; 7-Dacite tuffs; 8-Volcanic sandstones; 9-Carboniferous granodioritic rocks; 10-Dikes (a-Diabases, b-Granite porphyries, c-Granite syenite porphyries); 11-Subvolcanic bodies; 12-Steeply dipping vein ore bodies; 13-Bubular ore bodies; 14-Ductile shear mineralized belt; 15-Caldera; 16-Faults3.2.2 矿体特征
层状火山岩和喷出杂岩层是主要赋矿层位，含矿岩性主要是英安岩、安山质英安岩以及热液-喷发角砾岩。矿体根据产出形态可化为平缓的层状矿体、陡倾斜的网脉状矿体（图 4a）和近直立的爆破岩筒（图 4b）。层状矿体主要分布于不同火山岩层位间的硅化破碎带内，矿体形态相对不规则，金品位较低。陡倾矿体由复杂的网脉和硅化脉组成，硅化脉与走滑剪切断裂有关，是最主要的工业矿体类型。筒状和爆破角砾岩型矿体局限于横向上陡倾斜的塌陷和走滑构造，呈巢状分布。通常富矿体形成于熔结角砾岩（上盘）和凝灰岩（下盘）接触带。
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图 4 克奇布拉克金矿深部矿体形态，陡倾斜矿体剖面图（a）和管状矿体剖面图（b）1—第四系沉积物；2—粗面安山岩；3—安山岩；4—粗面英安岩；5—筒状矿体；6—平缓、陡倾矿化带；7—断裂构造；8—石英-碳酸盐脉Figure 4. Morphology of deep ore bodies in Kochburak gold deposit, section of deeply dipping ore bodies (a) and section of tubular ore bodies (b)1-Quaternary sediments; 2-Trachyandesites; 3-Andesites; 4-Trachydacites; 5-Tubular ore bodies; 6-Flat and steeply dipping mineralization belt; 7-Fracture structures; 8-Quartz-carbonate veins主要矿石组分有黄铁矿、黝铜矿、金碲化物、自然银、自然金、复硫酸盐。金呈海绵状、片状、他形不均匀分布，与石英、硫化物、碲化物共生。金的成色范围在280~995，成矿早期金成色较高，低成色金一般与黝铜矿、黄铜矿、碲银矿共生。脉石矿物主要有石英、绿泥石、钠长石、碳酸盐岩等。金的工业品位在3~18.8 g/t，银工业品位在3~18.8 g/t，伴生铜品位达0.3%，此外还有其他伴生组分Te、Sb、Bi、Pb等。
围岩蚀变有黏土化、碳酸盐化、黄铁绢云岩化、硅化，其中硅化蚀变与成矿作用密切相关。矿床蚀变分带明显，内带为绢英岩化带，外带为碳酸盐化带。蚀变带外围普遍发育钠长石-绿泥石-碳酸盐化及与火山活动同期的青磐岩化蚀变，具有多期次蚀变叠加特征。
控矿构造主要为碰撞阶段与挤压作用有关的低角度拆离断层、陡倾斜剪切断裂构造和破火山口构造，区域性拆离断层和剪切断裂构造是主要的导矿构造，破火山口发育的复杂次级断裂系统是主要的容矿构造。
浅成低温热液型金矿床无论是低硫型还是高硫型矿床，其成矿物质来源一般具有多源性特点（祁进平等，2004；陈磊等，2013），既有岩浆来源，又有容矿围岩和基底变质岩成矿元素的加入（Simmons et al., 2000；John et al., 2003；江思宏等，2004；翟伟等，2010；朱江等，2017），不同成矿阶段物质来源也不尽相同。Kovalenker et al.（1997）对克奇布拉克金矿床矿石中黄铁矿硫同位素研究显示，矿石中黄铁矿中δ34S变化范围为-3.36‰~+5.63‰，平均值+4.12‰，蚀变围岩中δ34S值平均+4.12‰，二者硫同位素组成十分相似，成矿阶段方铅矿δ34S值变化范围在+1.18‰~+3.16‰，平均值+2.56‰，闪锌矿δ34S值变化范围在+3.36‰~+5.39‰，平均值+5.04‰。硫化物中硫同位素组成具有一定的塔式效应，正偏向陨石硫，反映了明显的岩浆硫特征（Dube et al., 1998；李楠等，2012；张潮等，2014；张瑞忠等，2016）。
绝大多数浅成低温热液型金矿床都形成于中—新生代（Heald，1987；White and Hedenquist, 1990），少数形成于晚古生代（丰成友等，2000；沙德铭等，2003；翟伟等，2010；Qin et al., 2010），极少数形成于元古宙（Dube et al., 1998）。关于克奇布拉克金矿成矿时代没有精确的年代学数据，而区域上控矿断裂明显切穿上石炭统，结合区域地质背景和成矿特征分析认为成矿作用与二叠纪Turkestan洋盆闭合后进入碰撞造山阶段的构造活动密切相关，推断其成矿时代为早二叠世。
3.3 斑岩型铜矿床
铜矿是乌兹别克斯坦最重要的矿种之一，中天山成矿带集中了乌兹别克斯坦近70%的铜矿资源，而斑岩型铜矿是其最重要的矿床类型。该类型矿床集中分布在南部库拉玛山北坡，产于晚古生代火山-深成岩浆弧环境，含矿建造为晚石炭世与俯冲作用有关的中酸性斑岩体，成矿时代集中在319~306 Ma，成矿元素以铜为主、伴生金、含铂族等元素。以阿尔马雷克、萨雷切库等超大型铜矿床为代表。文章以阿尔马雷克铜矿为例，总结了该类型矿床主要成矿地质特征（图 5）。
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图 5 阿尔马雷克矿田地质简图（据Mirkamalov et al., 2011）1—闪长玢岩；2—石英二长斑岩；3—闪长岩、正长闪长岩，陆源碳酸盐岩沉积；4—砾岩、砂岩、灰岩；5—灰岩、白云岩；6—安山质英安岩；7—流纹岩；8—断层（a），断裂带（b）；9—石英脉（a），重晶石脉（b）；10—铅锌矿体（a），金矿体（b）；11—网脉状铜矿范围Figure 5. Geological map of the Almalyk ore-field (modified from Mirkamalov et al., 2011)1-Dioritic porphyrites; 2-Quartz monzonitic porphyries; 3-Diorites, syenodiorites, terrigenous carbonate rocks; 4-Conglomerates, sandstones, limestones, dolomites; 5-Limestones, dolomites; 6-Andesitic quartzites; 7-Rhyolites; 8-Faults (a), fracture zone (b); 9-Quartz veins (a), baritite veins (b); 10-Lead-zinc ore bodies (a), gold ore bodies (b); 11-Area of reticulated copper vein阿尔马雷克铜矿位于中天山成矿带库拉玛地区，大地构造位置处于中天山晚古生代岩浆弧环境，由达尔涅和卡尔玛吉尔两个矿床组成。
3.3.1 地质特征
矿区地层主要是泥盆系和石炭系，南部局部出露志留系变质页岩。泥盆系是由页岩、粉砂岩、砂岩和中-酸性火山岩组成的沉积-火山岩建造，英安斑岩和石英斑岩具高铜背景值特征，常成为斑岩铜矿床围岩。中上泥盆统是碎屑岩-碳酸盐岩建造，底部发育膏盐层，该层位与岩体接触部位容易形成矽卡岩型多金属矿床。石炭系是一套碳酸盐岩建造和火山岩建造，岩性主要是灰岩、白云岩、安山岩、英安岩、凝灰质砂岩等。
矿区内岩浆岩广泛出露，早泥盆世火山岩零星出露，岩性主要有安山岩、英安岩。石炭纪火山岩主要为中酸性熔岩及其碎屑岩。侵入岩十分发育，石炭纪中酸性侵入岩分布最广，常成巨大的复式岩体。早期主要为闪长岩（330~321 Ma，K-Ar法），其次为石英二长闪长岩（319 Ma，K-Ar法），中期为花岗闪长斑岩（311~292 Ma，K-Ar法），晚期为中—酸性岩脉（283~228 Ma，K-Ar法）（蔡宏渊和李福春, 1995）。花岗闪长斑岩与成矿作用密切相关，为同源岩浆演化晚阶段侵位的产物。
构造以近东西向走滑断裂为主，其次为北东向、北西向断裂，断裂构造对成矿具有重要控制意义。
3.3.2 矿体特征
矿体呈网脉状分布，顶部呈倒转穹窿状，具有北西向延伸的趋势。在深部矿体分叉呈枝状，并逐渐尖灭，局部矿段矿体呈透镜状、脉状分布。矿化受断裂带或构造裂隙带控制明显，北东向和东西向断裂交汇处是主要矿化部位。
矿石可分为原生矿石和氧化矿石，原生矿石主要呈细脉浸染状构造，局部呈团块状、角砾状构造。氧化矿石多在地表氧化带中富集。矿石中金属矿物为黄铜矿、黄铁矿、辉钼矿和磁铁矿，其次为磁黄铁矿、黝铜矿、辉铜矿、斑铜矿、方铅矿、闪锌矿等。脉石矿物为石英、方解石、硬石膏。矿石中铜金含量呈正相关，而与钼含量呈负相关。铜品位在0.3%~0.7%，矿石中铜平均品位为0.345%，矿石资源量达70亿t，铜金属资源量达2400万t，共生元素以金为主，品位0.5 g/t，其余可综合回收元素包括银、钼、硒、锗、铼及铂族金属。
矿化具有明显的水平、垂直分带特征。水平分带表现为由中心向外部矿化程度逐渐变弱（图 6a）。垂向自下而上依次为贫矿核部、矿下带、富矿核部、过渡带、外带。
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图 6 阿尔马雷克铜矿床剖面图深部矿化分布图（a）：1—石英二长斑岩；2—二长岩；3—闪长岩；4—高品位铜矿石分布区；5—中间品位铜矿石分布区；6—低品位铜矿石分布区；7—断裂；8—地质界线；深部蚀变分带图（b）：1—石英二长斑岩；2—二长岩；3—断裂；4—石英岩；5—细粒正长岩；6—千枚岩化带；7—青磐岩化带；8—铜矿石核部；9—内带；10—过渡带；11—外带Figure 6. Profile map of Almalyk copper depositDeep mineralization distribution map (a): 1-Quartz monzonitic porphyries; 2-Monzonites; 3-Diorites; 4-High-grade ore distribution range; 5-Medium-grade ore distribution range; 6-Low-grade ore distribution range; 7-Faults; 8-Geological boundaries. Deep alteration zoning map (b): 1-Quartz monzonite porphyries; 2-Monzonites; 3-Faults; 4-Quartzites; 5-Orthoclasites; 6-Phyllitization zone; 7-Propylitization zone; 8-Core of copper ore; 9-Inner zone; 10-Trasitional zone; 11-Outside zone矿床蚀变强烈，具有较好的分带性，由内向外可划分出3个蚀变带：石英钾化带（核部）、石英绢云母化带（核部两侧或上部发育）、青磐岩化带（图 6b）。矿化主要富集在钾化带和石英绢云母化带接触部位。
斑岩铜矿床的形成与晚古生代石英二长斑岩、花岗斑岩等酸性侵入岩体密切相关，赋矿石英二长斑岩K-Ar法测得的年龄为319 Ma（蔡宏渊和李福春，1995），辉钼矿Re-Os法测得年龄为317 Ma（薛春纪等，2013）。
阿尔马雷克斑岩铜矿成矿物质来源具有多源特点，早期（晚石炭世）主要来源以上地幔—下地壳岩浆为成矿物质来源，晚期（早二叠世）有壳源含矿物质的加入（蔡宏渊和李福春，1995；薛春纪等，2013）。而岛弧成熟度对控制该地区斑岩铜矿起着重要作用，该类矿床的形成与晚石炭世—早二叠世时期Turkerstan古洋消减有关的弧岩浆作用密切相关。
4. 找矿潜力
伴随晚古生代Turkestan洋盆的消亡，在中天山恰特卡尔—库拉玛地区形成了与板块俯冲增生作用有关的铜金铁铅锌多金属成矿系列，产出浅成低温热液型、斑岩型等十分典型且重要的矿床类型，并形成该地区阿尔马雷克铜金铅锌矿集区、安格连金矿集区两大重要矿产资源基地，造就了该地区特殊的成矿地质条件，并展现出巨大找矿前景。
研究者最新100万低密度地球化学调查研究成果表明：中天山南部库拉玛地区显示明显的金、铜、银、铅、锌、钨等贵金属、有色金属元素地球化学异常（图 7），铌钽铍锆稀有元素地球化学异常以及镓锗铟铊等分散元素地球化学异常（图 8），且各元素异常具有浓集中心明显、形态规则、异常规模较大、分带性明显等特征，已知金铜等重要矿产地均分布在区域地球化学异常区范围内，综合地质背景分析认为该区域金、铜、银等元素地球化学异常均属矿致异常。
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图 7 乌兹别克斯坦中天山铜金银多金属找矿远景区Figure 7. Prospective areas of copper-gold-silver polymetallic mineral resources in Middle Tianshan Uzbekistan![]()
图 8 乌兹别克斯坦中天山稀有金属找矿远景区Figure 8. Prospective areas of rare metal mineral resources in Middle Tianshan Uzbekistan在两大传统矿集区外围的阿尔马雷克矿集区东部（AK-1）、安格连矿集区南部（AG-2）和安格连矿集区东部（AG-3）地区金铜银锌等元素地球化学异常十分发育（图 7a~e），其构造背景、成矿地质条件与两大矿集区十分相似，综合分析认为ALK-1、AG-2、AG-3远景区同样具有寻找相同类型金铜银（锌）矿产的潜力，AG-4远景区具有寻找矽卡岩型铁铅锌铜矿的巨大潜力（图 7f），区域找矿前景广阔。
地球化学调查结果显示：除传统的金铜等金属矿产外，该地区还发育明显的铌-钽-铍-锂稀有金属元素地球化学异常（图 8a~d）和镓-锗-铟-铊等稀散元素地球化学异常（图 8e~h），显示出寻找“三稀矿产”的地球化学找矿潜力。区域上已知火山沉积型锂矿床1处，而异常分布区大面积出露晚古生代酸性侵入岩体，综合分析认为RA-1、RA-2远景区具有寻找伟晶岩型、火山沉积型稀有-稀散金属矿产的找矿潜力（图 8i）。
5. 结论
（1）中天山区域成矿作用具有明显多金属复合成矿特点，空间上成矿作用具有分带性：内带以酸性斑岩体为核心形成斑岩型铜矿床，中带在弧火山岩带形成浅成低温热液型金矿床，外带在岩体与碳酸盐岩地层接触区形成矽卡岩型铁、铅锌矿床。区域上总体形成与石炭纪—二叠纪岩浆作用有关的Cu-Au-PbZn-Ag-Fe-U-稀有金属矿床成矿系列。
（2）浅成低温热液型金矿和斑岩型铜矿床是中天山最主要的矿床类型，成矿规模巨大，矿床时空分布受断裂和火山构造控制明显，金铜、金银常共生产出，区域上两类矿床形成与晚古生代Turkestan洋消亡过程中的弧岩浆作用有关，金成矿作用主要与晚石炭世—早二叠世火山作用密切相关，铜成矿作用与晚石炭纪世酸性岩浆侵入活动密切相关。
（3）地球化学调查显示，中天山除发育金铜银锌等元素地球化学异常外，还发现有铌钽锂铍、镓锗铟铊等三稀元素地球化学异常，结合已知矿区地球化学特征和成矿地质条件综合分析认为中天山库拉玛地区不仅仍具有寻找浅成低温热液型金矿、斑岩型铜矿和矽卡岩型多金属矿床的潜力，而且“三稀矿产”找矿前景巨大。
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图 1 思茅盆地的构造（a）和地理位置（b）
Figure 1. Structure (a) and geographical location (b) of the Simao basin
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图 2 L-2井地理位置及周围地质简图（据苗忠英等, 2019a, b）
Figure 2. Location of the L-2 well and the surrounding geology sketch (after Miao Zhongying et al., 2019a, b)
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图 4 L-2井样品87Sr/86Sr数值分布特征
Figure 4. Statistical characteristics of 87Sr/86Sr values of samples in the L-2 well
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图 5 L-2井含泥砾盐岩中锶同位素地球化学特征
Figure 5. Geochemical characteristics of Sr isotopes of the salt rock containing clastic rocks in the L-2 well
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图 6 L-2井含泥砾盐岩水不溶物含量与87Sr/86Sr值之间关系
Figure 6. The relationship between the content of water insoluble matter and the 87Sr/86Sr value of the salt rocks containing clastic rocks in the L-2 well
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图 7 MZK-3井碎屑岩和盐岩锶同位素地球化学特征的差异
Figure 7. Differences 87Sr/86Sr values between clastic rocks and salt rocks from cores of the MZK-3 well
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图 8 思茅盆地勐野井组沉积期深源盐岩底辟至地表模式图
Figure 8. Pattern of deep salt rock uprise to surface by diapir during sedimentation of the Mengyejing Formation, in the Simao basin
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图 9 思茅盆地MZK-3井纯度较高的盐岩样品
Figure 9. High purity salt rock samples of MZK-3 well, in the Simao basin
表 1 思茅盆地L-2井蒸发岩及其水不溶物锶同位素地球化学特征
Table 1 87Sr/86Sr values of the evaporite and its water-insoluble matter of the L-2 well cores in the Simao basin
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表 2 MZK-3井盐岩上覆和下伏碎屑岩锶同位素地球化学特征
Table 2 87Sr/86Sr values of clastic rocks being upon and beneath salt rock layer, in the MZK-3 well
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