塔吉克斯坦帕米尔地区铁铜多金属矿化体的发现及对古特提斯VMS型铜铅锌矿找矿勘查的启示

Discovery of iron-copper polymetallic mineralization in the Pamir, Tajikistan and its implications for the exploration of VMS-type copper-lead-zinc deposits in the Paleo-Tethys domain

摘要

古特提斯阶段VMS矿床仅在中国三江等地区有出露，该类型矿床在特提斯带内其它位置是否发育?其成矿潜力如何?都是值得关注的重要科学和现实问题。塔吉克斯坦帕米尔地区位于青藏高原和伊朗高原之间，是特提斯域的重要组成部分。该地区因地质工作程度低，缺少系统的地质勘查和投入，还未实现重要的找矿突破。地球化学调查是研究铜铅锌等金属元素分布特征、快速定位和优选找矿远景区和靶区的有效技术方法。本文基于前期中国地质调查局和塔吉克斯坦地质调查局合作完成的帕米尔地区1∶100万和1∶25万地球化学调查数据研究基础之上，选择异常区开展1∶5万地球化学调查，并进行异常查证，对发现的矿化体进行成因分析，同时探讨区域成矿潜力。研究表明：(1)帕米尔托赫塔梅什地区主要异常元素组合为Fe、Cu、Pb、Zn、Ag、Sb、Au、As等，异常规模大，强度高，浓度分带明显，异常整体受地层和断裂构造控制明显，可划分为Z01号和Z02号两个找矿靶区，具有寻找块状硫化物铜铅锌和热液脉型金矿的潜力。(2)异常查证发现6条铁铜多金属矿化体，识别出3期成矿作用，第1期为主成矿期，二叠纪地层内形成VMS型铜铅锌矿化体(Z01号找矿靶区：Ⅰ号和Ⅱ号矿化体)。第2期为热液改造期，发生变形变质作用，形成顺层和切层产出的脉状铁铜矿化体(Ⅲ号、Ⅳ、Ⅴ号和Ⅵ矿化体),同时对已形成的VMS型铜铅锌化体进行改造。第3期为表生氧化期，经风化剥蚀对已形成的矿化体进行氧化，产生分带现象。推测Z02号找矿靶区仍然具有寻找VMS铜铅锌矿的潜力。(3)塔吉克斯坦帕米尔-中国甜水海地区具有良好的VMS铜铅锌矿的成矿潜力，预测找矿远景区9处。提出特提斯带内古特提斯阶段二叠纪地层内具有寻找VMS块状硫化物矿床的前景，是未来重要的找矿勘查方向。

关键词

古特提斯 / 铁铜多金属矿化体 / 地球化学调查 / VMS型 / 塔吉克斯坦

Key words

Paleo-Tethys / Iron-copper polymetallic mineralization / Geochemical survey / VMS type / Tajikistan

0 引言

火山成因块状硫化物矿床(Volcanogenic massive sulfide deposit,简称VMS型)产于海相火山-沉积岩系中,是由富含金属的热液流体在其排泄通道和海底喷口处及其附近的海底洼地沉淀富集成矿,主要由Fe、Cu、Pb、Zn等硫化物组成,并常伴有Au、Ag等元素^[1⇓⇓-4]。这类矿床具有高品位、低吨位的特点,是世界上Cu、Zn、Pb、Au、Ag等矿产资源的主要来源之一,提供了全球22%的Zn、9.7%的Pb以及6%的Cu^[5⇓-7]。

特提斯成矿带是全球三大成矿带(环太平洋、特提斯和古亚洲)之一,该成矿带发育了大量与沉积岩有关(SEDEX和MVT)的铅锌矿床^[8⇓-10],而与火山-沉积岩有关的VMS矿床报道不多(图1)。特提斯划分原特提斯、古特提斯和新特提斯3个阶段^[11],目前已发现的同类矿床主要集中在原特提斯(新疆喀腊达坂、达坂西和白银厂等)和新特提斯阶段(土耳其Murgul和伊朗Bavanat等)。

而古特提斯阶段VMS矿床仅在中国三江等地区有出露(呷村、羊拉和德尔尼等)^{[8,12⇓⇓⇓⇓-17]},特提斯带内其它位置是否发育VMS矿床?其发育特征和形成过程如何?由此反映到区带有无成矿潜力?都是值得关注的重要科学和现实问题。

塔吉克斯坦帕米尔地区位于青藏高原和伊朗高原之间,是特提斯域的重要组成部分。该地区由于其特殊的地质构造位置和复杂的构造演化历史,形成了良好的成矿地质背景条件,已有的地质矿产资料显示出良好的找矿前景^{[18⇓⇓-21]},但受地质工作程度低、缺少系统的地质勘查、投入等因素的影响,该区域内还未实现重要找矿突破。

地球化学调查是研究铜铅锌等金属元素分布特征、快速定位和优选找矿远景区和靶区的有效技术方法^{[22⇓⇓⇓-26]}。中国地质调查局和塔吉克斯坦地质调查局合作实施并完成了塔吉克斯坦帕米尔地区1∶100万和1∶25万地球化学调查^[18],为自然条件恶劣的帕米尔地区找矿勘查研究提供了丰富的地球化学资料。本文在前期工作基础上,选择异常区开展1∶5万地球化学调查,并进行异常查证,在帕米尔托赫塔梅什地区发现6条铁铜多金属矿化体,对该矿化体进行野外地质调查、岩相学研究等工作,结合矿石的化学分析、X 衍射分析、电子探针分析等结果,判断矿化体成因类型。通过地质和化探对比,结合成矿地质背景分析,探讨塔吉克斯坦帕米尔延伸进入中国甜水海地区VMS矿床的成矿潜力,同时为特提斯带内古特提斯阶段铅锌找矿提供新思路。

1 区域地质背景和矿区地质特征

1.1 区域地质背景

特提斯构造域具有复杂的地质演化过程,主要经历了原特提斯(Proto-Tethys)、古特提斯(Paleo-Tethys)和新特提斯(Neo-Tethys)三个阶段,形成时代大致划分为Z₁-S、D-T₂和T₃-E^{[27⇓⇓⇓⇓-32]}。原特提斯阶段主要在特提斯构造域东段(中国青藏高原)发育,古—新特提斯在整个特提斯域内发育,因此早期研究者^[33⇓-35]通过在特提斯构造域中段(伊朗和土耳其地区)地质研究的基础上,将Eduard Suess在1893年提出的特提斯洋只分为两个阶段(古特提斯和新特提斯)。

原特提斯阶段,主要表现为Rodinia超大陆的解体,早古生代全球形成北方劳亚、中部泛华夏、南部冈瓦纳 3大陆块群,形成原特提斯洋^[30,36-37]。古特提斯阶段,主要表现为劳亚大陆与冈瓦纳大陆拼合形成潘吉亚(Pangea)大陆,古特提斯洋呈向东打开的喇叭状,其中分布多陆块、多岛弧、多洋盆,晚古生代末至早-中三叠世印支造山拼合形成东亚大陆及其边缘造山系^{[38⇓⇓⇓⇓-43]}。新特提斯阶段,主要表现为潘吉亚超大陆裂解和冈瓦纳大陆解体^[30,41,44],导致印度板块和澳大利亚板块向北漂移,造成了新特提斯洋盆的消减和闭合,最终进入南北两大陆碰撞造山发展时期。

帕米尔地区地处印度板块与欧亚板块碰撞的西北支点,涉及古亚洲和特提斯—喜马拉雅两大构造域,为天山、帕米尔、西昆仑、兴都库什和喀喇昆仑山交汇处,构造变形极其强烈,新生代岩浆活动发育^{[18,45⇓-47]}。新生代以来,印度板块大规模向北推移而产生强烈的地壳缩短和隆升,在卡拉库姆—塔里木板块夹持作用下,形成强烈的差异性构造运动,帕米尔构造结向北强烈挤入并与西南天山造山带顶撞,最终楔断并分隔了塔里木—卡拉库姆陆块,分别形成了塔里木盆地和塔吉克断陷盆地,在构造结两侧形成了宏伟的走滑断裂系,西侧为恰曼左行走滑断裂系,东侧为喀喇昆仑右行走滑断裂系。帕米尔内部以Akbaytal-Tanymas断层带和Rushan-Pshart断层带为界分隔成北、中和南帕米尔^[48-49]。

东南帕米尔为晚二叠纪—三叠纪自西向东发育的特提斯洋的一部分,经历了特提斯洋发育阶段,到侏罗纪—白垩纪洋盆渐失。沉积上,石炭系以下全部缺失。二叠系—三叠系以稳定浅海相沉积为特点,下二叠统以深色细碎屑岩为主,上部含火山岩,反映封闭海湾沉积环境;三叠系岩性为生物碎屑灰岩与泥灰岩互层,到上三叠统则以滨岸相砂岩为主,反映了从二叠纪到三叠纪,沉积环境逐渐变浅的充填序列。三叠纪末,随着古特提斯洋的持续消减,使三叠纪及其以前的地层褶皱隆起,侏罗系角度不整合覆于三叠系以前的地层之上,又被白垩系不整合覆盖。

1.2 研究区地质特征

1.2.1 地层

研究区主要出露地层为二叠系、三叠系、侏罗系及第四系(图2)。其中二叠系下部为一套细碎屑岩,构成研究区复式褶皱的最老地层,岩性主要为粉砂质板岩、页岩等,岩石变形中等,发育片理化,片理产状与地层产状基本一致,地层归属为卡拉恰特组、乌鲁克组(P₁kr+u),与上覆下—中二叠统整合接触,局部被侏罗系不整合覆盖。下—中二叠统在地层归属上为库别尔加组、穆尔加布组、帕米尔组(P₁kb+P₂),区域上为一套细碎屑岩夹火山岩岩石组合,横向上岩相变化较大。研究区内主要为一套火山-沉积岩建造,下部为中酸性凝灰岩夹白云质大理岩,上部为中基性火山熔岩、火山角砾岩、火山碎屑岩、灰岩、砂泥质细碎屑岩互层,反映了浅海相-滨浅海相沉积环境。受构造影响,该地层可能存在局部倒转现象,其内发育三组节理,产状分别为120°∠55°、330°∠35°和315°∠48°;第二组节理性质为张性节理,发育时代最早,被后期两组节理切穿;其次为第三组,第一组时代最晚。第二组和第三组节理被褐铁矿脉所充填,第一组节理内未见矿化信息,反映第一组节理形成时代可能晚于成矿期。三叠系整体为一套碳酸盐岩夹细碎屑岩组合,与下伏、上覆地层均为整合接触,由老到新分别为未分卡尔尼阶灰岩、硅质岩(T₁+T₃k)、未分阿尼阶灰岩、页岩(T₁+T₂a)及诺利阶和莱特阶页岩、砂岩、粉砂岩(T₃n+r),均呈整合接触。侏罗系下部以泥灰岩为主,夹砂质板岩、砂岩、砾岩等,为稳定浅海相沉积,与下伏三叠系为整合接触,与二叠系则为不整合接触(或超覆不整合接触)。该地层变形强,方解石细脉发育,为研究区内另一重要赋矿地层之一,地层归属为洛达标阶、布林巴赫阶、多米尔托奥阶(J₁t+J₂bt);侏罗系中、上部岩性较单一,均为一套碳酸盐岩,为本区复式褶皱的核部地层,地层归属上分别为巴特阶灰岩、泥灰岩、页岩(J₂bt)和克洛沃阶灰岩、泥灰岩(J₃cl)。

二叠系中下部库别尔加组、穆尔加布组、帕米尔组(P₁kb+P₂)是本区最重要的赋矿地层,其内发育的大量火山岩与本区成矿关系密切。同时,1∶25万地球化学显示本区Fe、Cu、Pb、Zn、Au、Ag、As、Sb元素异常强烈,尤其Fe、Cu、Pb、Zn元素异常可能由该地层内的火山岩所引起。区内火山岩主要有火山角砾岩、凝灰岩、晶屑玻屑凝灰岩、安山质玄武岩等(图2)。

帕米尔地区整体上各地层岩性组合稳定,横向变化不大,与中国境内甜水海一带的同时代地层具有明显的相似性和较强的可对比性,如塔吉克斯坦的二叠系中下部库别尔加组、穆尔加布组、帕米尔组(P₁kb+P₂)^[50]和中国西昆仑一带厘定的P₂^[51] (图14)。

1.2.2 构造

研究区为一复式褶皱,整体呈北西向展布,呈北西宽、南东窄的喇叭状,自南西向北东可以解体出3个不同的向斜,其核部分别为诺利阶和莱特阶页岩、砂岩、粉砂岩(T₃n+r)、巴特阶灰岩、泥灰岩、页岩(J₂bt)和克洛沃阶灰岩、泥灰岩(J₃cl),出露最老地层为早二叠统卡拉恰特组、乌鲁克组(P₁kr+u),铁铜多金属矿化体产于向斜北东翼。

研究区发育北西西向、北西向及东西向三组断裂构造,以北西向为主,是研究区的主干断裂。

北西西向断层F1:整体走向约290°,切割二叠系(P₁kr+u),致使三叠系(T₃n+r)与二叠系(P₁kr+u)呈断层接触,东段被第四系掩盖,断续性质推测为逆断层。

北西向断层,2条平行产出,总体走向340°,特征相似,变形特征具有一致性,应属同一构造期构造作用的产物,倾向北东,产状45°∠62°,致使侏罗系(J₁t+J₂bt)与二叠系(P₁kb+P₂)断层接触,两断层夹持区二叠系(P₁kb+P₂)有岩层倒转现象。

东西向断层切割北西向断层及二叠系和侏罗系,同时切割了已发现的多金属矿化体,属后期破矿构造,形成时代较晚,东西两侧均被第四系掩盖。

1.2.3 岩浆岩

研究区岩浆岩不发育,仅二叠系库别尔加组、穆尔加布组、帕米尔组(P₁kb+P₂)内发育有火山岩,整体呈火山-沉积岩建造特征。此外,二叠系中有辉长岩脉和辉长岩岩株侵入。

2 铜、铅、锌和金等地球化学特征与靶区优选

2.1 分析方法与数据处理

2.1.1 样品采集与分析方法

研究区内完成1∶5万水系沉积物测量11.6 km²,共采集样品67件,分析Au、Ag、As、Bi、Cu、Co、Cr、TFe₂O₃(全铁)、Hg、Mo、Ni、Pb、Sb、Sn、W、Zn等15种元素和氧化物,样品密度为5件/km²。样品测试分析由湖北地质实验测试中心完成,分析质量符合规范要求。分析测试方法见表1。

2.1.2 数据处理与制图

应用地球化学数据与成图专业软件GeoExpl多元地学空间数据管理与分析系统建立研究区数据库^[52],将数据导入,统计地球化学基本参数。对数据进行网格化处理,网格距采用0.2 km×0.2 km,搜索半径为0.8 km。单元素地球化学图的编制采用累积频率法,累积频率分别为0、0.5%、1.2%、2、3%、4.5%、8%、15%、40%、60%、75%、85%、92%、95.5%、97%、98%、98.8%、99.5%和100%。选择85%作为异常下限,编制单元素地球化学异常图。将相关性较好的一组元素,只保留异常下限的线文件,放在同一张图中,结合地质背景编制找矿预测图。

2.2 地球化学特征

15种元素水系沉积物数据的平均值、最大值、中位数和标准离差的统计结果见表2。将研究区的元素平均值与整个塔吉克帕米尔高原的元素平均值(《塔吉克斯坦1∶25万化探报告》)进行对比,获得富集系数(见表2),富集系数较大的元素有Sb、Ag、Bi、As、W、Sn、TFe₂O₃、Au和Cu,富集系数较小的元素有Co、Ni、Cr和Zn。

为研究区内元素的共生组合特征,以相关系数作为相似性度量,将研究区内全部数据进行R型聚类分析,见图3。依据R型聚类分析结果,结合元素的地球化学分类,将研究区内15种元素或氧化物分为二大类:

(1)Co、Ni、Cr、Mn、Cu、W、Sn组,主要为铁族元素组合,Co、Ni、Cr、Mn一般与基性、超基性岩体相关,以0.839的相关系数划分为一组;Cu、W同上述元素在0.724的相关系数的水平上合为一组,两组同属于在基性、超基性岩中富集的元素,合并为一组。(2)Pb、Zn、Hg、Bi、Fe₂O₃、Ag、Sb组,主要有色金属元素组合,Pb、Zn元素相关性好,在自然界中相伴生,与Hg元素在0.553的相关系数划分为一组,相关程度较好;Bi、Fe₂O₃元素相关性好,以0.724的相关系数划分为一组,与Ag、Sb元素在0.610的相关系数划分为一组,整体相关程度较好。上述元素在0.496的相关系数划分为一组,多具亲硫性,整体为一组中低温热液元素组合,主要与火山活动及火山岩有关。此外Au、As 、Sb元素相关性好,显示低温热液组合。

2.3 异常元素组合与分布特征

区内主要元素地球化学异常整体可分为2类,Au、Cu、As、Ag、Pb、Zn、Sb元素在北东侧和南西侧发育高背景区及异常区,呈北西向展布,与二叠系展布方向一致(图4),且异常区规模大,分布集中,浓度分带和浓集中心明显,高值显著,中部则表现为低值区及低背景区,对应为侏罗系盖层。TFe₂O₃、Bi则相反,在中北部为高背景区及异常区,异常呈北西向展布,对应位置为侏罗系和二叠系的断层接触部位,而南西侧均为低值区及低背景区。

从异常元素分布和元素相关性方面分析,Au、As、Sb元素在二叠系相对较富集,显示为高异常,而在侏罗系则显示为低异常,其中Au单元素异常共四处,最大值为6.97×10^-9,位于研究区东侧,对应位置为东西向断层南侧,位于早二叠与中二叠断层接触部位,有寻找热液脉型金矿的可能;Cu、Pb、Zn元素在研究区北东侧及南西侧形成大面积高值区及异常区明显,呈北西向展布,与Sb、Au、As、Ag元素套合性好,且异常展布与二叠系火山岩关系较密切,显示出较好的寻找块状硫化物多金属矿的找矿前景。此外Co、Cr、Ni、Mo元素组合在研究区南西侧分布,与上述异常范围有重叠,反映出该区可能存在多期热液活动。

2.4 找矿靶区优选

依据地球化学异常特征和元素组合特征,选取Au、Cu、As、Zn、Pb、Sb等元素为主要指示元素,结合地质背景,圈出了两处综合异常,作为下步找矿靶区(图5)。

Z01找矿靶区元素组合为Cu、Zn、Pb、Au、As、Ag、Hg,呈北西向展布,异常强度大,存在2个浓集中心,浓度分带明显(图6),该异常与二叠系展布一致,出露岩性为中基性火山熔岩与碎屑岩,同时断裂构造发育,异常整体受地层和断裂构造控制明显,为火山-沉积岩容矿有关的铜铅锌矿形成提供了良好的成矿地质条件。异常元素Cu、Zn、Pb、Ag为中低温元素组合,Au、As、Hg为低温元素组合,反映出多期次成矿存在的可能,推测该区具有形成中低温块状硫化物铜铅锌矿和热液脉型金矿的成矿潜力。此外该异常北西和南东侧因第四系覆盖未圈闭,两侧延伸方向仍具有进一步找矿潜力。

Z02找矿靶区元素组合为Cu、Pb、Zn、Ag、Mo、Sb、Au,位于研究区南东侧,该靶区元素组合特征与Z01找矿靶区相似,呈北西向展布,异常强度大,存在两个浓集中心,浓度分带明显(图6),该异常与二叠系展布一致,而该预测区Co、Ni、Cr、Mo等元素相关性较好,异常对应二叠系与侏罗系的不整合界线,推测预测区内可能发育有隐伏的基性、超基性火山岩,同时断裂构造发育,异常整体受地层和断裂构造控制,为火山-沉积岩容矿有关的铜铅锌矿和基性、超基性岩有关的铜镍矿形成提供了良好的成矿地质条件。异常元素Cu、Zn、Pb、Ag、Mo、Cr、Ni、Co为中高温元素组合,Au、Sb、Hg为低温元素组合,反映出可能存在多期次成矿,推测该区具有形成块状硫化物铜铅锌矿和低温热液脉型金矿的成矿潜力,也有形成与基性、超基性岩体有关的铜镍矿的可能。

3 异常查证与铁铜多金属矿化体特征

通过路线地质调查,野外手持快速分析仪等方法,对1∶5万圈定的Z01号和Z02号找矿靶区进行查证,发现6条多金属矿化体(图2b)。根据矿化体产出方式、就位特征等方面可归纳为两类,其一:产于早二叠世库别尔加组、晚二叠世穆尔加布组、帕米尔组(P₁kb+P₂)内,矿体呈厚层状、沿NNW向延伸,顺层产出,夹薄层泥灰岩,为研究区内的主要矿体,属主成矿期产物,对应矿化体编号为Ⅰ号、Ⅱ号(图7);其二:矿体受构造裂隙控制,主要沿近东西向、北西向和北东向断裂、节理充填发育,顺层和切层产出,属后期构造热液产物。

3.1 矿化体特征

Ⅰ号矿化体:研究区已发现规模最大、特征最典型的矿化体,产于P₁kb+P₂组上部火山熔岩内,走向NW向,宽约100~120 m,延伸长约1 200 m,似层状产出。

矿化体受构造活动改造,致使地层层序倒转,恢复地层层序后底板为安山质玄武岩,顶板为砂泥质板岩、泥灰岩,其内夹砂泥质板岩、泥灰岩等,呈互层状,产状与围岩产状一致,整体为62°∠78°。

矿石整体为块状、蜂窝状构造,局部呈角砾状,主要矿物为针铁矿、赤铁矿及硫化物,偶见孔雀石化(图8、图9、图11、图12)。化学分析显示主要矿物平均品位TFe 50.36%、Cu 0.14%、Ag 16.9g/t,Zn最高品位0.41%、Pb最高品位0.02%(表3、表4)。

Ⅱ号矿化体:产于P₁kb+P₂组下部,整体走向NW向,宽约50~60 m,延伸约100 m。矿化体呈似层状,产状与围岩产状一致,恢复地层层序后顶板为中酸性凝灰岩,底板为大理岩,围岩劈理化发育。铁矿石呈蜂窝状-块状构造,局部可见角砾状铁矿石,主要矿石矿物为针铁矿、赤铁矿、孔雀石及硫化物(图8、图9、图11、图12),分析显示主要矿物为平均品位TFe 52.65%、Cu 12.15%、Ag 76.64g/t(表3、表4)。

Ⅲ号矿化体: 产于P₁kr+u组内,由两个矿脉组成(图10a-c)。

Ⅲ-1,走向为EW向,脉状,顺层产出,出露宽6 m,长20 m,受后期构造破坏,劈理化发育,围岩为凝灰质砂板岩,局部有细小矿脉呈透镜状、细脉状沿围岩劈理及裂隙充填,铁矿石呈蜂窝状-块状构造,主要矿石矿物为针铁矿和赤铁矿。

Ⅲ-2,走向为NE向,脉状,切层产出,出露宽约15 m,长约70 m,围岩为黄褐色凝灰质砂板岩,铁矿石呈蜂窝状-块状构造,主要矿石矿物为针铁矿、赤铁矿、黄铜矿及孔雀石。

Ⅳ号矿化体:产于P₁kr+u组内,走向EW向,出露宽约8~10 m,延伸长约50 m,呈脉状切层产出,矿体围岩为凝灰质砂板岩,铁矿石呈块状构造,局部可见角砾状铁矿石,主要矿石矿物为针铁矿、赤铁矿及孔雀石(图10a-c)。

Ⅴ号矿化体:产于J₁t+J₂bt组内,走向NW向,脉状,顺层产出,出露最大宽约100 m,延伸长约300 m,围岩为灰岩、泥灰岩,铁矿石呈蜂窝状-块状构造,主要矿石矿物为针铁矿和赤铁矿(图10d-f)。

Ⅵ号矿化体:产于J₁t+J₂bt组内,由两个矿脉组成(图10d-f)。

Ⅵ-1,走向为EW向,脉状切层产出,单个矿脉宽几十cm到1 m不等,地表出露长20~30 m。矿化在构造破碎带及裂隙中广泛发育,褐铁矿石中见孔雀石化。围岩为劈理化灰岩,铁矿石呈孔状-块状构造,主要矿石矿物为针铁矿、赤铁矿及少量孔雀石。

Ⅵ-2,走向为NW向,脉状,顺层产出,延伸不稳定,单个矿脉最大出露宽度2m,长20~50 m,局部被Ⅵ-1矿脉切割,围岩为灰岩,铁矿石呈块状构造,主要矿石矿物为针铁矿和赤铁矿。

3.2 矿石特征

通过光薄片鉴定、X衍射和电子探针分析,金属矿物主要有针铁矿、赤铁矿、孔雀石、褐铁矿、含铜褐铁矿、含锰褐铁矿,其次为黄铁矿、方铅矿、白铅矿、闪锌矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、含银黝铜矿、辉银矿、角银矿及极少量的自然金、自然银、锡石、白钨矿、辉锑矿、水锰矿、石膏、硬锰矿、软锰矿、水锰矿、镁菱铁矿、氧化锑、铋华、锑铋华。脉石矿物有方解石、石英、伊利石、绢云母、铁白云石、绿泥石(图12)。

3.3 围岩蚀变特征

本区围岩蚀变主要有碳酸岩化、硅化、绿泥石化、黏土化等(图11g-i)。碳酸岩化主要集中在矿化体与围岩(灰岩)接触部位,分布较局限,表现为岩石疏松、多孔,易碎,局部可呈蜂窝状,主要蚀变矿物为白云石、方解石,局部蚀变强烈时形成大理岩。硅化,发育范围较广,各地段蚀变强烈不一,肉眼可见岩石内硅质重结晶成不同粒径大小的颗粒、团块、条带等。绿泥石化发育较广泛,主要以火山岩层内矿化体附近最发育,常伴有黏土化、绢云母化。

4 讨论

4.1 矿化体成因讨论

Ⅰ号和Ⅱ号矿化体产于二叠系库别尔加组、穆尔加布组、帕米尔组(P₁kb+P₂)内,赋矿岩石为中基性火山熔岩、火山碎屑岩和沉积岩,矿化体主要呈层状展布,与含矿地层呈整合接触,矿化体在地表以氧化矿石为主,矿石矿物主要为针铁矿、赤铁矿、孔雀石,硫化物包括黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、辉银矿等,并在褐铁矿中发现自然金、自然银和自然铜。矿石组构有蜂窝状-块状、致密块状、角砾状,围岩蚀变以碳酸岩化、硅化、绿泥石化、黏土化为主,氧化矿石组分主要为Fe、Cu,伴生Ag、Zn、Pb、Au,该矿化体位于Z01找矿靶区内,异常元素组合有Cu、Zn、Pb、Au、As、Ag、Hg,显示了较好的成矿潜力。根据赋矿岩石类型及围岩沉积物沉积相古地理分析,容矿岩石属于滨浅海相火山沉积组合,所处环境为大陆裂谷构造环境^[45],孔雀石-褐铁矿化与黄铁矿-黄铜矿组合出现是寻找铜多金属矿床的直接标志,氧化矿石中低温热液硫化物组合及矿石组构特征都反映了该区具有形成块状硫化物型矿床的良好前景,而目前发现的矿化体具有铁帽特征。与国内外典型VMS型矿床对比(表5),从构造环境、容矿岩石、矿石组构,围岩蚀变等特征比较,推测该矿化体成因属于VMS型,主要成矿元素铜、锌、铅和银,金可能为后期构造热液叠加形成(图13)。

Ⅲ号和Ⅳ矿化体产于二叠系卡拉恰特组、乌鲁克组(P₁kr+u)内,容矿岩石为凝灰质砂板岩,矿化体呈脉状顺层和切层产出,主要以含铜褐铁矿为主,褐铁矿脉受后期构造破坏较严重,劈理发育,围岩中可见褐铁矿细脉沿劈理和不同方向的裂隙充。其中Ⅲ号矿化体位于Z01找矿靶区内,Ⅳ矿化体位于Z02找矿靶区内,矿化体严格受北东向和东西向断裂控制,结合异常元素组合特征,推测该铁铜多金属矿化体成因属于构造热液型。

Ⅴ号和Ⅵ矿化体产于侏罗系下统洛达标阶、布林巴赫阶、多米尔托奥阶(J₁t+J₂bt)内,容矿岩石为灰岩,矿化体呈脉状顺层和切层产出,主要以褐铁矿为主,发育孔雀石化。该矿化体未在找矿靶区内,矿化体受北西向和东西向断裂控制,推测该铁铜矿化体成因属于构造热液型。

综上所述,通过野外地质特征、矿石结构构造、矿脉截切关系以及地球化学特征等,识别出3期成矿作用。第1期为主成矿期,主要与海相火山作用有关,二叠纪地层内形成VMS型铜铅锌矿化体(Ⅰ号和Ⅱ号矿化体),第2期是热液改造期,发生变形变质作用,形成顺层和切层产出的脉状铁铜多金属矿化体(Ⅲ号、Ⅳ、Ⅴ号和Ⅵ矿化体),同时对已形成的VMS型铜铅锌矿化体进行改造,第3期为表生氧化期,经风化剥蚀,对已形成的矿化体进行氧化,产生分带现象。

此外,从目前找矿成果看,在Z02找矿靶区内还未发现与二叠纪火山岩有关的层控铁铜多金属矿化体,但Z02与Z01找矿靶区具有相似的成矿地质背景和地球化学异常特征,因此预测Z02号找矿靶区仍然具有寻找与Ⅰ号和Ⅱ号矿化体特征相似的VMS型铜铅锌矿的潜力。

4.2 对古特提斯VMS型铜铅锌找矿勘查的启示

原特提斯阶段VMS型铜铅锌矿主要分布在中国昆仑—阿尔金及祁连一带,发育喀腊达坂、白银厂和锡铁山等矿床;新特提斯阶段VMS型铜铅锌矿主要分布在土耳其、伊朗和巴基斯坦,发育Cyprus、Murgul、Barika、Bavanat和Sargaz等矿床;而古特提斯阶段形成时代大致在D-T₂,该阶段VMS型铜铅锌矿目前仅在中国三江等地区有所发现,如呷村、羊拉和德尔尼等矿床。

特提带内保存大量古特提斯物质记录。本次研究显示,帕米尔地区具有形成VMS型铜多金属矿成矿的潜力,在托赫塔梅什地区已发现多条铁铜多金属矿化体,二叠系是重要的含矿层位。该层位在帕米尔整体为一套细碎屑岩夹火山岩组合,横向上虽有一定相变,但整体表现为下部中酸性凝灰岩夹白云质大理岩,上部中基性火山熔岩、火山碎屑岩、灰岩、砂泥质细碎屑岩互层特征。从帕米尔向东延伸进入中国甜水海地区,1∶25万区域地质调查工作厘定出了大量二叠系(图14),整体岩性组合特征与帕米尔地区基本一致,具有较强的横向对比性和纵向一致性,表明该期沉积稳定存在。

帕米尔地区1∶100万-1∶25万地球化学特征显示,与这套二叠纪火山-沉积建造相关的异常元素组合有Cu、Pb、Zn、Au、Ag等,具有异常规模大、浓集中心明显,高异常值多的特征。而中国甜水海地区1∶50-1∶25万地球化学特征也显示与二叠系出露相吻合的Cu、Pb、Zn、Au、Ag等异常,二者异常组合特征一致、找矿方向相同。本次研究根据区域成矿地质背景,在该区圈定找矿远景区9处(图14)。但因该区自然条件相对差、地质工作程度低、缺少系统的地质勘查等因素,尚未实现重要找矿突破。

前已述及,本次研究认为塔吉克斯坦帕米尔地区具有形成VMS型铜铅锌矿床的潜力,而与之同处特提带的中国甜水海地区,保存有大量二叠系火山-碎屑岩沉积物质,属古特提斯阶段物质记录。因此本次研究提出在特提斯带内,古特提斯阶段二叠系具有寻找VMS块状硫化物矿床的良好前景,塔吉克斯坦帕米尔至中国甜水海圈定的9处找矿远景区能够为该区寻找VMS块状硫化物矿床提供重要的找矿方向。

5 结论

(1)帕米尔托赫塔梅什地区1∶5万地球化学异常元素组合为Fe、Cu、Pb、Zn、Ag、Sb、Au、As等,异常规模大,强度高,浓度分带明显,异常整体受地层和断裂构造控制,预测Z01号和Z02号2个找矿靶区具有寻找中低温块状硫化物铜铅锌和热液脉型金矿的潜力。

(2)在上述找矿靶区内,异常查证发现6条铁铜多金属矿化体,识别出3期成矿作用,第1期为主成矿期,二叠纪地层内形成VMS型铜铅锌矿化体(Z01号靶区:Ⅰ号和Ⅱ号矿化体),第2期是热液改造期,发生变形变质作用,形成顺层和切层产出的脉状铁铜多金属矿化体(Ⅲ号、Ⅳ、Ⅴ号和Ⅵ矿化体),同时对已形成的VMS型铜铅锌化体进行改造,第3期为表生氧化期,经风化剥蚀对已形成的矿化体进行氧化,产生分带现象。推测Z02号找矿靶区仍然具有寻找VMS铜铅锌矿的潜力。

(3)塔吉克斯坦帕米尔-中国甜水海地区勘查程度低,通过地层特征、区域化探数据对比,结合成矿地质背景分析,认为该地区具有良好的VMS铜铅锌矿的找矿潜力,预测找矿远景区9处。同时提出在特提斯带内,古特提斯阶段二叠纪地层内具有寻找VMS块状硫化物矿床的前景,是未来重要的找矿勘查方向。

谨以此文向中国-上海合作组织地学合作研究中心成立10周年献礼。本文中所涉及的样品采集工作由中国地质调查局境外合作团队和塔吉克斯坦地质调查局合作完成。塔吉克斯坦帕米尔是作者开启境外特提斯铅锌铜成矿作用研究,梦想起航的地方。这里记录了我们的青春岁月,留下了我们前行的足迹。在此,向中塔地球化学调查合作团队的所有成员表示感谢。同时,感谢王学求研究员和张必敏研究员对本文的悉心指导,感谢评审专家对本文提出的宝贵修改意见。

参考文献

[1] FRANKLIN J, SANGSTER D F, LYDON J W. Volcanic-associated massive sulfide deposits[J]. Economic Geology, 75th Anniversary Volume, 1981: 485-627.

[2] FRANKLIN J, GIBSON H, JONASSON I, et al. Volcanogenic massive sulfide deposits[J]. Economic Geology, 75th Anniversary Volume, 2005: 523-560.

[3] LARGE R R, MCPHIE J, GEMMELL J B, et al. The spectrum of ore deposit types, volcanic environments, alteration halos, and related exploration vectors in submarine volcanic successions-some examples from Australia[J]. Economic Geology, 2001, 96: 913-938.

[4] HANNINGTON M D. Volcanogenic Massive Sulfide Deposits[J]. Treatise on Geochemistry, 2014: 463-488.

[5] SINGER D A. World class base and precious metal deposits a quantitative analysis[J]. Economic Geology, 1995, 90: 88-104.

[6] 毛景文, 张作衡, 白冶, 世界典型矿床[M]. 北京: 地质出版社, 2012: 1-387.

[7] 戴自希, 盛继福, 白冶, 世界铅锌资源的分布与潜力[M]. 北京: 地震出版社, 2005: 1-387.

[8] HOU Z Q, ZHANG H R. Geodynamics and metallogeny of the eastern Tethyan metallogenic domain[J]. Ore Geology Reviews, 2015, 70: 346-384.

[9] SONG Y C, LIU Y C, HOU Z Q, et al. Sediment-hosted Pb-Zn deposits in the Tethyan domain from China to Iran: Characteristics, tectonic setting, and ore controls[J]. Gondwana Research, 2019, 75: 249-281.

[10] 张辉善. 新特提斯构造域中东段沉积岩容矿铅锌成矿作用: 以青海多才玛和巴基斯坦杜达矿床为例[D]. 合肥: 中国科学技术大学, 2021.

[11] 吴福元, 万博, 赵亮, 特提斯地球动力学[J]. 岩石学报, 2020, 36(6): 1627-1674.

[12] HOU Z Q, KHIN Z, PAN G T, et al. Sanjiang Tethyan metallogenesis in S.W. China: Tectonic setting, metallogenic epochs and deposit types[J]. Ore Geology Reviews, 2007, 31: 48-87.

[13] 李文渊. 块状硫化物矿床的类型、 分布和形成环境[J]. 地球科学与环境学报, 2007, 29(4): 331-344.

[14] BADRZADEH Z, BARRETT T J, PETER J M, et al. Geology, mineralogy, and sulfur isotope geochemistry of the Sargaz Cu-Zn volcanogenic massive sulfide deposit, Sanandaj-Sirjan Zone, Iran[J]. Mineralium Deposita, 2011, 46(8): 905-923.

[15] LI W C, PAN G T, ZHANG X F, et al. Tectonic evolution and multi-episodic metallogenesis of the Sanjiang Paleo-Tethys multi-arc-basin-terrane system, SW Tibetan Plateau[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2021, 104932: 1-24.

[16] 张洪瑞, 侯增谦, 杨志明. 特提斯成矿域主要金属矿床类型与成矿过程[J]. 矿床地质, 2010, 29: 113-133.

[17] CHAPMAN J B, SCOGGIN S H, KAPP P, et al. Mesozoic to cenozoic magmatic history of the Pamir[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2018, 482: 181-192.

[18] 李宝强, 张晶, 范堡程, 中塔合作帕米尔地球化学调查成果与展望[J]. 中国地质调查, 2014, 1(3): 22-31.

[19] 范堡程, 孟广路, 刘明义, 塔吉克斯坦成矿单元划分及其特征[J]. 地质科技情报, 2017, 36(2): 168-175.

[20] 范堡程, 张晶, 孟广路. 帕米尔构造结锂矿资源潜力评价: 基于1: 100万地球化学调查[J]. 西北地质, 2022, 55(1): 156-166.

[21] 范堡程, 张晶, 孟广路. 地球化学块体理论在塔吉克斯坦金资源潜力预测中的应用[J]. 西北地质, 2020, 53(1): 139-146.

[22] WANG X Q, ZHANG B M, NIE L S, et al. Mapping Chemical Earth Program: Progress and challenge[J/OL]. Journal of Geochemical Exploration, 2020, 217: 106578.

[23] 王学求, 刘汉粮, 王玮, 中国锂矿地球化学背景与空间分布: 远景区预测[J]. 地球学报, 2020, 41(6): 797-806.

[24] 王学求, 谢学锦, 张本仁, 地壳全元素探测—构建“化学地球”[J]. 地质学报, 2010, 84(06): 854-864.

[25] 张晶, 李宝强, 李慧英. 区域地球化学方法在西天山地区成矿潜力评价中的应用[J]. 西北地质, 2017, 50(3): 162-172.

[26] 张晶, 孟广路, 王斌, 西北地区区域地球化学特征与成果应用[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 2020: 150-165.

[27] 李兴振, 刘增乾, 潘桂棠, 西南三江地区构造单元划分及地史演化[J]. 中国地质科学院成都地质矿产研究所所刊, 1991, 13: 1-19.

[28] 李兴振, 潘桂棠, 罗建宁. 论三江地区冈瓦纳和劳亚大陆的分界[M]// 青藏高原地质文集“三江”论文专辑. 北京: 地质出版社, 1990.

[29] 刘增乾, 李兴振, 叶庆同. 三江地区构造岩浆带的划分与矿产分布规律[M]. 北京: 地质出版社, 1993.

[30] 潘桂棠, 陈智梁, 李兴振, 东特提斯地质构造形成演化[M]. 北京: 地质出版社, 1997.

[31] 钟大赉. 滇川西部古特提斯造山带[M]. 北京: 科学出版, 1998.

[32] 李三忠, 赵淑娟, 李玺瑶, 东亚原特提斯洋(Ⅰ): 南北边界和俯冲极性[J]. 岩石学报, 2016, 32(09): 2609-2627.

[33] STOECKLIN J. Possible ancient continental margins in Iran[M]// The geology of continental margins. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 1974: 873-887.

[34] STOECKLIN J. Structural history and tectonics of Iran: A review[J]. AAPG Bulletin, 1968, 52: 1229-1258.

[35] SENGOR A M C. Mid-Mesozoic closure of Permo-Triassic Tethys and its implications[J]. Nature, 1979, 279: 590-593.

[36] 李兴振, 许效松, 潘桂棠. 泛华夏大陆群与东特提斯构造域演化[J]. 沉积与特提斯地质, 1995, 4: 1-13.

[37] 李荣社, 计文化, 何世平, 中国西部古亚洲与特提斯两大构造域划分问题讨论[J]. 新疆地质, 2011, 29(3): 247-250.

[38] AMES L, TILTON G R, ZHOU G. Timing of collision of the Sino-Korean and Yangtse cration: U-Pb zircon dating of coesite-bearing ecogites[J]. Geology, 1993, 21(4): 339-342.

[39] METCALFE I. Gondwana dispersion and Asian accretion: Tectonic and palaeogeographic evolution of eastern Tethys[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2013, 66: 1-33.

[40] METCALFE I. Gondwanaland dispersion, Asian accretion and evolution of eastern Tethys[J]. Australian Journal of Earth Sciences, 1996, 43: 605-623.

[41] STAMPFLI G M. Tethyan oceans[J]. Geological society, london, special publications, 2000, 173(1): 1-23.

[42] 吴根耀, 矢野孝雄. 东亚大陆边缘的构造格架及其中-新生代演化[J]. 地质通报, 2007, 26: 86-89.

[43] 许志琴, 杨经绥, 李化启, 中国大陆印支碰撞造山系及其造山机制[J]. 岩石学报, 2012, 28(06): 1697-1709.

[44] ROGERS J J W. A history of continents in the past three billion years[J]. Journal of Geology, 1996, 104: 91-107.

[45] 洪俊, 计文化, 张辉善, 南帕米尔北缘切实界别辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年、 地球化学特征及其地质意义[J]. 地质通报, 2014, 33(6): 820-829.

[46] 洪俊, 计文化, 张辉善, 帕米尔东缘杜格里富碱斑岩锆石U-Pb定年、 地球化学特征及构造意义[J]. 地质学报, 2015, 89(9): 1463-1654.

[47] 洪俊, 计文化, 张海迪, 帕米尔地区穆尔尕布辉长岩-闪长岩的成因: 锆石U-Pb年龄、 Hf同位素及岩石地球化学证据[J]. 中国地质, 2017, 44(4): 722-736.

[48] BURTMAN V S, MOLNAR P. Geological and geophysical evidence for deep subduction of continental crust beneath the Pamir[J]. Geological Society of America Special Papers, 1993, 281: 1-76.

[49] ROBINSON A C, YIN A, MANNIN C E, et al. Cenozoic evolution of the eastern Pamir: implications for strain accommodation mechanisms at the western end of the Himalayan-Tibetan orogen[J]. Geological Society Of America Bulletin, 2007, 119, 882-896.

[50] 苏联国家地质委员会. 1∶20万苏联J43-XXI幅区域地质调查报告[R]. 杜尚别: 苏联国家地质委员会, 1956.

[51] 河南省地质调查院. 1∶25万中国J43C003002(克克吐鲁克)、 J43C003003(塔什库尔干塔吉克自治县)幅区域地质调查报告[R]. 郑州: 河南省地质调查院, 2005.

[52] 向运川. 区域地球化学数据管理信息系统的实现技术[J]. 物探与化探, 2002, 26(3): 209-214.

[53] 张辉善, 李艳广, 全守村, 阿尔金喀腊达坂铅锌矿床金属硫化物元素地球化学特征及其对成矿作用的制约[J]. 岩石学报, 2018, 34(08): 2295-2311.

[54] 李宝强, 孟广路, 祁世军, 兴都库什-西昆仑成矿带地质矿产概论[M]. 北京: 地质出版社, 2013: 1-245.

基金资助

国家自然科学基金项目(92055314)

国家自然科学基金项目(U2244219)

国际地球科学计划项目(IGCP-741)

陕西省国际科技合作计划重点项目(2021KWZ-19)

中国地质调查局地质调查项目(DD20230581)