DOI: 10.12017/dzkx.2022.060    

西昆仑地区古生代沉积型铁锰矿床成矿规律及其与原—古特提斯洋演化的关系

张帮禄^1,2　张连昌^3,4　董志国^3,4　彭自栋^3,4　朱明田^3,4　王长乐^3,4

（1. 中国地质调查局发展研究中心 北京　100037；2. 中国地质大学（北京） 北京　100083；3. 中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院矿产资源研究重点实验室 北京　100029；4. 中国科学院大学 北京　100049）

 摘　要　西昆仑地区位于我国著名秦祁昆造山带的西段，经历了长期复杂的地质构造演化。该地区可进一步划分为北昆仑地体、南昆仑地体和喀喇昆仑—羌塘地体，在其构造演化过程中，形成了丰富的矿产资源，以寒武纪沉积变质铁矿、志留纪菱铁矿和石炭纪沉积锰矿最具代表性。本文在剖析典型沉积铁锰矿床地质特征的基础上，结合区域构造演化，重点分析了西昆仑地区铁锰矿成矿规律及地球动力学背景，为总结区域成矿规律及进一步找矿预测工作提供地质依据。西昆仑地区新元古代—早古生代及晚古生代的演化受同时代原特提斯洋和古特提斯洋“开合”构造旋回作用的制约；受区域构造性质的影响，金属矿产以形成于弧后盆地的沉积型铁、锰矿为特色；新元古代晚期—寒武纪为与原特提斯洋南向俯冲有关的弧后伸展盆地发育的大规模沉积变质铁矿床形成阶段，奥陶纪—志留纪与原特提斯洋闭合有关的残留洋盆环境发育的海相沉积菱铁矿形成阶段及泥盆纪—二叠纪与古特提斯洋北向俯冲有关的弧后盆地环境沉积锰矿形成阶段。

关键词　构造背景　特提斯洋　沉积铁锰矿床　成矿规律　西昆仑

Metallogenic regularity of Paleozoic sedimentary iron-manganese deposits

 in the northern segment of West Kunlun and its relationship with

the evolution of the Proto-Paleo-Tethys Ocean

 Zhang Banglu^1,2　Zhang Lianchang^3,4　Dong Zhiguo^3,4　Peng Zidong^3,4

Zhu Mingtian^3,4　Wang Changle^3,4

(1. Development and Research Center, China Geological Survey, Beijing　100037; 2. China University of Geosciences, Beijing　 100083; 3. Key Laboratory of Mineral Resources, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029；4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing　100049)

 Abstract

The West Kunlun area is located in the western section of the famous Qin-Qi-Kun orogenic belt in China, and has experienced long-term complex geological tectonic evolution. The northern section of West Kunlun can be divided into North Kunlun terrane, South Kunlun terrane and Karakoram-Qiangtang terrane. During its tectonic evolution, numerous mineral resources have been formed, among which the Early Cambrian meta-sedimentary iron ores, Silurian siderite ore deposits and the Carboniferous sedimentary manganese ore deposits are the most representative. On the basis of integrating the tectonic evolution of the West Kunlun orogen and in combination with the geological characteristics of typical sedimentary iron-manganese deposits, this paper focuses on the metallogenic regularity and geodynamic background, which provides a basis for summarizing the regional metallogenic belt and further prospecting work. It is suggested that the evolution of the northern segment of West Kunlun orogen during Neoproterozoic-Early Paleozoic and Late Paleozoic was restricted by the "opening and closing" tectonic cycle of the Proto-Tethys Ocean and the Paleo-Tethys Ocean, respectively. Under these regional tectonic settings, metallic minerals are characterized by sedimentary iron and manganese deposits formed in back-arc basins. During the Late Neoproterozoic-Cambrian period, large-scale meta-sedimentary iron deposits developed in back-arc extensional basins related to the southward subduction of the Proto-Tethys Ocean. The formation of sedimentary siderite deposits during Ordovician-Silurian period were developed in residual ocean basin environments related to the closure of the Proto-Tethys Ocean. While the origin of the sedimentary manganese deposits in back-arc basins were related to northward subduction of the Paleo-Tethys Ocean.

Keywords　Tectonic setting, Tethys Ocean, Sedimentary iron-manganese ore deposit, Metallogenic, North section of the West Kunlun

西昆仑地区位于我国著名的秦祁昆造山带西段，经历了长期复杂的地质构造演化（姜春发等，2000），同时也形成了丰富的矿产资源。近十年来，一系列大型沉积铁矿、锰矿、铅锌矿以及伟晶岩型锂矿床的发现对国内矿产资源的格局产生了重要影响（韩春明等，2021）。其中，西昆仑北段发育的石炭纪沉积型锰矿床、南段喀喇昆仑发育的志留纪沉积铁矿和早寒武世沉积变质型铁矿，具有规模大、集中发育、特征鲜明等特色。这些矿产资源的发现，不仅对于完善沉积铁、锰矿床的成矿理论，总结区域成矿规律具有重要科学意义，而且对于振兴地方经济具有重要意义。

就西昆仑造山带构造演化与成矿规律研究而言，由于地理位置和构造演化的复杂性，其研究程度较低，同时也存在较大争议。早期学者们一般将西昆仑地区归结为特提斯演化系列（钟大赉等，1996；姜春发等，2000；潘裕生等，2000；潘桂棠等，2004），包括原特提斯（Proto-Tethys, “Z—S”）、古特提斯（Paleo-Tethys, “D—T₂”）和新特提斯洋（Neo-Tethys, “T₃—E”）的发展演化过程。其中，位于北昆仑地体和南昆仑地体之间的原特提斯洋形成于震旦纪—寒武纪，现今的奥依塔格—库地蛇绿岩带代表了原特提斯洋俯冲闭合的残片（Mattern and Schneider，2000；Xiao et al.，2005；李荣社等，2007）。不过，关于原特提斯洋演化的认识仍有一定争议，如原特提斯洋盆的闭合方式就存在南向俯冲（王元龙等，1997；Mattern and Schneider，2000；潘裕生等，2000）、北向俯冲（Wang，2004；韩芳林，2006）和早奥陶世前后俯冲极性发生南向至北向转换（Xiao et al.，2005）的观点。在闭合时间上也存在奥陶纪、志留纪和泥盆纪的争论（Matte et al.，1996；Mattern and Schneider，2000）。由于南、北昆仑地体与塔里木陆块有着相似的结晶基底，因此它们被认为是塔里木板块的一部分，原特提斯洋的“开合”导致了南昆仑地体从塔里木地块的裂解分离（Mattern and Schneider，2000；潘裕生等，2000）。但也有学者认为西昆仑地块并不是从塔里木陆块裂解出来的微陆块，其具有独立的地质构造演化历史，并被两侧“西昆北洋”和“西昆南洋”所分割（于晓飞，2010）。

本文在区域地质综合分析的基础上，重点对西昆仑北段古生代各时期发育的沉积变质型铁矿（早寒武世）、沉积型菱铁矿（早志留世）、海相沉积型菱锰矿（早晚炭世）等矿床的形成地质条件进行对比研究，旨在探讨这类沉积矿产的形成背景及其与原—古特提斯洋演化的关系。

1　区域构造地质概况

西昆仑造山带从塔里木盆地西南缘向南可延伸至青藏高原西北缘，南北分别以喀喇昆仑断裂和库尔良—柯岗断裂为界，是我国中央造山带的重要组成部分（姜春发，1992，2000），也是青藏高原的重要组成部分（潘裕生，1990；潘裕生等，2010）。

关于西昆仑造山带构造单元，研究者们主要依据区域明显的构造带或缝合带来进行划分，但由于西昆仑地区经历了多期且复杂的构造演化，至今尚没有统一的构造单元划分方案。最早潘裕生（1990）结合大地构造相的概念，依据区域库地缝合带和麻扎—康西瓦断裂带厘定了西昆仑地区整体的构造格架，随后学者们在此基础上对西昆仑构造单元的细分产生了不同的见解。例如，有学者认为西昆仑造山带可划分为3个二级构造单元，包括西昆仑北带、中带和南带（姜春发等，1992，2000）；同时也有学者以奥依塔克—库地结合带和麻扎—康西瓦断裂带为界线将西昆仑划分为北昆仑地体、南昆仑地体和喀喇昆仑—羌塘地体（Mattern and Schneider，2000；潘裕生等，2000；Wang，2004）。

本文以库尔良—柯岗断裂带和麻扎—康西瓦断裂带为界线将西昆仑从北至南划分为塔里木板块、西昆仑地体和喀喇昆仑—羌塘地体3个一级构造单元。根据发育其中的奥依塔格—库地缝合带，西昆仑地体可进一步划分为2个二级构造单元：北昆仑地体和南昆仑地体（Matte et al., 1996；潘裕生等，1996；肖文交等，2000；Wang，2004；张传林等，2007），据此推测原特提斯洋沿奥依塔格—库地缝合带封闭。麻扎—康西瓦构造带被认为是另一条构造缝合带，古特提斯洋最终闭合于此（邓万明，1995；潘裕生等，2000；Xiao et al.，2002；Wang，2004）。塔什库尔干—甜水海地块北以麻扎—康西瓦缝合带为界，南以龙木错—双湖断裂为界，西被喀喇昆仑断裂所分割，整体上为NW-SE向的构造带（图1）。

西昆仑地区出露的地层包括元古宇—早寒武世火山—沉积变质岩、志留系碎屑岩—碳酸盐岩，及泥盆系、石炭系、二叠系等沉积、火山—沉积建造（图2）。

图1　西昆仑大地构造分带简图（据Zheng et al., 2018修改）

Fig. 1　Simplified tectonic map of the West Kunlun orogenic belt (modified after Zheng et al., 2018) 

图2　西昆仑北部地区区域地质及沉积铁锰矿产分布图（据冯京等，2021修改）

Fig. 2　The geological map of the north section of West Kunlun orogenic belt, showing the distribution of sedimentary iron and manganese ore deposits (modified after Feng et al., 2021)

西昆仑地区大面积展布的布伦阔勒群，原认为是形成于古元古代的火山—沉积变质岩系，近年的研究表明这套岩系主体形成于新元古代晚期—早寒武世（600~500 Ma）。该套地层主要由磁铁石英岩、（含石榴）斜长角闪片麻岩、夕线石榴片麻岩—石英岩段和大理岩组成。已有研究表明，布伦阔勒岩群原岩为一套中基性火山岩—碎屑岩—碳酸盐岩建造，其中有大量铁建造发育（张连昌等，2016a，2016b；Zheng et al.，2018；Li et al.，2019）。

志留系温泉沟组集中分布于木吉—布伦口地区和达布达尔—明铁盖地区，不整合发育于布伦阔勒群之上。该套岩石水平层理发育，未变质或轻微变质，总体上来看是一套细碎屑岩夹碳酸盐岩沉积建造，构成旋回性沉积层序，具有深水浊积岩特征。该套地层发育有切列克其、喀拉墩等大型海相沉积型菱铁矿。泥盆系克孜勒陶组主要沿昆盖山西南坡和克孜勒陶一带小范围展布，岩性为细粒石英砂岩、泥质石英粉砂岩、粉砂质泥岩夹少量薄层钙质石英粉砂岩及泥质石英粉砂岩等。

下石炭统乌鲁阿特组广布于昆盖山—奥依塔格—玛尔坎苏一带（图2），自东向西岩石（组合）出现一定差异。在东部奥依塔克一带主要以变玄武岩、杏仁状玄武岩夹安山岩、泥质灰岩、英安岩等为主，出露总厚约1 900 m。在乌鲁阿特一带出露厚度约700 m，岩性为玄武岩、枕状玄武岩、玄武安山岩等。在西部喀拉阿特河一带主要为中基性火山岩，厚约600 m。该套火山岩地层在东部奥依塔克一带发育有一系列VMS型Cu矿床。

在区域昆盖山以北上石炭统喀拉阿特河组分布广泛，与下石炭统乌鲁阿特组呈断层接触（图2）。喀拉阿特河组主要发育浅海沉积，岩性以含火山角砾灰岩、砂质灰岩、泥灰岩为主。该套地层泥灰岩层位一般发育1~2层碳酸锰矿层，为该区域最为重要的含锰岩系地层（张帮禄等，2018）。

下二叠统玛尔坎雀库塞山组，沿玛尔坎土—昆盖山一带近EW向展布（图2），该套地层以发育火山熔岩、火山碎屑岩夹碳酸盐岩为主。上二叠统主要分布于达布达尔西—琼塔什阔勒—乃扎塔什克尔一带，总体为一套碳酸盐岩夹安山质火山岩和细碎屑岩，并丰富孢粉化石和蜓类化石。

区域上，中酸性岩浆活动强烈，碱性岩次之。岩浆侵入时间主要有海西期、印支—燕山期，次为喜马拉雅期。尤其是沿NNW向布伦口—慕仕塔格一线和近EW向明铁盖地区展布的三叠纪花岗岩规模最大。区域矿产主要为早寒武世沉积变质型铁矿、志留纪沉积铁矿、石炭纪沉积锰矿及块状硫化物矿床等（图2）。

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