Question

　成矿作用地球动力学背景

Answer 1

诺尔特地区成矿作用地球动力学背景与北阿尔泰区域成矿地球动力学背景密切相关。新疆北阿尔泰为西伯利亚板块南缘蒙古－阿尔泰早古生代大陆边缘的一部分，区内划出北阿尔泰早古生代非岩浆型被动陆缘、南阿尔泰泥盆纪岩浆型被动陆缘、额尔齐斯构造混杂带、北准噶尔泥盆纪洋内弧等4个三级单元，东北角的诺尔特泥盆纪—石炭纪断陷火山盆地作为叠加在北阿尔泰带上的亚三级单元（肖序常等，1990；刘德权等，1993；何国琦等，1995）。

北阿尔泰地壳演化经历了基底陆壳、拉张型过渡壳、汇聚型过渡壳、新陆壳及新陆壳在中生代的发展等阶段。

6.1.1　太古宙—元古宙基底陆壳形成

新疆基底陆壳出露地区已发现有三种类型太古宙地质体：阿尔金的麻粒岩系，原岩为缺乏正常沉积的双峰式火山岩建造（富镁拉斑玄武岩、钙碱性英安－流纹岩）；尾亚灰色片麻岩系，规模巨大，宏观岩性单一，为英云闪长质、斜长花岗质、花岗闪长质的正片麻岩，层位比阿尔金的麻粒岩系靠下部；库鲁克塔格的托格拉克布拉克杂岩，为灰色片麻及表壳岩系，层位介于阿尔金和尾亚之间。北邻这几处太古宙点状陆核的是西伯利亚古陆核，元古宙西伯利亚古陆核向南增生形成北阿尔泰基底。

6.1.2　古生代拉张体制地球动力学环境

新疆所有古生代造山带，都是由基底陆壳拉张减薄后发展起来的陆间型造山带。这些基底陆壳的残迹有的表现为残留的中间地块，如北阿尔泰的富蕴北东乌恰沟古陆壳残余。在那些没有基底陆壳残块的造山带，如南阿尔泰，从古生代花岗岩的Sm-Nd同位素组成或Pb同位素组成中，也都普遍发现有前寒武纪的年龄信息存在，说明其岩浆源中含有基底陆壳转化物。所以，由基底陆壳拉张减薄，经历拉张型过渡壳阶段，是古生代造山带发展必经的过程，拉张阶段的沉积建造，是各古生代造山带的第一个古生代构造层。

北阿尔泰震旦纪—中奥陶世属于古生代造山带拉张型过渡壳阶段的非岩浆型被动陆缘环境（何国琦等，1995）。带内主要为震旦系—寒武系（包括一部分下—中奥陶统）的巨厚类复理石陆源碎屑岩建造，夹少量基性熔岩夹层，为典型拉张型过渡壳阶段非岩浆型被动陆缘沉积，沉积环境为活动性较强、时有浊流发生的坡度较陡的大陆坡，沉积总厚度大于7700m。其所夹基性火山岩及潜火山岩富镁铁、低碱，在w（Al）-w（Ti）+w（Fe）-w（Mg）图中落于富铁拉斑玄武岩区及富镁拉斑玄武岩区，在R₁-R₂多阳离子图解上落于苦橄岩和拉斑玄武岩区分界线附近，这些特点反映了北阿尔泰拉张阶段曾达到基底陆壳接近减薄至零的程度。对于侵入岩，拉张阶段理论上也可以产生大规模花岗岩，但是在北阿尔泰及至全疆，还没有肯定的拉张型过渡壳阶段的花岗岩。已证实的拉张阶段深成作用产物都是浅成－超浅成辉绿岩类基性岩建造或辉绿岩－石英斑岩组合双峰式建造（博格达，塔尔巴哈台，加波萨尔等地），在北阿尔泰未见（表6-1）。

表6-1　北阿尔泰带震旦—寒武系火山岩、潜火山岩岩石化学成分　w_B/%

资料来源：新疆区域地质志（1993）。

拉张型过渡壳的地球动力学环境为拉张体制，地壳演化趋势是地壳减薄，渗透性增加，上地幔物质愈来愈多地参与壳幔相互作用，地壳成熟度降低。拉张型过渡壳的地壳性质取决于拉张作用达到的程度，即基底陆壳改造的程度，北阿尔泰拉张作用较强，基底陆壳曾接近减薄至零，但还保留了不同程度改造的基底陆壳作为中地壳“闪长岩”层存在。其地壳由基底陆壳残块、上地幔分熔物（包括喷出部分和侵入部分）、上地幔物质与原基底陆壳的混合物等三部分和地表沉积物组成。这些特点与前文所述的区域地球物理场研究中得到阿尔泰一些地段地壳中—下部有高密度夹层存在，以及在对诺尔特地区岩浆岩的研究中得到的其源区物质为地壳物质与地幔物质的混合物或互层的结论是相一致的。

6.1.3　古生代挤压体制地球动力学环境

拉张阶段发育的终点是基底陆壳减薄至零，出现洋壳，但是一些造山带拉张阶段往往在尚未出现洋壳时即已转入汇聚阶段。

加里东晚期，由于哈萨克斯坦板块（准噶尔－北天山洋壳板块）向北西向对北侧西伯利亚大陆板块俯冲，导致北阿尔泰在中奥陶世末进入汇聚型过渡壳演化阶段。不整合覆盖于拉张阶段建造之上的上奥陶统中酸性火山岩建造，为典型汇聚阶段挤压环境的产物，表明北阿尔泰于中奥陶世末即已转入汇聚。在白哈巴地区中、上奥陶统火山岩为低碱的中酸性（以酸性为主）的钙碱系列火山岩，反映成熟度较低的过渡壳环境（表6-2）。志留纪沉积局部分布，为陆源碎屑岩夹中酸性火山岩，西延至哈萨克斯坦境内的志留系为零星小范围分布的陆源碎屑沉积，反映汇聚阶段已到后期。这一时期的主要事件是大范围的花岗岩的形成及角闪岩相区域动热变质。北阿尔泰汇聚阶段花岗岩形成的时间，据同位素年代学资料为452～377Ma，主要在（400±30）Ma范围内，为志留纪早—中期（加里东晚期）。诺尔特地区这一阶段花岗岩同位素年龄数据在440～396Ma范围，为加里东晚期挤压环境下的产物。

表6-2　白哈巴地区中上奥陶统火山岩岩石化学成分w_B/%

资料来源：何国琦等（1995）。

诺尔特地区加里东晚期有大规模的花岗岩形成，在R₁-R₂图解上（图2-12）分布于同碰撞花岗岩区域，表明为汇聚阶段的产物。花岗岩岩性主要为黑云母二长花岗岩，白云母二长花岗岩，片麻状黑云母花岗岩，二长花岗岩及黑云母斜长花岗岩。汇聚阶段花岗岩岩石化学的特点是低碱、低钠和铝过饱和，反映了一种由非岩浆型被动陆缘的碎屑岩建造重熔而来的岩浆特点。由前文中对诺尔特地区花岗岩岩石化学的研究，加里东晚期形成的大规模挤压体制下的花岗岩的特点是与之基本相符合的，但是碱度偏高[w（K₂O）+w（Na₂O）:7.58%～8.49%]，反映了汇聚阶段更近于大陆一侧。在花岗岩类σ－ANKC图解中（图6-1），区内加里东晚期花岗岩投影点与北阿尔泰汇聚型过渡壳阶段花岗岩区域是一致的。此外，通过对花岗岩成岩机制的研究，也表明了区内花岗岩是地壳深熔的产物。因此，诺尔特地区的构造演化与北阿尔泰的构造演化是一致的，与加里东中—晚期哈萨克斯坦板块（准噶尔－北天山板块）向西伯利亚板块俯冲的构造事件是一致的，在加里东中—晚期进入汇聚型过渡壳演化阶段。

图6-1　北阿尔泰花岗岩类σ－ANKC图解（底图据何国琦等，1995）

1—加里东晚期花岗岩；2—华力西中期花岗岩；3—华力西晚期花岗岩；4—燕山期花岗岩

在本阶段花岗岩的稀土元素及同位素组成特征上，诺尔特地区与北阿尔泰带是相似的。北阿尔泰带花岗岩类的稀土总量176×10^-6～259×10^-6，总平均值接近现代上地壳平均值，轻稀土富集，Eu负异常不明显，与直接围岩的特征几乎完全一致；诺尔特地区花岗岩稀土总量207×10^-6～211×10^-6，轻稀土富集，具中等负Eu异常。

在Nd-Sr同位素特征上，诺尔特地区与北阿尔泰带也是相类似的。北阿尔泰带汇聚阶段花岗岩的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始比值为0.708～0.729，值较高，反映壳源性质；Nd同位素具较高的¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值（0.5124～0.525）和较低的¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd比值（0.1046～0.1425），接近现代地壳平均值；ε_Nd（t）－ε_Sr（t）相关关系反映其源区物质的壳幔比在4:1～10:1的不等，也反映其壳源性质。诺尔特地区本阶段花岗岩的特征为：⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始比值较高（0.71656）;¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值较高（0.512400）;¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd比值较低（0.1240）；在ε_Nd（t）－ε_Sr（t）相关关系中，与北阿尔泰带汇聚阶段花岗岩特点基本一致。相似的Nd、Sr同位素特征，反映了诺尔特地区与整个北阿尔泰带的演化进程是一致的。

6.1.4　古生代动力学体制过渡地球动力学环境

汇聚作用结束的原因，一方面是相对聚合的板块已靠拢，洋壳消减殆尽，大陆间或岛弧大陆间、岛弧间发生碰撞，起到刹车作用；另一方面，汇聚阶段花岗岩类的冷却，使上地壳变硬，地壳缩短困难，运动转为大面积隆起。

北阿尔泰除诺尔特地区外，自志留纪以后无沉积，在诺尔特地区，则分布有泥盆纪中—酸性火山岩，陆相为主，为钙碱系列的流纹岩、碎斑熔岩。在诺尔特地区分布有华力西中期的产于挤压体制与非挤压体制下的钾长花岗岩及二长花岗岩，这反映了本区固结期后弛张期的存在。产于挤压体制下的花岗岩一方面可能是固结期的产物，也可能是弛张期向活化期过渡的产物。在花岗岩类的б－ANKC图中（图6-1），诺尔特地区华力西中期产于挤压体制下的花岗岩大部分与北阿尔泰带固结期花岗岩是一致的，但也有投影点接近于活化期花岗岩区域。这与本区地壳演化在石炭纪末（华力西中—晚期）进入活化阶段是有关的。

碰撞结束，动力学体制可能产生具反弹性质的弛张应力。前文对岩浆岩的研究表明，诺尔特地区在地壳演化过程中，弛张期是存在的。泥盆纪末，本区进入短暂的弛张期。上泥盆统至下石炭统中、酸性火山岩有的具产于挤压环境的特点，有的具产于拉张环境的特点，反映挤压体制与拉张体制转换期间的特点。这种转换，一方面表现为固结期向弛张期的转换（晚泥盆世—早石炭世，挤压—拉张），另一方面表现为弛张期向活化期的转换（早石炭世期间，拉张—挤压）。诺尔特地区泥盆纪—石炭纪火山岩则产生于这种背景中，形成诺尔特断陷火山盆地。此外，对火山岩形成的构造背景研究中还可见，早石炭世火山岩由早到晚表现出由弛张环境向活动环境演化的趋势，这也说明了弛张期过后，本区又进入挤压应力体制，反映了活化期的存在。诺尔特地区泥盆纪—石炭纪火山岩低碱、过铝，反映物源来自北阿尔泰基底，而其高酸度及高的钾钠比，其中，泥盆纪火山岩w（K₂O）/w（Na₂O）平均为10.12，石炭纪火山岩w（K₂O）/w（Na₂O）平均值13.54，从泥盆纪到石炭纪，火山岩的w（K₂O）/w（Na₂O）比值增大，表明其地壳成熟度已经较高。此外，诺尔特地区华力西中期的拉张环境中的中浅成花岗斑岩－钾长花岗岩侵入体也是弛张期的产物。

石炭纪早—中期，北阿尔泰带已固结为陆壳，而南侧的南阿尔泰带正在发生规模巨大的汇聚－固结作用，对北阿尔泰带产生碰撞，俯冲带深入北阿尔泰带之下，造成北阿尔泰带大规模钾长花岗岩的生成。诺尔特地区形成了一定规模的产于碰撞环境中的华力西晚期钾长花岗岩，ANKC值0.92～1.17，平均1.05，轻稀土富集，中等负Eu异常，在花岗岩σ－ANKC图解中，与北阿尔泰带活化期花岗岩区域一致（图6-1）。

北阿尔泰石炭纪活化期花岗岩⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始值0.7114～0.7081，诺尔特地区活化期花岗岩⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始比值为0.71048,¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值为0.512481,¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd比值为0.1181，在ε_Nd（t）－ε_Sr（t）相关关系中，与北阿尔泰带活化期花岗岩特点一致，壳幔比值为4:1左右，总的来看，继承了汇聚阶段花岗岩的特点而成熟度更高。

北阿尔泰地区在新陆壳阶段的固结、弛张、活化导致了区内华力西中—晚期的金－多金属成矿作用。

6.1.5　中生代地壳活化地球动力学环境

古生代新陆壳在活化期过后进入稳定期，稳定期后的基本态势是保持大陆板内状态，主要事件是盆岭分化，沉积磨拉石。进入中生代后，由于南北向挤压及深部壳－幔作用的影响，板内壳下仍在演化，构造活化，导致诺尔特地区在阿克提什坎及库额尔齐斯河上游燕山期二长花岗岩及钾长花岗岩侵入体的形成，燕山期的岩浆活动与诺尔特地区金－多金属的成矿关系密切。

这一时期诺尔特地区花岗岩在多阳离子R1-R2图解中落在碰撞花岗岩区域（图2-12）。ANKC值1.04～1.13，平均1.09；稀土元素呈轻稀土富集特征，中等负铕异常；⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始比值较高0.71446,¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值0.512463,¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd比值0.1120；在σ－ANKC图解中，样点落于汇聚阶段花岗岩与活化期花岗岩附近的区域（图6-1）；在ε_Nd（t）－ε_Sr（t）相关关系中，与活化期花岗岩特征相似，其源物质壳幔比为8:1左右。这些特点均表明诺尔特地区中生代花岗岩对汇聚阶段及活化期花岗岩的性质有继承性。

综上所述，北阿尔泰及诺尔特地区的地壳演化经历了基底陆壳、拉张型过渡壳、汇聚型过渡壳、新陆壳及新陆壳在中生代的发展等阶段。在早—中元古代（2000～1930Ma）进入基底陆壳演化阶段，原始陆壳形成。震旦纪—寒武纪（800～600Ma）进入拉张型过渡壳演化阶段，地壳拉张减薄，但未曾减薄至零，仍然保留了不同程度改造的基底陆壳。由于拉张型过渡壳演化阶段没有出现洋壳，因此没有经历洋壳阶段的演化。志留纪早—中期（440Ma），由于哈萨克斯坦板块向西伯利亚板块俯冲，动力学体制转为挤压体制，进入汇聚型过渡壳演化阶段，表现为加里东晚期大规模花岗岩的形成。之后，于志留纪末（400Ma）进入新陆壳发展阶段。在新陆壳发展阶段，经历了固结期、弛张期及活化期的演化。其中弛张期的演化在北阿尔泰带其他地区未见，在诺尔特地区形成泥盆—石炭纪断陷火山盆地；活化期则表现为形成了华力西晚期挤压体制下的花岗岩。之后，进入中生代的发展，南北向挤压及深部壳－幔作用的影响，这一时期板内壳下仍在演化，构造活化，在诺尔特地区表现为有燕山期的花岗岩形成及伴随的热液成矿作用，本区的金－多金属矿床就是在这种背景下形成的。