华北古陆西南缘成矿系统的划分及与构造演化的耦合关系

Pettijohn（1972）、Crook（1974）、Bhatia（1983）和Conide（1989）都特别强调构造作用对沉积作用的制约意义。构造作用不仅控制沉积区沉积实体的有无与多寡，而且也控制沉积区沉积实体的形态与来源以及来源的方向与性质。所以，构造沉积区就是指具特定构造背景、特殊物质组合、其位置在地质历史中可能发生过迁移的沉积区域。现在空间并列的构造沉积区之间可以没有必然的成因上的联系（舒良树，1995）。基于这一思想，根据本区不同构造背景，可划出龙首山陆缘区、河西走廊区、中祁连区、南祁连区以及柴达木北缘区，而北祁连区是由不同构造沉积区产物混合的地区，属缝合带，不单独列出。现将华北板块西南缘的龙首山区中、新元古代构造沉积史叙述如下：
一、长城纪，龙首山区处于地表隆起的伸展机制条件下，属被动陆缘
《甘肃省区域地质志》（1982）未曾提及这一地区有长城系。俞伯达（1997）将华北板块西南缘及邻区的长城系划分如表3-3，从表中可看出，龙首山陆缘区缺失长城纪沉积。杨雨等人（1997）进一步肯定了这一观点。
王崇礼（1995）、张本旗（1995）等曾将墩子沟群（JxD）之底部的复成分砾岩（底砾岩）置于长城系。张本旗（1995）在砾岩层中采得Polyporata,microporosa,Lignum,nema-toideum，以此作为长城系的古生物证据，但是，这些微古植物作为一个“系”存在的证据，无论是在数量还是生物组合方面均不充分，况且将其作为长城系典型分子也不合适，因为上述微古植物在其他时代地层也有存在，如寒武系就见有上述微古植物分子。

表3-3　华北板块西南缘及邻区长城系划分

据俞伯达，1997，有修改。
汤中立、李文渊（1995）也曾将藏布台—青井子一带的基性火山岩部分定为长城系，依据是藏布台超基性岩的Sm-Nd等时线年龄为1511Ma，其围岩应早于此年龄而划属长城系。现在看来，围岩本身没有可靠的时代依据，仅仅根据超基性岩体的同位素年龄，厘定围岩属长城系并不确切。
金川超基性岩体Sm-Nd内部等时线年龄为1508±31Ma，结合上述藏布台超基性岩的时代，说明龙首山地区金川及外围岩体形成时期为长城纪。在此阶段，局部幔源岩浆作用引起地壳上穹（裂谷作用之前断裂拱曲）。
华北古陆西南缘龙首山地区上部属穹隆剥蚀区，而深部则孕育着强烈的地幔熔融活动，表面上的平静掩盖着深部的不平静。从构造演化阶段来看，此时正处于龙首山蓟县纪裂谷的酝酿期。
二、蓟县纪，龙首山区进入了又一个伸展期
在上述龙首山地区上穹作用下，蓟县纪伊始，本区地壳变薄，进入了以龙首山岩群为基底的新的裂谷阶段，该裂谷属主动式裂谷，在裂谷沉积物—墩子沟群中，原甘肃地质矿产局区测一队（1968）发现了大量的Conophyton型叠层石，它是蓟县纪常见特征分子，另在底部板岩中测得全岩Rb-Sr等时线年龄为（1261±21）Ma，墩子沟群中辉绿岩脉具裂谷火山岩的特点（图2-5、6中的Ⅳ、Ⅴ号曲线），特别是微量元素配分图中，裂谷火山作用所具有的大隆起特征十分明显。墩子沟群主要分布于（自东向西）红崖山、墩子沟、三岔沟、银硐沟、大沟井、石井口及独峰顶西南等地。
墩子沟群下部以碎屑岩为主，属裂谷磨拉石，实际上就是上文所述的张本旗所定之长城纪变砾岩，石英岩、变石英砂岩。砾石呈叠瓦状排列，从下到上，粒度变细。发育有交错层，但以水平层理为主，具韵律层，砾石磨圆度高，层位变化不大，比较稳定。砾石成分为龙首山岩群剥蚀之产物，以石英岩为主，次见片麻岩、片岩及花岗岩，砾径一般2～20mm，大者可达30cm。砂岩主要为紫红色、灰白色长石石英砂岩及粗砂岩，具准稳定型复陆屑建造特点。银硐沟一带下部为青灰色中厚层变长石石英细砂岩，上部为灰黑色薄层状含碳质板岩，未见底；石井口一带为青灰色中厚层细粒变石英砂岩，灰色薄层石英黑云千枚岩，片岩，由下到上，显示泥质增多的特点，与龙首山岩群为角度不整合。在独峰顶西南部，为变长石砂岩及石英砾岩，与龙首山岩群也为角度不整合。墩子沟群东部厚493m，中部厚265m，西部石井口为40m，最西部厚仅1m左右，几近尖灭，显示了该裂谷自东向西逐渐裂开的特点。
墩子沟群中部主要由碳酸盐岩组成，具裂陷海特点。在红崖山一带，自下而上为：灰白、浅褐色中厚层硅质灰岩，灰、灰黑色层状灰岩；在墩子沟为灰、灰白色中厚层状硅质灰岩；银硐沟下部为砂质白云岩，上部为青灰色、灰色薄层结晶白云岩；西部石井口为灰白色厚层白云岩。东部厚917m，墩子沟大于1301m，银硐沟大于550m，石井口为88m，仍具东厚西薄的特点，在独峰顶西南趋于尖灭。
墩子沟群上部主要为泥砂质岩石，岩性为暗绿—灰绿色薄层状粉砂质绿泥绢云千枚岩，厚38～649m。
上述岩石建造序列清晰地反映了龙首山蓟县纪裂谷从裂开到鼎盛又到闭合的演化过程，下部沉积序列相当于裂谷的初始阶段，属河流相产物，中部的碳酸盐岩建造及叠层石的出现，反映其处于潮间带（白云岩）或处于浅海陆棚环境（灰岩），表明裂谷已具裂陷海性质，且有辉绿岩脉穿插，这种辉绿岩脉前已述及具裂谷基性岩之特点；在藏布台等地可能有基性火山分布。上部岩石建造则反映了裂谷近于闭合的特点。从上所述，可看出龙首山区蓟县纪经历了裂谷“开”与“合”的完整旋回。
蓟县纪龙首山裂谷闭合之后，本区又进入新的隆起期，缺失青白口系，这次隆起结束之后，震旦纪本区又进入了新的被动陆缘沉积阶段。
三、新元古代震旦纪沉积特点
震旦纪本区的沉积特点有两个，其一为冰水沉积发育，其二是有含磷沉积，它们共同组成了韩母山群（ZH）。
韩母山群下部冰川沉积部分称之为烧火筒沟组（Zs），它平行不整合于墩子沟群之上，主要岩性为灰绿，紫红色冰碛砾岩，冰碛含砾千枚岩，含砾粉砂质板岩，具体剖面如下：
上覆地层　草大坂组　砾状磷质岩
——平行不整合——
烧火筒沟组　总厚度472.3～511.4m
10.砾岩　0.3～5.4m
9.含碳石英千枚岩　3.0～5.0m
8.石英千枚岩　10.0～20.0m
7.绢云石英千枚岩　120.0m
6.含碳绢云千枚岩　5.0m
5.白云岩　1.0m
3～4.冰碛含砾绢云千枚岩　56.0～78.0m
2.绿泥绢云千枚岩　203.0m
1.冰碛砾岩　74.0m
——平行不整合——
下伏地层　墩子沟群　灰绿色薄层粉砂质千枚岩
上述剖面中的块状底碛岩成分十分复杂，大小悬殊，砾径一般为1～4cm，大者可达1m。形态多样，常见棱角状，混杂无序，不显层理，钙质胶结，杂基支撑，有的角砾具刨蚀痕迹；层状冰水沉积岩具层理或层纹构造，夹白云岩。二者形成底碛与滨海冰筏海洋相交替出现的相序（杨雨，1997）。早期震旦末期，冰期结束，气候转暖，在上述冰水沉积之上连续沉积了碳酸盐岩（草大坂组Zc），岩性为：灰—暗灰色及黄灰色灰岩，具薄—中厚层状及块状构造，夹泥质条带，也可见鲕状及角砾状构造，底部有的地段含磷矿层，一般认为含磷是温暖气候条件下较稳定的浅海盆地的沉积特征。绢云千枚岩中含微古植物，它们是中元古的延续分子，主要有Leiopsophosphaera solida,L.minor,Laminarites antiquissimus,Taeniatum simplex,Polyporata microporata,Synsphaeridium conglutinatum,Leiofusa bicornuta等，其中Poly-porata,Laminarites,Leiopsophosphaera及Leiofusa在塔里木板块及扬子板块上也有分布。千枚岩Rb-Sr全岩等时线年龄为（593±39）Ma，说明这套地层形成于震旦晚期。
四、小结
中新元古代，龙首山地区在长城纪时由于地幔上穹作用，处于隆起状态，蓟县纪发生裂谷作用，形成了复陆屑－碳酸盐岩为主的准稳定型沉积，并伴有火山作用及辉绿岩脉穿插，青白口纪本区裂谷闭合之后又发生隆起，到震旦纪受全球气候变冷的影响，在大陆边缘形成了海洋型冰川沉积，晚期出现含磷层位及浅海相碳酸盐沉积，总体上，自中元古以来，本区具被动陆缘性质，无论是裂谷建造还是含磷沉积，均表明了这一点。

一、成矿域与成矿带（成矿空间结构）
李春昱1984年最先按板块缝合线作为构造域的中心，将中国划分为4大构造域，即：①以西伯利亚古板块和塔里木—中朝板块以及哈萨克斯坦3个大板块之间的缝合线为中心，作为中国北方构造域；②中部以塔里木－中朝板块与华南及东南亚板块之间的缝合线为中心，作为秦祁昆构造域；③西部以华南－东南亚板块与拉萨冈底斯板块及印度板块之间的缝合线为中心，作为中国西南部构造域；④东部沿海一带以华南—东南亚板块与菲律宾海板块之间的缝合线为中心，作为东南沿海构造域，中国沿海一带主要位于本构造域的西部。这4个构造域构成了中国4个大成矿域。他并且指出：“在每个成矿域的缝合线上或俯冲带（包括逆冲带）上，常出露代表大洋壳的蛇绿岩带，产生大洋环境所形成的矿床。在缝合线的两侧常伴有板块俯冲带以及和俯冲带有关的岩浆弧，这里产生与俯冲构造环境有关的矿床，与碰撞有关的构造环境，实际上即板块缝合线的一种构造形式”。陈毓川（1995,1998）将中国的成矿域划分为以下5个：①前寒武纪中朝－扬子古陆成矿域；②古亚洲成矿域；③中－新生代环太平洋成矿域；④特提斯成矿域；⑤秦岭－祁连山－昆仑山成矿域。翟裕生（1999）以区域大地构造演化为基础，区域构造、成矿时代和区域岩石圈三者结合作为划分成矿区域的依据，将中国境内划分为6个成矿域：①天山－兴蒙成矿域；②塔里木－华北成矿域；③秦－祁－昆成矿域；④扬子成矿域；⑤华南成矿域；⑥喜马拉雅－三江成矿域。以上3位学者的划分方案，尽管各有不同，但有一个共同点就是重视并单独划分了“秦－祁－昆成矿域”，无疑是正确而必要的。我们认为华北古陆西南边缘成矿系统应当归属于“秦－祁－昆成矿域”。按照区域构造演化和成矿系统的分布现状，进一步将此古陆边缘划分为3个成矿带，即：①阿拉善南缘龙首山成矿带。主要由中太古代—中元古代裂解期前成矿系统组成。包含陆核边缘海盆沉积Fe成矿组合和裂谷期前底辟岩浆Ni-Cu-Co-PGE-Au成矿组合；②祁连山成矿带。主要由中新元古代裂解成矿系统、加里东期活动大陆边缘成矿系统和碰撞造山成矿系统组成。包含海底喷流沉积Fe-BaSO4（重晶石）－Cu成矿组合、早期陆缘弧火山Cu-Zn-Pb-Au-Ag和Zn Pb Cu Au Ag成矿组合、中期弧后盆地火山Cu（Zn）成矿组合、中晚期岛弧火山Cu和Pb Zn Cu成矿组合、与俯冲作用有关岩浆热液W成矿组合、与俯冲作用有关岩浆热液Pb-Zn成矿组合、洋壳残片蛇绿岩Cr成矿组合和残余盆地沉积Cu成矿组合等；③阿尔金成矿带。主要由走滑断层系成矿系统组成，目前还只包含韧性剪切Au成矿组合，（图1-1）（表7-1）。
二、成矿期与成矿高峰期（成矿时间结构）
本区成矿区主要集中在：①中太古代：如东大山铁矿，中型；②中元古代：如金川Ni-Cu-Co-PGE（铂族元素）－Au矿，其中Ni超大型（Ni金属547万吨，品位1.07%），Cu超大型（Cu金属346万吨，品位0.67%），Co大型（Co金属16万吨，品位0.03%），PGE（铂族元素）超大型（207吨），Au大型（79吨）；③中新元古代：镜铁山桦树沟Fe矿，大型（矿石量4.5亿吨，全铁37.8%），其中伴生重晶石矿，大型（重晶石3274万吨，BaSO47.32%）。镜铁山黑沟Fe矿，大型（矿石量1.5亿吨，全铁36.14%）；④加里东期：如白银厂Cu矿，大型（Cu金属117万吨，品位1.22%～2.84%）。小铁山Pb、Zn、Cu矿，其中PbZn大型（Pb金属41万吨，Zn金属64万吨，Pb品位3.85%,Zn品位5.45%），Cu中型（Cu金属14万吨，品位1.38%）。清水沟PbZn矿，中型。红沟Cu矿，中型。胶龙掌PbZn矿，中型。石居里Cu矿，中型。塔儿沟WO3矿，大型（WO320.8万吨，品位0.736%）。小柳沟WO3矿，大型（WO3＞20万吨，品位0.1%～2.5%）。大道尔吉铬铁矿，中型；⑤华里西期：寒山Au矿，大型（Au＞20吨，品位1.4×10-6～24.15×10-6）。鹰嘴山Au矿，中型。从上述大中型矿床反映的成矿强度和频度衡量，本区成矿的高峰期应为中元古代和加里东期。
三、成矿时空变化及动力学
对本区来说，总体上从北部的龙首山成矿带→南部的祁连山成矿带→西部的阿尔金成矿带发展，陆缘构造的动力型式变化规律为“离散型”（拉张为主）→会聚型（拉张－挤压交替）→碰撞型（挤压为主）→转换型（走滑剪切）；成矿时代由老到新，即中太古代、中元古代→中新元古代、加里东期→华力西期；沉积成矿作用由“陆核边缘海盆沉积”→“海底喷流沉积”→“残余盆地沉积”；岩浆成矿作用由“地幔底辟岩浆侵入”→海底双峰式，基性火山喷发，蛇绿岩残片构造侵位→壳源重熔中酸性岩浆侵入流体成矿；成矿元素组合由幔源→壳源、深源→浅源的变化，如Ni、Cu、Co、PGE、Au、S-Fe→Fe、Ba-Cu、Pb、Zn、Au、Ag-Cu、Pb、Zn-Cu（Zn）-W-Pb、Zn-Cr→Au。由此可见，华北古陆西南边缘的构造演化与成矿作用的时空变化具有明显的耦合关系，说明构造活动的规模、强度和型式，往往就是成矿系统和矿床组合的主要背景，而一定的成矿系统和矿床组合又可视为某种构造成矿背景的标记。
四、典型的共生矿床类型
本大陆边缘具有一系列典型的共生的矿床类型，如金川岩浆深部熔离贯入型Ni-Cu-Co-PGE-Au矿床；镜铁山海底喷流沉积Fe-BaSO4（重晶石）－Cu矿床；白银厂海底火山块状硫化物Cu-Zn-Pb-Au-Ag矿床；小铁山海底火山块状硫化物Zn-Pb-Cu-Au-Ag矿床；塔儿沟脉型、矽卡岩型W矿床，小柳沟蚀变岩型、矽卡岩型W矿床；寒山、鹰嘴山韧性剪切Au矿床等。这些共生的矿床类型，乃是这一大陆边缘构造演化的标记，它们的每一个矿种都达到了“超大型”或“大型”矿床的规模，这种共生的矿床类型，具有极大的典型性和代表性，反映了华北古陆西南边缘成矿谱系的概貌。
五、金川岩浆矿床研究的进展
关于金川矿床的成矿规律，以往曾有过较系统的阐述。本次研究新提出或进一步论证了以下方面的观点：①提出金川超镁铁岩体的原生岩浆是高镁玄武岩浆［w（MgO）≈10.8%］；②提出同一个金川矿区Ni-Cu矿体可能起源于含PGE不同的母岩浆。一部分矿体PGE含量高，是起源于原始地幔PGE不亏损的岩浆，另有部分矿体PGE含量很低，则是原始岩浆分离后形成PGE亏损的派生岩浆；③进一步论证了硫化物深部溶离－分期贯入是形成金川矿床的主要机制，并且认为，在缺乏地壳长英质混染（如萨德贝里矿床）和外部硫源加入（如诺里尔斯克矿床）的证据的情形下，只有这种深部熔离－分期贯入机制，才能造就成“金川式”的小岩体、大矿床。
六、关于“小岩体、大矿床”规律
金川岩体只有1.34km2面积，却赋含有近千万吨的镍、铜储量，这种世界级超大（巨）型矿床赋存在这样小的岩体中，的确是一个令人注目的现象。我们在总结中国镍矿床（汤中立等，1989）中提出“镍的成矿岩体，一般规模较小。只有3个成矿岩体的出露面积达到1km2左右（金川、赤柏松、大坡岭），其余成矿岩体的面积都在0.1km2以下”、“成矿岩体的产状可分两类，一类为陡倾斜（倾角60°以上）的岩墙状、脉状、透镜状；另一类为较舒缓的岩床、岩盆、椭球状、扁柱状。巨大的和大型的矿床多以前一类产状产出”。后来我们又多次论述过，是由于岩浆深部熔离－贯入成矿机制，导致了“小岩体成大矿”。
芮宗瑶等在研究斑岩型铜钼矿床时也曾统计，绝大多数成矿岩体都是小岩体，出露面积小于0.5km2的含矿岩体占32.5%；0.5～1km2占25%；1～5km2占20%；大于5km2占22.5%。含矿岩体产状为岩株的占69.8%；岩墙和岩脉占9.4%；岩柱占7.5%；岩筒岩颈占9.4%。表明大部分岩体呈岩株状。
此外某些岩浆铬铁矿床、钛磁铁矿床、金刚石矿床等，都有小岩体中赋存大矿的实例。可见“小岩体成大矿”不仅是本区，也是带有一定广泛性的岩浆矿床成矿规律。
对金川这种类型的岩浆矿床来说，还特别值得提及以下成矿规律：①成矿岩体是在大陆边缘裂解期前的拉张应力作用条件下，经岩浆底辟上侵形成；②现存成矿岩体是由纯橄榄岩、二辉橄榄岩、斜长二辉橄榄岩、橄榄二辉岩和二辉岩等超镁铁岩石所组成，这些岩石的MgO含量变化于39.74%～25.87%之间。这次提出岩体的原生岩浆是地幔岩经部分熔融的高镁玄武岩浆w（MgO）≈10.8%。现存岩体与原生岩浆成分的这种差异，说明原生岩浆上侵过程中，曾经历过强烈的分异作用，分异后大部分偏中酸性、基性和部分超基性的岩浆大都先侵入到不同的空间或喷出地表，形成同源岩浆岩系列或喷发岩流，只有少部分超基性岩浆伴随着深部熔离的矿质贯入到现存的空间成岩成矿；③上侵岩浆是在开放动态条件下，发生上述深部分异和深部熔离作用，分异为不含矿岩浆、含矿岩浆、富矿岩浆、矿浆几部分，依序多次贯入现存空间成矿，一般来说晚期贯入比早期贯入的浆体矿质多、密度大而粘度小，往往位于早期浆体的中下部或下部，在早晚期浆体接触处，常发生有限的混合作用；④由于“含矿岩浆”、“富矿岩浆”和“矿浆”对应固结为星点浸染状贫矿（石）体、海绵状富矿（石）体和块状特富矿（石）体，因此总体上金川型矿床的矿（石）体类型从上到下，由浅及深有变富的分布规律。在区域上实际存在一个同源岩浆岩系列分布区，这个同源岩浆岩系列分布区中，目前还只发现金川一处超大型矿田。
七、“朱龙关群”和“北大河群”的控矿作用
朱龙关群（长城纪）由上部桦树沟组和下部熬油沟组两部分组成，主要分布于祁连山西段的青海黑河上游及甘肃肃南县朱龙关河流域。
桦树沟组主要为千枚岩、变质细碎屑岩夹火山碎屑岩、碳酸盐岩，含铁矿层。矿层围岩多为泥钙质千枚岩、板岩，少量位于硅质岩、灰岩底部。在主铁矿层下盘接触带附近有热液型铜矿体叠加。铁矿层伴生有重晶石，铁矿主要为镜铁矿石、镜铁矿－菱铁矿石等，全铁品位30%～40%。铁矿、重晶石矿达大型、铜矿达中型以上。铁矿、重晶石矿与地层为同生沉积且共同经受变形变质，铜矿虽属后期叠加，但与铁矿层位置显示了明显的附依关系。区域上在这套地层中已发现铁、铜矿床（点）数十处，除桦树沟、黑沟两处大型矿床外，其余均为中小型矿床、矿点。
熬油沟组下部为变质细砂岩、粉砂质板岩及泥质岩，上部为变质基性－中性火山熔岩、变质火山碎屑岩夹火山质板岩及碳酸盐岩。在桦树沟铁铜矿东南侧20km处的小柳沟钨矿区，熬油沟组是钨矿的直接围岩。在矿区西部为熬油沟组底部含砂质千枚岩、中厚层状石英岩夹绢云绿泥千枚岩、钙质千枚岩，局部可见透镜状云母角闪片岩及矽卡岩化灰岩，矿区东部主要是熬油沟组碎屑岩、火山岩夹碳酸盐岩。90%以上的矿体赋存在东部熬油沟组中。熬油沟组各种岩石成分含量（wB）W48.6×10-6～606×10-6、Cu83.6×10-2～708.6×10-2，如此高的含量说明围岩具备矿源层的性质。小柳沟矿区南北约4km，东西约3km，矿区范围约12km2。由15个矿体组成，其中主矿体4个，占储量95%以上。矿体主要赋存于云母角闪片岩、灰岩、千枚岩中，含矿地层一般都碎裂岩化、绿泥石化、透闪石化、硅化等。矿化以钨为主，其次有Cu、Bi、Mo等，主要矿石类型以稠密浸染状白钨矿－黄铜矿矿石和浸染状、稠密浸染状白钨矿矿石为主。控制WO3储量已达20万吨以上。属大型白钨矿床。地表除少量脉岩外，侵入岩不发育，在钻孔达450m深处见隐伏二长花岗岩体，岩体含W为0.5×10-6。
北大河群（前长城纪）主要为片岩、片麻岩夹结晶大理岩。以微古陆块形式分布于中祁连之北侧。在塔尔沟钨矿区，北大河群下部为混合岩、片麻岩段，上部为大理岩夹片岩段，钨矿主要赋存于片岩段中。条带状大理岩是矽卡岩白钨矿的容矿层，片岩段中主要产黑钨矿石英脉。整个北大河群W平均含量为3×10-6，高于W克拉克值约3倍。附近的野牛滩花岗闪长岩、黑云母花岗岩及斑状花岗岩W的平均含量为0.5×10-6～1.7×10-6，说明W矿矿源主要来自北大河群岩层。塔儿沟钨矿以黑钨脉型矿为主，白钨矽卡岩矿次之。
八、海相火山作用成矿规律
中国西部祁连造山带是中国主要的海相火山作用发育地区，火山作用可划分下述4大旋回，一是中元古代早期发生于柴达木—中祁连板块北部边缘的岛弧火山作用及洋岛火山作用；二是新元古代到加里东早期发生于华北古陆西南边缘的陆缘弧火山作用，随着陆缘弧与大陆分离，形成双峰式火山岩套，即宋叔和先生（1995）提出的富钠细碧－石英角斑岩系；三是加里东中期广泛发育于弧后盆地中的基性火山作用；四是加里东中晚期发生的岛弧火山作用，也形成富钠细碧角斑岩系。后3个旋回有从强到弱的演化规律。
第一火山作用旋回形成的熬油沟组火山岩，是桦树沟铁、铜、金及钡的重要物源，海底喷流作用所形成的对流热液循环系统，使得高温热流与围岩发生水－岩反应，将熬油沟组基性火山岩中的铁、铜、钡及其他组分萃取出来并随热流带入海底盆地中，形成铁、钡矿体及富铜、金层位，如桦树沟铁铜钡矿床，因此，祁连造山带中的熬油沟火山岩，是找铁、铜、金的重要地层单元。
第二火山作用旋回特点是整个祁连山以钙碱性中基性火山作用为主。它们是祁连大洋板块下插于华北古陆边缘之下所形成的产物。局部地段由于地壳较厚，毕尼奥夫带下插所形成的基性岩浆上升缓慢，使得深部地壳重熔并形成中酸性岩浆，这些岩浆首先喷出，形成石英角斑岩，尔后基性岩浆喷出，二者共同形成细碧－石英角斑岩系，在上述细碧－石英角斑岩系形成的过程中，陆缘弧也与大陆分离，导致地壳减薄，地幔上涌，出现地热异常，也形成前述的海底喷流成矿系统，如白银清水沟块状硫化物型铜矿，矿体赋于石英角斑凝灰岩中。
第三火山作用旋回主要发生于岛弧和弧后盆地，弧后盆地扩张所形成的基性火山岩具MORB性质，与塞浦路斯型块状硫化物铜矿有关，这以石居里铜矿为代表；岛弧火山岩也是寒山金矿的重要物源。
第四火山作用旋回主要发生于岛弧环境，属末期火山作用，分布局限，岛弧环境所形成的细碧－角斑岩系，往往也形成块状硫化物铜矿，与第二次火山成矿作用显著不同的是矿体赋存于细碧岩中。
从前述不难看出，加里东期与成矿作用有关的火山作用从早到晚，有双峰式→单峰式→双峰式变化的特点。成矿作用早期和晚期与双峰式火山岩套有关，形成别子型黄铁矿型铜矿、黑矿及黄矿。中期单峰火山岩多为MORB，形成塞浦路斯型块状硫化物铜矿。加里东期火山作用主要形成铜及多金属硫化物矿床。
关于岛弧裂谷成矿机制（兼论白银多金属块状硫化物矿床的形成环境）：岩浆弧根据洋壳俯冲的位置及对象的不同，可划分为洋壳型岛弧及陆缘弧，前者是洋壳俯冲洋壳之下所形成的岛弧，岛弧的基底是洋壳；后者是洋壳俯冲于陆缘之下所形成的火山－岩浆弧，也有人叫做“山弧”，这种火山岩浆弧的基底是陆缘（金性春，1984）。当然，陆缘弧并非一直就固定在陆缘，随着洋壳的俯冲作用，一般毕尼奥夫带下插深度很大，且约与地面呈45°夹角向下俯冲，洋壳俯冲到距地表约150～200km时，进入地幔。在俯冲时，两板块摩擦所发生的热使洋壳岩石首先发生部分熔融，生成岩浆（Mitchell and Rading,1971），这些岩浆往往在距深海沟中心线约100～150km处的地表喷出，形成火山岩。上述俯冲作用常使得火山弧及后侧地幔出现异常，发生对流，使得火山弧与大陆分离，形成弧后盆地，进一步有可能形成弧后（间）洋盆。这样，前述的陆缘弧就会远离大陆，而移至大洋之中，犹如现在的日本岛弧。本区白银—清水—昌马陆缘弧的形成过程与之相似。陆缘弧与大陆分离之初，上地幔上涌，导致海底喷流作用发生，这是白银、清水沟一带铜及多金属块状硫化物矿床成矿系统形成的根本动因。但有学者认为白银矿床的形成环境是裂谷，主要理由是该区存在双峰火山岩套。从我们收集的资料来看，白银地区无裂谷形成之初的裂谷类磨拉石建造，也无裂谷建造中常见的陆相红层、蒸发岩等。从区域上来看，本区火山岩并非全属双峰岩套（细碧－石英角斑岩系），双峰岩套只是很少的一部分，而华北古陆边缘大部分地段则是钙碱性中基性火山岩。另外，大量事实表明，双峰岩套并非裂谷特有，只要有张性环境，就有可能形成双峰岩套。一般认为，地球化学特征尤其是具拓扑学意义的固定不变的地球化学特征，对鉴别大地构造环境有重要意义（黄申保，1998），不活泼的TiO2就具这种性质。裂谷环境拉斑玄武岩的TiO2（wB/%）一般达2.2%，洋中脊拉斑玄武岩TiO2为1.5%，而岛弧拉斑玄武岩的较低，一般为0.83%（Condie,1982，表2-20），但本区拉斑玄武岩TiO2均小于0.96%，这与岛弧拉斑玄武岩的相近。再结合关于以中元古代甚至更早、华北古陆西南缘与柴达木古陆边缘分属于两个不同的大陆边缘方面的资料，白银—清水沟—昌马一带属陆缘弧，不可能是裂谷。最后应指出，本区陆缘弧属水下弧，形成的火山岩属海相火山岩，火山物质喷出海平面。北祁连造山带这种陆缘弧单元的识别，具有重要的找矿勘查意义。
九、阿尔金断裂与成矿
阿尔金断裂与走廊南山断裂所组成的三角区，是重要的金矿成矿区，称之为祁连山的金三角。目前已查明的大型和中型金矿床有寒山和鹰嘴山。研究查明，阿尔金断裂是一个长期活动的陆内转换断层，最早可上溯到古生代；它又是一个韧性断裂带，切割了祁连NWW-SEE向构造带。祁连造山带的各构造实体，如蛇绿岩、岛弧火山岩是金矿的重要物源，鹰嘴山金矿就与蛇绿岩基性－超基性岩有关，其硅化所形成的含金石英脉Rb-Sr等时线年龄为（483±12）Ma（宜昌所测定，1999）。可见该区金矿化作用最早发生于早奥陶世，与阿尔金断裂作用有关的石英脉Rb-Sr等时线年龄为413.5Ma（李智佩，1999）、（303±10）Ma（毛景文，1997），钾氩法年龄为213.95～244Ma（毛景文，1997），由此不难看出，本区金矿化除上述早奥陶世外，在加里东末期或华力西早期，华力西晚期及印支期均有矿化作用发生，可见矿化作用是多期次的，后3期均是阿尔金断裂活动所产生的热流体作用于矿源体，使金矿质被活化萃取、迁移，在有利部位富集成矿的。这里的成矿有利部位具体指北祁连造山带次级断裂与阿尔金走滑断裂相交的锐角部位，具体到每个矿区的矿带、矿体又都受韧性及韧脆性剪切带控制。
十、华北板块西南边缘成矿谱系
华北板块西南边缘成矿谱系见图12-2。从图中可看出：不同历史阶段不同陆缘性质决定了不同的成矿系统（组合），形成不同的矿床，华北古陆边缘在龙首山边缘裂谷期前，于中太古代形成陆核边缘海沉积Fe矿床→中元古代在龙首山裂谷将要发生时，上地幔上拱，形成底辟岩浆型Ni、Cu、Pt、Co、Au矿床 加里东早期在陆缘弧将要与大陆分离之际（此种情形可用“岛弧裂谷”来描述），形成海底热液喷流Cu、Pb、Zn、Pb、Au矿床→中期在弧后盆地形成塞浦路斯型Cu矿床→中晚期岛弧火山作用形成Cu、Fe矿床→晚期华北板块与柴达木－中祁连板块碰撞，在残余盆地沉积形成Cu矿床 后加里东期阿尔金走滑断层作用形成Au矿床。柴达木—中祁连板块中、新元古代出现弧后裂谷盆地、形成海底热液喷流Fe、BaSO3矿床 加里东中期形成洋岛型蛇绿岩Cr矿—中晚期形成与俯冲作用有关的岩浆热液W、Mo、Cu矿床以及弧后洋盆残片型Cr矿→晚期与华北古陆碰撞形成Cu矿床，后加里东期形成与阿尔金走滑断裂有关的Au矿床。上述构造与矿床演化谱系可作为成矿演化的标准相序，并可以此作为找矿勘查的指南。

图12-2　华北板块西南边缘构造与成矿谱系

一、成矿系统的划分原则

关于成矿系统的划分，可以包含3个层次的内容（翟裕生，1999）：

第一层次：成矿系统大类（巨系统，按构造动力体制划分）。

第二层次：成矿系统类（按成矿机理划分）。

第三层次：成矿系统（按含矿建造划分）。

对于全局性、一般性的划分方案来说，分为3个层次显然是必要的。具体到华北古陆西南缘成矿系统的划分，我们采用“成矿系统”和“成矿组合”两个划分层次。这种所谓“成矿系统”，相当上述“第一层次的成矿系统大类（巨系统）”，是指在一定构造动力学条件下，古陆边缘构造演化发展的一定阶段中由控制成矿诸要素结合成的、具有成矿功能的自然系统。显然古陆边缘构造演化发展的一定阶段只能划分一个这样的“成矿系统”。这里所说的“成矿组合”是指同一个成矿系统里，在一定的地质背景下，以一种成矿作用为主形成的、由一种或多种成矿元素组成的一个或一组矿床。由此可见，一个成矿系统可以包含一个或一个以上的成矿组合，而一个成矿组合可以看作成矿系统的子系统。

二、成矿系统的划分及与构造的耦合关系

按照上述划分原则，结合华北古陆西南缘的构造、演化与发展史，划分了如下成矿系统及相关的成矿组合（图1-1、2-1、表7-1）。

表7-1　华北板块西南边缘的成矿系统与成矿组合

（一）华北古陆西南边缘中太古代—中元古代裂解期前成矿系统

该成矿系统发生于龙首山蓟县纪裂谷之前，包括两个成矿组合，即东大山铁成矿组合及金川镍铜钴铂族成矿组合。

1.中太古代陆核边缘海盆沉积成矿组合——东大山铁成矿组合。

主要由东大山铁矿组成。东大山铁矿形成于中太古代古陆核边缘海盆。矿区位于永昌县河西堡镇西北侧，矿床围岩为龙首山岩群黑云变粒岩、黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩、镁橄榄石白云质大理岩、磁铁角闪石英岩，矿带呈NWW向展布，矿体呈似层状、扁豆状、豆荚状产出。矿石类型有：（黑云）磁铁矿石、重晶石磁铁矿石、角闪石磁铁矿石等。其中喷流岩－重晶石岩指示热液喷流作用存在。

2.中元古代裂谷期前底辟岩浆成矿组合——金川镍铜钴铂族成矿组合。

如前所述，金川铜镍矿之母岩是长城纪与地幔分离的。除此之外，沿龙首山陆缘带还见一系列规模不等的镁铁－超镁铁侵入岩，它们也侵位于白家嘴子组或其它岩组中，形成长百余千米的镁铁、超镁铁质岩断续分布的构造岩浆带，从目前所获资料来看：其东西两段岩体与中部金川岩体有明显差异（m/f值相差较大），这种差别是原岩来源不同所决定的，还是同一地幔岩浆源演化分异的结果，尚需进一步研究。

金川岩体的围岩为龙首山岩群白家嘴子岩组的蛇纹石化白云质大理岩、云母石英片岩、黑云片麻岩、条带状均质混合岩、斜长角闪岩。含矿岩体长6.5km，宽数十米至500余米，面积1.34km²。岩体呈NW向展布，倾角50°～80°，呈不规则岩墙状、垂向上呈板状、楔状、分枝状、漏斗状、透镜状。矿体共有4种类型：岩浆就地熔离型、岩浆深部熔离－贯入型、晚期贯入型及接触交代型。其中岩浆深部熔离－贯入矿体规模巨大、厚数十米至百余米，长数百米至千余米，属最重要的矿体类型。矿体呈透镜状、似板状、扁豆状。矿石矿物为磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿等，矿石具浸染状、角砾状构造，海绵陨铁结构。为超大型矿床。

（二）柴达木—中祁连古陆北缘中、新元古代裂解成矿系统

该成矿系统主要有桦树沟－柳沟峡海底喷流沉积铁成矿组合。

桦树沟—柳沟峡铁矿（又称之为镜铁山式铁矿），形成于北祁连微陆块之中，但正如前所述，它们原本是柴达木北缘分子，只是后来（加里东期）被移至祁连洋中。另外，中元古代伊始，柴达木北缘就处于祁连洋的俯冲作用之中，形成熬油沟洋岛型蛇绿岩，属安底斯型活动陆缘，活动陆缘之后往往有裂谷（裂陷）环境，镜铁山式铁矿围岩——桦树沟组与熬油沟组属同时异相产物，前者产于裂谷环境，并且从中元古代到新元古代这种裂陷环境逐渐加深而形成裂陷海。

该成矿组合中，镜铁山铁矿（包括桦树沟和黑沟铁矿）为大型，柳沟峡铁矿和白尖铁矿为中型，其余还有数十处小型铁矿，这些铁矿呈众星捧月之势，分布集中，矿体呈条带状，矿石具层纹状、胶状、块状，浸染状构造，主要矿物组合为：镜铁矿、磁铁矿、黄铁矿及碧玉、白云石、重晶石、铁白云石、石英等，经氧化和蚀变可出现褐铁矿、赤铁矿、绿泥石、云母、方解石、石英等，在桦树沟铁矿中，重晶石（喷流岩）矿已具大型规模。铁矿体围岩主要为石英绢云千枚岩，属海底喷流沉积（变质）型铁矿。

（三）华北古陆西南缘加里东期活动大陆边缘成矿系统

该成矿系统比较复杂，具体包括：

1.早期陆缘弧（裂谷）成矿组合：白银厂－清水沟铜、铅、锌、金、银成矿组合

陆缘弧演变到一定程度，往往出现裂解，形成细碧岩－石英角斑岩，这种双峰式火山岩的出现，预示着有可能形成块状硫化物矿床，白银厂矿体的围岩为酸性火山岩及其碎屑岩，其形成机制前已述及，正是这种在陆壳适当厚度且较软弱的情况下，才能形成具“酸性核”的火山穹隆，才有利于矿体的形成。靠近俯冲带的火山岩，因陆壳较薄，主要形成基性火山岩，这样的环境不利于形成块状硫化物矿床。已知的火山穹隆为白银厂、清水沟、白柳沟地区及石头沟、香子沟地区。

白银厂矿田矿体呈透镜状、似层状，后期剪切构造对其形态有改造作用。矿石具块状、浸染状构造，次见条带状、网脉状、细脉状构造。矿石矿物有黄铁矿、闪锌矿、方铅矿等，其中闪锌矿的出现，表明火山露出水面，为比较开放的环境，且海水也不太深。矿床中的金属硫化物具分带现象，从上到下为黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿、网状、浸染状铜矿，属火山－喷气矿床。清水沟－白柳沟铜及多金属矿田与白银厂类似。

2.中晚期岛弧火山成矿组合：红沟、胶龙掌铜及多金属成矿组合

陆缘弧部分与大陆彻底分离，向洋迁移，形成弧间盆地，岛弧也趋于成熟，形成细碧岩、角斑岩及石英角斑岩（部分扣门子组及部分中堡群）。红沟矿体与细碧岩有关，属黄铁矿型富铜铁矿床。矿体呈脉状、扁豆状。矿石矿物为黄铜矿、黄铁矿（可单独组成磁铁矿体），其次见赤铁矿、毒砂、方铅矿、闪锌矿、黝铜矿等。次生富集带矿物有孔雀石、蓝铜矿、褐铁矿、铜蓝、辉铜矿、黄钾铁矾、自然铜、自然硫等。脉石矿物为石英、方解石等，矿石呈块状、浸染状，此外还伴有金、银。同类矿床还有甘肃庄浪胶龙掌块状硫化物矿床。

3.中期弧后盆地火山成矿组合：石居里、九个泉、猪嘴哑巴铜成矿组合

北祁连次生洋向北作洋内俯冲，形成白银北－永登石灰沟－走廊南山洋壳型岛弧，该洋壳型岛弧之北侧，则是弧后扩张区，形成蛇绿岩及塞浦路斯型块状硫化物矿床。东部以银铜沟－猪嘴哑巴黄铁矿型铜矿为代表，西部以九个泉、铜沟黄铁矿型铜矿为代表。矿体产于枕状拉斑玄武岩层内及与上覆深海沉积细碎屑岩层过渡部位。

4.与俯冲作用有关的岩浆热液成矿组合

包括两个成矿组合，分别是塔尔沟—小柳沟钨成矿组合及大东沟—吊大坂铅锌成矿组合。

塔尔沟成矿元素是钨，小柳沟是钨、钼、铍、铅、锌、铜等。

塔尔沟钨矿位于甘肃省肃北县境内，矿体围岩为北大河岩群片岩、条带状大理岩，北邻加里东期野牛滩花岗岩。该岩体为复式岩体，由花岗闪长岩、黑云母花岗岩、花岗岩、正长闪长岩组成。它们侵位于阴沟群中，其岩枝中钨等元素分布特征与矿体的相似。矽卡岩型矿体呈楔状、长扁豆状，主要矿物为白钨矿，呈自形、半自形星散状，浸染状分布于矽卡岩矿物之间，另外，还可见到黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿和闪锌矿等。主要脉石矿物为透辉石、石榴子石、符山石、阳起石及石英、斜长石、云母、萤石、方解石等。石英脉型钨矿体呈脉状分布，主要矿石矿物为黑钨矿、黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、白钨矿、毒砂、方铅矿等，主要脉石矿物为石英、萤石、方解石、白云母等。矿石具晶粒结构、填隙结构，矿石构造主要为晶洞状、梳状、浸染状、块状、脉状构造。

小柳沟钨钼矿位于肃南县祁青乡境内，矿体围岩为中元古代熬油沟组，在镜铁山地区，邬介人（1993）新发现的寒武纪化石，表明现在所划的地层中有新地层分子。矿体围岩为千枚岩及大理岩，矿体南部见小柳沟花岗闪长岩，钨钼矿化与之有关。矿体以脉状为主，另见块状、似层状矿体，主要矿物为辉钼矿、白钨矿、辉铋矿等。除了上述钨矿床外，在前述的桦树沟和柳沟峡矿区，受野牛滩和小柳沟花岗岩的影响，在加里东期叠加了铜矿化，它们和铁矿体相互陪伴。桦树沟铜矿体位于铁矿体下盘F10号走向逆断层的片理岩带中。CuⅠ矿体产于破碎含铁碧玉岩中，呈似层状、透镜状；CuⅡ矿体产于蚀变千枚岩中，形态不规则，此外还见有6条小铜矿体。矿石矿物主要为黄铜矿、黝铜矿、斑铜矿、铜蓝，脉石矿物有石英、铁白云石、绢云母、方解石、重晶石、绿泥石等。矿区内广泛发育的石英闪长玢岩脉与成矿有关，而这种岩脉已查明是矿区外围加里东期吊大坂花岗岩、小柳沟花岗岩演化分异晚期的产物。

柳沟峡铜矿位于肃南县鱼儿红乡境内，其矿体分布、组成特征与桦树沟多有相似之处，属同一成因。

大东沟－吊大坂铅锌成矿组合也与该区的加里东期花岗岩有关。主要岩石类型有中粗粒花岗闪长岩、黑云母花岗岩、二长花岗岩。

大东沟铅锌矿位于肃北县境内，矿区地层为中元古界朱龙关群，南部见北大河岩群。矿体呈层状、透镜状，主要矿石矿物为方铅矿、闪锌矿、磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿等，脉石矿物为方解石、石英、绿泥石、绢云母、斜长石等。

吊大坂铅锌矿位于肃南县祁青乡境内，其矿床特征及成因与大东沟铅锌矿基本相同。

研究表明，桦树沟—柳沟峡铜矿、大东沟—吊大坂铅锌矿成矿物质可能来源于元古代地层，是加里东期岩浆活动使其活化、迁移、富集成矿。

5.洋壳残片蛇绿岩成矿组合（大道尔吉铬成矿组合、玉石沟铬成矿组合）

大道尔吉铬矿位于肃北县城东南86km处，含铬超基性岩体形成时代可能是加里东晚期，是南祁连弧后盆地扩张之产物，研究表明超基性岩体属蛇绿岩，铬铁矿产于堆晶杂岩里的纯橄岩和方辉橄榄岩中。

玉石沟铬铁矿位于祁连县，也属蛇绿岩型铬铁矿。铬铁矿分堆晶铬铁矿和豆荚状铬铁矿，前者产于堆晶纯橄岩或堆晶辉石岩中，后者产于地幔岩（纯橄岩－斜辉辉橄岩）中，前者呈透镜状、条带状，产于岩体“涡流”、“弧流”部位，后者呈扁豆状、巢状、豆荚状分布。二者矿石均具浸染状、块状构造。

（四）碰撞造山成矿系统

残余盆地沉积成矿组合——天鹿铜矿组合

矿化主要产于早志留世肮脏沟组中，另在老君山组中也见铜矿化，前者发生于俯冲造山晚期，后者发生于碰撞造山期。天鹿铜矿位于肃南县。矿化呈浸染状、条带状与砂岩层整合产出，属同沉积期产物。主要含铜矿物为斑铜矿，颗粒较细（＜1mm）。此外常见孔雀石。

（五）走滑断层成矿系统

矿化主要与A型俯冲以及两板块走滑运移所引起的韧性剪切作用有关，成矿时代主要为华力西期。矿化集中区位于阿尔金左行走滑断裂与走廊南山断裂组成的三角区。主要矿床有：寒山金矿、鹰嘴山金矿、童子坝金矿、金湾子金矿及车路沟金矿。其中寒山金矿源岩为阴沟群之中酸性火山岩（洋壳型岛弧），鹰嘴山金矿源岩为黑刺沟组蛇绿岩（陆缘弧辟开部位），车路沟、童子坝金矿产于阴沟群薄层砂板岩、粉砂岩夹流纹岩、英安质凝灰岩（陆壳型岛弧）之中，这些岩石均变为构造破碎蚀变岩。另外，在桦树沟铁矿中，还见有此种成因的金矿化，这些华力西期金矿均与韧性剪切作用所引起的含金流体活动有关，韧性剪切作用是含矿流体活化、迁移、富集的主要动力。