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

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.12.36

地学前缘 ›› 2025, Vol. 32 ›› Issue (1): 142-161.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.12.36

• 特提斯成矿带战略资源地球化学调查评价 • 上一篇下一篇

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

张辉善¹^,²^,³(), 张晶¹^,^*(), 洪俊¹, 葸得华⁴, 马中平¹, 孟广路¹, 罗彦军¹, 张海迪¹, 刘明义¹, 吕鹏瑞¹, 杨博¹, 曹积飞¹

1.中国地质调查局造山带地质研究中心/西安地质调查中心, 陕西西安 710100
2.中国地质科学院地质研究所, 北京 100037
3.中国地质调查局成都地质调查中心, 四川成都 610081
4.四川省自然资源投资集团攀西有限责任公司, 四川西昌 615000

收稿日期:2024-12-10 修回日期:2024-12-12 出版日期:2025-01-25 发布日期:2025-01-15
通信作者: *张晶(1981—),女,硕士,正高级工程师,地球化学专业,主要从事勘查地球化学研究。E-mail: zhj884443@163.com
作者简介:张辉善(1987—),男,博士,高级工程师,矿床学专业,主要从事境外地质调查、铅锌成矿机制和找矿预测研究。E-mail: zhanghuishan.2086@163.com
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)

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

ZHANG Huishan¹^,²^,³(), ZHANG Jing¹^,^*(), HONG Jun¹, XI Dehua⁴, MA Zhongping¹, MENG Guanglu¹, LUO Yanjun¹, ZHANG Haidi¹, LIU Mingyi¹, LÜ Pengrui¹, YANG Bo¹, CAO Jifei¹

1. Orogenic Belt Geological Research Center/Xi’an Center of Geological Survey, China Geological Survey, Xi’an 710100, China
2. Institute of Geology, Chinese of Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
3. Chengdu Center of Geological Survey, China Geological Survey, Chengdu 610081, China
4. Sichuan Natural Resources Investment Group Panxi Co., Ltd., Xichang 615000, China

Received:2024-12-10 Revised:2024-12-12 Online:2025-01-25 Published:2025-01-15

摘要/Abstract

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

Abstract:

VMS deposits from thePaleo-Tethys stage are only exposed in the Sanjiang region of China. Whether this type of deposit exists in other parts of the Tethys or its metallogenic potential remains critical scientific and practical issues of interest. The Pamir region of Tajikistan, located between the Qinghai-Tibet Plateau and the Iranian Plateau, is an important component of the Tethys domain. The region remains underexplored due to limited geological work, a lack of systematic geological surveys and investments, and the absence of significant breakthroughs in mineral exploration to date. Geochemical surveys serve as an effective method for analyzing the distribution characteristics of metallic elements such as copper, lead, and zinc, while also enabling the rapid identification and prioritization of promising exploration areas and targets.

Based on the geochemical survey data at scales of 1∶1000000 and 1∶250000 jointly conducted by the China Geological Survey and the Tajikistan Geological Survey, this study focused on 1∶50000 geochemical surveys in anomalous areas and conducting anomaly verification, followed by anomaly verification and genetic analysis of the discovered mineralized bodies, while also exploring the regional mineralization potential. The research findings are as follows: (1) The primary anomalous element associations in the Tokhtamesh area of the Pamirs include Fe, Cu, Pb, Zn, Ag, Sb, Au, and As. The anomalies are large in scale, high in intensity, and show distinct zonation in concentration, with anomalies clearly controlled by strata and fault structures. Two prospective exploration target zones, labeled Z01 and Z02, were identified. These zones show potential for discovering massive sulfide copper-lead-zinc deposits and hydrothermal vein-type gold deposits. (2) Anomaly verification revealed six iron-copper polymetallic mineralization bodies, with three phases of mineralization identified. The first phase is the main mineralization period, forming VMS-type copper-lead-zinc mineralization bodies within Permian strata (Z01 target zone: Mineralization bodies I and II). The second phase is a hydrothermal reformation period involving deformation and metamorphism, forming bed-parallel and cross-layer vein-like iron-copper mineralization bodies (Mineralization bodies III, IV, V, and VI) and modifying the preexisting VMS-type copper-lead-zinc bodies. The third stage corresponds to the supergene oxidation period, during which weathering and erosion oxidized the previously formed mineralized bodies, resulting in zoning phenomena. It is inferred that the Z02 prospecting target area still holds potential for discovering VMS-type copper-lead-zinc deposits. (3) The Pamir-Tianshuihai area of Tajikistan-China demonstrate good metallogenic potential for VMS copper-lead-zinc deposits, with nine prospective exploration areas predicted. It is proposed that the Permian strata of the Paleo-Tethys stage within the Tethys region offer promising prospects for the exploration of VMS massive sulfide deposits, representing an important direction for future exploration efforts.

Key words: Paleo-Tethys, Iron-copper polymetallic mineralization, Geochemical survey, VMS type, Tajikistan

中图分类号:

P632

张辉善, 张晶, 洪俊, 葸得华, 马中平, 孟广路, 罗彦军, 张海迪, 刘明义, 吕鹏瑞, 杨博, 曹积飞. 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[J]. 地学前缘, 2025, 32(1): 142-161.

ZHANG Huishan, ZHANG Jing, HONG Jun, XI Dehua, MA Zhongping, MENG Guanglu, LUO Yanjun, ZHANG Haidi, LIU Mingyi, LÜ Pengrui, YANG Bo, CAO Jifei. 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[J]. Earth Science Frontiers, 2025, 32(1): 142-161.

图/表 19

图1 特提斯带VMS型铜铅锌矿床分布及塔吉克斯坦帕米尔-中国甜水海地区VMS型铜铅锌找矿靶区图(底图据 http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/,特提斯缝合带界线和矿床数据来自文献[8,11⇓⇓⇓⇓⇓-17])

Fig.1 Distribution of VMS-type Copper-Lead-Zinc Deposits in the Tethys Belt and Prospecting Target Area for Copper-Lead-Zinc Minerals in the Pamir-Tianshuihai area of Tajikistan and China (Base map from http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/, Tethys suture zoneboundaries and deposit data sourced from references [8,11⇓⇓⇓⇓⇓-17])

图2 帕米尔托赫塔梅什地区区域地质图(据文献[50]) 1—第四系沉积物(Q);2—克洛沃阶灰岩,泥灰岩(J3cl);3—巴特阶灰岩,泥灰岩,页岩(J2bt);4—下统洛达标阶,布林巴赫阶,多米尔阶托奥阶,泥灰岩,砂岩,砾岩(J1t+J2bt);5—诺利阶和莱特阶页岩,砂岩,粉砂岩(T3n+r);6—中统拉丁阶,上统诺利阶上部(未分)灰岩,硅质页岩(T2ld+T3n1);7—下统,中统阿尼阶(未分)灰岩,硅质页岩(T1+T2a);8—下统,中统,上统卡尔尼阶(未分)灰岩,硅质岩,页岩(T1+T3k);9—下统库别尔加组,中统穆尔加布组,帕米尔组灰岩,硅质页岩,页岩,凝灰质砂岩(P1kb+P2);10—下统卡拉怡特组,乌鲁克组,页岩,砾岩,喷出岩,石英岩(P1kr+u);11—古近纪和新近纪正长岩(ξ(E+N));12—古近纪花岗闪长岩(γξE);13—辉长岩脉;14—研究区位置;15—断层;16—实测剖面位置;17—地层不整合接触面;18—矿化体及编号。

Fig.2 Regional geological map of the Pamir-Toktamysh area. Adapted from [50].

表1 水系沉积物样品分析测试方法一览表

Table 1 Table of analysis and testing methods for stream sediment samples

分析元素或指标	项数	分析测试方法
Cu,Co,Zn,Pb	4项	电杆耦合等离子体质谱法(ICP-MS)
Ni	1项	电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)
Cr,TFe₂O₃	2项	X射线荧光光谱法,
As,Sb,Bi,Hg	4项	气体发生-原子荧光光谱法(AFS)
Ag,Sn	2项	交流电弧-发射光谱法(ES)
Mo,W	2项	催化极谱法(POL)
Au	1项	泡塑吸附-电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)

表2 研究区水系沉积物地球化学参数统计表

Table 2 Statistical geochemical parameters of stream sediments in the study area

成分	平均值(研究区)	最大值	中位数	标准离差	平均值(帕米尔)	富集系数	异常下限
Sb	10.63	37.53	8.55	9.17	0.74	14.36	28.97
Ag	625	3145	500	610	51.83	12.06	1.86
Bi	2.72	7.64	2.49	2.22	0.26	10.46	7.16
As	50	181.13	38.08	40.91	14.45	3.46	131.82
W	3.22	20.44	2.26	3.45	1.24	2.60	10.12
Sn	4.83	17.65	4.41	2.27	2.39	2.02	9.37
Fe₂O₃	7.87	35.77	7.05	6.19	4.11	1.91	20.25
Au	1.79	6.97	1.44	1.33	1.02	1.75	4.45
Cu	36.14	184.7	30.78	30.26	20.87	1.73	96.67
Pb	22.89	65.71	16.21	13.45	21.38	1.07	49.78
Mo	0.66	1.15	0.7	0.24	0.71	0.93	1.14
Co	9.48	19.59	9.82	3.94	10.97	0.86	17.37
Ni	20.85	36.55	21.15	8.28	25	0.83	37.41
Cr	41.35	90.14	34.35	18.62	49.95	0.83	78.59
Zn	45.94	129.6	35.65	25.73	65.5	0.70	97.39
Hg	0.038	0.089	0.038	0.017	0.051	0.75	0.041

图3 研究区1∶5万水系沉积物地球化学数据R聚类分析图

Fig.3 Cluster analysis diagram of stream sediment geochemical data of 1∶50000 scale in the study area

图4 研究区地球化学图

Fig.4 Geochemical map of the study area

图5 研究区地球化学找矿靶区预测图

Fig.5 Geochemical prospecting target prediction map of the study area

图6 研究区地球化学异常图

Fig.6 Geochemical anomaly map of the study area

图7 层状矿化体实测剖面图 1—板岩;2—千枚岩;3—大理岩;4—灰岩;5—凝灰岩;6—安山质玄武岩;7—断层;8—构造角砾岩;9—铁铜多金属矿化体;10—铁矿化体;11—产状。

Fig.7 Measured sectional view of layered mineralization

图8 层状矿化体野外露头 a-d:Ⅰ号层状矿化体野外露头:a—矿化体远景;b—矿化体露头;c—层状矿石;d—孔状、蜂窝状构造。e-g:Ⅱ号矿化体露头:e—矿化体远景;f—孔雀石化矿石;g—块状、蜂窝状构造。h-j矿化体围岩:h—安山质玄武岩;i—凝灰岩;j—构造角砾岩,角砾成分为中酸性凝灰岩。

Fig.8 Layered mineralization outcrops in the field

图9 矿化体围岩显微照片 a—凝灰岩,变余凝灰质结构;b—安山质玄武岩,变余玄武质结构;c—粒屑白云岩,见暗褐色氧化铁环带的铁白云石;d—粒屑白云岩,有铁质析出;e—泥晶灰岩,显示有原始沉积的细微层,有方解石脉充填;f—火山角砾岩中石英角砾发生塑性变形,被拉长;g—糜棱岩中残留的石英碎斑;h—火山角砾岩石英角砾被后期构造破碎;i—方解石形成糜棱岩化条带。

Fig.9 Photomicrograph ofmineralized surrounding rocks

表3 化学分析结果

Table 3 Results of chemical analysis

样品编号	矿体编号	w(TFe)/10^-2	w(Cu)/10^-2	w(Zn)/10^-2	w(Ag)/10^-6	w(Pb)/10^-2
YD19-B1	1号矿化体矿石	54.80	8.62	0.085	92.6	—
YD19-B2		34.15	3.29	0.076	128	—
YD19-B3		43.78	3.14	0.088	80.7	—
YD009-B1		49.30	2.78	0.41	1 440	—
YD23-B8		52.25	0.22	0.025	63.7	—
YD25-B1		54.55	4.43	0.12	198	—
YD26-B1		53.65	0.10	0.012	11.8	—
D712-B1		51.75	0.46	0.12	28.5	0.02
D712-B2		52.85	0.16	—	23	—
D712-B3		53.7	0.02	0.05	9.54	0.01
D712-B4		51	0.04	—	3.37	—
D712-B5		50.95	0.02	—	5.16	—
D712-B6		41.9	—	—	32	—
D7081-1B	2号矿化体矿石	53.35	8.83	0.046	149	—
D7081-2B		51.80	8.20	0.023	4.28	—
D708-B1		51.3	14.62	—	—	—
D708-B2		54	9.68	0.02		0.05
D708-B3	2号矿化体围岩	—	1.19	—	—	—
D708-B4	2号矿化体围岩	—	0.17	—	—	—

表4 X衍射分析结果

Table 4 Results of X-ray diffraction analysis

样品编号	矿体编号	矿物含量/%
样品编号	矿体编号	赤铁矿	针铁矿	石英	斜长石	孔雀石	方解石	白云石	伊利石	铁白云石
YD19-B1	1号矿化体矿石	16	62	3	3	12	4	—	—	—
YD19-B2		17	39	28	2	8	—	—	4	—
YD19-B3		21	45	22	2	3	3	—	4	—
YD009-B1		23	63	10	2	2	—	—	—	—
YD23-B8		32	57	4	2	—	—	2	3	—
YD25-B1		54	36	6	1	3	—	—	—	—
YD26-B1		37	53	4	4	—	—	2	—	—
D712-B1		14	81	—	—	—	—	—	6	—
D712-B2		4	90	—	—	—	—	—	6	—
D712-B3		—	95	3	1	—	—	—	—	—
D712-B4		14	74	—	—	—	3	—	9	—
D712-B5		19	69	5	—	—	—	—	7	—
D712-B6		—	76	11	1	—	3	—	9	—
D708-B1	2号矿化体矿石	15	69	4	—	12	—	—	—	—
D708-B2	2号矿化体矿石	18	69	5	—	9	—	—	—	—
D708-B3	2号矿化体围岩	5	—	72	2	—	—	—	10	11
D708-B4	2号矿化体围岩	—	—	8	—	—	87	—	3	3

图10 脉状矿化体野外露头 a-c—Ⅲ号和Ⅳ号脉状矿化体野外露头:a—板岩劈理化带内充填褐铁矿化石英脉;b—褐铁矿脉充填进入板岩中;c—孔雀石化褐铁矿石。d-f—Ⅴ号和Ⅵ号脉状矿化体野外露头:d—褐铁矿脉切层灰岩地层;e,f—褐铁矿脉顺层和切层产于灰岩地层内。

Fig.10 Veined mineralization outcrops in the field

图11 层状矿化体矿石显微照片 a-f—矿石中蜂窝状、胶状构造,保留硅质骨架结构、网环状结构,有褐铁矿、孔雀石充填;g—石英重结晶发生硅化;h—铁白云石环带结构;i—方解石重结晶,呈束状平行排列。

Fig.11 Photomicrograph of ore from layered mineralization

图12 层状矿化体矿石电子探针照片

Fig.12 Electron probe image of layered mineralized ore

表5 世界典型VMS型铜铅锌矿床特征对比(据参考文献[2⇓⇓⇓⇓-7,53])

Table 5 Comparisons of the characteristics of typical VMS-type copper-lead-zinc deposits in the world. Adapted from [2⇓⇓⇓⇓-7,53].

矿床	构造环境	容矿岩石	矿体特征	矿石组合	矿石组构	围岩蚀变
Nikolaevskoye	大陆边缘裂谷	双峰式火山岩和沉积岩,(由条带状粉砂岩和细碧岩,以及粉砂岩、砂岩、灰岩和流纹质凝灰岩、熔岩互层组成)	层状、脉状(矿体上部有铁帽)	黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿,其次为铜蓝、辉铜矿、自然金、自然银、脆硫锑铅矿、辉银矿、毒砂	浸染状、细脉-网脉状、脉状、致密块状和角砾状	绢云母化、绿泥石化、硅化、钠长石化和碳酸盐化
Ridder- Sokolnoye	大陆边缘裂谷	双峰式火山岩和沉积岩,(酸性熔岩、火山碎屑岩,石英岩、粉砂泥岩)	层状、脉状	黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、黝铜矿自然金	层状、韵律层状、条带状、致密块状、细脉-网脉状、细脉浸染状、脉状、角砾状、斑点状	硅化、绢云母化、白云岩化、绿泥石化、碳酸盐化
白银厂	大陆边缘裂谷	酸性火山岩(大理岩、硅质岩等沉积岩分布较广,含矿酸性火山岩呈厚层状的夹层产于大理岩中)	层状、脉状(矿体上部有铁帽)	黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿和方铅矿,次生矿物有辉铜矿和蓝铜矿	致密块状、条带状、浸染状和脉状	硅化、绢云母化、绿泥石化、赤铁矿化和重晶石化,地表氧化现象广泛
塔吉克	大陆裂谷	中基性火山熔岩、中酸性火山碎屑岩、沉积岩(碳酸盐岩)	层状(矿化体上部有铁帽)	主要有针铁矿、赤铁矿、孔雀石,伴生硫化物矿石,含极少量的自然金、自然银	蜂窝状-块状、致密块状、角砾状	碳酸岩化、硅化、绿泥石化、黏土化

表5 世界典型VMS型铜铅锌矿床特征对比(据参考文献[2⇓⇓⇓⇓-7,53])

Table 5 Comparisons of the characteristics of typical VMS-type copper-lead-zinc deposits in the world. Adapted from [2⇓⇓⇓⇓-7,53].

矿床	构造环境	容矿岩石	矿体特征	矿石组合	矿石组构	围岩蚀变
Nikolaevskoye	大陆边缘裂谷	双峰式火山岩和沉积岩,(由条带状粉砂岩和细碧岩,以及粉砂岩、砂岩、灰岩和流纹质凝灰岩、熔岩互层组成)	层状、脉状(矿体上部有铁帽)	黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿,其次为铜蓝、辉铜矿、自然金、自然银、脆硫锑铅矿、辉银矿、毒砂	浸染状、细脉-网脉状、脉状、致密块状和角砾状	绢云母化、绿泥石化、硅化、钠长石化和碳酸盐化
Ridder- Sokolnoye	大陆边缘裂谷	双峰式火山岩和沉积岩,(酸性熔岩、火山碎屑岩,石英岩、粉砂泥岩)	层状、脉状	黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、黝铜矿自然金	层状、韵律层状、条带状、致密块状、细脉-网脉状、细脉浸染状、脉状、角砾状、斑点状	硅化、绢云母化、白云岩化、绿泥石化、碳酸盐化
白银厂	大陆边缘裂谷	酸性火山岩(大理岩、硅质岩等沉积岩分布较广,含矿酸性火山岩呈厚层状的夹层产于大理岩中)	层状、脉状(矿体上部有铁帽)	黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿和方铅矿,次生矿物有辉铜矿和蓝铜矿	致密块状、条带状、浸染状和脉状	硅化、绢云母化、绿泥石化、赤铁矿化和重晶石化,地表氧化现象广泛
塔吉克	大陆裂谷	中基性火山熔岩、中酸性火山碎屑岩、沉积岩(碳酸盐岩)	层状(矿化体上部有铁帽)	主要有针铁矿、赤铁矿、孔雀石,伴生硫化物矿石,含极少量的自然金、自然银	蜂窝状-块状、致密块状、角砾状	碳酸岩化、硅化、绿泥石化、黏土化

图13 帕米尔VMS型铁铜多金属矿化体成矿模式图

Fig.13 Mineralization model diagram of the Pamir VMS-type iron-copper polymetallic deposit

图14 塔吉克斯坦帕米尔-中国甜水海地区VMS型铜铅锌找矿预测图塔吉克帕米尔化探数据来自西安地质调查中心内部报告,化探数据比例尺1∶25万,P2柱状图参考苏联1∶20万地质图[50];中国甜水海化探数据参考文献[25],化探数据比例尺1∶25万-1∶50万,P1柱状图资料参考文献库尔干1∶25万地质图[51],二叠纪地层分布据参考文献[54]。

Fig.14 Prediction map of VMS-type copper-lead-zinc prospecting in the Pamir-Tianshuihai area of Tajikistan and China

参考文献 54

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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

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