新疆石炭—二疊紀(jì)雙亞幔柱特征 及其對礦產(chǎn)資源的約束

夏冬，彭玉旋，羅照華，牛樹銀，王君良，朱志新，王哲，肖艷東，曹江宇，鄭加行，孫耀峰，劉洋

(1.中國地質(zhì)大學(xué)，地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.新疆地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 050081； 3.新疆礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所，新疆 烏魯木齊 050081；4.河北地質(zhì)大學(xué)研究生院，河北 石家莊 050031)

對于新疆石炭—二疊紀(jì)內(nèi)生金屬礦產(chǎn)形成的動(dòng)力學(xué)背景，許多學(xué)者持板塊構(gòu)造觀點(diǎn)，可概括為：受印度板塊和西伯利亞板塊南北向擠壓為主要驅(qū)動(dòng)力，具有遠(yuǎn)程效應(yīng)；準(zhǔn)噶爾、塔里木為剛性塊體，俯沖的洋殼或陸殼于深部發(fā)生拆沉，引起上地幔物質(zhì)發(fā)生擾動(dòng)，幔源物質(zhì)上升與地殼發(fā)生相互作用并重熔，在伸展體制下，沿構(gòu)造部位集中成礦。近些年，研究新疆成礦受地幔柱作用的學(xué)者們(胥頤等，1998；王登紅等，2000；牛樹銀等，2001；楊樹鋒等，2005；李辛子等，2005；羅照華等，2007；夏林圻等，2008；厲子龍等，2008；王玉往等，2008；楊經(jīng)綏等，2009；陳漢林等，2009；陳咪咪等，2010；張傳林等，2010；李文淵等，2012；馮京等，2014；邵鐵全等，2015)認(rèn)為，新疆大區(qū)域內(nèi)部分金屬礦產(chǎn)成礦與石炭—二疊紀(jì)地幔柱關(guān)系密切，即地幔熱柱上升，幔源熱物質(zhì)于巖石圈底部發(fā)生作用，產(chǎn)生劇烈?guī)r漿活動(dòng)，一些基性巖漿侵入和噴發(fā)，形成幔源-幔殼-殼源重熔型的火成巖，含礦流體于構(gòu)造有利部位成礦。

在新疆地區(qū)，對地幔柱理論的研究及應(yīng)用還沒受到足夠重視，實(shí)際運(yùn)用指導(dǎo)理論則仍以板塊構(gòu)造為主。而板塊構(gòu)造與地幔柱理論對新疆地區(qū)綜合地質(zhì)作用過程的研究更是鮮有涉及。筆者認(rèn)為新疆地區(qū)的地質(zhì)演化及成礦機(jī)制的認(rèn)識(shí)基本都局限于部分地區(qū)、局部地段、特定范圍，甚至個(gè)別成型礦床缺乏全局性研究視角，地質(zhì)作用研究與成礦機(jī)制研究脫節(jié)的問題突出，這已成為當(dāng)前新疆地質(zhì)工作中不可回避的問題。單純板塊構(gòu)造理論及單一地幔柱理論在解釋新疆地區(qū)地質(zhì)作用與成礦的關(guān)系中皆存在明顯缺陷，前者存在的主要問題有：①準(zhǔn)噶爾、塔里木盆地東西兩側(cè)成礦機(jī)制問題。②北天山成礦優(yōu)于南天山的原因。③塔里木、準(zhǔn)噶爾盆地巨量含幔源物質(zhì)的火成巖存在的原因。④地幔小尺度對流作用的意義。⑤后碰撞造山主成礦作用存疑。后者存在的主要問題有：①環(huán)準(zhǔn)噶爾盆地成礦條件優(yōu)于環(huán)塔里木盆地。②準(zhǔn)噶爾、塔里木盆地含巨量幔源物質(zhì)火成巖，而天山山脈則多分布中、酸性侵入巖。③早期與地幔柱有關(guān)的構(gòu)造和物質(zhì)因后期歐亞板塊與印度板塊水平擠壓而發(fā)生相應(yīng)位移量。④準(zhǔn)噶爾、塔里木盆地火成巖、鉬礦床成礦年齡總體存在顯著差異?；谘芯繀^(qū)的地域性與個(gè)體認(rèn)識(shí)的局限性，筆者嘗試博前人之實(shí)據(jù)，集眾家之精髓，以全疆性視角，結(jié)合其整體地質(zhì)演化及現(xiàn)代成礦理論，對新疆石炭—二疊紀(jì)雙亞幔柱特征及其對礦產(chǎn)資源的約束作出闡述。

1 礦產(chǎn)資源分布特征

新疆固體礦產(chǎn)與地震測報(bào)點(diǎn)均環(huán)準(zhǔn)噶爾、塔里木兩盆地分布(董連慧等，2009；楊曉芳等，2013)，尤其天山山脈的固體礦產(chǎn)種類多、規(guī)模大、密集度高；能源礦產(chǎn)則產(chǎn)于兩盆地內(nèi)。固體礦產(chǎn)呈顯著雙環(huán)特征，似 “8”字型(圖1)。

1.金屬礦產(chǎn)；2.非金屬礦產(chǎn)；3.石油；4.煤炭；5.環(huán)型成礦帶； 6.板塊縫合線；7.盆地界線；8.省界；9.地名圖1 新疆金屬礦產(chǎn)“8”字型分布簡圖Fig.1 Metal mineral distribution diagram of the “8”-shaped in Xinjiang

以新疆鉬礦為例，據(jù)統(tǒng)計(jì)(董連慧等，2012)，已知鉬礦產(chǎn)地有51處，其中大型礦床3處，中型4處，小型7處，礦(化)點(diǎn)37處，分布于環(huán)準(zhǔn)噶爾、天山山脈及環(huán)塔里木(阿爾金及昆侖地區(qū))，其中主要分布于天山山脈的約占59%，而天山山脈中的石炭紀(jì)鉬礦約占73%，二疊紀(jì)鉬礦約占23%。鉬礦成礦時(shí)代主要為石炭紀(jì)與二疊紀(jì)。環(huán)準(zhǔn)噶爾與環(huán)塔里木相比，前者產(chǎn)出的鉬礦以石炭紀(jì)為主(約占自身比例75%)，后者則以二疊紀(jì)為主(約占自身比例61%)(表1、圖2)。

新疆內(nèi)生金屬礦產(chǎn)分布、成礦時(shí)代特征具有一定規(guī)律性和獨(dú)特性，為了能更全面的認(rèn)識(shí)新疆地質(zhì)作用及成礦的關(guān)系，筆者提出新疆雙亞幔柱模式(夏冬等，2015)，并作初步論述。

表1 新疆鉬礦礦床成礦時(shí)代分布表Tab.1 Mo deposits mineralization age distributionTable in Xinjiang

注：7(2)-23：7處礦產(chǎn)地(2處大型)-二疊紀(jì)礦產(chǎn)地?cái)?shù)量占天山山脈的23%。

圖2 新疆鉬礦礦產(chǎn)地分布結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Mo deposits distribution chart in Xinjiang

2 石炭—二疊紀(jì)雙亞幔柱主要特征

2.1 主體時(shí)限

準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)部與周緣(圖3)及塔里木盆地內(nèi)部(圖4)分布的大面積火成巖為雙亞幔柱上升所引起的。厘清火成巖形成大致時(shí)期是確定雙亞幔柱主體作用時(shí)限的關(guān)鍵。

準(zhǔn)噶爾盆地：王登紅等(2000)研究結(jié)果表明，新疆北部銅鎳硫化物礦床內(nèi)的基性-超基性巖成巖作用時(shí)間是280～300 Ma，認(rèn)為喀拉通克銅鎳硫化物礦床的形成與地幔柱有關(guān)。銅鎳礦石的氦同位素組成與熱點(diǎn)玄武巖相似，且輕稀土富集、不相容元素的富集程度也具有地幔柱產(chǎn)物的特點(diǎn)等。蔡忠賢等(2000)指出石炭紀(jì)火山巖發(fā)育程度及分布范圍要大于早二疊世。新疆北部淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V床成礦年齡主要在340～298 Ma(楊富全等，2005)。準(zhǔn)噶爾盆地及其鄰區(qū)火山巖地化特征、年代學(xué)數(shù)據(jù)及區(qū)域構(gòu)造特征說明，晚二疊世準(zhǔn)噶爾盆地與吐哈盆地彼此分割，形成各自的沉積體系(方世虎等，2006)。通過研究新疆北部基性巖脈，得知其活動(dòng)時(shí)限為石炭—侏羅紀(jì)，以脈動(dòng)方式侵入(周晶等，2008)。西準(zhǔn)噶爾北部晚古生帶存在2類侵入巖，其中，晚石炭—中二疊世地幔熔融的玄武質(zhì)巖漿高度結(jié)晶分異而形成的偏鋁質(zhì)酸性巖石，類似于東準(zhǔn)噶爾地區(qū)、峨眉山大火成巖省、塔里木大火成巖省的成因(陳家福等，2010)。西準(zhǔn)噶爾早石炭世(340～320 Ma)、晚石炭—早二疊世(310～290 Ma)巖漿活動(dòng)最發(fā)育，遍布周邊地區(qū)，東準(zhǔn)噶爾主要分布?jí)A性花崗巖，二者時(shí)間上沒有分帶性(童英等，2010)。石炭紀(jì)是準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造體制的重要轉(zhuǎn)折期(任收麥等，2002)。石炭紀(jì)下地幔物質(zhì)上涌引起大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)，火山活動(dòng)達(dá)鼎盛時(shí)期(肖文交等，2006)。馮京等(2014)通過對東天山—北山地區(qū)鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖特征及構(gòu)造背景的研究，認(rèn)為成群成帶分布的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖及大規(guī)模銅-鎳礦化為碰撞造山后伸展階段幔源巖漿上侵的產(chǎn)物，地幔柱范圍較小，屬二次地幔柱或眾多地幔枝。西準(zhǔn)噶爾成礦帶內(nèi)的廟爾溝、阿克巴斯套等11個(gè)巖體鋯石U-Pb年齡為287～335 Ma，該類花崗巖可能具有相同的源區(qū)，屬虧損地幔端元，具幔型花崗巖演化特征(黃鵬飛等，2016)。

1.基性巖；2.中基性；3.中酸性；4.酸性；5.盆地界線；6.地名圖3 北疆石炭系—下二疊統(tǒng)火山巖分布圖(毛翔等，2012修改)Fig.3 Map showing thedistribution of Carboniferous-Lower Permian volcanic rocks in northern Xinjiang(Modified after MAO et al., 2012)

1.地名；2.盆地邊界；3.構(gòu)造單元界線；4.斷層；5.玄武巖類區(qū)圖4 塔里木盆地早—中二疊世玄武巖類分布圖(楊樹鋒等，2005修改)Fig.4 The residual distribution of Early to Middle Permian basalt in Tarim basin(Modified after YANG et al., 2005)

塔里木盆地：陳漢林(2009)指出，塔里木盆地廣泛分布二疊紀(jì)巖漿巖，并強(qiáng)調(diào)大量早—中二疊世玄武質(zhì)巖石、輝綠巖類是地幔柱來源的巖漿上升引起的。楊樹鋒等(2005)展開塔里木盆地發(fā)育的大量玄武巖、輝綠巖、輝長巖和堿性正長巖類地球化學(xué)研究，認(rèn)為早—中二疊世的巖漿作用導(dǎo)致盆地隆升，因不甚強(qiáng)烈而未形成斷陷。厲子龍等(2008)對廣泛發(fā)育于塔里木盆地的二疊紀(jì)玄武巖類展開研究，運(yùn)用K-Ar法測定巖石年齡為289.6 Ma，巖石具有高Ti、La及低Zr/Nb值，暗示其源于富集地幔。孫林華等(2010)認(rèn)為，二疊紀(jì)是塔里木盆地?zé)?構(gòu)造演化史上最重要的時(shí)期，盆地中部和西北部發(fā)生了大規(guī)?；?中酸性巖漿活動(dòng)。張傳林(2010)認(rèn)為二疊紀(jì)玄武巖以289.6 Ma為活動(dòng)峰期，巖漿房深度為60～80 km。勵(lì)音騏等(2011)認(rèn)為塔里木大火成巖省時(shí)限為274～290 Ma。準(zhǔn)噶爾盆地石炭系火山巖分布更廣泛、厚度大，塔里木盆地二疊系火山巖分布廣泛，厚度大且?guī)r石類型多樣。邵鐵全等(2015)對塔西南尤勒巴斯地區(qū)玄武巖開展了鋯石U-Pb年代學(xué)及地球化學(xué)研究，獲得同位素年齡為(298.3±2.8)Ma，玄武巖高TiO2、P2O5并富集輕稀土和Rb、Ba，具地幔柱地球化學(xué)特征。徐義剛等(2017)分析塔里木大火成巖省具有3個(gè)噴發(fā)階段(～300 Ma、～290 Ma、～280 Ma)，且持續(xù)時(shí)間超過20 Ma，是孕育地幔柱活動(dòng)的產(chǎn)物，并認(rèn)為二疊紀(jì)火山活動(dòng)是最有可能導(dǎo)致生物大滅絕的“終極殺手”。

綜上所述，準(zhǔn)噶爾、塔里木盆地周緣及內(nèi)部已獲取大量火成巖年齡數(shù)據(jù)，年代學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2個(gè)盆地火成巖活動(dòng)峰期分別集中于石炭紀(jì)—早二疊世(340～290 Ma)和二疊紀(jì)(250～290 Ma)，準(zhǔn)噶爾與塔里木亞地幔柱的主體形成時(shí)限分別為石炭紀(jì)與二疊紀(jì)。亞地幔柱對巖石圈、地殼的作用不局限于某一特定時(shí)期，具長期性、多期性、連續(xù)性及廣泛性，雙亞幔柱各自形成時(shí)期則更早。

2.2 空間結(jié)構(gòu)

大火成巖省的空間分布規(guī)律能夠指示地幔柱活動(dòng)的大致部位，玄武巖可能是地幔柱柱頭的產(chǎn)物(張招崇等，2007)。根據(jù)地幔交代巖石圈減薄程度與地殼抬升速率等指標(biāo)，可推測地幔柱的作用強(qiáng)度和方式。準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)石炭系火山巖的巖性以中基性火山熔巖類(玄武巖、安山巖)為主，還有少量火山碎屑巖與沉積巖。周邊地區(qū)則分布著大量的巖基狀華力西中晚期花崗巖，如廟爾溝、阿克巴斯套、克拉瑪依等巖體。晚古生代西部巖漿活動(dòng)早于東部，且隆升速率也大于東部(丁建民等，1989)。在天山中段形變速率剖面中(圖5)，北天山的垂直差異運(yùn)動(dòng)異常強(qiáng)烈，逆沖速率可達(dá)10 mm/a；南天山則溫和得多，據(jù)此可以預(yù)測地震活動(dòng)帶。在西準(zhǔn)地區(qū)，恰其海A型花崗巖較東準(zhǔn)烏倫古A型花崗巖的巖漿活動(dòng)要早(譚綠貴等，2008)。在天山-準(zhǔn)噶爾接觸帶表現(xiàn)為西陡東緩(錢輝等，2011)，天山地區(qū)則是北陡南緩(李海鷗等，2004)。

圖5 奎屯-庫車垂直形變速率剖面圖(丁建民等，1989修改)Fig.5 Profile map of vertical deformation rate between Kuitun-Kuche(Modified after DING,1989)

天山地區(qū)巖漿活動(dòng)的鼎盛期為石炭—二疊紀(jì)，千余個(gè)巖體中90%屬酸性侵入巖，天山北部巖體的磁性強(qiáng)度較南部大，指示天山山脈受準(zhǔn)噶爾石炭紀(jì)巖漿作用更為顯著。塔里木盆地整體則具有低磁性特征，磁性強(qiáng)度與地幔柱作用強(qiáng)度及巖石圈厚度相關(guān)。塔里木早二疊世大陸溢流玄武巖面積超過2.65×105km2，大部分被巨厚沉積層覆蓋(潘赟等，2013)。車-莫古隆起可能受塔里木亞幔柱柱頭影響。新疆2個(gè)盆地中心向外圍地殼厚度快速增大，這充分表明地幔上涌的幅度與強(qiáng)度(牛樹銀等，2013)。新疆地區(qū)地殼等厚線圖中(馬杏垣，1989)，顯示準(zhǔn)噶爾盆地典型中心地殼厚度為42.5 km，向外圍很快加厚到47.5 km，盆地西部地殼厚度增加速率明顯大于東部，而塔里木盆地厚度變化由盆地中心的45 km很快加厚到50 km以上，喀什—和田西南地區(qū)甚至達(dá)到了60 km。盡管塔里木地殼厚度增加值高于準(zhǔn)噶爾地殼，但后者等值線密度在準(zhǔn)噶爾西部地區(qū)明顯相對更密集(圖6)。

由此，筆者認(rèn)為準(zhǔn)噶爾地區(qū)的石炭紀(jì)亞幔柱柱頭位于準(zhǔn)噶爾盆地西部偏南地區(qū)(克拉瑪依一帶)，柱體斜向天山造山帶；而塔里木地區(qū)的亞二疊紀(jì)幔柱柱頭位于塔里木盆地中央地帶，柱體近于直立，以脈沖式上升。前者作用強(qiáng)度遠(yuǎn)大于后者(沉積層覆蓋部分原因？)。準(zhǔn)噶爾石炭紀(jì)亞幔柱主要存在2期，西部以侵入為主，東部以噴出為主。由于塔里木二疊紀(jì)亞幔柱規(guī)模較大，但交代作用溫和，巖石圈減薄程度相對較弱，達(dá)不到形成斷陷盆地的臨界值，地殼隆而未破。天山山脈受準(zhǔn)-塔雙亞幔柱作用隆升量較低，但因雙亞幔柱分異的玄武質(zhì)巖漿熔融作用，于天山褶皺系形成了大量石炭—二疊紀(jì)酸性侵入巖體，尤其受到準(zhǔn)噶爾石炭紀(jì)亞幔柱幔-殼作用更突出。推測引起環(huán)準(zhǔn)-塔盆地地震測報(bào)點(diǎn)的部分原因：由于準(zhǔn)-塔雙亞幔柱的上升，導(dǎo)致地幔坳陷帶的幔源物質(zhì)出現(xiàn)虧空；在重力均衡補(bǔ)償作用下，周緣山脈強(qiáng)烈隆升，地殼物質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈大幅度縱向、橫向遷移，加之雙亞幔柱之后的長期、多期上涌作用，導(dǎo)致環(huán)準(zhǔn)-塔兩盆地周緣長期、頻繁地出現(xiàn)地震事件(孫愛群等，2010)。

2.3 其他指示特征

準(zhǔn)噶爾、塔里木盆地內(nèi)發(fā)育的大量火成巖與準(zhǔn)-塔雙亞幔柱存在對應(yīng)關(guān)系。一些學(xué)者從地球化學(xué)特征元素角度展開研究，認(rèn)為兩盆地物質(zhì)成分有幔源特征。鄭建平(2000)研究準(zhǔn)噶爾盆地基底火山巖Sr-Nd同位素特征，推測中生代基底發(fā)生了強(qiáng)烈的殼幔作用。袁超等(2006)展開東準(zhǔn)噶爾扎河壩鉀質(zhì)玄武巖的地球化學(xué)特征研究，指出巖石具高K，富Sr、Ba，Nb、Ta虧損以及高的Nb/Yb、Nb/Ta、Zr/Hf值，認(rèn)為巖石來自經(jīng)交代作用的地幔源區(qū)。曹劍等(2007)指出，準(zhǔn)噶爾盆地石炭—二疊紀(jì)含油氣流體上升過程中存在深源幔源流體的混入，且有偏向幔源的特征，給出的87Sr/86Sr值中僅有24號(hào)樣品落在地幔碳酸巖域外，其余19個(gè)數(shù)據(jù)均位于幔源Sr-海洋Sr同位素組成之間(0.703 5～0.709 073)(圖7)。王騰飛等(2016)通過研究塔里木盆地地震反射尖角直立結(jié)構(gòu)特征及其與油氣田、火成巖的密切關(guān)系，認(rèn)為巨量地幔物質(zhì)“熱上涌”是造成上部巖石圈減薄、地殼形變的原因，而地震反射尖角直立結(jié)構(gòu)是“熱上涌”作用的產(chǎn)物(圖8)?！盁嵘嫌俊逼鹪从诙B紀(jì)塔里木亞幔柱隆升效應(yīng)。E.H.努西波夫等(2007)測制的橫切塔里木—天山的近南北向上地幔P波速度結(jié)構(gòu)圖中(圖9)，低速體解釋為上升的地幔(深部能量通道)熱物質(zhì)流(熱柱)，而高速體解釋為冷卻原始熱柱，上涌物質(zhì)流上升幅度大，規(guī)模巨大且起源深。牛樹銀等(2013)指出新疆地區(qū)熱柱區(qū)地幔物質(zhì)上涌，從中生代末至新生代初具持續(xù)性，且上升幅度較大。

圖6 新疆地區(qū)地殼等厚線圖及重力梯級(jí)帶(馬杏垣等，1989修改)Fig.6 The crustal thickness and gravity gradient belt of Xinjiang area(Modified after MA,1989)

高懷忠(1992)認(rèn)為塔里木地區(qū)坡北巖體為幔源巖漿多期侵入的產(chǎn)物。勵(lì)音騏等(2010)分析了塔里木地區(qū)瓦吉里塔格超鎂鐵質(zhì)隱爆角礫巖的鉑族元素和微量元素地球化學(xué)特征，推測巖石可能發(fā)生過地幔交代作用。通常金剛石的生長被認(rèn)為是與來自核-幔邊界的超深流體的間歇性活動(dòng)相關(guān)。塔里木喀拉喀什河西岸階地曾有金剛石發(fā)現(xiàn)，黃存煥等(1989)于庫魯克塔格發(fā)現(xiàn)了角礫云母橄欖巖，研究表明其巖石特征、礦物成分與金伯利巖一致，并與澳大利亞含金剛石金伯利巖進(jìn)行了相似性對比。在克拉瑪依、塔里木等油田，瀝青的Pb同位素組成強(qiáng)烈具有幔源特征。

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地典型烴源層系方解石脈的87Sr /86Sr 分布圖(據(jù)曹劍等，2007修改)Fig.7 87Sr /86Sr data distribution of typical calcite veins hosted in hydrocarbon source sequences of the Junggar Basin

圖8 地震發(fā)射尖角成因模式圖(據(jù)王騰飛等，2016修改)Fig.8 Genetic model of VSPCA

1.地殼和殼底(莫霍面)；2.VP值為中等升高(稀疏線)地帶; 3.VP值為下降地帶圖9 橫切塔里木-天山的近南北向上地幔P波速度 結(jié)構(gòu)圖(E.H.努西波夫等，2007修改)Fig.9 The velocity structure of P wave in upper mantle along nearly NS section in the Tarim-Tianshan moutain

放射性巖墻群是鑒定古老地幔柱的標(biāo)志(徐義剛等，2007)，西準(zhǔn)噶爾地區(qū)有廣泛的巖墻群產(chǎn)出，主要由輝綠巖、輝石閃長玢巖、高M(jìn)g#閃長巖和低Mg#閃長巖等組成，巖漿垂直地表上侵，鋯石U-Pb年齡為302～307 Ma(周良仁等，1987)，具有幔源特征(李辛子等，2005)。根據(jù)陸松年等(2003)對巖墻群的分類，筆者認(rèn)為西準(zhǔn)噶爾巖墻群屬于類型4(即較寬的次平行巖墻群)，存在尋找?guī)r墻群匯聚區(qū)(指示地幔柱頭的位置)的方向。塔里木巴楚水工團(tuán)附近有石英正長斑巖巖墻發(fā)育，地球化學(xué)特征指示其源區(qū)來自地幔，形成年齡約277 Ma(楊樹鋒等，2005)。塔里木亞幔柱因廣布大陸溢流玄武巖省(上官時(shí)邁等，2012)，應(yīng)屬于陸柱(CP)(王登紅等，2001)。準(zhǔn)噶爾亞幔柱因存在陸殼和洋殼物質(zhì)的混入，推測屬混合型。如果雙亞幔柱源于核-幔邊界的D″層，那么二者很可能源于同一個(gè)超級(jí)地幔柱(夏林圻等，2008)。

苦橄巖被認(rèn)為是地幔柱柱頭產(chǎn)物，陳毓川等(2004)在準(zhǔn)噶爾喬夏哈拉—老山口地區(qū)中泥盆統(tǒng)北塔山組中發(fā)現(xiàn)的苦橄巖具有低硅、低鋁、低鈦、低堿、高鎂特征，稀土元素總量低，Eu正異常，輕稀土略富集，認(rèn)為其與地幔柱成因玄武巖接近，符合第三類地幔柱特點(diǎn)，即俯沖的大洋板塊位于一個(gè)正在活動(dòng)的地幔柱之上。

需要指出的是：大火成巖省的巖漿演化過程是復(fù)雜的，尤其是準(zhǔn)噶爾石炭紀(jì)亞幔柱所處的大地構(gòu)造環(huán)境更加復(fù)雜，其連續(xù)的巖漿演化序列是碰撞作用巖漿產(chǎn)物？還是地幔柱上升自身絕熱減壓熔融并分異結(jié)晶作用形成的亦或二者皆存？尚待進(jìn)一步研究。

3 雙亞幔柱對新疆礦產(chǎn)資源的約束

3.1 對金屬礦產(chǎn)的約束

新疆內(nèi)生金屬礦床成礦時(shí)代與其石炭—二疊紀(jì)雙亞地幔柱主體形成時(shí)期大致吻合，即石炭—二疊紀(jì)2個(gè)時(shí)期恰為新疆最重要的成礦時(shí)期，石炭紀(jì)礦床主要產(chǎn)于環(huán)準(zhǔn)噶爾盆地，二疊紀(jì)礦床以環(huán)塔里木盆地居多，而天山山脈二者并存(石炭紀(jì)所占比例更大)。

新疆石炭—二疊紀(jì)雙亞地幔柱分異出的部分玄武質(zhì)巖漿與巖石圈發(fā)生熔融，觸發(fā)了廣泛的以交代、變質(zhì)為主的巖漿作用，在地殼內(nèi)形成了一系列的超基性-基性-中性-酸性火成巖(羅照華等，2007)，而不同類型巖石有各自成礦專屬性。準(zhǔn)噶爾、塔里木盆地內(nèi)部和周緣廣泛發(fā)育有尺度不等的斷裂構(gòu)造(徐鳴潔等，2005；邵學(xué)鐘等，2008)，前人分析其分布大體具環(huán)形(曲國勝等，2008)。牛樹銀(2001)提出的幔枝構(gòu)造理論，主要就地幔柱于中、上地殼(淺部)成礦規(guī)律進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究，認(rèn)為不同類型、不同規(guī)模的礦床往往形成于地幔亞熱柱形成的三級(jí)構(gòu)造的次級(jí)構(gòu)造和巖漿活動(dòng)集中區(qū)內(nèi)的構(gòu)造有利部位，元素的遷移路徑：地幔柱—地幔亞柱—幔枝構(gòu)造—構(gòu)造擴(kuò)容帶。因?yàn)闇?zhǔn)-塔雙亞幔柱幔源熱物質(zhì)上升(圖10)，與巖石圈強(qiáng)烈的交代熔融，于地殼內(nèi)形成了一系列類幔枝構(gòu)造型礦床。因?yàn)闇?zhǔn)噶爾、塔里木巖石圈及沉積層較厚，固體礦產(chǎn)于盆地周緣構(gòu)造有利部位產(chǎn)出，呈現(xiàn)“8”字型分布特征。天山優(yōu)質(zhì)成礦帶存在多樣性和復(fù)雜性，既有板塊碰撞造山型礦床，亦有幔枝構(gòu)造型礦床，還有因洋殼重熔而形成的埃達(dá)克巖型礦床，于天山山脈存在顯著疊加成礦效應(yīng)。除了常規(guī)金屬礦產(chǎn)外，新疆鈾等能源礦產(chǎn)的成礦條件有自身優(yōu)勢。鈾礦被認(rèn)為與中酸性火成巖關(guān)系密切(王謀等，2013)，大陸地幔柱活動(dòng)區(qū)通常具有較高鈾豐度，如存在切穿地殼的深斷裂流體通道，幔源鈾可成礦(王正其等，2007)。

1.陸殼;2.洋殼;3.地幔巖;4.石炭—二疊紀(jì)雙亞幔柱;5基性侵入巖;6.中-基性侵入巖;7.酸性侵入巖;8.脈巖;9.虛脫構(gòu)造帶; 10.斷裂圖10 新疆石炭—二疊紀(jì)雙亞幔柱模式圖Fig.10 Carboniferous-Permian double-secondary mantle plume model in Xinjiang

3.2 對油氣、非金屬礦的約束

在準(zhǔn)-塔2個(gè)盆地內(nèi)石炭—二疊紀(jì)火山巖中已發(fā)現(xiàn)多個(gè)油氣田(藏)，如石西油氣田、滴西氣田等，準(zhǔn)噶爾盆地地層以石炭系火山巖為主，塔里木盆地則以二疊系火山巖為主，石炭—二疊系火山巖即為油氣儲(chǔ)層亦為生油層。筆者認(rèn)為新疆油氣(包括金屬礦產(chǎn))資源是石炭—二疊紀(jì)雙亞幔柱與板塊“開合”(陳哲夫等，2004)共同作用的產(chǎn)物，即石炭—二疊紀(jì)雙亞幔柱作用使得準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地內(nèi)分別發(fā)育巨量石炭紀(jì)、二疊紀(jì)優(yōu)質(zhì)油氣儲(chǔ)層(或生油層)，二疊紀(jì)后期雙亞幔柱主要表現(xiàn)為一種地幔小尺度對流，其長期、廣泛地為巖石圈提供深源成烴流體和熱量，促使不成熟的生油巖提前進(jìn)入生油門限,也使得成熟的生油巖過早轉(zhuǎn)化為高成熟(康玉柱等，2008)。因準(zhǔn)噶爾石炭紀(jì)亞幔柱斜向盆地西南部，幔-殼作用過程滯阻效應(yīng)顯著，上隆作用表現(xiàn)不完全，油氣形成受板塊作用較弱。而塔里木二疊紀(jì)雙亞幔柱引起的巖漿作用使其巖石圈力學(xué)性質(zhì)減弱，來自南部的對塔里木地體的擠壓表現(xiàn)為斷續(xù)性和不穩(wěn)定性。喜馬拉雅期擠壓作用猛烈，致使塔里木盆地南緣山脈快速隆升，這被認(rèn)為是次生油藏及氣藏的主要形成時(shí)期。由于其地殼內(nèi)先存的似樹枝狀斷裂系，使得微隆的塔里木地體因水平的斷續(xù)擠壓而發(fā)生斷陷，形成一系列斷陷盆地和油氣圈閉，并堆積了相對厚的新生代松散沉積物。無機(jī)成因的油氣已被很多學(xué)者提出并深入研究，火山巖油氣藏的烴源包括有機(jī)成因和無機(jī)成因，杜樂天指出地幔巖中含有令人驚奇的大量氣體。例如，CO、H2、CH4、C3H6、C3H8、CO2、HCl、HF、H2S、SO2、NH3、烯類、炔類烴等，費(fèi)托反應(yīng)可能為無機(jī)成因氣生成方式。郭占謙等(2002)總結(jié)了火山作用貢獻(xiàn)無機(jī)生烴機(jī)制，地球內(nèi)部的無機(jī)物質(zhì)可以直接供給烴類物質(zhì)，明確指示塔里木盆地有無機(jī)成因油的特征。地幔對巖石圈的熔融作用是一種變質(zhì)作用(高永峰等，2002)，大多數(shù)非金屬礦產(chǎn)與變質(zhì)作用相關(guān)，新疆聞名于世的寶玉石礦即屬其產(chǎn)物。

4 地質(zhì)找礦及其前緣意義

準(zhǔn)噶爾、塔里木兩盆地周邊地區(qū)為明顯的固體礦產(chǎn)找礦方向(全國礦產(chǎn)資源量潛力評(píng)價(jià)結(jié)果表明，新疆所有預(yù)測工作區(qū)范圍亦主要分布于準(zhǔn)-塔兩盆地周緣部分地區(qū))，天山山脈找礦前景更大。對新疆石炭—二疊紀(jì)雙亞幔柱模式的研究結(jié)果表明，準(zhǔn)-塔兩盆地內(nèi)亦有上佳的成礦條件，據(jù)中亞超大型礦床分布特征，推測塔里木盆地內(nèi)具有尋找與二疊紀(jì)亞幔柱有關(guān)的超大型金屬礦床、大型非金屬礦床、寶玉石礦床及能源礦產(chǎn)的潛力，其北緣與天山山脈結(jié)合部位(地殼加厚)具有尋找金剛石礦的可能，而準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)則具有尋找與石炭紀(jì)亞幔柱有關(guān)的大型金屬礦床、非金屬礦床及能源礦產(chǎn)的前景?；鸪蓭r與賦礦構(gòu)造的有機(jī)組合是成礦的必要因素，其實(shí)質(zhì)為物質(zhì)來源與成礦空間問題，地層往往只是“藏寶盒”。當(dāng)然，這里不包括外生型礦產(chǎn)或存在“礦源層”的礦產(chǎn)等。鑒于此，筆者提出“物空”成礦意像，即具備了“物空”前提，不論目標(biāo)區(qū)大小與覆蓋程度如何，其內(nèi)部即具有一定的成礦、找礦潛力(夏冬，2018)，該問題有待作深入探討。

如何展開盆地內(nèi)找礦工作？當(dāng)前，中國荒漠戈壁區(qū)或覆蓋區(qū)礦產(chǎn)勘查技術(shù)多停留在超小比例尺的地球物理和地球化學(xué)的勘查上(肖凡等，2012)，距離工業(yè)礦床的發(fā)現(xiàn)和最終確定還相去甚遠(yuǎn)。田偉等(2017)總結(jié)了石油工業(yè)三維反射地震研究火山通道的方法和前景，指出其在塔里木盆地二疊紀(jì)溢流玄武巖研究中取得的初步應(yīng)用效果，為油氣勘查及基礎(chǔ)的火山通道結(jié)構(gòu)解釋提供了重要依據(jù)。鉆孔施工是固體礦產(chǎn)勘查中最高級(jí)別的找礦勘查技術(shù)手段?？紤]到準(zhǔn)噶爾、塔里木兩盆地內(nèi)油氣、煤碳及鈾礦資源開發(fā)具有巨大優(yōu)勢，已掌握了巨量的深部原始鉆孔、地震、測井?dāng)?shù)據(jù)及詳實(shí)地層地質(zhì)資料。筆者提出盆地內(nèi)找礦的基本思路為：①以區(qū)域鉆孔(石油、鈾礦、頁巖氣等手段)巖心已發(fā)現(xiàn)的金屬礦床(化)為基礎(chǔ)，分析礦種類型、蝕變類型、礦化強(qiáng)度及賦礦巖石特征等(需將已有巖心巖礦鑒定中關(guān)于巖石、礦化特征相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)的研究利用，并進(jìn)一步強(qiáng)化、補(bǔ)充金屬礦物與蝕變特征等，此舉在技術(shù)層面難度不大，具可操作性)，宏觀(初步)歸納目標(biāo)礦(化)體特征、含礦巖石及賦礦層位，制定初步的找礦方向。②結(jié)合已有地球物理(地震、測井?dāng)?shù)據(jù))成果、地質(zhì)(主要為地層)特征及鄰近鉆孔巖性、礦化蝕變特征，反演目標(biāo)礦(化)或蝕變體大致位置、形態(tài)、規(guī)模及延伸趨勢。③對目標(biāo)礦(化)體采用必要的地球物理方法(磁法或電法等)進(jìn)行再反演，進(jìn)一步縮小礦(化)或蝕變體位置及了解其空間賦存狀態(tài)。④鉆孔再驗(yàn)證：最終確定深部盲礦體。該研究意義有二：其一對全球以石油開采為主的沙漠覆蓋型國家尋找深部金屬礦產(chǎn)提供了一個(gè)新的思路和方法，具有重要前緣意義；其二對未來中國開展地外星球相似地質(zhì)條件下的資源勘查及開采能起到一定預(yù)實(shí)踐作用。

大膽預(yù)期，在中國如果能源行業(yè)基礎(chǔ)地質(zhì)信息能為固體礦產(chǎn)開發(fā)所利用，實(shí)現(xiàn)不同科學(xué)領(lǐng)域間的數(shù)據(jù)融通及共享，該舉措既能顯著地節(jié)約固體礦產(chǎn)勘查成本，又能極大地提高找礦效率。同時(shí)，固體礦產(chǎn)勘查技術(shù)方法也可補(bǔ)充、引導(dǎo)能源礦產(chǎn)的開發(fā)。新疆境內(nèi)面積約6.63×105km2(環(huán)準(zhǔn)-塔盆地周緣及天山山脈)范圍內(nèi)，探明、開發(fā)的礦產(chǎn)資源量巨大，找礦前景廣闊。如果能夠全方位、系統(tǒng)地開發(fā)面積約9.42×105km2的2個(gè)盆地內(nèi)部，將提供難以估計(jì)的礦產(chǎn)資源。

5 結(jié)論

(1)準(zhǔn)噶爾石炭紀(jì)亞幔柱柱頭位于準(zhǔn)噶爾盆地西部偏南，上升強(qiáng)度大，持續(xù)時(shí)間相對較短，柱體斜向天山山脈；塔里木二疊紀(jì)亞幔柱柱頭位于塔里木盆地中部，柱體近直立，上升強(qiáng)度較小，持續(xù)時(shí)間漫長。石炭—二疊紀(jì)雙亞幔柱是新疆內(nèi)生金屬礦產(chǎn)環(huán)準(zhǔn)-環(huán)塔構(gòu)成的“8”字型分布的主因，亦對準(zhǔn)-塔里2個(gè)盆地內(nèi)固體、能源、寶玉石及鈾礦等礦產(chǎn)成礦起到重要控制作用。

(2)準(zhǔn)-塔2個(gè)盆地周緣為固體礦產(chǎn)重點(diǎn)找礦方向，天山山脈找礦潛力更大，2個(gè)盆地內(nèi)同樣具備巨大的固體、能源、寶玉石及鈾礦等礦產(chǎn)成礦潛力與找礦前景。根據(jù)中國當(dāng)前經(jīng)濟(jì)與技術(shù)現(xiàn)狀，提出準(zhǔn)-塔兩盆地內(nèi)固體礦產(chǎn)找礦觀點(diǎn)及可能的找礦思路。

致謝：本文在撰寫過程中得到河北地質(zhì)大學(xué)孫愛群教授、高永豐教授、張福詳老師、陳超老師，中國地質(zhì)大學(xué)(北京)陳岳龍教授、包創(chuàng)博士，新疆地質(zhì)調(diào)查院王宏君研究員，陳明勇、高永峰、鄧洪濤、穆立修、雷紅民、楊屹、夏建勛高級(jí)工程師及新疆大學(xué)弓小平教授的指導(dǎo)和幫助，在此表示感謝。