中亚造山带是显生宙以来最为显著的增生成矿域之一，造山带南缘洋内多岛弧或单一岛弧增生造山动力学背景和成矿作用是研究热点之一。东天山早古生代成矿作用报道较少，其成矿作用、成矿机理和增生成矿动力学背景仍不清楚，受到了广泛的关注。大南湖-哈尔里克岛弧带是中亚造山带南缘前缘增生弧，近年来该岛弧带中段的卡拉塔格隆起带内发现了红海（黄土坡）中型VMS型Cu-Zn-Au-Ag矿床（毛启贵等，2010；付明禄等，2010），为认识增生造山带洋内火山弧增生成矿作用、成矿机制和成矿动力学机制提供了机会。北京矿产地质研究院毛启贵和邓小华研究团队在国家深地资源项目（编号为2017YFC0601201）的资助下，对东天山卡拉塔格地区红海VMS矿床的进行了系统的矿床地质、地球化学、年代学和Cu-Zn同位素研究。取得了以下主要认识： 

　　（1）红海（黄土坡）VMS型矿床产于一套早古生代基性-中性火山岩、火山碎屑岩和沉积岩中（图1），上盘盖层是一套泥盆纪浅海相陆相安山质-英安质火山岩-火山碎屑岩。矿床围岩蚀变主要发育在块状矿体下盘，蚀变范围是块状矿体的10倍以上，包括黄铁绢云母化、绿泥石化、绿帘石化和硅化等，有核部向外围可分为绢云母化带、绿泥石化带和绿帘石化带。矿床受后期挤压作用的改造，矿体发生了错断和变得陡立，块状矿下盘凝灰岩和蚀变凝灰岩原生的沉积构造被破坏，发育了褶皱、石香肠等构造，但矿体结构仍比较清晰。 

　　（2）矿床矿体具有二元结构，由似层状-透镜状的块状矿体和石英硫化物脉状-网脉状矿体组成（图1）。矿体矿石、矿物和元素分带明显，由中心到外围发育脉状矿石（浸染状）、块状铜矿石、块状铜锌矿石、块状锌矿石、条带状铜锌矿石、块状黄铁矿石、角砾状矿石和硅质岩等（图2），根据富集的元素可分为四个带，即(Fe±Cu), (Fe+Cu +Zn +Au+Ag; Cu>Zn), (Fe+Zn +Cu +Au+Ag; Zn>Cu), (Fe±(Cu/Zn))。 

　　（3）矿床硫化物铜（δ⁶⁵Cu）和锌（δ⁶⁶Zn）同位素分别为？0.28-0.70‰和0.05-0.17‰，总体表现为外围块状锌矿石相对富集Cu和Zn同位素（图1），指示矿床成矿元素分布受成矿热液动力学分馏控制，ZK0101具有最亏损的锌同位素比值是海底热液通道的位置。但是我们也发现有一件块状锌矿石δ⁶⁵Cu值却高达3.80‰，反应后期热液叠加作用。 

图1 东天山卡拉塔格红海VMS矿床典型剖面及Cu-Zn同位素分布规律图 

图2 红海VMS矿床典型矿石和围岩照片 

　　（4）矿床流体包裹体研究显示其成矿流体为海底富CO₂的NaCl-CaCl₂-H₂O 流体（温度为99-377 ℃ ，盐度为 6-18% NaCl)，成矿流体特征类似于现代海底热液活动区热液，因此，该矿床是典型的海底火山热液活动成矿的。 

　　（5）矿床硫化物具有典型VMS型矿床Pb-S 同位素地球化学特征，硫化物δ³⁴S分布范围为-0.8‰ ~ 6.0‰，硫化物Pb同位素靠近地幔演化线，具MORB特征，显示成矿物质主要来源于下盘亏损的火山质围岩（高ε_Nd (t)和低 (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i）及海水。 

　　（6）本次研究获得块状矿黄铁矿Re-Os等时线年龄为436 ± 2 Ma，下盘围岩绢云母Ar-Ar同位年龄为410 ± 4 Ma，成矿时代为早志留世，改造时代为早泥盆世。 

　　（7）综合地球化学研究工作显示红海（黄土坡）VMS型矿床成矿元素为Cu-Zn-Au-Ag；含矿火山岩为一套缺乏陆缘碎屑岛弧拉斑质-钙碱性基性-中性火山岩、火山碎屑岩，含高镁安山岩（李伟等，2016）；同期发育一套岛弧钙碱性侵入岩，包括埃达克岩（436Ma），而且这套火山岩具有高 ε_Nd (t) (+6.2~+8.4) 和低 (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i (0.70412-0.70541)特征，矿床地球化学和含矿围岩共同显示该矿床形成于洋内不成熟岛弧带内，非常类似于现代西太平洋Kermadec和Izu- Bonin洋内弧成矿环境。 

　　总之，结合区域构造研究，本研究认为红海VMS型矿床成矿环境为洋内弧大地构造环境，是早志留世（436Ma）火山活动平静期海底火山热液活动形成的，早泥盆世（410Ma）受到了后期的挤压改造（图3）。因此，早古生代洋内火山弧VMS成矿是中亚造山带南缘重要的地质成矿作用，可能代表作古亚洲洋早期多岛洋地壳增生演化过程（Xiao et et., 2004），同时也指示以后中亚造山带找矿工作应该注意早古生代洋内弧VMS型矿床的寻找。

 

　　图3 红海VMS矿床成矿模型 

　　论文信息： 

　　Mao, Q.G., Wang, J.B., Xiao, W.J., Windley, B.F., Schulmann, K., Yu, M.J., Fang, T.H., Li, Y.C., 2019. Mineralization of an intra-oceanic arc in an accretionary orogen: Insights from the Early Silurian Honghai volcanogenic massive sulfide Cu-Zn deposit and associated adakites of the Eastern Tianshan (NW China). The Geological Society of America Bulletin, 131: 803-830 

　　Deng, X.H., Mathur, R., Li, Y., Mao, Q.G., Wu, Y.S., Yang, L.Y., Chen, X., Xu, J., 2019. Copper and zinc isotope variation of the VMS mineralization in the Kalatag district, eastern Tianshan, NW China. Journal of Geochemical Exploration, 196: 8-19