哈萨克斯坦阿尔泰戈尔诺耶古近纪砂金矿地质特征及成矿规律

杜菊民　连晨光　陈诚　景永波　刘平　胡英健　孙晨

摘  要：阿尔泰造山带砂金矿资源丰富，前人对河流中的砂金矿进行了详细研究，而对山间盆地中赋存的砂金矿研究较少。本文对哈萨克斯坦阿尔泰造山带南缘最东侧的戈尔诺耶古近纪含砂金盆地进行了初步研究，通过地质、自然重砂测量圈定了砂金异常，经浅井和砂钻等工程深部查证，结果显示砂金主要赋存在古近纪粗粒的石英砾石层中，砂金形态以片状为主，是以微细粒金为主的砂金矿。砂金矿化体呈层状、透镜状分布。进一步对古近纪石英砾石层及现代河流样品的重矿物形态特征、报出率及R型聚类分析、ZTR指数等进行了对比分析。综合分析认为，戈尔诺耶古近纪砂金矿主要来源于西北侧的卡尔巴-纳雷姆成矿带的风化剥蚀，而卡利吉尔河流的砂金来自北侧额尔齐斯成矿带的补给。中晚始新世时期，自北西向南东的水流沉积了戈尔诺耶古近纪盆地砂金矿，晚中新世以来的隆升使得南北向河流下切侵蚀作用增强，形成了丰富的现代河流砂金矿。这一认识对寻找盆地类型砂金矿，理解阿尔泰造山带新生代构造演化具有一定意义。

关键词：阿尔泰;古近纪;砂金矿;自然重砂;聚类分析;ZTR指数

阿尔泰造山带是中亚成矿带的重要组成部分，已发现Cu，Pb，Zn，Au，Fe，Mn，W，Mo等多种矿产资源[1-4]。其中矿区阿尔泰成矿带是世界上著名的海相火山岩型块状硫化物Cu-Pb-Zn多金属矿富集区[5，6]，额尔齐斯缝合带以发育金矿为特色，另有铁、铜等[3，7，8]，卡尔巴-纳雷姆成矿带盛产稀有金属矿床[9，10]，斋桑成矿带产出岩金矿床[8，11-12]（图1-a）。前人对阿尔泰造山带的砂金矿进行了大量研究工作[13-19]，主要对现代河流砂金矿的分布、矿物特征、物质来源、成矿背景等进行了系统总结，但对盆地型砂金矿报道的不多[17，20]。新疆阿尔泰山缺少大型的古近—新近纪堆积盆地[13，20]，而哈萨克斯坦阿尔泰造山带南缘低山-丘陵地带，发育一系列古近—新近纪山间盆地，赋存了丰富的古近—新近纪砂金矿资源[21-23]。本文总结了哈萨克斯坦阿尔泰最东侧戈尔诺耶古近纪盆地型砂金矿地质背景、矿体特征、砂金形态特征等，并对重砂物的形态、报出率、相关性、ZTR指数等进行了系统分析，追索砂金物质来源，总结成矿规律，以期为阿尔泰造山带砂金矿勘查、理解新生代构造演化提供参考。

1  区域成矿地质背景

戈尔诺耶古近纪砂金盆地位于卡尔巴-纳雷姆成矿带（图1-b），地貌上为低山-丘陵区，出露基岩主要有中、上泥盆统和下石炭统。上泥盆统为一套绿泥石-石英-绢云母片岩、千枚岩、板岩，变质程度由北向南递减，下石炭统为一套夹页岩的浅变质杂砂岩。基岩总体走向呈NW-NWW向，倾角陡立，倾向NE或SW。石炭纪花岗岩-辉长岩大面积侵入。始新统图兰金斯克组为一套松散石英砾石层，受后期构造活动影响，呈不连续状出露。卡利吉尔河和塔克尔河，呈近NS向切割石英砾石层，上游均为砂金过采区。盆地北侧即为额尔齐斯缝合带，地貌上为中山区，出露基岩为早古生界，岩金、铜矿化点发育。盆地南侧为斋桑缝合带，地貌上为山前倾斜平原，主要被第四系覆盖。

2  戈尔诺耶砂金矿地质特征

2.1  松散沉积物性质

始新统图兰金斯克组为一套松散的石英砾石层，分为上下两段：下段分布在研究区南侧，砾石成份以石英为主，占50%以上，次为辉长岩、辉绿岩等，直径1～10 cm为主，常见巨砾，磨圆度好-中等，分选性差，厚0.5～3 m，最厚达25 m，分布面积约13 km2;上段主要分布在盆地北侧，砾石成份以石英为主，一般占90%以上，含少量辉长岩、辉绿岩、片岩等，局部夹（含砾）砂层、（含砾）粘土层、（含砾）石膏层，常构成一个或多个韵律旋回。砾石直径约为0.2～10 cm，偶见巨砾，磨圆度好-较好，分选性差，局部斜层理发育，厚度可达50 m，分布面积约43 km2。第四系主要分布在卡利吉尔河和塔克尔河及支谷中、阶地上，由砾石层、含砂粘土砾石层等松散沉积物组成，厚度可达2～3 m。

2.2  砂金异常特征

在始新世砂砾层中采集207件自然重砂样品，卡利吉尔河中28件，塔克尔河中41件。金为贵金属矿产，出现即为异常，按砂金品位的高低及出现的频率排序，并结合砂金矿边界要求，将砂金单矿物异常分为5级，累频1%～26%为I级，对应砂金品位0～0.001 0 g/m3;累频27%～52%为II级，对应砂金品位0.001 0～0.006 0 g/m3;累频53%～76%为III级，对应砂金品位0.006 0～0.024 0 g/m3;累频77%～96%为IV级，对应砂金品位0.024 0～0.010 0 g/m3;累频97%～100%为IV级，对应砂金品位大于0.010 0 g/m3。砂金异常主要位于盆地北侧图兰金斯克组上段石英砾石中，呈北高南低特征，异常范围大，是砂金成矿重点异常地段（图2）。

2.3  矿化体特征

通过砂钻、浅井等工程对砂金重点异常地段深部验证可知，戈尔诺耶盆地内砂金矿化体平均品位不高，大多小于0.1 g/m3，局部薄层可以达到0.5 g/m3。砂金矿化体呈薄层状、透镜状产出，单层厚约0.5～3.0 m，产状近水平，存在一个或多个矿化层，水平断续延伸可达3 km以上。按砾石岩性对砂金进行统计，砂金主要赋存于图兰金斯克组上段的粗粒石英砾石层中，粗粒砾石层中赋存88%的砂金，底部碎裂基岩中赋存6%，地表腐殖层中赋存4%，含砾粘土层、含砾石膏层中含金量较少。

2.4  砂金的形态特征

古近纪砾石层中的砂金以亮黄色、深黄色为主，形态以片状为主，少量粒状、薄板状，偶见树枝状、瘤状，粗糙表面，拐角磨圆，常见褐铁矿薄膜。对砂钻及浅井样品中砂金进行粒度统计，砂金粒度0.1～0.044 mm区间占30.35%，粒度小于0.044 mm占28.26%，平均粒度0.09 mm，以微细粒金为主。研究区卡利吉尔河砂金平均粒度约0.2 mm，明显大于古近纪砂砾层中砂金粒度，但与阿尔泰山其它河流砂金礦相比，粒度要偏细小[15]。

3  自然重砂分析

自然重砂除了可用于寻找贵金属、稀有金属、非金属矿产外[24，25]，根据重砂矿物空间分布形态和规模，结合地质、地貌条件及环境特征，还可推测自然重砂矿物来源，研究反映源区含矿岩石或矿石矿物组合特征，追索含矿原岩及矿石产出位置[25-29]。重砂样品分析在哈萨克斯坦东哈萨克斯坦州VK实验室和安徽省地质实验研究所完成。

3.1  重矿物的形态特征

锆石多呈无色、浅肉红色，为棱角略磨圆的四方双锥柱状，粒径0.05～0.2 mm，源于区域花岗岩体，经一定程度的搬运。电气石呈亮黑色，玻璃光泽，微透明，多为磨圆粒状、柱状，粒径0.05～0.2 mm。黑色电气石多为花岗伟晶岩矿床形成初期的产物。古近纪石英砾石中常见黑色电气石晶体，长度可达10 cm以上，表明石英砾石原岩主要来源于伟晶岩。

3.2  重矿物报出率

据研究区重矿物报出频率特征，按累频分为4级，其中Ⅰ级矿物异常响应的频率高，代表被风化剥蚀的矿体及围岩或流域的主要岩性特征，对评价重矿物可利用性、判断原生矿产地具指示性作用，可为确定矿床标型矿物组合提供参考 [29]。

从图3可看出，古近纪石英砾石层显示了与现代河流不同的重矿物报出异常特征，反映了不同成矿地质背景。古近纪砾石层中，Ⅰ级矿物有砂金、锆石、磁铁矿、磷灰石、钛铁矿、金红石、石榴石、锡石、褐铁矿、白钨矿。现代河流中，除上述重矿物外，绿帘石、绿泥石、角闪石辉石、独居石、电气石、黄铁矿的报出率显著增加。古近纪砾石层显示出砂金报出率高、花岗岩-伟晶岩相关矿物报出率高、不稳定重矿物报出率低及变质岩矿物报出率低的特点。塔克尔河及卡利吉尔河报出率较高的重矿物组合，兼具花岗岩和变质岩两类岩石矿物组合的特点，与阿尔泰山其它现代河流砂金矿重矿物组合类似[15，16]。

古近纪砾石层发现有锂辉石报出，而现代河流未见有报出。锂辉石主要产于富锂花岗伟晶岩中，表明砾石层含伟晶岩来源。古近纪砾石层中的电气石报出率与锂辉石相近，可能与锂辉石同源，低于现代河流中的报出率。卡利吉尔河的电气石可能存在上游花岗岩体的补充。古近纪砾石层中黄铁矿报出率明显比卡利吉尔河低，且颗粒细小，含量较少。黄铁矿、毒砂是不稳定矿物，报出率较高时，表明砂金距离物源区不远，为阿尔泰地区河流砂金矿常见指示矿物[15]。

3.3  重矿物R型聚类分析

重矿物组合是物源变化极为敏感的指示剂，尤其对新生代的沉积物，判断较为准确[27]。不同类型的母岩，其矿物组成具差异性，经风化、搬运、沉积和成岩等作用最终形成的沉积物便会有不同的重矿物组合。分别对古近纪砾石层及卡利吉尔河沉积物样品进行了重矿物聚类分析，将重砂矿物品位数据进行标准化变换，采用组间联接法生成R型聚类谱系图。

古近纪砾石层重矿物组合特征  其R型聚类谱系图见图4。根据矿物含量相似性所反映的相关程度，大致将出现的重矿物分为6组，各组重矿物之间相似程度较低，可能代表着不同的物源组合。第I组中，锡石与白钨矿的相似系数最大，关系最密切，砂金与此组合及绿泥石相关，与区域卡尔巴-纳雷姆钨、锡、稀有金属及铜、金成矿带，及绿泥石片岩发育地质背景一致。因此，砂金可能主要来源于此构造带北西侧的原生金矿（化）的剥蚀。第II组中，各重矿物之间总体相似程度不高，其中相对密切的有钛铁矿、白钛矿和磷灰石。该矿物组合特征与伟晶岩型矿床类似[30]，与卡尔巴-纳雷姆成矿背景一致。第III组中，黄铁矿与褐铁矿密切相关，绿帘石、磁铁矿、角闪石、辉石等具一定相关性。磁铁矿、褐铁矿、绿帘石等是阿尔泰地区现代河流中常见重砂矿物[15]，此组重矿物可能代表了古近纪砾石中混入了盆地北侧额尔齐斯构造带的物源。第V组中，报出率较高的锆石与锐钛矿密切相关，报出率低的磁黄铁矿与蓝晶石密切相关。研究区的锆石主要来源于花岗岩，磁黄铁矿可能来源于北侧额尔齐斯构造带的广泛发育的铜-磁黄铁矿类型矿点。

卡利吉尔河重矿物组合特征  其R型聚类谱系图见图5，重矿物大致可以分成3组，各组重矿物之间相似程度较低。第I组中，砂金与锆石、黄铁矿相关性极高，与其它矿物相关性较小。金+黄铁矿+锆石是斑岩型金矿可能的重砂矿物组合[30]，且黄铁矿为不稳定矿物;独居石+石榴石+电气石是伟晶岩矿床的重砂矿物组合，与区域成矿背景一致。卡利吉尔河床切穿古近纪松散砾石层到达基岩，河床内砾石主要为流域内绿片岩及花岗岩、辉绿岩等，推测卡利吉尔河砂金主要来源于上游额尔齐斯构造带与花岗岩体有关的原生金矿的补充。

ZTR指数  重矿物中由稳定重矿物锆石、电气石和金红石组成的透明矿物组分的百分含量，称为ZTR指数。ZTR指数越大，矿物的成熟度越高，对其系统研究，可指示沉积搬运距离和物源方向，或反映不同时期的古构造和古气候的变化[31，32]。据图兰金斯克组中25口浅井重砂样品、16件地表重砂样品资料提取ZTR指数，其特征反映了古近纪戈尔诺耶山间盆地物源的变化（图2）。图兰金斯克组砾石层ZTR指数范围21.5%～99.5%，第四系样品ZTR指数1.1%～18.8%。石英砾石层的总体ZTR指数较高，石英砾石层成熟度较高，反映了砾石搬运距离较远，与砾石磨圆度较高的特征一致。砾石层中ZTR指数呈南高北低，东高西低的分布趋势，暗示了砾石层搬运方向应为由北向南、由西向东。

4  成矿规律分析

区域构造演化研究表明，中晚始新世时期，阿尔泰南缘处于构造相对稳定阶段，为山间盆地冲积平原环境，沉积了图兰金斯克组，其西侧一系列新生代山间盆地则处于剥蚀状态，未能沉积始新世地层[21，22]。综合分析认为，此时，主要的水流方向平行山前断裂，从北西流向南东。卡尔巴-纳雷姆成矿带钨、锡、金等矿床或矿化带剥蚀为本区砂金提供了主要物质来源，同时，近NS向的支流也可能带来部分砂金。晚中新世以来是阿尔泰本区剥露的最快时期，这一阶段的隆升，造就了现代阿尔泰山的地貌[33]。NS向的河流下切侵蚀作用增强，切割破坏古近纪含金砂体，并带来额尔齐斯成矿带的砂金物源，形成了豐富的现代砂金矿。

5  结论

（1） 砂金主要赋存于始新统图兰金斯克组上段的粗粒石英砾石层中，砂金矿化体呈薄层状、透镜状近水平产出，平面延伸近3 km，单层厚0.5～3 m，存在多层矿化体，矿化往深部无品位增大现象，砂金形态以薄片状为主，是以微细粒金为主的砂金矿。

（2）  通过对古近纪石英砾石层及卡利吉尔河自然重砂的重矿物形态特征、报出率、R型聚类分析、ZTR指数特征等进行分析比对，结合地质特征，认为戈尔诺耶始新世山间盆地内的砂金主要来源于进西北侧的卡尔巴-纳雷姆成矿带的风化剥蚀，而卡利吉尔河的砂金主要来自于北侧的额尔齐斯成矿带的补给。

（3） 中晚始新世时期，哈萨克斯坦阿尔泰南缘北西高南东低，主要水流沿山前断裂从北西流向南东，卡尔巴-纳雷姆成矿带提供了主要物质来源，形成了戈尔诺耶古近纪盆地型砂金矿;晚中新世以来的隆升，使NS向的河流侵蚀古近—新近纪砂体，并带来额尔齐斯成矿带的砂金物源，形成了丰富的现代河流砂金矿。

致谢：野外工作得到哈萨克斯坦RCG矿业公司Timur、Filadelfiya等技术人员的大力支持和帮助;本文撰写得到了江苏省自然资源厅郑锡泉正高级工程师、江苏省有色金属华东地质勘查局刘沈衡正高级工程师的指导，在此一并表示衷心感谢！

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Abstract： TheAltai orogenic belt is rich in placer gold resources. Predecessors have conducted detailed research on placer gold deposits in rivers， but less research on placer gold deposits occurring in mountain basins. This paper conducts a preliminary study on the Gornoye Paleogene gold-bearing basin on the easternmost side of the southern edge of the Altai orogenic belt in Kazakhstan. The placer gold anomaly has been delineated through geological and natural heavy sand measurement， and it has been verified by shallow wells and sand drills. The results show that placer gold is mainly contained in the Paleogene coarse-grained quartz gravel layer. Placer gold is mainly in sheet form， and it is a placer gold deposit mainly composed of micro fine grained gold.T the placer gold mineralization is layered， lenticular distribution. The morphological characteristics of heavy minerals， quote rate and R-type cluster analysis， ZTR index， etc were further compared and analyzed. Comprehensive analysis suggests that the Paleogene Gornoye deposits mainly originated from the weathering and denudation of the Karba-Narym metallogenic belt on the northwest side， while the placer gold from the Kaldzhir River came from the Irtysh mineralization on the north side. During the mid-late Eocene， the current flowing from northwest to southeast along the piedmont fault deposited the Gornoye Paleogene placer gold deposits. The uplift since the late Miocene increased the erosion of the north-south rivers and formed A rich modern placer gold mine. This understanding has certain significance for finding basin-type placer gold deposits and understanding the Cenozoic tectonic evolution of the Altai orogenic belt.

Key words： Altay Orogeny; Paleogene; Placer gold; Nature Heavy Minerals; Cluster analysis; ZTR index