Tectono–Magmatic Evolution of the Neo–Tethys Belt in Pakistan and Related Mineralization of Major Metal Mineral Deposits
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摘要:
巴基斯坦在大地构造位置上处于印度、欧亚和阿拉伯三大板块的汇聚带，正同时发生着大陆碰撞和大洋俯冲作用，是研究地球系统深部圈层相互作用与成矿效应的绝佳天然实验室。但是，目前对于巴基斯坦构造演化与成矿作用的研究还不系统，对于巴基斯坦的大型–超大型矿床形成的背景和机制仍不清楚。笔者针对巴基斯坦不同类型的优势矿种开展了深入解剖和对比研究，系统梳理最新研究进展，围绕巴基斯坦新特提斯构造–岩浆演化与成矿作用响应的关键科学问题，分析铜矿、铬铁矿、铅锌矿以及碳酸岩有关的稀土矿床等重要金属成矿类型形成的构造环境以及与区域重大地质事件的耦合关系，总结巴基斯坦区域成矿规律，为资源潜力分析和境内外找矿勘查提供依据。
Abstract:Pakistan is located in the convergent zone of the India, Eurasian and Arabian plates, an important part of the Tethys tectonic domain. It is an excellent natural laboratory for the study of deep earth system interactions and mineralization effects, as both continental collision and oceanic subduction occur in Pakistan. However, the study of tectonic evolution and mineralization in Pakistan is still not systematic, and the background and mechanism of formation of some large and super–large ore deposits in Pakistan are still unclear. The authors and collaborating team have conducted in–depth anatomical and comparative studies on different types of dominant mineral deposits in Pakistan. In this paper, the resent research progress are summarized systematically. Focusing on the key scientific issues of tectonic-magmatic evolution and mineralization response in the Neo–Tethys belt, we have analyzed the tectonic setting of the formation of major metal mineralization types such as copper, chromite, lead-zinc and carbonatite–related REE deposits and the coupling relationship with major regional geological events. The study of regional mineralization regularities in Pakistan will provide a basis for resource potential analysis and mineral exploration both domestic and abroad.
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Keywords:
- Neo–Tethys /
- magmatism /
- chromite /
- porphyry Cu–Au deposits /
- carbonatite /
- Pakistan
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特提斯碰撞造山带的形成，经历了不同时期特提斯洋的洋–陆俯冲和随后的陆–陆碰撞过程，伴随着强烈的壳幔相互作用和多样化的金属成矿作用，包括斑岩型矿床、蛇绿岩型铬铁矿、沉积岩容矿型铅锌矿、碳酸岩型稀土矿以及造山型金矿等（张洪瑞等，2010；Hou et al.，2011，2015a；Richards et al.，2012，2017；吕鹏瑞等，2015，2020；Richards，2015；王瑞等，2020）。巴基斯坦位于欧亚、印度和阿拉伯三大板块的汇聚带，是特提斯碰撞造山带的重要组成部分，向西连接伊朗高原，反映的是俯冲–初始碰撞的连续过程，而东端位于青藏高原的西北缘，是全球最典型的陆–陆碰撞的典型场所之一（图1）。
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图 1 特提斯构造域主要缝合带分布及巴基斯坦所处位置示意图（据吴福元等，2020修）Figure 1. Distribution of major suture zones in the Tethys belt, showing the location of Pakistan巴基斯坦是全球少有的同时发生大洋俯冲和大陆碰撞作用的地区，是研究地球系统深部圈层作用和资源效应的绝佳天然实验室。在巴基斯坦中北部，印度与欧亚大陆于约55～50 Ma沿印度河缝合带发生初始碰撞，之后持续向欧亚大陆之下的深俯冲，是现今世界上少有的仍在活动的大陆俯冲带（Negredo et al.，2007；Wilke et al.，2010；Ding et al.，2016），造就了喜马拉雅、喀喇昆仑和兴都库什三大山系。在巴基斯坦那西南部，北印度洋大洋板块正沿莫克兰海沟发生向北的超低角度俯冲，形成从海底一直延伸到陆上的莫克兰增生楔以及查盖岩浆弧（Nicholson et al.，2010；Burg，2018），是大洋超低角度俯冲的典型。大洋俯冲和大陆碰撞过程不仅是构造地质学的重要研究课题，同时产出诸多类型的战略性矿产资源，因为俯冲和碰撞带是绝佳的深部物质迁移活跃带，有利于成矿元素的聚集，成矿潜力巨大。巴基斯坦的构造演化及成矿作用具有一定的独特性，如发育洋内俯冲作用形成的科希斯坦弧、发育中新世斑岩型铜金矿床以及与蛇绿岩有关的豆荚状铬铁矿床（吕鹏瑞等，2016），碳酸岩型稀土矿在巴基斯坦北部也具有良好的成矿潜力。然而，由于巴基斯坦地质调查工作和研究程度偏低，巴基斯坦目前已发现的大型–超大型矿床数量十分有限，对于巴基斯坦构造演化与区域成矿规律的研究仍比较薄弱，一些超大型矿床形成的背景和机制仍不清楚，如山达克斑岩型铜（金）矿床、穆斯林巴赫铬铁矿床等。
笔者对巴基斯坦构造单元划分、不同单元地质特征和优势矿产成矿规律进行了系统的总结，以巴基斯坦及邻区新特提斯构造演化–陆陆碰撞过程的岩浆作用和成矿作用响应为主线，分析铅锌矿、铜矿、铬铁矿以及碳酸岩有关的稀土矿床等重要金属成矿类型形成的构造环境以及与区域重大地质事件的耦合关系，总结巴基斯坦区域成矿规律，为资源潜力分析和境内外找矿勘查提供依据。
1. 区域地质背景
巴基斯坦位于南亚次大陆的南缘，处于欧亚板块、阿拉伯板块与印度板块之三大板块的汇聚部位（吕鹏瑞等，2017），中生代以来，由于印度板块向西向北的斜向陆陆俯冲碰撞，构造运动十分强烈。巴基斯坦地质学家通常按照以大型断裂为边界将全境划分为10个构造单元，并依据单元内的沉积特征的差异进一步划分为30个次级构造单元（图2），各个单元的地质特征描述详见吕鹏瑞等（2017）和洪俊（2021）。将巴基斯坦的区域构造演化历史简述如下。
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Figure 2. (A) Tectonic units subdivision map and (B) distribution of typical mineral deposits in Pakistan.在三叠纪早期（～250 Ma）或中晚三叠世时（～220 Ma），位于冈瓦纳大陆北缘的基梅里（Cimmerian）陆块群（包括滇缅泰马苏、拉萨地体、羌塘、南帕米尔、南阿富汗、土耳其中部和伊朗中部等小地块）向北裂离，打开了新特提斯洋，基梅里陆块群在洋脊扩张或俯冲带下沉板片拖拉力的影响下持续向北东漂移，为古特提斯洋消减闭合提供了动力（Metcalfe，1996，2013；Bortolotti et al.，2005）。三叠纪—早白垩世，印度大陆快速向北漂移，导致新特提斯洋向北俯冲，洋内俯冲作用形成了科希斯坦–拉达克弧。新特提斯洋继续俯冲消减，科希斯坦–拉达克岛弧与欧亚大陆拼贴，在巴基斯坦北部形成了什约克（Shyok）缝合带（主喀喇昆仑断裂）（Rehman et al.，2011），构成欧亚大陆的被动大陆边缘。白垩纪—始新世，随着新特提斯洋盆的俯冲闭合，俯冲带之上（SSZ）因洋壳拉伸形成一些伸展性小洋盆，在随后的挤压应力作用下就位形成了瓦济里斯坦、穆斯林巴赫和贝拉等SSZ型蛇绿岩。
古新世初，非洲大陆的北移造成了新特提斯主体洋盆的闭合，新特提斯洋盆的闭合造成了印度、阿拉伯板块与欧亚大陆的碰撞，是陆内汇聚的典型代表，形成单一的缝合带，绵延数千公里，自塞浦路斯（Cyprus）到土耳其的比特利斯（Bitlis），沿伊朗的扎格罗斯（Zagros）向东南方向入阿曼湾,在洋底以莫克兰（Makran） 海沟的形式出现，经帕米尔与雅鲁藏布江缝合带（IYS）相接，后者呈弧形在缅甸入印度洋（Sengor et al., 1996；Sorkhabi et al.，2008）。碰撞造山阶段可划分为主碰撞汇聚阶段（65～41 Ma）、晚碰撞构造转换阶段（40～26 Ma）和后碰撞阶段（25～0 Ma）（张洪瑞等，2010）。主碰撞阶段，大规模逆冲和褶皱作用在巴基斯坦及相邻地区形成褶冲带和逆冲推覆系统。印度大陆与欧亚大陆碰撞还形成大规模同碰撞岩浆作用，在冈底斯带和巴基斯坦科希斯坦地区形成规模宏大的花岗质岩基。晚碰撞构造转换阶段，沿碰撞缝合带或早期岩石圈不连续带发生大规模走滑运动，形成查曼、扎格罗斯等大型走滑系统（张洪瑞等，2010）。后碰撞地壳伸展阶段，碰撞带附近块体大多发生伸展和拆离作用，形成不同类型的岩浆岩，包括上部地壳熔融的伟晶岩类、以及后碰撞伸展阶段的幔源岩浆活动，形成碱性–碳酸岩杂岩体（Hong et al.，2019，2021）。阿拉伯板块向北俯冲到伊朗东南部和巴基斯坦西部，在查盖岩浆岩带形成了多期次的岩浆–热液活动、区域隆升事件，广泛发育钙碱性火山岩和花岗闪长岩、石英闪长岩等浅成–超浅成侵入体，形成了巴基斯坦最重要的查盖斑岩型铜–金成矿带（Richards et al.，2012；吕鹏瑞等，2015）。
2. 重要金属成矿作用和构造环境
2.1 斑岩型铜矿
铜矿是巴基斯坦的重要优势矿产资源之一，已发现的矿床主要分布在俾路支省查盖岩浆岩带中（图2），以斑岩型最为重要，普遍伴生金，少量为黑矿型、岩浆热液型。目前该带中已发现48个斑岩铜矿床（点）及远景区（图3），以雷克迪克铜金矿、山达克铜金矿和达斯特·伊·凯恩铜矿床为代表，其中雷克迪克已达到世界级规模，据推测该矿床的矿石储量为67.06亿t，Cu品位为0.41%，Au品位为0.36 g/t，Mo品位为0.01%，其中H14、H15矿体的推测矿石储量为67.06亿t，Cu品位为0.41%，Au品位为0.22 g/t，Mo品位为0.01%。山达克斑岩铜金矿达到大型以上，矿石储量为4.40亿t，Cu的平均品位为0.41%，伴生的Au品位0.5 g/t。达斯特·伊·凯恩铜矿矿石储量约为3.5亿t，Cu品位0.3%（吕鹏瑞等，2015）。
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图 3 查盖地区主要斑岩型矿床（点）分布及年代学（据Perelló et al.，2008修）Figure 3. Spatial distribution and ages of the main porphyry Cu deposits in Chagai belt.查盖斑岩型铜矿带东部的矿床受晚白垩世Sinjrani群火山岩和查盖侵入岩控制，而西部矿床受古新世和更年轻的浅成斑岩体和火山岩控制（Perelló et al.，2008）。含矿斑岩主要赋存于陡倾的柱状多相斑岩岩株中，出露面积一般小于1 km2，矿床蚀变强烈，蚀变带分带明显，呈面状分布，自岩体中心向外分为钾硅酸盐化、石英绢云母化和青磐岩化，缺少高级泥化。
2.1.1 斑岩型矿床成岩–成矿时代
查盖侵入岩主要分为两期，早期侵入岩以闪长岩、花岗闪长岩为主，其次为辉长岩和石英二长闪长岩，闪长岩和石英闪长岩主要由斜长石（70%）和30%的暗色矿物组成。晚期以花岗闪长岩、石英二长岩和花岗岩为主。岩石具有中–粗粒、等粒粒状结构，主要矿物组成为石英（40%）、钾长石（45%）和少量黑云母。索尔科（Sor Koh）侵入岩主要由岩株、岩床、岩墙、岩穹和岩盆组成，出露规模大小不一，小则几百米，大至1 km。岩性主要为英安岩，包含少量玄武安山岩和流纹英安岩。查盖侵入岩主要分3个时期：始新世（55～44 Ma）、中新世（25～10 Ma）和上新世，索尔科侵入岩时代为古新世—早中新世（23～10 Ma）（Perelló et al.，2008）。年代学研究显示该区先后经历了中—晚始新世（43～37 Ma）、早中新世（24～22 Ma和18～16 Ma）、中中新世（13～10 Ma）和晚中新世—早上新世（6～4 Ma）4次主要成矿作用（图3、图4）。
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图 4 查盖火山岩浆岩带主要岩浆事件及成矿时代（据Perelló et al.，2008修）Figure 4. Summary chart of the distribution of the major magmatic and uplift events, porphyry Cu mineralization along the Chagai belt, western Pakistan洪俊（2021）对山达克矿区石英闪长斑岩、闪长玢岩及基性岩脉等进行LA–ICP–MS锆石U–Pb测年，开展含铜石英脉的辉钼矿Re–Os同位素测年。锆石U–Pb测年结果显示，含矿石英闪长斑岩中锆石的206Pb/238U年龄加权平均值为（22.15±0.22） Ma（MSWD=0.41）。闪长玢岩的锆石特征与石英闪长斑岩相似，其锆石206Pb/238U年龄的加权平均值为（22.21±0.33） Ma（MSWD=0.67）。基性岩脉中锆石呈浅褐色，粒径较小，多数＜100 μm，锆石Th、U含量明显高于石英闪长斑岩。CL图像显示，锆石阴极发光较暗，震荡环带结构不清楚，测点的 Th/U值为 0.43～1.87，属于岩浆成因锆石（Hoskin et al.，2003）。206Pb/238U年龄加权平均值为（21.21±0.16） Ma（MSWD=0.41）。
Re–Os测年结果显示辉钼矿的187Os/普Os远远大于 20。因此，Re–Os模式年龄可代表成矿的真实年龄，4件辉钼矿获得的模式年龄十分接近，为（22.35～21.93） Ma，与含矿斑岩的时代一致（洪俊，2021）（图5）。
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图 5 Reko Diq和Saindak矿床的成岩–成矿年代学Figure 5. Formation ages of host rocks and mineralization of Reko Diq and Saindak porphyry Cu–(Au) depositsPerelló 等（2008）认为雷克迪克超大型斑岩铜金矿床最主要成矿时代为（10～13） Ma。前人的年代学数据也显示，雷克迪克矿集区H14矿床的岩株的形成时代为（12.22±0.15） Ma，H15矿床的绢云母–绿泥石蚀变的时代为（11.73±0.04） Ma （Fu et al.，2006；Perelló et al.，2008）。因此，雷克迪克矿床的成矿时代比山达克矿床大约晚10 Ma。
2.1.2 含矿斑岩地球化学特征
山达克矿区与铜金矿化相关的岩石类型主要为石英闪长斑岩和英云闪长斑岩，其中发育少量镁铁质微粒暗色包体以及近同期的基性岩脉。岩石地球化学分析结果显示，石英闪长岩具有较高的SiO2含量（61.9%～65.8%）和含量Al2O3（15.6%～16.6%），TiO2含量较低（＜0.5%），全碱含量为4.64%～5.91%（Na2O＞K2O；K2O/Na2O=0.33～0.55）。闪长玢岩以低Si、低Ti，富Al和Mg、Fe为特征，SiO2含量较稳定（约为54%），Al2O3大于18%，高于石英闪长斑岩。其MgO和FeO含量也明显高于前者，MgO 含量和Mg#值分别为4.28%～4.42%和52.6～53.3。
在稀土元素球粒陨石标准化分布型式图显示，含矿岩体表现为相似的配分型式，以相对富集轻稀土元素（LREE）的右倾型配分型式，且无明显的负Eu异常，暗示源区具有高的水含量，从而制约了斜长石的分离结晶。不含矿的二长闪长岩也呈相对富集轻稀土元素的右倾型配分型式，但中–重稀土元素配分曲线相对平缓，且中–重稀土元素含量明显高于含矿斑岩。微量元素分析结果显示石英闪长斑岩具有高Sr（641×10–6～756×10–6）、低Y（8.7×10–6～13.4×10–6）和高Sr/Y值（51.6～83.2）。而二长闪长岩具有更高的Sr含量和Sr/Y值，分别为1725×10–6～1390×10–6和110～117。在原始地幔标准化微量元素蛛网图中可以看到两类样品均富集大离子亲石元素、而相对亏损NB、Ta和Ti等高场强元素，但明显的差异在于含矿的石英闪长斑岩具有亏损Zr、Hf的负异常，而不含矿的二长闪长岩体显示Zr、Hf的正异常。
山达克矿区斑岩体的Sr–Nd同位素组成显示，含矿斑岩的初始锶值（87Sr/86Sr） i为0.706481～0.706904，具有负的εNd（t）值（−0.7～−2.4），不含矿的二长闪长岩具有相似的Sr–Nd同位素组成，初始锶值（87Sr/86Sr） i为0.706650～0.707182，略高于前者，εNd（t）值较稳定，为−1.7～−1.1。同期的基性岩脉具有相似的初始锶值（87Sr/86Sr） i（0.706966～0.707044），εNd（t）值为−3.0～−2.9。
2.1.3 构造环境与深部地球动力学
山达克斑岩Cu–Au矿区的石英闪长斑岩和二长闪长岩主要矿物组成为斜长石、石英、角闪石、黑云母和钾长石等，样品的A/CNK小于1.1（0.82～1.10），具有偏铝质-弱过铝质特征，这些特征明显与S型花岗岩不同。全碱含量较低（Na2O+K2O=4.64%～5.91%），也与A型花岗岩类不同。闪长岩类中发现镁铁质微粒暗色包体，岩石矿物组成中常见角闪石，这些特征显示它们属于I型花岗岩类。从地球化学特征来看，山达克矿区石英闪长岩和二长闪长岩均富集大离子亲石元素（LILEs）、而强烈亏损高场强元素（HFSEs），具有高的Sr/Y值和（La/Yb）N值，显示出埃达克质岩石的地球化学特征（Defant et al.，1990；Thorkelson et al.，2005）。与山达克矿床处于相同构造带的Reko Diq 斑岩矿床含矿斑岩体（11～12 Ma）（Perelló et al.，2008）具有相似的地球化学特征，属于埃达克质岩石。
山达克和雷克迪克斑岩型Cu–Au矿集区位于中特提斯构造带查盖钙碱性火山岩浆弧的西部，作为特提斯构造域的组成部分，查盖岩浆岩带的形成与新特提斯洋演化密切相关。晚白垩世以来，随着新特提斯洋的闭合，特提斯构造域进入碰撞造山阶段，印度板块、阿拉伯板块逐渐与欧亚板块碰撞（张洪瑞等，2010）。渐新世以来，阿拉伯大洋板块持续向北的俯冲作用在查盖地区产生强烈的岩浆活动，包括早中新世、中中新世和晚中新世—早上新世岩浆作用，年轻的大洋板片在俯冲消减过程中可以直接发生部分熔融，产生埃达克质岩石（Perelló et al.，2008）。山达克矿区发育同时代的基性岩墙（脉），表明幔源岩浆的注入和不同程度的岩浆混合在岩浆起源和演化中具有重要作用。因此，笔者认为阿拉伯板块的斜向俯冲导致查盖岛弧拼贴到阿富汗微陆块南缘，板片俯冲角度发生平缓化，俯冲板片脱水释放出的氧化性流体交代软流圈地幔，使其部分熔融形成玄武质岩浆，在中部地壳经历MASH过程，形成含矿的埃达克质岩浆。
2.2 铬铁矿
2.2.1 铬铁矿分布与形成时代
喜马拉雅–阿尔卑斯造山带是其中最重要的铬铁矿成矿带之一，东西延伸达数千公里。据统计，世界上已发现的21个大型豆荚状铬铁矿床中，有15个产于喜马拉雅–阿尔卑斯蛇绿岩带，因而成为令人瞩目的巨型铬铁矿成矿带（鲍佩声等，2009）。巴基斯坦境内蛇绿岩带广泛发育且保存相对完整，是阿尔卑斯–特提斯喜马拉雅蛇绿岩带的组成部分。铬铁矿的分布与蛇绿岩带密切相关，主要分布在北部印度河蛇绿岩带和中部的瓦齐里斯坦–贝拉蛇绿岩带。
印度河蛇绿岩带沿着主地幔逆冲断裂出露于科希斯坦–拉达克岛弧的南部，西起达拉斯，向东与雅鲁藏布江蛇绿岩带相接（图6）（洪俊等，2015a）。该带中目前已发现十几个矿床（点），包括科希斯坦、马拉坎德等，向东延伸到克什米尔地区。岩体多以蛇纹石化橄榄岩和纯橄岩为主，局部具有铬铁矿化，其中以科希斯坦岩体矿化较强，铬铁矿产在超镁铁质岩中，呈条带状、似层状、透镜状及豆荚状产出，矿石构造类型以浸染状为主。矿体长百余米，厚数米至十余米，（Cr2O3含量变化较大，最高可达55%，一般约为30%，Cr/ Fe值最高为2.8。马拉坎德岩体位于KPK省白沙瓦东北60 km，蛇绿岩带延伸约25 km，宽为5～6 km，共发现7个矿群，由62个大小不等矿体组成，分上下两个矿带，下矿带由1个矿群23个矿体组成，矿体产出于方辉橄榄岩、纯橄岩中，多呈条带状、透境状，长为20～300 m，宽为3～12 m，少数为不规则状和豆荚状，规模不大，Cr2O3平均含量约为50%，估算储量约68万t。
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图 6 巴基斯坦地质简图及主要镁铁质–超镁铁质岩体分布MKT. 主喀喇昆仑断裂；MMT. 主地幔逆冲断裂；MBT. 主边界断裂；MFT. 主前缘断裂；CM. 杰曼断裂；1. 奇拉斯岩体；2. 吉佳尔岩体；3. 尚拉–明戈拉岩体；4. 德尔盖岩体；5. 瓦济里斯坦岩体；6. 穆斯林巴赫岩体；7. 贝拉岩体Figure 6. Geological sketch map of Pakistan and the distribution of major mafic–ultramafic rocks瓦齐里斯坦–贝拉蛇绿岩带位于杰曼大型走滑断裂的东侧，长达1000余km，宽约为50余km，是巴基斯坦境内规模最大的蛇绿岩带，也是最重要的铬铁矿产地。超镁铁质岩体规模大小相差悬殊，已发现数百个矿体，主要集中在穆斯林巴赫地区，单个矿体规模在5万t以上的有7～8个，其他多在2万t以下，其中规模最大的矿体是位于东南部的萨普莱托加尔岩段的401号矿体，矿石储量约10万t。铬铁矿主要赋存于蛇纹石化纯橄岩中，矿石构造多呈豆荚状，少数呈条带状、似层状，矿石Cr2O3 平均含量为45%，Cr/ Fe 值≥3，铬铁矿储量超过400万t。贝拉地区铬铁矿多为豆荚状矿体，现有矿产地4 处，矿石质量中上等，但规模较小，储量约几十万t。
在巴基斯坦北部印度河蛇绿岩带，根据镁铁质岩石中角闪石39Ar/40Ar测年获得拉达克地区蛇绿岩形成时代为（110～130） Ma（Gweltaz et al.，2004）；Nindar蛇绿岩中辉长岩Sm–Nd同位素测年结果为（140±32） Ma（Ravikant et al.，2004），表明巴基斯坦蛇绿岩形成时代与中国雅鲁藏布江缝合带西段的蛇绿岩时代大致相当。巴基斯坦中部瓦济里斯坦–贝拉蛇绿岩带中，穆斯林巴赫蛇绿岩中斜长花岗岩脉的锆石U–Pb年龄为（80.2±1.5） Ma，代表了蛇绿岩的形成年龄；变质岩和辉长岩中角闪石、斜长石的Ar–Ar年龄为（70～65） Ma，代表洋壳仰冲时间（Mehrab et al.，2007）。北部瓦济里斯坦超基性岩体中花岗岩岩脉的全岩K–Ar法测年结果为（77±2） Ma和（70±1） Ma（Arif，2006），该蛇绿岩带形成时间总体晚于中国西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带。
2.2.2 成矿构造环境
根据豆荚状铬铁矿矿石中Cr2O3和Al2O3含量的差异将其分为富铬型和富铝型，富铬型和富铝型铬铁矿分属于两套蛇绿岩系列（Thayer，1970），形成于不同的构造环境下，前者形成于岛弧或弧前盆地，对应于俯冲带之上环境，后者则形成于扩张洋脊及弧后盆地环境（鲍佩声，2009）。巴基斯坦铬铁矿总体上表现富铬、贫铝的特征，穆斯林巴赫铬铁矿Cr2O3含量为45%～64%，Al2O3含量为10%～20%，和中国罗布莎铬铁矿的成分非常相似，属于富铬型铬铁矿。穆斯林巴赫蛇绿岩中堆晶岩、岩脉地球化学特征也反映其属于俯冲带之上（SSZ）型，形成于初始岛弧环境（Kakar et al.，2013，2014）。
铬尖晶石是进行蛇绿岩动力学研究最有效的指示剂（Dick et al.，1984），地幔橄榄岩中副矿物铬尖晶石的Cr#–Mg#关系对其构造环境的判别具有很好指示意义（Arai，1994）。对巴基斯坦境内主要镁铁质–超镁铁质岩体开展了铬尖晶石矿物化学对比研究（Arif et al.，2006；洪俊等，2015a，2015b）。结果表明，矿石中造矿铬尖晶石的成分以富铬、富镁为特征，其Cr2O3含量为49.22%～62.94%，Al2O3含量为9.22%～19.50%，MgO含量为13.18%～16.17%。副矿物铬尖晶石成分明显不同于造矿铬尖晶石，变化范围较大，相对低铬、富铝，其Cr2O3含量为18.94%～56.98%，Al2O3含量为8.96%～49.54%，MgO含量变化范围与造矿铬尖晶石接近。在铬尖晶石三价离子所占比率图中（图7A），造矿铬尖晶石成分稳定，以富铬为主，而副矿物铬尖晶石在富铁和富铬之间变化，两类铬尖晶石的成分均和世界范围内层状镁铁质–超镁铁质杂岩体中铬尖晶石相似。在Cr#–Mg#关系图解中（图7B），造矿铬尖晶石中随Mg#值降低，Cr#值不断增加，而副矿物铬尖晶石显示随Mg#值降低，Cr#值未见明显的变化趋势，副矿物铬尖晶石样品点多数落在玻安岩和岛弧玄武岩的区域，而造矿铬尖晶石以高Cr#质为特征，基本上落在玻安岩的范围，表明其形成与大洋起始俯冲形成的玻安质熔体有关。
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图 7 穆斯林巴赫铬铁矿床和吉佳尔铬铁矿中铬尖晶石三价离子所占比率图（A）和Cr#–Mg#图解（B）（罗布莎铬铁矿床数据引自洪俊，2011）Figure 7. (A) Trivalent ions proportion and (B) Cr#–Mg# diagram in chrome spinels from the Muslim Bagh and Jijal chromite deposit2.2.3 豆荚状铬铁矿矿床成因
豆荚状铬铁矿的成因一直是铬铁矿成矿理论研究的焦点，但仍未有统一的认识。鲍佩声（2009）、王希斌（2010）基于对罗布莎地幔橄榄岩矿物学研究提出豆荚状铬铁矿是原始地幔高度熔融再造的产物。目前主流观点认为岩石/熔体相互反应的模型更适合解释豆荚状铬铁矿的成因，提出在俯冲带背景下呈地幔楔状的方辉橄榄岩与H2O饱和的玻安岩熔体发生熔体–地幔岩相互反应，形成了富含铂族元素合金的铬铁矿（Zhou et al.，1996，1997，2005；Rollinson et al.，2015）。白文吉等（2005）、杨经绥等（2011）在罗布莎矿区发现金刚石、SiC、呈斯石英假象的柯石英，提出豆荚状铬铁矿的深部地幔成因。熊发挥等（2013，2014）在罗布莎矿床中识别不同成因类型的铬铁矿，认为豆荚状铬铁矿是多阶段形成，经历了从深部到浅部，不同构造环境转变的演化过程。
穆斯林巴赫铬铁矿的成因也存在地幔熔融残余和熔体/地幔岩相互反应两种观点（张洪瑞等，2013），但基本摈弃了早期的岩浆结晶分异的观点，都认为铬铁矿是源自地幔，只是熔融分异过程和机制不同。穆斯林巴赫铬铁矿与中国罗布莎铬铁矿在地质背景、成矿特征、铬尖晶石成分、控矿条件等方面存在一定的相似性，表明其成矿过程也经历了多阶段演化（洪俊等，2015a，2015b）。在大洋中脊环境，地幔对流致使深部地幔物质快速上涌，Cr从单斜辉石、斜方辉石等矿物中释放并聚集，铬尖晶石呈分散的“晶粥”状在上升过程中由于地幔剪切作用下初步富集。在俯冲带环境下，由于俯冲板片所释放出的富含H2O、LREE以及大离子亲石元素（LILE）的流体交代已亏损地幔橄榄岩，降低了其部分熔融所需温度，产生大量熔体并发生广泛的熔体–地幔相互反应，抑制了熔体中硅酸盐格架的形成，有利富Cr熔体的聚集，形成工业矿体。在演化过程中，铬铁矿矿体和赋矿地幔橄榄岩均发生了高温塑性变形，豆荚状构造被水平剪切作用改造成条带状，局部出现拉分构造，随后的洋壳仰冲和大陆碰撞使矿床就位于板块缝合带中。
通过对比铬铁矿产出形态、赋矿围岩以及铬尖晶石成分，北部蛇绿岩带中吉佳尔铬铁矿明显不同于穆斯林巴赫、贝拉等典型的豆荚状铬铁矿。吉佳尔铬铁矿产于层状镁铁质–超镁铁质杂岩中，含矿的纯橄榄岩也发育层状构造，属于莫霍面以上的堆晶成因纯橄岩，而非地幔橄榄岩的组成部分。另外，铬铁矿以浸染状为主，呈层状、条带状构造，区别于典型的豆荚状构造，其成因类似于层状铬铁矿，属于岩浆晚期结晶分异的产物。
2.3 铅锌矿
2.3.1 铅锌矿分布与形成时代
巴基斯坦胡兹达尔–拉斯贝拉铅锌成矿带（图8）是特提斯巨型铅锌成矿带的重要组成部分，也是巴基斯坦最有潜力的铅–锌–重晶石成矿区（Ahsan et al.，1997，1999）。该带位于卡拉奇与奎达之间，南北向延伸超过300 km，发育有众多沉积岩容矿铅锌矿床或矿化点，主要矿床有杜达、贡尕、苏迈等，规模均达中型以上。张辉善（2021）对该区矿床研究认为，矿床主要类型为喷流沉积型（SEDEX）和密西西比河谷型（MVT），SEDEX型矿床成矿时代主要集中在早—中侏罗世，代表大洋伸展裂解的被动大陆边缘下陷盆地和大陆裂谷伸展盆地环境成矿。MVT矿床成矿时代主要集中在新生代，与特提斯带内其它MVT矿床成矿时代类似，代表特提斯碰撞造阶段褶皱逆冲系内成矿。
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图 8 巴基斯坦胡兹达尔–拉斯贝拉地质简图（据Song et al.，2019修）Figure 8. Simplified geological map of Khuzdar–Lasbela, Pakistan2.3.2 成矿构造环境
胡兹达尔–拉斯贝拉铅锌成矿带位于巴基斯坦中轴带（Axial Belt）南段（Husain et al.，2002），是印度板块向北运动，随后与阿富汗微陆块、中伊朗微陆块碰撞的结果，其西部以贝拉蛇绿岩带为界，其东为喜马拉雅前陆盆地（图6）（Song et al.，2019）。该地区有多处层控型铅锌矿床矿，广泛分布于侏罗纪沉积岩中，区内出露的地层主要为侏罗纪费罗扎巴德群（Ferozabd Group）和侏罗纪—白垩纪帕尔群（Parh），由老到新依次为斯平沃组、劳瑞莱组、安吉拉组、塞姆班组，其中，下白垩统—上侏罗统塞姆班组不整合上覆侏罗纪费罗扎巴德群。这些具有重要经济价值的铅锌矿和重晶石矿均位于劳瑞莱组碳酸盐岩层序和安吉拉组深海硅质碎屑岩层序中（图9）（Ahsan et al.，1997，1999）。
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Figure 9. Schematic diagram of mineralization structure of Pb–Zn deposits in Khuzdar–Lasbela area该区构造演化主要与两期造山运动有关（Ahsan et al.，1999）。第一期造山作用发生在晚三叠世到白垩纪期间，与冈瓦纳大陆的裂解有关（Powell，1979；Lydon，1989；Ahsan et al.，1999）。在这个阶段，裂谷作用和区域伸展构造起关键作用，区内的赋矿岩石代表了伸展构造体制下的沉积作用，而侏罗系费罗扎巴德群的纵向相变则反映了裂谷作用（Ahsan et al.，1999）。第二期造山运动则是由印度板块与图兰地块分离造成的（Powell, 1979）。晚白垩世—古近纪期间，印度板块在西部与欧亚板块中的阿富汗陆块和中伊朗陆块碰撞，导致在巴基斯坦中南部形成近南北向的穆斯林巴赫–贝拉蛇绿岩带（Ahsan et al.，1999）。
2.3.3 矿床成因
胡兹达尔–拉斯贝拉铅锌成矿带中，矿床成因类型主要为喷流沉积型和密西西比河谷型。
喷流沉积型：该类铅锌矿主要产于中上侏罗统的碳酸盐岩、泥岩和细粒碎屑岩中，容矿岩石多为暗灰色灰岩和浅灰色钙质页岩。矿体产状与赋矿地层基本一致，多呈似层状，其上部和顶部常发育重晶石和萤石。矿石以方铅矿和闪锌矿为主，伴生银和锑等组分。喷流沉积型铅锌矿主要有杜达和贡尕等矿床。贡尕铅锌矿受中上侏罗统安吉拉组控制，矿体呈层状产出，矿石组分为方铅矿、闪锌矿、硫锑铅矿、针硫锑铅矿、黄铁矿、重晶石等。杜达铅锌矿也受中上侏罗统安吉拉组控制，产于灰黑色灰岩和泥岩中，具有多阶段成矿的特点，矿石矿物以闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、白铁矿为主，脉石矿物主要包括石英、方解石和有机质。
密西西比河谷型：该类铅锌矿与喷流沉积型铅锌矿均主要分布在俾路支省的胡兹达尔–拉斯贝拉地区，该区主要岩性为厚层深灰色灰岩，夹有浅灰色页岩、砂岩和泥岩。矿体主要产于下侏罗统劳瑞莱组中，矿体主要呈浸染状、层状、透镜状等，金属矿物主要有方铅矿、闪锌矿，含少量的黄铜矿、针硫锑矿、黄铁矿、白铁矿等。该地区典型的密西西比河谷型铅锌矿为苏迈铅锌矿床。
张辉善（2021）厘定了杜达（Duddar）铅锌矿成因类型 属于喷流沉积型，并受后期改造改造作用。通过碳质泥岩（含矿围岩）Re–Os定年，获得杜达矿床铅锌成矿年龄为（187.8±6.3） Ma。 初步建立杜达铅锌矿多阶段成矿模型，早期阶段深部热液流体沿同生断裂上涌，形成网脉状矿石，成矿物质主要来源于底部岩石。晚期阶段，随着成矿作用持续进行，热液流体与 富含矿物质的沉积物不断发生反应，形成层状和角砾状矿体，其中S2–主要是海水硫酸盐矿物经历了TSR和BSR过程所提供，成矿物质主要来源于底部岩石和含矿围岩。在该阶段层状矿体形成中，记录了黄铁矿从早期富集轻硫，后期富集重硫的生长过程。
2.4 碳酸岩型稀土矿
2.4.1 碱性岩浆活动期次和时代
白沙瓦平原碱性火成岩省（PPAIP）位于巴基斯坦西北部KPK省，以广泛出露的碱性花岗岩、正长岩、霞石正长岩和碳酸岩为特征。大地构造位置属于印度板块西北缘，由晚古生代—中生代的变质岩和不同时代的碱性岩组成，故而被定义为白沙瓦平原碱性火成岩省（PPAIP）（Kempe et al.，1970，1980；Coward et al.，1987）。PPAIP北侧以主地幔逆冲断裂（MMT）为界，南侧则由主边界逆冲断裂（MBT）所分隔，构成约300 km宽的喜马拉雅逆冲褶皱带（Khattak et al.，2012）（图10）。该单元的地质特征主要表现为由早古生代的结晶基底和具有低喜马拉雅的沉积变质盖层组成，变质相为绿片岩相–角闪岩相。碳酸岩和相关的碱性岩侵位于强烈变形的变质地层中，变形构造主要是在～50 Ma印度–欧亚大陆碰撞过程所形成的（Hussain et al.，2004；Dipietro et al.，2004；Hou et al.，2009；Ahmad et al.，2013）。PPAIP由若干个碱性岩–碳酸岩杂岩体构成，包括Loe Shilman碳酸岩、Michni 碱性岩、 Warsak 碱性花岗岩、Koga 碳酸岩–碱性杂岩、Sillai Patti碳酸岩和Tarbela碱性岩等（Butt et al.，1989；Ahmad et al.，1990）。
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图 10 白沙瓦平原碱性火成岩省大地构造位置（A）和区域地质图（B）Figure 10. (A) Tectonic map and (B) Geological map of the ccurrences of carbonatite complexes in Peshawar Plain alkaline igneous province (PPAIP)通过对Koga和Dunkeldik碳酸岩开展锆石U–Pb年代学研究，并结合前人已经发表的年代学数据，将巴基斯坦北部的碳酸岩–碱性岩浆活动划分为两个期次。研究区最早的碱性岩浆活动为晚石炭世—早二叠世，包括Koga和Loe Shiman 碳酸岩。前人主要采用Rb–Sr法和K–Ar法开展年代学研究，Ahmad 等（2013）统计了这些测年结果，这些数据跨度范围较大，约为468～265 Ma。洪俊（2021）利用高精度SHRIMP锆石U–Pb获得Koga碱性岩的形成时代，为早期碱性岩浆活动提供重要的约束。两件英碱正长岩中锆石记录的206Pb/238U年龄比较集中，为291.0～278.5 Ma，加权平均值分别为（283.6±1.7） Ma（MSWD = 1.4，n = 17）和（281.9±1.6） Ma（MSWD = 1.4，n = 17）。Koga正长岩样品获得的年龄与英碱正长岩非常接近，206Pb/238U年龄加权平均值为（282.6±1.6） Ma（MSWD = 0.66，n = 20）。另外，碱性花岗岩样品获得的206Pb/238U年龄加权平均值为（306.5±3.7） Ma（MSWD = 2.56，n = 18）。第二期碳酸岩–碱性岩的侵位时代为古近纪，以白沙瓦地区的Jambil和Sillai Patti碳酸岩为代表。Sillai Patti碳酸岩中黑云母K–Ar法获得的年龄为（31±2.0） Ma，但也有研究者认为随后的逆冲断裂活动会导致黑云母在造山运动中发生重置，影响年龄的准确性（Le Bas et al.，1987；Mian，1988）。除了在白沙瓦碱性火成岩省的古近纪碱性岩浆活动外，最近还有学者报导在科希斯坦岛弧中也发育伴有REE矿化的正长岩类，并通过锆石U–Pb法获得正长岩的结晶年龄为（31.2±0.3） Ma（Hussain et al.，2020）
2.4.2 碳酸岩–碱性岩岩石地球化学特征
Sillai Patti碳酸岩主要为中–粗粒粒状结构，块状构造，主要矿物组成包括方解石（65%～75%）、磷灰石（10%～15%）、角闪石（＜5%）、黑云母（＜5%）和少量的霓辉石、钠长石、独居石、钾长石、石英、钠铁闪石，以及不透明矿物菱铁矿、磁铁矿等。岩石中的主要含REE矿物除了独居石外，见少量烧绿石、褐帘石。方解石（0.3～2 mm）呈半自形–他形结构（图11A ），显示中等–强波状消光特征，局部见铁质析出，沿着晶体边缘向中心逐渐被菱铁矿取代（图11B）。霓辉石（0.2～1 mm）呈自形晶，显示港湾状边缘，常与方解石和黑云母共生（图11C）。角闪石主要见钠铁闪石，显示多色性，呈菱形柱状穿插早期的方解石颗粒（图11D）。磷灰石是Sillai Patti碳酸岩中除方解石外主要矿物，以他形粒状、柱状为主，粒径为0.2～3 mm（图11E、图11F）。钠长石等硅酸盐矿物以矿物包裹体形式出现在碳酸岩中，钠长石或呈细粒集合体形式，其中包含自形的细粒方解石颗粒（图11G ），或呈大的椭圆形矿物包裹体，其边缘镶嵌细粒黑云母颗粒（图11H），硅酸盐矿物包裹体与周围方解石颗粒接触关系截然（图11I）。
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图 11 巴基斯坦西北部白沙瓦碱性火成岩省Sillai Patti碳酸岩代表性显微照片A. 粗粒碳酸岩中方解石和黑云母颗粒，方解石解理发育，黑云母在方解石粒间充填；B. 岩石发生蚀变，方解石局部出溶菱铁矿；C. 碳酸岩中半自形的霓辉石颗粒，与黑云母、方解石共生；D. 棕色的角闪石颗粒呈棱柱状，穿插早期的方解石颗粒；E. 碳酸岩中磷灰石含量较高，呈蓝色，与钠铁闪石共生；F. 方解石颗粒中呈自行晶的磷灰石；G.细粒钠长石颗粒与自形的细粒方解石；H.钠长石呈矿物包裹体形式出现，内部包含方解石，边部为细粒黑云母；I. 细粒钠长石组成矿物包裹体，与方解石界线截然；Ab.钠长石；Agt.霓辉石；Ap.磷灰石；Bt.黑云母；Cal.方解石；Sd.菱铁矿Figure 11. Representative photomicrographs of rocks from the studied carbonatite complexes of the Sillai Patti area, NW Pakistan碳酸岩总体上具有较低的SiO2含量（≤ 2.0%）和全碱含量（K2O + Na2O ≤ 0.5%），全铁FeOt和MgO变化范围较大，分别为0.87%～6.01% 和0.4%～2.12%。根据Woolley等（2008）对火成碳酸岩的分类，利用CaO, FeOt + MnO 和MgO含量的三角图解，所有碳酸岩样品划分为钙质碳酸岩（Hong et al.，2019）。Koga正长岩类具有较高的SiO2（62.79%～65.58%）、Al2O3 （16.92%～18.55%）和全碱（K2O + Na2O = 11.86%～12.89%；Na2O > K2O）含量，和较低的MgO（0.10%～1.66%）、TiO2（0.10%～0.29%）含量。
Sillai Patti碳酸岩的Sr、Nd同位素组成主要以相对高的Sr初始比值（（87Sr/86Sr）i = 0.70474～0.70557）和负的εNd（t）值（−2.21～−1.71）为特征。碳酸岩中方解石的Sr–Nd同位素具有类似的特征，（87Sr/86Sr）i值为0.70475～0.70486，εNd（t）值为−3.6～−3.2。所有的数据点均投点在HIMU–EMI混合线上（图12）。而Koga地区的碳酸岩–碱性岩的Sr–Nd同位素特征明显与Sillai Patti碳酸岩不同，表现为较低的Sr初始比值）和正的εNd（t）值，（87Sr/86Sr）i 值为0.70233～0.70382，εNd（t）值为+3.10～+3.47（图12）。Sillai Patti碳酸岩的Pb同位素以相对稳定的208Pb/204Pb值（39.427～39.585）和207Pb/204Pb 值（15.553～15.643），变化较大的206Pb/204Pb（18.67～20.31）值为特征。
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图 12 巴基斯坦西北部碳酸岩以及世界范围内碳酸岩的全岩Sr–Nd同位素图解Figure 12. Whole–rock Sr–Nd isotopic compositions of carbonatite from NW Pakistan and carbonatites from around the world2.4.3 碳酸岩型REE矿成岩–成矿机制
微量和稀土元素分析数据显示，Sillai Patti碳酸岩以强烈富集Sr、Ba和LREE，相对亏损Nb、Ta为特征（Hong et al.，2019）。碳酸质岩浆演化中可以通过壳内过程达到Sr、Ba和LREE的强烈富集，如亚固相下的再活化过程（Ling et al.，2013）和流体不混溶过程（Yang et al.，2019）。但Sillai Patti碳酸岩缺乏与同时代的碱性岩共生，所以不能用碳酸质岩浆与硅酸盐岩浆液态不混溶来解释。前人的研究已经证明，世界范围的大多数碳酸的Sr–Nd–Pb同位素特征类似于OIB（Hou et al.，2015b），这些碳酸岩被广泛认为是起源于软流圈物质上涌或者地幔柱活动触发的岩石圈地幔部分熔融（Bell et al.，2010）。Sr–Nd同位素分析结果显示，Sillai Patti碳酸岩具有高Sr、低Nd的同位素比值及负的εNd（t）值（–2.2～–1.7）。在Sr–Nd同位素图解中（图12），所有样品均落在HIMU–EMI的混合线，且更加靠近EMI地幔端元。这种Sr同位素组成的碳酸岩是受到与地壳物质相互作用的低温蚀变引起的（Simonetti et al.，1995）。此外，Pb同位素的异常也暗示原始碳酸质熔体上升过程中受到地壳的Pb混染。C-O同位素组成显示所有的Sillai Patti碳酸岩样品较原生的火成碳酸岩具有重的δ18O值，也是低温热蚀变的结果。综上所述，笔者认为Sillai Patti碳酸岩起源于次大陆岩石圈地幔部分熔融，并受到地壳物质的混染。
绝大多数的内生轻稀土矿床都与碳酸岩和（或）碱性杂岩体有关，碳酸岩也经常作为稀土勘探的主要岩石类型（Kanazawa et al.，2006）。碳酸岩是所有火成岩中REE含量最高且轻重REE分异最大的岩石类型之一，REE平均含量高于原始地幔500～1000倍（Nelson et al.，1988），但仅有少数碳酸岩蕴含具有经济价值的稀土矿床（Woolleyet al.，2008）。根据已有研究，无矿碳酸岩主要分布在东非裂谷附近，而含矿碳酸岩主要位于克拉通边缘或造山带环境，如内蒙白云鄂博（Yang et al.，2009，2016）、川西地区的牦牛坪（Hou et al.，2006）和南秦岭地区庙垭（Xu et al.，2010）是中国与碳酸岩有关的大型稀土矿床。形成大型–超大型碳酸岩有关的稀土矿的控制因素在最近的研究中广泛讨论（Hou et al.，2015b；Jia et al.，2020；Feng et al.，2020）。大规模的碳酸岩–碱性岩体、广泛发育的后期热液蚀变、多阶段构造作用、高度演化的流体的参与等（Liu et al.，2017），此外，地幔源区特征、岩浆和热液演化过程对成矿也具有关键控制作用（Jia et al.，2020）。
Sillai Patti碳酸岩起源于受俯冲沉积物流体交代的岩石圈地幔部分熔融，源区有一定程度的REE预富集，但尚未形成工业规模的REE矿床，因为不发育伟晶岩阶段及后期热液阶段，缺乏大规模热液作用的进一步富集。P的地球化学行为对岩浆中REE含量具有重要控制作用（Feng et al.，2020）。P元素的存在使得在地幔低程度部分熔融过程或者碳酸岩-硅酸盐液态不混溶过程中碳酸质岩浆进一步富集更多的REE。但一旦岩浆中非常富P时，将会在分离结晶过程中出现P的过饱和，导致富P矿物（如磷灰石）或者富P的熔体发生分离，进而致使岩浆演化过程中亏损REE。
3. 构造–岩浆演化与区域成矿规律讨论
3.1 巴基斯坦构造–岩浆演化
巴基斯坦处于欧亚板块、阿拉伯板块和印度板块的交汇部位，中生代以前分别属于三大板块的范畴，中生代以来，由于印度板块向西北的斜向俯冲，导致新特提斯洋消亡和随后的陆-陆碰撞，形成了现今的大地构造格局，其构造演化历史及成矿作用也与新特提斯演化与陆–陆碰撞过程密切相关（张洪瑞等，2010；吕鹏瑞等，2017）。
在晚石炭世—早二叠世，冈瓦纳大陆北缘发生裂谷作用，微陆块裂解并向北漂移导致新特提斯的形成（Palin et al.，2018）。这次裂解事件形成了Panjal Traps群超过3000 m厚的高Ti溢流玄武岩，代表了典型的大火成岩省产物（Palin et al.，2018）。洪俊（2021）利用SHRIMP锆石U–Pb对巴基斯坦北部碳酸岩–碱性岩开展年代学研究，结果显示Koga碱性岩形成的时代为（283.6±1.7） Ma和（281.9±1.6） Ma，与早二叠世冈瓦纳大陆北缘的裂解时限接近。
晚侏罗世（158～155 Ma），新特提斯洋处于汇聚阶段，沿着新特提斯洋中的转换断层发生洋内初始俯冲，形成了典型的英云闪长岩–弧前玄武岩–玻安岩岩石组合，代表了科希斯坦弧初始俯冲阶段的岩浆产物。
晚白垩世，阿拉伯板块向北运动，推动这新特提斯洋盆的持续消减，生成了一系列火山岩浆弧，在巴基斯坦的西南部的查盖地区发育一套晚白垩世的玄武安山岩–安山岩系列，具有明显的岛弧岩浆岩地球化学特征（Nicholson et al.，2010；Richards et al.，2012）。因此，查盖岩浆弧也被认为是一个洋内弧。在巴基斯坦北部，新特提斯洋俯冲消减，导致科希斯坦弧于欧亚板块发生碰撞，弧–陆碰撞导致什约克（Shyok）小洋盆的闭合，形成了什约克缝合带。晚白垩世是科希斯坦岩浆作用的一个明显峰期，以（100～90） Ma科希斯坦岩基为代表，下部由辉长岩和辉长苏长岩组成，中上部由闪长岩和花岗闪长岩组成，岩石具有典型陆缘弧地球化学特征。
Ding等（2016）根据巴基斯坦北部喜马拉雅古新世—中新世地层序列及碎屑锆石数据认为印度-欧亚大陆的初始碰撞为（56～55） Ma。古近纪是科希斯坦弧岩浆作用的爆发期，结合前人的年代学数据，岩浆岩的年龄大多为（53～47） Ma，岩浆峰期在50 Ma左右，并广泛分布于Yasin、Gilgit一带，是同碰撞花岗岩的代表。
渐新世—中新世（26～10 Ma）以来，印度–欧亚板块进入后碰撞伸展阶段，在冈底斯南部广泛发育二长花岗斑岩、二长斑岩以及英安岩和流纹岩，这些岩石具有高硅、高铝、高Sr/Y值，显示出埃达克质岩石的典型地球化学特征。因此，大多数研究认为这些岩石起源于新生加厚下地壳的部分熔融（Yang et al.，2016）。在巴基斯坦北部，后碰撞阶段主要发育地壳部分熔融的淡色花岗岩，呈岩席状侵入早期科希斯坦岩基中。此外，在喜马拉雅、科希斯坦弧和南帕米尔，还发育渐新世—中新世的碱性岩-碳酸岩岩浆活动（包括Sillai Patti和Dunkeldik碳酸岩）。碳酸岩–碱性岩的形成是由于在后碰撞阶段板片断离或局部岩石圈拆沉作用导致软流圈物质上涌，进而触发的次大陆岩石圈地幔部分熔融的产物，受地壳混染和低温蚀变的影响。
在巴基斯坦西部，阿拉伯板块和欧亚板块之间的初始碰撞时限也存在争议，但多数研究认为是（35～25） Ma（Agard et al.，2011； Mouthereauet al.，2012；Hou et al.，2015c）。阿拉伯板块向北斜向俯冲碰撞，火山作用主要位于伊朗东部的鲁特地块和查盖岩浆弧，诱发弧岩浆活动和一系列构造变形，发育了查曼大型逆冲走滑断裂系和由NW向、NE向呈拱形的大恰帕尔、拉吉科和德拉纳科断层。
始新世—渐新世，阿拉伯板块、印度板块和欧亚板块碰撞形成的缝合带起于土耳其西部的塞浦路斯，向东到土耳其的比特利斯缝合带，沿伊朗的扎格罗斯缝合带向东南方向入阿曼湾，在洋底以莫克兰海沟的形式出现，最终在巴基斯坦的瓦济里斯坦–穆斯林巴赫–贝拉缝合带登陆。在巴基斯坦西南部的莫克兰残余洋盆至今尚未关闭，印度洋洋壳平缓向北持续俯冲，在查盖地区形成了中—晚始新世（43～37 Ma）、早中新世（24～21 Ma和18～15 Ma）、中中新世（13～10 Ma）和晚中新世—早上新世（6～4 Ma）4期浅成斑岩和火山活动，斑岩和火山岩的岩石地球化学研究均显示典型陆缘弧地球化学特征。
3.2 区域成矿规律
与蛇绿岩有关的铬铁矿、斑岩型铜金矿以及碳酸岩型稀土矿床是特提斯构造域的特色成矿类型（张洪瑞等，2010），这3种类型矿床在巴基斯坦广泛发育，铬铁矿主要沿科希斯坦弧南部缝合带、中部瓦济里斯坦-穆斯林巴赫–贝拉缝合带分布，斑岩型矿床集中在巴基斯坦西南部的查盖岩浆弧，而碳酸岩型稀土矿主要分布在巴基斯坦北部白沙瓦地区和南帕米尔地区。巴基斯坦不同类型矿床的产出与新特提斯洋演化及大陆碰撞过程密切相关（图13），SEDEX型铅锌矿床形成于新特提斯洋盆扩张阶段，与镁铁质–超镁铁质岩有关的铬铁矿形成于洋盆俯冲消减阶段，在陆陆碰撞阶段仰冲就位。碳酸岩形成于二叠纪和新生代两个时期，晚期的碳酸岩与稀土成矿密切相关，形成于后碰撞伸展阶段，可能与局部岩石圈拆沉作用有关。查盖斑岩铜矿带主体成矿时代为（22～11） Ma，但在该地区还残余尚未关闭的洋盆，先进仍处于俯冲阶段。在厘定巴基斯坦构造–岩浆演化的基础上，通过典型矿床的对比研究，建立构造演化–成矿模型（图14），总结区域成矿规律，初步分析巴基斯坦优势矿产资源潜力。
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图 13 巴基斯坦主要构造事件与矿床时空结构分布示意图Figure 13. Tectonic events and main mineral deposits spatiotemporal distribution of Pakistan![]()
图 14 巴基斯坦不同阶段构造–岩浆演化与成矿模式图A. 新特提斯洋消减阶段，俯冲板片脱水加速地幔部分熔融，产生的玻安质熔体与亏损的地幔橄榄岩相互反应形成铬铁矿；B. 55～50 Ma，印度–欧亚大陆发生碰撞，在后碰撞构造体制下，局部岩石圈拆沉作用触发岩石圈地幔部分熔融产生碳酸质岩浆和碱性岩浆；C. 巴基斯坦西南部的莫克兰–查盖地区，北印度洋洋壳持续向北俯冲，形成俯冲型斑岩铜矿床；D. 巴基斯坦构造位置和不同构造体制相对位置示意图Figure 14. Tectono-magmatic evolution and mineralization model of Pakistan3.2.1 蛇绿岩有关的铬铁矿
在巴基斯坦存在两种不同类型的铬铁矿，一类以吉佳尔层状铬铁矿赋存于科希斯坦弧的底部，形成于大洋俯冲阶段（晚侏罗世—早白垩世）。岩石地球化学和铬尖晶石矿物化学成分图解显示其形成于岛弧环境，与初始俯冲阶段的玻安质熔体有关，显示易剥橄榄岩–方辉橄榄岩–纯橄岩的结晶分异序列，是高温环境下科希斯坦弧底部超基性岩浆堆晶作用的产物。第二类以中部蛇绿岩带中穆斯林巴赫矿床为代表，赋存在穆斯林巴赫型蛇绿岩底部地幔橄榄岩中，蛇绿岩形成时代为～80 Ma，在晚白垩世—古近纪时期仰冲就位（Xiong，2011）。岩石地球化学显示其具有SSZ型蛇绿岩的特征（Kakar et al.，2014）。铬铁矿的产出与方辉橄榄岩＋纯橄岩的岩相组合密切相关，巴基斯坦穆斯林巴赫铬铁矿含矿围岩以方辉橄榄岩和纯橄岩为主，绝大部分产于蛇纹石化纯橄岩中，均不含或者含极少的二辉橄榄岩。在地幔岩石部分熔融作用过程中，单斜辉石熔融释放出铬进入熔体，是铬富集成矿的重要来源，部分熔融达到一定程度，单斜辉石消失，形成方辉橄榄岩和纯橄榄岩，所以含矿蛇绿岩中一般不出现大量二辉橄榄岩。大洋环境的俯冲带之上（SSZ）是富铬型铬铁矿形成的有利构造环境（Pearce et al.，1984；Zhou et al.，1996）。新特提斯缝合带中典型豆荚状铬铁矿床研究表明，其形成的构造环境为岛弧相关环境或者经历了MOR向SSZ构造环境的过渡（Arif et al.，2006）。巴基斯坦的德尔盖、尚拉–明戈拉、瓦齐里斯坦、穆斯林巴赫和贝拉岩体5个岩体的特征，接近中国的罗布莎岩体，富Cr、贫Al、低Ti，这也是世界上典型阿尔卑斯型铬铁矿的特征。这几个岩体中的副矿物铬尖晶石所反映的成矿构造环境是从MOR向SSZ的过渡环境，在SSZ环境，俯冲洋壳所释放出的富含H2O以及大离子亲石元素的流体交代其上部呈地幔楔产出的亏损地幔橄榄岩，降低了地幔橄榄岩的熔点，且伴随着俯冲带环境的挤压作用，俯冲带之上已亏损的地幔橄榄岩发生再次高度熔融并产生快速上升，加剧了地幔橄榄岩的高度熔融，形成了富铬型铬铁矿。综上所述，巴基斯坦的穆斯林巴赫、瓦济里斯坦以及贝拉等岩体主要赋存在SSZ型蛇绿岩中，有一定的规模、部分熔融程度较高，显示特定的岩相组合，具有较好的找矿潜力。
3.2.2 斑岩型铜（金）矿
查盖火山岩浆弧是巴基斯坦最重要的铜金成矿带，已经发现包括雷克迪克（Reko Diq）和山达克（Saindak）大型–超大型斑岩型铜金矿，先后先后经历了中—晚始新世（43～37 Ma）、早中新世（24～22 Ma和18～16 Ma）、中中新世（13～10 Ma）和晚中新世—早上新世（6～4 Ma）4次主要成矿作用（Siddiqui et al.，2007；Perelló et al.，2008）。山达克斑岩铜金矿主要赋存在石英闪长斑岩中，矿化类型为细脉型、细脉浸染型和少量角砾岩型。矿床发育钾硅酸盐化、娟英岩化和青磐岩化等围岩蚀变类型，具有良好的蚀变分带，该矿床具有典型的斑岩型矿床的蚀变分带特征。岩石地球化学特征显示其为中钾钙碱性岩石系列，具有埃达克质岩石地球化学特征，富集不相容元素、亏损高场强元素，具有高Sr、低Y和高Sr/Y值。但其Sr/Y值（52～83）和La/Yb值（10～25）明显低于冈底斯带和伊朗克尔曼成矿带后碰撞环境下的含矿斑岩（Aghazadeh et al.，2015；张洪瑞等, 2018）。查盖成矿带经历了洋内弧到陆缘弧两个阶段，新特提斯洋在晚白垩纪—始新世的俯冲形成洋内弧，远离大陆边缘，始新世—渐新世，随着新特提斯洋的消减，岛弧逐渐向北漂移，以拼贴的方式增生到中阿富汗陆块南缘。随后，渐新世—第四纪北印度洋大洋板块以低角度俯冲形成一系列钙碱性系列火山岩和浅成斑岩岩株，岩浆起源于俯冲板片和上覆沉积物脱水交代地幔楔部分熔融（图14）。伊朗的克尔曼成矿带和冈底斯成矿带的中新世斑岩铜矿形成于后碰撞构造环境，岩浆起源于加厚的新生下地壳部分熔融，受板片断离或岩石圈拆沉诱发的软流圈物质上涌以及大陆后碰撞阶段伸展构造体制下。
综合对比分析，认为查盖斑岩铜矿带形成于俯冲构造环境下，其构造背景和深部动力学机制不同于后碰撞构造环境下斑岩铜矿，而类似于典型俯冲带斑岩型矿床，俯冲带构造环境也被认为是斑岩型矿床形成的最有利的构造环境（Sillitoe，2010；Richards，2012）。目前，在巴基斯坦查盖成矿带中目前已发现40余处斑岩型矿床（点），包括雷克迪克世界级斑岩铜矿，是世界最大的未开发铜矿之一。该成矿带中还有大量的斑岩铜矿化未经系统勘查和评价，找矿潜力巨大。此外，除了斑岩型铜矿床外，与斑岩型矿床空间密切相关的浅成低温热液型金矿和矽卡岩型铜多金属矿床也具有很大找矿潜力。
3.2.3 碳酸岩型REE矿床
巴基斯坦的碳酸岩–碱性岩主要分布在西北部白沙瓦平原碱性火成岩省（PPAIP），包括Loe Shilman碳酸岩、 Michni 碱性岩、 Warsak 碱性花岗岩、 Koga 碳酸岩–碱性杂岩、Sillai Patti碳酸岩和Tarbela碱性岩等（Butt et al.，1989；Ahmad et al.，1990）。通过对Koga和Dunkeldik碳酸岩开展锆石U–Pb年代学研究，并结合前人已经发表的年代学数据，将巴基斯坦北部的碳酸岩–碱性岩浆活动划分为早二叠世、渐新世—中新世。早期Koga碳酸岩的Sr–Nd–Pd同位素特征显示其有较低的Sr初始比值和正的εNd（t）值，（87Sr/86Sr）i 值为0.70233～0.70382，εNd（t）值为+3.10～+3.47，表明其源区具有HIMU和EMI两种地幔端元混合的特征，与东非裂谷带和北美碳酸岩等裂谷环境下碳酸岩的同位素特征相似（Nelson et al.，1988；Bell et al.，2010）。在（87Sr/86Sr）i–206Pb/204Pb 和 143Nd/144Nd–206Pb/204Pb图解中，Koga碳酸岩样品基本FOZO（Focal Zone）区域，类似于大部分板内侵入岩的特征。因此，笔者推测早期碳酸岩形成与早二叠世冈瓦纳大陆北缘的裂解事件有关，其源区特征和岩石成因与东非裂谷碳酸岩相似，碳酸岩中稀土总量较低，属于无矿碳酸岩。
Sillai Patti碳酸岩以富含磷灰石为特征，主要矿物组成包括方解石（65%～75%）、磷灰石（10%～15%）、角闪石、黑云母和少量的霓辉石、钠长石、独居石、钾长石、石英、钠铁闪石以及不透明矿物。岩石中的主要含REE矿物除了独居石外，见少量烧绿石、褐帘石。Sr-Nd同位素分析结果显示，Sillai Patti碳酸岩具有高Sr、低Nd的同位素比值及负的εNd（t）值（–2.2～–1.7）。在Sr–Nd同位素图解中（图12），所有样品均落在HIMU–EMI的混合线，且更加靠近EMI地幔端元。C–O同位素组成显示所有的Sillai Patti碳酸岩样品较原生的火成碳酸岩具有重的δ18O值，也是低温热蚀变的结果。综上所述，认为Sillai Patti碳酸岩起源于印度次大陆岩石圈地幔部分熔融，并受到地壳物质的混染，而触发部分熔融的深部动力学机制可能是后碰撞构造体制下局部岩石圈的拆沉作用（图14B）。Sillai Patti碳酸岩起源于受俯冲沉积物流体交代的岩石圈地幔部分熔融，源区有一定程度的REE预富集，但尚未形成工业规模的REE矿床，因为不发育伟晶岩阶段及后期热液阶段，缺乏大规模热液作用的进一步富集。通过对Sillai Patti碳酸岩中磷灰石的原位微量元素测试表明，这些磷灰石具有极高的REE含量（∑REE = 6637×10–6～7800×10–6）。P的地球化学行为对岩浆中REE含量具有重要控制作用（Feng et al.，2020），磷灰石或者富P的熔体早期发生分离，致使岩浆演化过程中亏损REE，也不利于形成REE矿床。
综上所述，与碳酸岩有关的稀土矿床成矿与地幔源区预富集、岩浆演化过程、热液阶段流体活动密切相关。首先，形成大型-超大型碳酸岩有关的REE矿床，需要富集REE的地幔源区，REE元素的初始预富集，是碳酸岩型REE矿床形成的重要基础。地幔源区经历交代作用过程，从而使得碳酸岩具有较高放射性的Sr同位素组成。这类交代地幔的流体可能来自俯冲大洋沉积物脱水产生的富CO2流体或者蚀变洋壳产生的流体，本区主要以前者为主。其次，岩浆演化中适当的P元素存在会使得在液态不混溶等过程中REE元素向碳酸质岩浆中迁移，稀土元素进一步富集，但当P元素过饱和时，会导致REE随着磷灰石等富P矿物分离，使岩浆中不断亏损REE，无法形成工业规模的REE矿床。此外，在岩浆期后的热液阶段存在REE再次富集，可能是大规模成矿的重要阶段。REE矿化发生在低温热液过程中，伴随着大规模萤石、重晶石、方解石等脉石矿物的形成。因此，区域上诸如Dunkeldik碳酸岩，以萤石+重晶石+方解石+氟碳铈矿的矿物组合的碳酸岩更加具有REE找矿潜力，因为在热液阶段，F–、SO42–和CO2对稀土的迁移和进一步富集沉淀非常关键。
4. 结论
（1）胡兹达尔–拉斯贝拉成矿带为特提斯铅锌巨型成矿带的组成部分，主要类型包括喷流–沉积型（SEDEX型）和密西西比河谷型（MVT型）。杜达铅锌矿成因类型属于SEDEX型，并受后期改造作用，其成矿物质主要来源于基底岩石和容矿围岩，成矿时代为（187.8±6.3） Ma，即早侏罗世，是新特提斯洋盆扩张阶段的产物。
（2）巴基斯坦的铬铁矿成因类型包括两类，一类以吉佳尔铬铁矿为代表，矿石显示高度富铬、富铁的特征，呈明显的层状构造，是科希斯坦岛弧底部早期演化超镁铁质岩浆结晶分异的产物，与起始俯冲过程有关；另一类以穆斯林巴赫铬铁矿代表，属于典型的与蛇绿岩有关的豆荚状铬铁矿，产于蛇绿岩地幔橄榄岩底部。蛇绿岩均具有SSZ的特征，形成于复合构造环境，经历了从深部到浅部，不同构造环境转变的演化过程。
（3）巴基斯坦查盖斑岩型成矿带先后经历了中—晚始新世以来4次斑岩成矿作用。矿床地质特征和含矿斑岩的地球化学特征显示其属于俯冲型斑岩铜矿，而不同于后碰撞构造体制下的斑岩铜矿，斑岩矿床的形成与北印度洋大洋板块持续低角度俯冲密切相关。
（4）巴基斯坦的碱性岩–碳酸岩岩浆活动具有多期性，早期的Koga碳酸岩形成于裂谷相关环境，与冈瓦纳大陆北缘二叠纪裂谷作用有关。晚期的碳酸岩起源于次大陆岩石圈地幔部分熔融，并受到地壳物质的混染，其形成机制与印度板块–欧亚板块后碰撞构造体制下伸展作用有关。与碳酸岩有关的稀土矿床成矿作用与地幔源区预富集、岩浆演化过程和晚期热液阶段流体活动密切相关。
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图 1 特提斯构造域主要缝合带分布及巴基斯坦所处位置示意图（据吴福元等，2020修）
Figure 1. Distribution of major suture zones in the Tethys belt, showing the location of Pakistan
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图 2 巴基斯坦大地构造简图（A）及典型矿床矿床分布图（B）（据Kazmi et al.，1982；吕鹏瑞等，2016修）
Figure 2. (A) Tectonic units subdivision map and (B) distribution of typical mineral deposits in Pakistan.
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图 3 查盖地区主要斑岩型矿床（点）分布及年代学（据Perelló et al.，2008修）
Figure 3. Spatial distribution and ages of the main porphyry Cu deposits in Chagai belt.
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图 4 查盖火山岩浆岩带主要岩浆事件及成矿时代（据Perelló et al.，2008修）
Figure 4. Summary chart of the distribution of the major magmatic and uplift events, porphyry Cu mineralization along the Chagai belt, western Pakistan
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图 5 Reko Diq和Saindak矿床的成岩–成矿年代学
Figure 5. Formation ages of host rocks and mineralization of Reko Diq and Saindak porphyry Cu–(Au) deposits
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图 6 巴基斯坦地质简图及主要镁铁质–超镁铁质岩体分布
MKT. 主喀喇昆仑断裂；MMT. 主地幔逆冲断裂；MBT. 主边界断裂；MFT. 主前缘断裂；CM. 杰曼断裂；1. 奇拉斯岩体；2. 吉佳尔岩体；3. 尚拉–明戈拉岩体；4. 德尔盖岩体；5. 瓦济里斯坦岩体；6. 穆斯林巴赫岩体；7. 贝拉岩体
Figure 6. Geological sketch map of Pakistan and the distribution of major mafic–ultramafic rocks
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图 7 穆斯林巴赫铬铁矿床和吉佳尔铬铁矿中铬尖晶石三价离子所占比率图（A）和Cr#–Mg#图解（B）（罗布莎铬铁矿床数据引自洪俊，2011）
Figure 7. (A) Trivalent ions proportion and (B) Cr#–Mg# diagram in chrome spinels from the Muslim Bagh and Jijal chromite deposit
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图 8 巴基斯坦胡兹达尔–拉斯贝拉地质简图（据Song et al.，2019修）
Figure 8. Simplified geological map of Khuzdar–Lasbela, Pakistan
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图 9 胡兹达尔–拉斯贝拉地区铅锌硫化物矿床成矿构造示意图（据Large，1980; Ahsanet al.，1999；张辉善，2021）
Figure 9. Schematic diagram of mineralization structure of Pb–Zn deposits in Khuzdar–Lasbela area
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图 10 白沙瓦平原碱性火成岩省大地构造位置（A）和区域地质图（B）
Figure 10. (A) Tectonic map and (B) Geological map of the ccurrences of carbonatite complexes in Peshawar Plain alkaline igneous province (PPAIP)
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图 11 巴基斯坦西北部白沙瓦碱性火成岩省Sillai Patti碳酸岩代表性显微照片
A. 粗粒碳酸岩中方解石和黑云母颗粒，方解石解理发育，黑云母在方解石粒间充填；B. 岩石发生蚀变，方解石局部出溶菱铁矿；C. 碳酸岩中半自形的霓辉石颗粒，与黑云母、方解石共生；D. 棕色的角闪石颗粒呈棱柱状，穿插早期的方解石颗粒；E. 碳酸岩中磷灰石含量较高，呈蓝色，与钠铁闪石共生；F. 方解石颗粒中呈自行晶的磷灰石；G.细粒钠长石颗粒与自形的细粒方解石；H.钠长石呈矿物包裹体形式出现，内部包含方解石，边部为细粒黑云母；I. 细粒钠长石组成矿物包裹体，与方解石界线截然；Ab.钠长石；Agt.霓辉石；Ap.磷灰石；Bt.黑云母；Cal.方解石；Sd.菱铁矿
Figure 11. Representative photomicrographs of rocks from the studied carbonatite complexes of the Sillai Patti area, NW Pakistan
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图 12 巴基斯坦西北部碳酸岩以及世界范围内碳酸岩的全岩Sr–Nd同位素图解
Figure 12. Whole–rock Sr–Nd isotopic compositions of carbonatite from NW Pakistan and carbonatites from around the world
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图 13 巴基斯坦主要构造事件与矿床时空结构分布示意图
Figure 13. Tectonic events and main mineral deposits spatiotemporal distribution of Pakistan
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图 14 巴基斯坦不同阶段构造–岩浆演化与成矿模式图
A. 新特提斯洋消减阶段，俯冲板片脱水加速地幔部分熔融，产生的玻安质熔体与亏损的地幔橄榄岩相互反应形成铬铁矿；B. 55～50 Ma，印度–欧亚大陆发生碰撞，在后碰撞构造体制下，局部岩石圈拆沉作用触发岩石圈地幔部分熔融产生碳酸质岩浆和碱性岩浆；C. 巴基斯坦西南部的莫克兰–查盖地区，北印度洋洋壳持续向北俯冲，形成俯冲型斑岩铜矿床；D. 巴基斯坦构造位置和不同构造体制相对位置示意图
Figure 14. Tectono-magmatic evolution and mineralization model of Pakistan
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