3.8.1 概况
北山晚古生代裂谷金铁成矿带位于塔里木板块东北缘，即穹塔格以南，罗布泊以东的广大地区，在新疆境内北东东向长240km，宽50～80km，面积约16000km2。
该带是发育在塔里木陆壳基底上的一个陆内裂谷。它是在近东西向的前震旦系构造基底的基础上，于中、晚古生代形成的强烈活动的裂谷，早二叠世达到高潮，晚二叠世早期裂谷封闭，形成断裂带。
北山成矿带内矿产资源丰富。它们是与前寒武纪花岗伟晶岩有关的稀有—稀土元素和宝石矿床（石英滩）；与寒武纪盖层沉积有关的磷、钒、铀矿（大水、平台山）；与石炭纪韧性剪切带破碎蚀变岩有关的金矿（红十井）；与二叠纪上叠裂谷拉张阶段火山-潜火山建造有关的铁铜矿床（磁海铁矿、辉铜山铜矿等）。
北山成矿带的铁矿和金矿近年已投入开发。
3.8.2 成矿地质背景
3.8.2.1 地层及其含矿性
基底地层由古元古界北山群片岩、片麻岩及含铁石英岩和中元古界白湖群绿片岩及大理岩组成，岩性变化大，变质程度深，变形构造复杂，是基底构造层的产物。
裂谷活动期的沉积物有：下石炭统红柳园组玄武岩、安山岩、凝灰岩及千枚岩，厚约1300m；上石炭统玄武岩、安山岩、玄武质角砾岩、火山碎屑岩及陆源碎屑岩，顶部出现生物碎屑灰岩及砂砾岩，厚约3700m；下二叠统砂岩、砂屑灰岩及杏仁状玄武岩，厚约300m；上二叠统灰岩和含砂砾岩，厚约310m。玄武岩及含炭质碎屑岩与金矿化有一定的联系。
3.8.2.2 岩浆岩
北山地区岩浆活动频繁，历史悠久，具有多期次多类型的特征。从区域上看，裂谷带西南段表现为以中坡山超基性—基性复式深成侵入体为中心，四周为中性和酸性侵入岩。岩性有辉石橄榄岩、辉石岩、花岗闪长岩和花岗岩呈不规则岩基，岩株和岩脉产出，它们与铜镍矿化、磁铁矿化有一定的关系。
3.8.2.3 构造
该区历经古元古代、中元古代、华力西期和喜马拉雅期四次构造运动，每次都形成了独具特色的构造形迹。
古元古代运动形成以强烈韧性形变为主的构造变形，显示早期构造变形的特征。中元古代运动使中元古界地层形成南北向平卧和韧性剪切构造。这两者形成了基底构造层的主要构造形迹。
华力西运动，早期受北山裂谷的张开作用影响，产生滑脱，形成东西展布的变质核杂岩构造，晚期受北山裂谷的全面关闭的近南北向挤压，晚古生代地层发生全面褶皱，形成东西向褶皱，并使已有构造进一步复杂化。
喜马拉雅运动，北山受由北而南的推覆作用，产生一系列逆冲推覆断裂，自北向南发生滑动。
3.8.3 北山金矿带
仅就近年找矿效果较好的北山金矿带作一简要论述。
3.8.3.1 矿带基本特征
金矿是北山成矿带中的主要矿种之一，主要成型金矿近10处，基本特征如表3-21。
表3-21 北山金矿带矿床（点）地质特征一览表
3.8.3.2 矿石组构与矿石类型
北山金矿石，按其形成阶段和方式，分为原生矿石和氧化矿石，前者形成于成矿期，而后者形成于表生期。
按矿石矿物成分划分为含碳酸盐石英脉型金矿石（次要矿石类型，次级构造作用下热液活动的产物，石英脉多呈细小的网脉无规律的分布在蚀变岩型金矿石中）、黄铁矿—绢云母蚀变岩型金矿石（主要矿石类型，为蚀变玄武岩或千糜岩化凝灰质砂岩经矿化作用而成）和石英脉型金矿石（主要矿石类型），三种矿石紧密共生，难以单独划分。
3.8.3.3 矿化阶段
北山金矿床矿石中矿物组合简单，金属矿物主要为黄铁矿、褐铁矿（假象），少量黄铜矿、磁铁矿、方铅矿、闪锌矿。非金属矿物主要为石英、方解石、菱铁矿及少量绢云母、绿泥石、孔雀石。
黄铁矿是金矿床中最主要的载金矿物（含金量最高可达1180×10-6），具有多期次多晶形，成分复杂，含金性变化大，且黄铁矿贯穿于金矿化的全过程。
北山金矿区金矿床可划分为两期（热液期和表生期），其中热液期可划分为三个成矿阶段：
（1）硫化物—石英阶段：石英呈灰白色、白色、他形粒状，粒径一般在0.8～4mm之间，个别达10mm，呈块状或大脉状产出，主要由石英组成，少量黄铁矿呈自形—半自形星散状产出，粒径0.3～3mm，偶见方铅矿、黄铜矿、闪锌矿。该阶段产物多分布于矿床（点）的上部及远离主断面的蚀变碎裂岩带中，由于受后期构造的改造作用，在主断面附近难以见到该阶段产物。
（2）石英—黄铁矿阶段：石英呈灰—烟灰色，表面不洁净，他形粒状，粒径一般在0.03～0.15mm。黄铁矿多呈自形—半自形—他形粒状集合体产出，含金量高。呈细脉状、细脉浸染状产出，脉宽3～15mm，主要沿早期石英裂隙穿插，分布于主控矿断面附近。矿物组合为石英、黄铁矿、绢云母、绿泥石，偶见黄铜矿、方铅矿、闪锌矿，含自然金。该阶段是本区主成矿阶段。
（3）石英—碳酸盐阶段：呈浸染状、细脉状产于石英脉中部或尖灭端，以乳白色石英、方解石脉的出现为标志。矿物组合为石英、方解石、菱铁矿以及少量磁铁矿和细脉状黄铁矿。在这一阶段可见少量自然金。
在表生期黄铁矿均氧化为褐铁矿，矿物组合为褐铁矿、玉髓状石英、绢云母、绿泥石、孔雀石、石膏、硬石膏以及少量磁铁矿、黄钾铁矾、铜蓝、伊利石等。
北山金矿床中金的赋存形式主要有两种，一种是以自然金的形式赋存于石英脉中；另一种是以不可见的显微金赋存于黄铁矿中，含量很高（最高可达1180×10-6）。其中第二种是金矿中金的主要赋存形式。在炭质板岩中，金一方面赋存于其中的黄铁矿内，另一方面也可呈胶体金形式赋存于粘土矿物的表面或边缘。
3.8.3.4 成矿物质来源
北山金矿床中金主要赋存于石英和黄铁矿中。因此，通过对金矿石中的主要载金矿物石英和黄铁矿及围岩（蚀变玄武岩、浅变质含碳碎屑岩等）的微量元素和稀土元素、成矿流体特征等综合分析，探讨北山金矿床成矿物源。
（1）石英。微量元素特征：石英微量元素含量与围岩的微量元素平均值对比表明，石英与围岩的微量元素变化曲线一致，反映成矿物质来自围岩。同时，北山南缘金矿床（点）围岩中的金含量远大于其上地壳克拉克值，由此可见，在成矿之前，成矿元素已初始富集。
稀土元素特征：北山各金矿床（点）矿石中石英的稀土元素含量及总量均很低，且具有轻稀土元素含量高的特点，如∑LREE/∑REE高达84.19%～97.05%，平均91.82%，∑La/∑REE高达80.62%～94.80%，平均88.63%。∑LREE/∑HREE高达5.324～32.928，平均15.40，说明轻重稀土元素发生了明显分离。新疆北山南缘金矿床（点）矿石中石英的稀土元素含量及稀土总量表现深部物源的特点，而稀土元素特征参数及其配分曲线又与浅成金矿床接近，说明成矿物质既可来源于深部地幔，也可来源于浅部沉积岩系；金矿床（点）是矿质多次活化、多次分异、多次富集的产物。
石英薄片红外光谱特征：将石英样品加工成包体薄片，面积20mm×15mm，厚度0.3～0.4mm，用无水酒精洗净薄片上的粘合剂，在4000～2000cm-1波数范围内用红外光谱仪进行扫描，其中9个石英样品的红外谱图中可以看出，石英的红外光谱中，在3000～3600cm-1内出现很强的吸收带，这是水分子扩散峰，表明石英中有大量水分子存在，主要为液体包裹体中的水，也可能有晶格缺陷中的水。在2350～2360cm-1内一般出现很弱的二氧化碳吸收峰，表明石英中二氧化碳的含量较少。由于浅成石英脉中水的含量很高，而二氧化碳的含量较低，因此石英脉的红外光谱特征反映了石英脉是浅成的。此外，还详细研究了含金石英中包体的水、CO2的相对密度，主要利用包裹体中的水（及OH-）、CO2以及石英本身（即以石英为内标）的特征谱带在3800～2000cm-1范围内的红外光吸收强度（光密度）来进行研究。一些谱带的波数范围是H2O（及OH-）3380～3450cm-1，光密度为DH2O；CO2为2350～2360cm-1，光密度为
石英脉金矿石英脉的D1值绝大部分均大于1。据研究，D1＜0.5的石英属岩浆或气成产物；D1＝0.5～1.0的石英是热液产物或是由热阶段的矿化作用叠加在早期产物上形成的；D1＞1的石英为热液产物（申少华，1995）。因此，含金石英脉应为热液产物。
（2）黄铁矿。黄铁矿的微量元素特征：围岩中Zn、Co、As、Sb、Au等元素含量明显高于上地壳丰度值，说明新疆北山南缘存在这些元素的富集层。研究表明，北山南缘围岩地层中普遍发育有立方体、五角十二面体及胶状、草莓状黄铁矿（1%～3%）或有机碳（5%～12%）及泥质，金等成矿元素在地层中主要赋存于黄铁矿中，当黄铁矿在某一地质体中富集时（＞20%），即构成金矿；而有机碳和泥质也可能吸附金。由于黄铁矿中的金矿以吸附金为易释放金（朱韶华，1994），因此新疆北山南缘地层中的金主要以易释放形式存在。黄铁矿和围岩的变化基本一致，反映成矿物质来自围岩，在成矿之前，成矿元素在围岩中已初始富集。
由于北山南缘的氧化作用非常强烈，黄铁矿中的亲硫元素As、Te、Se均已大部分流失，不能用来推测矿床成因，但其中的Au、Ag及过渡金属元素Co、Ni或因化学性质稳定，或因可形成氧化物而得以保存，故具有一定的成因意义。在北山南缘经部分氧化的黄铁矿中，Co含量0.017%～0.372%，平均0.085%，属于岩浆热液型金矿床（Co＞100×10-9）（邵洁涟，1988）范围。w（Au）/w（Ag）＝0.706，属于地下热水渗滤作用的矿床（w（Au）/w（Ag）＝0.68～23.58）范围。w（Co）/w（Ni）＝3.86（平均值）显示出与内生金矿床（w（Co）/w（Ni）＞1）（贾建业等，1996）相似的特点。
稀土元素特征：黄铁矿稀土元素总量及轻稀土元素含量均较围岩偏低，且δEu值较围岩偏大。而从黄铁矿和围岩和围岩的稀土元素配分模式可看出，黄铁矿稀土元素配分曲线与炭质板岩及含炭粉砂岩基本一致，而与蚀变玄武岩的配分曲线则大不相同，总体上均为右倾斜的曲线，表现出富轻稀土元素的特征，说明黄铁矿是浅源的，在物质组成上继承了围岩的特点。此外黄铁矿Ce负异常不明显，个别样品出现Ce正异常，而围岩均表现Ce正异常和明显的Eu负异常，这些差异表明黄铁矿的物源既有围岩，也可能有少量深源物质。
3.8.3.5 成矿流体特征
北山金矿床（点）石英中包裹体发育，数量多，以星散状分布的原生包裹体为主，部分沿裂隙呈不规则线状出现，形态多为不规则状、椭圆形和长条状，大小不等，一般为5～10μm，个别大于15μm。类型以CO2单相、二相液体包裹体为主，有少量含有机质，其中CO2包裹体中CO2相体积比一般为10%～20%，个别大于50%。
（1）均化温度和成矿压力。北山各金矿床（点）中石英中包裹体均化测温、成矿压力资料和成矿深度表明，北山金矿床（点）中主要脉石矿物石英的形成温度范围为147～251℃；成矿压力为26.0～34.75Mpa，相应成矿深度为0.87～1.16km，属中低温浅成热液矿床。
（2）流体包裹体的化学成分。北山金矿床（点）矿石石英包裹体化学成分，在包裹体溶液中阳离子成分主要为K+、Na+、Ca+、Mg2+、Li+、其中含量大小依次为Na+＞Ca2＋＞K+＞Mg2+＞Li+，阴离子成分主要为F+、Cl-，且Cl-/F+大于1，反映具有地下热水特点（巴恩斯，1985）。在离子总量中，阴离子大于阳离子。气相组分中主要为H2O、CO2、H2、CO、CH4，且H2O＞CO2，均含有CH4,pH值为6.6～6.8。
（3）氢氧同位素特征。北山δ＝-48.2‰～-73‰，δO18=＋12.3‰～20.7‰，接近于变质水的范围，说明成矿热液主要属变质热液（构造变质），并掺合地下水热液。
3.8.3.6 成矿信息提取及量化分析
该课题通过对北山金矿带的地层控矿信息、脉岩控矿信息、推覆构造前缘叠瓦带导矿信息、强应变质容矿信息、矿床（点）等距分布的空间格局、矿化蚀变信息、地球化学异常信息、石英红外光谱特征、3X荧光信息、TM多波段图像信息特征及RCB最佳波段组合优选的综合和解析，圈定或深入研究了八一泉、大青山、红十井金矿区的定位预测，优选了找矿靶区。