杨富全, 吴玉峰, 杨俊杰, 郑佳浩

新疆阿尔泰阿舍勒矿集区铜多金属矿床模型

杨富全1, 吴玉峰1, 杨俊杰2, 郑佳浩1

(1.中国地质科学院 矿产资源研究所 国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037; 2.新疆大学 新疆中亚造山带大陆动力学与成矿预测实验室, 新疆 乌鲁木齐 830046)

阿舍勒是新疆十分重要的铜多金属矿集区, 矿化均赋存于下–中泥盆统阿舍勒组火山岩系中。矿化类型多, 成矿元素组合复杂(Cu、Cu-Zn、Cu-Zn-Au、Cu-Pb-Zn-Au、Cu-Pb-Zn-Ag)。阿舍勒组火山活动时间是402～375 Ma, 矿化时间为394～379 Ma, 持续了15 Ma。本文通过对阿舍勒铜锌矿和萨尔朔克金多金属矿的系统研究, 提出阿舍勒矿集区矿床模型, 认为尽管矿集区铜多金属矿化类型多, 成矿元素组合复杂, 但成矿均与火山作用有关, 属同一 VMS成矿系统, 只是不同部位存在矿化差异。在火山斜坡和洼地喷流沉积形成层状铜锌矿体和重晶石矿体, 补给通道中形成脉状铜(锌)矿体和铜铅锌银矿体, 潜流纹岩中形成脉状金铜铅锌矿体, 潜英安岩中形成铜矿体, 潜火山岩接触带形成铜矿体, 在断裂或裂隙中形成铜矿体。

地质学; 矿床模型; VMS型矿床; 阿舍勒盆地; 阿尔泰

0 引 言

阿尔泰造山带是世界上著名的火山成因块状硫化物(VMS)铜多金属成矿带之一(Daukeev et al., 2004; Franklin et al., 2005; Yakubchuk et al., 2005)。在哈萨克斯坦矿山阿尔泰相对不大的区域中(4 万平方公里), 已发现70 个多金属矿床和几百个矿点,其中十几个大型和超大型矿床, 如尼古拉耶夫大型铜锌矿、塔洛夫大型铜锌矿、里杰尔索克利超大型铅锌铜多金属矿、孜良诺夫斯克超大型铅锌多金属矿等(Daukeev et al., 2004; 杨富全等, 2006)。从18世纪末起的一百多年来, 矿山阿尔泰已经开采和保有储量中铅、锌和铜的总量为6500～6800万吨。在多金属矿床中, 还有相当数量的银(～4.55 万吨)和金(2000～2500吨)及其他稀有金属(何国琦和朱永峰, 2006)。

新疆阿尔泰南缘是阿尔泰在哈萨克斯坦的东延部分, 具有相似的成矿背景, 已发现多个VMS型铜锌矿(阿舍勒)、金多金属矿(萨尔朔克)、铅锌矿(可可塔勒)、铅锌铁矿(塔拉特)、铅锌铜矿(铁米尔特)、铅锌金矿(大东沟)。依据Barrie et al. (1999)VMS型矿床分类, 哈萨克斯坦和新疆的矿床被归为双峰式–硅质碎屑岩型(Goldfarb et al., 2003; Franklin et al., 2005)。阿舍勒盆地位于阿尔泰南缘的中国和哈萨克斯坦边境, 是新疆十分重要的VMS型矿集区, 已发现阿舍勒大型铜锌矿、萨尔朔克中型金多金属矿、喀英德小型铜矿、桦树沟小型铜矿等。陈毓川等(2007)将阿舍勒铜锌矿划归多拉纳萨依–阿舍勒铜金矿集区, 对其成矿前景进行了评述。近年来阿舍勒深部找矿取得重要进展, 发现 I号矿化带向下延深向北侧伏, 扩大了储量, 拓展了找矿空间。萨尔朔克也是近年来取得突破的矿床, 由小型金矿变成中型金铜铅锌矿, 目前控制程度不高, 深边部找矿潜力较大。阿舍勒铜锌矿是阿舍勒盆地最大的矿床, 前人对其进行了详细的研究, 取得了重要成果(陈毓川等, 1996; Wang et al., 1998; Wang, 1999; 王登红等, 2002; Wang, 2003; 牛贺才等, 2006; 高珍权等, 2010;宋国学等, 2010; Wan et al., 2010; 张志欣等, 2014)。萨尔朔克金多金属矿的研究工作刚刚开始, Yang et al. (2014)获得与成矿有关的流纹斑岩和穿切流纹斑岩和矿体的辉绿岩年龄～382 Ma, 限定成矿时代为中泥盆世早期; 杨富全等(2015)对成矿流体和成矿物质进行了研究, 探讨了成矿过程。其他矿床由于规模小, 未开展研究工作。

基于收集前人勘查报告和系统地阅研前人研究成果, 结合野外调查、大量岩心和坑道观察, 本课题组在阿舍勒和萨尔朔克矿床取得的最新研究成果,本文以阿舍勒矿集区为对象, 描述了成矿背景、典型矿床特征, 探讨了成矿物质来源和成矿时代, 认为阿舍勒盆地已发现的4个矿床属同一VMS成矿系统的产物, 初步论述并提出阿舍勒矿集区铜多金属矿床模型, 旨在推动在类似地质环境中开展的找矿评价工作。

1　成矿地质背景

阿舍勒盆地出露地层主要有上志留统–下泥盆统康布铁堡组、下泥盆统托克萨雷组、下–中泥盆统阿舍勒组、上泥盆统齐也组、中–上泥盆统阿勒泰镇组和下石炭统红山嘴组(图1)。康布铁堡组分布在阿舍勒盆地东北角别斯萨拉大断裂以北的加曼哈巴复背斜核部, 主要由中酸性火山岩、火山碎屑岩、碎屑岩夹碳酸盐岩等组成, 为一套中深变质的海相酸性火山岩–陆源碎屑沉积岩建造。康布铁堡组在阿尔泰南缘广泛分布, 已经对冲乎尔、克兰和麦兹盆地的该组进行了大量火山岩高精度年龄测定, 锆石U-Pb年龄为414～380 Ma, 阿舍勒盆地北部(冲乎尔盆地北西延伸)的康布铁堡组 1件安山岩锆石 U-Pb年龄为399 Ma(Yang et al., 2013; 郭旭吉等, 2015),按照中国年代地层表(2000)晚志留世与早泥盆世的界线为410 Ma, 因此将康布铁堡组时代定为晚志留世–早泥盆世。托克萨雷组分布在玛尔卡库里断裂之南, 为海相陆源碎屑岩夹硅质岩、碳酸盐岩; 上段为千枚岩、片理化砂岩、粉砂岩和少量结晶灰岩透镜体; 中段为安山岩、英安岩、凝灰质砂岩, 夹硅质粉砂岩; 下段以滨浅海相砂砾岩、粗砂岩等为主。

阿舍勒组为海相中酸性、基性火山岩、火山碎屑岩、火山碎屑沉积岩夹碳酸盐岩, 是阿舍勒盆地主要的含矿层位。第一岩性段为火山灰凝灰岩、英安质凝灰岩、含角砾晶屑凝灰岩、晶屑凝灰岩、岩屑凝灰岩, 少量霏细岩, 顶部夹灰岩透镜体, 见薄层状、透镜状硫化物矿体, 地表氧化成铁帽。第二岩性段分布最广, 可划分成三个亚段。下亚段为火山灰凝灰岩、英安质角砾凝灰岩、霏细岩、晶屑凝灰岩、凝灰岩、凝灰质砾岩及少量集块岩、火山角砾岩、英安岩、安山岩、珍珠岩、玄武岩、沉凝灰岩、结晶灰岩及重晶石透镜体和金属硫化物矿层等。中亚段为沉凝灰岩、含角砾沉凝灰岩、晶屑凝灰岩、英安质(含)角砾晶屑凝灰岩、(含)角砾凝灰岩、凝灰质砾岩、集块岩及少量火山角砾岩、玄武岩、安山岩、英安岩、结晶灰岩、结晶生物碎屑岩、结晶白云质灰岩, 含铁碧玉岩及多金属硫化物和重晶石矿层。上亚段为玄武岩夹少量沉凝灰岩透镜体。

阿勒泰镇组分布于别斯萨拉大断裂以北和加曼哈巴断裂之间, 由浅海相变质碎屑岩夹碳酸盐岩以及少量基性、酸性火山岩组成, 部分地段发育较厚的枕状玄武岩等, 在不同地段呈现出从绿片岩相到角闪岩相的不同变质程度。齐也组划分为三个岩性段, 第一岩性段为英安质集块岩、流纹质火山角砾岩、安山岩、流纹岩、英安质角砾凝灰岩、岩屑凝灰岩夹晶屑凝灰岩, 极少的含铁硅质岩。第二岩性段下部为凝灰质砾岩、砂岩、凝灰质砂岩夹少量火山角砾岩, 上部为凝灰岩、角砾凝灰岩夹少量粉砂岩。第三岩性段上部为枕状玄武岩、凝灰岩、角砾凝灰岩、安山岩; 中下部为火山角砾岩、角砾熔岩、集块熔岩、集块岩, 底部有少量沉凝灰岩、凝灰质砂岩。红山嘴组分布于玛尔卡库里深大断裂与别斯萨拉大断裂之间, 为滨–浅海相火山岩–碎屑沉积岩夹碳酸盐岩。

区域大断裂为玛尔卡库里断裂, 是琼库尔–阿巴宫褶皱带与额尔齐斯褶皱带的分界断裂。该断裂西延进入哈萨克斯坦玛尔卡库里湖一带, 继续向北西延伸进入俄罗斯境内。玛尔卡库里大断裂总体走向 NW-SE, 断层面倾向 NE, 平面上呈舒缓的反“S”型斜穿阿舍勒盆地, 是切穿地壳的深大断裂。别斯萨拉大断裂走向 NW, 是加曼哈巴复背斜与阔勒德能复向斜的分界断裂, 呈舒缓波状展布, 东端与哈巴河大断裂斜接复合。

图1　阿舍勒盆地地质略图(据新疆地质矿产勘查开发局第四地质大队, 2002a资料修改)Fig.1 Geological sketch map of the Ashele Basin

阿舍勒盆地及周边侵入岩十分发育, 岩性以中酸性、酸性为主。岩石类型主要为辉长岩、辉长闪长岩、(石英)闪长岩、石英辉长闪长(玢)岩、英云闪长(斑)岩。主要岩体为盆地东部的哈巴河岩体和阿舍勒岩体,西部的别列则克河岩体群。哈巴河岩体中似斑状英云闪长岩年龄为386 Ma(柴凤梅等, 2013)、细中粒英云闪长岩年龄为375 Ma(柴凤梅等, 2013)、花岗闪长岩年龄为388 Ma和389 Ma(Cai et al., 2011)、侵入哈巴河岩体的辉绿岩脉年龄为375 Ma(Cai et al., 2010)。阿舍勒花岗闪长岩年龄为318 Ma(Yuan et al., 2007)。

前人对于阿舍勒盆地的构造背景存在争议, 陈毓川等(1996)、王登红(1996a)、牟传龙等(1996)认为阿舍勒组火山岩形成于陆缘裂谷环境; 牛贺才等(2006)、高珍权等(2010)和Wan et al. (2010)分别提出阿舍勒组火山岩形成于大洋岛弧、成熟岛弧、弧裂谷环境; Sun et al. (2009)和Cai et al. (2011)认为是洋中脊俯冲的产物。

2　矿床地质特征

2.1阿舍勒铜锌矿

矿区主要出露下–中泥盆统阿舍勒组和上泥盆统齐也组(图 2), 前者分为两个岩性段, 矿化主要产于阿舍勒组第二岩性段, 下部为凝灰岩、凝灰质砾岩、含角砾凝灰岩, 顶部夹玄武岩、灰岩、重晶石岩; 中部凝灰岩、角砾凝灰岩、沉凝灰岩, 顶部夹硅质岩、重晶石岩、灰岩; 上部玄武岩夹少量沉凝灰岩。矿区潜火山岩发育, 主要有(石英)闪长岩、(石英)闪长玢岩、潜玄武安山岩、英安斑岩、流纹斑岩,少量辉长岩脉。断裂主要呈近SN走向, 其次是NW向、NE向、EW向。矿区受玛尔卡库里大断裂影响韧性剪切带发育, 岩石片理化强烈, 发育糜棱岩、碎裂岩、石香肠、肠状构造、拉伸线理等。

圈定矿化蚀变带11条, 阿舍勒铜锌矿床产于Ⅰ号矿化蚀变带中。Ⅰ号矿化带由 4个矿体组成, 主矿体(1号)为隐伏矿体, 占已探明铜金属量的98%。呈似层状或大透镜体状产于玄武岩和凝灰岩之间,与地层整合产出(图3)。矿体呈SN向展布, 沿走向已控制长 900 m, 枢纽倾伏长 1520 m, 位于888～ –600 m水平标高间, 厚5～120 m。矿体向NNE侧伏, 侧伏角45°～65°。矿区发育喷气岩, 如重晶石岩、铁碧玉岩、硅化蚀变岩。矿体具有双层结构, II号矿化带上部为与地层整合产出的层状重晶石矿体,下部发育细脉浸染状、脉状铜铅锌银矿体。I号矿化带16线–21线上部为喷流沉积形成的层状铜锌矿体, 21线下部到41线为补给通道相脉状铜矿体(局部含锌)及强硅化蚀变带, 两者走向上相连。

原生矿石按矿物组合分为5个类型: 黄铁矿矿石、含铜黄铁矿矿石、铜锌黄铁矿矿石、多金属矿石、重晶石矿石。矿石构造主要有致密块状、块状、条带状、层纹状、斑杂状、斑点状、浸染状、网脉状、细脉状、角砾状等构造(图 4)。矿石结构有自形–半自形晶粒结构、他形晶粒结构、填隙结构、反应边结构、固溶体分离结构、假象结构、压裂纹及碎裂结构、变晶结构、压溶交代结构等。矿石中金属矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿, 次为方铅矿、锌砷黝铜矿、含银锌锑黝铜矿等。主要脉石矿物为石英、绢云母、白云母、绿泥石、重晶石、方解石、白云石、长石等。阿舍勒矿床矿石成分以铜锌为主, 含少量银、金、铅, 矿石平均品位为: 铜2.46%, 锌2.93%,铅 0.41%, 银 18.37×10–6, 金 0.36×10–6, 硫 22.66% (陈毓川等, 1996)。

图2　阿舍勒铜锌矿区地质略图(据新疆地质矿产勘查开发局第四地质大队, 2002b资料修改)Fig.2 Geological sketch map of the Ashele Cu-Zn deposit

图3　阿舍勒铜锌矿I号矿化带5号勘探线剖面图(据阿舍勒铜业股份有限公司, 2014)Fig.3 Cross-section of No.5 prospecting line of the Ashele Cu-Zn deposit

根据矿体特征、穿插关系、矿物共生组合、生成顺序及矿石组构等特征, 将矿床成矿过程划分为3期: 喷流–沉积期、潜火山热液期和区域–动力变质期。喷流–沉积期为主要成矿期, 主要形成I和II号矿化带中块状硫化物矿体、重晶石矿体和其下含矿热液补给带的细脉状、网脉状矿体。潜火山热液期主要形成IV号等矿化带, 与形成潜英安岩的火山热液作用有关, 通常形成细脉、网脉和浸染状矿化。区域–动力变质期是矿体形成后经历了区域变质作用和剪切变形的叠加改造, 地层及矿体褶皱、矿石碎裂、糜棱岩化、揉皱、矿物塑性流变、定向排列、片理化。

围岩蚀变主要有硅化、绢云母化、黄铁矿化、钠长石化、重晶石化、碳酸盐化、青盘岩化。

2.2萨尔朔克金多金属矿

萨尔朔克金多金属矿位于阿舍勒铜锌矿北北东向约 5.7 km, 是新疆地质矿产勘查开发局物化探大队1996年进行“萨尔朔克1∶5000金异常查证”时发现的小型金矿。2008年新疆地质矿产勘查开发局第二区调大队完成了详查工作, 在深部又发现了铜铅锌矿体。截止到2010年底, 控制金(金属量7.6 t)和锌(金属量 12.2×104t)达到中型规模, 铜(金属量4.1×104t)、铅(金属量 2.5×104t)、银(金属量106 t)为小型(王华星等, 2011)。

矿区出露下–中泥盆统阿舍勒组和上泥盆统齐也组(图5)。阿舍勒组分为2个岩性段, 第一岩性段为沉凝灰岩、凝灰质粉砂岩、火山灰凝灰岩、含角砾沉凝灰岩。第二岩性段主要岩性有角砾凝灰岩、火山角砾岩、集块岩、晶屑凝灰岩、英安岩、安山岩及灰岩透镜体。矿区只出露齐也组第二岩性段,为火山角砾岩、(含角砾)凝灰岩、集块岩、凝灰砂岩、沉凝灰岩, 该段上部为(辉石)安山岩、英安岩。

图4　阿舍勒矿集区矿化特征Fig.4 Characteristics of the ores in the Ashele ore concentrated area

图5　萨尔朔克金多金属矿区地质略图(据王华星等, 2011)Fig.5 Geological sketch map of the Sarsuk polymetallic gold deposit

矿区潜火山岩及岩脉广泛分布, 主要有流纹斑岩、英安斑岩、潜玄武岩、辉绿岩、辉绿玢岩、石英霏细斑岩、石英闪长岩及闪长玢岩等, 其中流纹斑岩规模最大, 侵入阿舍勒组第二岩性段, 为萨尔朔克矿床的直接容矿岩石。辉绿岩和辉绿玢岩脉切穿矿体, 这些岩脉中发育黄铁矿黄铜矿化。矿区构造发育, 有NW向、近SN向、近EW向及NE向四组断裂, 常形成较宽的片理化带及糜棱岩化带。NW向断裂为区域大断裂的组成部分, 具有一定规模,其余断裂规模较小、延伸较短、形成时代较晚, 对区内矿化有一定的改造作用。

矿化蚀变带长约400 m, 宽50～120 m, 目前圈出22条金铜铅锌矿体, 其中7个隐伏矿体, 矿体主要产于黄铁绢英岩化流纹斑岩体中及附近, 矿体大多数与围岩呈渐变过渡关系。L1、L5、L6、L13号矿体规模较大, 长156～291 m, 平均厚7.17～11.68 m,延深262～365 m(王华星等, 2011)。矿体呈脉状、透镜状、不规则状, 分枝、复合现象明显(图6)。地表金矿化为主, 向下变为以金铜矿化、铜矿化、铜铅锌矿化为主, 矿体品位明显变富。横向上, 由SE向NW, 矿种由金–金铜–铅锌铜变化规律明显, 矿体产状由陡变缓趋势明显, 矿体变富趋势显著。

矿化类型复杂, 主要发育浸染状、脉状、细脉状, 主要与硅化有关, 具有后生热液作用成矿特征。局部在阿舍勒组火山沉积岩系中可见条带状、条纹状和块状构造, 具有同生沉积作用特征的铜锌矿化。矿石构造主要有致密块状、块状、条带状、条纹状、斑杂状、浸染状、网脉状、细脉状构造(图4)。矿石结构有自形–半自形晶粒结构、它形晶粒结构、填隙结构、反应边结构、固溶体分离结构、鳞片粒状变晶结构等。矿石中金属矿物主要是黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、自然金, 少量磁黄铁矿、蓝辉铜矿、辉铜矿、辉钼矿、毒砂、斑铜矿。非金属矿物主要有石英、斜长石、绢云母、绿泥石、白云母、方解石、次闪石等。矿石中金平均品位为1.24～ 14.5 g/t, 铜平均品位0.37%～2.2%, 铅平均品位0.21%～ 2.12%, 锌平均品位0.91%～11.19%(王华星等, 2011)。

图6　萨尔朔克88号勘探线剖面图(据王华星等, 2011)Fig.6 Cross-section of No.88 prospecting line of the Sarsuk polymetallic gold deposit

矿床成矿过程划分为两期: 喷流沉积期和潜火山热液期。喷流沉积期形成少量层状铜锌矿。潜火山热液期分为 2个阶段, 主成矿阶段与流纹斑岩有关, 流纹质岩浆沿火山通道侵入, 伴随潜火山热液活动在最上部形成金矿体、向下为脉状铜金矿化,相对深部形成铜铅锌矿化。晚阶段与辉绿(玢)岩有关,矿体形成后辉绿(玢)岩脉侵入, 形成少量铜矿化。

热液蚀变形成的矿物主要有石英、黄铁矿、绢云母、绿泥石、高岭土、绿帘石、碳酸盐, 少量石榴石和磁铁矿, 其中硅化、绢云母化和黄铁矿化与金铜矿化关系密切, 绿帘石和绿泥石分布于中基性火山岩、流纹斑岩和辉绿(玢)岩内。

2.3喀英德铜矿

喀英德小型铜矿位于阿舍勒矿区东部喀英德–阿克比依克一带, 与阿舍勒矿区直线距离约3 km。该铜矿是新疆地矿局区调队在1966年1∶20万哈巴河幅区调时发现的。此后, 多家单位在矿区开展过找矿工作。2011年新疆阿舍勒铜业股份有限公司完成了哈巴河县阿舍勒铜矿外围一带(喀英德)铜矿普查报告。

矿区主要出露下–中泥盆统阿舍勒组第一段和上泥盆统齐也组第一段, 前者主要分布于矿区中南部, 即Ⅰ号含铜蚀变带及VI铜矿带的EW两侧(图 7), 主要岩性为凝灰岩、晶屑凝灰岩、霏细岩、英安岩, 其次为玄武岩、安山岩夹岩屑凝灰岩、沉凝灰岩等, 局部可见少量结晶灰岩透镜体。齐也组第一段岩性主要为火山角砾岩、晶屑凝灰岩、凝灰岩夹集块岩、角砾凝灰岩等。矿区及外围出露哈巴河复合岩体、辉长岩、石英霏细斑岩, 少量闪长岩、闪长玢岩、石英闪长岩等。辉长岩呈块状构造, 细粒辉长结构, 由斜长石(50%～55%)、单斜辉石(35%～40%)、角闪石(5%～10%)、黑云母(1%～5%)和石英(2%～5%)组成。石英霏细斑岩呈近 SN向分布, 形态为不规则的三角形, SN向长约600 m、EW宽约300 m。该岩体的上盘为I号含铜破碎蚀变带、下盘为青磐岩化带。根据2011年钻探施工控制, 石英霏细斑岩体下盘的青磐岩化带由地表向下延深超过 300 m, 初步认为石英霏细斑岩体的分布控制着青磐岩化带及Ⅵ号铜矿带(崔文亚等, 2011)。矿区内地层总体呈单斜, 走向呈NNW向, 倾向SW。矿区发育NNW向、NW向两组断裂, 以NNW向断裂最为发育, 断裂带两侧多形成硅化带(如II、III、IV号蚀变带)。

图7　喀英德铜矿区地质略图(据崔文亚等, 2011)Fig.7 Geological sketch map of the Keyinde copper deposit

矿区共发现8条蚀变带, 其中I、VI、VII号为铜矿化蚀变带, II、III、IV、V、VIII为绢英岩化蚀变带; 对Ⅵ号铜矿化蚀变带重点开展了深部钻探工程控制(崔文亚等, 2011)。Ⅵ号铜矿化蚀变带在地表为褐铁矿化孔雀石化破碎蚀变带(图4), 目前工程控制长度大于500 m, 蚀变带宽度5～20 m。圈定4个铜矿体, 呈脉状、透镜状(图8)。VI-1号铜矿体主要由含铜磁铁矿化黄铁矿化蚀变带组成, 控制长度410 m, 矿体平均厚度为4.99～12.93 m, 平均品位为0.30%～0.76%。其他铜矿体厚度为 1.90～8.13 m, 平均品位为 0.3%～1.35%。I号矿化蚀变带中发现了 6条小铜矿体, 均产于蚀变矿化较强的构造带中, 钻孔在深部也见到了部分铜矿体。矿体厚度1～4 m, 推测斜深25～85 m, 铜平均品位0.41%～1.41%。Ⅶ号矿带在ZK0002钻孔的见矿厚度分别为1.40 m和4 m,铜平均品位为 1.47%～0.22%, 金品位为 0.55×10–6～ 1.38×10–6, 银品位为2.15×10–6～19.65×10–6(崔文亚等, 2011)。

热液蚀变主要有硅化、绿泥石化、绢云母化、黄铁矿化(褐铁矿化)、绿帘石化、碳酸盐化。硅化主要有两种形式: 硅质交代和石英细脉, 硅化与矿化关系密切, 一般硅化越强, 铜矿化越好。黄铁矿化常呈星点状分布于石英霏细斑岩体边缘及断裂破碎带中, 多呈自形–半自形粒状, 粒度一般小于 2 mm,其形成与后期热液活动有关。

图8　喀英德铜矿53号勘探线剖面图(据崔文亚等, 2011)Fig.8 Cross-section of No.53 prospecting line of the Keyinde copper deposit

2.4桦树沟铜矿

桦树沟小型铜矿(又称阿舍勒XIII号和XIV号矿化带)位于阿舍勒铜锌矿东南约 2.5 km, 1994～ 1997年新疆地矿局第四地质大队对该矿进行过普查。矿区出露下–中泥盆统阿舍勒组和上泥盆统齐也组(图9)。阿舍勒组第一段为流纹质凝灰岩、沉凝灰岩, 少量(含角砾)晶屑凝灰岩。阿舍勒组第二段为英安质晶屑凝灰岩、流纹质含晶屑凝灰岩、凝灰岩, 局部夹结晶灰岩透镜体, 为该矿区的含矿层位。齐也组第一段为流纹质火山角砾岩、英安质晶屑凝灰岩,少量凝灰岩。矿区断裂较发育, 主要为 NNW 向和NW向, 次为NNE向。前两组断裂规模较大, 沿断裂岩石片理和劈理发育, 局部有绢云母化、糜棱岩化。矿区侵入岩主要为石英钠长斑岩和英安斑岩,属潜火山岩相, 二者呈不规则岩墙状, 侵入阿舍勒组第一段和第二段, 长300～700 m, 宽30～130 m。其他岩脉还有辉绿玢岩脉、闪长(玢)岩脉、流纹斑岩脉。

矿区圈定2个矿化蚀变带, XIII号赋存于阿舍勒第二段下亚段底部的晶屑凝灰岩及第一段上部的沉凝灰岩中。地表长约1040 m, 宽60～160 m, 圈出一个矿体, 矿体上部赋存于蚀变沉凝灰岩中, 下部赋存于蚀变晶屑凝灰岩中。长233 m, 厚2.39～19.78 m,在18号勘探线最厚, 沿走向和倾向变薄, 控制斜深128 m(图10)。矿体呈不规则透镜状, NW向延伸, 倾向上呈分枝状, 陡倾, 倾角 83°, 向北侧伏, 侧伏角5°～8°(高永峰等, 1997)。

XIV号蚀变带赋存于阿舍勒组第二段下亚段晶屑凝灰岩、凝灰岩中。地表长约1050 m, 宽40～160 m,经地表工程控制, 仅有铜矿化, 钻孔证实, 深部有较强的黄铁矿化, 黄铜矿化较弱。

矿石具有细脉状、浸染状、细脉–浸染状构造(图4), 他形粒状、半自形粒状结构、自形粒状结构、交代充填结构、交代残留结构和碎裂结构。矿石中金属矿物为黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿、孔雀石、蓝辉铜矿、褐铁矿, 微量磁黄铁矿和闪锌矿。非金属矿物为石英、绿帘石、绿泥石、绢云母、透闪石、阳起石、方解石。氧化矿石铜品位为0.59%～2.56%, 原生矿石铜品位为0.39%～3.44%, 金品位为0.13×10¯6～0.84×10¯6。

热液蚀变发育, 主要为硅化、绢云母化和绿帘石化, 其次是黄铁矿化(褐铁矿)、绿泥石化、透闪石化、阳起石化、碳酸盐化。硅化表现为硅质交代和石英细脉、网脉沿岩石节理和裂隙分布。硅质交代最普遍, 一般硅化越强, 蚀变带矿化越好。绢云母化呈鳞片状分布于岩石中, 与硅化呈反消长关系。

图9　桦树沟铜矿区地质略图(据高永峰等, 1997)Fig.9 Geological sketch map of the Huashugou copper deposit

图10　桦树沟铜矿18号勘探线剖面图(据高永峰等, 1997)Fig.10 Cross-section of No.18 prospecting line of the Huashugou copper deposit

3　硫同位素示踪成矿物质来源

阿舍勒盆地只有阿舍勒铜锌矿和萨尔朔克金多金属矿开展过研究工作。阿舍勒铜锌矿硫化物和重晶石的δ34S分布于3个区间, –13.7‰, –4‰～9‰和16‰～24‰(图 11), 硫同位素具有多种来源, 但以岩浆硫为主(来自火山喷气), 也有少量硫来自海水硫酸盐的有机还原作用。与世界VMS型矿床对比, 阿舍勒铜锌矿硫同位素变化范围最大(–13.7‰～23.5‰),但主要集中区为–1‰～9‰, 其峰值为 4.5‰, 与世界典型VMS型矿床一致(图12)。

萨尔朔克矿床62件硫化物δ34S变化于–1.52‰～ 6.18‰, 峰值为2.5‰(图12), 具有正态分布特征。其中24件块状矿石硫化物δ34S变化于–1.52‰～3.9‰,峰值在 2.5‰, 4件稠密浸染状矿石 δ34S变化于2.38‰～3.49‰, 12件流纹斑岩中硫化物δ34S变化于0.46‰～3.57‰, 峰值在 2.5‰, 5件脉状矿石硫化物δ34S变化于–0.64‰～3.34‰, 8件金矿石硫化物δ34S变化于2.14‰～3.5‰(杨富全等, 2015)。萨尔朔克金多金属矿床矿石中含硫矿物主要为硫化物, 因此, 热液中总δ34S值相当于矿物中δ34S平均值, 为2.22‰, 落在幔源硫范围(0±3‰, Hoefs, 1997), 表明成矿流体中的硫来自深源或地幔, 与潜火山热液作用有关。萨尔朔克矿床硫同位素变化范围与世界典型 VMS型矿床一致, 但峰值比世界典型矿床小, 更接近0‰。

图11　阿舍勒铜锌矿硫同位素直方图Fig.11 Histogram of sulfur isotopic compositions of the Ashele Cu-Zn deposit

图12　VMS型矿床硫同位素对比图Fig.12 Variation of the isotopic composition of sulfide from VMS-type deposit

4　成矿时代

阿舍勒铜锌矿 I号矿化带主矿体赋存于玄武岩与凝灰岩之间, 呈层状; 矿区发育含铁碧玉岩、重晶石、硅化蚀变岩等喷气岩; 矿石类型为黄铁矿矿石、含铜黄铁矿矿石、铜锌黄铁矿矿石、多金属矿石、重晶石矿石, 并具有分带性; 矿石构造主要有致密块状、块状、条带状、层纹状、稠密浸染状构造。这些特征表明阿舍勒铜锌矿为VMS型矿床, 属同生沉积矿床, 矿体顶底板火山岩年龄可以限定成矿时代。本课题组获得 1号矿体顶板阿舍勒组凝灰岩锆石 U-Pb谐和年龄为 387±4.2 Ma, 矿体底板玄武岩206Pb/238U的加权平均年龄为388±3.3 Ma, 二者在误差范围内一致, 限定阿舍勒铜锌矿 I号矿化带主矿体形成于～388 Ma, 为早泥盆世末期(杨富全等, 2013)。

阿舍勒铜锌矿II号矿化带发育重晶石矿体和铜铅锌银多金属矿体, 前者具有层状矿化特征, 后者具有通道相矿化特征。流纹斑岩是岩浆沿火山通道侵入的产物, 因此, 流纹斑岩年龄可代表 II号矿化带成矿时代, 即394 Ma(杨富全未发表资料)。IV号蚀变带潜英安岩地表强烈褐铁矿化, 另外发育硅化、孔雀石化、黄铁矿化、绢云母化、绿泥石化和碳酸盐化。潜英安岩锆石U-Pb年龄为379±0.8 Ma,限定矿化蚀变时间基本在379 Ma, 这也代表了与潜火山岩有关的岩浆热液期形成的含硫化物石英脉、含硫化物石英方解石脉和(石英)方解石脉形成的时间(杨富全等, 2013)。

萨尔朔克金多金属矿体主要产于黄铁绢英岩化流纹斑岩体中, 矿体多与围岩呈渐变过渡关系, 矿化类型复杂, 主要有浸染状、脉状、细脉–网脉状, 主要与硅化有关, 主成矿期具有后生热液活动特征,流纹斑岩为沿火山通道充填的潜火山岩, 主成矿作用与潜火山热液有关, 因此, 流纹斑岩的形成时代可以代表主成矿时代。课题组获得2件黄铁矿黄铜矿化流纹斑岩锆石U-Pb年龄为382±2 Ma和382.8± 1.7 Ma, 二者年龄一致。同时获得切穿流纹斑岩和矿体的含黄铁矿黄铜矿辉绿岩脉锆石 U-Pb年龄为381.7±1.8 Ma, 这三件年龄限定萨尔朔克主成矿作用发生在382 Ma左右, 为中泥盆世早期成矿, 略晚于阿舍勒1号主矿体喷流沉积作用时间6 Ma左右(Yang et al., 2014)。

我们课题组获得阿舍勒组火山活动时间是402～ 375 Ma, 阿舍勒矿集区最早形成的层状重晶石和补给通道中的铜铅锌银脉状矿化发生在394 Ma, 喷流沉积期形成的阿舍勒铜锌矿体发生在388 Ma左右,与充填在火山通道中流纹斑岩热液活动有关的金铜铅锌成矿时间在382 Ma左右, 潜英安岩有关的矿化为379 Ma。总之, 阿舍勒盆地铜多金属矿化从394 Ma开始, 到379 Ma结束, 持续了15 Ma。

5　矿集区矿床模型

阿舍勒矿集区(阿舍勒盆地)的铜多金属矿床主要赋存于下–中泥盆统阿舍勒组火山岩系, 矿化发生在喷发间断面或岩性转化部位、补给通道、潜流纹岩中、潜英安岩中、石英霏细斑岩与围岩接触带、闪长岩脉接触带、断裂或裂隙带。阿舍勒铜锌矿 I号矿化带的主矿体产于玄武岩与酸性凝灰岩的过渡部位, 有两种矿化, 其一是在火山机构的斜坡及洼地喷流沉积作用形成的层状铜锌矿体, 其二是补给通道中形成的具有后生热液成矿特征的含锌铜矿体,二者在走向上相接, 不同于经典VMS型的双层结构(上部为层状矿体, 下部为补给通道中的脉状矿体)。阿舍勒铜锌矿 II号矿化带上部为喷流沉积形成的层状重晶石矿体, 下部为补给通道中形成的铜铅锌银矿体。阿舍勒铜锌矿IV号矿化出现在潜英安岩中。萨尔朔克金多金属矿有两种矿化, 少量喷流沉积形成铜锌矿体, 主要矿化为赋存于流纹斑岩中的脉状金铜铅锌矿化。喀英德铜矿化主要分布于石英霏细斑岩与地层接触带的蚀变岩中, 成矿与石英霏细斑岩的热液活动有关。桦树沟铜矿化分布于晶屑凝灰岩、沉凝灰岩中, 具有切层分布的后生热液成矿特点, 成矿作用与火山热液或闪长岩脉的热液活动有关。

陈毓川等(1996)对阿舍勒铜锌矿的成矿物理化学条件进行了研究, 认为矿区发育硅质岩表明其形成于深海还原环境, 玄武岩富钠, 又被称为细碧岩也是深水相的产物, 但含铁碧玉岩、灰岩又是浅水氧化环境的产物, 这些表明阿舍勒盆地的基底忽高忽低。计算表明喷气–沉积成矿期自下而上压力由234.9×10–5Pa降为195.8×10–5Pa, 成矿温度由304 ℃降为211 ℃, pH值由3.4增加到4.28, Eh值由–0.549降低到–0.578, 氧逸度由 10–35.8到 10–43.3, 块状矿石的成矿深度在 2359～1932 m。阿舍勒矿集区海水沿裂隙下渗, 不断萃取火山岩中的Cu、Pb、Zn、Fe、Ag、Au、Si、Ca等进入流体中, 同时火山喷气和潜火山热液中的NaCl、CO2、H2S、S2及成矿元素等与下渗海水混合, 形成含矿流体。在深部潜火山热源的驱动下向上运移, 含矿热液沿补给通道喷发到海底, 在低洼处或斜坡上形成喷流沉积型层状矿体,在补给通道、潜火山岩中、接触带形成脉状、网脉状矿化, 有时沿火山断裂运移, 形成脉状矿化。

总之, 阿舍勒矿集区铜多金属矿化类型及控矿因素较多, 成矿元素组合复杂(Cu、Cu-Zn、Cu-Zn- Au、Cu-Pb-Zn-Au、Cu-Pb-Zn-Ag), 但成因类似, 均与早–中泥盆世的火山作用有关, 均属VMS成矿系统, 只是不同部位矿化存在差别。以上述成矿特征为基础, 建立了矿集区尺度的初步矿床模型(图13)。

图13　阿舍勒矿集区VMS型铜多金属矿床模型示意图Fig.13 Model of the polymetallic copper deposits in the Ashele ore district

将阿舍勒VMS型铜多金属矿集区火山喷发、喷流沉积、补给通道脉状矿化、潜火山侵入、与潜火山岩有关的矿化过程简述如下:

阿舍勒矿集区早–中泥盆世(402～375 Ma)形成阿舍勒组火山岩系, 其最早的火山活动是形成英安岩(402 Ma), 随后形成II号矿化带(394 Ma), 含矿热液沿补给通道喷到海底, 形成层状重晶石矿体, 同时在补给通道中形成脉状铜铅锌银矿体。388 Ma左右在玄武岩与凝灰岩喷发间歇期 I号矿化带含矿热液喷到海底, 在火山机构斜坡和低洼部位通过沉积作用形成层状铜锌矿体, 同时在补给通道中形成脉状铜(锌)矿化, 与层状铜锌矿体在走向上相接。略早于 382 Ma在萨尔朔克矿区火山口附近有少量层状铜锌矿化, 382 Ma流纹质岩浆沿火山通道侵入, 形成潜火山岩, 伴随潜火山热液活动在流纹斑岩中形成金铜铅锌矿化, 之后(381.8 Ma)辉绿岩脉侵入到火山岩系、流纹斑岩和矿体中, 对矿体起破坏作用。379 Ma在阿舍勒矿区 IV号蚀变带形成与潜英安岩热液活动有关的铜矿化。

6　结 论

(1) 阿舍勒矿集区铜多金属矿化均赋存于下–中泥盆统阿舍勒组火山岩系中, 矿化类型复杂, 有喷流沉积形成的层状铜锌矿化和重晶石矿化, 补给通道中形成的脉状铜(锌)矿化和铜铅锌银矿化, 潜火山岩中的脉状金铜铅锌矿化和铜矿化, 潜火山岩接触带的铜矿化, 断裂或裂隙中的铜矿化。

(2) 硫同位素表明以岩浆硫为主, 也有少量硫来自海水硫酸盐的有机还原作用, 不同矿床或矿化不同部位存在差异。

(3) 阿舍勒组火山活动时间是 402～375 Ma, 矿化时间为394～379 Ma, 持续了15 Ma。建立了阿舍勒矿集区矿床模型, 认为尽管矿集区铜多金属矿化类型多, 成矿元素组合复杂, 但成矿均与火山作用有关, 属同一VMS成矿系统, 只是不同部位存在矿化差异。

致谢： 中国科学院地质与地球物理研究所张连昌研究员和另外两位匿名专家提出了很多宝贵意见, 在此表示衷心的感谢。野外期间得到新疆阿舍勒铜业股份有限公司、新疆鑫旺矿业有限公司、新疆地质矿产勘查开发局第四地质大队等单位领导和技术人员的大力支持和帮助, 在此表示诚挚的谢意。

阿舍勒铜业股份有限公司. 2014. 新疆哈巴河县阿舍勒铜锌矿I号矿化带5勘探线剖面图.

1.5 统计学分析 采用SPSS 19.0统计软件对数据进行统计分析，计数资料以[例(%)]表示，采用χ2检验；计量资料以表示，采用t检验，等级资料行秩和检验，P<0.05为差异有统计学意义。

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Metallogenetic Model for VMS Type Polymetallic Copper Deposits in the Ashele Ore Dense District of Altay, Xinjiang

YANG Fuquan1, WU Yufeng1, YANG Junjie2and ZHENG Jiahao1
(1. MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China; 2. Xinjiang Key Laboratory for Geodynamic Processes and Metallogenic Prognosis of the Central Asian Orogenic Belt, Xinjiang University, Urumqi 830046, Xinjiang, China)

Ashele is a very important polymetallic copper ore-concentrated area in Xinjiang, and the ore are hosted in the volcanic rocks of the Lower-Middle Devonian Ashele Formation. The area hosts diverse types of mineralization and complex combinations of ore-forming elements (Cu, Cu-Zn, Cu-Zn-Au, Cu-Pb-Zn-Au, Cu-Pb-Zn-Ag). The Ashele Formation formed during 402～375 Ma, and the associated mineralization lasted for 15 Ma in the interval of 394～379 Ma. Systematic study of the Ashele copper-zinc deposit and the Sarsuk polymetallic gold deposit, and combined with a detailed study of the data available, the authors put forward a metallogenetic model for the Ashele ore-concentrated area. Despite the diverse types of mineralization and complex combinations of ore metals, the ore-forming processes were closely associated with the volcanism as a unified VMS mineralization system, only different in occurrences. The layered copper-zinc orebodies and barite orebodies were formed by exhalative sedimentation in the volcanic slopes and depressions, the veinlet copper (zinc) orebodies and copper-zinc-lead orebodies were formed in the stringer or stockwork zone, veinlet gold-copper-lead-zinc ores were formed during the intrusion of the rhyolite porphyry. The copper ores ere formed in the dacite porphyry, subvolcanic contact zones, as well as fault or fracture.

geology; mineral; VMS deposit; Ashele Basin; Altay

P612

A

1001-1552(2016)04-0701-015

2015-03-31; 改回日期: 2015-08-18

项目资助: 国家自然科学基金项目(41272103)和“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAB06B03-02)联合资助。

杨富全(1968–), 男, 研究员, 博导, 从事矿床地质、地球化学研究。Email: fuquanyang@163.com