阿舍勒銅礦火山巖筒控礦探討——紀念阿舍勒銅礦發(fā)現(xiàn)三十周年

周明 任芳 趙云長

(①新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限責任公司 哈巴河 836700②新疆地礦局第四地質(zhì)大隊 836500 ③新疆有色地研所 烏魯木齊 830000)

1 前言

阿舍勒銅礦位于新疆北部哈巴河縣北偏西31 km處阿舍勒村。北西距哈薩克斯坦約15km。

1984年新疆地礦局阿勒泰第四地質(zhì)大隊發(fā)現(xiàn)該礦床；一九八九年完成普查；1993年完成詳查；1998年完成勘探；2004年投入生產(chǎn)，經(jīng)濟效益巨大。截止2012年6月，累積生產(chǎn)銅金屬量21.25萬噸，鋅金屬6.13萬噸，銷售收入104.4億元，上繳各項利稅超26億元。

2 成礦條件

2.1 區(qū)域地質(zhì)

阿舍勒銅礦成礦條件得天獨厚，北部西伯利亞板塊，南部準噶爾板塊，二者之間為阿爾泰裂谷帶，控制阿爾太褶皺帶和阿爾太成礦帶，礦產(chǎn)資源十分豐富。

阿舍勒銅礦區(qū)位于成礦帶北西段，產(chǎn)在次級克蘭成礦帶北西端。向東南依有布爾津北部開因布拉克多金屬礦區(qū)、阿勒泰市北部鐵木爾特多金屬礦區(qū)、富蘊縣北部可可塔勒多金屬礦區(qū)。向東南延伸至蒙古國境內(nèi)，向北西順接哈薩克斯坦國礦區(qū)阿爾太成礦帶。阿舍勒銅礦床產(chǎn)于中泥盆統(tǒng)阿舍勒組中酸性－中基性雙峰火山巖系構(gòu)造成的火山機構(gòu)中。

2.2 礦區(qū)地質(zhì)

2.2.1 含礦層位

區(qū)內(nèi)出露中泥盆統(tǒng)阿舍勒組(D2as)分4個巖性段：

第一巖性段(D2as1)，分布礦區(qū)東南部。為一套正常沉積向火山沉積過渡的巖層。下部凝灰砂巖，上部凝灰質(zhì)夾火山角礫巖。

第二巖性段(D2as2)，分布于礦區(qū)中部，為主要的含礦巖層。巖性為英安質(zhì)－流紋質(zhì)火山集塊巖、角礫凝灰?guī)r和流紋巖，夾不純灰?guī)r透鏡體。

第三巖性段(D2as3)，分布于礦區(qū)東部和西部。巖性為流紋質(zhì)集塊巖、角礫巖、凝灰?guī)r和流紋巖。

第四巖性段(D2as4)，分布于礦區(qū)北部。巖性為英安質(zhì)－玄武質(zhì)集塊巖、角礫巖、凝灰?guī)r和玄武巖。

區(qū)域地層成礦元素含量見表1。

表1 區(qū)域地層成礦元素含量(10-6)

從表1可知，阿舍勒組Cu、Zn、Ag含量高，顯示該組火山巖為含礦層位。

阿舍勒組內(nèi)上、下層位含成礦元素見表2。

表2 阿舍勒組上下層位成礦元素含量(10-6)

從表2看出，阿舍勒組下部層位(含礦層)內(nèi)Cu、Zn、Ag含量高明顯高于該組上部層位，表明該組火山巖形成的巖漿經(jīng)深部分異后，含礦熱液中成礦元素含量相對富集，并高于其他期次的火山巖漿熱液。

該組地層中灰?guī)r透鏡體夾層內(nèi)含大量海相古生物化石。床板珊瑚：Thamnoporasp等十余件；四射珊瑚：Heliophyllwmsp 等四件；腕足：Vnoinwlwssp。此外，還有多孔蟲、牙形刺、海百合等。

2.2.2 控礦機構(gòu)

區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂發(fā)育。

⑴褶皺

區(qū)內(nèi)為一個復(fù)式向斜，包括一個次級背斜和兩個次級向斜，即西部向斜，中部背斜和東部向斜，構(gòu)成“W”狀格架。

⑵斷裂

瑪爾卡庫里斷裂從礦區(qū)西部通過，呈北北西－南南東向展布。

區(qū)內(nèi)次級斷裂發(fā)育主要有兩組，一組北西向斷裂，走向300°左右，斷層面傾向北東，傾角60°～80°，另一組近南北向斷裂，走向0°～15°，斷層面傾向東，傾角60°～80°。兩組斷裂均順時針扭動，二者復(fù)合部位控制火山活動和成礦作用；展布方向，北西斜列，南北豎行。

構(gòu)造變動，貫穿火山活動和成礦作用全過程，而且在成礦之后還在不斷活動。近年區(qū)內(nèi)常有3～4級地震發(fā)生。

2.2.3 巖漿(火山)活動

區(qū)內(nèi)巖漿活動和火山活動強烈，發(fā)生在成礦作用全過程之中，提供成礦物質(zhì)來源。

礦區(qū)是一座泥盆紀海底古火山機構(gòu)；泥盆紀中期，巖漿(火山)活動強烈，在礦區(qū)中部、西部和東部三處發(fā)生三個火山旋回。火山在海底環(huán)境中心式噴發(fā)、溢出和貫入。形成流紋質(zhì)－玄武質(zhì)火山巖系，構(gòu)成三座火山機構(gòu),見圖1。

圖1 阿舍勒礦區(qū)地質(zhì)略圖

中部第一旋回，分五個期次，從凝灰砂巖沉積開始，至玄武玢充填火山口結(jié)束活動。

東部第二旋回，分五個期次，從強烈噴發(fā)開始，至閃長玢巖充填火山口完成該旋回活動。

西部第三旋回，分三個期次，先英安質(zhì)集塊巖沉積，后灰綠玢巖充填火山口，構(gòu)成火山機構(gòu)。

其中，第一旋回分主火山巖筒和次火山巖筒。Ⅰ號礦化帶產(chǎn)在主火山巖筒內(nèi)，其余礦化帶分別產(chǎn)面?zhèn)然鹕綆r筒內(nèi)。該火山巖筒成礦部位較淺，在上部礦體出露地表。

另兩個旋回成礦作用在深部1500m以下，地表僅見礦化蝕變帶。

阿舍勒銅礦區(qū)的火山巖按其SiO2含量可分為兩大類。一類為含量在44.43%～52.07%之間，為玄武質(zhì)巖石；另一類為69.24%～74.41%，為英安-流紋質(zhì)巖石。缺乏中間相當于安山巖的成分。同樣，將火山熔巖的巖石化學(xué)成分投影在LeBas等(1986)正常火山巖化學(xué)成分分類圖(圖2)中，可以看出，這些巖石顯示位于兩個不同區(qū)域，分別落于B區(qū)和O3與R區(qū)界線附近，其前者成分相當于玄武巖；后者成分相當于英安巖和流紋巖。顯然缺乏與安山巖成分相應(yīng)的巖石，為“雙峰”式火山巖系列，或者稱兩極分異系列。

圖2 火山巖化學(xué)分類全堿-硅（TAS）圖

火山巖的SiO2頻率直方圖(圖3)，亦明顯具有“雙峰”式火山巖的特點。

圖3 阿舍勒火山巖SQ直方圖

2.2.4 圍巖蝕變

該區(qū)礦體圍巖蝕變強烈，有硅化、高嶺土化、絹云母化、葉臘石化、綠泥石化、黃鐵礦化、綠簾石化、碳酸巖化等。以強蝕變硅化為中心，形成多個線形、面型、環(huán)形蝕變帶。規(guī)模不等，長百余米至千余米，寬幾十米至百米。在礦體頂部，或礦體上下盤，均有強烈圍巖蝕變，并且上下盤蝕變對稱。各種蝕變成為地質(zhì)找礦的明顯標志。

3 成礦作用與礦化特征

礦床產(chǎn)在火山機構(gòu)中，即火山巖筒內(nèi)。成礦作用自始至終貫穿于火山活動全過程中。

3.1 礦體形態(tài)、規(guī)模、產(chǎn)狀

3.1.1 礦體形態(tài)

礦體形態(tài)分三部分：上部分兩大支，呈脈狀；中部柱狀；下部多呈分支脈狀。剖面近筒狀體，或者“漏斗狀”，橫斷面近橢圓形。

縱觀礦體形似大樹，上部樹梢，中部樹干，下部樹根。

圖4 阿舍勒銅礦1號礦床剖面組合立體圖

圖5 阿舍勒銅礦水平斷面組合立體圖

圖6 阿舍勒銅礦床礦體垂直縱投影圖

3.1.2 礦體規(guī)模

礦體總長2500m，控制長1100m；礦體寬幾十米至幾百米，包括硫化體，最寬400余米。礦體控制垂深1500m，未見底。下部-500m水平見二條礦體，寬度分別為20m和40m，繼續(xù)向下延伸。

3.1.3 礦體產(chǎn)狀

礦體走向近南北，或者0°～15°，或者0°～350°；傾向東90°～93°，傾角70°～80°。礦體向北東側(cè)伏，側(cè)伏角60左右，側(cè)伏方位角30°。

3.2 礦石類型及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3.2.1 礦石類型

按氧化程度分上部氧化礦石，下部原生礦石。

氧化礦石有自然金、自然銀、自然銅、孔雀石、蘭銅礦、自然硫、褐鐵礦等。

原生礦石有黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦等。

按品位分富礦(Cu＞1%)和貧礦(0.5%～1%)，其中富礦占總礦石量的70%～80%。

3.2.2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)：自形半自形粒狀結(jié)構(gòu)、核晶結(jié)構(gòu)、環(huán)狀、斑狀、殘余、似基底結(jié)構(gòu)。

礦石構(gòu)造：似條帶狀、塊狀、星點狀、角礫狀、顯微角礫狀、細脈狀、網(wǎng)脈狀、浸染狀、細脈浸染狀等。

3.3 礦物成分

礦物成分有硫化物、氧化物、鹽類和自然元素。

硫化物：黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦、輝鉬礦、斑銅礦、毒砂、銅蘭、方黃鐵礦、輝銅銀礦、輝銀礦。

氧化物：赤鐵礦、赤銅鐵礦、針鐵礦、褐鐵礦等。

鹽類：鋅砷黝銅礦、重晶石、鉛黃、砷鋁鉛礬、蘭銅礦、孔雀石、白鉛礦、碳酸鉛鎂礦、碲銀礦、角銀礦等。

單礦物(自然元素)：自然金、自然銀、自然銅、自然硫、金銀礦。

3.4 礦石化學(xué)成分

3.4.1 化學(xué)成分

礦石成分復(fù)雜，多達35種元素或成獨立礦體，或伴生或共生。

主元素有Cu、Pb、Zn、Au、Ag、S;綜合利用元素有Ga、Li、Te、Se、Bi等。

3.4.2 礦石品位

銅含量分為：貧銅礦石Cu0.2%～0.5%、中等銅礦石Cu0.5%～1%、富銅礦石Cu1%～3%、特富銅礦石Cu＞3%，可達10%。礦體中富銅礦石、特富礦石，占總量三分之二。

硫含量：一級35%～40%、二級15%～35%、三級8%～15%。部分礦石達51.15%。

鋅含量：一般2%，高達16.32%，多在礦體中上部。

鉛含量：一般1%～2%，局部達20%，多在重晶石礦體內(nèi)。

銀含量：平均（30～40）×10-6，局部重晶石礦體內(nèi)高達600×10-6。

金含量：平均0.5×10-6左右，局部重晶石礦體內(nèi)高達5×10-6。

礦體平均品位見表3：

表3 礦體平均品位表

3.5 礦體垂直分帶

礦體自上而下垂直分帶，依次為：上部重晶石多金屬礦體；中部銅鋅礦體；下部銅硫礦體，底部為硫鐵礦體。

4 礦床成因

礦床成因與海底火山活動密切相關(guān)，下列研究成果可以證實：

⑴海相化石地層內(nèi)灰?guī)r透鏡含大量海相化石，見前述地層(D2as2)。

⑵硫同位素。據(jù)14件硫化物硫同位素測定，δ34S值為(1.3～7.63)‰，平均值4.62%，說明硫同位素組成較均一，分餾作用弱，硫來源于上地幔和深部地殼。

⑶氫氧同位素。據(jù)3件石英的氫氧同位素測定結(jié)果，石英平衡的水溶液中δ18O為1.47‰～2.5‰，石英的均一溫度為197～238℃，石英包裹體水的δD為(-43～37)‰(程鐘富1990)。將其相應(yīng)值投影到δ18OH2O-δD關(guān)系圖上，投影點均落在混合水范圍內(nèi)，接近黑礦流體，表明含礦溶液除來源于火山巖漿外，還有海水加入，組成混合的含礦溶液,見圖7、圖8。

圖7 礦液δ10OH2O-δD組合圖

圖8 207Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解

⑷鉛同位素。該礦床15件樣品鉛同位素測定(貴陽地質(zhì)所1978)，火山巖、硫化物及鐵帽的鉛同位素組成變化范圍，206Pb/204Pb＝17.854～18.238，207Pb/204Pb＝15.466～15.633，208Pb/204Pb＝37.044～38.082。其均方差和變化系數(shù)均小于1，表明鉛同位素組成比較單一，是同一來源。在卡依三角坐標圖上，巖石和礦石鉛同位素全部落在正常鉛范圍內(nèi)。反應(yīng)該礦床鉛同位素屬于正常鉛。威爾遜等人(1963)指出，如果礦石鉛的初始同位素屬于正常鉛，則這種鉛來源于下地殼，或者富鈾的上地幔。

⑸稀土元素。該礦床三件巖石樣品的稀土測定結(jié)果，∑KEE 為(45.54～83.67)×10-6，L/H 為(3.41～3.76)，SEW為(0.76～1.03)×10-6。，其特征是稀土較低，鈾弱虧損，或者元虧損，配細分模型為較平緩的曲線，顯示成礦物來源地幔。

根據(jù)前述阿舍勒銅礦床成礦地質(zhì)背景，成礦物來源和成礦作用等方面分析。該礦床成因類型屬于海相火山巖型銅礦床，又稱塊狀硫化物型礦床。

5 成礦模式

⑴巖漿房內(nèi)巖漿沿火山通道上升。

⑵巖漿上升過程中，開始分異液。先分異出中酸性巖漿，形成英安斑巖；再分異出中基性巖漿，形成玄武類巖石，或者玄武巖，或者輝綠巖；最后剩余金屬礦物巖漿，繼續(xù)上升形成礦床。

⑶火山成礦三個階段、三種方式。

三個階段：早期、中期和晚期。

三種方式：礦漿噴發(fā)，形成火山沉積礦床，即重晶石多金屬礦體。其次礦漿溢出，在火山內(nèi)外、在地表邊坡，形成銅鋅礦體。最后，礦漿貫入火山管道，在其內(nèi)形成銅礦體和硫鐵礦礦體。

⑷成礦三個階段和三種方式，表現(xiàn)為成礦垂直分帶，依次分為早期上部重晶石多金屬礦體；中期銅鋅礦體；晚期下部銅礦體和硫鐵礦礦體。

綜上所述，阿舍勒銅礦形成“雨傘狀”、“漏斗狀”、“T”字形、“蘑菇”形塊狀硫化物型成礦模式。

圖9 阿舍勒銅礦火山巖筒成礦模式圖

6 結(jié)束語

⑴新疆地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊于一九九八年完成阿舍勒銅礦勘探工作，提交銅金屬量92萬噸。

⑵銅礦邊采邊探，工作程度不斷提高，在勘探區(qū)之外，向南、向北、向深部預(yù)測新增資源量分別為5萬噸、15萬噸、60萬噸，合計80余萬噸。礦區(qū)資源遠景可觀，升格為超大型塊狀硫化物礦床，指日可待。

⑶筆者水平有限，“班門弄斧”，敬請專家、學(xué)者指正。編寫過程中，得到新疆有色地勘局高級工程師程麗紅和阿舍勒銅礦地質(zhì)工作者陸增發(fā)、陳紅琦、曹智海、湯林月、藺柏林、陳玉武、劉文輝等指導(dǎo)，在此一并致謝。

參考資料

［1］陳文鰲，等.淺談阿舍勒黃鐵礦型多金屬礦垂直分帶，1989.

［2］趙云長.阿舍勒黃鐵礦型礦床地質(zhì)特征，1990.

［3］周良仁，等.新疆哈巴河縣阿舍勒銅礦成礦地質(zhì)條件研究，1993.

［4］王宏君，等.新疆哈巴河縣阿舍勒銅礦區(qū)一號礦床詳查地質(zhì)報告，1994.

［5］趙云長，等.淮北區(qū)帶阿爾泰山南麓銅金靶位優(yōu)選，1995.

［6］滕家欣，等.新疆哈巴河縣阿舍勒銅礦區(qū)一號礦床勘探報告，1998.

［7］王京彬，等.鄂爾多斯聚礦帶金銅成礦條件及找礦靶位優(yōu)選，1999.