新疆阿爾泰烏拉斯溝銅鋅多金屬礦地質特征及礦床模型

高文娟 陳宇 劉國仁

（①河北省地礦局第七地質大隊（雄安中心）燕郊 065201②中國科學院新疆生態與地理研究所，新疆礦產資源研究中心 烏魯木齊 830011）

哈薩克斯坦阿爾泰是世界著名的VMS成礦帶之一，已發現了10余個大型、超大型礦床，如列寧諾戈爾斯克超大型多金屬礦、濟良諾夫斯克超大型多金屬礦、馬列耶夫大型銅鋅礦等[1-3]。新疆阿爾泰和哈薩克斯坦阿爾泰同屬中亞造山帶，是后者的東南延伸部位，具有相似的成礦背景，VMS礦床也是新疆阿爾泰的重要礦床類型[3]。新疆阿爾泰VMS礦床主要分布于阿舍勒、克蘭和麥茲礦集區[4-5]，克蘭礦集區VMS礦床主要有大東溝鉛鋅礦、鐵木爾特鉛鋅銅礦、塔拉特鉛鋅鐵礦、烏拉斯溝銅鋅多金屬[6-9]等。盡管烏拉斯溝礦床早在1984年被發現，但近年來找礦工作又取得新進展，新疆維吾爾自治區有色地質勘查局七〇六隊通過對烏拉斯溝礦床的勘查，新發現了鋅礦體，使該礦床成為中型銅鋅鐵金多金屬礦，找礦前景較大。前人對烏拉斯溝礦床開展過研究，但對于礦床的成因存在較大爭議，有VMS型、矽卡巖型、造山型、VMS+變質熱液型等[10-13]。本文描述了成礦地質背景、礦床特征和礦化類型，探討了成礦作用，建立了礦床模型，以期為進一步找礦勘查提供依據。

1 成礦地質背景

阿爾泰是中亞造山帶重要組成部分，呈北西向橫貫于中、俄、哈、蒙4國，全長約2000km。在大地構造上，中國阿爾泰包括西伯利亞板塊的北阿爾泰早古生代陸緣活動帶和南阿爾泰晚古生代活動陸緣。地理上，新疆阿爾泰分為北阿爾泰、中阿爾泰和南阿爾泰。南阿爾泰北以阿巴宮斷裂為界，南以克茲加爾斷裂為界與額爾齊斯構造帶相鄰，主要為早泥盆世康布鐵堡組和中-晚泥盆世阿勒泰鎮組變質火山-沉積巖系，其次是下-中泥盆統阿舍勒組、上泥盆統齊也組和下石炭統紅山嘴組火山沉積巖系。南阿爾泰主要形成與海相火山作用有關的銅、鉛、鋅、鐵、金礦。

克蘭礦集區及外圍出露地層為中寒武-早奧陶世地層、中-上志留統庫魯木提群、下泥盆統康布鐵堡組和中-上泥盆統阿勒泰組?？挡艰F堡組是重要含礦巖系，下亞組主要為石英片巖、千枚巖、變質流紋巖、變質英安巖、變質凝灰巖、變質（凝灰）火山角礫巖，賦存塔拉特鉛鋅鐵礦。康布鐵堡組上亞組為變質流紋巖、變粒巖、變質凝灰巖夾片麻巖、綠泥黑云片巖、大理巖薄層或透鏡體。VMS礦床（鐵木爾特、大東溝、烏拉斯溝）、海相火山巖型鐵礦（如阿巴宮、托莫爾特、恰夏）、矽卡巖型（巴斯鐵列克鎢多金屬礦、蒙塊鐵銅礦）、造山型金礦（薩爾闊布）均賦存于上亞組第二巖性段的變鈣質砂巖、鐵錳質大理巖、沉凝灰巖、變質凝灰巖中。區域構造以阿勒泰復式向斜為主，次級褶皺及斷裂較發育。阿勒泰復式向斜軸向為NW-SE向，軸長約50km，軸面傾向NE，SW翼正常，NE翼倒轉且廣泛發育次級褶皺。核部為阿勒泰組，向兩翼依次為康布鐵堡組、庫魯木提群（SW翼）或晚寒武-早奧陶世地層[5]。

2 礦床地質特征

2.1 礦區地質

烏拉斯溝銅鋅多金屬礦床位于克蘭礦集區西北部，礦區出露的地層有中寒武-早奧陶世地層、早泥盆世康布鐵堡組和中-晚泥盆世阿勒泰組（圖1）。康布鐵堡組可分為上、下兩個亞組，其中下亞組可分為兩個巖性段，上亞組可分為三個巖性段?？挡艰F堡組上亞組第一巖性段由酸性火山碎屑巖和熔巖組成，局部夾綠泥石英片巖；康布鐵堡組上亞組第二巖性段以粘土質-碎屑沉積-碳酸鹽沉積淺變質巖為主，夾少量火山碎屑巖，主要巖性為綠泥石英片巖、變鈣質砂巖、變凝灰質砂巖、大理巖、變流紋質晶屑凝灰巖、變英安質晶屑凝灰巖等，層位內普遍發育塊狀硫化物、磁鐵石英巖、鐵錳質大理巖等火山噴流沉積層，為烏拉斯溝銅鋅多金屬礦床的賦礦層位；康布鐵堡組上亞組第三巖性段為近火山口相的火山碎屑建造，主要巖性有變流紋質晶屑凝灰巖、流紋質火山角礫巖和流紋質集塊巖。

圖1 烏拉斯溝銅鋅多金屬礦區地質略圖[14]

礦區斷裂構造發育，主要為克因宮、鐵木爾特和阿巴宮三個NW-SE走向的區域性大斷裂及其次級斷裂，次級斷裂多沿含礦地層的巖性接觸界面發育。區內侵入巖出露很少，呈巖脈、巖墻產出，主要分布在區域性大斷裂及其旁側。

2.2 礦體及礦石特征

共圈定16條主要礦體，多數為隱伏礦體，可分為鐵礦體、銅礦體、鐵銅礦體、（鐵）鋅礦體、銅鋅礦體和金礦體（圖2）。礦體大致平行，產狀較陡，與地層產狀一致，總體傾向NE。礦體長50～500m，厚2.99～10.76m，控制垂深大于385m。其中1號銅礦體長50～500m，單工程厚度0.6～12.8m。礦石構造主要有致密塊狀、塊狀、條帶狀、條紋狀、浸染狀、細脈狀、網脈狀和團塊狀構造（圖3），礦石結構有自形-半自形晶粒結構、他形晶粒結構、填隙結構、壓碎結構、固溶體分離結構和膠狀結構等。礦石礦物主要為磁鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦，少量方鉛礦、磁黃鐵礦、輝鉍礦、自然金、自然鉍。脈石礦物主要是石英、方解石、絹云母、白云母、綠泥石、輝石、角閃石、透閃石、陽起石、綠簾石、螢石等。礦石中Cu平均品位0.12%～1.13%，Zn平均品位0.77～2.10%，Fe平均品位7.85～23.26%，Au平均品位0.12～0.31g/t，Ag平均品位1.69～4.45g/t[14]。

圖2 烏拉斯溝銅鋅多金屬礦30勘探線剖面圖[14]

2.3 圍巖蝕變

圍巖蝕變主要有硅化、黃鐵礦化、綠泥石化、赤鐵礦化、綠簾石化、陽起石化、絹云母化和方解石化，個別石榴石化、角閃石化、透閃石化和矽線石化。

2.4 成礦期次劃分

根據含礦層位，礦化特征、圍巖蝕變、礦物組合、礦石組構和穿插關系，烏拉斯溝銅鋅多金屬礦床可劃分出三個成礦期：噴流沉積成礦期、區域變質期和表生期（圖3）。

圖3 烏拉斯溝銅鋅多金屬礦化特征

1）噴流沉積期：該期可進一步劃分為（石英）-黃鐵礦-磁鐵礦階段（I）、黃鐵礦-閃鋅礦-磁鐵礦階段（II）和石英-黃鐵礦-黃銅礦-自然金階段（III）。I階段為鐵礦主要成礦階段，主要形成致密塊狀石英黃鐵礦磁鐵礦石，條帶狀和條紋狀石英（方解石）黃鐵礦磁鐵礦石、黃鐵礦黃銅礦磁鐵礦礦石，黑云綠泥石石英片巖中條紋狀黃鐵礦和細粒自形黃鐵礦。II階段為鐵鋅礦主要成礦階段，主要見于ZK30-1巖心，形成紋層狀、條帶狀石英（方解石）黃鐵礦磁鐵礦閃鋅礦石、黃鐵礦黃銅礦閃鋅礦磁鐵礦石、石英方解石閃鋅礦礦石、方解石閃鋅礦磁鐵礦礦石等。III階段主要形成與硅化有關的脈狀礦化，主要表現為浸染狀、細脈狀黃鐵礦黃銅礦分布于早階段形成的礦石中或黃鐵礦黃銅礦石英（網）細脈狀分布在早階段形成的塊狀、條帶狀（閃鋅礦）磁鐵礦中，III階段是銅金主要成礦階段。I和II階段主要為噴流沉積相層狀礦化，III階段為補給通道相脈狀礦化，二者構成“雙層結構”。

2）區域變質期：區域變質作用造成含礦火山巖系和礦體的變形，發生綠片巖相的變質作用。該期形成的石英脈斜切早期形成的黑云綠泥石英片巖、層狀礦化和脈狀礦化，石英脈中亦發育少量自形程度好、顆粒粗大的黃鐵礦，但該石英脈與成礦關系不大，是區域變質作用的產物。

3）表生期：地表礦體裂隙面上發生的各類次生氧化作用，可見孔雀石化、藍銅礦化、褐鐵礦化、赤鐵礦化、黃鉀鐵礬化等，金在氧化礦中明顯富集。

3 成礦作用

火山成因塊狀硫化物礦床（VMS）是沉積于海底或近海底的層狀硫化物礦床，在空間上、時間上和成因上與同時代海相火山作用有關，屬于同生沉積礦床。VMS型礦床的特點是礦區發育同期的海相火山熔巖、火山碎屑巖、沉積巖和次火山巖。礦床產在海相火山巖、火山沉積巖系中，礦體呈似層狀或透鏡狀與火山巖圍巖大體整合接觸；發育噴氣巖或熱水沉積巖，如重晶石、含鐵碧玉巖、硅質巖、黃鐵礦、綠泥石巖、黑云母巖、電氣石巖、鐵白云石巖等。礦床具有“雙層”結構，上部為噴流沉積作用形成的似層狀、塊狀硫化物礦體，礦石中常發育紋層狀、條帶狀、致密塊狀構造，下部為補給通道相浸染狀硫化物組成的脈狀-網脈狀礦體[15]。綜合烏拉斯溝含礦巖系、礦床地質特征、成礦流體特征和來源、成礦物質來源及年代學研究結果，認為烏拉斯溝銅鋅多金屬礦床為VMS型礦床。

晚志留世-晚泥盆世（425～354 Ma），板塊俯沖增生加劇，阿爾泰古陸塊隨著南緣活動陸緣的發育，發生陸緣裂解[16]。413～382 Ma期間克蘭一帶在中寒武-早奧陶世地層和中晚奧陶世花崗巖基底上形成陸緣拉張斷陷盆地，構造上屬陸緣弧環境（圖4）。俯沖板片發生裂離下沉，導致軟流圈上涌，地殼物質熔融形成康布鐵堡組酸性火山巖；底侵的基性巖漿形成康布鐵堡組基性火山巖?？颂m礦集區康布鐵堡組中酸性火山碎屑巖（少量流紋巖）為主，成礦物質鉛鋅、鐵含量較高，少量基性火山巖，成礦物質銅含量較高，導致克蘭礦集區與海相火山作用有關的礦床以鉛鋅、鐵為主，伴生銅。海水沿海底斷裂或裂隙下滲，萃取早期火山巖中成礦物質形成含礦流體，同時有巖漿熱液加入成礦系統中。次火山巖提供熱能，導致含礦流體回返。克蘭礦集區不同位置、受不同控礦因素作用，形成了不同類型或不同成礦元素組合的礦產。①塔拉特-大東溝-別斯薩拉一帶含礦熱液沿補給通道噴到海底，在海底斜坡、洼地等，由于壓力巨減，溫度降低，與冷的海水混合等因素，導致絡合物分解，礦質沉淀形成層狀、透鏡狀礦體，在礦體邊部多發育條帶狀、條紋狀構造或形成噴流巖（鐵錳質大理巖、重晶石、硅質巖、黃鐵礦層），礦體中間往往形成致密塊狀、塊狀、稠密浸染狀礦石。在補給通道相形成脈狀、網脈狀礦化，成礦元素組合有Pb-Zn-Fe-Ag礦（如塔拉特）、Pb-Zn-Cu-Fe-Au礦（如鐵木爾特）、Zn-Fe-Cu-Au礦（如烏拉斯溝）、Pb-Zn礦（如大東溝）。②康布鐵堡村、薩西-紅嶺、莫尤勒特-雄庫爾居爾一帶含礦熱液受火山斷裂和裂隙控制，形成火山熱液型Fe礦、Cu礦、Cu-Au礦、Au礦；③阿巴宮-小鐵山一帶礦漿及含礦熱液在火山通道和附近的火山斷裂中充填，形成礦漿-火山熱液型鐵磷礦；④托莫爾特附近遠離火山機構，形成火山沉積型鐵錳礦；⑤恰夏一帶首先形成火山沉積型鐵礦，隨后次火山巖漿侵位，伴隨巖漿熱液活動形成銅礦疊加到早期鐵礦上。

圖4 烏拉斯溝銅鋅多金屬礦成礦模式圖

在石炭紀經歷了區域變質作用，含礦地層、噴流沉積期形成的多金屬礦體發生了變形和變質作用。該期還形成了透鏡狀切層石英脈、含黃鐵礦石英脈。石英脈斜切早期形成的黑云綠泥石英片巖、層狀礦化和脈狀礦化，石英脈中亦發育少量自形程度好、顆粒粗大的黃鐵礦，但該石英脈與成礦關系不大。表生期礦體抬升出露地表，礦石裂隙面上發生的各類次生氧化和富集作用，發育孔雀石化、藍銅礦化、褐鐵礦化、赤鐵礦化等。由于金賦存于硫化物中，硫化物風化淋濾，金礦物殘留在氧化礦石中，導致金明顯富集。

4 礦床模型

綜合本次和前人研究成果，將烏拉斯溝銅鋅多金屬礦礦床模型描述如下：

（1）地理上位于新疆阿爾泰南緣克蘭火山沉積盆地，大地構造上位于西伯利亞板塊的阿爾泰微板塊中南阿爾泰晚古生代活動陸緣的泥盆紀-石炭紀弧后盆地。

（2）含礦地層：康布鐵堡組上亞組第二巖性段變質火山沉積巖系。礦體直接圍巖為綠泥石英片巖、變質晶屑凝灰巖、鐵錳質大理巖。

（3）構造：主要為克因宮、鐵木爾特和阿巴宮三個NW-SE走向的區域性大斷裂及其次級斷裂，次級斷裂多沿含礦地層的巖性接觸面發育。

（4）侵入巖：礦區侵入巖出露很少。

（5）礦體特征：發育與地層產狀一致的鐵礦體、銅礦體、鐵銅礦體、（鐵）鋅礦體、銅鋅礦體和金礦體。礦化特征：既發育層狀、塊狀礦化，也發育與硅化有關的脈狀、網脈狀礦化。

（6）礦物組合：礦石礦物主要為磁鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦，少量方鉛礦、磁黃鐵礦、輝鉍礦、自然鉍和輝鉬礦。脈石礦物主要是石英、方解石、絹云母、白云母、綠泥石、輝石、角閃石、透閃石、陽起石、綠簾石、螢石等。

（7）圍巖蝕變：主要有硅化、黃鐵礦化、綠泥石化、赤鐵礦化、綠簾石化、陽起石化、絹云母化和方解石化，個別石榴石化、角閃石化、透閃石化和矽線石化。

（8）成礦流體為高溫演化到低溫（564～120℃）、中低鹽度（0.71～17.61wt.%NaCleq）的H2O–CO2（±CH4/N2）–NaCl體系，成礦作用發生在氧化環境。噴流沉積期各個階段石英和磁鐵礦的δ18OH2O=0.9‰～9.7‰，δD=-123.1‰～-95.4‰，3He/4He值=0.53 to 0.89 Ra，40Ar/36Ar值 =444.6～656.5，40Ar（40Ar*）=33.54%～54.99%，表明成礦流體來源于巖漿水混合深循環的海水[13]。

（9）方解石中 δ13CPDB=6.3‰～3.9‰，δ18OSMOW=8.6‰～9.4‰；硫化物δ34S=4.41‰～4.20‰，相似于世界上的VMS礦床，表明成礦物質硫主要來源于深源巖漿或下伏火山巖。

（10）成礦時代：含礦巖系凝灰巖年齡為397.9±2.8 Ma，噴流沉積期閃鋅礦和黃鐵礦Rb-Sr等時線年齡為391.3±2.7 Ma，表明主成礦作用發生在早泥盆世（～391Ma）[13，17]。

（11）成因類型為VMS型多金屬礦。噴流沉積期可進一步劃分為黃鐵礦-磁鐵礦階段、黃鐵礦-閃鋅礦-磁鐵礦階段、黃鐵礦-黃銅礦階段和石英-黃鐵礦-黃銅礦-自然金階段。

5 結論

（1）烏拉斯溝銅鋅多金屬礦床賦存于下泥盆統康布鐵堡組上亞組第二巖性段的變凝灰巖中，具有層狀、透鏡狀礦化和補給通道相脈狀礦化組成的“雙層結構”，礦床成因類型為VMS礦床。

（2）礦床的形成經歷了噴流沉積成礦期、區域變質期和表生期。前者為主成礦期，進一步劃分為（石英）-黃鐵礦-磁鐵礦階段、黃鐵礦-閃鋅礦-磁鐵礦階段和石英-黃鐵礦-黃銅礦-自然金階段。

（3）成礦流體為高溫演化到低溫（564～120℃）、中低鹽度（0.71～17.61wt.%NaCleq）的H2O–CO2（±CH4/N2）–NaCl體系，成礦作用發生在氧化環境。成礦流體來源于巖漿水混合深循環的海水，硫主要來源于深源巖漿或下伏火山巖。主成礦作用發生在早泥盆世（～391 Ma）。

致謝：參加野外和室內研究的還有楊富全、楊成棟、李強、張斌、王永強等，在此表示衷心感謝！