新疆烏恰薩熱克礫巖型銅礦床富集規(guī)律及成礦期次

賈潤幸 ,方維萱

（1.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，北京 100012；2.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心礦山生態(tài)環(huán)境資源創(chuàng)新實驗室，北京 100012）

0 引言

沉積型銅礦是一種重要的銅礦床類型（Brown，2014；杜玉龍，2021），約占世界銅礦產(chǎn)量和已知儲量的23%（Kirkham，1989；Brown,1992;Hitzman et al.,2005）。根據(jù)礦床容礦巖系的不同，沉積型銅礦可一步劃分為海相雜色巖型、陸相雜色巖型和海相黑色巖系型（芮宗瑤和王龍生，1994)。新疆薩熱克銅礦床應屬于陸相雜色巖型銅礦床，前人已對其進行過大量的研究（祝新友等，2011；李志丹等，2011；方維萱等，2015，2016，2017；2018；賈潤幸等，2016，2017a，2017b，2018），但對成礦物質(zhì)來源爭議很大，祝新友等（2011）認為薩熱克銅礦屬于后生低溫熱液礦床，成礦作用與區(qū)域性的盆地鹵水作用有關(guān)。李志丹等（2011）認為與盆地流體活動相關(guān)；也有學者認為與多成因復成礦床（方維萱等，2015；賈潤幸等，2016，2018）相關(guān)。本文首次在薩熱克銅礦北礦帶中的礦化雜礫巖中發(fā)現(xiàn)了基性火山巖礫石，通過對該銅礦化雜礫巖與薩熱克巴依盆地南部堿性輝長巖脈的礦物組構(gòu)及地球化學特征研究來揭示成礦物質(zhì)的來源，旨在為薩熱克砂礫巖型銅礦床深部和外圍找礦預測提供新依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

薩熱克銅礦床產(chǎn)于新疆烏恰縣薩熱克巴依陸內(nèi)拉分盆地中，大地構(gòu)造位置位于塔里木盆地西緣塔拉斯—費爾干納右行走滑構(gòu)造帶西側(cè)（李向東和王可卓，2000）。該區(qū)出露的地層主要有第四系、白堊系、侏羅系、志留系和長城系阿克蘇群（圖1）。薩熱克巴依盆地總體為北東向的寬緩復式向斜，該區(qū)斷裂總體為北東向深大斷裂及其次級斷裂，次級斷裂為近東西向和北西向；盆地內(nèi)巖漿巖僅在南部見輝綠輝長巖，多呈巖脈出露于白堊系中，順層和切層均有產(chǎn)出，輝綠輝長巖脈及上下盤砂巖發(fā)育褪色蝕變并常伴有銅礦化現(xiàn)象。薩熱克銅礦床嚴格受寬緩復式向斜控制，可分為北礦帶和南礦帶。

圖1 大地構(gòu)造位置圖（a，據(jù)李向東等，2000 ）和新疆薩熱克銅礦床地質(zhì)圖（b）

從近些年的最新勘探成果來看，南北礦段在盆地向斜深部相連（賈潤幸等，2018）。上侏羅統(tǒng)庫孜貢蘇組上段雜礫巖為薩熱克銅礦床主要的含礦層，發(fā)育碎裂巖化+瀝青化+褪色化中—細礫巖夾少量粉砂巖和砂巖，金屬礦物以輝銅礦+斑銅礦（±黃銅礦）為主。含礦層上部為下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群第一段褐紅色粉砂質(zhì)泥巖與泥質(zhì)粉砂巖，發(fā)育褪色化和瀝青化，含礦層下部依次為上侏羅統(tǒng)庫孜貢蘇組下段灰綠色粉砂質(zhì)泥巖、粗砂質(zhì)礫巖、含礫巖屑和細砂巖等。

2 樣品特征與分析方法

銅礦石樣品（8件）和巖屑石英砂巖樣品（4件）主要采于薩熱克銅礦床北礦段2700中段4026#、4030#、4034#和4037#穿脈坑道（圖2），堿性輝長巖樣品（3件）采于薩熱克巴依盆地南部地表的堿性輝長巖脈中（圖1）。巖屑石英砂巖樣品（圖2a～f）主要由石英（85%～90%）、巖屑（10%～15%）、泥質(zhì)（3%～5%）等組成，在靠近含銅雜礫巖的巖屑石英砂巖裂隙中可見瀝青化（圖2a）和方解石細脈（圖2d）。銅礦化雜礫巖樣品（圖2g～l）主要由礫石（85%～90%）、少量砂屑（含量<5%）和填隙膠結(jié)物組成（5%～10%）。礫石成分主要為泥巖、碳酸鹽巖、石英細砂巖、泥質(zhì)細砂巖、基性火山巖、石英巖、硅質(zhì)板巖等，分選性較差，粒徑一般在0.3～5 cm之間，個別達到7 cm以上，磨圓中等，多呈次圓狀。填隙膠結(jié)物為方解石（1%～5%）、輝銅礦（0.5%～5%）和少量次生石英（0.5%～1%）。堿性輝長巖（圖2m～o）主要由鈉長石（約45%）、角閃石（約25%）、粘土類礦物（20%～30%）、碳酸鹽（約6%）和鐵銅金屬礦物（6%）等組成。碳酸鹽為晚期蝕變作用產(chǎn)物，金屬礦物中可見黃銅礦呈格子狀分布于輝銅礦中（圖2o）。樣品重量一般為1000～2000 g左右。樣品加工前先切掉氧化或蝕變膜，選擇新鮮的巖塊作為測試對象，磨制電子探針片后再進行巖石化學全巖分析。主、微量元素分析由中國冶金地質(zhì)總局第一地質(zhì)勘查院測試中心完成，主量元素使用分光光度法和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-OES），微量元素使用電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS），分析結(jié)果見表1。電子探針測試在中國地質(zhì)大學（北京）科學研究院實驗中心完成，分析結(jié)果見表2和表3。

表1 薩熱克銅礦床巖（礦）石樣品主量元素（%）和微量元素（×10-6）分析結(jié)果

表2 薩熱克銅礦床巖（礦）石樣品中氧化物電子探針分析結(jié)果/%

表3 薩熱克銅礦床巖（礦）石樣品中硫化物電子探針分析結(jié)果/%

圖2 新疆薩熱克巖銅礦床巖（礦）石樣品特征

3 巖（礦）石地球化學特征

從表1中可以看出巖屑石英砂巖4件樣品中SiO2含量59.74%～71.3%，平均64.26%；Al2O3含量9.09%～12.85%，平均11.32%；TFe含量4.64%～6.19%，平均5.35%；MgO含量1.92%～2.33%，平均2.13%；CaO含量2.08%～8.35%，平均5.14%；TiO2含量0.31%～0.49%，平均0.41%。銅礦化雜礫巖8件樣品中SiO2含量59.12%～72.53%，平均65.64%；Al2O3含量6.31%～9.64%，平均8.01%；TFe含量3.25%～5.95%，平均4.78%；MgO含量1.33%～2.15%，平均1.73%；CaO含量6.04%～8.80%，平均7.48%；TiO2含量0.19%～0.34%，平均0.25%。堿性輝長巖3件樣品中SiO2含量43.4%～47.65%，平均 45.21%；Al2O3含量16.05%～16.87%，平均16.58%；TFe含量5.14%～8.04%，平均6.43%；MgO含量6.78%～9.69%，平均8.08%；CaO 含量6.39%～6.81%，平均6.54%；TiO2含量1.96%～2.55%，平均2.30%。從中可以看出3類巖（礦）石樣品中，堿性輝長巖中的Al2O3、MgO、TiO2和TFe含量最高，銅礦化雜礫巖中的SiO2和CaO含量最高，這主要與銅礦化雜礫巖中含有大量的次生石英－碳酸鹽脈有關(guān)。

在（TFe2O3+MgO）-TiO2（圖3a）中，4件巖屑石英砂巖和8件銅礦化雜礫巖樣品均落在大陸島弧雜砂巖和活動大陸邊緣雜砂巖區(qū)附近；在（TFe2O3+MgO）-Al2O3/SiO2（圖3b）中，除2件巖屑石英砂巖樣品落在大陸島弧雜砂巖區(qū)內(nèi)，另外2件巖屑石英砂巖和8件銅礦化雜礫巖樣品也均落在大陸島弧雜砂巖和活動大陸邊緣雜砂巖區(qū)附近。采用原始地幔進行配分（Sun and McDonough，1989），從圖4中可以看到堿性輝長巖樣品中Cs-Rb-Sr-K等大離子親石元素含量變化較大，富集Ta-Nb-Pb-P-U等高場強元素。采用球粒隕石進行配分（王中剛等，1989），從表1中可以看出，堿性輝長巖樣品中稀土總量最高，∑REE含量為195×10-6～246×10-6；平均為225×10-6；同時δEu具有弱的正異常或弱的負異常；δCe為1.01～1.08，平均為1.04，具弱的正異常。巖屑石英砂巖中稀土總量∑REE 含量為102×10-6～160×10-6；平均為144×10-6，δEu 為0.70～0.73，平均為0.71，具中等負異常，δCe為1.05～1.24，平均為1.10，具弱的正異常。銅礦化雜礫巖中稀土總量∑REE含量為95.9×10-6～121×10-6；平均為104×10-6，δEu為0.70～0.78平均為0.73，具中等負異常，δCe為1.05～1.10，平均為1.07，具弱的正異常。從圖5中可以看出，銅礦化雜礫巖、巖屑石英砂巖和堿性輝長巖樣品中的稀土配分曲線均呈平滑右傾特征，輕稀土分餾程度大于重稀土分餾程度。

圖3 薩熱克銅礦床TFe2O3+MgO對TiO2、Al2O3/SiO2圖解（底圖據(jù)Bhatia,1983）

圖4 薩熱克銅礦床堿性輝長巖蜘蛛圖

圖5 薩熱克銅礦床巖（礦）稀土配分曲線圖

4 討論

4.1 富集規(guī)律

前人研究認為基性火山巖或基性巖漿與銅礦床的形成密切相關(guān)（Konari et al.,2013；McPhie et al.,2016;Zhao et al.,2018；孫海田等，2004）。從圖2可看出薩熱克銅礦石基性火山巖礫石和堿性輝長巖中都出現(xiàn)大量的鈉長石化，電子探針分析結(jié)果（表2）顯示兩者鈉長石的成分也較為接近，其中銅礦石基性火山巖礫石中鈉長石CuO含量0.16%～0.63%，平均0.35%，堿性輝長巖鈉長石CuO含量0.16%～0.31%，平均0.24%，表明兩者都是重要的銅物質(zhì)來源。通過對薩熱克巴依地區(qū)上侏羅統(tǒng)庫孜貢蘇組中含銅蝕變雜礫巖和瀝青化蝕變相帶中碎屑鋯石定年和蝕源巖示蹤分析共獲得四組LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡（方維萱等，2019），表明薩熱克巴依走滑拉分盆地在晚侏羅世庫孜貢蘇期具有廣泛的蝕源巖區(qū)。其中一組年齡（1006～1555 Ma）為中元古代，與本區(qū)中元古代阿克蘇巖群時代類似，推測薩熱克巴依盆地晚侏羅世庫孜貢蘇組中的含礦基性火山巖礫石可能與盆地基底中元古代阿克蘇巖群有關(guān)，并成為薩熱克銅礦形成的重要成礦物質(zhì)來源之一。

從薩熱克銅礦物的硫同位素特征來看，銅礦石中輝銅礦硫同位素一般為δ34S=-24‰～-13.2‰（李志丹等，2011；賈潤幸等，2017b），而本區(qū)堿性輝長巖中銅礦物的硫同位素（δ34S）經(jīng)測定為+11.2‰，上述特征可以推斷薩熱克銅礦石中基性火山巖礫石中的銅硫化物在后期演化過程中受盆地流體影響發(fā)生了較大的變化，電子探針分析結(jié)果（表3）也顯示堿性輝長巖（C1樣品）中輝銅礦Fe含量為7.29%～7.86%，銅礦石（B8樣品）中輝銅礦Fe含量為0～0.33%，前者明顯要高于后者。方維萱等（2017）通過對薩熱克砂礫巖型銅礦體中不同Cu品位的礦石物相進行分析，顯示全銅（TCu）與全鐵（TFe）含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，揭示了全鐵對銅富集成礦具有明顯的控制作用。賈潤幸等（2017a）在薩熱克銅礦石膠結(jié)礦物中發(fā)現(xiàn)了富烴類盆地流體的包裹體，這種富烴還原性盆地流體對銅礦物的物相變化也起著重要的作用。從薩熱克銅礦石基性火山巖礫石中輝銅礦的分布特征來看（圖2h～i），大部分輝銅礦呈微細粒浸染狀分布于鈉長石顆粒間隙，少部分則呈團塊狀分布與礫石裂隙中，表明基性火山巖礫石中的輝銅礦具有從早期微細粒狀向后期團塊狀富集的趨勢，上述特征表明薩熱克銅礦石中的輝銅礦具有多期成礦的特征。賈潤幸等（2018）通過薩熱克銅礦石輝銅礦錸鋨同位素測試，共獲得3組年齡。從成礦流體演化的物質(zhì)組成來看，主成礦期為次生石英+方解石+輝銅礦（碎裂巖化網(wǎng)脈狀，分布于主礦體中）→后期為方解石+白云石+輝銅礦（脈狀，分布于礦體邊部），少數(shù)為方解石+重晶石+黃銅礦（細脈狀，分布于礦體邊部圍巖裂隙中）（圖2d）。上述特征表明，薩熱克銅礦在形成過程中明顯受到了后期改造作用，成礦流體與本區(qū)的構(gòu)造活動密切相關(guān)。在早白堊世階段，薩熱克巴依盆地受近南北向逆沖推覆作用，銅礦石中的基性火山巖等礫石發(fā)生碎裂巖化，銅金屬元素在成礦流體作用下發(fā)生活化、遷移，由于受上部下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群紫紅色粉砂質(zhì)泥巖（不透水層）的圈閉作用下，主要富集在透水性較好的上侏羅統(tǒng)庫孜貢蘇組雜礫巖一側(cè)，并在構(gòu)造有利部位進一步富集成礦，少部分流體進入圍巖羽狀裂隙中形成黃銅礦-重晶石-方解石細脈。

4.2 成礦期次

根據(jù)前述對于成礦地質(zhì)背景和成礦構(gòu)造等系統(tǒng)研究，結(jié)合對礦石構(gòu)造巖相學研究，將薩熱克砂礫巖型銅多金屬礦床4個主要成礦期劃分為5個主要成礦階段，其礦物生成順序如表4。（1）晚侏羅世初始沉積成巖成礦期；（2）白堊紀—古近紀盆地流體改造主成礦期；（3）喜山期巖漿熱液疊加成礦期；（4）新近紀—第四紀表生作用成礦期。其中盆地流體改造主成礦期可進一步劃分為銀輝銅礦－強瀝青蝕變階段和輝銅礦－褪色化蝕變階段。

表4 薩熱克銅礦床成礦期次

續(xù)表

5 結(jié)論

（1）薩熱克巴依拉分盆地在晚侏羅世庫孜貢蘇期具有廣泛的蝕源巖區(qū)，薩熱克銅礦中的基性火山巖礫石可能與盆地基底中元古代阿克蘇巖群有關(guān)，其為重要的成礦物質(zhì)來源之一。

（2）薩熱克銅礦具有多期成礦的特征，先后經(jīng)歷了沉積成巖成礦期、盆地流體改造主成礦期，巖漿熱液疊加成礦期和表生成礦期。早期基性火山巖礫石所攜帶的銅元素為薩熱克銅礦重要的成礦物質(zhì)來源之一，后在構(gòu)造作用下銅金屬元素隨成礦流體重新活化、遷移并富集成礦。