新疆東準(zhǔn)噶爾蘇海圖地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)自然銅的啟示和意義

王建中，錢壯志，姜超，高萍

（1.中國人民武裝警察部隊黃金第五支隊，陜西西安710100；2.長安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室，陜西 西安 710054；3.西北有色地質(zhì)勘查局物化探總隊，陜西 西安 710068）

新疆東準(zhǔn)噶爾蘇海圖地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)自然銅的啟示和意義

王建中1，2，錢壯志2，姜超2，高萍3

（1.中國人民武裝警察部隊黃金第五支隊，陜西西安710100；2.長安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室，陜西 西安 710054；3.西北有色地質(zhì)勘查局物化探總隊，陜西 西安 710068）

蘇海圖火山巖屬于紙房-瓊河壩火山巖帶，出露的地層主要有泥盆—二疊系火山巖。首次在新疆蘇海圖地區(qū)蝕變玄武巖中發(fā)現(xiàn)自然銅礦化，礦化與綠簾石化、碳酸鹽化、孔雀石化、硅化等關(guān)系密切，顯示熱液成礦特點。電子探針研究初步表明，銅礦物組合為自然銅、赤銅礦和黑銅礦等，自然銅被赤銅礦、黑銅礦不同程度交代；已發(fā)現(xiàn)的銅礦物中，尚未發(fā)現(xiàn)自然銅與其它銅的硫化物之間存在接觸關(guān)系，暗示自然銅為原生銅礦物，礦化與火山間歇期熱液活動有關(guān)，屬于火山巖型銅礦化。地球化學(xué)特征表明，蘇海圖含礦玄武巖不具有地幔柱玄武巖特征，自然銅礦化和地幔柱巖漿作用無關(guān)。同一島弧帶上的瓊河壩地區(qū)以斑巖型、矽卡巖型銅礦為主，蘇海圖地區(qū)火山巖廣泛分布，可能存在多種銅礦化類型，自然銅礦化是該地區(qū)一種新的礦化類型，對尋找銅礦具有一定的指導(dǎo)意義。

新疆；東準(zhǔn)噶爾；自然銅；地幔柱；蘇海圖

自然界銅主要以硫化物、氧化物形式產(chǎn)出，以自然銅形式產(chǎn)出較少［1］。我國自然銅主要產(chǎn)于玄武巖-火山碎屑巖和砂巖中，是兩種具工業(yè)價值的銅礦化類型［2-4］。另外，作為次要或伴生礦種，其它類型銅礦的次生氧化富集帶中也偶見塊狀自然銅產(chǎn)出［5］，為局部還原環(huán)境下結(jié)晶，是銅的硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)殂~的氧化物和含氧鹽過程的中間產(chǎn)物［6］。目前，對世界上兩個典型與溢流玄武巖有關(guān)的自然銅礦床（美國基威諾地區(qū)和我國峨眉山地區(qū)）研究表明，其玄武巖為典型地幔柱成因［7-16］。有學(xué)者提出玄武巖中自然銅礦化可能是地幔柱巖漿活動的產(chǎn)物，對其研究可用來約束玄武巖及自然銅礦化的成巖成礦作用［17］。1995年劉義學(xué)報道了西疆尼勒克縣的木斯自然銅礦［18］，近幾年，新疆東天山覺羅塔格地區(qū)上石炭統(tǒng)馬頭灘組玄武巖底部凝灰?guī)r夾層中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)自然銅礦化（十里坡、黑龍峰、長城山、東尖峰等）和氧化型銅鐵礦化點（黑尖山、赤龍峰等），自然銅礦化玄武巖的成巖成礦作用吸引了眾多地質(zhì)學(xué)家關(guān)注［19-24］。關(guān)于天山地區(qū)石炭紀—早二疊世玄武巖，夏林圻等認為其構(gòu)成了與地幔柱活動有關(guān)的大火成巖?。?5-26］。研究表明，東天山自然銅礦化帶玄武巖與地幔柱巖漿作用無直接關(guān)系，在后碰撞拉伸體制下玄武巖起源于交代（虧損？）巖石圈地幔的部分熔融，礦化是有機質(zhì)和無機質(zhì)共同作用的產(chǎn)物［21-24］。整個天山地區(qū)是否存在石炭—二疊紀地幔柱巖漿作用還需進一步研究［23］。申萍等和王居里等在西準(zhǔn)噶爾謝米斯臺地區(qū)中泥盆統(tǒng)忽爾吉斯特組流紋巖和蝕變玄武巖中發(fā)現(xiàn)斑巖型和自然銅礦化［27-28］，成礦時代為中泥盆世（（422.5±1.9）Ma）［27］。最近，楊高學(xué)等在西準(zhǔn)噶爾達爾布特蛇綠混雜巖中發(fā)現(xiàn)堿性玄武巖，鋯石206Pb/238U年齡為375 Ma，楊高學(xué)認為西準(zhǔn)噶爾地區(qū)存在晚泥盆世地幔柱活動［29］，東準(zhǔn)噶爾地區(qū)也有同時代的基性巖漿作用，東、西準(zhǔn)噶爾具有相似的地質(zhì)演化歷史，暗示在泥盆紀準(zhǔn)噶爾地區(qū)可能處于同一地球動力學(xué)背景。2011年，筆者在中蒙邊界附近的蘇海圖地區(qū)上泥盆統(tǒng)蘇海圖組玄武巖中首次發(fā)現(xiàn)自然銅礦化，地表出露面積約2 m2，揀塊樣銅的品位高達1.43%。由于地理環(huán)境限制，蘇海圖地區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)工作較薄弱，區(qū)內(nèi)自然銅礦化玄武巖形成時代缺乏同位素年代學(xué)制約。筆者初步報道發(fā)現(xiàn)的自然銅礦化特征，通過對賦礦玄武巖主量元素和微量元素進行研究，討論自然銅礦化玄武巖是否和地幔柱巖漿活動有關(guān)？分析自然銅礦化的可能成因，探討蘇海圖地區(qū)銅礦找礦前景，為蘇海圖地區(qū)的銅礦勘探提供理論依據(jù)。

1 礦化區(qū)地質(zhì)概況和礦化特征

1.1 礦化區(qū)地質(zhì)概況

蘇海圖位于中蒙邊界附近，瓊河壩火山巖帶的西北端［30］，為東準(zhǔn)噶爾庫蘭卡孜干-紙房-瓊河壩島弧帶的一部分，南與三塘湖盆地相連，西接大小哈莆提山，南東臨老爺廟-額仁山［31］。區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈，持續(xù)時間長，從泥盆紀到侏羅紀均有巖漿作用發(fā)生，火山巖和侵入巖均有分布。火山巖分布廣泛，噴發(fā)時代從泥盆紀到侏羅紀，以中泥盆統(tǒng)火山巖為主。巖石類型復(fù)雜，基性、中性、酸性熔巖和各種碎屑巖均有，有玄武巖、霏細斑巖、閃長玢巖、石英鈉長斑巖、細碧巖、凝灰?guī)r和火山角礫巖（圖1）。中泥盆統(tǒng)北塔山組為一套以中基性火山巖為主的陸相火山-沉積巖系，下部發(fā)育少量苦橄巖和富輝橄玄巖［32］。中基性火山碎屑巖夾中酸性火山熔巖，火山熔巖常呈透鏡狀出現(xiàn)，產(chǎn)大量植物化石。上泥盆統(tǒng)蘇海圖組，分布在蘇海圖山南坡，與下伏北塔山組呈斷層接觸，與上覆黑山頭組呈角度不整合，與上覆和布克河組為整合接觸。據(jù)巖性、巖相組合分為下、中、上3個亞組。其中蘇海圖組下亞組大面積出露，與下伏北塔山組上亞組斷層接觸，與上覆蘇海圖組中亞組整合接觸，為一套淺海相火山噴發(fā)巖和正常碎屑巖建造。主要巖性為黃綠色枕狀拉斑玄武巖夾細火山角礫巖，拉斑玄武巖中發(fā)育自然銅礦化，本文采集兩件含礦玄武巖樣品進行主量元素和微量元素分析（表1）。下石炭統(tǒng)黑山頭組上亞組、和布克河組零星分布，黑山頭組上亞組主要巖性為灰綠、黃綠色片理化安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、灰綠色凝灰角礫巖夾凝灰質(zhì)粉砂巖。和布克河組巖性為灰綠、黃綠色凝灰質(zhì)砂巖、粉砂巖、砂巖、灰?guī)r夾砂礫巖及千枚巖，化石豐富。區(qū)域變質(zhì)作用較強，巖石具淺變質(zhì)現(xiàn)象，絹云母、綠泥石化、綠簾石化和褐鐵礦化發(fā)育。區(qū)內(nèi)斷裂極發(fā)育，華力西期構(gòu)造運動形成大量NW向逆斷裂和正斷裂，及NE、NW向平推斷裂。其中，三岔口近EW向逆斷裂位于中部偏北，規(guī)模大，延伸遠，貫穿整個工區(qū)，是蘇海圖復(fù)背斜的一個重要斷裂。

1.2 礦化特征

自然銅礦化賦存在枕狀拉斑玄武巖與片理化砂巖接觸部位，靠近拉斑玄武巖一側(cè)。巖石強烈蝕變，孔雀石化、硅化發(fā)育（圖2-a，b），可見翠綠色孔雀石和石英細脈，巖石新鮮面見氧化銅和自然銅（圖2-b），顯微鏡下原巖礦物大多已蝕變?yōu)槭⒑途G簾石（圖2-c），原巖無法恢復(fù)。礦石以次生銅礦物為主，見少量自然銅。自然銅主要呈它形粒狀、浸染狀或不規(guī)則狀，粒度0.05～2 mm，常見粒度0.1～1.0 mm，自然銅被赤銅礦、黑銅礦不同程度交代，交代強烈時被赤銅礦、黑銅礦完全替代，僅見少量自然銅殘存于赤銅礦、黑銅礦中（圖2-d）。

圖1 新疆東準(zhǔn)噶爾蘇海圖地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Schematic geological map of Suhaitu area

表1 蘇海圖地區(qū)玄武巖主量元素和微量元素含量表Table1 Composition table of major and trace element from the volcanic rocks in Suhaitu area

礦物電子探針測試工作由長安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室完成。電子探針能譜分析結(jié)果顯示，主要礦物分子式接近各對應(yīng)礦物標(biāo)準(zhǔn)分子式（表2）。蘇海圖地區(qū)銅礦化伴生硅化，礦物組合為赤銅礦、黑銅礦、自然銅和孔雀石等，原生銅礦物為自然銅，次生銅礦物以赤銅礦為主，次為黑銅礦和孔雀石（圖3）。自然銅分布在已發(fā)現(xiàn)的次生銅礦物和石英中，主要被赤銅礦和黑銅礦包裹（圖3），未發(fā)現(xiàn)自然銅與其它銅硫化物間存在接觸關(guān)系。赤銅礦、黑銅礦主要呈它形粒狀、浸染狀或不規(guī)則狀，部分沿自然銅顆粒邊緣交代自然銅分布，少量赤銅礦呈細脈狀（圖3）。

2 討論

2.1 礦化玄武巖是否與地幔柱有關(guān)？

自然銅礦化玄武巖的成巖成礦作用研究可約束含礦玄武巖的構(gòu)造背景。本文首先討論自然銅礦化玄武巖是否與地幔柱有關(guān)。通常情況下，未受混染的地幔柱成因的玄武質(zhì)巖石，具有平坦的REE分布型式或弱的LREE富集的分布型式，同時缺乏Nb，Ta，Ti的負異常［36-38］，蘇海圖地區(qū)玄武巖具緩右傾的輕稀土富集特征，但其輕、重稀土分餾程度較低，具明顯的Nb，Ta負異常及弱的Ti負異常，顯示蘇海圖地區(qū)玄武巖可能與地幔柱活動無直接關(guān)系。

Saunders et al認為，起源于地幔柱的玄武巖最重要特征是其原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化（Th/Nb）PM值小于1，同時指出，地幔柱組分是以大于1或近于1的高Nb/La值、低的87Sr/86Sr值和高δNd值為特征［39］。蘇海圖地區(qū)玄武巖的（Th/Nb）PM比值均大于1，為1.33～20.14，其中，蘇海圖組自然銅礦化玄武巖的（Th/Nb）PM值為5.07～8.34，均值6.70，遠遠大于原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化（Th/Nb）PM值；Nb/La值分布在0.20～0.36，其中，蘇海圖組自然銅礦化玄武巖的Nb/La比值在0.20附近，遠小于1。地幔標(biāo)準(zhǔn)化（Th/Nb）PM值和Nb/La比值初步顯示蘇海圖組玄武巖非地幔柱成因。

圖2 新疆蘇海圖蝕變玄武巖和典型礦石結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Alteration and typical textures of the basalt from the Suhaitu area，Xinjiang

表2 新疆蘇海圖礦石主要礦物電子探針分析結(jié)果Table 2 EMPS results of the major ore minerals in the Suhaitu area，Xinjiang Province

Neal et al研究認為，地幔柱成因的玄武巖（La/Nb）N、（Th/Ta）N比值均小于1［40］，研究區(qū)玄武巖的（La/Nb）N范圍2.76～5.82，均大于1，（Th/La）N比值為0.96～20.14，其中，蘇海圖組玄武巖（Th/Ta）N比值5.34～8.07，均大于1，（La/Nb）N比值和（Th/La）N比值也暗示蘇海圖組玄武巖與地幔柱作用無關(guān)。起源于地幔柱的玄武巖具（La/Nb）N和（Th/La）N比值均小于1的特點，發(fā)散的大洋板塊邊緣和大洋板內(nèi)玄武巖也具相同特征。因此，利用兩個比值還不能完全確定其和地幔柱有關(guān)；汪云亮等和孫書勤等曾指出［41-42］，幔柱成因的玄武巖不僅無Nb，Ta虧損，且Nb，Ta相對Zr，Hf富集，標(biāo)志是：Ta/Hf＞0.3，Nb/Zr＞0.15。蘇海圖地區(qū)玄武巖的Ta/Hf比值為0.07～0.13，平均0.09；Nb/Zr比值為0.03～0.04，平均0.04，Ta/Hf和Nb/Zr比值進一步說明蘇海圖組玄武巖不是地幔柱玄武巖。

研究區(qū)玄武巖的MgO含量為0.7～6.26，Ni含量介于11.69～85.67，也不具地幔柱成因玄武巖高MgO（大于12%）、高Ni的特點［43］。

Ta/Hf-Th/Hf判別圖解指示（圖4-a）［41］，研究區(qū)玄武巖明顯不同于峨眉山苦橄巖及共生玄武巖在內(nèi)的地幔柱玄武巖，暗示蘇海圖地區(qū)玄武巖不是起源于地幔柱的火山巖。Nb，Th，Zr，Y為不活潑的高場強（HFSE）元素，其比值既不會像同位素比值那樣隨著時間發(fā)生改變，也不會受次生蝕變作用影響［44］。Condie提出，可用Nb/Th、Zr/Nb、Zr/Y和Nb/Y 4個比值，對某些同位素地幔柱加以特征化［45］。Zr-Y-Nb-Th關(guān)系不僅能夠?qū)⒌蒯Ｖ春头堑蒯Ｖ醇右詤^(qū)分，還可為區(qū)分玄武巖是源于地幔柱頭或源于地幔柱尾提供有用的地球化學(xué)標(biāo)志［44］。在Zr/Y-Nb/Y判別圖解中（圖4-b）［44-45］，蘇海圖地區(qū)火山巖落在非地幔柱源區(qū)區(qū)域，證明蘇海圖地區(qū)玄武巖起源于非地幔柱源區(qū)。

已有資料未顯示研究區(qū)乃至整個東準(zhǔn)噶爾地區(qū)存在類似峨眉山大火成巖省及塔里木盆地的與地幔柱活動相對應(yīng)的大規(guī)模地殼隆升和剝蝕［46］，中泥盆統(tǒng)北塔山組下部發(fā)育鈣堿性系列苦橄巖和富輝橄玄巖［32］，但明顯不同于峨眉山大火成巖省拉斑玄武巖系列苦橄巖［47］。綜上所述，主量元素、微量元素及典型巖石組合均指示，東準(zhǔn)噶爾蘇海圖地區(qū)的含銅玄武巖不具地幔柱玄武巖特征，自然銅礦化可能與地幔巖漿作用無直接關(guān)系。

2.2 礦化成因及對比研究

自然銅產(chǎn)出較少，是各種地質(zhì)作用中還原條件下的產(chǎn)物［1，48-49］，有原生和次生兩種成因。區(qū)內(nèi)自然銅主要產(chǎn)于蝕變玄武巖中，呈星點狀、浸染狀產(chǎn)出；自然銅的形態(tài)多呈它形不規(guī)則粒狀，多數(shù)顆粒邊緣遭后期交代作用，被赤銅礦、黑銅礦不同程度交代；已發(fā)現(xiàn)銅礦物中，尚未發(fā)現(xiàn)自然銅與其它銅的硫化物間存在接觸關(guān)系，表明區(qū)內(nèi)自然銅為原生銅礦物，非次生成因。蘇海圖地區(qū)銅礦化應(yīng)與火山活動間歇期的熱液作用有關(guān)，為火山熱液型銅礦。

圖3 新疆蘇海圖銅礦石光片反射光（a）和能譜圖（b-d）Fig.3 Reflected light（a）and EDS（b-d）Maps of the polished section from the Suhaitu area，Xinjiang

圖4 玄武巖Ta/Hf-Th/Hf（a）和Zr/Y-Nb/Y（b）判別圖解Fig.4 Ta/Hf-Th/Hf diagram（a）and Zr/Y-Nb/Y diagram（b）of basalts

目前研究認為，美國基威諾和峨眉山自然銅礦床（點）產(chǎn)于陸內(nèi)裂谷環(huán)境，溢流玄武巖成因與地幔柱活動有關(guān)［11，46-47］。天山地區(qū)自然銅礦化火山巖是晚石炭世后碰撞拉伸體制下巖漿活動的產(chǎn)物［22-24］，東準(zhǔn)噶爾蘇海圖地區(qū)構(gòu)造背景明顯不同，為與俯沖作用有關(guān)的大陸島?。?0］。同時，地幔柱成因玄武巖中的自然銅礦床具復(fù)雜的巖漿-熱液成礦系統(tǒng)，如地幔柱巖漿分異成礦階段的硫化物-氧化物和自然金屬成礦系統(tǒng)，地幔柱同生火山熱液成礦階段的赤鐵礦-陽起石-硅化氧化銅、瀝青化-綠泥石、濁沸石化自然銅和碳酸鹽化硫化物成礦系統(tǒng)。東準(zhǔn)噶爾蘇海圖地區(qū)目前只見自然銅礦化，其礦化特征、構(gòu)造背景及巖漿活動時代等與西準(zhǔn)噶爾謝米斯臺地區(qū)泥盆紀自然銅礦化具極大相似性［27-28］，為謝米斯臺早古生代（泥盆紀）島?。?7，50-51］。因此，東準(zhǔn)噶爾蘇海圖地區(qū)自然銅礦化成因可能與地幔柱成因玄武巖中的自然銅礦床存在差異。

2.3 啟示和意義

蘇海圖位于瓊河壩銅金成礦亞帶西北端的延伸部分，屬庫蘭卡孜干-紙房-瓊河壩古生代島?。?1］，西與塔爾巴哈臺-謝米斯臺成礦帶相連。區(qū)域上，具形成火山熱液型礦床和斑巖型礦床的有利地質(zhì)條件［27］，鄰區(qū)瓊河壩一帶分布有矽卡巖型綠石溝銅礦和多個斑巖型銅礦。近幾年來，瓊河壩和云英山（蒙西）斑巖型銅礦的找礦勘探工作取得了突破［52-53］。初步研究表明，蘇海圖地區(qū)巖漿活動強烈，期次多，巖石類型復(fù)雜，分布廣泛；巖石蝕變強烈，閃長玢巖、霏細斑巖、石英鈉長斑巖等次火山巖綠簾石化、綠泥石化等較強烈，局部發(fā)育黃鐵礦化和黃銅礦化；玄武巖出露范圍大，巖石普遍發(fā)育綠泥石化和綠簾石化，局部硅化強烈；斷裂構(gòu)造發(fā)育。東準(zhǔn)噶爾具較好的成礦物質(zhì)基礎(chǔ)，Cu，Ag含量普遍較高，277件樣品Cu的平均含量為87×10-6、Ag的平均含量為0.82×10-6［54］，明顯高于在中國陸殼中的含量［55］，指示玄武巖可能為賦存于其巖層內(nèi)的銅礦化提供了成礦物質(zhì)，礦區(qū)南東部存在Cu，Pb，Zn綜合異常。蘇海圖地區(qū)具備有利的銅成礦構(gòu)造環(huán)境和巖漿條件，有利的成礦構(gòu)造條件和流體、物源條件，具良好的成礦地質(zhì)條件和銅礦找礦前景。

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The Insight of the First Discovery of Native Copper in Suhaitu，Eastern Junggar Area，Xinjiang

Wang Jianzhong1，2，Qian Zhuangzhi2，Jiang Chao2，Gao Ping3
（1.No.5 Gold Geological Party of Chinese People’s Armed Police Force，Xi’an，Shaanxi，710100，China；2.Key
Laboratory of Western China’s Mineral Resources and Geological Engineering，Ministry of Education；Chang`an University，Xi’an，Shaanxi，710054，China；3.Geophysical and Geochemical Exploration
Corps of Northwest Mining Group for Nonferrous Metals，Xi’an，Shaanxi，710068，China）

Suhaitu volcanic rocks belong to the Zhifang-Qiongheba volcanic rock belt，and mainly have Devonian-Permian volcanic rocks.The native copper mineralization，a new copper mineralization type，was found for the first time in alterated Suhaitu formation basalts of Suhaitu area，Xinjiang，The mineralization is closely related to the hydrothermal mineralization such as epidotization，carbonation，and silicification Preliminary EPMA studies show that copper mineral association is the native copper，cuprite，tenorite and malachite，the native copper was alterated by the cuprite and tenorite to some extent and not connected with the other copper sulfides，all these mentioned above hint that it is associated with the volcanic hydrothermal activity and belongs to the volcanic rock type.The geochemical characters suggest that there was no connection between the basalt copper bearing mineralization with the mantle plume，so the native copper is not related to the mantle plume magmatism.The Suhaitu area widespreaded by the volcanic and sub-volcanic rocks shares the same island arc with the neighboring Qiongheba region，which is dominanted by the porphyry and skarn copper deposits.There may be a variety of copper mineralization types in Suhaitu area，and it is expected that new breakthrough can be made in further copper prospecting.

Xinjiang；Eastern Junggar；The native copper；Mantle plume；Suhaitu

1000-8845（2015）01-61-07

P618.41

A

項目資助：長安大學(xué)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金（CHD2011SY014）資助

2014-03-04；

2014-04-08；作者E-mail：zhong_jw2004@163.com

王建中（1978-），男，山東單縣人，長安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程學(xué)院在讀博士，主要從事礦產(chǎn)勘查及礦床學(xué)研究