新疆托帕鉛鋅礦成礦機(jī)制及找礦模型

楊憲濤

(中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司)

托帕鉛鋅礦床位于新疆克孜勒蘇州烏恰縣—阿圖什市康蘇鎮(zhèn)轄區(qū)內(nèi)，挾持于北部西南天山巖漿-構(gòu)造帶、中部塔里木喀什坳陷及南部昆侖巖漿-構(gòu)造帶的構(gòu)造過渡帶西緣，地處塔里木盆地中央隆起北側(cè)的向斜內(nèi)。礦床所屬的塔里木西緣喀什坳陷具有顯著的繼承性和再生性，在中生代晚期開始沉降，形成的半封閉—封閉型海盆為含煤、含礦(鉛鋅)建造提供了有利的巖相古地理環(huán)境[1-6]。加之多期次、多旋回的復(fù)雜構(gòu)造巖漿活動(dòng)，為礦床產(chǎn)出提供了必要的有利條件，形成了一個(gè)以烏拉根、薩里塔什、佰什布及花園、楊葉等為代表的鉛鋅(銅)礦帶[7-9]。自20世紀(jì)前蘇聯(lián)地質(zhì)學(xué)家在轄區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)鉛鋅礦床以來，大量學(xué)者對(duì)區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床進(jìn)行了深入研究，總體上，研究成果集中于烏拉根礦區(qū)[10-12]，針對(duì)托帕礦區(qū)的研究成果較少。本研究在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)托帕鉛鋅礦床地質(zhì)特征及礦化特征進(jìn)行詳細(xì)論述，并對(duì)該礦床的成礦機(jī)制進(jìn)行分析，對(duì)找礦模型進(jìn)行構(gòu)建，為對(duì)烏拉根—托帕礦區(qū)進(jìn)行成礦遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)提供可靠依據(jù)。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

托帕鉛鋅礦的區(qū)域大地構(gòu)造位置總體處于西南天山巖漿-構(gòu)造帶(北部)、喀什坳陷(中部)及西昆侖巖漿-構(gòu)造帶(南部)之間，三者夾持部位多形成構(gòu)造過渡帶或裂陷槽，并于天山及喀什坳陷之間疊置了托云盆地、窮庫爾山間坳陷盆地，其形成的特殊構(gòu)造地段為各窮庫爾、薩里塔什、霍什布拉克等礦床的形成提供了有利場所，烏拉根—托帕礦區(qū)即位于塔里木盆地中央隆起的向斜及背斜內(nèi)[13-14]。礦區(qū)所屬的喀什坳陷地層巖性復(fù)雜，由元古界、古生界基底及中新生界地層組成，其中，元古界長城系由一套碎屑巖-碳酸鹽巖建造組成，古生界由含碳碎屑-碳酸鹽巖建造、碎屑巖-硅質(zhì)巖-碳酸鹽巖建造及海陸交互的淺海陸源碎屑巖及碳酸鹽巖建造組成，中生界主要出露有陸源碎屑巖建造(圖1)。區(qū)域斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，均屬規(guī)模巨大(長數(shù)百千米)、切割深的邊界或緩沖斷裂，其中塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂與區(qū)內(nèi)其余3條近EW向斷裂交匯，同時(shí)將區(qū)內(nèi)基底及蓋層切割為大小不等的斷塊，為深源物質(zhì)運(yùn)移提供了有利通道，加之加里東、海西期西南天山及西昆侖多期次、多旋回的構(gòu)造巖漿活動(dòng)，為區(qū)內(nèi)礦化提供了極為有利的成礦條件。

圖1 新疆烏拉根地區(qū)區(qū)域地質(zhì)特征

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地 層

托帕鉛鋅礦床總體位于喀如勒及山前干河床一帶，礦區(qū)主要出露下二疊系、中生界白堊系及新生界古近系，其中，下二疊統(tǒng)(P1)巖性以灰綠色砂巖為主；上白堊統(tǒng)依格孜牙組(K2y)及克孜勒蘇組(K1k)分別出露于托帕背斜兩翼及核部，巖性以砂巖夾泥巖為主；古新統(tǒng)古拉根組(E1w)分布于托帕背斜兩翼，巖性較為復(fù)雜，自上而下出露有泥巖、泥灰?guī)r、同生角礫巖、天青石化白云巖及砂礫巖；古近系始新統(tǒng)卡拉塔爾組(E2k)及巴什布拉克組(E3b)分別出露于托帕背斜兩翼。

2.2 含礦建造

托帕鉛鋅礦的含礦建造與區(qū)內(nèi)出露的地層巖性關(guān)系密切，可劃分為白堊統(tǒng)砂巖建造及古新統(tǒng)砂-泥碳酸鹽巖建造，其中白堊統(tǒng)屬海陸交互建造，在黃綠色砂巖中發(fā)育銅礦化，礦化總體發(fā)育于紫色層中的淺色層。礦床的主要賦礦層位為古近系古新統(tǒng)烏拉根組(E1w)，總體屬一套海侵砂、礫-泥碳酸鹽巖建造：第一巖性段(E1w1)內(nèi)砂巖-砂礫巖的粒度自下而上呈礫級(jí)-砂、礫級(jí)-砂級(jí)的韻律性漸變，礦化強(qiáng)度也逐漸增強(qiáng)，反映出相對(duì)強(qiáng)烈的水動(dòng)力環(huán)境，海盆在同生斷裂作用下發(fā)生強(qiáng)烈動(dòng)蕩；第二～第五巖性段(E1w2-5)以同生角礫巖(白云巖)-灰?guī)r(含生物碎屑)夾白云巖-泥灰?guī)r-泥灰?guī)r夾白云巖為主，主要為化學(xué)沉積，多沿順層斷裂出露，因此粒度較一段變細(xì)，多見金屬礦物沿裂隙發(fā)育。

2.3 構(gòu) 造

礦床受托帕背斜控制作用顯著，礦床東西長14 km、南北寬5 km，規(guī)模較大，核部地層為下二疊統(tǒng)及下白堊統(tǒng)，軸部起伏不平，受地形及軸變化影響，核部地層呈片狀、條帶不連續(xù)狀分布，兩翼地層依次往外出露上白堊統(tǒng)、古新統(tǒng)、始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)、中新統(tǒng)及上新統(tǒng)，表現(xiàn)出復(fù)式背斜的特征。礦區(qū)內(nèi)的主要斷裂為北部的推覆斷裂，自北向南呈階梯狀橫穿整個(gè)礦區(qū)，總體往北傾。以斷裂為界，斷裂以北主要出露下二疊統(tǒng)，是組成斷裂“階梯”的主要地層，斷裂以南為中新生代地層，沿?cái)嗔殉雎兜牡貙用黠@破碎且片理化發(fā)育，局部見斷層碎裂巖及斷層角礫巖，總體屬成礦期后斷裂。

2.4 地球化學(xué)特征

根據(jù)對(duì)礦床900件樣品原生暈測試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)礦床的賦礦層位具有Cu、Pb、Zn、Ag、Ba、As、Mn的組合異常，且異常濃集中心顯著，w(Cu)大多為0.02%～0.2%，w(Pb)大多為0.01%～0.2%，w(Zn)大多為0.01%～0.1%。整體上，異常中心與托帕背斜形態(tài)相對(duì)應(yīng)，受含礦層位控制作用顯著，主要分布于托帕背斜的含礦層出露地段，呈橢圓狀、帶狀分布。As異常表現(xiàn)出較好的連續(xù)性且延伸范圍大，幾乎包含了整個(gè)成礦元素異常帶，顯示出異常是由礦化或礦化蝕變帶引起，結(jié)合前緣元素發(fā)育特征分析認(rèn)為礦化體深部礦化潛力較大。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦帶地質(zhì)特征

托帕礦帶受托帕背斜控制作用顯著，根據(jù)礦化的富集及空間分布特征，可將礦帶劃分為南、北Pb-Zn-Cu礦帶及中部Cu礦帶。南部Cu-Pb-Zn礦帶分布于托帕背斜南翼，礦化(體)多賦存于烏拉根組第一、第二級(jí)第四巖性段；北部Cu-Pb-Zn礦帶展布于托帕背斜北翼；中部Cu礦帶位于托帕背斜核部西端，黃綠色砂巖中發(fā)育層狀、網(wǎng)脈狀、浸染狀礦化。

在垂向上，礦帶仍表現(xiàn)出顯著的礦化分帶性，自上而下表現(xiàn)為砂巖型Cu礦化→砂礫巖型Cu礦化→碳酸鹽型Pb-Zn-Cu礦化。其中，砂巖型Cu礦化(體)多呈細(xì)脈浸染狀、網(wǎng)脈狀發(fā)育于下白堊統(tǒng)紫色層中的淺色層，斜交地層，屬熱鹵水改造成礦作用；砂礫巖型Cu礦化多順層產(chǎn)出，呈紋層狀、條帶狀及結(jié)核狀發(fā)育于烏拉根組一段(E1w1)，屬熱鹵水沉積—改造成礦；碳酸鹽型Cu礦化受斷裂構(gòu)造控制作用顯著，多順層產(chǎn)于烏拉根組第二及第四巖性段(E1w2、4)，呈脈狀、透鏡狀，礦化(體)規(guī)模較前述兩種礦化小，為熱鹵水改造作用的成果。

3.2 礦體地質(zhì)特征

總體上，礦區(qū)砂礫巖中Zn品位高，w(Zn)/w(Pb) 近于1；天青石白云石中Pb品位仍較高，w(Zn)/w(Pb)近于1；北礦帶Pb品位較高，南礦帶Zn品位較高；東部以Pb礦化為主，西部則以Zn礦化為主(圖2)。

3.3 礦石類型及礦物組成

由于礦床內(nèi)礦化類型復(fù)雜、多樣，因此礦石類型繁多，根據(jù)礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造可將礦石類型分為角礫狀、塊狀、浸染狀及細(xì)脈狀、條帶狀礦石，按照賦礦巖性則可分為砂巖型、砂礫巖型及碳酸鹽型礦石。砂巖型礦石多為灰白色氧化礦，以微晶—細(xì)晶晶粒結(jié)構(gòu)、次生結(jié)晶結(jié)構(gòu)及細(xì)脈浸染狀構(gòu)造為特征；砂礫巖型銅礦石則多發(fā)育纖維狀結(jié)構(gòu)及特有的紋層狀、條帶狀構(gòu)造；碳酸鹽型鉛鋅銅礦石中多發(fā)育晶粒結(jié)構(gòu)、膠狀結(jié)構(gòu)、交代溶蝕結(jié)構(gòu)及角礫狀、稀疏浸染狀構(gòu)造。

各礦石內(nèi)礦物組合有所不一，氧化礦石中的主要金屬礦物為孔雀石、輝銅礦及銅藍(lán)，偶見斑銅礦、黃銅礦和閃鋅礦，脈石礦物為長石、云母；原生礦石礦物以黝銅礦、方鉛礦、閃鋅礦及黃鐵礦為主，脈石礦物以石英、方解石及白云石為主[15]。黝銅礦為礦床內(nèi)分布最為廣泛的金屬礦物，是由微?！?xì)粒結(jié)晶粒狀組成的集合體，多呈浸染狀嵌布于砂、礫及碳酸鹽礦物間，或與方鉛礦、黃銅礦、黃鐵礦呈結(jié)核狀或紋層狀分布于砂礫巖型礦石中；方鉛礦屬微?！?xì)粒結(jié)晶粒狀集合體，多與黝銅礦、閃鋅礦及黃鐵礦呈浸染狀鑲嵌于砂、礫及碳酸鹽礦物間。

表1 托帕鉛鋅礦床礦體特征參數(shù)

圖2 托帕礦區(qū)地球物理/化學(xué)實(shí)測剖面

3.4 圍巖蝕變

礦區(qū)內(nèi)的蝕變類型以碳酸鹽化、天青石化、黃鐵礦化及硅化為主[16]，總體類型簡單，但具有顯著的分帶性：①總體呈帶狀展布，與礦帶展布范圍一致，于礦化(體)處蝕變最為強(qiáng)烈；②自礦體往外依次為黃鐵礦(褐鐵礦)化帶→硅化-黃鐵礦(褐鐵礦化)帶→碳酸鹽化帶；③碳酸鹽化以白云巖化為主，分布范圍較廣，反映出整個(gè)含礦帶的形態(tài)及規(guī)模與含礦層原生沉積及熱水作用有關(guān)；④黃鐵礦化、硅化范圍相對(duì)小，與礦化范圍基本吻合，蝕變強(qiáng)度與礦化程度呈正相關(guān)，屬熱鹵水作用的產(chǎn)物；⑤黃鐵礦化多發(fā)育為膠結(jié)物嵌布于巖屑及礦物顆粒間，沿巖層定向排列的特征顯示其形成于熱水同生沉積作用。

4 成礦機(jī)制

4.1 成礦物質(zhì)來源

區(qū)域基底及賦礦層位中Pb、Zn、Ag、Sr等含量較高，共同構(gòu)成了廣泛的礦源層，為成礦提供了豐富的物質(zhì)來源。礦床所處盆地的基底多為由碎屑巖建造構(gòu)成的厚大區(qū)域含水層，由于盆地發(fā)生沉降，水流向盆地內(nèi)匯集成富水盆地，加之沉積物及原巖中富含水質(zhì)，為熱水循環(huán)提供了良好的水動(dòng)力條件。碳酸鹽巖層下部鉛鋅礦化富集，多見電氣石、白云石、黃鐵礦等，充分反映出含金屬元素的熱鹵水源自地殼深部或地幔。地幔柱的活動(dòng)可釋放出富含大量成礦物質(zhì)的熱鹵水，沿深大斷裂上侵后聚集于同生斷裂，最終噴出成礦或沿?cái)嗔焉锨钟谟欣麑游怀涮畛傻V。

4.2 成礦階段

托帕鉛鋅礦的形成可劃分為早、晚兩期成礦作用，其中早期為熱鹵水成礦作用期，可進(jìn)一步分為噴流沉積成礦階段及熱鹵水充填、交代成礦階段；晚期則為表生成礦期。該礦床的具體成礦過程為：中生代晚期，海水自西向東侵入?yún)^(qū)內(nèi)，至中生代新世發(fā)展為海盆，隨著同生斷裂南北兩盤不斷下降、抬升，致使盆地在下降的同時(shí)積累了巨厚的含煤、碳質(zhì)的紫色層含礦建造，與之伴生的水下隆起帶使得盆地處于局部封閉、安定的還原水環(huán)境，為金屬硫化物的沉積創(chuàng)造了有利條件；在同生斷裂的長期作用下誘發(fā)熱鹵水噴流，富含深部成礦物質(zhì)的含礦熱液與海盆發(fā)生了反應(yīng)，在礦源層沉積成礦的同時(shí)，伴隨著同生角礫巖產(chǎn)出；至后期，海盆逐漸封閉，形成泥-碳酸鹽巖建造；洋盆到始新世晚期徹底關(guān)閉，熱水幕結(jié)束，深部封存的熱鹵水被誘發(fā)活動(dòng)，攜帶著成礦物質(zhì)沿?cái)嗔褬?gòu)造運(yùn)移并充填、交代成礦，或停留于海盆對(duì)早期礦化/礦源層進(jìn)行疊加富化，形成厚大富礦(化)體；此外，在熱水靜壓力的作用下，初始該層被破壞為碎裂巖墻，由于巖石滲透性極好，Zn等成礦物質(zhì)在天水及地表氧化的多重作用下被淋濾流失，而Pb化學(xué)性質(zhì)不活潑、運(yùn)移距離小，多在地表或淺部形成白鉛礦、鉛礬等次生礦物，故潛水面以下未被淋濾的地段仍以富化礦體為主，最終形成了鉛鋅礦(化)體在垂向上的成礦分帶特征。

4.3 成礦作用

托帕鉛鋅礦具有熱鹵水噴流及充填改造疊加成礦的特征，成礦早期，含成礦元素的礦化熱鹵水沿同生斷裂往上運(yùn)移至盆地底部的同時(shí)，不斷萃取圍巖元素進(jìn)一步富化成礦元素，在相對(duì)平靜的地球化學(xué)環(huán)境中沉積成礦，形成層狀、紋層狀及條帶狀礦(化)體，金屬礦物沿層理分布，礦床內(nèi)條帶狀/團(tuán)板狀硅質(zhì)巖、包卷層理/碎屑巖墻及高Ba含量的原生暈均反映出熱鹵水同生沉積成礦的特征；深部的礦化熱鹵水進(jìn)一步沿?cái)嗔褬?gòu)造往上運(yùn)移，在地球化學(xué)障的構(gòu)造有利部位充填、交代成礦，形成似層狀、透鏡狀礦(化)體，進(jìn)一步富化早期形成的礦(化)體，礦床內(nèi)的星點(diǎn)狀/浸染狀/細(xì)脈狀銅礦物、褪色含礦層內(nèi)蝕變作用(硅化/碳酸鹽化/褐鐵礦化)均驗(yàn)證了熱鹵水發(fā)生的改造成礦作用(圖3)。此外，托帕鉛鋅礦床自上而下發(fā)育的砂巖型銅礦化、砂礫巖型銅礦化以及碳酸鹽型鉛鋅銅礦化也反映出了成礦熱鹵水沉積—改造的成礦特征。

圖3 托帕鉛鋅礦床成礦模式

5 找礦模型

通過總結(jié)托帕鉛鋅礦區(qū)的成礦條件和控礦因素，并結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)勘查成果，本研究構(gòu)建了如表2所示的找礦模型。

表2 托帕鉛鋅礦區(qū)找礦模型要素

6 結(jié) 論

(1)礦區(qū)古新統(tǒng)烏拉根組(E1w)含礦層位穩(wěn)定且出露規(guī)模大，礦床屬典型的層控型鉛鋅礦床，含礦建造為海侵環(huán)境發(fā)育的砂-泥、碳酸鹽建造，受中新生代坳陷及熱水盆地控制，為喜山期構(gòu)造-巖漿-成礦作用的產(chǎn)物。

(2)近EW向及NW向區(qū)域構(gòu)造總體控制著近EW向呈串狀展布的熱水沉積盆地，為區(qū)域成礦提供了有利空間，尤其是繼承了原始熱水盆地形態(tài)的向斜、背斜構(gòu)造為尋找典型的“烏拉根式”層控型鉛鋅礦的首選靶區(qū)。

(3)白堊統(tǒng)及漸新統(tǒng)形成的礫巖型、砂巖型銅礦，規(guī)模厚大，均屬海相硫化物沉積而成，產(chǎn)于托云盆地西緣，為印支—喜山期沉積—改造作用的產(chǎn)物。

(4)托帕背斜兩翼烏拉根組第一、第二巖性段的出露地段，尤其是南、北礦帶的中、東部及深部為最有利的成礦部位，為尋找熱鹵水沉積—改造及后期構(gòu)造熱液疊加強(qiáng)烈富礦化的有利地段。

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