新疆伊吾縣下馬崖東山銅(金)礦床地質(zhì)地球化學(xué)特征

朱西奎，孫韶棟，路通，邢偉偉，曾華棟，鄭媛媛

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第六地質(zhì)大隊(duì)，新疆 哈密 839000；2.河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所，河北 廊坊 065000)

東山銅(金)礦位于伊吾縣東北，與伊吾縣直距80 km，成礦區(qū)帶劃分屬古亞洲成礦域-準(zhǔn)噶爾成礦區(qū)-哈爾里克銅成礦帶。近些年，前人在該成礦帶和周邊地區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了金、銅、鎳、鉬、鋰輝石等礦床，如：烏吉臺888銅礦、小鋪銅礦、峽溝鉬礦、小泉口銅礦等。對區(qū)帶內(nèi)小鋪銅礦進(jìn)行了初步研究，認(rèn)為其礦床成因類型為斑巖型銅礦[1]。鄰區(qū)大南湖晚古生代島弧帶內(nèi)土屋-延?xùn)|大型斑巖型銅礦及東準(zhǔn)謝米斯臺-野馬泉-瓊河壩古生代巖漿島弧帶內(nèi)的哈拉蘇、蒙西、瓊河壩、和爾賽、銅華嶺等斑巖銅礦的研究程度較高[2-5]，東山銅金礦所在的哈爾里克島弧帶內(nèi)至今未發(fā)現(xiàn)成型斑巖型銅礦。前人通過研究認(rèn)為中亞造山帶斑巖型銅礦成礦巖體多為埃達(dá)克巖，尤其是新疆北部已發(fā)現(xiàn)的多個斑巖型銅礦均與埃達(dá)克巖有關(guān)[6]。因此，東山銅金礦床地質(zhì)特征及含礦巖體地球化學(xué)特征的研究對確定其礦床成因類型具重要意義，能夠?yàn)槌傻V帶內(nèi)同類型礦床的勘查工作提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

東山銅(金)礦大地構(gòu)造位置位于準(zhǔn)噶爾-哈薩克斯坦板塊，準(zhǔn)噶爾微板塊，哈爾里克古生代復(fù)合島弧帶的東段(圖1)，北部毗鄰唐巴勒-卡拉麥里古生代復(fù)合溝弧帶，南部與中亞地區(qū)重要的斑巖型銅金成礦帶大南湖晚古生代島弧帶相接[7]。區(qū)內(nèi)出露地層主要為中—上奧陶統(tǒng)大柳溝組、下泥盆統(tǒng)大南湖組和中泥盆統(tǒng)頭蘇泉組，下石炭統(tǒng)黑山頭組，下石炭統(tǒng)姜巴斯套組。帶內(nèi)構(gòu)造和巖漿活動強(qiáng)烈，侵入巖體規(guī)模較大，巖體受構(gòu)造控制明顯，空間形態(tài)以復(fù)式巖基為主，少數(shù)呈巖株?duì)罨蛎}狀產(chǎn)出，巖性主要有閃長巖、花崗閃長巖、正長花崗巖和閃長玢巖等。區(qū)內(nèi)火山噴發(fā)頻繁，具多期次、多類型的特點(diǎn)。斷裂活動有NE、NW向斷裂，規(guī)模較大的斷裂有闊托尕依東斷裂、博爾尕蘇斷裂和額勒斯拉斷裂。不同方向斷裂局部地段交錯出現(xiàn)，斷裂帶內(nèi)巖石破碎，沿斷裂蝕變較強(qiáng)，發(fā)育褐鐵礦化、黃鉀鐵礬化、綠簾石化、綠泥石化、碳酸鹽化、高嶺土化等。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

東山銅(金)礦區(qū)內(nèi)出露下石炭統(tǒng)姜巴斯套組第一巖性段，主要巖性組合為礫巖、含礫砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖，以粉砂巖和細(xì)砂巖地層為主，少見礫巖及含礫砂巖夾層(圖2)。地層走向與其南部NE向斷層大體一致，走向?yàn)?00°～320°，傾角為50°～70°，巖體南北兩側(cè)地層傾向不同，推測礦區(qū)內(nèi)存在褶皺構(gòu)造。受構(gòu)造活動影響，礦區(qū)內(nèi)地層多發(fā)生片理化。

圖1 東山銅金礦區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 The regional geological map of the Dongshan Cu(Au)deposit

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為花崗閃長巖和閃長玢巖，可見少量花崗斑巖及鉀長花崗巖巖株、巖脈出露，花崗閃長巖巖體全巖發(fā)生蝕變，礦體主要賦存于花崗斑巖與蝕變花崗閃長巖接觸帶附近及閃長玢巖等斑巖體附近的蝕變花崗閃長巖體內(nèi)。蝕變花崗閃長巖體呈楔狀，EW走向，總體向NE側(cè)伏，出露長3 km，寬700～900 m，巖體主要受其南部NW向斷裂控制，巖體內(nèi)節(jié)理發(fā)育(圖3-A)，巖石破碎強(qiáng)烈，巖體蝕變、礦化發(fā)育。礦體呈條帶狀(圖3-B)、脈狀(圖3-C)、網(wǎng)脈狀和透鏡體狀產(chǎn)于斑巖體附近花崗閃長巖節(jié)理裂隙中，而花崗閃長巖南北兩側(cè)地層中斑巖體附近地層節(jié)理裂隙未見礦化，說明花崗閃長巖為主要成礦巖體。礦石中金屬礦物主要有黃銅礦(圖3-H)、黃鐵礦(圖3-I)、磁鐵礦、赤鐵礦等，伴生有金、銀等有益組分，脈石礦物主要有石英、長石、絹云母、方解石、綠泥石等。次生氧化礦物主要有孔雀石、褐鐵礦和銅藍(lán)等。礦石主要為半自形-它形粒狀結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造主要有含礦溶液沿節(jié)理、裂隙充填貫入形成的細(xì)脈狀構(gòu)造及交代作用形成的浸染狀構(gòu)造(圖3-D)。巖體中硅化網(wǎng)脈發(fā)育(圖3-G)，圍巖蝕變主要以花崗斑巖體內(nèi)外的鉀長石化(圖3-E)，以及含礦巖體花崗閃長巖內(nèi)的硅化、絹云母化、綠泥石化、綠簾石化和碳酸鹽化(圖3-F)為主，與典型斑巖型銅礦類似。

圖2 東山銅(金)礦床地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of the Dongshan Cu(Au)deposit

圖3 東山銅(金)礦床礦石特征照片及鏡下照片F(xiàn)ig.3 Mineral characteristics photographs and microphotographs of the Dongshan Cu(Au)deposit

3 含礦巖體巖石地球化學(xué)特征

礦區(qū)含礦巖體主要為花崗閃長巖，礦區(qū)含礦巖體巖石化學(xué)分析見表1。在深成巖系統(tǒng)TAS分類圖上，樣點(diǎn)落入了亞堿性系列花崗閃長巖區(qū)域(圖4)；在K2O-SiO2圖解上，花崗閃長巖落入了低鉀(拉斑)系列區(qū)域(圖5)[8,9]，向鈣堿性系列過渡。花崗閃長巖Al2O3含量16.41%～16.87%，平均16.58%，CaO含量2.97%～3.40%，平均3.13%，鋁飽和指數(shù)A/CNK為0.99～1.04，屬準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)巖石。分異指數(shù)DI為75.14～76.79，表明母巖漿經(jīng)歷了一定的分異或同化作用。

表1 花崗閃長巖主量元素化學(xué)分析結(jié)果表Table 1 Major element results of the granite-diorite

圖4 閃長巖TAS分類圖解Fig.4 TAS diagram for the diorite

含礦巖體稀土總量較低，ΣREE為23.27×10-6～36.17×10-6。LREE/HREE為4.43～4.86，輕稀土相對富集，重稀土相對虧損(表2)。(La/Yb)N比值為3.63～5.30，輕重稀土分餾不明顯，(La/Sm)N比值變化于2.28～2.58，說明輕稀土具一定的分餾，重稀土的分餾則相對較弱，(Gd/Yb)N比值僅為1.18～1.57。δEu為1.11～1.89，具微弱的正Eu異常，可能與斜長石的堆晶作用有關(guān)。

微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中，礦區(qū)花崗閃長巖大離子親石元素Rb，Ba，U，K等元素相對富集，高場強(qiáng)元素Nb，Ta，Zr等相對虧損，明顯的Nb，Ta，Ti負(fù)異常特征表明樣品具島弧巖漿巖特征，與土屋-延?xùn)|及瓊河壩礦區(qū)含礦巖體微量元素分布特征類似(圖 6)[10,11]。利用 Rb-(Y+Nb)及 Rb-(Yb+Ta)圖解進(jìn)一步判別，3個礦區(qū)樣品均落入火山弧(島弧)花崗巖區(qū)域，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景分析及巖石微量元素地球化學(xué)特征認(rèn)為，東山礦區(qū)花崗閃長巖具島弧巖漿巖特征，形成于火山弧(島弧)環(huán)境(圖7)。

圖5 K2O-SiO2圖解Fig.5 K2O-SiO2diagram

東山銅金礦區(qū)含礦巖體具有與埃達(dá)克巖相似的地球化學(xué)特征，在Sr/Y-Y判別圖解中，含礦巖體花崗閃長巖落入了埃達(dá)克巖區(qū)域，土屋-延?xùn)|及瓊河壩礦區(qū)含礦巖體也落入了埃達(dá)克巖區(qū)域(圖8)。埃達(dá)克巖是指由俯沖板片部分熔融形成的一套富Na的中酸性火成巖，其主要地球化學(xué)特征為：SiO2含量大于等于56%，Al2O3含量大于等于15%，MgO小于3%，Y和HREE含量低于正常島弧火山巖，但具較高的Sr及Sr/Y，La/Yb值[13,14]。東山礦區(qū)含礦巖體SiO2含量64.3%～68.15%，平均66.93%，Al2O3含量為15.6%～16.6%，平均16.25%，MgO含量1.29%～1.69%，巖體Sr含量較高(624×10-6～871×10-6)，Y，Yb含量較低(表 3)，分別為 6.90×10-6～2.30×10-6、0.58×10-6～0.92×10-6，Sr/Y比值為64.47～122.68，Y和Yb含量低但具較高Sr值，具埃達(dá)克巖特征。同時，東山含礦巖體花崗閃長巖具明顯的富鋁富鈉貧鉀特征(Al2O3含量15.6%～16.6%，Na2O/K2O為5.18～19.42)，與俯沖洋殼熔融形成的埃達(dá)克巖一致[13]，表明東山銅金礦含礦巖體為島弧巖漿巖，具埃達(dá)克巖特征，源區(qū)主要來自于俯沖洋殼的部分熔融。

表2 花崗閃長巖稀土元素含量分析結(jié)果表Table 2 REE analytical results of the granite-diorite

圖6 東山銅(金)礦區(qū)花崗閃長巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.6 Primitive normalized patterns of trace elements of granite-diorite from the Dongshan Cu(Au)deposit

圖 7 Rb-(Y+Nb)和 Rb-(Yb+Ta)圖解Fig.7 Rb-(Y+Nb)and Rb-(Yb+Ta)diagram

圖8 Sr/Y-Y判別圖解Fig.8 Sr/Y-Y diagram

表3 花崗閃長巖微量元素含量分析結(jié)果表Table 3 Rare elements’results of the granite-diorite

表4 東山銅金礦與新疆北部斑巖型銅礦和典型斑巖型銅礦特征對比表Table 4 Characteristics of Dongshan Cu(Au)deposits、porphyry copper deposits in northern Xinjiang and typical porphyry copper deposits

4 成礦潛力分析

許茗涵通過研究新疆北部4個典型的斑巖型銅礦(土屋-延?xùn)|、包古圖、瓊河壩和哈臘蘇)，指出新疆北部斑巖型銅礦在成礦時代、構(gòu)造背景、成礦斑巖特征、礦體特征、圍巖蝕變和成礦流體特征方面有其專屬性：①成礦時代：古生代的早泥盆世、晚泥盆世、早石炭世和晚石炭世；②構(gòu)造背景：俯沖島弧環(huán)境；③成礦巖體主要為埃達(dá)克巖，源區(qū)主要來自于俯沖洋殼的部分熔融；④礦化類型主要以細(xì)脈浸染狀、浸染狀和網(wǎng)脈狀分布于成礦斑巖中[10]。通過對比東山銅金礦與新疆北部斑巖型銅礦和典型斑巖型銅礦的成礦特征可知(表4)[10]，東山銅金礦與新疆北部斑巖型銅礦特征相似，成礦構(gòu)造背景均為俯沖島弧環(huán)境，含礦巖體均為埃達(dá)克巖，含礦巖體具相似的巖石地球化學(xué)特征，表明該區(qū)具斑巖型銅礦的成礦潛力，東山銅金礦的礦床成因類型應(yīng)為斑巖型銅金礦床。

5 結(jié)論

通過對東山銅金礦區(qū)礦床地質(zhì)特征、含礦巖體地球化學(xué)特征等方面的分析，得出以下認(rèn)識：

(1)礦體主要產(chǎn)于花崗斑巖及閃長玢巖與花崗閃長巖接觸帶附近，花崗閃長巖為主要含礦巖體，礦體呈條帶狀、脈狀、網(wǎng)脈狀產(chǎn)于節(jié)理裂隙中，與斑巖型銅礦化類型相似。

(2)礦區(qū)花崗閃長巖SiO2含量64.3%～68.15%，平均66.93%，Al2O3含量15.6%～16.6%，平均16.25%，為亞堿性低鉀(拉斑)系列，屬準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)巖石。巖石Sr含量較高(624×10-6～871×10-6)，Y，Yb含量較低，分別為 6.90×10-6～12.30×10-6、0.58×10-6～0.92×10-6，Sr/Y比值為64.47～122.68，Y和HREE含量低但具較高Sr值，礦區(qū)花崗閃長巖具有埃達(dá)克巖特征。

(3)花崗閃長巖大離子親石元素Rb，Ba，U，K等元素相對富集，高場強(qiáng)元素Nb，Ta，Zr等相對虧損，明顯的Nb，Ta，Ti負(fù)異常特征表明樣品具有島弧巖漿巖特征，與土屋延?xùn)|及瓊河壩含礦巖體微量元素特征類似。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景分析及巖石微量元素地球化學(xué)特征認(rèn)為，本區(qū)花崗閃長巖形成于火山弧(島弧)環(huán)境，源區(qū)來自于俯沖洋殼的部分熔融。

(4)通過與新疆北部斑巖型銅礦和典型斑巖型銅礦的成礦特征及構(gòu)造環(huán)境對比可知，東山銅(金)礦與二者成礦特征及成礦環(huán)境相似，表明區(qū)內(nèi)具斑巖型銅礦的成礦潛力，東山銅(金)礦的礦床成因類型應(yīng)為斑巖型銅金礦床。

致謝：在論文寫作過程中得到了新疆地礦局第六地質(zhì)大隊(duì)總工鄧剛、副總賈紅旭以及中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心劉月高博士的指導(dǎo)和幫助，在此表示感謝！