東天山中段吐古土布拉克組銅地球化學(xué)特征及找礦意義

任燕，楊剛剛，楊萬志

(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 830000)

東天山上石炭統(tǒng)吐古土布拉克組位于覺羅塔格構(gòu)造帶南部雅滿蘇島弧帶，主要沿阿齊克庫都克斷裂北緣阿齊山-庫姆塔格沙壟之間分布[1,2]，東西延伸160 km，面積約1 100 km2，是東天山重要含礦層位。2014—2016年，新疆地質(zhì)調(diào)查院實施了“新疆東天山成礦帶中段1∶5萬區(qū)域地質(zhì)綜合調(diào)查”項目，據(jù)化探成果在該巖組中圈定出多處以銅為主的化探異常，發(fā)現(xiàn)彩珠及鹽灘兩個自然銅礦點，該巖組中還發(fā)現(xiàn)黑包山鋅礦、同成鉛礦和城南鉛鋅礦等礦化線索。

本次研究從東天山上石炭統(tǒng)吐古土布拉克組不同巖性段地球化學(xué)特征角度出發(fā)，探討該巖組地球化學(xué)特征及找礦意義。

1 區(qū)域成礦背景

東天山上石炭統(tǒng)吐古土布拉克組位于阿齊山-雅滿蘇-沙泉子Fe-Mn-Au-Cu礦帶，主要礦化為與晚石炭—早二疊世匯聚階段中酸性火山-深成巖建造有關(guān)的鐵、銅、鉬、鉛鋅、錫、金、銀礦化。目前該組由西向東發(fā)現(xiàn)銅礦(化)點分別有十里坡、黑尖山、黑龍峰、長城山、路白山等主要礦(化)點，為與該巖組中的玄武巖、凝灰?guī)r有關(guān)的自然銅礦化(圖1)。

圖1 東天山中段地質(zhì)礦產(chǎn)圖Fig.1 The Geological and mineral map of Middle East Tianshan

研究區(qū)侵入巖漿活動強(qiáng)烈，侵入巖發(fā)育，巖石類型齊全，超基性、基性、中酸性均有出露，以中酸性侵入巖分布范圍最廣?新疆地礦局第一區(qū)域地質(zhì)大隊，鄯善縣1108.5高點五幅1:5萬地質(zhì)報告.1995。區(qū)內(nèi)火山巖極發(fā)育，構(gòu)造作用復(fù)雜，是準(zhǔn)噶爾板塊和塔里木板塊匯聚地，斷裂發(fā)育（表1）。

據(jù)地層出露情況及巖石組合特征，將研究區(qū)上石炭統(tǒng)吐古土布拉克組進(jìn)一步劃分為3個巖性段：①下段。巖性為礫巖、礫質(zhì)或含礫凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)砂巖、含礫沉凝灰?guī)r、含砂礫屑細(xì)-粉晶灰?guī)r及含生物碎屑含泥質(zhì)微晶灰?guī)r；②中段。巖性為紫灰色、灰色玄武安山巖及紫灰色、紫紅色杏仁狀安山巖、玄武巖，流紋巖、晶屑凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰熔巖夾有紫紅色流紋巖，安山巖中氣孔及杏仁狀構(gòu)造發(fā)育，局部夾有紫紅色中層中粒凝灰質(zhì)砂巖及沉凝灰?guī)r；③上段。巖性為沉火山角礫巖、凝灰質(zhì)砂巖、沉凝灰?guī)r、含泥細(xì)晶-粉晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r。含生物碎屑微晶灰?guī)r中產(chǎn)大量生物化石。

2 地球化學(xué)特征

2.1 吐古土布拉克組地球化學(xué)參數(shù)特征

據(jù)1∶5萬化探在該地層單元采集的6 076組土壤測量成果數(shù)據(jù)?新疆地質(zhì)調(diào)查院,新疆東天山成礦帶中段1：5萬區(qū)域地質(zhì)綜合調(diào)查報告.2018，計算得出東天山吐古土布拉克組3個巖性段14種元素的平均值X、變化系數(shù)Cv3及富集系數(shù)K(K=全區(qū)平均值/東天山中段平均值)（表2，圖2）。

由表2、圖2可看出，吐古土布拉克組上段中，Cu，Zn，Ag，As，W，Mo，Bi，Co 8個元素為顯著富集元素，其中Cu，Bi元素變化系數(shù)最大，分別為3.14和3.27；吐古土布拉克組中段中，Cu，Zn，As，Cr，Ni，Co6個元素為顯著富集元素，其中Cu元素變化系數(shù)最大，為1.88；吐古土布拉克組下段中，Pb，Zn元素為強(qiáng)富集元素，Cu，Ag，As，Sb，Co 5個元素為顯著富集元素，其中Pb，Cu兩元素變化系數(shù)最大，分別為3.99和2.71。

表1 研究區(qū)構(gòu)造劃分表Table 1 The structural partition table of study area

表2 東天山中段吐古土布拉克組地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計表Table 2 Statistical table of geochemical parameters of Tugutubulake formation of Middle East Tianshan

圖2 上石炭統(tǒng)吐古土布拉克組元素富集系數(shù)對比圖Fig.2 Element enrichment factor collation map of Upper Carboniferous Tugutubulake formation

綜上所述，吐古土布拉克組3個巖性段中Cu元素普遍富集。變化系數(shù)表明，Cu元素在吐古土布拉克組中為極不均勻分異型元素，是該地層地球化學(xué)條件最有利元素，具尋找與Cu有關(guān)礦化線索潛力。

2.2 吐古土布拉克組元素組合特征

對1∶5萬化探數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析結(jié)果顯示(圖3)，東天山吐古土布拉克組中Cr，Ni，Co元素相關(guān)性最好，與該巖組中段玄武巖密切相關(guān)。主成礦元素Cu與除Cr元素外的其他12種元素均呈正相關(guān)，其中Cu與Ag相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)為0.323。

以0.217相似系數(shù)為界，將研究區(qū)14種元素分為7組：①Cr，Ni，Co；②Cu，Ag，As，Sb；③Mo，Bi；④Pb，Zn，Hg；⑤W；⑥Au；⑦Sn。從主成礦元素來看，Cu首先與Ag聚類，再與As，Sb聚類，與其他元素相關(guān)性較差。

綜合上述特征，認(rèn)為Cu，Ag，As，Sb是東天山吐古土布拉克組中重要成礦及伴生元素，可作為異常組合圈定以銅為主的異常區(qū)，進(jìn)而確定找礦靶區(qū)，為找礦工作提供依據(jù)。

2.3 吐古土布拉克組銅異常特征

2.3.1 1∶5萬化探銅異常特征

圖3 研究區(qū)1∶5萬土壤測量R型聚類分析圖Fig.3 1:50 000 soil surveying R type cluster analysis diagram of study area

據(jù)1∶5萬土壤測量成果，在上石炭統(tǒng)吐古土布拉克組出露范圍內(nèi)圈定綜合異常共計96個，其中包含47個以銅為主的綜合異常（圖4）。

以銅為主的綜合異常，多分布在中部百靈山富集區(qū)，東西從阿齊山經(jīng)百靈山到黃熊灘，長近100 km。北從康古爾金礦向南止于阿齊克庫都克斷裂，西寬東窄，寬30 km。主要由規(guī)模不等、差異不大、空間分布相對均勻、中心多為強(qiáng)富集區(qū)的異常構(gòu)成。百靈山巖體周邊具相對集中趨勢，北部遠(yuǎn)離巖體富集區(qū)稀疏，規(guī)模小。這一特征最初普遍認(rèn)為與百靈山巖體有關(guān)，本次研究認(rèn)為其與環(huán)繞百靈山巖體分布的吐古土布拉克組關(guān)系更密切。整體上這些與銅有關(guān)的綜合異常具分布范圍最廣，強(qiáng)度最高等特點，尤其在白靈山巖體以北，以銅為主的綜合異常和與鉻鎳為主的綜合異常關(guān)系密切，異常范圍與該地區(qū)吐古土布拉克組中玄武巖分布范圍密切相關(guān)。

圖4 東天山中段綜合異常圖Fig.4 Comprehensive anomaly map of Middle East Tianshan

2.3.2典型銅異常特征

本文選取研究區(qū)最典型的HT-454銅綜合異常，論述如下：HT-454銅綜合異常，面積約2.67 km2，整體呈向北突出的弧形近EW向展布，異常形態(tài)與南部白靈山巖體有直接關(guān)系。異常元素組合主要為Cr-Ni-Co-Cu，其中Cr-Ni-Co 3元素異常是吐古土布拉克組中段玄武巖的直接反應(yīng)（圖5）。

該綜合異常包含有30個銅的單元素異常，其中包含有彩珠銅異常，彩珠銅異常采用75×10-6的下限值圈定，面積2.67 km2，最大值1 104×10-6，平均值187×10-6，具三級濃度分帶，NW向延伸。該異常發(fā)現(xiàn)彩珠銅礦，并據(jù)地表工程圈定出工業(yè)礦體。

2.4 玄武巖段1∶5萬化探普查地球化學(xué)參數(shù)特征

吐古土布拉克組玄武巖中段，該巖性段發(fā)育在東天山成礦帶中段，百靈山巖體北部。吐古土布拉克組玄武巖中橄欖石多伊丁石化，并伴隨有廣泛復(fù)雜的自然銅礦化，彩珠銅礦即產(chǎn)于該巖性段。因此，吐古土布拉克組玄武巖段也為本次研究重點。

圖5 HT-454綜合異常剖析圖Fig.5 HT-454 Comprehensive anomaly analysis diagram

1∶5萬化探普查獲得吐古土布拉克組玄武巖段相關(guān)的化探數(shù)據(jù)共計660組，經(jīng)整理后，將吐古土布拉克組玄武巖段14種元素平均值（X）、最大值（Max）、最小值（Min）、變化系數(shù)（Cv）、富集系數(shù)（K）地球化學(xué)參數(shù)列于表3。

表3 吐古土布拉克組玄武巖段化探普查參數(shù)統(tǒng)計表Table 3 Basalt Geochemical survey parametric statistics of Tugutubulake formation

化探普查分析的14種元素，吐古土布拉克組玄武巖段強(qiáng)富集Cr，Ni，Co，Cu元素，富集Zn，貧化Pb，Ag，Au，As，W，Sn，Mo，強(qiáng)貧化 Sb，Bi，除 Pb，Ag，Sn外，與區(qū)域化探結(jié)果一致。變化系數(shù)Cr，Ni，Co 3元素均小于0.5，同樣證明吐古土布拉克組玄武巖段的巖性穩(wěn)定。Cu元素變化系數(shù)高達(dá)1.54，是變化系數(shù)最大元素，與富集元素Zn及貧化元素Bi一起，構(gòu)成玄武巖段3個強(qiáng)分異元素，富集元素最大值Cu為1 104×10-6，為特高含量；Zn為367×10-6，為高含量。

綜上認(rèn)為，上石炭統(tǒng)吐古土布拉克組玄武巖段中自然銅礦化的普遍存在，與銅在該巖組玄武巖段中的高含量、急劇變化相一致。這一特點對該地區(qū)尋找與銅相關(guān)的礦化線索有很高的指示作用。

3 成礦特征及找礦前景

3.1 成礦特征

東天山產(chǎn)于玄武巖中的自然銅礦化，2001年在長城山發(fā)現(xiàn)，包括黃堿灘、長城山、東尖峰和黃羊溝4處自然銅礦點。2002年又發(fā)現(xiàn)十里坡自然銅礦化帶，均產(chǎn)于石炭系吐古土布拉克組火山凝灰?guī)r中，賦礦巖石為沉凝灰?guī)r和強(qiáng)葡萄石化凝灰?guī)r等，是東天山新的銅礦類型[3]。其成巖成礦作用吸引了眾多地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注[4-10]，他們探討了礦帶地質(zhì)特征、含礦巖石地層年代學(xué)、玄武巖起源、演化及構(gòu)造背景、有機(jī)質(zhì)特征及意義、成礦譜系與成礦系統(tǒng)等。王大鵬等認(rèn)為東天山自然銅礦與峨眉山玄武巖自然銅礦床在成礦環(huán)境上具一定相似性[11]，兩者同屬玄武巖型自然銅礦（或玄武巖銅礦）。峨眉山玄武巖中自然銅礦化和美國基威諾自然銅礦床均產(chǎn)于陸內(nèi)裂谷環(huán)境[12]，與地幔柱活動有關(guān)[13]，故認(rèn)為東天山含礦玄武巖可能為地幔柱成因或起源于虧損巖石圈地幔的分異。

經(jīng)對比研究，認(rèn)為研究區(qū)還具以下成礦特征：①研究區(qū)含銅礦物中出現(xiàn)銀汞銅合金相，且包裹在自然銅中，這與區(qū)域上出現(xiàn)Cu-Ag-Hg的異常組合及3個元素高度相關(guān)的典型地球化學(xué)特征相一致。鄭大中等認(rèn)為銅合金礦物只出現(xiàn)在內(nèi)生銅礦床中[14]，銅礦氧化帶中一般不出現(xiàn)。研究區(qū)含銅礦物中赤銅礦普遍出現(xiàn)，未發(fā)現(xiàn)自然銅與輝銅礦及銅藍(lán)共存情況，說明東天山自然銅礦床有著復(fù)雜的成礦條件和多期、多階段的成礦過程；②東天山自然銅含Cu 98.9%，另含少量Ag，Au，F(xiàn)e及Sb，Bi，Hg，Ge，與膠東玲瓏金礦田西山礦床自然銅含Cu 98.7%、含少量Ag，Au，F(xiàn)e相似[15]，局部伴有金和銀礦化。王大鵬等將后者歸為中-酸性巖漿巖自然銅礦化類型[16]，并將自然銅含Ag，Au，F(xiàn)e等雜質(zhì)，作為中-酸性巖漿巖自然銅礦化的普遍特征，這和東天山自然銅礦床與基性火山巖關(guān)系密切明顯不同；③東天山自然銅可出現(xiàn)在玄武巖區(qū)各類巖石中，含礦巖性包括玄武巖、安山巖、蝕變巖、不同凝灰?guī)r、石英脈、方解石石英脈、葡萄石脈、綠纖石葡萄石脈、砂巖、泥巖、灰?guī)r等，自然銅礦化巖性具多元性，銅礦化具普遍性。

綜上所述，東天山吐古土布拉克組火山巖中自然銅礦床明顯有別于四川峨眉山和美國基威諾自然銅礦，具體成因和控礦因素有待進(jìn)一步研究。

3.2 找礦前景

縱觀東天山成礦帶中段，吐古土布拉克組火山巖分布面積1 000 km2，前人發(fā)現(xiàn)多處銅礦化點，后發(fā)現(xiàn)的彩珠、十里坡西、十里坡東、木馬山、黃草灘、黃草灘西等銅礦化相對集中地段，累計已有自然銅礦化點22處。這些自然銅礦化點均位于吐古土布拉克組玄武巖發(fā)育地段，空間上有相對集中趨勢。據(jù)1∶5萬土壤測量成果，吐古土布拉克組中銅含量普遍較高，尤其在該巖組玄武巖段Cu元素富集特征明顯，結(jié)合該巖組下段凝灰?guī)r中產(chǎn)有以鉛黝簾石形式存在的同成鉛礦等，推斷吐古土布拉克組形成于缺硫環(huán)境，是尋找與自然銅有關(guān)的銅礦、多金屬礦床有利地區(qū)，具尋找可供工業(yè)利用玄武巖自然銅礦的潛力。

4 結(jié)論

（1）通過對1∶5萬土壤測量成果數(shù)據(jù)分析和研究，認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)吐古土布拉克組中銅含量普遍較高，尤其在該巖組玄武巖段Cu元素富集特征更明顯。結(jié)合研究區(qū)上石炭統(tǒng)吐古土布拉克組3個巖性段地球化學(xué)特征，認(rèn)為吐古土布拉克組是尋找與自然銅有關(guān)的銅礦、多金屬礦床的有利地區(qū)，具尋找可供工業(yè)利用與玄武巖相關(guān)的自然銅礦的潛力。

（2）通過分析和對比研究，認(rèn)為研究區(qū)上石炭統(tǒng)吐古土布拉克組玄武巖集中區(qū)及玄武巖中的夾層可作為尋找自然銅礦的直接找礦標(biāo)志。

（3）通過勘查及研究，認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)與自然銅相關(guān)的銅礦的形成，受區(qū)域范圍內(nèi)吐古土布拉克組玄武巖成分的控制，即形成于富銅和相對貧硫地球化學(xué)背景之上。

（4）東天山上石炭統(tǒng)吐古土布拉克組玄武巖中自然銅的礦化普遍存在和礦體圈定，預(yù)示自然銅礦化類型在東天山具一定經(jīng)濟(jì)價值，同時也為這一地區(qū)銅礦床形成機(jī)理提供了新的研究課題。