新疆且末縣布拉克銅礦床控礦特征研究

高全和

(山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濰坊 261021)

0 引言

新疆且末縣布拉克銅礦位于南疆地區(qū)砂礫巖型銅成礦帶的西段[1]。2017年，新疆天高地質(zhì)勘探有限公司在布拉克礦區(qū)開展了較為系統(tǒng)的銅礦普查工作，采用槽探、鉆探對地表出露的銅礦層進(jìn)行了控制；探獲(333)類銅礦石量150.91萬t，銅金屬量46001.77t；礦床銅品位在1.04%～5.40%之間，平均品位3.05%(1)新疆天高地質(zhì)勘探有限公司，新疆且末縣布拉克銅礦普查報告，2017年。；礦區(qū)發(fā)育4個砂礫巖礦層，其中1個隱伏于泥質(zhì)粉砂巖層內(nèi)，礦床頗具規(guī)模。吐拉盆地西南緣砂礫巖型銅礦成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，現(xiàn)今該地區(qū)銅礦找礦模式為：先尋找到地表氧化露頭，繼而展開普查評價；尚未對中、新生代盆地內(nèi)沉積的砂礫巖銅礦層空間展布特征進(jìn)行研究。該文以布拉克銅礦勘查成果地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，結(jié)合以往區(qū)域地質(zhì)工作研究剖析大地構(gòu)造演化與銅礦形成的關(guān)系，分析了控礦要素，建立了成礦模式。以期對今后在吐拉斷陷盆地南緣進(jìn)行砂礫巖型銅礦找礦有所裨益。

1 成礦地質(zhì)背景

布拉克銅礦位于新疆且末縣境內(nèi)，大地構(gòu)造位置位于華北-塔里木板塊(Ⅰ)柴達(dá)木地塊(Ⅱ)吐拉斷陷盆地(Ⅲ)西南緣。區(qū)域地層出露有石炭系、侏羅系、白堊系、古近系以及第四系(圖1)。

石炭紀(jì)托庫孜達(dá)坂群中組分布于該地區(qū)的南部；系一套淺海火山碎屑巖夾陸緣碎屑及碳酸鹽建造。侏羅系出露有大煤溝組、采石嶺組，為山間磨拉石及陸相含煤碎屑巖建造，呈EW向長條狀展布于北部吐拉盆地北緣地帶。白堊系、古近系為陸相紅盆沉積，發(fā)育紅色碎屑巖建造。白堊系為犬牙溝組，劃分為上、下2個巖性段。下段為砂礫巖段，主要巖性為紫紅色的巖塊質(zhì)礫巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，布拉克銅礦賦存于該段上部，含礦巖性為淺灰色孔雀石化砂礫巖；上段為砂泥巖段，主要巖性為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。新生代古近系出露發(fā)育路樂河組，分布于近礦區(qū)以南區(qū)域。第四系以河谷的沖洪積及山前洪積扇堆積為主。

1—第四系；2—古近紀(jì)路樂河組；3—白堊紀(jì)犬牙溝組；4—侏羅紀(jì)采石嶺組；5—侏羅紀(jì)大煤溝組；6—石炭紀(jì)托庫孜達(dá)坂群中組；7—石炭紀(jì)托庫孜達(dá)坂群下組；8—奧陶紀(jì)地層；9—長城紀(jì)地層；10—古元古代地層；11—上三疊世花崗閃長巖；12—上三疊世二長花崗巖；13—下二疊世花崗閃長巖；14—下二疊世英云閃長巖；15—上二疊世英云閃長巖；16—下奧陶世二長花崗巖；17—晚蔚縣世卡子巖群；18—實測、推測斷層；19—逆斷層；20—逆沖斷層；21—構(gòu)造角礫巖帶；22—實測、推測地質(zhì)界線；23—實測、推測角度不整合界線；24—花崗巖涌動接觸界線；25—地層產(chǎn)狀；26—且末-若羌凹陷；27—阿爾金斷?。?8—阿爾金南緣構(gòu)造混雜巖帶；29—榮達(dá)木地塊之吐拉盆地；30—昆侖地塊；31—布拉克銅礦區(qū)圖1 布拉克銅礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)略圖(據(jù)1∶25萬且末縣以及電站幅區(qū)域地質(zhì)報告，2003年修改)

區(qū)域斷裂構(gòu)造發(fā)育呈EW向、NEE向控制該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造格架的深大斷裂。阿爾金南緣斷裂在該區(qū)北部NEE向穿過，控制吐拉斷陷盆地北界。木孜魯克北緣斷裂在該區(qū)南部自西往東呈向東北凸出的弧形穿過，控制吐拉斷陷盆地的南界，斷裂帶寬20～400m不等，總體產(chǎn)狀為傾向180°～200°，傾角50°～70°。

區(qū)域褶皺以次級褶皺形式發(fā)育于吐拉斷陷盆地南北邊緣。盆地北緣褶皺群分布于阿爾金南緣斷裂南側(cè)約12km的范圍內(nèi)，多表現(xiàn)褶幅在500～1000m之內(nèi)的小褶皺；盆地南緣褶皺為一寬緩的向斜，布拉克銅礦就位于該向斜的北翼。

區(qū)域巖漿巖主要發(fā)育上三疊世木孜魯克序列花崗閃長巖和二長花崗巖，呈巖株狀侵入于該區(qū)南部的石炭紀(jì)地層。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 賦礦地層特征

布拉克礦區(qū)發(fā)育犬牙溝組上段及下段上部的巖石，大致可劃分為5層(圖2)。其基本層序自下而上依次為：①紫紅色薄—中層泥質(zhì)粉砂；②雜色含銅礦物砂礫巖層，厚25m；③紫紅色泥質(zhì)粉砂巖，厚117m；局部發(fā)育規(guī)模較小的含礦砂礫巖層，或隱伏于其內(nèi)，或出露于地表；④雜色含銅礦物砂礫巖層，厚6m；⑤紫紅色薄—中層泥質(zhì)粉砂巖，泥質(zhì)粉砂巖層理發(fā)育，局部順層發(fā)育石膏細(xì)脈，具濱湖相沉積特征。含礦層雜色砂礫巖的巖屑多呈次圓狀，粒徑大小不一，分選性差，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，較大的礫石多集中分布于層理下部，普遍夾細(xì)粒砂巖、粉砂巖或泥巖透鏡體，顯示扇緣三角洲相之沉積特征[3-4]。礦區(qū)含礦巖組為3個沉積旋回。

1—白堊紀(jì)犬牙溝組下段；2—砂礫巖含礦層及編號；3—銅礦體及編號；4—鉆孔及編號；5—勘查線及編號；6—層理產(chǎn)狀；7—泥質(zhì)粉砂巖；8—夾石膏細(xì)脈泥質(zhì)粉砂巖；9—細(xì)砂巖；10—砂礫巖圖2 布拉克銅礦區(qū)地質(zhì)簡圖及賦礦層柱狀示意圖(據(jù)新疆且末縣布拉克銅礦普查報告，2017年修改)

雜色含銅礦物砂礫巖層巖性為淺灰色、淺灰褐色砂礫巖、礫巖、紫紅色塊狀巖塊質(zhì)礫巖及紫紅色似層狀、透鏡狀含礫砂巖、砂巖，銅礦物主要富集在顏色較淺的淺灰色、淺灰褐色砂礫巖中。頂?shù)装鍑鷰r淺色礫巖和深色礫巖、砂巖中也含少量的孔雀石，礦體邊界漸變過渡，需依據(jù)樣品分析結(jié)果來圈定。雜色含銅礦物砂礫巖層上覆和下伏的泥質(zhì)粉砂巖銅含量較低，砂礫巖層與之為沉積接觸，兩者界線截然。

砂礫巖由礫石、砂粒和膠結(jié)物構(gòu)成。礫石呈次圓狀居多，少數(shù)呈次棱角狀、棱角狀，粒徑一般在2～10mm之間，個別大于10mm，含量在35%～50%之間，安山巖、石英巖、流紋巖、玄武巖等巖屑居多，少有粉砂巖屑。砂粒呈次圓狀，含量一般在35%～45%之間，主要為石英、長石晶屑。顆粒支撐，膠結(jié)物分布在粒間孔內(nèi)，含量10%～15%，由粒徑小于0.01mm的碳酸鹽、泥質(zhì)物、金屬礦物(孔雀石、褐鐵礦等)和少量長英質(zhì)微晶組成。粒屑分選性較差，呈局部礫石聚集或砂聚集的現(xiàn)象普遍。

2.2 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)共圈出5個銅礦體，其特征如下：

(1)Ⅰ-1，Ⅰ-2，Ⅱ-1，Ⅲ-1號礦體為沿走向、傾向經(jīng)工程控制圈定的礦體，Ⅳ-1礦體為由鉆孔單工程推斷的礦體。

(2)Ⅰ-1，Ⅰ-2，Ⅱ-1，Ⅲ-1號礦體沿走向均出現(xiàn)舒緩波狀彎曲，總體走向90°，平面上4個礦體近平行展布。剖面上礦體呈層狀、似層狀,產(chǎn)狀與賦礦地層一致(圖3)。

(3)單個礦體長度多大于550m，最大1630.50m。單礦體厚度在1.38～1.76m之間，礦體厚度小。單礦體厚度變化系數(shù)在30.43%～43.11%之間，厚度變化小。

(4)礦石品位在1.04%～5.40%之間，單個礦體平均品位在2.32%～3.27%，為富礦。單個礦體品位變化系數(shù)在34.41%～43.87%之間，礦石有益元素分布均勻。

(5)Ⅳ-1號礦體真厚度4.68m，銅平均品位2.21%。礦體厚度大，品位高，有進(jìn)一步勘查價值。

2.3 礦石特征

(1)礦石物質(zhì)組分。賦礦巖石為砂礫巖，礦石由碎屑石英、碎屑長石、安山巖巖屑、石英巖巖屑、玄武巖巖屑、流紋巖巖屑、孔雀石、褐鐵礦等金屬填隙物及膠結(jié)物組成。膠結(jié)物含量5%～15%，由泥質(zhì)物、碳酸鹽及少量長英質(zhì)微晶鐵質(zhì)組成。

1—第四系；2—淺灰色砂礫巖；3—紫紅色泥質(zhì)粉砂巖；4—含礦淺灰色砂礫巖層編號；5—銅礦體及編號；6—探槽及編號；7—鉆孔及編號；8—鉆孔深度及傾角圖3 布拉克銅礦第1,3勘探線地質(zhì)剖面圖(據(jù)新疆且末縣布拉克銅礦普查報告，2017年)

礦石金屬礦物以孔雀石為主；次有褐鐵礦，含量較少；偶見黃鐵礦、自然銅。非金屬礦物以長石、石英為主，泥質(zhì)物、碳酸鹽礦物等次之。

孔雀石：纖維狀、粒徑0.02～0.65mm，翠綠色，呈不規(guī)則的斑點狀或短條狀集合體充填于碎屑間隙內(nèi)。

自然銅：粒狀、粒徑<0.02mm，銅紅色，呈細(xì)小顆粒包裹于褐鐵礦中。

褐鐵礦：不規(guī)則粒狀、粒徑0.01～0.65mm，藍(lán)灰色，呈不規(guī)則狀集合體或單顆粒狀充填于碎屑間隙中。

黃鐵礦：半自形—他形粒狀，粒徑<0.03mm，黃白色，多呈單顆粒分布于巖石的空洞中。

(2)礦石化學(xué)成分。礦石中的有益元素主要為Cu，銅品位在1.04%～5.40%，平均品位3.05%；伴生銀，銀含量(6.97～8.91)×10-6,平均7.96×10-6。礦床其他元素Au，Pb，Zn，S，As等含量都很低(表1)。

表1 礦石化學(xué)全分析結(jié)果

(3)礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。礦石結(jié)構(gòu)主要為碎屑結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為<2mm的石英晶屑、長石晶屑、巖石碎屑和>2mm的巖石碎屑(安山巖、石英巖、玄武巖等巖屑)、石英晶屑、長石晶屑和孔雀石、褐鐵礦等填隙物被少量的碳酸鹽、泥質(zhì)物膠結(jié)在一起，次為殘余結(jié)構(gòu)和交代溶蝕結(jié)構(gòu)。

礦石構(gòu)造主要為填隙浸染狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、似層狀構(gòu)造，沉積巖特征比較明顯。表現(xiàn)為：粒狀的孔雀石、褐鐵礦、碳酸鹽、泥質(zhì)物充填于石英、長石等礦物碎屑和安山巖、石英巖、玄武巖等巖屑間隙內(nèi)；亦有少部分礦石為孔雀石、褐鐵礦等金屬礦物呈脈狀集合體充填于碎屑間隙裂隙中，因此類金屬礦物填隙脈規(guī)模有限，外觀上看礦石呈塊狀構(gòu)造。

(4)礦石類型。礦石中的銅礦物有自由氧化銅、結(jié)合氧化銅、原生硫化銅、次生硫化銅(表2)。地表礦體礦石銅礦物中氧化銅的占有率為94.23%，垂深60.40m處礦體礦石銅礦物中氧化銅的占有率為91.47%，垂深154.20m處礦體礦石銅礦物中氧化銅的占有率為89.50%。現(xiàn)礦區(qū)已控制的礦體其礦石均屬氧化礦石(氧化率>30%)。

表2 礦石銅物相分析結(jié)果

3 吐拉盆地的演化與銅礦的形成

吐拉盆地由挾持于阿爾金南緣斷裂與木孜魯克山北緣斷裂之間的侏羅紀(jì)箕狀盆地、白堊—古近紀(jì)箕狀盆地部分組成，盆地基底為前侏羅紀(jì)基底巖系，主要由元古界與石炭—二疊系構(gòu)成(圖4)。

圖4 吐拉盆地結(jié)構(gòu)示意圖(據(jù)1∶25萬且末縣一級電站幅區(qū)域地質(zhì)報告，2003年修改)

中生代蓋層主要為侏羅系，為山間磨拉石及陸相含煤碎屑巖建造，沿阿爾金山前發(fā)育；白堊紀(jì)—古近紀(jì)為陸相紅盆沉積，發(fā)育紅色碎屑巖建造。

按照時間與成因2條主線，吐拉盆地演化可分為4個階段(圖5)。

1—古近紀(jì)路樂河組；2—白堊紀(jì)犬牙溝組；3—侏羅紀(jì)采石嶺組；4—侏羅紀(jì)大煤溝組；5—銅礦體圖5 吐拉盆地演化及銅礦床形成示意圖

上侏羅紀(jì)印支運(yùn)動后期，陸殼伸展體制形成。阿爾金山沿斷裂向南發(fā)生仰沖，斷裂上盤快速抬升形成阿爾金山，下盤相對拗陷，形成北斷南超的單側(cè)式斷陷盆地。抬升部位成山成嶺，遭受剝蝕，拗陷部位沉積了大煤溝組灰綠色灰褐色碎屑巖。

中侏羅世末，燕山運(yùn)動發(fā)生，陸殼伸展體制向擠壓體制轉(zhuǎn)化，阿爾金陸塊向柴達(dá)木陸塊逆沖，

至下侏羅世盆地性質(zhì)轉(zhuǎn)化為走滑—擠壓沖斷盆地，阿爾金南緣斷裂呈走滑逆斷裂性質(zhì)，阿爾金山隆起遭受剝蝕，吐拉盆地則沉積了采石嶺組具磨拉石性質(zhì)的灰紫、紫紅色碎屑巖。

下侏羅世燕山運(yùn)動中期，侏羅紀(jì)盆地關(guān)閉，運(yùn)動后期陸殼伸展體制形成，在木孜魯克山北緣，斷裂活化為同沉積正斷裂，吐拉盆地(滯后)伸展，在木孜魯克北部形成拗陷，木孜魯克山遭受剝蝕，在其北部坳陷沉積了犬牙組紅色碎屑巖含銅建造，形成了布拉克銅礦。由于該地區(qū)周期性振蕩運(yùn)動,盆地內(nèi)三角洲、湖泊相沉積交替出現(xiàn),銅礦層狀賦存于淺灰色砂礫巖中，反映出銅礦形成于白堊紀(jì)盆地演化形成階段特定的古地理、氣候、沉積相條件[5-8]。

白堊紀(jì)末，燕山運(yùn)動晚幕發(fā)生，陸殼伸展體制向擠壓體制轉(zhuǎn)化，昆侖陸塊向柴達(dá)木陸塊逆沖。至古近紀(jì)初，木孜魯克北緣斷裂活化為走滑—逆斷裂，木孜魯克山隆起并遭受剝蝕，吐拉盆地接沉積路樂河組紫紅色粗碎屑巖含銅建造。

漸新世末，印度板塊與歐亞板塊的碰撞，施加了強(qiáng)大的南北向擠壓應(yīng)力，導(dǎo)致盆地兩側(cè)山體進(jìn)一步隆升，盆緣次級褶皺開始形成，盆地南緣中新生代地層形成了線狀向斜構(gòu)造。布拉克銅礦卷入向斜北翼[9]，初始形成硫化銅礦床在地表或近地表環(huán)境下，被氧化成孔雀石、硅孔雀石等銅的碳酸鹽類礦物[10]，在地表形成近EW向展布的金屬礦物氧化帶。

綜上所述，結(jié)合現(xiàn)代銅礦沉積學(xué)理論，本礦床成礦模式如下：下侏羅世末，在研究區(qū)一帶形成拗陷，南側(cè)木孜魯克山相對隆起巖石遭受風(fēng)化、剝蝕。上白堊世，富含Cu的地表水不斷地把成礦物質(zhì)和陸源碎屑物帶到沉積盆地沉積下來,這時地表水呈現(xiàn)靜止?fàn)顟B(tài),Cu也失去了動力條件,在干旱氣候背景條件下,水不斷地蒸發(fā)或流失,從氧化態(tài)、游離態(tài)、絡(luò)合態(tài)中還原出來,最終在沉積成巖的過程中富集成礦[11-17]。

4 控礦因素分析

(1)巖相、古地理控制作用。白堊紀(jì)犬牙溝組下段上部巖性段為紫紅色細(xì)碎屑巖夾淺灰色粗碎屑巖，反映其形成于內(nèi)陸湖泊較干燥的氣候環(huán)境。含礦層其上覆和下伏的紫紅色中厚層泥質(zhì)粉砂巖層理發(fā)育，具淺湖相沉積特征。含礦層淺色砂礫巖的巖屑多呈次圓狀，粒徑大小不一，分選性差，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，較大的礫石多集中分布于層理下部，普遍夾細(xì)粒砂巖、粉砂巖或泥巖透鏡體，顯示扇緣三角洲相之沉積特征。已發(fā)現(xiàn)的銅礦體均產(chǎn)于砂礫巖中，顯示銅礦受湖泊扇緣三角洲相控制[18]。

(2)巖性控制作用。白堊紀(jì)犬牙組下段的上部巖性層：紫紅色碎屑沉積巖中發(fā)育的淺灰色砂礫巖是礦體賦存的巖性條件。紫紅色泥質(zhì)粉砂巖中不含銅礦物，表明銅只與盆地邊緣粗粒沉積粗碎屑巖有關(guān)。

(3)構(gòu)造控制作用。吐拉盆地的形成演化與盆地的邊界斷裂即阿爾金南緣斷裂、木孜魯克山北緣斷裂活動息息相關(guān)，阿爾金南緣斷裂控制了北部侏羅紀(jì)盆地的形成與演化，木孜魯克山北緣斷裂控制了南部白堊-古近紀(jì)盆地的沉積與變形。喜馬拉雅造山運(yùn)動造成盆地南緣中新生代地層形成的線狀向斜構(gòu)造控制著銅礦分布，布拉克銅礦在地表的分布受制于吐拉盆地南緣向斜的北翼。

(4)物源的控制。礦石中的巖屑類型主要為安山巖，夾有流紋巖、石英巖、玄武巖，此外還有少量粉砂巖。巖屑一般呈次圓狀，少數(shù)呈次棱角狀、棱角狀，巖屑粒徑大小不一，分選差，說明成礦碎屑物來自地勢相對較高且出露發(fā)育火山巖的山區(qū)。砂礫巖含礦層沉積形成于入湖處的三角洲環(huán)境，亦表明銅來自盆地南部山地，并非來自盆地內(nèi)部。近些年來，陸續(xù)在木孜魯克山地區(qū)發(fā)現(xiàn)了木孜魯克、庫群、烏魯克南、卡特里西等熱液型銅礦。木孜魯克山地區(qū)發(fā)育在火山-沉積巖石地層中的銅礦經(jīng)過長期風(fēng)化剝蝕，被氧化釋放出的Cu呈離子以游離態(tài)或絡(luò)合物態(tài)隨地表流水作用攜帶到陸緣湖盆地沉積，為布拉克銅礦的形成提供了充足的礦源[19-21]。

5 結(jié)論

吐拉盆地西南緣克其卡勒克、克孜勒薩依、布拉克等沉積砂礫巖型銅礦床，均是以地表氧化露頭做找礦標(biāo)志發(fā)現(xiàn)的，以后的銅礦勘查工作，應(yīng)加強(qiáng)對巖性、巖相、古地理等間接找礦標(biāo)志的研究。該地區(qū)的犬牙溝組、路樂河組粗、細(xì)碎屑巖是分別在白堊紀(jì)、古近紀(jì)經(jīng)過多個旋回沉積形成的，后又經(jīng)歷了線狀向斜構(gòu)造改造，該區(qū)發(fā)育的泥質(zhì)粉砂巖內(nèi)一定存在大量的隱伏砂礫巖礦層，布拉克銅礦床發(fā)育Ⅳ-1號隱伏砂礫巖礦層就是佐證。因此,也應(yīng)注意隱伏砂礫巖層的尋找。