2019, Vol. 10引用本文 |
| 土屋斑岩铜矿研究进展 |  [PDF全文] |
斑岩铜矿是全球最为重要的铜矿类型，具有储量大，矿化均匀，埋藏浅，品位低，易开采，选矿回收率高等特点，多数大型-超大型铜矿床属于此类型，我国土屋斑岩铜矿便是其中之一.
土屋斑岩铜矿位于哈密市区西南约120 km处，矿石品位以0.5×10-2为边界，预测铜矿石量28 080万t，平均品位0.75×10-2，金属量210万t；伴生金平均品位0.34×10-2，金属量95 t；伴生银平均品位4.3×10-2，金属量1 207 t[1].前人对成矿构造背景、矿床地质特征、容矿岩石、成岩成矿时代、成矿物质来源、岩石地球化学以及流体包裹体等方面进行了大量的研究工作[2-13].文中对前人的工作进行了总结，提出了土屋铜矿的成矿特征以及找矿标志，希望对我国寻找斑岩铜矿提供资料.
1 区域地质概况研究区域地质简图见图 1.
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| 1.全新统第四系堆积物；2.侏罗统西山窑组；3.石炭统土屋组；4.石炭统企鹅山群第二组；5.石炭统企鹅山群第一组；6.石炭统干墩岩组第二岩段；7.石炭统干墩岩组第一段；8.泥盆统大南湖组；9.二叠世长石石英斑岩；10.二叠世斜长花岗斑岩；11.二叠世闪长玢岩；12.二叠世中细粒黑云母二长花岗岩；13.二叠世细粒斑状（文象）正长花岗岩；14.二叠世中细.细粒斑状黑云母二长花岗岩；15.石炭世微细.细粒斑状黑云角闪英云闪长岩；16.石炭世中细粒（斑状）角闪石英二长闪长岩；17.石炭世弱糜棱岩化角闪黑云石英闪长岩；18.石炭世弱糜棱岩化细粒斑状黑云角闪斜长花岗岩；19.地质界线；20.岩层产状；21.断裂；22.铜矿；23.研究区位置. 图 1 研究区区域地质简图（据新疆地质矿产局第一区域地质大队，2002年修编） Fig. 1 Regional geological map of the research area |
1.1 构造概况
土屋铜矿位于准噶尔与塔里木两个板块与碰撞对接缝合带的北侧[14]，康古尔塔格深大断裂与大草滩断裂分别从研究区的南北两侧通过[3].其中康古尔塔格深大断裂将塔里木板块与哈萨克斯坦-准噶尔板块分割，北侧为准噶尔板块南缘哈尔里克古生代岛弧带；南侧为塔里木板块北缘觉罗塔格晚古生代岛弧带.断裂走向近东西，延伸较长，宽100~300 m，整体产状为180°∠70°，具韧性-脆性复合的性质.断裂带内见有强烈的糜棱岩化，并见有较大规模绿泥石化、绿帘石化矿化蚀变，另构造带内有构造角砾岩、石英脉、花岗细晶岩脉等沿断裂发育.变质分异条带、石香肠、片理等韧性变形标志发育.
大草滩断裂，整体走向约280°，南倾，倾角50°~80°，延伸长，宽30~100 m，为多期活动压性断裂[15].断裂内石英脉、细晶岩脉、构造角砾岩等广泛发育.
1.2 地层概况地层出露复杂，主要集中于晚古生代-中新生代，出露地层由老到新依次为泥盆统大南湖组，石炭统的干墩岩组、企鹅山群、土屋组，侏罗统西山窑组，以及第四系等.泥盆统地层主要分布在北西部，岩石组合为一套碎屑岩和中酸性火山岩组合，石炭统地层分布较广，岩石组合为一套陆源碎屑岩、火山碎屑岩组合.侏罗统地层分布较为零星，岩石组合为一套陆源碎屑岩.第四系全新统第四系堆积物，主要为松散堆积物.
1.3 侵入岩概况区内侵入岩发育，以中酸性为主.岩石类型为闪长玢岩、斜长花岗岩斑岩为主，夹杂少量的花岗闪长岩和二长花岗岩，岩石成因类型复杂，多呈岩脉或岩株产出，岩体整体为北东展布方向.
2 矿床地质特征 2.1 矿区地质特征 2.1.1 地层特征石炭系企鹅山群是研究区内主要的地层单位，并且与成矿密切联系，为一套火山-沉积岩系.包括3个岩性组：第1岩性组沿康古尔塔格断裂展布，为海相碎屑岩建造，岩性主要为长石岩屑砂岩、沉凝灰岩、砂砾岩，局部夹生物灰岩及砂砾岩等，碎屑岩中产有Linoproductus sp.（线纹长身贝，未定种）、Buxtonia sp.（波斯通贝，未定种）等早石炭世化石[8]；第2岩性组为海相中基性火山岩系，主要为杏仁状橄榄玄武岩、安山岩等钙碱性火山岩, 夹火山角砾岩以及少量复成分砾岩和砂岩[3]；第3岩性组以灰-灰绿色砂岩、粉砂岩为主，含少量火山岩以及火山碎屑岩，如火山角砾岩、玄武岩等，局部粉砂岩含晚石炭世早期植物化石Zalessky（小羊齿型准安加拉羊齿）[8].地层靠近研究区北侧的大草滩断裂，走向整体为北东东向，倾向南东，倾角43°~63°，构造片理化较发育（图 2）.
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| 图 2 研究区地质简图和第7勘探线剖面图（据新疆地质矿产局第一区域地质大队，2001修改） Fig. 2 Geological map and the seventh exploration section of the reseach area |
2.1.2 岩浆岩
区内岩浆岩发育，以中酸性斑岩体为主，多成岩基状.共23个斑岩体，面积最大者0.03 km2，最小者不足10 m2[3].岩性主要为石炭世闪长玢岩和斜长花岗斑岩.其中闪长玢岩为矿体重要围岩，斜长花岗斑岩为成矿母岩，二者侵入企鹅山群第二组中.
区内花岗岩类分布广泛，华力西期花岗岩最为发育.在觉罗塔格地区，花岗岩成因类型复杂，各类型花岗岩均有出露.镁铁质－超镁铁质杂岩主要分布于康古尔塔格－黄山初性剪切带内.区内火山岩发育，包括大南湖组、企鹅山群、梧桐窝子组和土屋组火山岩，火山岩之间为断层接触.岩性主要为玄武岩、玄武安山岩、安山岩、英安岩，与板块活动关系密切.
2.2 矿体特征土屋铜矿由3个矿体组成，自东向西依次为Ⅰ-Ⅲ号，总体构成轴向近东西的右行斜列式产出（图 2）.矿体呈厚板状及似层状，与围岩界线不明显.其中Ⅰ号矿体主要赋存于斜长花岗岩中，边界Cu品位为0.2 %，矿体长约1 300 m，宽8.0~87.1 m，平均厚度为38.94 m.铜地表品味平均0.3 %，钻孔平均品位0.35 %；Ⅱ号矿体主要赋存于企鹅山群第2组、闪长玢岩和斜长花岗斑岩内，边界品位为Cu 0.2 %，矿体长1 400 m，宽7.6~125 m，控制矿体延伸＞600 m，矿体最高品位2.87 %，平均品位1.03 %；Ⅲ号矿体呈透镜状、纺锤状，走向92°，倾向南，倾角73°，矿体长380 m，宽7.2~54 m，单样Cu品位0.2 %~0.7 %，最高值为1.69 % [16].
2.3 矿石特征矿石矿物组合较为简单，原生矿石金属矿物主要为黄铜矿，斑铜矿和黄铁矿较少，辉铜矿、蓝铜矿微量；氧化矿物主要为氯铜矿和孔雀石.脉石矿物包括石英、绢云母、长石和绿泥石等.矿石矿物构造以稀疏浸染状、细脉浸染状为主，结构主要呈半自形-他形粒状（图 3[17]）.
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| 图 3 特征矿石矿物及镜下照片[17] Fig. 3 The typical characteristics of ore minerals and microscopic photos |
2.4 矿化特征
矿体围岩蚀变强烈，蚀变明显分带.自矿体中心向围岩出现对称的蚀变分带，岩体中心为强硅化带、向外依次为黑云母化带、黄铁绢英岩化带、泥化带、青磐岩化带等. Cu矿化主要赋存于黑云母化带和黄铁绢英岩化带中，青磐岩化主要位于围岩中.
2.5 地球物理、地球化学特征矿区位于康古尔塔格重力异常带中，具西高东低，北高南低特点.矿区处于正负磁场交替变换区域[4].
矿区位于多元素高背景带上，元素为Cu、Ni、Cr、Co、Ti、V、Au、Sr、Mo、Fe2O3，Cu背景值为30×10-6，组合异常面积为60 km2[18].矿床岩石Cu含量平均值为63×10-6，企鹅山群第2组Cu含量平均值达91×10-6; 斜长花岗斑岩和闪长玢岩分别高于615×10-6，60.18×10-6，组成铜的高背景区.石炭系样品铜变化系数大，表明在后期地质作用过程中铜具有明显的活化、迁移和富集特征[3].
3 岩石学及岩石地球化学特征 3.1 企鹅山群第二组拉斑玄武岩玄武岩呈灰绿色，具拉斑结构，块状构造，主要由拉长石、辉石等矿物组成，含少量磁铁矿.拉长石呈细板条状，杂乱分布，普通辉石呈半自形粒状结构，多被阳起石交代，磁铁矿呈半自形粒状结构，分布于辉石间（图 4[19]）.具高Al、Ca，低Mg特征，属钠质亚碱性系列岩石；稀土总量低，稀土配分曲线呈整体右倾，轻稀土富集，重稀土相对亏损；大离子亲石元素富集，高场强元素相对亏损，Ta、Nb、Ti明显呈现负异常，形成于活动陆缘环境，是大洋俯冲阶段的产物[19].
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| 图 4 玄武岩显微照片[19] Fig. 4 Microphotographs of the basalt |
3.2 闪长玢岩
岩石呈灰绿色，斑状结构，块状构造，斑晶约占5 %，自形程度较高，多成自形状.以斜长石为主，少量角闪石，其中斜长石成灰白色，偶见聚片双晶，角闪石为绿灰色，针状.基质为隐晶质，具绢云母化和碳酸盐化蚀变（图 5[16]）.
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| 图 5 闪长玢岩显微照片[16] Fig. 5 Microphotographs of diorite porphyrite |
闪长玢岩为钠质亚碱性系列，稀土总量较低，轻稀土富集，配分曲线呈整体右倾，微量元素蛛网图右倾，Nb、Ta负异常明显，具活动陆缘环境的特点[16].
3.3 斜长花岗斑岩岩石呈灰白色，具斑状结构，块状构造.斑晶约占20 %，粒径约为2~6 mm，以斜长石、石英为主，矿物多呈自形-半自形状结构.基质为隐晶质，具绢云母化蚀变（图 6[12]）.
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| 图 6 斜长花岗斑岩显微照片[12] Fig. 6 Microphotographs of plagiogranite porphyry |
斜长花岗斑岩为高钾钙碱性过铝质亚碱性岩石，轻稀土富集，重稀土亏损，稀土配分模式为低缓右倾型，大离子亲石元素富集，高场强元素相对亏损，具Nb、Ta、Ti负异常，具活动陆缘环境的特点[12].
4 矿床成因及找矿预测 4.1 成岩成矿时代研究区中的早石炭世企鹅山群与斑岩铜矿的形成密切相关，企鹅山群共分为3个岩性组，斑岩铜矿主要赋存于第2岩组中.
为了研究其形成时代，前人进行了多次测年的工作.其中安山岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为336.5±6.6 Ma；玄武岩中透辉石、斜长石和全岩Sm-Nd内部等时线年龄为334±36 Ma[10]；测斜长花岗斑岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为333±2 Ma[20]、334±3Ma（95 %置信度）[9].以上资料均表明土屋斑岩铜矿形成于早石炭世晚期.
4.2 成矿物质来源含矿石英脉中流体包裹体均一温度为125~363 ℃，集中于140~200 ℃，盐度为0.18 %~58.28 %NaCl，集中于2 %~10 %.气相成分主要为H2O和CO2，液相成分以Ca2+、Na+、SO42-、Cl-为主. δDv-SMOW值为-70 ‰~-66 ‰，δ18Ov-SMOW值为9.4 ‰~12.3 ‰，δ18O水为-5.1 ‰~-1.2 ‰.表明成矿流体可能主要来源于岩浆水和大气降水[13].
矿石中金属硫化物的硫同位素δ34SV-CDT的平均值为0.15 ‰，变化范围较小，推测为单一来源，表明成矿物质为幔源[12].
4.3 成矿动力学背景同位素年代学及生物化石资料表明：企鹅山群地层、闪长玢岩及斜长花岗斑岩为早石炭世产物，矿床形成于早石炭世晚期.
岩石地球化学特征表明岩石形成于活动陆缘环境.石炭纪时期，在北天山洋向北俯冲的地球动力学背景下，大洋板片低角度俯冲，由于脱水作用产生的大量流体对板片之上的地幔楔发生交代，并导致地幔楔部分熔融，形成企鹅山群岛弧火山岩.由于北天山洋板片俯冲至角闪岩相与榴辉岩相转变界面的附近，使得角闪石分解并释放出大量H2O，因此导致了MORB固相线温度大幅度下降，故而引发洋壳部分熔融，生成富矿元素和挥发分的埃达克质岩浆.在洋壳熔融过程中，富含成矿元素的埃达克质岩浆上升，与地幔橄榄岩发生交代作用，最终在岩体顶部富集成矿（图 7[21]）.
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| 图 7 东天山地球动力学背景模式图[21] Fig. 7 Schematic diagram showing the geodynamic setting in the eastern Tianshan |
4.4 区域找矿标志
1）石炭世斜长花岗斑岩是斑岩型铜矿带上的成矿母岩，闪长玢岩是重要的赋矿围岩，二者皆为是斑岩型铜矿成矿的岩体标志[22－23].
2）康古尔塔格断裂、大草滩断裂及其次级断裂控制区域上成矿斑岩体的分布特征，是重要的构造标志.
3）石炭系企鹅山群第二组为一套海相中基性火山岩建造，岩石组合为玄武岩、玄武安山岩、安山岩等，成矿母岩多侵入于该地层中，该组地层也是重要的赋矿围岩，是重要的地层找矿标志.
4）矿体围岩矿化蚀变异常强烈，主要为青磐岩化、绢云母化以及钾化等；蚀变强度差异较大，规模不等.绢云母化蚀变带发育大量的铜矿化以及广泛分布的青磐岩化是重要的蚀变标志.
5）矿石多氧化为黄钾铁矾、氯铜矿、孔雀石等，是重要的地表识别标志.
5 结论土屋斑岩铜矿带位于准噶尔板块活动陆缘，成矿母岩为斜长花岗斑岩，赋矿围岩主要为闪长玢岩.侵入岩与企鹅山群均具活动陆缘岩石特点，岩体及矿床形成于早石炭世末期，成矿物质来源于幔源，矿床形成于活动陆缘环境.
同时具企鹅山群第二组、深大断裂及其次级断裂、斜长花岗斑岩、围岩蚀变及黄钾铁矾、氯铜矿等特征的综合异常区具有重大寻找斑岩铜矿的广阔前景.
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