新疆准噶尔盆地萨热克铜矿床地质特征及成矿规律

新疆准噶尔盆地萨热克铜矿床地质特征及成矿规律

萨热克铜矿床位于新疆乌沙县。它是世界上第一座小铜矿，在半个世纪前被发现。经过几个地调整集体的评估，没有上好进展。近年来,有色金属矿产地质调查中心新疆地质调查所、新疆鑫汇地质矿业有限责任公司经过现场调查、综合研究之后,认为该矿具有寻找中新生代砂砾岩型铜矿的条件和前景,随即开展了地质物化探评价,投入了大量地表和深部验证工程,目前所获铜资源量已达大型规模,取得了地质找矿的重大突破。本文仅就矿区地球化学普查及异常评价的成果作一介绍。1区域地质和地球化学特征1.1中下游流域内缘细缘盆地工作区位于塔里木盆地西南中新生代坳陷西北缘的次级盆地———托云盆地。其北部为西南天山海西期地层—构造—岩浆带,南部为西昆仑海西期地层—构造—岩浆带。托云盆地上叠于西南天山的阿赖—阔克沙岭古生代岛弧带中,属中新生代继承性拉分—坳陷盆地,萨热克铜矿位于该盆地西缘的更次级盆地———萨热克巴依上叠盆地。萨热克巴依上叠盆地基底及周缘地层为长城系、志留系变质岩,盖层为侏罗系和白垩系陆相碎屑岩。自加里东晚期构造运动后,该地区一直处于隆起状态,至印支运动,受达拉斯—费尔干纳断裂右行拉分的影响,在元古宙变质岩基底之上,发育形成萨热克巴依上叠盆地,其侏罗纪为断陷型湖泊赋煤盆地发育阶段,经历了早侏罗世早期的断陷快速下沉、早侏罗世晚期—中侏罗世稳定沉降、晚侏罗世萎缩抬升消亡3个发展演化阶段。下白垩统克孜勒苏群(K1kz)为碎屑岩建造。其后受燕山晚期构造运动的影响,南北两翼长城系变质岩以断裂形式向盆地内推覆对冲。萨热克巴依上叠盆地为一相对独立的次级盆地。盆地总体为一向斜构造,轴向走向北东70°,东部较宽,西部为2条断裂所截,面积约95km2。两翼陡,核部缓,东西两端翘起,南北翼为断层所限(图1)。1.2元素聚类分析通过1∶5万水系沉积物地球化学普查,在萨热克地区获得了一个规模较大、元素组合较多(Cu-Ag-Pb-Ba-As-Sb-Mo-Bi)、异常强度较高的综合异常(图2)。从表1中可以获得如下认识:(1)该区水系沉积物中,各元素均值与地壳克拉克值(泰勒)相对比,浓度克拉克值(KK)大于1,具有相对富集的元素为:As、Sb、Pb、Bi、Ag、Ba等,其浓度克拉克值为1.46~4.43。(2)变异系数(Cv)大于1的元素主要为Cu,其变异系数(Cv)达1.46,属强分异型元素;其次为Pb、Ag、As,其变异系数分别为0.88、0.58、0.53,也具有一定的分异特征。(3)从上述特征可以看出该区As、Sb、Pb、Bi、Ag、Ba等元素具区域性相对富集特征;元素Cu的浓度克拉克值虽小,但变异系数(Cv)较大,说明该元素在区域上分布极不均匀,具有强烈的分异作用,在局部地段具有富集特征,为该区的主要成矿元素。其次Pb、Ag、As也具有一定的分异作用,为该区的次要成矿元素及找矿指示元素。对该区1∶5万化探普查样品的分析数据,进行了元素R型聚类分析(表2),在相关系数0.25水平上,萨热克区元素组合主要分为3大组,第一组为Cu-Ag-Ba,说明该区Cu(Ag)成矿作用与指示沉积环境的元素(Ba)具有相关性,主要属沉积类型成矿特征;第二组为As-Sb-Bi-Mo-Sr-Cd,反映出与构造活动有关的热液蚀变元素组合特征;第三组为Pb-Zn,反映出与后期叠加的热液蚀变活动作用有关的多金属矿化组合。2矿区地质特征、地球化学特征2.1矿区地质特征(1)中新生代地层和上侏罗统矿区出露的地层主要为长城系阿克苏群(Chak)、志留系合同沙拉群(S2h)、侏罗系和白垩系地层。其中长城系阿克苏群(Chak)、志留系合同沙拉群(S2h)分布于萨热克巴依次级盆地的南北两侧,并以断层的方式与萨热克巴依上叠盆地的中新生代地层接触。侏罗系可划分出下侏罗统莎里塔什组(J1s)、康苏组(J1k)和中侏罗统杨叶组(J2y)、塔尔尕组(J2t)及上侏罗统库孜贡苏组(J3k)等5组,白垩系下统克孜勒苏群(K1kz)可划分出2个岩性段,其岩性为一套辫状河相泥岩夹砂岩、厚层状含砾砂岩、岩屑砂岩、粉砂质泥岩,局部为砾岩。依据岩性组合、接触关系、所含化石特征将萨热克巴依上叠盆地砂砾岩型铜矿的赋矿层位厘定为上侏罗统库孜贡苏组上段(J3k2)。该岩性段在萨热克巴依次级盆地周边是连续出露的,只是由于后期断裂作用而造成其断续出露。(2)岩脉萨热克铜矿区仅见辉绿岩脉出露,侵位于矿区南部下白垩统克孜勒苏群第二岩性段(K1kz2)褐红色砂岩与泥岩中。(3)x型的平行断层萨热克铜矿区的断裂构造十分发育,突出的是萨热克巴依上叠盆地的边界断裂。次一级的有延伸方向与之平行的逆断层和延伸方向与之交角较大的宏观呈X型的平移断层。萨热克巴依次级盆地的边界断裂即萨热克巴依南逆断裂(F4)(155°∠55°~70°)、萨热克巴依北逆断裂(F3)(330°∠50°~70°),萨热克铜矿区与萨热克巴依南北边界断裂平行的次级断裂,在成矿中均有着积极的作用,表现为赋矿层上侏罗统库孜贡苏组上岩性段(J3k2)砾岩不仅成矿部位较为破碎,而且在次级断裂的叠加部位成矿规模是加大加富的。(4)矿物、矿化、金属资源萨热克铜矿可划分为南北两个矿带。北矿带位于萨热克向斜的北翼,矿带长大于4km,平均宽5~80m,矿化主要产于上侏罗统库孜贡苏组上段(J3k2),呈北东一南西向展布,产状与地层一致,围岩为灰、浅灰绿色砾岩。依据目前工程控制可划分出6个铜矿体。主要矿体简述如下。Ⅰ号矿体长大于1000m,平均厚10.80m,铜平均品位1.18%,银11.48×10-6;矿体产于J3k2灰、浅灰绿色砾岩中,金属矿物有辉铜矿、黄铜矿、黄铁矿,次生矿物为孔雀石。Ⅱ-1号矿体长大于1350m,平均厚7.95m,铜平均品位0.83%,银11.48×10-6;矿体产于J3k2灰、浅灰绿色砾岩中,金属矿物有辉铜矿、黄铜矿、黄铁矿,次生矿物为孔雀石。Ⅱ-2号矿体长1200m平均厚3.51m,平均品位铜0.98%,银10.69×10-6。Ⅱ-3号矿体长600m,平均厚1.72m,平均品位铜0.78%,银10.69×10-6。南矿带深部控制砾岩铜矿(化)体长1600m,产于上侏罗统库孜贡苏组上段(J3k2),对应北矿带上部层位及砾岩层位。Ⅰ号矿体平均铅垂厚5.15m,Cu平均品位0.87%。Ⅱ-1号矿体平均铅垂厚2.53m,Cu平均品位0.47%。砾岩中见有辉铜矿、黄铜矿、斑铜矿、闪锌矿、方铅矿等,呈星点状、团块状、斑点状、细脉状,局部呈稀疏浸染状、块状产出。南矿带含铜砂岩分布于向斜南翼,矿带长大于1000m,平均宽2~50m。矿化主要产于下白垩统克孜勒苏群第二岩性段(K1kz2)灰白色岩屑石英砂岩中,其产状与地层一致。己控制砂岩铜矿体11层,长200~800m,矿体厚1~8.25m,平均品位Cu0.31%~0.68%。(5)采矿结构矿石的结构以细—粗粒状结晶结构为主,交代结构次之;构造有浸染状、斑点状、细脉浸染状、层纹状和带状构造等。(6)硅矿、高岭土、灰岩围岩蚀变较弱,类型简单,近矿围岩蚀变在矿体及周围发育,蚀变范围较宽,表现为硅化、碳酸盐化、绿泥石化、绢云母化和高岭土化。金属矿物呈层纹状、浸染状赋存于胶结物及与胶结物成分相同的同生砾石中,围岩具较强的硅化和碳酸盐化,说明喜山期改造作用较强,有利于富铜矿的形成。(7)地表、深部、脉石矿物矿石的主要自然类型可分为砾岩型、含砾砂岩型和砂岩型浸染状铜矿石。有益组分有金、银、铅锌、铋、钼等。地表以孔雀石为主,原生矿为辉铜矿、斑铜矿,铜蓝、蓝铜矿和自然银,辉铋矿等次之;深部以辉铜矿、斑铜矿为主,黄铜矿、黄铁矿、自然银、辉钼矿、辉铋矿、方铅矿、闪锌矿等次之。脉石矿物主要为长石、石英和黏土矿物。矿床的成因类型主要有同生沉积—改造型砂砾岩铜矿和同生沉积—热液叠加改造型砾岩铜铅锌矿。2.2化学特征及通过非正规网的化探方向检测工作区属中高山半干旱剥蚀景观区,东高西低,海拔高度为2841~4300m,大部分地段均在3000m以上,相对高差为300~500m不等。沟谷纵横交错、切割较强,通行条件较差。该区干旱少雨,植被不发育,除卓尤勒苏河及其支流为长年流水沟系外,其他沟谷均为干沟,风化剥蚀作用强烈,形成了薄的残坡积—残积层,总的土壤层发育程度较差,基岩出露较好。上述景观,以物理风化为主,元素在残坡积物和沟系中,主要以机械晕的形式进行迁移,只有在冰雪融化的季节和雨季,一些可溶于水、呈盐类化合物的元素,才会以盐晕形式进行迁移,但总的来说,其迁移的距离不会很远。在该区地形地貌条件下,结合景观地球化学特征,我们采用了非正规网的化探普查方法———1∶2.5万沟系次生晕,作为普查扫面的主要手段,采样密度达30点/km2,它是一种快速、经济、有效的方法。所获主要成果如下(图3)。(1)通过近100km2的1∶25000化探扫面,在该区共发现和圈出了15个综合异常区,其中甲类5个,乙类3个,丙类7个。主要异常分布于萨热克巴依次级盆地的南北两侧。(2)北带综合异常,由4个综合异常组成,呈北东向展布,断续长达8km,主要与上侏罗统库孜贡苏组上段砂岩、砂砾岩吻合较好,为层控改造型铜矿所引起,具有层控和岩控的特征。(3)南带异常由8个综合异常组成,呈北东东向分布,断续长达14km,主要分布于上侏罗统、白垩系与长城系呈断裂的接触带及其附近,除具有层控、岩控的特征外,尚具有后期热液叠加改造的特征,并形成铜多金属矿化。(4)北矿带成矿元素以Cu为主,伴生元素为Ag,前缘元素为Ba,元素组合较为简单,具有层控矿床元素组合的特点;南带成矿元素既有Cu,也有Pb、Mo、Fe、Au,As、Sb,元素组合较为复杂,具有热液矿床元素组合的特点。(5)南北二带异常交汇于西部萨热克矿区向斜的西部转折端,该处构造应力较为集中,为成矿流体的上升提供了有利的通道,因此该处异常规模大、强度高,并有矿体出露地表,为最具找矿远景的地段。3异常主要评估3.1h-4号的综合异常(1)元素地球化学特征为已知萨热克铜矿北矿带所引起,赋存于上侏罗统库孜贡苏组上段砂砾岩中。呈北东东向带状展布,长约2.5km,宽约0.8~1km,面积约2.0km2。异常规格化面金属量(NAP)为17.26,为该区综合异常评序值第二位,异常规模较大,是该测区以Cu、Ag、Ba为主的综合异常,该异常峰值较高,具有三级浓度分带特征,Cu异常峰值为2850×10-6、Ag为2224×10-9、Ba为1554×10-6等。元素Cu、Ag变异系数值(Cv)较高(>1),为强分异型元素,见表3。在出露地表的矿体上方Cu、Ag异常强度高,浓度分带明显,而前缘元素Ba异常,则在矿体沿走向延伸带上广泛发育,表明在其深部仍具有较好的找矿前景(图4)。对次生晕样品进行了R型聚类分析(表4),在相关系数0.2水平上,元素组合分为两组,第一组为Cu-Ag-Ba组合,为成矿和伴生指示元素组合,第二组为Pb-Zn组合。其中第一组中元素Cu、Ag相关程度较高,相关系数大于0.8。通过对H-4号综合异常区内所采集的212件原生晕样品10个元素进行统计分析(表5),可以得到以下认识。1)原生晕元素与地壳克拉克值(泰勒)相对比,浓度克拉克值(KK)大于3具有强烈富集的元素有:Ag、Cu、Sb和As,其KK值从6.89到3.29;浓度克拉克值(KK)大于1而小于3具有相对富集的元素为:Ba和Bi,其KK值分别为1.92和1.47,说明以上元素在该区具有明显同生富集特征;而相对贫乏的元素为Pb、Zn、Be和Co,其KK值均小于1。2)变异系数(Cv)大于1具有强分异的元素为:Cu和Ag,其变异系数(Cv)值分别高达2.591、1.994,显示出强烈的后期改造作用;变异系数(Cv)大于0.5而小于1具有分异的元素为:As、Ba和Pb,其变异系数(Cv)值分别为0.811、0.626和0.572,具有一定的改造作用;变异系数(Cv)小于0.5仅具有弱分异的元素为:Bi、Zn、Sb、Be和Co。综上所述,该区Cu、Ag、Ba和As等元素的浓度克拉克值较大,具有较强的富集特征,它们的变异系数相对较大,具有强烈的分异特征,有较强的后期改造作用,是该区的主成矿元素和伴生指示元素。(2)地表、脉石、成岩环境特征上述元素的分布特征,表明该矿床已出露于现代侵蚀面,但剥蚀程度不深,还有较大延深。异常位于萨热克向斜北翼铜矿带上,主要赋存于上侏罗统库孜贡苏组上段的灰色、灰绿色砾岩、砂岩中,经地质评价,在地表已控制两条铜矿体,长度为1000~1350m,经深部大量钻孔验证,矿体沿倾向的延深一般为300~500m,个别近1000m,此外在地形由缓变陡处,尚出现有厚大的盲矿体。目前探获铜资源量已达中型规模。地表以孔雀石为主,原生矿为辉铜矿、斑铜矿,铜蓝、蓝铜矿和自然银、辉铋矿等次之;深部以辉铜矿、斑铜矿为主,黄铜矿、黄铁矿、自然银、辉钼矿、辉铋矿等次之。脉石矿物主要为长石、石英和黏土矿物。在综合异常的浓集中心布置了原生晕剖面(图5)。在含矿砾岩层上获得了宽约50~80m、Cu>2000×10-6、Ag>2×10-6原生晕异常,显示了特定层位和特定岩性含矿的特征。前缘元素Ba出现于含矿层的上盘。H-4综合异常为已知萨热克沉积—改造型铜矿床所引起,其异常元素组合较为简单,但异常规模大、强度高、变异系数大,具强烈分异作用,为典型的矿致异常,属甲类异常,勘探工作还在进行,具有继续扩大规模、增长储量的前景。3.2h-6号异常(1)原生晕元素地球化学特征首先通过化探普查发现和圈出了综合异常,随后通过地表工程圈出了含铜砂岩矿(化)体,继之又通过深部钻探工程,发现和圈出了深部铜铅锌盲矿体。该综合异常位于萨热克向斜南翼,出露的地层既有上侏罗统库孜贡苏组上段砂砾岩,也有上白垩统克孜苏群的砂岩和长城系变质岩。综合异常呈北东东向面状展布,长3.2km,宽0.8km,面积约3.4km2。异常规格化面金属量(NAP)为22.5,为该区综合异常评序值第一位。异常规模较大,是以Cu、Ag、Pb、Ba为主的综合异常,该异常峰值较高,具有三级浓度分带特征,Cu异常峰值为1990×10-6、Ag为1020×10-9、Pb为537.2×10-6、Ba为993×10-6等。Cu、Pb变异系数值(Cv)较高(>1),为强分异型元素,具局部富集特征(表6,图6)。根据R型聚类分析(表7),在相关系数0.2水平上,元素组合主要为Cu-Ba-Pb-Ag,元素Cu、Ba相关程度较高,相关系数大于0.55,元素Pb、Ag相关程度较高,相关系数大于0.45。该异常的组合特征表明,矿化以Cu、Pb为主,与同生沉积成矿作用和后期热液成矿叠加作用均有关系。通过对H-6号综合异常所采集的40件原生晕样品8个元素进行的统计分析(表8),可以得到以下认识。1)综合异常内各原生晕元素与地壳克拉克值(泰勒)相对比,浓度克拉克值(KK)大于1具有相对富集的元素有:Pb、Ag、As和Sb,其KK值从15.2到2.86;浓度克拉克值(KK)大于0.5而小于1具有弱贫化的元素为:Bi和Cu,其KK值分别为0.96和0.70;而相对贫化的元素为Zn和Sr,其KK值均小于0.5。2)变异系数(Cv)大于1具有强分异的元素为:Cu、Pb、Ag和As,其变异系数(Cv)值分别高达3.99、2.63、1.30和1.32;变异系数(Cv)大于0.5而小于1具有分异的元素为:Zn和Sb,其变异系数(Cv)值分别为0.90、和0.62;变异系数(Cv)小于0.5具有均匀分布的元素为:Bi和Sr。3)综上所述,该异常区Pb、Cu、Ag、As和Sb等元素的浓度克拉克值具有相对较强的富集特征;它们的变异系数相对较大,具有强烈的分异特征,显示较强的后期改造作用,是该区的主成矿元素和伴生指示元素。(2)上、中矿研究出露的地层既有上侏罗统库孜贡苏组上段,也有上白垩统克孜勒苏群的砂岩和长城系阿克苏群变质岩。在长城系阿克苏群变质岩和中生代碎屑岩之间,有一条呈北东东向、规模较大的逆断层(F4),古老的变质岩推覆于中新生代碎屑岩之上。从目前所获资料分析,引起该异常的矿化有两种类型。1)由上白垩统克孜勒苏群的砂岩铜矿引起的异常,砂岩铜矿体产于上白垩统第二岩性段紫红—灰白色砂岩地层中,主要含铜矿物为孔雀石,控制长200~800m,矿体连续性不好,呈断续分布,矿体厚1~7.39m,Cu平均品位0.31%~0.64%。矿体产状较缓,经工程验证,这种类型的矿体,向下延伸有限,不具工业价值。2)由上侏罗统库孜贡苏组上段砾岩引起的矿化,以铜铅为主,见有辉铜矿、黄铜矿、斑铜矿、闪锌矿、方铅矿等,呈星点状、团块状、斑点状、细脉状,局部呈稀疏浸染状、块状产出,为Cu-Pb-Ag-Ba组合,从30号勘探剖面的钻孔可以看出,穿过上白垩统砂岩后,在上侏罗统库孜贡苏组上段砾岩层中,见到了铜铅锌盲矿体。矿体埋深在200~300m之下,铜矿体厚2.5~6.0m,Cu品位0.3%~1%;铅锌矿(化)体,厚达1.62~37.48m,Pb、Zn品位0.35%~2%。其赋矿层位虽与北矿带基本一致,但矿化类型却为铜铅锌型,铅锌矿化不但叠加于含铜砾岩之中,还穿插于上白垩统克孜勒苏群的砂岩之中,表明这种矿化类型与后期热液的叠加改造作用有关。此外在长城系变质岩覆推体掩盖之下,经钻孔验证见到了上侏罗统库孜贡苏组上段砾岩型铜铅锌矿体,表明该地段在变质岩之下,具有一定的找矿前景。3)从30号地球化学剖面图中也可以看出,通过上白垩统克孜勒苏群的含铜砂岩矿(化)体,其元素组合以Cu-Ag为主,无Pb异常;而通过上侏罗统库孜贡苏组上段砾岩型铜铅锌盲矿体时,地表基本没有出现异常,但通过断裂带的上方时,则出现了明显的C