东天山东戈壁特大型钼矿床地质特征及成因研究

黄超勇，郎岩峰，董理践，付治国

(河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院，河南许昌461000)

东天山东戈壁特大型钼矿床是我国西北6省、自治区建国以来第1次发现并查明的超大型钼矿床。其成因类型为斑岩型钼矿。该矿床的发现，揭示了天山造山带的大地构造背景成钼的客观存在。总结该矿床的成矿地质特征，对于下一步寻找同类型的矿产资源具有重大的现实意义。

1 成矿地质背景

矿区位于新疆维吾尔自治区东部(哈密地区南)，天山东段南麓。塔里木板块北缘，康古尔塔格深大断裂与雅满苏深大断裂形成的断块上(图1)。地层分区属于天山－阴山区(Ⅰ1)觉罗塔格小区()。

1.1 石炭系(C)

为区内分布的最主要地层，从老到新分别为下统干墩组、雅满苏组、小热泉子组和上统底坎尔组。其次为二叠系下统红柳河组以及新生界。具体的地层分布见表1。

1.2 构造

主要表现为走向北东或近东西的断裂带、复式褶皱、断块等组成，以褶皱为主，断裂次之。华力期构造旋迴期，中酸性－酸性岩浆活动频繁，破坏了褶 皱、断裂构造的完整性。

图1 东天山大地构造略图

表1 区域地层划分表

1.2.1 褶皱

主要反映为东戈壁复向斜，长约14 km，宽约5～10 km，南为雅满苏大断裂所切割，轴向80，西端翘起，向东倾伏。该复向斜由4个次级背斜及4个次级向斜组成。复向斜两翼岩层产状均较陡，倾角一般在60°～80°左右。东戈壁钼矿床产于该复向斜内。

1.2.2 断裂

区内断裂较发育，主要有北东向、近东西向及北西向3组，以近东西向和北东向断裂规模最大，对构造的控制作用较强。仍然以雅满苏大断裂为主要构造，其走向75°～95°，西段北倾，中段南倾 155°∠69°，东段又向北倾10°∠55°。次要构造为库木塔格沙垄以东，由3条弧形断裂及断块组成。

1.2.3 岩浆岩

区内岩浆岩较发育，以花岗岩类为主，闪长岩类次之。侵入活动以华力西晚期的中酸性侵入岩为主，以侵入于石炭系地层为主(成矿地层)，侵入的最新地层为二叠系。

呈椭圆状小岩基侵入于石炭系干墩组中，一般为中－粗粒结构，少数为似斑状及斑状结构，以块状构造为主，局部片麻状构造。

1.3 区域地球物理、地球化学特征

1.3.1 区域地球物理特征

矿区位于1∶400万重力异常东西向的梯级带上。而在航磁异常图上位于东西向负异常南部。其对应于康古尔塔格断裂和雅满苏断裂所控制的区域。

1.3.2 区域地球化学特征

⑴元素区域背景特征

据1∶20万图兹雷克幅化探资料，区域岩石中元素浓度克拉克值大于1的元素有：Fe(3.85)、As (2.34)、Sb(2.18)、Ag(1.45)、Ba(1.25)、Li(1.13)、B(1.09)。

⑵元素在空间上的变化趋势

元素的变化趋势严格受区域深大断裂、侵入体和地层的展布控制，内生成矿元素组成的异常沿深大断裂带呈带状分布，W、Sn、Bi、Mo异常均见于侵入体的外接触带，且大致平行岩体分布。

⑶1∶20万化探异常

HS－4综合异常，是一个以Mo、Bi、W为主体的高温元素异常，元素组合为Bi、W、Mo、B、F、Li、Sb、Zn等。由内向外Mo－Bi－W－B－F有清楚的组份分带。其中Bi、W、Mo、B元素有清楚的浓集中心(图2)。

图2 H5－4异常剖析示意图

2 矿区地质

2.1 地层

矿区仅出露石炭系下统干墩组下段(C1gd1)，该组地层是本矿床的主要赋矿地层。岩性为一套陆源碎屑岩－火山岩夹火山碎屑岩组合，以陆源碎屑岩为主，火山岩呈夹层状产于其中。主要有变质砂岩、变质砂质泥岩、变质泥质砂岩、变质泥岩、硅质岩等。

2.2 构造

2.2.1 宏观构造

矿区大地构造位置位于塔里木板块北缘康古尔塔格与雅满苏两条深大断裂之间。据物理资料显示，康古尔塔格断裂切割深度达50 km以上，且有多次开合的构造演化历史，多期次构造运动的叠加不仅产生复杂的构造裂隙系统利于矿液运移和矿质沉淀充填，而且多期次的岩浆侵入也为成矿热液的运动扩散提供了热动力。

2.2.2 微观构造

(1)断裂

矿区内断裂构造主要发育在东矿段范围内，西矿段较少。断裂构造按走向可分为北东、北西和近东西向3组，其中以近东西向断裂最发育。经探明，区内较大的断裂均为成矿前断裂，对矿床的完整性不产生影响。

(2)褶皱

矿区内褶皱构造较发育，属于区域上东戈壁复向斜的一部分，主要为轴向近东西的向斜及背斜。向斜一般呈北东70°方向展布于矿区中北部，区内长3.6 km，宽约1.0 km，向南西方向延出矿区。组成向斜的地层为干墩组下段，岩性为变质砂岩、砂质泥岩、变安山岩等，轴向倾向不明显，近于直立，两翼地层倾角均为67°左右；向斜之间为背斜，轴向与向斜一致，显示区域一组应力作用的产物。轴面及两翼倾角与向斜基本协调一致。

(3)裂隙

矿区内发育有劈理、微裂隙、张裂隙等多种裂隙，这些规模不等、方向各异的裂隙即是成矿热液活动、运移的通道，也是成矿物质沉淀的场所，是矿床形成时成矿岩浆上拱受力形成的大规模微裂隙系统。这些微裂隙系统的发育程度决定了矿床的规模和品位。

2.3 岩浆岩

区内侵入岩主要为华力西晚期第2次侵入的浅肉红色斑状花岗岩、产状为微型岩株。岩体为全隐伏，地表未见出露，在10余个钻孔中底部均予揭露。埋深最浅135.15 m。

2.3.1 岩石学特征

岩石具斑状结构或似斑状结构、巨斑状结构，边部具冷凝边结构，块状构造。为复式岩体、钾长石卡式双晶常见；斜长石聚片双晶、卡钠双晶十分发育，斜长石牌号A=25，以更长石为主。

2.3.2 岩石化学特征

岩体岩石化学成分见表2。

表2 东戈壁矿区斑状花岗岩化学成分表

从表2可以看出：

①矿区花岗岩SiO2含量平均74.42%，为强酸性花岗岩类，与中国绝大多数高品级钼矿床或矿田岩石比较更高，符合成大矿的岩体酸度要求。

②碱度：样品K2O/Na2O=1.71，K2O+Na2O为7.54%。显示出高钾、高碱特点。另外，计算其里特曼指数δ=1.8(δ=(K2O+Na2O)2/SiO2－43)，属钙碱性系列岩石。

③CaO多为1.11左右，MgO平均值为0.35，两者显示极低值特征，较之我国以钼为主的花岗岩系列岩石CaO、MgO值更低。

2.3.3 稀土元素特征

斑状花岗岩稀土元素总量∑REE为(117～151)×10－6，平均132×10－6；LR为(77～112)× 10－6，平均91×10－6；HE为(44～39)×10－6，平均41×10－6；LR/HR比值为1.9～2.9，平均2.2，轻稀土略显富集；δEu为0.289，为强负铕异常(铕强亏损)；稀土配分曲线为右倾、具“V”形谷型(见图4)，显示壳源型(经风化的沉积岩熔融形成的)花岗岩的特点，属S型花岗岩。

图3 东戈壁矿区花岗岩稀土配分型式

2.4 与矿化有关的蚀变

2.4.1 硅化

硅化的主要表现形式之一是呈规模不等的脉体产出，无矿化的石英脉为纯白色；成矿阶段的石英脉一般宽2～5 mm(图3)，内含黄铁矿，辉钼矿主要沿脉体边部呈星散小颗粒状分布，称为细脉(内)浸染状脉体。石英脉是辉钼矿赋存的最主要载体。

2.4.2 钾化

主要形成含钾长石的脉体，有石英－钾长石脉、钾长石－石英脉，此两类脉体与辉钼矿化关系密切。但较之石英细脉的矿化而言比率明显偏低，仅有30%～35%的脉体明显矿化。一般地，钾长石脉的赋存空间大多在斑状花岗岩(成矿母岩)顶面以上0～60 m围岩范围内，明显属于母岩的派生产物。但是，钾化整体与矿化的密切程度较之硅化为低。

图4 东戈壁钼矿区构造纲要图

2.4.3 碳酸盐化

①成矿阶段的碳酸盐化脉体不纯，而且其中的矿化类型多且复杂，有钼、铜、铅锌等多金属矿化。脉体类型组合有方解石－石英脉、石膏－方解石石英脉、方解石－钾长石石英脉等，而且颜色多杂乱，多为灰、杂灰色。含钾长石者为肉红色，不是主要的蚀变类型。

2.4.4 萤石化

矿区内萤石化较常见，但未见有单独的纯萤石构成的脉体。主要有萤石－石英脉和萤石－钾长石脉。此类脉体大部不具矿化意义，少量脉体具辉钼矿化、黄铁矿化、黑钨矿等。但矿化亦较弱，此类蚀变类型与矿化关系不密切。

3 矿床地质

3.1 矿体形态特征

根据矿体赋存于隐伏斑状花岗岩东西两侧外接触带，将矿区分为东西两个矿段。其中以东矿带的Ⅰ号矿体为矿床主矿体。矿体底板距隐伏成钼岩体顶面0～100 m为空白区段，矿体长1 384 m，最大累计厚度417.84 m，单层最大厚度326.40 m，最小2.00 m，平均179.12 m。平面投影面积1.58 km2。推断矿体深部全部为斑状花岗岩隐伏。

矿体平面形态为形状不规则的近圆形(图5)，剖面形态为近似层状－透镜状(图6)，中心部位很少含夹石和低品位矿，其展布形态与下伏斑状花岗岩顶面形态始终保持协调一致，总体产状平缓，由中心向周边缓慢倾斜，倾角0°～5°，局部矿体倾角变陡，倾角30°左右。垂直方向上矿体埋深12.98～319.25 m。

图5 矿体分布位置图

图6 1号矿体纵剖面图

3.2 矿体品位

矿体品位变化较均匀。单样 Mo最高品位3.92%；单工程最高品位0.275%，最低0.056%，平均0.128%；单工程工业矿最高品位0.304%，最低0.075%，平均0.150%。

矿体厚度与品位变化呈正相关关系，绝大部分钻孔表现为矿体厚度越大则品位相应越高，低品位矿多分布于矿体边部区段。

3.3 矿石结构构造

该矿床矿石结构主要有鳞片－叶片状结构、它形粒状结构、半自形－自形粒状结构；矿石构造以细脉浸染状构造为主，主要的金属矿物辉钼矿呈微细脉状，分布于石英细脉的一侧或两侧，且大多位于石英脉体边部；其次有细脉状构造或脉状构造，脉宽1～2 mm，宽者3～10 mm，少部分2～3 cm；另外尚存在颗粒状－斑块状构造者。如果矿石赋存于断裂带内或氧化带内者，则呈角砾状构造和土状构造，此种构造类型的矿石量非常少。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

东天山东戈壁钼矿床的形成与斑状花岗岩的上侵有直接关系，矿床形成深度为1.68～2.39 km，成矿温度为197～390℃，矿床形成时代为华力西晚期。

4.1.1 矿体、矿化的分布与隐伏岩体的关系

(1)矿体赋存位置

矿体全部隐伏于地下深部－隐伏斑状花岗岩体的外接触带，岩体内接触带没有钼矿体产出。隐伏斑状花岗岩顶面形态是起伏不平的，顶面产状特别是顶面坡角对矿体的展布状态及其厚度的控制作用较明显，从揭露至斑状花岗岩的钻孔情况看，工程见矿厚度较小的钻孔岩体界面相对较缓(30°以下)，厚大矿体则产于岩体顶面坡角陡的地段。

(2)斑状花岗岩体内有矿化显示

据钻孔揭露情况看，大部分钻孔所揭露的斑状花岗岩看不到辉钼矿化，但个别钻孔中有钼矿化显示，其中辉钼矿呈星散颗粒状(斑点状或斑块状)集合体不均匀分布于斑状花岗岩中，颗粒大小一般1～2.5 mm。尚可见到黄铜矿化、黄铁矿化，与岩体外接触带围岩中的金属矿化成份相同。说明斑状花岗岩的侵入在成矿前而不是成矿后，斑状花岗岩实际上也就是矿床的成矿母岩。

(3)成矿母岩与成矿脉体之间的关系

成矿脉体愈靠近成矿母岩愈发育，如钾长石脉、石英－钾长石脉、钾长石－石英脉等，此类脉体通常具斑状结构、巨斑状结构，与斑状花岗岩结构构造，矿物成分相似，脉体与成矿母岩形影不离，实际上就是斑状花岗岩的派生产物，而且应该是同时产物。

(4)斑状花岗岩与含矿脉体δ18O稳定同位素特征斑状花岗岩与含矿石英脉δ18O稳定同位素分析结果见表3。

表3 斑状花岗岩、辉钼矿化石英脉δ18O含量表

从表中可以看出，斑状花岗δ18O为11.63，属S型花岗岩，而矿化石英脉δ18O值(12.27)比斑状花岗岩略高，但同属S型花岗岩的赋值范畴，说明两者在成因上具密切联系，脉体由成矿母岩派生而来，此结论与二者稀土元素特征对比所得出的结论相一致。

4.1.2 成矿温度、压力、深度及压力对温度的校正

(1)成矿温度

流体包裹体测温结果显示：无矿化石英脉流体包裹体均一温度最低147℃，最高295℃；黑钨矿化石英脉流体包裹体均一温度最低210℃(仅有1个测点为170℃)，最高328℃；钾长石－石英脉流体包裹体均一温度最低180℃，最高285℃；辉钼矿化石英脉流体包裹体均一温度最低 170℃，最高323℃；方解石－石英脉流体包裹体均一温度最低190℃，最高340℃。因此成矿温度在147～340℃之间。对单样品包裹体测温数据按20°区间进行统计，结果见表4。

从表4可以看出，各样品所测数据有较大差异，即使是同一样品中的包裹体，所测数据差异也较大，高低温度相差最大达150℃ 左右，这反映出脉体中的流体包裹体不是同时生成的，或者说不是同一阶段或同一期生成的。

单个样品以20°间隔为域分布频率较大的温度范围主要有 260～280℃、240～260℃、220～240℃，其次为160～180℃。均一温度的每一个峰值区代表成矿作用过程中的一次热事件，即一次成矿流体脉动事件。我们从温度区间和测定数的统计中得出准确结论，矿区主成矿元素为Mo，其240～280℃温度范围代表了钼的主要生成温度。

(2)成矿压力及深度

成矿压力的确定采用深度计算法，根据邵洁琏计算成矿压力和深度的经验公式为：p1=p0×t1/t0

式中t0=374+920 N(℃)；p0=219+2 620 N (105 Pa)；t1为实测温度，t0为初始温。

经计算：成矿压力介于531.04～752.10×105Pa；成矿深度最浅1.68 km，最深2.39 km，二者相差 0.71 km。

表4 单个样品包裹体测温按20°区间统计的测点数表

5 矿床形成时代及控矿地质条件

矿床的成矿母岩侵入年龄代表了矿床的形成时代。侵入过程基本上就是成矿过程；经测定，隐伏斑状花岗岩同位素测年结果(锆石、铀－铅法)为：227.6±1.3 Ma，即华力西晚期(二叠纪末期)。

5.1 控矿地质条件

3个条件：即岩浆岩条件、构造裂隙条件、成矿围岩条件。

5.1.1 岩浆岩条件

成矿母岩－斑状花岗岩的侵入为充分必要条件。

(1)钼矿体分布范围与脉体密集分布区基本一致。

虽然地表石英脉密集分布区与矿体相一致，但脉体密集分布区外不存在钼矿体仅有钼矿化显示，说明脉体的分布代表了成矿母岩侵入的空间位置。

(2)隐伏斑状花岗岩体与矿体分布区域的关系。

矿体分布范围小于隐伏斑状花岗岩体、石英脉分布区并不具备全部矿化之特征，说明有关含矿热液活动的范围是有限的区域。说明斑状花岗岩上拱距地表最浅的有利地段是成矿的最佳地段。

5.1.2 构造裂隙条件

成矿前及成矿期形成的构造裂隙(包括断层)的发育程度、规模、产状直接决定着各种脉体的规模及充填密度，而区内钼矿化主要赋存于沿裂隙充填的各种脉体中，因此构造裂隙的发育程度、规模、密度、所充填脉体的含矿性也决定着矿体的品位及厚度。大的断层带附近岩石破碎、裂隙发育，易于各种含矿脉体充填，靠近断层带的钻孔往往具较强、较连续的矿化。区内次要岩石花岗斑岩、辉绿岩也是沿构造裂隙充填的而且形成于成矿前，在辉绿岩、花岗斑岩中常见有强烈的辉钼矿化。因此构造裂隙发育程度直接控制着矿体的厚度和品位变化：构造裂隙发育则脉体密度大，矿化连续、品位高；构造裂隙稀疏则所充填的脉体密度小、矿化的连续性差、品位低。构造裂隙的发育特征控制了矿体在空间上的具体分布位置，是控矿的主要因素。

5.1.3 成矿围岩条件

石炭系下统干墩组下段(c1gd')为一套陆源碎屑岩－山岩夹火山碎屑岩组合。据对东秦岭－大别山钼成矿带成矿围岩的统计观察，有利于成大矿的围岩即火山岩建造碎屑岩建造和碳酸盐建造。此类地层岩石具有较强的脆性，在岩浆上拱受力情况下易发生脆性破裂而形成数以亿计的微裂隙系统，紧接着岩浆期后含矿热液沿这些裂隙形成广泛贯入充填而沉淀成含矿脉体，形成矿床。因此，可以得出结论，形成特大型钼矿床的围岩即为成矿最佳围岩。

6 矿床类型及找矿标志

6.1 矿床类型

斑岩型钼矿床通常是指与浅成或超浅成中酸性斑岩侵入体有空间及成因联系，由浸染状或细脉浸染状矿石所组成的，围岩多具面型热液蚀变的矿床。与矿床有关的斑岩侵入体多呈岩株、岩筒状产出，岩石化学成分SiO2＞70%～77%、Na2O+K2O为8%左右、K2O＞Na2O，细脉或网脉状矿化赋存于岩体的边部和外接触带围岩中，而且有多期次矿化的特点。

综上所述，东戈壁矿区与成矿关系密切的隐伏斑状花岗岩体属华力西晚期(227.6±1.3 Ma)的钙碱性系列的超浅成侵入岩，具斑状结构及似斑状结构，SiO2含量74.42%、Na2O+K2O=7.54%、K2O＞Na2O。主要矿体赋存于隐伏斑状花岗岩体的外接触带，在隐伏斑状花岗岩内部亦见有辉钼矿化、黄铜矿化、黄铁矿化。赋矿地层岩石主要为下石炭统雅满苏组变质碎屑岩，少部分为变质辉绿岩、变质安山岩，矿化对围岩没有选择性。蚀变与矿化同期形成且矿化具有多期性的特点，与矿化密切相关的热液蚀变主要是硅化和钾化，有用矿物最主要的为辉钼矿，部分钻孔中伴生有钨或铅锌、铜等。矿石主要构造为细脉状、脉状、斑块状、薄膜状；矿体的分布区域严格受岩体控制，各种矿化脉体与成矿岩体具有演化上的继承性。总之，就该矿床现有特征与我国已探明其他大型钼矿床相类比，其在金属矿物组合、矿体赋存空间、花岗斑岩的含矿性等方面虽有差异，但总体特征基本与斑岩型钼矿相一致，故该矿床为斑岩型钼矿床。东戈壁钼矿与我国主要斑岩型钼矿特征对比见表5。

表5 我国主要斑岩型钼矿床特征对比表

6.2 找矿标志

(1)地貌标志：东戈壁钼矿产于下石炭统干墩组一套浅变质碎屑岩中。地貌上钼矿体产出部位因石英脉的大量发育而呈灰白色，且因硅化作用强耐风化而地势比无矿地带高10～30 m左右，特征明显。

(2)岩石标志：东戈壁钼矿的赋矿岩石为石英脉、钾长石－石英脉发育的变质砂岩、变质泥质砂岩－砂质泥岩、变质泥岩，并构成石英脉密集分布区。因成矿期伴有电气石化、黑云母化岩石呈深灰色，无矿地带岩石呈浅灰色。

(3)地球化学标志：区域化探成果显示东戈壁钼矿区是一个以Mo、W、Bi为主的元素综合异常，元素组合为Bi、W、Mo、B、F、Li、Sb、Zn等，由内向外Mo－Bi－W－B－F有清楚的组份分带。Bi、W、Mo、B元素有浓集中心，浓集分带和组份分带亦比较清楚。

7 结语

东天山东戈壁特大型钼矿床自2006年开始立项至2010年底，经河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院5年艰苦工作，发现并探明我国又一个特大型钼矿床。这一发现，填补了一项我国在华力西成钼期在石炭系浅变质碎屑岩建造中赋存有特大型钼矿床的空白，它的发现对我国今后数十年钼矿产业的繁荣发展将产生深远的影响。

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