新疆萨热克砂砾岩型铜矿区碎裂岩化相特征

韩文华+方维萱+张贵山+鲁佳+王磊+贾润幸+李天成

摘要：新疆萨热克砂砾岩型铜矿床受萨热克巴依中生代陆内拉分盆地控制，矿体主要赋存于上侏罗统库孜贡苏组蚀变杂砾岩层中。受后期碎裂岩化相强烈改造，碎裂岩化相对萨热克砂砾岩型铜矿床具有明显控制作用。碎裂岩化相形成于盆地改造过程，并具有裂隙盆地流体强烈耦合作用。碎裂岩化裂隙构造是深源热流体叠加成矿的运移通道和储矿构造。碎裂岩化相宏观特征以顺层裂隙破碎带+切层裂隙破碎带+碎裂岩化+沥青化+网脉状铜硫化物为主。微观裂缝类型主要为砾内缝、砾缘缝与穿砾缝，沿裂隙和裂缝充填绿泥石、辉铜矿、沥青质、石英和铁碳酸盐等。地层从老到新，裂缝密度整体呈现由低到高的特征。裂隙渗透率和气测渗透率表明上侏罗统库孜贡苏组含矿层的裂隙渗透率比其他非含矿层更高，裂隙和裂缝为盆地成矿流体提供了运移通道和储矿空间。

关键词：铜矿；断裂；碎裂岩化相；宏观特征；微观特征；裂缝；密度；渗透率

中图分类号：P618.41文献标志码：A

Abstract： Sereke glutenitetype Cu deposit in Xinjiang is controlled by Mesozoic intracontinental pullapart basin in Serekebayi. The orebodies are mainly hosted in Upper Jurassic Kuzigongsu Formation alteration and conglomerate. Because of the strong alteration at the later stage， the cataclastic lithofacies has significant controlling on Sereke glutenitetype Cu deposit. The cataclastic lithofacies forms in the process of basin reformation， and has the strong coupling between fissure and basin fluid. Cataclastic lithificationfissure structure is the migration channel and reservoir structure of the superposition mineralization of deepsource thermal fluid. The macroscopic characteristics of cataclastic lithofacies are mainly consequent cracked fissure zone+shear cracked fissure zone+cataclastic lithification+bituminization+net vein copper sulfide. The types of microscopic fissures are mainly the fissure inside gravel， the fissure around gravel and the fissure across gravel； the fissures are filled with chlorite， chalcocite， asphaltenes， quartz and iron carbonate. The densities of fissures increase from the ancient stratum to nowadays. The fissure permeability and gas logging permeability show that the fissure permeabilities of Upper Jurassic Kuzigongsu Formation orebearing strata are higher than the others， and the fissures provide migration pathway and storage space for oreforming fluid in basin.

Key words： Cu deposit； fault； cataclastic lithofacies； macroscopic characteristic； microscopic characteristic； fissure； density； permeability

0引言

砂礫岩型铜矿的岩性非均质性较强，且岩石成分成熟度和结构成熟度较低，岩层具有高孔隙度和渗透率[12]。高孔隙度和渗透率的砂砾岩裂缝是流体运移的构造通道，而且是连通其他类型孔隙并成为成矿流体汇聚的有利储矿构造空间[34]，同时也是隐伏层状矿体的重要指示标志[58]，对油气及金属勘探具有重要的研究价值。雷秉舜等通过研究安基山铜矿来判断深部铜矿化强度[9]；巩磊等将裂缝分为宏观裂缝和微观裂缝 [1014]。新疆维吾尔自治区乌恰县萨热克砂砾岩型铜矿床是近年来新勘查的中型矿床，受到众多研究人员的关注，并已取得大量研究成果[1522]。萨热克砂砾岩型铜矿主要赋存于上侏罗统库孜贡苏组（J2k）蚀变杂砾岩层中，成矿过程中有较强的构造活动，导致岩石较为破碎，并可能有深源物质的加入[23]。由于受后期碎裂岩化相的强烈改造，碎裂岩化相对萨热克砂砾岩型铜矿床具有明显控制作用，辉铜矿和银辉铜矿以热液胶结物形式产出，或呈网脉状和透镜状分布在裂隙交汇部位、层间断裂裂隙和切层断裂裂隙的交汇部位，其次为细脉状环绕砾石和微细脉状穿切砾石。碎裂岩和碎裂岩化相是因脆性破裂、剪切和研磨作用而产生的一种固结的细粒岩石，宏观特征主要表现为岩石发育较高密度的裂缝[24]，而与宏观裂缝相比，岩石中的微观裂隙和裂缝一般更为发育， 并且它们作为宏观裂缝的微观表现， 能够提供一些与之相关的宏观裂缝信息[2527]。萨热克砂砾岩型铜矿区（简称“萨热克矿区”）砂砾岩储矿空间裂隙形成后，含矿流体再运移并充填在这些裂隙和裂缝中，从而成矿。裂缝是萨热克矿区成矿流体运移的重要通道与储矿空间，但目前对本区裂隙、裂缝与成矿系统的关系尚不清楚。本文旨在野外钻孔和构造岩相学编录基础上，对萨热克矿区主要含矿层位的裂隙和裂缝进行显微观察和统计，结合裂隙渗透率与气测渗透率，进一步探求碎裂岩化相和砂砾岩型铜矿床的关系。

1区域地质概况

萨热克砂砾岩型铜矿床位于塔里木盆地西南缘的中新生代坳陷西北缘的次级盆地——托云盆地，夹持于西南天山与西昆仑山之间，东临托云—康苏侏罗纪陆相含煤盆地。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，属新生代继承性拉分坳陷盆地，萨热克砂砾岩型铜矿位于该盆地西缘。受萨热克巴依中生代陆内拉分盆地制约，区域构造单元为推覆褶皱冲断岩块，断裂较为发育；受断裂的影响，岩石一般具有不同程度的劈理化、碎裂岩化。萨热克南（NE65°）、北（NE45°）两侧逆冲推覆断裂带呈对冲式，逆冲推覆构造作用强烈，并将中元古界阿克苏岩群逆冲推覆到侏罗系和下白垩统之上。萨热克巴依复式向斜构造形成了强烈的叠加改造，复式向斜的轴向约为NE50°，两翼陡倾（50°～65°），轴面产状近直立（15°～342°），倾角为82°～87°，核部上白垩统产状较缓。

本区主要出露地层为长城系阿克苏岩群（Chak）、志留系（S）、下侏罗统莎里塔什组（J1s）和康苏组（J1k）、中侏罗统杨叶组（J2y）和塔尔尕组（J2t）、上侏罗统库孜贡苏组（J3k）及下白垩统克孜勒苏群（K1kz）。铜矿体主要赋存于上侏罗统库孜贡苏组褪色化杂砾岩中（图1），大体呈NE向展布，局部与长城统阿克苏岩群呈断层接触，并与下白垩统克孜勒苏群呈整合接触。含矿层上侏罗统库孜贡苏组沉积环境为冲积扇相旱地扇，主要岩性为灰绿色砾岩、含砾砂岩、岩屑砂岩、粉砂岩夹紫灰色和灰绿色粉砂质泥岩，其底部的灰绿色砾岩稳定产出为标志层。铜矿石矿物以辉铜矿和斑铜矿为主，主要赋存于上侏罗统库孜贡苏组二段上部（J3k22）的灰色、灰绿色中厚层块状砾岩中。金属矿物有黄铜矿、辉铜矿、铅锌矿、黄铁矿，次生矿物为孔雀石、斑铜矿。矿石矿物呈块状、颗粒状、粉末状结构，具块状、细脉侵染状构造，其中辉铜矿分布最广泛，也是最主要的成矿矿物；脉石矿物为方解石，主要结构为浸染状、碎裂状等。以萨热克向斜的轴部（NE向）为界，将萨热克矿区整体分为南矿带和北矿带。其中，北矿带为主要矿带，位于萨热克向斜的北翼。矿体位于上侏罗统库孜贡苏组二段（J3k2），在北矿带厚度约为123.81 m，呈NE—SW向展布，产状与地层一致，围岩为灰色、浅灰绿色砾岩。

2宏观特征

萨热克矿区宏观碎裂岩化相发育主要受南（NE65°）、北（NE45°）断裂和NE向褶皱控制（图1）。侏罗系和白垩系的岩石变形特征表现为NW向大型节理[图2（a）]以及裂隙、显微裂隙（裂缝）等小型构造或微型构造。这些构造均为脆性构造变形域，形成了碎裂岩化相。在上述构造样式的交汇部位和旁侧发育一组或多组裂隙，形成了由单裂隙—密集裂隙带和碎裂岩化等组成的小型构造面，构造裂隙面的力学结构面以张剪性和压剪性为主，并伴有明显斜冲走滑特征。从碎裂岩化相与盆地流体运移的关系来看，NE向切层断裂为盆地流体大规模上升运移的构造通道，层间断裂破碎带为盆地流体顺层间运移的构造通道，碎裂巖化相为盆地流体的小型—微型储矿构造空间。

碎裂岩化相宏观特征表现为顺层裂隙破碎带+切层裂隙破碎带+碎裂岩化+沥青化+网脉状铜硫化物（以辉铜矿为主），在层间断裂切层和顺层裂隙面上发育辉铜矿拉伸线理、方解石拉伸线理[图2（e）]、黄铁矿和黄铜矿金属镜面、沥青和粉末状辉铜矿、细脉带细脉型辉铜矿，显示具有两期以上同构造期的构造成矿流体叠加和耦合作用。切层分布的碎裂岩相主要受NE向穿层断裂带控制，一般分布在断裂带内或附近，伴有较强的褪色化沥青化铁碳酸盐化蚀变；随着远离断裂带，碎裂岩化相逐渐减弱，以褪色化方解石化为主。正常未变形地层碎裂岩化相消失。顺层分布的碎裂岩化相主要受层间断裂裂隙破碎带控制，多发育在砾岩类和含砾粗砂岩中或含砾粗砂岩和粉砂质泥岩泥质粉砂岩过渡部位，多伴有褪色化和沥青化蚀变，从层间滑动断层→碎裂岩化相砾岩→弱碎裂岩化相砾岩，蚀变分带为黑色沥青化蚀变带→灰黑色沥青化+灰色褪色化蚀变带→灰色—灰绿色褪色化蚀变带。多组断裂裂隙带交汇部位碎裂岩化沥青化最强，也是铜富集成矿最佳部位，以发育碎裂状铜矿石、细网脉状和微网脉状沥青辉铜矿为特征[图2（b）～（e）]。

受控于盆地内部的裙边式复式向斜（NE50°）和NE向断裂构造，碎裂岩化相主要分布于下白垩统克孜勒苏群和上侏罗统库孜贡苏组。下白垩统克孜勒苏群碎裂岩化相较为发育，裂隙强烈发育，其典型特征为沥青化，矿化较弱；上侏罗统库孜贡苏组具有较强的碎裂岩化相特征，裂隙整体上较为发育，铜硫化物和铁锰方解石呈网脉状[图2（b）、（c）]沿砾岩层间裂隙充填，成矿方式表现为硫化物交代砾岩的胶结物之后生成矿，后期的含矿流体运移充填早期形成的砾岩裂缝而富集成矿。

3微观特征

3.1显微裂隙类型

由于受到盆地两侧的逆冲推覆和挤压构造运动，萨热克矿区广泛分布构造裂隙，为砂砾岩型铜矿床的储矿空间创造良好条件。构造裂隙广泛分布在上侏罗统库孜贡苏组岩石中，使岩石呈碎裂状构造，并且在裂隙中常充填方解石细脉、白云石脉、沥青、辉铜矿、斑铜矿、黄铁矿等[图3（a）、（b）、（d）～（f）]。

根据微观裂缝分布特征，将本区上侏罗统库孜贡苏组砂砾岩的微观裂隙分为砾内缝、砾缘缝、穿砾缝3种类型。砾内缝主要分布在砾石内部，均为早期沉积成岩时形成，多已被早期非含矿的热液流体所充填，延伸长度短，未切穿砾石的边缘[图3（a）、（f）]；这类裂隙的规模小，但密度约为5 条·cm-1，开度较小，为05～08 mm。砾缘缝主要沿着砾石的边缘分布[图3（a）、（c）、（d）、（e）]，规模小，延伸长度短，密度也较小；此类裂隙在后期构造运动和异常高压流体的作用下明显扩大，开度为2.2～5.0 mm，密度为50 条·cm-1，且多已被白云石脉、沥青细脉、方解石脉、绿泥石脉所充填；辉铜矿细脉、斑铜矿细脉、黄铜矿细脉沿此类裂隙分布[图3（b）～（f）]；砾缘缝是后期的主要储矿空间类型。穿砾缝为本区发育的最主要构造裂隙[图3（a）、（c）～（e）]，开度为1.5～7.0 mm，密度为95 条·cm-1。

砾内缝为沉积成因期所形成，属于原生裂隙，绝大部分已经被矿物充填，对成矿的贡献小，属于无效裂隙，此类裂隙只有在后期发生构造运动或溶蚀作用以后，才有可能形成有效的储矿空间。砾缘缝与穿砾缝为构造裂隙，是受局部构造事件或区域构造应力场控制的次生裂隙；穿砾缝与砾缘缝在上侏罗统库孜贡苏组广泛分布，且开度与密度明显大于砾内缝，有效性较好。萨热克矿区上部为下白垩统克孜勒苏组一段红褐色粉砂质泥岩，下部为上侏罗统库孜贡苏组一段灰绿色粉砂质泥岩；这种由粉砂质泥岩组成的不透水层形成了盆地流体的圈闭构造；这种岩性岩相组成的圈闭构造有利于盆地流体沿着中间渗透率较高的细—中砾岩砾石间隙运移，并最终使含矿流体在上侏罗统库孜贡苏组大规模沉积成矿。

3.2显微裂隙密度

微观下岩石薄片的裂缝观察和统计数据[表1、图4（a）]显示：下白垩统克孜勒苏群裂缝密度最高，最高值为30 条·cm-1，平均为16 条·cm-1；富矿层位（上侏罗统库孜贡苏组）也有较高的裂缝密度，最高为20 条·cm-1，平均为73 条·cm-1。微观裂缝密度与铜矿石Cu品位关系曲线[图4（b）]显示，铜矿石Cu品位最高处的裂缝密度为9～13 条·cm-1。地层从老到新，裂缝密度整体呈现由低到高的特征，而长城系阿克苏岩群裂缝密度也具有增加的趋势，但Cu品位明显偏低，这可能与长城系阿克苏岩群早期的糜棱岩相叠加了碎裂岩化相有关。对萨热克矿区深部2 685 m中段裂隙的研究表明：上侏罗统库孜贡苏组裂隙密度变化范围为4～18 条·cm-1，碎裂岩化相强烈发育；围岩裂缝密度有明显的减小趋势，为1～7 条·cm-1，碎裂岩化明显减弱。

3.3显微裂隙渗透率

依据达西定律，当多孔介质流体运移时，破碎岩石的渗透率（K）是裂隙密度（n）和破碎裂隙宽度（d）的函数[28]。其表达式为

K=nd3/12

上侏罗统库孜贡苏组含矿层的裂隙渗透率为0002 73～0689 21 cm2，均值为0156 91 cm2（表1）。其他非含矿层的渗透率为0000 17～0911 25 cm2，均值为0068 278 cm2，其中最大值对应的地层岩性为碎裂岩化粉砂岩，岩石较为破碎。上侏罗统库孜贡苏组含矿层岩性的气测渗透率为（0.003 53～0093 54）×10-3 μm2；均值为0037 12×10-3 μm2；非含矿层的气测渗透率为（0002 12～0003 11）×10-3 μm2，均值为0.002 727×10-3 μm2。上侏罗统库孜贡苏组含铜杂砾岩较下白垩统克孜勒苏群砂岩具有更好的渗透率（表2）。所计算的裂隙渗透率与实验得出的气测渗透率都证实上侏罗统库孜贡苏组含矿层的裂隙渗透率比其他非含矿层更高，这也证明上侏罗统库孜贡苏组岩性发育较强的碎裂岩化相比，为成矿流体提供了天然的运移通道和储存空间。

4结语

（1）新疆萨热克砂砾岩型铜矿区碎裂岩化相宏观特征以顺层裂隙破碎带+切层裂隙破碎带+碎裂岩化+沥青化+网脉状铜硫化物为主，微观裂隙类型主要为砾内缝、砾缘缝与穿砾缝。早期形成的裂隙主要为砾内缝，并被后期的流体所充填，有效性较差；晚期形成的裂隙被矿物充填的机率小，有效性更好，构造运动明显增加了穿砾缝和砾缘缝的密度，同时增加了含铜成矿流体储存的有效性，后期的含矿流体充填晚期形成砾岩裂缝而富集成矿。

（2）微观裂缝统计研究表明，地层从老到新，裂缝密度整体呈现由低到高的特征，裂隙渗透率与气测渗透率证实上侏罗统库孜贡苏组含矿层的裂隙渗透率相比其他非含矿层更高。

（3）经过对碎裂岩化相宏观特征、微观裂缝的统计以及钻孔资料的实例研究，结果表明萨热克矿区上侏罗统库孜贡苏组含矿层比其他非含矿层具有更优越的储矿性能，并为后期大规模含矿流体提供了良好的运移通道与储矿空间。

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