新疆哈密卡拉塔格地区铜多金属成矿规律探讨

喻军敏，肖秋香，万良钦，吴忠如，杨永胜

(1.江西有色地质勘查五队，江西 九江 332000；2.中国地质大学(武汉)资源学院，湖北 武汉 430074；3.中国地质大学(武汉)地质调查研究院，湖北 武汉 430074)

东天山卡拉塔格地区位于新疆哈密南西130km处，自1999年在红山首次发现矿化露头以来，区内相继发现卡拉萨铜矿床、红山铜金矿床、梅岭铜矿床、红石铜矿床、黄土坡(红海)铜锌金矿床及沙尔湖-沙西东铜多金属矿床等，是继土屋-延东铜矿发现之后天山成矿带找矿重要突破区，成矿条件优，资源潜力大，列为107个国家整装勘查区之一。笔者基于在沙尔湖-沙西东矿区的勘查实践以及搜集到的资料，深入研究卡拉塔格地区铜多金属成矿地质特征，探讨成矿规律，以期更好指导勘查区找矿，并对区域地质研究有所裨益。

1 区域地质背景

卡拉塔格地区位于吐哈盆地南缘晚古生代构造天窗中，属大南湖-头苏泉岛弧带北带(王京彬等，2006)的一个次级隆起构造单元(图1)，区域内出露地层为下泥盆统卡拉塔格组、大南湖组，上石炭统脐山组，中二叠统阿尔巴萨依组及下侏罗统三工河组(秦克章等，2002)。下泥盆统卡拉塔格组是区内最主要的赋矿围岩，按岩性组合特征主要分为2个岩性段：下段为火山碎屑岩段，下部以凝灰岩为主，夹角砾凝灰岩，略显层理；上部以熔结火山角砾岩、火山角砾岩为主，夹少量集块岩；上段以火山熔岩、火山碎屑岩为主，整合于下部火山碎屑岩段之上，主要岩性为英安岩、安山岩、流纹岩、凝灰岩、角砾凝灰岩、晶屑凝灰岩。区内构造复杂，在古火山机构基础上褶皱断裂发育，断裂主要为北西向、东西向、北北东向。岩浆侵入活动集中在华力西期，主要有花岗岩、花岗斑岩及次火山岩。沿北西向卡拉塔格断裂，自北西向南东依次分布有卡拉萨斑岩型铜矿床、红山浅成低温热液型铜金矿床、梅岭脉状铜矿床、红石脉状铜矿床、红海(黄土坡)VMS型铜锌矿床、沙尔湖-沙西东铜金锌多金属矿床等，矿带长30km，找矿潜力大(木合塔尔.扎日等，2010；毛启贵等，2014；李源等，2011；付明禄等，2010)。

1.第四系砂岩、杂砂岩；2.下侏罗统三工河组；3.中二叠统阿尔巴萨依组；4.上石炭统脐山组；5.下泥盆统大南湖组；6.下泥盆统卡拉塔格组；7.华力西期花岗斑岩/次火山岩；8.华力西期花岗岩；9.推测断层；10.性质不明断层；11.逆冲断层图1 (a)卡拉塔格地区大地构造位置图和(b)地质构造简图 (毛启贵等，2010)Fig.1 (a)Simplified Geological sketch map and (b)showing geotectoic position in kala-tage area(After MAO et al,2010)

2 典型矿床(点)地质特征

卡拉塔格地区已发现的矿床(点)中，红石、黄土坡(红海)矿区已建矿开采，研究程度较高，卡拉萨、红山、沙尔湖-沙西东等矿区在勘查评价中。

2.1 红山铜矿床

红山矿区位于卡拉塔格地区中部西段，东侧紧邻梅岭矿床，位于卡拉塔格断裂东侧。赋矿围岩为下泥盆统卡拉塔格组中酸性火山岩-次火山岩，横切石英斑岩的NNW向断裂为矿区控矿构造。矿区中心向北为百余米宽的硅化-伊利石化-绢云母化-褐铁矿化石英斑岩和英安斑岩,被北西西向延伸的强蚀变辉石闪长玢岩脉穿切,构成红山矿区最主要的铜金矿化带(许英霞等，2006)，见矿厚度达70m,上金下铜垂直分带明显。原生矿石以浸染状为主，细脉状次之，矿石矿物为黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿及自然金；脉石矿物为斜长石、石英、绢云母、绿泥石、伊利石。在矿区中心,硫化物在地表氧化形成铜、铁硫酸盐,在地表l00m×150m、深度为50～60m的空间范围内形成铁铜硫化物的氧化富集带,构成了铜金矿体。原生铜-金硫化物矿化延伸可达400～600m,具有向斑岩型铜金矿化过渡的趋势(许英霞等，2006)。

徐英霞等研究认为红山铜金成矿作用与中生代的火山活动及次火山岩侵人相关(徐英霞等，2008)。流体包裹体测温研究显示，矿化形成温度在120～280℃，红山铜矿属高硫化型浅成低温热液矿床(徐英霞等，2008)。

2.2 红石铜矿床

红石铜矿床卡位于拉塔格地区中部，西侧紧邻梅岭矿床，南侧为红海矿床。矿区地层为奥陶系大柳沟组火山岩，主要岩性为钠质玄武岩、安山岩、流纹岩和英安岩，自下而上可分为3个岩性段:第一岩性段为钠质玄武岩-安山岩；第二岩性段主要为含黄铁矿条带状凝灰岩、凝灰质粉砂岩夹流纹斑岩；第三岩性段为厚层英安质熔岩-熔结凝灰岩。红石矿区位于卡拉塔格断裂东侧，矿区发育区域性北西西向压扭性断裂和近南北向张性-张扭性断裂。矿区岩浆岩以石英斑岩等次火山岩为主，发育少量成矿后的花岗质岩脉。

红石矿区铜矿体受断裂控制，主要分布于第二、三岩性段中，呈脉状产出。矿区目前已探明工业矿体70余条，分为近南北向A矿带及北西向B矿带(邓小华等，2014；韩业鸣等，2011)。A矿带位于矿区东部，受南北向张性-张扭性断裂控制，矿体走向近南北，倾角6°～82°。B矿带位于矿区西部，矿体主要受北西西向张性断裂控制，矿体走向北西西，倾角50°～60°。各矿体具有密集出现，近平行产出的特点，为陡脉状，矿体真厚度1.02～4.96m，Cu品位为0.3%～4.29%。

矿石类型主要有石英热液大脉型及角砾岩型，矿石矿物主要为黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿及少量的辉铜矿、铜蓝(图2)；脉石矿物主要有石英、绿泥石、绿帘石、绢云母、方解石、重晶石；矿石结构主要为交代残余结构、半自形-他形粒状充填结构、交代港湾结构；矿石构造包括脉状、网脉状、角砾状构造、浸染状、晶簇和晶洞等构造(方同辉等，2002；张晨等，2014)。邓小华等2014年通过对矿床进行流体包裹体研究，显示成矿温度为107～326℃，成矿深度在0.4～0.8km，红石铜矿床属浅成低温热液型矿床(邓小华等，2014)。

2.3 黄土坡铜锌矿

黄土坡铜锌矿区位于红石矿区东南，是红海矿床一部分。矿区出露地层为下泥盆统卡拉塔格组，据岩性组合分为下部火山碎屑岩段、上部火山熔岩段，两者界限截然(付明禄等，2010；毛启贵等，2010；甘先平等，2015；孙岳等，2013)。下段岩性以凝灰岩、角砾凝灰岩和火山角砾岩为主,厚度大于500m，块状硫化物层赋存在该段上部。上段以安山岩-英安岩为主,厚50～200m。安山岩结晶良好,强硅化见于矿体上部20～30m处,可作为近矿指示。

黄土坡矿区块状硫化物矿体均为隐伏矿，主要矿体埋深94～490m。矿体赋存于卡拉塔格组下段上部(图3)，上盘围岩主要为火山角砾岩、安山岩,下盘围岩主要为凝灰岩，呈层状、似层状，与赋矿岩层产状一致，总体走向北西，倾向北东。矿区共圈定铜锌矿体1条，铜矿体104条，锌矿体6条*新疆地质矿产勘查开发局第六地质大队.新疆哈密市黄土坡一带铜多金属矿综合地质勘查报告,2013.。其中Ⅰ-01号铜锌矿体、Ⅰ-02号铜矿体规模较大。Ⅰ-01号铜锌矿体为矿区主矿体，分布于1850～2500线，在水平投影图上呈不规则的近等轴状，在剖面上呈层状、透镜状。铜矿体平均品位为0.22%～1.16%，锌矿体平均品位为0.52%～0.66%。Cu最高单工程平均品位为5.3%，最高品位为22.02%；伴生Zn最高单工程平均品位为6.52%，最高品位为43.26%；Cu品位变化系数为0.25%～1.47%。独立锌矿体Zn品位为0.52%～0.66%。

a.石英热液大脉状矿石；b.角砾状矿石；c.石英-黄铁矿-辉铜矿；d.石英-黄铁矿脉；e.黄铜矿脉穿插黄铁矿脉；f.晶簇-晶洞构造图2 红石矿区典型矿石特征图Fig.2 The typical mineral features in Hongshi deposit

1.下泥盆统卡拉塔格组火山碎屑岩；2.矿体及其编号；3.钻孔及其编号图3 哈密黄土坡铜矿区L2350(左)、L2450(右)勘探线剖面图Fig.3 The Profile map of No.L2350(left)、L2450(right)prospecting line in Huang-tupo copper deposit

矿石中金属矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿及少量磁铁矿。脉石矿物主要为长石、石英、方解石、绢云母、绿泥石，其次为绿帘石、阳起石、榍石、磷灰石、黏土矿物等。矿石有他型结构、细粒结构，伴有海绵陨铁结构、交代残余结构、填隙结构。矿石构造有致密状构造、稠密浸染状构造、角砾状构造、条带状构造、细粒-网脉浸染状构造等，构成致密状块状矿石。

黄土坡矿区地处大南湖-头苏泉晚古生代岛弧带，矿体呈层状、似层状产于火山碎屑岩中,空间形态上呈饼状，具一般浅海盆地沉积矿床特点，矿石构造主要为致密块状、稠密浸染状，矿床成因类型划为与火山岩有关块状硫化物(VMS)铜锌矿床。

2.4 卡拉萨铜矿床

卡拉萨铜矿位于卡拉塔格断裂东部、卡拉塔格地区北西部，矿区内出露地层有下泥盆统大南湖组火山-碎屑岩建造及中奥陶统大柳沟组火山岩建造。矿体产于石英闪长玢岩体内及与围岩接触带。矿石矿物主要有黄铁矿、黄铜矿及少量的方铅矿、闪锌矿。脉石矿物有石英、长石、绢云母。矿石结构为细脉浸染状。以含矿斑岩为中心向外可划分出钾化-绢云母化-硅化带、硅化-绢云母化-黄铁矿带和青磐岩化带，矿体主要位于钾化-绢云母化-硅化带内。矿(化)体走向NW，倾向SW，长约2.5km，宽几米到300m，Cu品位为0.1%～0.98%，矿床成因类型属斑岩型。

2.5 沙尔湖-沙西东铜金锌多金属矿床

沙尔湖-沙西东铜金锌多金属矿床位于黄土坡(红海)矿区东约5km处，江西有色地质勘查五队2010年通过物化探异常查证发现矿化露头，随后进行地质-物化探-钻探等工作，结合追索找矿，初步圈定沙尔湖Ⅰ、Ⅱ区和沙西东3个矿段。其中，沙西东矿段矿体工程控制程度相对较高。

矿区出露地层主要为下泥盆统大南湖组及卡拉塔格组，二者呈不整合接触关系，生物碎屑灰岩是二者明显界限标志面，倾向北东，倾角为20°～45°。卡拉塔格组在矿区分布最广，是矿区的赋矿围岩，主要岩性为英安岩、安山岩、流纹岩、凝灰岩、角砾凝灰岩、晶屑凝灰岩，按岩性组合特征分为2个岩性段：下段为火山碎屑岩段，下部以凝灰岩为主，夹角砾凝灰岩，略显层理；上部以熔结火山角砾岩、火山角砾岩为主，夹少量集块岩。上段以火山熔岩、火山碎屑岩为主，整合于下部火山碎屑岩段之上。

矿石主要类型有细脉浸染状矿石、石英大脉热液型矿。矿石矿物有黄铜矿、闪锌矿、方铅矿，黝铜矿、辉钼矿、孔雀石，脉石矿物主要有长石、石英、方解石，绢云母、绿泥石，其次为绿帘石、磷灰石、黏土矿物及火山碎屑物等。

矿石主要有用组分为铜、金、铅、锌、钼。铜单样最高品位为3.74%，最低品位为0.01%。有害组分为砷、汞。铜主要赋存于黄铜矿、黝铜矿以及孔雀石中。金以微细粒碲化物形式嵌布在闪锌矿及黄铜矿晶格中，表明成矿元素Au与Zn有密切联系，但不是严格的正相关，根据样品化验结果显示，Zn品位高时伴随一定的Au矿化。银以微细粒辉银矿形式嵌布在闪锌矿及黄铜矿晶格中。铜锌矿石以黄铜矿、黝铜矿、孔雀石及闪锌矿为主。矿石结构以他形中细粒结构为主，伴有海绵陨铁结构、交代残余结构、填隙结构及乳滴状结构，黄铜矿多为中粒结构。

该区最主要的蚀变是黄铁绢云岩化，也是最主要的找矿标志。此外还见有硅化、黄铁矿化、绿帘石化、叶蜡石化以及绿泥石化。矿体呈层状、似层状、透镜状、脉状，金锌矿体基本产于铜矿体上部，具有上金锌下铜垂直分带特征(图4)，因此把本矿床归于浅成热液浸染型、脉型铜金锌矿床。

1.下泥盆统大南湖组火山碎屑岩；2.下泥盆统卡拉塔格组火山碎屑岩；3.金锌矿体；4.铜矿体；5.完工钻孔及编号图4 沙尔湖铜金多金属矿区11号勘探线剖面图Fig.4 The profile map of No 11 in Shaerhu copper and gold polymetallic deposit

3 成矿规律

3.1 地层与成矿的关系

下泥盆统卡拉塔格组主要为一套火山碎屑岩建造，该套地层内Cu含量高，是该区铜成矿元素的重要来源。

3.2 断裂构造与成矿的关系

卡拉塔格地区断裂构造发育，NWW—NNW主干断裂与次级NEE向断裂构成该区网格状断裂构造格局，该区断裂构造与成矿作用极为密切。区域内，从西往东依次展布卡拉萨、红山、梅岭、红石、黄土坡(红海)、沙尔湖等铜多金属矿床(点)，且均位于卡拉塔格NWW主干断裂东侧，NWW向卡拉塔格断裂控矿显著，属区内导矿构造，次级近SN向断裂控制着矿体的产出，是重要的容矿构造。卡拉萨铜矿受NW向和近EW向断裂复合控制，红山铜金矿受横切石英斑岩的NNW向断裂控制，黄土坡(红海)铜锌矿、红石铜矿产于同一条NNW向断裂带的南北两端。红石铜矿目前已探明工业矿体70余条，分为近南北向A矿带及北西向B矿带。A矿带位受南北向张性-张扭性断裂控制。B矿带主要受北西西向张性断裂控制。各矿体具有密集出现、近平行产出的特点。梅岭矿区内近南北向断裂及其次级羽状断裂控制了区内铜矿化的展布。沙尔湖-沙西东铜矿主要受近EW向断裂控制。

3.3 斑岩体与成矿的关系

卡拉塔格地区岩浆活动强烈，其中晚古生代岩体沿主干断裂或断裂交叉结点侵入，其产状和形态严格受断裂构造制约，该期中酸性岩浆侵入活动与铜金成矿关系密切，是区内铜金矿元素的主要来源。卡拉萨斑岩铜金矿矿体产于石英闪长玢岩体内及与围岩接触带，以石英-硫化物细网脉状矿化为主，矿床矿石矿物以黄铁矿和黄铜矿为主，含少量磁铁矿、闪锌矿、方铅矿、辉钼矿等。

3.4 火山机构与成矿的关系

岛弧环境下的火山机构在VMS矿床成矿过程中扮演重要的角色，是该类型矿床一个重要的找矿标志，该区火山机构中的岩相界面及火山通道控矿作用显著，黄土坡(红海)铜锌矿中，矿体主要产于含砾凝灰熔岩与各类凝灰岩的交界面附近凝灰岩中。矿体上盘普遍存在安山岩，岩石致密、无裂隙，含矿性较差，是矿液屏蔽层，也是块状矿和脉状矿体存在的基础。火山通道控制着成矿热液的运移和沉淀，矿区内火山通道及沿火山穹隆发育的同生断裂控制着原始富硫化物海底沉积洼地的形成。块状矿体赋矿岩石、近矿围岩多为角砾岩。夹石主要出现在矿体的分枝复合处，以角砾岩为主。

3.5 地质演化与成矿的关系

卡拉塔格地区铜多金属矿床位于吐哈地块与塔里木地块的接合地带，处于大南湖-头苏泉古生代岛弧带中段北侧。结合区域地球动力学演化，可以建立起区域火山-构造-岩体-成矿作用演化模式。东天山区域构造演化与塔里木地台、准噶尔洋盆演化密切相关(付明禄等，2010)。加里东期塔里木地台增生，华力西期准噶尔洋向南俯冲，形成东天山晚古生代弧-盆体系(董连慧等，2010)。卡拉塔格地区位于吐哈盆地南缘，是一个构造隆起带，属大南湖-头苏泉晚古生代岛弧带中段北侧。早期岛弧环境，卡拉塔格地区由裂隙式喷发向中心式喷发转化，大量含硫矿物随火山碎屑沉入海底堆积下来，后期含矿热液沿着构造裂隙上升，对含硫矿物进行交代，使得铜、金、锌、铅大量富集，形成黄土坡VMS块状硫化物矿床。晚期在晚泥盆—石炭纪进入成熟的岛弧环境，大量英安岩、安山岩、玄武岩喷发，伴有次火山岩的侵入以及后期构造热液活动，形成斑岩型矿床如卡拉萨铜矿床及浅成低温热液型矿床，如红山铜矿床、红石铜矿床、沙尔湖-沙西东铜金锌多金属矿床(图5)。

4 结语

卡拉塔格地区矿床成因类型分为Ⅲ类：VMS块状硫化物型Cu-Au矿床、浅成低温热液型Cu-Au-Zn矿床、斑岩型Cu矿床。矿化以Cu、Au为主，Zn、Pb、Mo次之，成矿时代主要集中在泥盆—石炭纪。空间上，VMS块状硫化物型及浅成低温热液型铜矿床位于卡拉塔格地区中段，矿体产于下泥盆统卡拉塔格组火山岩-次火山岩中，斑岩型铜矿位于卡拉塔格北西段，矿体产于斜长花岗斑岩及闪长玢岩中。

卡拉塔格地区大量地物化遥信息显示，红山—梅岭—红石—红海(黄土坡)—沙尔湖—沙西东一带具有寻找VMS块状硫化物型Cu-Au矿床、浅成低温热液型Cu-Au-Zn矿床潜力，红山—卡拉萨一带具有寻找斑岩型Cu矿床潜力。

图5 卡拉塔格地区晚古生代地质构造演化及成矿模式图Fig.5 The sketch model of the Late Plaeozoic geodynamic evolution with magmatism and mineralization in Kala-tage area

致谢：感谢审稿人韦星林教授提出的宝贵修改意见。本文在研究过程中得到江西有色地质勘查五队、江西有色地质勘查局以及中国地质大学(武汉)有关人员的大力支持。项目组在野外实践中得到新疆地矿局前任总工王福同及西拓矿业付明禄博士的指点，项目资料的整理得到江西有色地质勘查五队吴忠如总工的大力指导。论文撰写过程中，得到中国地质大学(武汉)杨永胜博士的大力帮助，在此一并致谢！

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