东天山中段吐古土布拉克组铜地球化学特征及找矿意义

任燕，杨刚刚，杨万志

(新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830000)

东天山上石炭统吐古土布拉克组位于觉罗塔格构造带南部雅满苏岛弧带，主要沿阿齐克库都克断裂北缘阿齐山-库姆塔格沙垄之间分布[1,2]，东西延伸160 km，面积约1 100 km2，是东天山重要含矿层位。2014—2016年，新疆地质调查院实施了“新疆东天山成矿带中段1∶5万区域地质综合调查”项目，据化探成果在该岩组中圈定出多处以铜为主的化探异常，发现彩珠及盐滩两个自然铜矿点，该岩组中还发现黑包山锌矿、同成铅矿和城南铅锌矿等矿化线索。

本次研究从东天山上石炭统吐古土布拉克组不同岩性段地球化学特征角度出发，探讨该岩组地球化学特征及找矿意义。

1 区域成矿背景

东天山上石炭统吐古土布拉克组位于阿齐山-雅满苏-沙泉子Fe-Mn-Au-Cu矿带，主要矿化为与晚石炭—早二叠世汇聚阶段中酸性火山-深成岩建造有关的铁、铜、钼、铅锌、锡、金、银矿化。目前该组由西向东发现铜矿(化)点分别有十里坡、黑尖山、黑龙峰、长城山、路白山等主要矿(化)点，为与该岩组中的玄武岩、凝灰岩有关的自然铜矿化(图1)。

图1 东天山中段地质矿产图Fig.1 The Geological and mineral map of Middle East Tianshan

研究区侵入岩浆活动强烈，侵入岩发育，岩石类型齐全，超基性、基性、中酸性均有出露，以中酸性侵入岩分布范围最广❶新疆地矿局第一区域地质大队，鄯善县1108.5高点五幅1:5万地质报告.1995。区内火山岩极发育，构造作用复杂，是准噶尔板块和塔里木板块汇聚地，断裂发育（表1）。

据地层出露情况及岩石组合特征，将研究区上石炭统吐古土布拉克组进一步划分为3个岩性段：①下段。岩性为砾岩、砾质或含砾凝灰质砂岩、凝灰质砂岩、含砾沉凝灰岩、含砂砾屑细-粉晶灰岩及含生物碎屑含泥质微晶灰岩；②中段。岩性为紫灰色、灰色玄武安山岩及紫灰色、紫红色杏仁状安山岩、玄武岩，流纹岩、晶屑凝灰岩、熔结凝灰岩、凝灰熔岩夹有紫红色流纹岩，安山岩中气孔及杏仁状构造发育，局部夹有紫红色中层中粒凝灰质砂岩及沉凝灰岩；③上段。岩性为沉火山角砾岩、凝灰质砂岩、沉凝灰岩、含泥细晶-粉晶灰岩、生物碎屑灰岩。含生物碎屑微晶灰岩中产大量生物化石。

2 地球化学特征

2.1 吐古土布拉克组地球化学参数特征

据1∶5万化探在该地层单元采集的6 076组土壤测量成果数据❷新疆地质调查院,新疆东天山成矿带中段1：5万区域地质综合调查报告.2018，计算得出东天山吐古土布拉克组3个岩性段14种元素的平均值X、变化系数Cv3及富集系数K(K=全区平均值/东天山中段平均值)（表2，图2）。

由表2、图2可看出，吐古土布拉克组上段中，Cu，Zn，Ag，As，W，Mo，Bi，Co 8个元素为显著富集元素，其中Cu，Bi元素变化系数最大，分别为3.14和3.27；吐古土布拉克组中段中，Cu，Zn，As，Cr，Ni，Co6个元素为显著富集元素，其中Cu元素变化系数最大，为1.88；吐古土布拉克组下段中，Pb，Zn元素为强富集元素，Cu，Ag，As，Sb，Co 5个元素为显著富集元素，其中Pb，Cu两元素变化系数最大，分别为3.99和2.71。

表1 研究区构造划分表Table 1 The structural partition table of study area

表2 东天山中段吐古土布拉克组地球化学参数统计表Table 2 Statistical table of geochemical parameters of Tugutubulake formation of Middle East Tianshan

图2 上石炭统吐古土布拉克组元素富集系数对比图Fig.2 Element enrichment factor collation map of Upper Carboniferous Tugutubulake formation

综上所述，吐古土布拉克组3个岩性段中Cu元素普遍富集。变化系数表明，Cu元素在吐古土布拉克组中为极不均匀分异型元素，是该地层地球化学条件最有利元素，具寻找与Cu有关矿化线索潜力。

2.2 吐古土布拉克组元素组合特征

对1∶5万化探数据进行相关分析结果显示(图3)，东天山吐古土布拉克组中Cr，Ni，Co元素相关性最好，与该岩组中段玄武岩密切相关。主成矿元素Cu与除Cr元素外的其他12种元素均呈正相关，其中Cu与Ag相关性最高，相关系数为0.323。

以0.217相似系数为界，将研究区14种元素分为7组：①Cr，Ni，Co；②Cu，Ag，As，Sb；③Mo，Bi；④Pb，Zn，Hg；⑤W；⑥Au；⑦Sn。从主成矿元素来看，Cu首先与Ag聚类，再与As，Sb聚类，与其他元素相关性较差。

综合上述特征，认为Cu，Ag，As，Sb是东天山吐古土布拉克组中重要成矿及伴生元素，可作为异常组合圈定以铜为主的异常区，进而确定找矿靶区，为找矿工作提供依据。

2.3 吐古土布拉克组铜异常特征

2.3.1 1∶5万化探铜异常特征

图3 研究区1∶5万土壤测量R型聚类分析图Fig.3 1:50 000 soil surveying R type cluster analysis diagram of study area

据1∶5万土壤测量成果，在上石炭统吐古土布拉克组出露范围内圈定综合异常共计96个，其中包含47个以铜为主的综合异常（图4）。

以铜为主的综合异常，多分布在中部百灵山富集区，东西从阿齐山经百灵山到黄熊滩，长近100 km。北从康古尔金矿向南止于阿齐克库都克断裂，西宽东窄，宽30 km。主要由规模不等、差异不大、空间分布相对均匀、中心多为强富集区的异常构成。百灵山岩体周边具相对集中趋势，北部远离岩体富集区稀疏，规模小。这一特征最初普遍认为与百灵山岩体有关，本次研究认为其与环绕百灵山岩体分布的吐古土布拉克组关系更密切。整体上这些与铜有关的综合异常具分布范围最广，强度最高等特点，尤其在白灵山岩体以北，以铜为主的综合异常和与铬镍为主的综合异常关系密切，异常范围与该地区吐古土布拉克组中玄武岩分布范围密切相关。

图4 东天山中段综合异常图Fig.4 Comprehensive anomaly map of Middle East Tianshan

2.3.2典型铜异常特征

本文选取研究区最典型的HT-454铜综合异常，论述如下：HT-454铜综合异常，面积约2.67 km2，整体呈向北突出的弧形近EW向展布，异常形态与南部白灵山岩体有直接关系。异常元素组合主要为Cr-Ni-Co-Cu，其中Cr-Ni-Co 3元素异常是吐古土布拉克组中段玄武岩的直接反应（图5）。

该综合异常包含有30个铜的单元素异常，其中包含有彩珠铜异常，彩珠铜异常采用75×10-6的下限值圈定，面积2.67 km2，最大值1 104×10-6，平均值187×10-6，具三级浓度分带，NW向延伸。该异常发现彩珠铜矿，并据地表工程圈定出工业矿体。

2.4 玄武岩段1∶5万化探普查地球化学参数特征

吐古土布拉克组玄武岩中段，该岩性段发育在东天山成矿带中段，百灵山岩体北部。吐古土布拉克组玄武岩中橄榄石多伊丁石化，并伴随有广泛复杂的自然铜矿化，彩珠铜矿即产于该岩性段。因此，吐古土布拉克组玄武岩段也为本次研究重点。

图5 HT-454综合异常剖析图Fig.5 HT-454 Comprehensive anomaly analysis diagram

1∶5万化探普查获得吐古土布拉克组玄武岩段相关的化探数据共计660组，经整理后，将吐古土布拉克组玄武岩段14种元素平均值（X）、最大值（Max）、最小值（Min）、变化系数（Cv）、富集系数（K）地球化学参数列于表3。

表3 吐古土布拉克组玄武岩段化探普查参数统计表Table 3 Basalt Geochemical survey parametric statistics of Tugutubulake formation

化探普查分析的14种元素，吐古土布拉克组玄武岩段强富集Cr，Ni，Co，Cu元素，富集Zn，贫化Pb，Ag，Au，As，W，Sn，Mo，强贫化 Sb，Bi，除 Pb，Ag，Sn外，与区域化探结果一致。变化系数Cr，Ni，Co 3元素均小于0.5，同样证明吐古土布拉克组玄武岩段的岩性稳定。Cu元素变化系数高达1.54，是变化系数最大元素，与富集元素Zn及贫化元素Bi一起，构成玄武岩段3个强分异元素，富集元素最大值Cu为1 104×10-6，为特高含量；Zn为367×10-6，为高含量。

综上认为，上石炭统吐古土布拉克组玄武岩段中自然铜矿化的普遍存在，与铜在该岩组玄武岩段中的高含量、急剧变化相一致。这一特点对该地区寻找与铜相关的矿化线索有很高的指示作用。

3 成矿特征及找矿前景

3.1 成矿特征

东天山产于玄武岩中的自然铜矿化，2001年在长城山发现，包括黄碱滩、长城山、东尖峰和黄羊沟4处自然铜矿点。2002年又发现十里坡自然铜矿化带，均产于石炭系吐古土布拉克组火山凝灰岩中，赋矿岩石为沉凝灰岩和强葡萄石化凝灰岩等，是东天山新的铜矿类型[3]。其成岩成矿作用吸引了众多地质学家的关注[4-10]，他们探讨了矿带地质特征、含矿岩石地层年代学、玄武岩起源、演化及构造背景、有机质特征及意义、成矿谱系与成矿系统等。王大鹏等认为东天山自然铜矿与峨眉山玄武岩自然铜矿床在成矿环境上具一定相似性[11]，两者同属玄武岩型自然铜矿（或玄武岩铜矿）。峨眉山玄武岩中自然铜矿化和美国基威诺自然铜矿床均产于陆内裂谷环境[12]，与地幔柱活动有关[13]，故认为东天山含矿玄武岩可能为地幔柱成因或起源于亏损岩石圈地幔的分异。

经对比研究，认为研究区还具以下成矿特征：①研究区含铜矿物中出现银汞铜合金相，且包裹在自然铜中，这与区域上出现Cu-Ag-Hg的异常组合及3个元素高度相关的典型地球化学特征相一致。郑大中等认为铜合金矿物只出现在内生铜矿床中[14]，铜矿氧化带中一般不出现。研究区含铜矿物中赤铜矿普遍出现，未发现自然铜与辉铜矿及铜蓝共存情况，说明东天山自然铜矿床有着复杂的成矿条件和多期、多阶段的成矿过程；②东天山自然铜含Cu 98.9%，另含少量Ag，Au，Fe及Sb，Bi，Hg，Ge，与胶东玲珑金矿田西山矿床自然铜含Cu 98.7%、含少量Ag，Au，Fe相似[15]，局部伴有金和银矿化。王大鹏等将后者归为中-酸性岩浆岩自然铜矿化类型[16]，并将自然铜含Ag，Au，Fe等杂质，作为中-酸性岩浆岩自然铜矿化的普遍特征，这和东天山自然铜矿床与基性火山岩关系密切明显不同；③东天山自然铜可出现在玄武岩区各类岩石中，含矿岩性包括玄武岩、安山岩、蚀变岩、不同凝灰岩、石英脉、方解石石英脉、葡萄石脉、绿纤石葡萄石脉、砂岩、泥岩、灰岩等，自然铜矿化岩性具多元性，铜矿化具普遍性。

综上所述，东天山吐古土布拉克组火山岩中自然铜矿床明显有别于四川峨眉山和美国基威诺自然铜矿，具体成因和控矿因素有待进一步研究。

3.2 找矿前景

纵观东天山成矿带中段，吐古土布拉克组火山岩分布面积1 000 km2，前人发现多处铜矿化点，后发现的彩珠、十里坡西、十里坡东、木马山、黄草滩、黄草滩西等铜矿化相对集中地段，累计已有自然铜矿化点22处。这些自然铜矿化点均位于吐古土布拉克组玄武岩发育地段，空间上有相对集中趋势。据1∶5万土壤测量成果，吐古土布拉克组中铜含量普遍较高，尤其在该岩组玄武岩段Cu元素富集特征明显，结合该岩组下段凝灰岩中产有以铅黝帘石形式存在的同成铅矿等，推断吐古土布拉克组形成于缺硫环境，是寻找与自然铜有关的铜矿、多金属矿床有利地区，具寻找可供工业利用玄武岩自然铜矿的潜力。

4 结论

（1）通过对1∶5万土壤测量成果数据分析和研究，认为研究区内吐古土布拉克组中铜含量普遍较高，尤其在该岩组玄武岩段Cu元素富集特征更明显。结合研究区上石炭统吐古土布拉克组3个岩性段地球化学特征，认为吐古土布拉克组是寻找与自然铜有关的铜矿、多金属矿床的有利地区，具寻找可供工业利用与玄武岩相关的自然铜矿的潜力。

（2）通过分析和对比研究，认为研究区上石炭统吐古土布拉克组玄武岩集中区及玄武岩中的夹层可作为寻找自然铜矿的直接找矿标志。

（3）通过勘查及研究，认为研究区内与自然铜相关的铜矿的形成，受区域范围内吐古土布拉克组玄武岩成分的控制，即形成于富铜和相对贫硫地球化学背景之上。

（4）东天山上石炭统吐古土布拉克组玄武岩中自然铜的矿化普遍存在和矿体圈定，预示自然铜矿化类型在东天山具一定经济价值，同时也为这一地区铜矿床形成机理提供了新的研究课题。