东天山图拉尔根岩浆铜镍矿床岩浆通道及深边部成矿潜力分析

陈寿波 孙海微 吴林楠 王虎强 赖宗婷

摘   要：东天山图拉尔根铜镍矿床开采十余年来，深部岩体及矿体形态更具体化、形象化。其通道式成矿特征明显，但深边部探矿找矿方向不明。通过研究矿山生产探矿资料，建立三维岩体-矿体模型，从矿床地质特征、岩相特征、矿体特征等方面入手，结合物探磁法资料、成岩成矿规律对图拉尔根铜镍岩浆通道位置进行探讨，运用通道式成矿模型预测图拉尔根含矿岩体沿走向或倾向继续延伸，具寻找第三个“台阶聚矿”的潜力。

关键词：东天山;图拉尔根铜镍矿;岩浆通道;深边部成矿潜力

东天山康古尔-黄山-图拉尔根铜镍成矿带是我国重要的铜镍金多金属成矿带之一[1]。近年来，该成矿带西段白鑫滩、路北、云海、月牙湾铜镍矿床的相继发现及初步探明系新疆铜镍找矿的重大进展[2-3]。图拉尔根铜镍矿床位于该成矿带东段，从含矿岩体产出形态认为，其“通道”式成矿特征明显，岩浆通道成矿认识是建立在世界典型矿床加拿大Voiesy’s Bay和俄罗斯Noril’sk等矿床最新研究成果基础之上的[4-5]。图拉尔根岩浆通道研究显示，含矿镁铁-超镁铁质杂岩体中各岩相为同一岩浆系列演化[6];矿石中珠滴拉伸方向为岩浆运移方向[7];岩浆通道呈近水平方向开放，沿地层间的水平薄弱面运移熔离成矿[8]。笔者据矿区地质特征、岩相特征、矿体特征，结合深部探矿资料，构建该矿床的三维地质-矿体模型，总结成矿控制因素，运用岩浆通道式成矿模型预测深部岩浆房位置，分析深边部找矿潜力。

1  成矿地质背景

图拉尔根铜镍矿大地构造位置上处于哈萨克斯坦-准噶尔板块与塔里木板块聚合形成的觉罗塔格构造-岩浆带东段（图1），区域变质作用、混合岩化作用和韧性剪切活动强烈[9-10]。区域构造主要包括3条近NEE向断裂带，分别为北部康古尔-黄山断裂、中部雅满苏断裂与南部阿其克库都克断裂。沿康古尔-黄山断裂及其次级断裂自西向东分布有路北、白鑫滩、月牙湾、土墩、香山、碧玉山、黄山、黄山南、黄山东、葫芦、图拉尔根、圪塔山口等含铜镍镁铁-超镁铁质杂岩体。经勘探，黄山、黄山南、黄山东、图拉尔根铜镍矿矿床规模已达大型，成矿时代与成岩时间相近，不同方法获得的年龄为300～269 Ma[11-13]，表明该类矿床为早二叠世造山后碰撞伸展阶段产物，深部熔离-多期贯入为主要成矿方式。

2  矿床地质特征

矿区范围已发现3个镁铁-超镁铁质杂岩体（图1），分别为Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号岩体，平面形态呈岩墙状、透镜状产出，其中Ⅰ号岩体为图拉尔根铜镍矿主成矿岩体，成矿年龄为300 Ma[13]，岩相由角闪橄榄岩、辉石橄榄岩、辉石岩、辉长岩组成，岩体分异较好。Ⅱ号和Ⅲ号岩体经勘查尚未发现工业矿体，两个岩体岩相以辉长岩为主，岩相单一，分异程度较低。Ⅲ号岩体年龄为357 Ma[13-14]，与Ⅰ号岩体为不同期次岩浆活动产物。为更直观掌握岩体空间形态变化、岩体与矿体的关系，收集了图拉尔根生产开采的钻孔、坑道资料，建立数据库，利用3DMine软件创建了Ⅰ号岩体和矿体的三维模型（图2），进一步探讨岩浆通道和找矿前景。

2.1  岩体特征

Ⅰ号岩体受控于区域性黄山-镜儿泉北断裂之次级断裂，呈岩墙状侵入围岩裂隙中，直接围岩为中泥盆统大南湖组片理化、糜棱岩化的含角砾凝灰岩，接触岩石多碎裂直至土状，外接触带具热液接触的强硅化。杂岩体呈NE向翘起，SW向侧伏的半隐伏岩体，总体沿走向呈近垂直弯曲的“S形弯管状”（图2左）。以9线为界，北东段为地表出露地段，长740余米，宽30～50 m，出露地表面积约0.035 m2。沿65°走向呈脉状延伸，南倾，倾角自东向西逐渐变陡，即18线倾角45°逐渐过渡为5线倾角74°，深部控制厚31～88 m，延深至250 m以下。南西段为隐伏段，长度大于700 m。以17线为起伏拐点，该勘探线岩体最大控制深度600 m，顶板控制深度115 m，向北东急剧上升至9线出露地表，侧伏角度近于直立。向南西呈近于水平的管状（直径120～210 m）延伸至37线，向西未控制。Ⅰ号岩体总体地表+隐伏总长大于1 440 m，沿走向和倾向具明显膨大狭缩特征，厚度变化较大。

Ⅰ号岩体剖面及平面均表现为环带状杂岩体特征，由中心向外依次为角闪橄榄岩相→角闪辉橄岩相→角闪辉长岩相。各岩相均见铜镍矿化，角闪橄榄岩相为矿体主要含矿岩相，发育典型的海绵陨铁结构、稠密浸染状富镍矿体;角闪辉橄岩相发育稀疏浸染状矿化，形成次海绵陨铁状贫镍矿体;辉长岩相以星点状、稀疏浸染状金属硫化物，具全岩矿化特征[15]。超镁铁质岩相在整个岩体中占比大于70%，岩相间渐变、突变接触关系均有出现。从岩相接触关系来看，Ⅰ号岩体可分为4个侵入期次，第一期侵位形成角闪辉长岩相;第二期侵位形成角闪辉橄岩相，与第一期呈突变接触，该岩相中可见残留角闪辉长岩;第三期侵位形成角闪橄榄岩相;第四期侵位为金属硫化物矿浆贯入。同成矿带的黄山、黄山东和图拉尔根含矿岩体的元素和同位素地球化学表明，岩体原始岩浆来源于岩石圈地幔和地幔楔，为同期经碰撞造山后伸展软流圈上涌结晶分异形成[16-17]。基于这种认识，岩相中超基性岩比例大小与岩体剥蚀和保存相关，超基性岩比例越大，剥蚀程度越高，反之，中-基性岩相比例越大，岩体保存较完好，剥蚀程度低。相较同成矿带香山、黄山铜镍矿，Ⅰ号岩体中闪长岩相不发育，辉长岩相占比30%，可能与该杂岩体遭较强风化、剥蚀有关。

2.2  礦体特征

矿区目前圈定主矿体1个，产于Ⅰ号杂岩体中（图2右）。空间形态多呈脉状、囊状、透镜状等，随岩体空间形态变化，呈膨大狭缩、分枝复合现象，反映含矿岩体具同构造性。据岩体空间形态特点，9线以东矿体出露地表，以西为隐伏矿段，隐伏矿段以17线为分界，9～17线为整个矿床的矿化富集中心，资源量占整个矿床的80%。17线以西至37线矿体随管状水平岩体延续，向西未控制。

9线以东铜镍矿体产于岩体底部或中下部，长740余米，平均厚21.5 m。厚度自东向西逐渐变厚，总体以低品位矿石为主，西部品位较东部稍富。12线岩体底部见有典型矿浆贯入块状矿石。9～17线隐伏矿段矿体沿走向长250 m，沿倾向延伸达500 m，厚2～129 m。受岩体边部形态制约，产状基本与角闪橄榄岩相一致，向南东陡倾，呈脉状、透镜体状产出，沿倾向具膨大狭缩、分支复合特征。岩体剖面形态呈SE向陡倾的“葫芦状”（图3左），矿体产于“葫芦状”上下膨大部位之上部，呈椭球状。膨大部位产状近于水平，形成走向和倾向上的“台阶”。“台阶”处往往形成矿化富集中心，图拉尔根铜镍矿富矿、特富矿均集中于此。“葫芦状”颈部矿体规模大幅狭缩呈树杈状。该段矿石类型以海绵陨铁状、贯入型块状为主，即以熔离-贯入成矿作用为主。17～37线岩体总体呈近于水平产出的“管状”，矿体产于“管状”岩体中上部角闪橄榄岩相中（图3右），为上悬式矿体，呈囊状、脉状、树杈状产出，沿走向具分支复合特征，长大于450 m，厚4～30 m，矿石结构以稀疏浸染状、次海绵陨铁状为主，以低品位为主。

3  地球物理特征

矿区物探激电、磁法测量显示，Ⅰ号岩体地表及隐伏的厚大矿体显示高磁+高激化+低阻物探异常[18]。17线以西岩体埋深500～700 m，大功率激电和CSAMT、TEM测深显示以西为大面积低阻，与围岩地层中普遍发育硫化物有关，无法有效识别出岩体侧伏方向。磁法测量显示，地表Ⅰ号岩体9～20线对应高磁异常，异常值为500～1 397 nT，整体磁异常等值线向南发散且等值线值较高。17线以西磁异常向南西宽缓发散，至41线异常衰弱至50 nT，走向上略向北偏移。向西随着岩体埋深增大，磁异常值呈梯度减小，至51线减小至20 nT，61线减小至10 nT。降低异常幅值以10 nT重新圈定异常，异常两侧均为负磁异常。沿岩体走向51线施工的钻孔证实，深部未见含矿基性、超基性岩相，但在760 m以下见有基性闪长岩。推断异常在37～41线向北偏移，呈近EW向，向东侧伏，可能与北侧Ⅲ号深部相连，具较好找矿潜力。

4  岩体、矿体就位机制

康古尔深大断裂带多期次活动，使由于结晶分异和硫化物熔离作用的岩浆房上覆应力释放，岩浆房中岩浆选择弱应力变形带，如康古尔深大断裂带之次级层间构造破碎带侵入[19]。岩浆房中贫硫化物岩浆由于密度小，上升速度较快，可能先期喷出地表形成火山岩。随后按含硫化物岩浆、富硫化物和橄榄石岩浆、硫化物矿浆顺序沿同一通道先后分批侵位于图拉尔根矿床现今位置。上侵过程分为垂向上垂直上侵和水平方向上侧向侵位两种方式。

I号岩体P-9～P-17线区段有可能为图拉尔根铜镍矿含矿岩浆借助层间构造破碎带上侵的通道位置。在该通道相对封闭的空间内，垂向重力分异起主导作用下的岩浆在没有进一步外部构造应力的条件下，基本形成自上至下含硫化物的岩浆、富硫化物和橄榄石的岩浆、硫化物矿浆的大致正常分层格局。随着层间构造破碎带的进一步活动（康古尔断裂具多期、多阶段活动性），相对封闭的通道趋于开放，上层含硫化物岩浆首先向应力释放的空间上侵[20-22]。由于通道顶部、周围或两侧围岩状况及中断裂构造发育程度和应力强弱不同，含硫化物岩浆在垂向上侵的同时，也可侧向上侵至地表（P-9～P-17线以东地表矿段）或近地表（P-9～P-17线以西大于500 m深度隐伏矿化地段）就位，形成贫矿体。而原有通道内，随着应力条件的改变，富硫化物和橄榄石岩浆、硫化物矿浆在挥发分作用下，由于其比重大，加上应力减弱，只能在有限范围内选择先期上侵就位的岩浆裂隙贯入成矿，形成矿区P-9～P-17线区段内贫矿、富矿、特富矿共存现象。

5  岩浆通道位置探讨

构造作用是岩浆通道控制的主要因素，区域深大断裂为幔源岩浆上升提供了良好通道，深大断裂具规模大、活动期次多，长可延绵数百千米至数千千米，切割地壳直至上地幔。其次一级断裂或张性裂隙为储岩储矿断裂，常产于主断裂旁侧，与主断裂呈20～45°夹角。伴随深大断裂多期次活动，次一级断裂也具有多期次活动特点。次一级构造控制着岩体空间形态，呈漏斗状、盆状、脉状、岩管状。

图拉尔根含矿岩体空间形态呈NE向翘起（图4），SW向侧伏的“S型弯管状”。岩浆上侵通道自南西上侵，有3种通道的可能。一種是9～17线为岩浆上侵通道，目前勘探显示，岩体向深部基本已尖灭。由于控制程度有限，深部仍有可能存在第三个膨大体，经某个狭窄部位上侵，以9～17线为中心，沿NEE向构造向东西两侧侵位，向两侧品位和厚度逐渐减小;第二种是南西侧伏端为岩浆上侵通道，37线以西岩体延伸未控制。目前沿走向向西51线施工钻孔ZK501，在深731 m以下见厚大于150 m的闪长岩、辉长闪长岩体。井中三分量磁测显示，该岩体南侧有磁异常体，认为37线以西存在第三个台阶为岩浆通道，也是今后找矿的重点区段;第三种是Ⅰ、Ⅲ号岩体深部相连沿同一岩浆通道上侵，Ⅲ号岩体成岩年龄虽较Ⅰ号岩体早近57 Ma，从构造角度认为，Ⅲ号岩体原上侵通道也是构造薄弱部位，晚期Ⅰ号岩体岩浆沿原通道上侵就位形成复式岩体。矿区磁法按20 nT圈定高磁异常，异常在37～41线逐渐向北偏移，呈近EW向与Ⅲ号岩体对应的高磁异常相连。矿山2021年实施37线坑道钻证实岩体向北偏移，故今后Ⅰ、Ⅲ号岩体之间找矿突破的可能性较大。

6  深边部成矿前景分析及勘查建议

图拉尔根铜镍矿岩（矿）体空间形态呈“S型弯管状”，反映了矿区成矿模式为典型的“通道式”成矿，未见金川Ⅱ号岩体、黄山、黄山东、喀拉通克、葫芦含矿岩体呈典型的先“通道式”，后“漏斗状、岩盆状”成矿模式。本矿区岩体超镁铁岩相占比较大，镁铁质岩相多分布于岩体的边部。9线以东岩体呈脉状，地表氧化矿体中心部位也有富矿。某种程度上，岩体剖面形态可视为“岩盆式”成矿（图4），说明该杂岩体剥蚀程度较高，东部“岩盆式”岩体已剥蚀成现有形态。

岩浆通道位置的明晰能解释岩矿体时空分布、相互关系，指示岩浆来源与上侵方向，对矿床成矿机制具重要指示作用[16]。矿区Ⅰ号岩体受NEE向韧性剪切应力作用影响，沿走向和倾向均有膨大狭缩特征。形态呈透镜体、扁豆状，成矿在膨大部位呈“台阶聚矿”特点。从岩体形态和岩浆上侵方向看，9～17线沿倾向可能存在第三个膨大体。沿走向19线以西呈近于水平的管状。按地表出露岩体长740 m开始侧伏，19线至37线已控制岩体长大于500 m。据剪切应力等距规律，推断沿走向向西至45线可能出现第三个“台阶”。结合磁异常在37～41线向北偏移，推断Ⅰ号岩体与Ⅲ号岩体深部相连共用一个通道，具多期上侵分异成矿的可能。以上3个岩浆通道位置，还需结合岩相、各类矿化体的水平与垂向变化、地球物理勘探、钻探等方面综合分析和考量，以期尽快查明图拉尔根深部找矿空间和成矿潜力。

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Abstract：The Tulaergen magmatic Cu-Ni orefield in East Tianshan has been mined for more than ten years， The shapes of deep rock masses and ore bodies are also more specific and visualized， Channel mineralization characteristics are obvious， The direction of prospecting in the deep and marginal areas is unknown. This paper establishes a three-dimensional rock-ore body model by studying the production prospecting data of mines， starting with the geological characteristics，lithofacies characteristics， and ore body characteristics of the deposit， combined with geophysical and magnetic data， diagenesis and diagenesis. The ore law discusses the location of the Tulaergen copper-nickel magma channel， and uses the channel-type metallogenic model to predict the extension of the Tulaergen ore-bearing rock mass along the strike or inclination， which has the potential to find the third "step accumulation".

Key words： Eastern Tianshan; Tulaergen Cu-Ni deposit; Magma conduit; Deep edge mineralization potential