新疆乌恰萨热克砾岩型铜矿床富集规律及成矿期次

贾润幸 ,方维萱

（1.有色金属矿产地质调查中心，北京 100012；2.有色金属矿产地质调查中心矿山生态环境资源创新实验室，北京 100012）

0 引言

沉积型铜矿是一种重要的铜矿床类型（Brown，2014；杜玉龙，2021），约占世界铜矿产量和已知储量的23%（Kirkham，1989；Brown,1992;Hitzman et al.,2005）。根据矿床容矿岩系的不同，沉积型铜矿可一步划分为海相杂色岩型、陆相杂色岩型和海相黑色岩系型（芮宗瑶和王龙生，1994)。新疆萨热克铜矿床应属于陆相杂色岩型铜矿床，前人已对其进行过大量的研究（祝新友等，2011；李志丹等，2011；方维萱等，2015，2016，2017；2018；贾润幸等，2016，2017a，2017b，2018），但对成矿物质来源争议很大，祝新友等（2011）认为萨热克铜矿属于后生低温热液矿床，成矿作用与区域性的盆地卤水作用有关。李志丹等（2011）认为与盆地流体活动相关；也有学者认为与多成因复成矿床（方维萱等，2015；贾润幸等，2016，2018）相关。本文首次在萨热克铜矿北矿带中的矿化杂砾岩中发现了基性火山岩砾石，通过对该铜矿化杂砾岩与萨热克巴依盆地南部碱性辉长岩脉的矿物组构及地球化学特征研究来揭示成矿物质的来源，旨在为萨热克砂砾岩型铜矿床深部和外围找矿预测提供新依据。

1 地质概况

萨热克铜矿床产于新疆乌恰县萨热克巴依陆内拉分盆地中，大地构造位置位于塔里木盆地西缘塔拉斯—费尔干纳右行走滑构造带西侧（李向东和王可卓，2000）。该区出露的地层主要有第四系、白垩系、侏罗系、志留系和长城系阿克苏群（图1）。萨热克巴依盆地总体为北东向的宽缓复式向斜，该区断裂总体为北东向深大断裂及其次级断裂，次级断裂为近东西向和北西向；盆地内岩浆岩仅在南部见辉绿辉长岩，多呈岩脉出露于白垩系中，顺层和切层均有产出，辉绿辉长岩脉及上下盘砂岩发育褪色蚀变并常伴有铜矿化现象。萨热克铜矿床严格受宽缓复式向斜控制，可分为北矿带和南矿带。

图1 大地构造位置图（a，据李向东等，2000 ）和新疆萨热克铜矿床地质图（b）

从近些年的最新勘探成果来看，南北矿段在盆地向斜深部相连（贾润幸等，2018）。上侏罗统库孜贡苏组上段杂砾岩为萨热克铜矿床主要的含矿层，发育碎裂岩化+沥青化+褪色化中—细砾岩夹少量粉砂岩和砂岩，金属矿物以辉铜矿+斑铜矿（±黄铜矿）为主。含矿层上部为下白垩统克孜勒苏群第一段褐红色粉砂质泥岩与泥质粉砂岩，发育褪色化和沥青化，含矿层下部依次为上侏罗统库孜贡苏组下段灰绿色粉砂质泥岩、粗砂质砾岩、含砾岩屑和细砂岩等。

2 样品特征与分析方法

铜矿石样品（8件）和岩屑石英砂岩样品（4件）主要采于萨热克铜矿床北矿段2700中段4026#、4030#、4034#和4037#穿脉坑道（图2），碱性辉长岩样品（3件）采于萨热克巴依盆地南部地表的碱性辉长岩脉中（图1）。岩屑石英砂岩样品（图2a～f）主要由石英（85%～90%）、岩屑（10%～15%）、泥质（3%～5%）等组成，在靠近含铜杂砾岩的岩屑石英砂岩裂隙中可见沥青化（图2a）和方解石细脉（图2d）。铜矿化杂砾岩样品（图2g～l）主要由砾石（85%～90%）、少量砂屑（含量<5%）和填隙胶结物组成（5%～10%）。砾石成分主要为泥岩、碳酸盐岩、石英细砂岩、泥质细砂岩、基性火山岩、石英岩、硅质板岩等，分选性较差，粒径一般在0.3～5 cm之间，个别达到7 cm以上，磨圆中等，多呈次圆状。填隙胶结物为方解石（1%～5%）、辉铜矿（0.5%～5%）和少量次生石英（0.5%～1%）。碱性辉长岩（图2m～o）主要由钠长石（约45%）、角闪石（约25%）、粘土类矿物（20%～30%）、碳酸盐（约6%）和铁铜金属矿物（6%）等组成。碳酸盐为晚期蚀变作用产物，金属矿物中可见黄铜矿呈格子状分布于辉铜矿中（图2o）。样品重量一般为1000～2000 g左右。样品加工前先切掉氧化或蚀变膜，选择新鲜的岩块作为测试对象，磨制电子探针片后再进行岩石化学全岩分析。主、微量元素分析由中国冶金地质总局第一地质勘查院测试中心完成，主量元素使用分光光度法和电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-OES），微量元素使用电感耦合等离子质谱法（ICP-MS），分析结果见表1。电子探针测试在中国地质大学（北京）科学研究院实验中心完成，分析结果见表2和表3。

表1 萨热克铜矿床岩（矿）石样品主量元素（%）和微量元素（×10-6）分析结果

表2 萨热克铜矿床岩（矿）石样品中氧化物电子探针分析结果/%

表3 萨热克铜矿床岩（矿）石样品中硫化物电子探针分析结果/%

图2 新疆萨热克岩铜矿床岩（矿）石样品特征

3 岩（矿）石地球化学特征

从表1中可以看出岩屑石英砂岩4件样品中SiO2含量59.74%～71.3%，平均64.26%；Al2O3含量9.09%～12.85%，平均11.32%；TFe含量4.64%～6.19%，平均5.35%；MgO含量1.92%～2.33%，平均2.13%；CaO含量2.08%～8.35%，平均5.14%；TiO2含量0.31%～0.49%，平均0.41%。铜矿化杂砾岩8件样品中SiO2含量59.12%～72.53%，平均65.64%；Al2O3含量6.31%～9.64%，平均8.01%；TFe含量3.25%～5.95%，平均4.78%；MgO含量1.33%～2.15%，平均1.73%；CaO含量6.04%～8.80%，平均7.48%；TiO2含量0.19%～0.34%，平均0.25%。碱性辉长岩3件样品中SiO2含量43.4%～47.65%，平均 45.21%；Al2O3含量16.05%～16.87%，平均16.58%；TFe含量5.14%～8.04%，平均6.43%；MgO含量6.78%～9.69%，平均8.08%；CaO 含量6.39%～6.81%，平均6.54%；TiO2含量1.96%～2.55%，平均2.30%。从中可以看出3类岩（矿）石样品中，碱性辉长岩中的Al2O3、MgO、TiO2和TFe含量最高，铜矿化杂砾岩中的SiO2和CaO含量最高，这主要与铜矿化杂砾岩中含有大量的次生石英－碳酸盐脉有关。

在（TFe2O3+MgO）-TiO2（图3a）中，4件岩屑石英砂岩和8件铜矿化杂砾岩样品均落在大陆岛弧杂砂岩和活动大陆边缘杂砂岩区附近；在（TFe2O3+MgO）-Al2O3/SiO2（图3b）中，除2件岩屑石英砂岩样品落在大陆岛弧杂砂岩区内，另外2件岩屑石英砂岩和8件铜矿化杂砾岩样品也均落在大陆岛弧杂砂岩和活动大陆边缘杂砂岩区附近。采用原始地幔进行配分（Sun and McDonough，1989），从图4中可以看到碱性辉长岩样品中Cs-Rb-Sr-K等大离子亲石元素含量变化较大，富集Ta-Nb-Pb-P-U等高场强元素。采用球粒陨石进行配分（王中刚等，1989），从表1中可以看出，碱性辉长岩样品中稀土总量最高，∑REE含量为195×10-6～246×10-6；平均为225×10-6；同时δEu具有弱的正异常或弱的负异常；δCe为1.01～1.08，平均为1.04，具弱的正异常。岩屑石英砂岩中稀土总量∑REE 含量为102×10-6～160×10-6；平均为144×10-6，δEu 为0.70～0.73，平均为0.71，具中等负异常，δCe为1.05～1.24，平均为1.10，具弱的正异常。铜矿化杂砾岩中稀土总量∑REE含量为95.9×10-6～121×10-6；平均为104×10-6，δEu为0.70～0.78平均为0.73，具中等负异常，δCe为1.05～1.10，平均为1.07，具弱的正异常。从图5中可以看出，铜矿化杂砾岩、岩屑石英砂岩和碱性辉长岩样品中的稀土配分曲线均呈平滑右倾特征，轻稀土分馏程度大于重稀土分馏程度。

图3 萨热克铜矿床TFe2O3+MgO对TiO2、Al2O3/SiO2图解（底图据Bhatia,1983）

图4 萨热克铜矿床碱性辉长岩蜘蛛图

图5 萨热克铜矿床岩（矿）稀土配分曲线图

4 讨论

4.1 富集规律

前人研究认为基性火山岩或基性岩浆与铜矿床的形成密切相关（Konari et al.,2013；McPhie et al.,2016;Zhao et al.,2018；孙海田等，2004）。从图2可看出萨热克铜矿石基性火山岩砾石和碱性辉长岩中都出现大量的钠长石化，电子探针分析结果（表2）显示两者钠长石的成分也较为接近，其中铜矿石基性火山岩砾石中钠长石CuO含量0.16%～0.63%，平均0.35%，碱性辉长岩钠长石CuO含量0.16%～0.31%，平均0.24%，表明两者都是重要的铜物质来源。通过对萨热克巴依地区上侏罗统库孜贡苏组中含铜蚀变杂砾岩和沥青化蚀变相带中碎屑锆石定年和蚀源岩示踪分析共获得四组LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄（方维萱等，2019），表明萨热克巴依走滑拉分盆地在晚侏罗世库孜贡苏期具有广泛的蚀源岩区。其中一组年龄（1006～1555 Ma）为中元古代，与本区中元古代阿克苏岩群时代类似，推测萨热克巴依盆地晚侏罗世库孜贡苏组中的含矿基性火山岩砾石可能与盆地基底中元古代阿克苏岩群有关，并成为萨热克铜矿形成的重要成矿物质来源之一。

从萨热克铜矿物的硫同位素特征来看，铜矿石中辉铜矿硫同位素一般为δ34S=-24‰～-13.2‰（李志丹等，2011；贾润幸等，2017b），而本区碱性辉长岩中铜矿物的硫同位素（δ34S）经测定为+11.2‰，上述特征可以推断萨热克铜矿石中基性火山岩砾石中的铜硫化物在后期演化过程中受盆地流体影响发生了较大的变化，电子探针分析结果（表3）也显示碱性辉长岩（C1样品）中辉铜矿Fe含量为7.29%～7.86%，铜矿石（B8样品）中辉铜矿Fe含量为0～0.33%，前者明显要高于后者。方维萱等（2017）通过对萨热克砂砾岩型铜矿体中不同Cu品位的矿石物相进行分析，显示全铜（TCu）与全铁（TFe）含量呈现显著正相关关系，揭示了全铁对铜富集成矿具有明显的控制作用。贾润幸等（2017a）在萨热克铜矿石胶结矿物中发现了富烃类盆地流体的包裹体，这种富烃还原性盆地流体对铜矿物的物相变化也起着重要的作用。从萨热克铜矿石基性火山岩砾石中辉铜矿的分布特征来看（图2h～i），大部分辉铜矿呈微细粒浸染状分布于钠长石颗粒间隙，少部分则呈团块状分布与砾石裂隙中，表明基性火山岩砾石中的辉铜矿具有从早期微细粒状向后期团块状富集的趋势，上述特征表明萨热克铜矿石中的辉铜矿具有多期成矿的特征。贾润幸等（2018）通过萨热克铜矿石辉铜矿铼锇同位素测试，共获得3组年龄。从成矿流体演化的物质组成来看，主成矿期为次生石英+方解石+辉铜矿（碎裂岩化网脉状，分布于主矿体中）→后期为方解石+白云石+辉铜矿（脉状，分布于矿体边部），少数为方解石+重晶石+黄铜矿（细脉状，分布于矿体边部围岩裂隙中）（图2d）。上述特征表明，萨热克铜矿在形成过程中明显受到了后期改造作用，成矿流体与本区的构造活动密切相关。在早白垩世阶段，萨热克巴依盆地受近南北向逆冲推覆作用，铜矿石中的基性火山岩等砾石发生碎裂岩化，铜金属元素在成矿流体作用下发生活化、迁移，由于受上部下白垩统克孜勒苏群紫红色粉砂质泥岩（不透水层）的圈闭作用下，主要富集在透水性较好的上侏罗统库孜贡苏组杂砾岩一侧，并在构造有利部位进一步富集成矿，少部分流体进入围岩羽状裂隙中形成黄铜矿-重晶石-方解石细脉。

4.2 成矿期次

根据前述对于成矿地质背景和成矿构造等系统研究，结合对矿石构造岩相学研究，将萨热克砂砾岩型铜多金属矿床4个主要成矿期划分为5个主要成矿阶段，其矿物生成顺序如表4。（1）晚侏罗世初始沉积成岩成矿期；（2）白垩纪—古近纪盆地流体改造主成矿期；（3）喜山期岩浆热液叠加成矿期；（4）新近纪—第四纪表生作用成矿期。其中盆地流体改造主成矿期可进一步划分为银辉铜矿－强沥青蚀变阶段和辉铜矿－褪色化蚀变阶段。

表4 萨热克铜矿床成矿期次

续表

5 结论

（1）萨热克巴依拉分盆地在晚侏罗世库孜贡苏期具有广泛的蚀源岩区，萨热克铜矿中的基性火山岩砾石可能与盆地基底中元古代阿克苏岩群有关，其为重要的成矿物质来源之一。

（2）萨热克铜矿具有多期成矿的特征，先后经历了沉积成岩成矿期、盆地流体改造主成矿期，岩浆热液叠加成矿期和表生成矿期。早期基性火山岩砾石所携带的铜元素为萨热克铜矿重要的成矿物质来源之一，后在构造作用下铜金属元素随成矿流体重新活化、迁移并富集成矿。