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    摘要

    新疆阿吾拉勒是西天山重要的铁铜成矿带,其西段以早二叠世火山-侵入岩中广泛发育奴拉赛、群吉、穷布拉克等重要铜矿为特色。然而,目前对该地区铜成矿背景和矿床成因认识分歧较大,制约着对区域成矿规律的整体认识。文章通过系统野外调查与综合研究,认为早二叠世阿吾拉勒西段为北天山洋关闭后俯冲板片断离的动力学背景,识别出阿吾拉勒西段两类铜成矿作用。其中,第一类以奴拉赛铜矿为代表,辉铜矿大量发育,并呈现出上铜下铁的成矿特征;第二类以群吉铜矿为代表,早二叠世铜成矿后经历了多期叠加改造过程。阿吾拉勒西段两类铜矿化都与斑岩铜矿床显示一定的相似性,成矿物质主体来自早二叠世火山-侵入岩系,叠加复合改造是该区域铜成矿的典型特征。

    Abstract

    The Awulale area in Xinjiang is an important iron-copper metallogenic belt in the western Tianshan Mountain. The western section is characterized by the extensive development of important copper deposits such as Nulasai, Qunji, and Qiubulake in Early Permian volcanic-intrusive rocks. However, there are great differences in the understanding of the copper metallogenic background and the genesis of the deposit in this area, which restricts the overall understanding of the regional metallogenic regularity. Through systematic field investigation and comprehensive research, this paper believes that the western section of Awulale in the Early Permian is in a  dynamic background of the subduction plate break-off after the closure of the North Tianshan Ocean, and identifies two types of copper mineralization in the western section of  Awulale. Among them, the first type is represented by the Nulasai deposit, with a large amount of chalcocite developed and showing the metallogenic characteristics of upper copper and lower iron. The second type, represented by Qunji deposit, has undergone multi-stage superposition and transformation after the early Permian copper mineralization. The two types of copper mineralization in the western section of Awulale show certain similarities with porphyry copper deposit. The main body of ore-forming materials comes from the Early Permian volcanic-intrusive rock series, and multi-stage superposition is a typical feature of copper mineralization in this area.

  • 新疆地处特提斯构造域与古亚洲构造域的交汇区域,具备得天独厚的成矿地质环境及丰富的矿产储备,是中国矿产资源的重要产区,也是新一轮找矿突破战略行动的核心区域(Yakubchuk et al., 2012; Seltmann et al., 2014)。铜作为最早被发掘并利用的金属之一,它在众多领域都有广泛应用,具有非常重要的战略地位,但中国的铜存储量不足世界的4%,是真正意义上的“缺铜国家”。大型-超大型铜矿床多产于境外西天山,如Kalmakyr、Kounrad和Aktogai等铜矿床(申萍等, 2015; Zhao et al., 2017; Gao et al., 2018),而位于同一成矿带的中国境内仅产出少量的大型铜矿床,且在矿床数量及大小上都无法和境外西天山所相提并论(薛春纪等, 2015; 2016; Gao et al., 2018),所以新疆的铜矿找矿前景长期面临着挑战和困难。随着勘探技术的进一步提高和政策的持续支持,新疆铜矿资源有望得到更加充分的开发和利用。

    新疆的铜多金属矿集区主要集中于伊犁地块北缘以及伊犁地块中部的阿吾拉勒西段,而阿吾拉勒西段是晚石炭世—二叠纪岩浆岩分布最为集中的地区(李宁波等, 2013;闫永红等, 2013; Tang et al., 2014; 2017; Huang et al., 2020),也是近些年铜矿找矿勘查成果最为显著的成矿带之一。自20世纪50年代以来,新疆的阿吾拉勒西段相继探明众多铜矿床,如奴拉赛、群吉萨伊、群吉、穷布拉克和109等(莫江平等, 1996; 1997;赵军等, 2012a; 2012b;马小平等, 2017),这些矿床随后成为了众多研究的焦点。该区域铜矿床均赋存在早二叠世的中酸性火山岩和火山碎屑岩及早二叠世浅部出露的中酸性侵入体中,且受断裂构造控制较为明显(罗晖, 2016; Zhao et al., 2018; Liu et al., 2019)。目前,对区域内的铜矿床的成矿时代、矿床成因类型、成矿物质和成矿流体性质等方面存在较多分歧(莫江平等1997;罗勇等, 2011;赵军等, 2012a; 2012b;马小平等, 2017)。矿床类型有以陆相火山热液型为主的穷布拉克矿床(赵军等, 2012a),经历了多期叠加热液改造(Zhao et al., 2018)或隐爆角砾岩型(尹意求等, 2005)的群吉萨依矿床,也有矿化具有斑岩型特征的109矿床(Liu et al., 2019)。同时,在该区域铜矿床中识别出多种矿化样式(角砾状、浸染状及细脉状),且成矿时代从晚石炭世到二叠纪(李华芹等, 1997;罗晖, 2016; Liu et al., 2019)。

    本文系统收集了阿吾拉勒西段晚古生代的岩浆岩,并选取区域内典型铜矿床,开展这一时期成矿作用与构造背景的研究,深化对区域铜成矿规律的认知,以期揭示隐藏的矿产资源潜力,服务新疆西天山铜矿找矿突破。

    1 地质背景

    中国境内西天山造山带位于准噶尔地体和塔里木克拉通之间(图1a),大地构造上被细分为北天山增生带、哈萨克斯坦-伊犁地块、中天山地块和南天山增生带4个独立的构造单元,这些单元分别被北天山断裂、北那拉提缝合带和南那拉提缝合带所分隔(图1b;高俊等, 2009)。伊犁地块是由前寒武纪的微陆块和广泛分布古生代火山-沉积地层组成的一个楔形区域,代表了古哈萨克斯坦微大陆的东部延伸(Huang et al., 2020; Sun et al., 2021;2022; Zhao et al, 2023; Wang et al., 2023)。

    阿吾拉勒西段位于伊犁地块的中心区域,主要由前寒武纪的变质基底和晚石炭世—二叠纪的火山-沉积地层和侵入岩构成(图1c)。该区域的地层出露情况涵盖了中、上元古界的长城系特克斯群(李继磊等, 2009),晚石炭世伊什基里克组,早二叠世乌郎组、晓山萨伊组、哈米斯特组、塔姆其萨伊组和巴斯尔干组。石炭纪地层主要分布于阿吾拉勒山西段的东南和西北两侧,主要由玄武安山岩、玄武岩、英安岩、流纹岩和凝灰岩组成(李钊, 2016; He et al., 2018)。二叠纪火山岩是该地区的主要地层单元,南部出露的二叠纪地层与晚石炭世的伊什基里克组呈断层接触,同时是众多铜矿床的赋矿层位,主要由双峰式火山-沉积岩建造和中酸性火山岩(安山岩、英安岩和碱性流纹岩)组成(丁振信等, 2014; Tang et al., 2014;陈根文等, 2015)。

    从晚石炭世到早二叠世,阿吾拉勒均有侵入岩的分布,主要岩性包括辉绿岩、辉长岩、花岗斑岩、石英闪长岩和钠长斑岩脉(图2a、c)。其中,晚石炭世的侵入岩主要侵入于南部的中元古代变质基底和石炭纪伊什基里克组中(刘新等, 2012; Tang et al., 2014)。而早二叠世侵入体主要分布于中-北部,且多数具有埃达克质和A型花岗岩的特征(Tang et al., 2017; Li et al., 2019)。

    阿吾拉勒西段构造特征显著,以NE向、NW向及近EW向的断裂构造为主导(图1c)。其中,晚石炭世与早二叠世地层由EW向的断裂控制,且部分区域被NW向断裂切断。整个区域内广泛分布着NW向的断裂,并被后期的NE向断裂截断。这些NE向的断裂多为正断层,而NE向与NW向的断层则表现出显著的走滑剪切特性(Zhao et al., 2019)。

    阿吾拉勒成矿带在晚古生代历经了古亚洲洋漫长的构造演化过程,使得区域内发育了丰富的铅、锌、铁、铜、金、钼等多金属矿产(Zhang et al., 2014;薛春纪等, 2014; 2020;申萍等, 2015; Zhao et al., 2023)。尤其在其西段,铜矿床占据主导地位,涵盖有奴拉赛、穷布拉克、群吉-群吉萨依以及109等铜矿床(莫江平等, 1996; 1997;张贺等, 2012;赵军等, 2012a; 2012b),矿床主要赋存于晚石炭世—二叠纪火山-沉积岩和晚期的长英质、镁铁质脉岩中(表1,Zhao et al., 2019)。

    2 典型铜矿床特征
    2.1 奴拉赛矿床

    奴拉赛矿床位于阿吾拉勒西段北缘,作为区域内发现最早、规模较大的铜矿之一,其矿床开采历史可追溯至战国时期,即距今2500年前(Ma et al., 2022)。Wang等(2024a)根据钻孔岩芯、露头样品和岩相学分析中观察到的穿切关系和矿物组合,将矿脉划分为3个阶段。深部矿化以含磁铁矿-石英-硫化物脉为特征,形成于石英闪长斑岩中,而中上部矿化以方解石-重晶石-硫化物脉为特征,形成于裂隙和破碎带的石英二长斑岩中(图2a、b,图3a~f)。其中,矿区中上部发育的辉铜矿中的铜品位最高可达2.76%,且铜矿化脉两侧伴有明显的铅锌矿化。

    矿区沉积地层包括早二叠世乌郎组、早二叠世晓山萨伊组和第四纪沉积物(图2a、b)。乌郎组主要由厚层的玄武岩、玄武安山岩和凝灰质砂岩组成,主要出露于矿床区北部,南部较少出露。晓山萨伊组主要由砾岩和砂岩组成,广泛分布于矿床内,与乌郎组呈角度不整合。第四纪的砾石和砂岩大面积出露于矿区西侧(图2a)。火山岩地层被石英二长斑岩侵入,石英二长斑岩具浅肉红色,呈中细粒块状结构,岩石较破碎,花岗岩表面发生绿泥石化现象(Wang et al., 2024a)。矿区内主要发育2条NW走向的断裂(F1和F2),矿体赋存于F1和F2这2条主干断裂之间的破碎带中(图2a)。

    矿床的热液蚀变表现深部的钾化蚀变和浅部与围岩的青磐岩化蚀变。钾化蚀变发生在矿床深部,这种蚀变通常包括钾长石和黑云母组合,出现在磁铁矿-石英脉附近,从磁铁矿-石英脉向外到围岩逐渐减少(图3a)。后期青磐岩化蚀变在矿床中发育普遍且强烈,沿矿体上盘和下盘围岩的节理和裂隙产出。其特征是方解石、重晶石、绿帘石和黄铜矿的蚀变矿物组合,取代了寄主岩石中的原生铁镁矿物(图3b、c)。

    2.2 群吉矿床

    群吉矿床位于阿吾拉勒西段中部,包括群吉萨依矿段和群吉矿段(图2c)。早二叠世辉绿岩出露于矿床的南部,是群吉萨伊矿段的主要含矿岩体(Zhao et al., 2018);早二叠世钠长斑岩出露于矿床的北部,是群吉矿段主要含矿岩体。孙庆(2022)根据钻孔岩芯、露头样品和岩相学分析中观察到穿切关系和矿物组合,共识别出浸染状、细脉状和角砾状3种矿化。

    矿区沉积地层与奴拉赛矿床相似,包括早二叠世乌郎组、早二叠世晓山萨伊组和第四纪沉积物(图2c)。与奴拉赛矿床不同的是,这些火山岩地层被花岗斑岩、钠长斑岩和辉绿岩所侵入(图2c)。钠长斑岩主要由NW走向断层和NE-NNE向脆性断裂切割,花岗斑岩主要出露在钠长斑岩的东南部,未有明显的铜矿化出现。矿区内主要发育3条NW走向的断裂(F1、F2和F3)及其次级断裂(图2c)。

    群吉矿段的矿体主要赋存于F1和F2断裂之间的破碎带中。矿床的围岩蚀变为钾化和绿泥石化,主要分布于钠长斑岩体内,钾化多与绿泥石化蚀变相伴产出,且多数高品位(可达1.37%)铜矿体均与2种蚀变有明显的空间关系(马小平等, 2017;孙庆, 2022),并发育3期(阶段)铜矿化,分别为浸染状黄铜-黄铁矿(图3g)、石英-绿泥石-黄铁矿-黄铜矿-斑铜矿细脉(图3h)和分布于岩屑-方解石胶结物中黄铁矿-黄铜矿-斑铜矿(图3i)。

    群吉萨依矿段的矿体主要赋存于F2和F3断裂之间的破碎带中。铜矿化主要以浸染状硫化物(磁铁矿、黄铜矿、斑铜矿)的形式发育于早二叠世辉绿岩岩脉中,辉绿岩主要呈NW走向延伸,侵入于早二叠世乌郎组上部的凝灰质砂岩中,在凝灰质砂岩中也少量发育毫米级的方解石-硫化物(斑铜矿和辉铜矿)细脉(Zhao et al., 2018)。

    3 讨 论
    3.1 阿吾拉勒西段铜成矿动力学背景

    阿吾拉勒山西段位于新疆西天山的核心位置,晚石炭世—二叠纪时期是区域内构造-岩浆活动的高发期(Long et al., 2011; Huang et al., 2020; Zhao et al., 2023),也是近年来铜矿找矿勘查中成果最为瞩目的成矿带之一(赵军等, 2012a; 2012b;马小平等, 2017)。过去大量的研究成果指出,区域石炭纪—二叠纪期间的构造-岩浆活动与北天山洋俯冲和随后的洋-陆拼贴伸展紧密相关。但洋-陆构造体系转换的时间和过程,以及早二叠世岩浆作用是否与塔里地幔柱有关仍然存在争议。同时,该区域铜成矿作用与岩浆演化之间的具体联系也尚待进一步研究和明确。在该区域,从晚石炭世—早二叠世,岩石组合以及地球化学特征均展现出了明显的差异。晚石炭世的岩浆岩组合显著,主要由火山沉积地层以及中-酸性花岗岩所构成(图4a~f,图5)。

    文章系统收集区域内广泛发育的晚石炭世—二叠纪的火山岩及侵入岩进行系统研究,显示该区域晚石炭世至早二叠世的岩石组合和地球化学特征展现出明显的差异。具体而言,晚石炭世的岩浆岩主要由火山沉积地层和中-酸性花岗岩构成,而早二叠世的岩浆岩主要由玄武质岩石和流纹质岩石组成,呈现双峰式岩石特征(Tang et al., 2014;Li et al, 2015,丁振信等, 2014; 2019)。区域内广泛出露埃达克岩、I型花岗岩和镁铁质岩石,而A型花岗岩在早二叠世时期广泛分布(闫永红等, 2013; Tang et al., 2014; 2017; Huang et al., 2020)。不同于区域内的晚石炭世钙碱性岩石,早二叠世玄武质岩石多具有钾玄质的特征(图5;Tang et al., 2017)。结合区域内的岩浆岩Nd-Hf同位素数据,晚石炭世和早二叠世的花岗岩具有亏损的同位素特征,晚石炭世镁铁质岩石具有与大陆岛弧相似的微量元素组成(图4e),并处于岛弧钙碱性玄武岩区域(图4f),而早二叠世镁铁质岩石具有相对较低的Th/Yb比值,并处于洋中脊玄武岩和洋岛玄武岩的演化区域附近(图4e),且具有岛弧拉班玄武岩的亲和性(图4f),也间接说明晚石炭世与早二叠世岩石成因的不同(图4c~f;Sun et al., 2022)。上述研究表明,洋-陆构造体系转换发生在约300 Ma,早二叠世已处于后碰撞的伸展背景(Tang et al., 2014;陈根文等, 2015)。区内安加拉植物群的大规模发育,同样指示了该区域在这一时期进入陆内演化的阶段(Chen et al., 2021)。

    前期针对伊犁-中天山地块晚古生代岩浆岩开展研究,反映南北边缘岩浆岩的Nd-Hf同位素特征具不同成分的地幔贡献,这可能是古亚洲洋(北天山洋和南天山洋)2种不同方向的俯冲所造成的(Huang et al., 2020; Tao et al., 2022)。在晚石炭世时期(325~300 Ma),阿吾拉勒西段和伊犁地块北缘是这一时期岩浆岩的主要出露地区,而伊犁南缘则仅有少量岩浆岩出露,表明同时段的阿吾拉勒西段岩浆活动可能与北天山洋南向俯冲作用相关(Wang et al., 2024b)。结合伊犁地块北缘广泛分布的早石炭世弧岩浆作用和北天山增生杂岩中普遍存在的北倾构造(Han et al., 2010; Charvet et al., 2011),同时在准噶尔盆地发现约332 Ma的弧相关岩浆岩(He et al., 2011),均有力证明了北天山洋的南向俯冲于伊犁地块之下。

    另外,二叠纪区域内大量发育的镁铁质岩石是否和塔里木地幔柱有关?Wang等(2023)对发育在塔里木克拉通北缘的A型花岗岩同天山地区的花岗岩进行对比,结果表明:天山地区花岗岩在结晶年龄、地球化学特征及岩石成因等方面均存在差异。同时,伊犁-中天山的岩浆岩总体呈NW-SE走向(Sun et al., 2022; Zhao et al., 2023),与大陆裂谷中心年轻,侧翼较老的分布模式不一致(Ruppel, 1995)。所以,上述观点均不支持伊犁-中天山地块岩浆岩源于大陆裂谷作用的假设。

    综上所述,笔者认为阿吾拉勒西段岩浆作用在晚石炭世—早二叠世时期是北天山洋的南向俯冲,以及随后碰撞伸展作用所致,且区域岩浆作用没有受到塔里木地幔柱的影响。在晚石炭世至早二叠世新疆阿吾拉勒西段经历了重要的构造转换,这一转换触发了强烈的壳幔相互作用。在这样的地质背景下,区域孕育并形成了包括109、群吉和奴拉赛等铜矿床(表1)。

    3.2 阿吾拉勒西段成矿作用
    3.2.1 铜成矿时代

    奴拉赛矿床出露的赋矿花岗斑岩锆石U-Pb年龄为(288.3±3)Ma,与区域内发育的石英二长斑岩锆石U-Pb年龄为(288±1.1)Ma相似(Huang et al., 2020)。而李华芹等(1997)获得矿床中成矿硫化物的Rb-Sr和Sm-Nd等时线年龄为(247.8±5)Ma和(242.9±14)Ma。群吉矿床中的赋矿围岩为辉绿岩和钠长斑岩,均侵入于早二叠世乌郎组之中。Zhao等(2019)通过对群吉萨依矿段矿化的硫化物和含矿辉绿岩进行测试,分别得到成矿时间为(307±10)Ma和(289.9±1.4)Ma,考虑到硫化物Re-Os定年测试误差较大,结合群吉地区乌郎组火山岩Rb-Sr等时线年龄为(298±7)Ma(李华芹等,1997),以及群吉矿段出露的钠长斑岩锆石U-Pb年龄介于302~296 Ma(闫永红等, 2013; Huang et al., 2020)。笔者综合认为阿吾拉勒西段铜矿床主成矿阶段为早二叠世,后期成矿的时间仍需进一步的研究工作。

    3.2.2 成矿流体来源和物质来源

    阿吾拉勒西段铜矿床中碳酸盐矿物C-O-H同位素组成显示出不同来源流体混合的特征(图6a、b)。奴拉赛矿床成矿初期具有较高的δ18O和δD值(图6b),表明主要为岩浆特征(δ18O=5.5‰~10‰; Taylor, 1974),中后期有向大气降水线演化的趋势,显示相对较低的δ18O和δD值,表明成矿流体被大气降水持续稀释(Taylor, 1974)。结合δ18O-δ13C图(图6a),热液系统中的碳在成矿初期明显低于岩浆碳来源(-7‰~-3‰),δ13C值逐渐接近海相碳酸盐岩,根据野外地质观测,晚石炭世伊什基里克组碳酸盐岩沉积地层在热液向上侵位过程中可提供足够的有机碳源(Zhao et al., 2018)。因此,可以认为沉积碳不是在晚期加入的,而是在热液成矿之前添加到岩浆流体系统中的。成矿后期的δ13C值更接近岩浆碳来源(图6a),以低δ13C值为特征的挥发性CH4和C2H4的逃逸导致流体中碳同位素值逐渐增加,表明成矿后期有大气降水的加入。群吉矿床流体中δ13C值的变化较小(-1.4‰~+0.8‰),有逐渐接近海相碳酸盐岩趋势(图6a),而δ18O值变化明显(图6b),同样表明成矿阶段中有更多的大气降水参与。

    群吉矿床硫化物Pb同位素组成远离石炭纪火山岩,与区域早二叠世火山岩和侵入岩相近(图7a、b),表明成矿物质可能来自早二叠世的岩浆岩,而与区域下覆石炭纪沉积地层没有关联。群吉矿段硫化物中的Pb同位素呈现偏高的特征(图7a),表明可能经历了一定程度的地壳混染作用。同样地,奴拉赛矿床中的硫化物与早二叠世岩浆岩在Pb同位素组成上呈现出相似性,这一特征暗示着成矿物质可能源自早二叠世的花岗岩或乌郎组火山岩,而与晚石炭世的沉积地层之间则没有显著的关联(图7a)。然而,部分硫化物中的Pb同位素显示较高的含量(图7a),表明形成过程中经历了地壳混染作用。

    Zhao等(2019)和赵军等(2012b)对群吉矿床中的金属硫化物进行测试,δ34S值介于-3.8‰~+0.8‰(图7c),与典型岩浆来源的硫同位素组成相似(δ34S=0±3‰;Ohmoto et al., 1979),认为成矿流体来自同时期的岩浆作用。奴拉赛矿床金属硫化物硫同位素组成显示较大的变化范围(-9.6~+15.8;图7c),导致同位素较大分馏的原因可能是外部大气降水的持续加入。温度下降使流体中的SO2会发生歧化反应(4H2O+4SO2→H2S+3H++3HSO4-),硫元素以SO2形式存在,从而致使成矿热液中硫同位素出现分馏(Seal, 2006)。

    3.2.3 多样化的铜成矿作用

    奴拉赛矿床经过去10年的持续勘探,在深处发现了新的铜矿化。Wang等(2024a)将奴拉赛矿床划分为3个成矿阶段:第一阶段矿化以含石英-磁铁矿±黄铜矿±斑铜矿脉为特征,形成于深部的石英闪长斑岩中(图3a、d),第二阶段矿化以方解石-重晶石±黄铜矿±黄铁矿±斑铜矿±辉铜矿脉为特征(图3b、e),第三阶段矿化以方解石-重晶石±黄铜矿±黄铁矿±闪锌矿±方铅矿脉为特征(图3c、f),中-后2个成矿阶段形成于矿区中浅部的裂隙和破碎带的石英二长斑岩中。与矿床深部的低铜矿化品位相比,矿区浅部发育的辉铜矿中的铜品位大于2%,并且前期研究者对矿区的成矿年代测试从晚二叠世至早二叠世(李华芹等, 1997;赵振华等, 2004;罗晖, 2016),表明奴拉赛矿床可能经历了多期铜成矿作用。

    群吉矿床的矿化特征主要表现为角砾状、细脉状以及浸染状,其硫化物组成以斑铜矿和黄铜矿为主,这与奴拉赛矿床在后期发育的铅锌矿化明显不同。同时,群吉矿床中受区域断裂构造所控制角砾状矿化也是奴拉赛矿床中不曾出现的矿化样式。另外,群吉萨依矿段的赋矿岩体为出露于矿床的南部的基性辉绿岩,而群吉矿段的赋矿岩体为出露于矿床的北部的酸性钠长斑岩。综上所述,是什么原因造成同一区域出现2种显著不同的成矿作用,有待进一步的研究和揭示。

    3.3 矿床成因分析

    在矿床成因方面,有学者认为因阿吾拉勒西段铜矿床与区域内的赋矿花岗质斑岩体紧密相关,故认为斑岩型为区域内成矿类型(李宁波等, 2013; Liu et al., 2019)。还有学者通过对群吉萨依的硫化物及含矿辉绿岩研究认为,该矿床属于正岩浆矿床,后续叠加了热液改造(Zhao et al., 2018)。因此,本次对斑岩型铜矿和区域内研究的典型铜矿床进行了对比研究,来确定两者地质方面的差异性,明确该区域的矿床成因类型(表2)。

    典型的斑岩型铜矿床中,成矿岩石通常赋存于具有埃达克质岩石特征的中酸性-钙碱性花岗岩中;成矿岩石具有脉状、角砾状和浸染状等矿化特征,其中细脉状是该类型矿床的主要矿化类型;蚀变类型呈现出同心环状的钾化蚀变特征(Sillitoe, 2010; Yang et al., 2019)。奴拉赛矿床成矿斑岩体为埃达克质岩石和I型花岗岩,矿石上呈现为细脉状和浸染状等矿化特征,与典型斑岩型矿床相一致。但奴拉赛主要矿化阶段是在中-晚期宽大的脉状花岗质岩石之中,这与典型斑岩型铜矿金属硫化物主要发育在细脉和网脉状岩石不同;另一个差异点是,奴拉赛矿床在深部的岩体发育钾化蚀变,围岩蚀变主要是绿泥石化,这也与典型的斑岩型铜矿床中围岩蚀变通常从中心的钾化和绢云岩化向外逐渐过渡到绿泥石化、青磐岩化,形成同心环状分布的模式不同。

    群吉矿床容矿斑岩体分别为钠长斑岩及辉绿岩,矿化样式上呈现为浸染状、(细)脉状及角砾状矿化特征,与典型斑岩型矿床相一致。然而,群吉矿床主要发育钾化和绿泥石化,且2类蚀变并没有明显的分带及叠加特征。群吉矿段主要成矿期次(阶段)为角砾状矿化时期,群吉萨伊矿段主要成矿期次(阶段)为浸染状矿化时期,这与金属硫化物则形成于网脉状和细脉中的斑岩型铜矿床不同。因此,笔者认为奴拉赛及群吉矿床的成因类型为具有斑岩系统亲和性的叠加铜矿床,早二叠世发生的热液叠加为矿床的主要矿化阶段(图8)。

    阿吾拉勒西段铜矿床受到晚石炭世—早二叠世北天山洋板片断离的碰撞后作用,成矿物质主要来自早二叠世的侵入岩和乌郎组火山岩因底侵作用而部分熔融形成的岩浆,并伴有少量地壳物质的加入。其中,奴拉赛矿床早期阶段的铜矿化是由流体-碳酸盐反应引起的,而晚期阶段的流体混合造成的流体减压沸腾作用,可能是促使铜及少量的铅和锌沉淀的关键因素。群吉矿床的铜矿化受到后期大气降水的加入,导致了成矿流体的温度降低,最终促使金属硫化物的沉淀。

    4 区域铜找矿指示

    在同一地质背景下的吉尔吉斯斯坦和乌兹别克斯坦境内均发育大型-超大型的铜矿床,但中国新疆西天山区域内尚未报道有同等规模的铜矿床的发现。但其地质结构、地壳组成、成矿时代、形成及其演化过程,以及成矿带的时空分布特征,均表现出与领域相似的特征性(申萍等, 2015)。这些地质构造单元和成矿体系之间可能存在着内在的地质联系,这为通过跨国界的地质研究和综合对比分析来探索潜在的矿产资源提供了理论依据和实践指导。

    当前对于西天山地区铜矿找矿勘探工作的主流学术观点倾向认为:晚古生代(特别是石炭纪至二叠纪)的洋-陆构造转换背景为矽卡岩型和斑岩型铜矿床的形成创造了有利条件。然而,本次对阿吾拉勒西段内典型矿床的剖析表明,研究区早期的洋-陆构造体系转换阶段可能未形成大规模的铜成矿作用,其铜多金属的大规模富集主要受控于后期多期构造-热液叠加改造作用,因此,可在新疆西天山内部进一步开展高精度地质勘查、地球化学分析和构造动力学研究,以期揭示可能隐藏的矿产资源潜力。

    5 结 论

    (1) 早二叠世北天山洋关闭后俯冲板片断离是阿吾拉勒西段发生铜成矿作用的动力学背景。

    (2) 阿吾拉勒西段铜成矿具有多样的矿化样式和容矿围岩,奴拉赛矿床硫化物以浸染状和(细)脉状的形式赋存于花岗斑岩中,群吉-群吉萨伊矿床硫化物以角砾状、浸染状和(细)脉状的形式赋存于钠长斑岩和辉绿岩石中。

    (3) 区别于典型斑岩型铜矿床,阿吾拉勒西段铜成矿作用是与斑岩系统相似的构造叠加铜矿床,区域内早二叠世的岩浆作用及大气降水的加入是铜矿化的关键因素。


    致谢感谢顾雪祥教授、张静教授、王瑞教授、范光研究员和马星华研究员等的帮助和有益讨论;感谢匿名审稿专家提出了建设性的修改意见,谨致谢忱!



    表1阿吾拉勒西段典型铜矿床和特征总结
    Table 1 Summary of typical copper deposits
    and characteristics in the western section of Awulale belt

    矿床名称

    赋矿岩石

    围岩蚀变

    金属矿物

    矿床类型

    成矿时代

    参考文献

    奴拉赛

    石英二长斑岩

    钾长石化绿泥石化

    黄铜矿斑铜矿辉铜矿黄铜矿

    热液型

    早二叠世

    罗晖,2016

    群吉萨依

    辉绿岩

    绿泥石化

    黄铜矿斑铜矿辉铜矿黄铜矿

    正岩浆型

    晚石炭世—

    早二叠世

    Zhao et al., 2018

    群吉

    钠长斑岩

    钾长石化

    黄铜矿斑铜矿辉铜矿黄铜矿

    斑岩型+热液型

    晚石炭世—

    早二叠世

    赵军等,2012b

    穷布拉克

    辉绿岩、闪长斑岩

    绿泥石化钾长石化

    黄铜矿斑铜矿辉铜矿黄铜矿

    沉积-改造型

    早二叠世

    赵军等,2012a

    109

    钠长斑岩

    钾长石化

    黄铜矿斑铜矿辉铜矿黄铜矿

    斑岩型

    晚石炭世—

    早二叠世

    Liu et al., 2019

    圆头山

    花岗斑岩

    绿泥石化钾长石化

    斑铜矿、黄铜矿

    次火山热液型(斑岩型)

    二叠纪

    邓珊,2016

    土台

    辉绿岩、流纹斑岩

    钾长石化绿泥石化

    黄铜矿斑铜矿辉铜矿黄铜矿

    次火山热液型(斑岩型)

    早二叠世

    赵军,2013

    克孜布拉克

    玄武安山岩(?)

    钾长石化

    黄铜矿辉钼矿自然金

    热液型

    早二叠世

    赵军,2013

    阿克秋比克

    玄武安山岩(?)

    钾长石化

    黄铜矿辉钼矿自然金

    热液型

    早二叠世

    赵军,2013

    表2典型斑岩型铜矿与奴拉赛及群吉-群吉萨依铜矿地质特征对比
    Table 2 Comparison of geological characteristics between typical porphyry copper deposits
    and Nulasai and Qunji-Qunjisayi copper deposits

    地质特征

    典型斑岩型铜矿

    群吉-群吉萨依铜矿

    奴拉赛铜矿

    容矿岩体

    中-酸性钙碱性花岗斑岩(多数具有埃达克质岩石特征,少数具碱性斑岩石特征)

    A型花岗岩(碱性斑岩石)、辉绿岩石

    埃达克岩质岩石

    成矿样式

    浸染状、(细)脉状及角砾状

    角砾状、浸染状和(细)脉状

    浸染状和(细)脉状

    主成矿阶段

    细脉状

    (细)脉状及角砾状

    (细)脉状

    蚀变类型

    同心环状的热液蚀变分带,从核部钾化、绢云岩化(主要)到边部的青磐岩化、绿泥石化(次要)

    绿泥石化和钾化(不发育同心环状的热液蚀变分带)

    钾化(深部)和青磐岩化(浅部)

    图1中亚造山带(CAOB)的构造格架(a,据Şengör et al., 1993修编)、中国西天山地质图(b,据Gao et al., 2009修编)和阿吾拉勒带西段地质及主要铜矿床位置图(c,据Zhao et al., 2023修编)

    Fig. 1 Tectonic framework of the Central Asian Orogenic Belt (CAOB) (a, modified from Şengör et al., 1993), geological map of West Tianshan, China (b, modified from Gao et al., 2009), and geological map of the western section of the Awulale belt with location of major copper deposits (c, modified from Zhao et al., 2023)

    图2奴拉赛矿区地质图(a,据张贺等, 2012修编)、奴拉赛矿床A-B勘探线剖面(b, b图与a图共用图例)和群吉-群吉萨依矿区地质图(c,据孙庆, 2022修编)

    Fig. 2 Geological map of the Nulasai deposit area (a, modified from Zhang et al., 2012), A-B geological section through the Nulasai deposit (b, Fig.b and Fig.a share the same legend) and geological map of the Qunji-Qunjisayi deposit area (c, modified from Sun, 2022)

    图4阿吾拉勒西段晚石炭世—早二叠世岩浆岩地球化学图解 a、b.阿吾拉勒西段花岗岩类Nd、Hf同位素图(数据引自闫永红等, 2013; Tang et al., 2014;丁振信等, 2014; 2019; Li et al, 2015; 2019; Huang et al., 2020; Sun et al., 2021); c、d.阿吾拉勒西段基性岩类Nd、Hf同位素图(数据引自Tang et al.,2014; He et al.,2018;丁振信等, 2019; Sun et al., 2022); e. Nb/Yb-Th/Yb图解; f. Th-Ta-Hf图解 (数据引自Sun et al., 2022; N-MORB、E-MORB、OIB和IAB数据来自Sun et al., 1989)

    Fig. 4 Geochemical diagrams of Late Carboniferous-Early Permian magmatic rocks in western Awulale belt a, b. Nd-Hf isotope diagrams of granites in the western section of Awulale(data from Yan et al., 2013; Tang et al., 2014; Ding et al., 2014; 2019; Li et al., 2015, 2019; Huang et al., 2020; Sun et al., 2021); c, d. Nd and Hf isotope diagrams of basic rocks in the western section of Awulale(data from Tang et al., 2014; He et al., 2018; Ding., 2019; Sun et al., 2022); e. Nb/Yb-Th/Yb diagram; f. Th-Ta-Hf diagram(data from Sun et al., 2022; N-MORB, E-MORB, OIB and IAB data from Sun et al., 1989)

    图5伊犁地块阿吾拉勒西段晚石炭世—早二叠世构造、地层学和年代学图解(据Sun et al., 2022修编)

    Fig. 5 Late Carboniferous-Early Permian tectonic, stratigraphic and geochronological diagrams of the western Awulale section of the Yili Block (modified from Sun et al., 2022)

    图6伊犁地块阿吾拉勒西段铜矿床成矿流体δ13C-δ18O图(a)和δD-δ18O图(b) 数据来源:罗勇等, 2011;张贺等, 2012;赵军等, 2012a;2012b;Wang et al., 2024

    Fig. 6δ13C-δ18O diagram (a) andδD-δ18O diagram (b) of ore-forming fluids of copper deposits in the western Awulale, Yili Block Data source: Luo et al., 2011; Zhang et al., 2012; Zhao et al., 2012a; 2012b; Wang et al., 2024

    图7伊犁地块阿吾拉勒西段铜矿床铅和硫同位素组成图 a.207Pb/204Pb与206Pb/204Pb关系图;b.208Pb/204Pb与206Pb/204Pb关系图;c.硫同位素组成图 数据来源:莫江平等, 1997;张贺等, 2012;赵军等, 2012a; 2012b;罗晖, 2016; Zhao et al., 2018; Liu et al., 2019

    Fig. 7 Lead and sulfur isotope composition diagrams of copper deposits in western Awulale of Yili block
    a. The relationship between207Pb/204Pb and206Pb/204Pb; b. The relationship between208Pb/204Pb and206Pb/204Pb; c. Sulfur isotope composition diagram
    Data source: Mo et al., 1997; Zhang et al., 2012; Zhao et al., 2012a; 2012b; Luo, 2016; Zhao et al., 2018; Liu et al., 2019

    图8阿吾拉勒西段晚石炭世—早二叠世转换时期的构造-岩浆-成矿演化图

    Fig. 8 The schematic diagram showing the tectonic-magmatic-metallogenic evolution of the western Awulale during the transition period from Late Carboniferous to Early Permian

    图3奴拉赛矿床和群吉矿床手标本及显微镜下照片 a.奴拉赛矿床磁铁矿-石英-硫化物矿脉被方解石-重晶石-硫化物矿脉横切;b.奴拉赛矿床方解石-重晶石-硫化物矿脉; c.奴拉赛矿床方解石-重晶石-闪锌矿-方铅矿-黄铜矿脉;d.奴拉赛矿床花岗斑岩中的斑铜矿、斜长石和石英;e.奴拉赛矿床方解石-重晶石-黄铜矿-黄铁矿脉;f.奴拉赛矿床中的闪锌矿和方铅矿与方解石-重晶石共生;g.群吉矿床的钠长斑岩中的浸染状矿石;h.群吉矿床脉状钠长斑岩矿石中的石英-硫化物横切细脉浸染状矿石;i.群吉矿床角砾状矿石Mt—磁铁矿;Qtz—石英;Cal—方解石;Cpy—黄铜矿;Cc—辉铜矿;Bn—斑铜矿;Gn—方铅矿;Py—黄铁矿;Brt—重晶石;Sp—闪锌矿

    Fig. 3 Photos and microscopic photos of ore specimens from the Nulasai deposit and Qunji deposit a. Magnetite-quartz-sulfide vein is cut by calcite-barite-sulfide vein, Nulasai deposit; b. Calcite-barite-sulfide vein in Nulasai deposit; c. Calcite-ba-rite-sphalerite-galena-chalcopyrite vein in Nulasai deposit; d. Bornite, plagioclase and quartz in granite porphyry of Nulasai deposit; e. Calcite-barite-chalcopyrite-pyrite vein in Nulasai deposit; f. Sphalerite and galena coexist with calcite-barite in Nurasai deposit; g. Disseminated ore in albite porphyry of the Qunji deposit; h. Quartz-sulfide veinlet cross-cutting-disseminated ore in veined albite porphyry ore of the Qunji deposit; i. Breccia-like ore in Qunji deposit Mt—Magnetite; Qtz—Quartz; Cal—Calcite; Cpy—Chalcopyrite; Cc—Chalcopyrite; Bn—Bornite; Gn—Galena; Py—Pyrite; Brt—Barite; Sp—Sphalerite

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