新疆滴水陆相砂岩型铜矿成因浅析

新■滴水陆相砂岩型铜矿成因浅析时文革;姚玉增;巩恩普;褚亦功涨永利;赵纯福【摘要】新疆滴水铜矿床位于库车拗陷盆地西南缘，为典型新生代陆相砂岩型铜矿床矿体呈层状，主要产于上覆灰色泥灰岩与下伏灰白色中粗粒/中细粒砂岩接触部位.矿体品位与Fe2+呈显著正相关而与Fe3+呈负相关.矿石矿物以赤铜矿为主.综合研究认为，新疆滴水铜矿形成经历了原生沉积一成岩期改造一表生氧化淋滤几个阶段，矿床应属于沉积改造型陆相砂岩铜矿床.【期刊名称】《地质与资源》【年(勤期】2016(025)001【总页数】9页(P60-68)【关键词】砂岩型铜矿;陆相;矿床成因;滴水铜矿;新疆【作者】时文革;姚玉增;巩恩普;褚亦功涨永利;赵纯福【作者单位】东北大学，辽宁沈阳110004;山东招金集团,山东招远265400;东北大学，辽宁沈阳110004;东北大学，辽宁沈阳110004;山东招金集团,山东招远265400;东北大学，辽宁沈阳110004;东北大学，辽宁沈阳110004【正文语种】中文【中图分类】P618.41砂岩型铜矿(包括砂岩型、页岩型及碳酸盐岩型)约占世界铜产量及探明储量的23%[1]，仅次于斑岩型铜矿而成为世界第二大铜矿床成因类型[2],特别是西伯利亚古元古代Kodaro-Udokan盆地、非洲中部新元古代Katangan盆地和中欧二叠纪Kupferschiefer盆地内均赋存有超大型矿床［1,3］.我国以东川铜矿为典型代表的康滇铜矿带［4］、新疆塔里木盆地西南边缘沉降带［5-6］、中条山地区［7］等地亦发育有该类型矿床.这些矿床规模巨大，均产于海相杂色砂岩系，形成年代以元古宙和泥盆纪一二叠纪为主［7］.陆相砂岩型铜矿在世界范围内所占比例甚小，国外相关的报道极少，而我国该类型矿床主要分布于南方中新生代沉积盆地（如云南滇中-滇西盆地、四川会理盆地、湖南衡阳-沅麻盆地［7］等），探明储量占我国全部铜储量的2.4%［8］.该类矿床品位较高，多伴有Ag等有用组分，成矿年代以中生代为主，规模可达大型且多已开采利用［7-8］，已成为近年来我国重点勘查目标之一.近年来，新疆塔里木盆地周边的中新生代凹陷盆地中相继发现了一系列新生代沉积型砂岩铜矿床，以库木库里盆地［9-10］、库车盆地［10-11］及喀什东西向构造带［10,12］最为典型.在已发现的铜矿床（点）中，库车盆地滴水铜矿床发现最早，开发历史悠久且规模较大（中型规模），在本区陆相砂岩型铜矿床中具有良好的代表性，因此前人对该矿床关注较多.目前，多数学者认为滴水铜矿是〃同时沉积-成岩期改造”成因［13-16］.随着近年来库车盆地有机矿产勘查工作的不断进行，亦在矿区内发现有黑色岩层/矿层，有些学者认为滴水铜矿的形成与下伏有机矿产存在内在联系，浅色层是有机流体还原而成，故该矿床应属于改造成因［17］.鉴于库车盆地内广泛发育的膏盐建造及其与砂岩铜矿床间密切的时空关系，部分学者认为该矿床应是后期含铜热卤水改造成因［18-19］.滴水铜矿目前开采的工业矿体以赤铜矿为主，因此该矿床应经受过表生期的改造作用［20］.上述研究从不同方面论述了矿床的成因机制，但多是套用国内外同类矿床的成因模式，缺乏详细的岩石学及矿床地球化学方面的论据.本文在详细研究矿床地质特征基础上，对矿区范围内矿石学及成矿元素空间分布特征进行系统分析，认为滴水铜矿主要形成于成岩期，后经过了表生氧化淋滤作用，应属于沉积改造型铜矿床.滴水铜矿位于新疆阿克苏地区拜城县境内，大地构造位置属塔里木盆地北缘，处于拜城-库车新生代拗陷盆地铜矿山背斜北翼，是典型的新生代陆相砂岩型铜矿床（图1）.区域范围内地层比较简单.古近系地层以膏盐层发育为特征，包括库姆格列木群和苏维依组，与下伏白垩系地层之间为不整合接触关系，其中在库姆格列木群底部发育有一套海相沉积.新近系地层发育较好，包括吉迪克组、康村组和库车组，以砾岩、砂砾岩、粉砂岩和泥岩为主，表现出明显的陆相沉积体系特点，普遍为一套含膏盐的河湖相杂色碎屑岩建造，滴水铜矿即位于康村组沉积地层内，该层是区内主要含矿地层.库车盆地总体呈东西向展布，主要受天山山麓深大断裂和塔里木河深大断裂所控制.横向上，库车盆地总体呈阶梯状断陷带，受南北两个方向强烈的挤压应力影响，形成一系列的褶皱和断裂.古近纪受喜马拉雅运动叠加影响，形成了天山山前大型逆冲褶皱系及一系列逆冲断层，构成北部单斜带、克拉苏-依奇克里克构造带、秋里塔格背斜带、前缘隆起带、拜城-阳霞盆地和乌什盆地的总体格局.滴水铜矿区位于秋里塔格前锋带西段近东端，地层呈单斜状矿区内断裂构造发育，可分为北东东向、近南北向、北西向和北东向4组.其中北东东向和近南北向断裂构造属于库车前陆逆冲推覆构造系统，以左行扭动为主；北西向压扭性断裂和北东向张性断层相伴产生，切割了北东东向压扭性断裂及北东东向展布的地层条带，但对矿体连续性影响不大，特别是深部矿体几乎没受影响.矿区范围内基本没有发生变质作用，也无任何岩浆活动.2.1矿体特征滴水铜矿床矿体产于康村组三段与四段之中，主要含矿层位有3个（A、B、C）.平面上含矿层位呈条带状，产状与矿区地层基本一致，倾向北北西，倾角约20°.各层位之间距离基本稳定，A层距B层180m左右，日层距C层17m左右.A层矿体矿化不均匀，铜品位0.46%~0.85%，厚度0.3~0.88m.顶部围岩为红褐色泥质粉砂岩与黄褐、暗灰色中粒砂岩，底部为褐黄、灰褐色泥质砂岩夹薄层细砂岩，具有水平层理、包卷构造.金属矿物主要富集在灰绿色、灰褐色薄层条带状泥灰岩及薄层状细砂岩和页岩中，矿体底部有生物遗迹和植物残存体，地表含铜矿物主要为星点状、薄层状的孔雀石及斑点状蓝铜矿和黑铜矿.B层矿体规模最大、最稳定，铜的品位0.98%~2.36%，平均1.11%，厚度0.71-2.10m，平均厚度1.23m，金属储量约为20x104t,是矿区主要开采对象金属矿物多富集于深灰色泥灰岩或杂色细砂岩中，在地表主要为星散浸染状构造的孔雀石、蓝铜矿、赤铜矿，深部则以辉铜矿为主，其次有黄铜矿、斑铜矿和铜蓝.C层矿体规模较B层稍小，铜的品位0.61%~2.28%，平均1.03%，厚度1.53~2.14m，平均1.43m，储量约17x104t，亦是矿山开采对象之一.C层与B层矿体特征基本一致，主要区别在于品位及厚度变化较B层矿体要大，经济价值稍小.2.2含矿层岩性特征滴水铜矿3个主要含矿层位的岩性稍有差别，且每个含矿层位在平面上和剖面上也非完全一致，但总体上含矿层位及其上下岩性基本一致.从下至上岩性为：红褐色泥质砂岩、灰褐色中砂岩、红褐色泥质粉砂岩、灰绿色/黄绿色中砂岩、紫红色含矿砂岩、灰色与褐色杂色灰岩含矿层、灰色含矿中砂岩、青灰色泥灰岩（普遍含有0.05%~0.3%的铜，有时在底部有矿化现象为矿层）、灰色泥岩其中底部黄绿色砂岩与灰白色含矿砂岩间的岩性基本一致（图2）,区别在于黄绿色砂岩泥质含量稍高、硬度稍小，且二者间的界限并非截然，多呈渐变过渡，表现出一定的后期改造特征.2.3矿石特征滴水铜矿中矿石矿物相对简单，但经地表风化后矿石矿物多转变为铜铁的氧化物或氢氧化物.经镜下观察、扫描电镜等分析，滴水铜矿矿石矿物主要有赤铜矿、赤铁矿、针铁矿、孔雀石、硅孔雀石、蓝铜矿、黑铜矿、铜蓝、自然铜、辉铜矿、蓝辉铜矿、斑铜矿和黄铁矿，其中赤铜矿、孔雀石、硅孔雀石、蓝铜矿、黑铜矿、铜蓝及黄铁矿等铜和铁的氧化物主要分布于地表矿脉中，而地下矿脉中矿石矿物中除上述氧化矿物外，还有辉铜矿、蓝辉铜矿、斑铜矿、黄铁矿等原生硫化物.原生硫化物多呈细粒浸染状分布，硫化物间未见相互交代，说明不存在多期次矿化作用的相互叠加.各种金属矿物及其含量见图3.矿石中的脉石矿物成分比较复杂，按照含量多少，主要有石英（燧石、玉髓）、斜长石、微斜长石、条纹长石、黑云母、方解石及白云石，另外卜有少量绿泥石、绿帘石、绢云母等矿物（图4）.长英质脉石矿物多呈棱角状、次棱角状，偶见溶蚀现象；黑云母经轻微改造可成水云母（图5），部分长石颗粒及胶结物具有轻微的绢云母化.但除地表附近矿石矿物表现出比较明显的表生氧化外，总体看矿体及其附近并没有表现出明显的蚀变，说明上述蚀变应发生于成岩期，与后期流体改造无关［21］.矿石结构主要为砂状结构、泥状结构、交代溶蚀结构、皮壳状结构，矿石构造主要为浸染状构造、条带状构造、块状构造、层状构造、胶状构造、似层纹状构造、土状构造，沉积岩特征比较明显.2.4沉积环境基于对滴水铜矿区内沉积环境进行详细的野外观察及室内研究［22］，认为区内吉迪克组、康村组和库车组总体上为陆相沉积体系，主要包括冲积扇-扇三角洲沉积体系和湖泊沉积体系两大类型.沉积相可进一步划分为扇三角洲平原、扇三角洲前缘、前扇三角洲、滨浅湖和膏盐湖亚相及若干沉积微相.康村期主要发育扇三角洲沉积，矿区主要含矿层位于康村组上部红色岩系向灰色岩系转变部位，沉积环境为从扇三角洲前缘到滨浅湖的过渡环境.滴水铜矿作为典型的陆相砂岩型铜矿床，其成矿地质条件与国外海相型砂岩铜矿及我国南方地区中生代陆相砂岩型铜矿床有着明显的区别，至少在探明资源量空间分布范围内，未见明显的硫化物分带以及成岩期后流体叠加的痕迹.3.1〃草莓状”黄铁矿在滴水铜矿工业矿体附近系统采集并磨制、鉴定的50余片样品，结果表明滴水铜矿区内〃草莓状”黄铁矿广泛分布（图6）.在平面上，从西矿区8勘探线至东矿区70勘探线附近均发现有〃草莓状”黄铁矿存在；剖面上，地表样品及井下6中段（目前矿山开采最深部位）亦有该类型黄铁矿存在.从产出岩性讲，球粒状黄铁矿主要产于灰白色或杂色（红层向灰层过渡部位）砂岩/泥质岩及顶板泥灰岩下部，且泥质含量越高，〃草莓状”黄铁矿产出概率越大，但少量红层矿内亦有少量分布（球粒状黄铁矿氧化严重，图6f）；从黄铁矿产出状态来看，既有呈浸染状（图6b）或团块状（图6d）产出的，亦有沿裂隙充填（图6e）状产出的.该现象说明〃草莓状”黄铁矿在矿区范围内应该是广泛存在的.滴水铜矿区内〃草莓状”黄铁矿颗粒细小，粒径多小于5pm（图6c），多以浸染状或沿沉积岩原生裂隙分布，故矿区内〃草莓状”黄铁矿的形成应为同生沉积作用的结果［23］，说明滴水铜矿灰白色砂岩是同生沉积作用的产物，而非后期流体还原而成.3.2矿体原生沉积构造通过对滴水铜矿地表及井下出露地质特征进行的详细观察与描述，在西矿区0勘探线二中段（图7c）及东矿区副井二中段（图7b）发现有典型原生沉积构造，巧合的是这些构造正好处于B/C层工业矿体两端.这些构造说明工业矿体应为同生沉积作用的产物.3.3膏盐发育特征目前，蒸发岩与金属矿产之间的关系得到了国内外诸多学者的重视［18-19］.滴水铜矿区内存在大量膏盐建造，按其产出形态可大约分成两类.一类基本顺层发育，产状与地层基本一致（图8b）；另外一类则与地层产状明显不同，与地层斜交或近于垂直（图8a、c）.说明膏盐建造与地层/矿体之间的关系是比较复杂的，至少存在一期成岩后的膏盐层.井下膏盐层发育特征与地表类似.我国西北干旱一半干旱地区，地表或近地表膏盐发育往往与〃太阳泵吸”作用[24]关系密切.在滴水铜矿区内确实发现有绿铜矿等矿物存在，但目前为止尚未发现石膏、方解石等细脉与工业矿体之间的内在联系.3.4微量元素特征滴水铜矿区内岩性主要为砾岩、砂岩及泥质岩，但颜色差别较大.为了了解各岩性间微量元素差别，根据镜下鉴定结果，共选择90块样品测试Fe2+和Fe3+,结果见表1.对矿石中铜含量及其与不同价态铁相关性进行统计分析，结果见表2.由表1和表2可以看出，矿石、红色及灰白色岩石全铁含量相差不大，颜色差别主要是由Fe3+和Fe2+的比值差异所致，考虑到二者呈明显负相关，可认为岩石中Fe3+是由Fe2+氧化而来矿石品位（铜含量）与全铁，特别是Fe2+呈明显正相关而与Fe3+负相关，说明铜矿化形成于相对还原环境，目前近地表赤铜矿应是硫化物氧化而来.3.5工业矿化发育情况为了更好地厘定滴水铜矿工业矿化发育情况，在西矿区外围选取典型剖面（图9a）并系统分析其中成矿及伴生元素含量，结果见图9b.由图9可以看出，底部浅褐色砂质砾岩和浅黄绿色中细粒砂岩中铜含量极低，基本为本区背景含量；从黄白色、黄绿色中细粒砂岩开始，成矿元素铜开始逐渐升高，从底部0.04%过渡到0.57%，至顶部具明显孔雀石化/赤铜矿化中粗粒砂岩时升至1.35%，形成工业矿体；其上至黄绿色中粗粒砂岩铜为0.52%，再向上逐渐过渡为薄层/中薄层黄绿色泥质粉砂岩、砂质泥岩和泥灰岩，铜含量由0.41%逐渐降低至检出限以下.如果按照我国现行的勘查规范，铜边界品位以0.4%计，则真正铜矿化部位为灰白色砂岩上部与顶板泥灰岩（或相当层位）下部，说明铜矿化主要发生于灰色/灰白色中细粒/中粗粒砂岩顶部与顶板泥灰岩或相当层位的下部，特别是二者相接触部位为成矿的最有利部位.3.6红层矿特征滴水铜矿目前开采的主要工业矿体是以赤铜矿为主的〃红层矿”，其中主要的金属矿物有褐铁矿（赤铁矿、针铁矿等）、赤铜矿、硅孔雀石、蓝铜矿、蓝辉铜矿，及少量原生硫化物（以黄铁矿为主，含少量辉铜矿、斑铜矿、铜蓝等）.红层矿多顺层展布，但其形态并非严格平行于层理，相反在多数情况下，红层矿表现为飘带状、波状起伏（图10a、b），在某些情况下，红层矿内尚含有部分夹石（图10c、d），但二者的岩性基本相同.个别情况下，红层矿呈杂色（图10e），表现出渐变过渡的性质.在东部辅井一中段B层矿内裂隙较为发育，沿着裂隙具裂隙水的下渗，结果导致沿裂隙局部砂岩变红（图10f）.在极短的距离内砂岩由红变成黄褐色或灰色，应该是现代条件下红层矿形成机制的最好说明，即红层矿应该是原生硫化矿石经后期表生氧化、淋滤而成.通过上面的综合分析，滴水铜矿为典型的陆相砂岩型铜矿床，工业矿化主要形成于顶板泥灰岩与下部中粗粒/中细粒砂岩接触部位的砂岩一侧，矿床为沉积环境作用下的产物，后期受地表或近地表环境下硫化物氧化淋滤而形成的工业矿体.综上所述，滴水铜矿的形成经历了如下几个阶段：（1）原生沉积阶段，主要表现为〃草莓状”黄铁矿形成阶段.该阶段以还原环境下沉积作用为主，伴有极少量星点稀疏浸染状铜矿物生成，如辉铜矿.（2）成岩期改造成矿作用阶段，主要的成矿作用阶段.砂岩层上覆粉砂质、泥质、灰岩质沉积物颗粒细小、孔隙度高、水含量大，处于相对还原环境，而砂岩下伏红色泥质岩性质与上覆岩层类似，但环境为相对氧化环境.在成岩期压实固结过程中，上覆及下伏岩层中孔隙水向孔隙度相对小但贯通性良好的中细粒/中粗粒砂岩排泄，下部为红色相对氧化卤水形成泥质含量稍高的黄绿色砂岩，而上部则以相对还原卤水为主形成泥质含量少的灰白色砂岩，在氧化-还原界面，即上部泥灰岩与灰白色砂岩过渡部位形成工业矿体，具体表现为浸染状或沿裂隙充的硫化物大约沿一定层位呈层状或似层状分布，而脉石矿物中的黑云母则部分转变为水云母.（3）表生氧化阶段，先期形成的硫化物主要富集于泥灰岩与灰白色砂岩相接触部位，在地表或近地表环境下，在大气水及氧气、二氧化碳等物质的直接参与下，黄铁矿等铁的硫化物被氧化成赤铁矿、针铁矿等暗色矿物，而辉铜矿、斑铜矿、黄铜矿等铜的硫化物被氧化成赤铜矿.在靠近顶板泥灰岩部位，在岩层中方解石、大气CO2及水的参与下，铜更多地被氧化成蓝铜矿、孔雀石、硅孔雀石等铜的碳酸盐类矿物.总之，滴水铜矿床应属于同生沉积-成岩期改造型矿床.矿床的成矿模式如图11所示.（1） 滴水铜矿属新生代陆相砂岩型铜矿，工业矿体主要产于上覆泥灰岩与下伏灰白色中粗粒/中细粒砂岩接触部位，沉积环境为从扇三角洲前缘到滨浅湖的过渡环境；（2） 工业矿体品位与Fe2+呈显著正相关而与Fe3+呈负相关，各岩性中全铁含量基本一致，说明矿床形成于相对还原环境，红层矿为后期氧化淋滤作用的结果；（3） 滴水铜矿床的形成经过了原生沉积一成岩期改造一表生氧化淋滤几个阶段，矿床成因应属沉积改造型陆相砂岩铜矿床.【相关文献】[1]HitzmanMW,KirkhamR,BroughtonD,etal.Thesediment-hostedstratiformcopperoresystem[C].EconomicGeology100thAnniversaryVolume,Colorado:SocietyofEconomicGeologyInc,2005:609—642.[2]中国地质矿产信息研究院.国外矿产资源[M].北京：地震出版社,1996:1—359.[3]HitzmanMW,SelleyD,BullS.Formationofsedimentaryrock-hostedstratiformcopperdepositsthroughearthhistory[J].EconomicGeology,2010,105(3):627—639.[4]ZHAOXin-fu,ZHOUMei-fu,HitzmanMW,etal.LatePaleoproterozoictoEarlyMesoproterozoicTangdansedimentaryrock-hostedstrata-boundcopperdeposit,YunnanProvince,SouthwestChina[J].EconomicGeology,2012,107(2):357—375.[5]ZHANGZheng-wei,SHENNeng-ping,PENGJian-tang,etal.Syndepositionandepigeneticmodificationofthestrata-boundPb-Zn-CudepositsassociatedwithcarbonaterocksinwesternKunlun,Xinjiang,China[J].OreGeologyReviews,2014,62:227—244.[6]祝新友，王京彬，王玉杰，等.新疆萨热克铜矿——与盆地卤水作用有关的大型矿床[J].矿产勘查,2011,2(1):28—37.[7]赵一鸣，吴良士，白鸽，等.中国主要金属矿床成矿规律[M].北京：地质出版社,2004:63一99.[8]李杰三，李恒恒.新疆和静县巩乃斯林场砂岩铜矿成矿规律研究[J].西部探矿工程,2009,21(S1):189—191.[9]王平户，张国成，解新国.新疆库木库里盆地砂砾岩型铜矿成因分析[J].地质与勘探,2009,45(1):18—22.[10]田永安，宋来忠.新疆主要构造体系与铜矿的关系[J].西北地质,1982,15(3):18—29.[11]赵祖应，唐晓东.西克尔新近系砂岩型铜矿矿床t地质特征及开发利用前景[J].新疆地质,2003,21(1):141—142.[12]马慧，赵娟.西南天山砂岩型铜矿地质特征及成因分析[J].西部探矿工程,2011,23(2):160—164.[13]郭全.新疆滴水砂岩型铜矿成矿特征与富集规律[J].新疆有色金属,2007,30(S2):12—15.[14]宋忠友，侯宝平，袁兆平，等.新疆拜城县察尔其砂岩铜矿床地质特征与成因分析[J].地球,2013,35(8):95