何西恒 張靜 鄧小華 龍靈利 陳磊 陰元軍 張志超
斑巖型銅礦是金屬Cu的最主要來源,提供了世界約占全球Cu儲量的55%,也是全球Mo、Au、W的重要來源(Sillitoe, 2010)。這類礦床具有規(guī)模大、品位低、易選冶、露天開采等特點(diǎn),以細(xì)脈浸染狀礦石為主要礦石類型,一直備受國內(nèi)外學(xué)者的青睞(Richards, 2003; Sillitoe, 2010)。20世紀(jì)70年代,國外學(xué)者通過對俯沖帶大量斑巖型礦床的對比研究,總結(jié)了斑巖型礦床蝕變-礦化的經(jīng)典模型,即同心環(huán)狀蝕變和細(xì)脈浸染狀礦化(Lowell and Guilbert, 1970; Hollisteretal., 1974),提出了經(jīng)典的斑巖銅礦床成因模型(Sillitoe, 1972),建立了俯沖帶弧巖漿環(huán)境斑巖型礦床成礦理論體系。巖漿弧(島弧和陸緣弧)是產(chǎn)出大型斑巖銅礦最重要的場所,與板塊匯聚的俯沖作用密切相關(guān)(Sillitoe, 1972, 2010; Richards, 2003, 2009, 2011)。Cooketal.(2005)通過對世界主要斑巖銅礦帶的成礦構(gòu)造背景研究,發(fā)現(xiàn)大洋板片的低角度俯沖非常有利于形成擠壓背景下的斑巖銅礦:高角度俯沖產(chǎn)生張性弧, 以馬里亞納弧為代表;緩角度俯沖產(chǎn)生壓性弧, 以安第斯弧為代表;前者以發(fā)育弧間裂谷為標(biāo)志的張性弧, 產(chǎn)出VMS 礦床;而后者則以發(fā)育中酸性巖漿巖為特征的壓性弧, 產(chǎn)出斑巖型礦床(Uyeda and Kanamori, 1979)。
除經(jīng)典的島弧及陸緣弧環(huán)境外,斑巖銅礦床還可產(chǎn)于碰撞造山帶內(nèi),甚至產(chǎn)在陸內(nèi)環(huán)境中。Hollisteretal.(1974)研究發(fā)現(xiàn)美國阿巴拉契亞造山帶形成兩期古生代斑巖型礦床,早期為斑巖銅鉬礦,晚期為斑巖鉬鎢礦。陳衍景等(1991)建立了大陸碰撞造山成巖成礦模式,提出陸內(nèi)俯沖的上盤可依次出現(xiàn)熱液礦化帶、花崗巖基帶和斑巖帶,成巖成礦作用主要發(fā)生在碰撞造山過程中擠壓-伸展轉(zhuǎn)變期。我國大陸碰撞造山帶蘊(yùn)含了大量斑巖型礦床,如秦嶺世界級斑巖型鉬礦帶(李諾等,2007; Lietal., 2015; 陳衍景等,2020)和青藏高原世界級斑巖型銅礦帶(侯增謙和楊志明,2009;Houetal., 2015)。
中亞成礦域是全球最大的顯生宙增生型造山帶,經(jīng)歷了多洋盆、多俯沖帶、多方向復(fù)式增生造山作用,發(fā)育大規(guī)模增生成礦作用(肖文交等, 2019),蘊(yùn)含了大型-超大型斑巖銅(鉬-金)礦床,其中Aktogai-Aidarly(Cu>12Mt)、Erdenet(Cu>11Mt)、Ou Tologoi(Cu>35Mt, Au>1280t)、Kal’makyr-Dalnee(Cu>24Mt, Au >2250t)儲量位居世界前30位(Richard, 2003; Cookeetal., 2005)。
東天山造山帶位于中亞造山帶西南緣,是尋找斑巖銅礦的有利地區(qū)(王志良等,2006)。20世紀(jì)90年代以來,在東天山發(fā)現(xiàn)了土屋-延?xùn)|大型斑巖銅礦,三岔口和玉海中型斑巖銅礦,靈龍、赤湖、福興、玉帶和四頂黑山等小型斑巖銅礦。前人對這些斑巖型銅礦床的地質(zhì)特征、成礦流體、地球化學(xué)特征、成礦年代學(xué)以及礦床成因開展了大量研究工作(芮宗瑤等,2002;張連昌等,2004,2006;韓春明等,2006;王志良等,2006;申萍等,2015;Wangetal., 2016b, 2018a, 2019, 2021, 2022; 王云峰等,2016;Xiaoetal., 2017; Heetal., 2021; Zhangetal., 2022a)。本文系統(tǒng)總結(jié)了東天山斑巖銅礦床的地質(zhì)特征,探討了成巖成礦物質(zhì)來源和成礦地球動力學(xué)背景,歸納了東天山斑巖銅礦床區(qū)域成礦規(guī)律,旨在進(jìn)一步推動新疆東天山地區(qū)斑巖銅礦的找礦勘查工作。
天山造山帶位于西伯利亞克拉通和塔里木克拉通之間,中亞造山帶南緣,是中亞造山帶的重要組成部分(圖1a),從北到南可劃分為北天山、中天山和南天山(圖1b)。東天山造山帶位于新疆東部,以卡拉麥里斷裂與阿其克庫都克斷裂為界,分為三個次級構(gòu)造單元,即最北端的哈爾里克島弧帶、中部覺羅塔格構(gòu)造帶以及南端的中天山地塊(Xiaoetal., 2004; 王京彬等, 2006)。覺羅塔格構(gòu)造帶從北往南進(jìn)一步細(xì)分為大南湖-頭蘇泉島弧帶、康古爾-黃山韌性剪切帶和阿奇山-雅滿蘇弧,分別以東西向展布的康古爾斷裂和雅滿蘇斷裂為分界(圖1c;秦克章等, 2002)。大南湖-頭蘇泉島弧帶主要分布有斑巖型銅礦床和VMS型銅鋅礦床,康古爾-黃山剪切帶賦存有巖漿型銅鎳硫化物礦床、斑巖型鉬礦床和造山型金礦床,阿齊山-雅滿蘇帶發(fā)育大量的海相火山巖型鐵礦,中天山地塊地層主要為前寒武紀(jì)變質(zhì)巖系,成礦類型主要為矽卡巖型鉛鋅礦和鎢礦(Dengetal., 2017;龍靈利等,2019)。
大南湖-頭蘇泉島弧帶出露地層主要有中晚奧陶世荒草坡群大柳溝組、早志留世紅柳峽組、早泥盆世大南湖組和康古爾塔格組、早石炭世企鵝山群和小熱泉子組、晚石炭世底坎兒組和臍山組(王京彬等, 2006;龍靈利等,2019)。中晚奧陶世大柳溝組為一套海相中基性火山巖夾火山碎屑巖,底部為玄武巖,頂部為安山質(zhì)火山巖。早志留世紅柳峽組為一套海相火山沉積巖,主要為英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r和條帶狀凝灰?guī)r。早泥盆世大南湖組為一套海相火山-沉積巖,主要為海相火山碎屑巖夾中基性火山巖和碳酸鹽巖建造,康古爾塔格組為一套磨拉石建造。早石炭世企鵝山群以中酸性火山-碎屑巖為主,底部以玄武巖、玄武安山巖、安山巖、安山質(zhì)角礫熔巖、凝灰?guī)r為主;中部為含礫巖屑砂巖、凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、夾玄武巖、安山巖、安山質(zhì)角礫熔巖,及薄層狀、透鏡狀灰?guī)r;上部為砂巖、粉砂巖、角礫熔巖及復(fù)礫石,以及小熱泉子組海相火山巖夾火山碎屑巖。晚石炭世底坎兒組為一套海相火山碎屑沉積巖建造,臍山組為一套陸相火山-沉積巖建造,下部以砂巖、砂礫巖和粉砂巖為主,夾碳質(zhì)泥巖,上部發(fā)育一套陸相中酸性火山巖(龍靈利等,2019)??倒艩?黃山剪切帶主要出露地層為石炭系干墩組和梧桐窩子組,為一套剪切變形變質(zhì)強(qiáng)烈的千糜巖、沉凝灰?guī)r、砂礫巖和薄層狀灰?guī)r等,局部含火山巖(芮宗瑤等,2002)。阿齊山-雅滿蘇帶出露地層包括早石炭世阿奇山組和雅滿蘇組,其中,阿奇山組為一套海相火山巖,主要為安山巖、英安質(zhì)火山巖及火山凝灰?guī)r等,雅滿蘇組碳酸鹽巖主要為灰色微晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖等;晚石炭世地層為一套淺海相火山-沉積巖建造(王志良等,2006)。中天山地塊中主要出露前寒武紀(jì)地層,主要為中元古界長城系星星峽群和薊縣系卡瓦布拉克群的片巖、片麻巖、混合巖和大理巖(王京彬等, 2006)。
東天山巖漿活動十分強(qiáng)烈,巖漿巖分布范圍廣泛,巖性有超基性、基性、中型和酸性(圖1c)。加里東期侵入巖主要分布在大南湖-頭蘇泉島弧帶,巖性主要為石英閃長巖、花崗閃長巖、石英閃長玢巖和閃長玢巖(Chenetal., 2017;Sunetal., 2018)。海西期的中酸性巖體分布廣泛,與東天山斑巖型銅礦成礦密切相關(guān),主要分布在康古爾-黃山剪切帶南北兩側(cè),巖性為斜長花崗斑巖 (英云閃長巖)、石英鈉長斑巖和花崗斑巖(Wangetal., 2019, 2021;陳華勇等,2021)。印支期花崗巖主要分布在康古爾-黃山剪切帶的東北側(cè)和中天山地塊中,分別與斑巖型鉬礦和矽卡巖型鎢礦成礦關(guān)系密切(Dengetal., 2017;Heetal., 2022)。
東天山斑巖銅礦主要沿大南湖-頭蘇泉島弧帶呈東西向展布,含礦巖體主要為斜長花崗斑巖、石英閃長巖、閃長玢巖和石英閃長玢巖(圖1c、表1)。巖漿活動主要發(fā)生在志留紀(jì)、泥盆紀(jì)和石炭紀(jì)(表2、圖2)。根據(jù)成巖年代學(xué)和成礦年代學(xué)數(shù)據(jù)和礦床地質(zhì)特征,將東天山斑巖銅成礦作用劃分為三期:
表1 東天山斑巖銅礦床地質(zhì)特征
續(xù)表2
圖2 東天山斑巖型銅礦床成巖和成礦時間統(tǒng)計圖
(1) 志留紀(jì)成礦期:志留紀(jì)含礦巖體主要在玉帶、四頂黑山、三岔口和玉海礦區(qū)出露,但僅形成了玉帶斑巖型銅礦。玉帶礦床位于大南湖-頭蘇泉島弧帶北側(cè)卡拉塔格礦集區(qū),含銅鉬的石英閃長玢巖鋯石U-Pb年齡為453Ma,輝鉬礦Re-Os模式年齡為449Ma(Sunetal., 2018);斑狀石英閃長巖鋯石U-Pb年齡為432Ma(Chenetal., 2017),閃長玢巖鋯石U-Pb年齡為390Ma(Maoetal., 2018)。
(2)泥盆紀(jì)-早石炭紀(jì)成礦期:發(fā)育四頂黑山、三岔口和玉海等礦床。四頂黑山銅礦位于康古爾-黃山剪切帶東北側(cè),含礦巖體花崗閃長巖的鋯石U-Pb年齡為427Ma(Heetal., 2021),輝鉬礦Re-Os模式年齡為410Ma。三岔口銅礦位于大南湖-頭蘇泉島弧帶東北側(cè),含礦巖體石英閃長巖和花崗閃長巖的鋯石U-Pb年齡范圍為445~430Ma(王超等,2015;Wang and Zhang, 2016;林濤等,2017;Zhangetal., 2022a;Wangetal., 2022),輝鉬礦Re-Os模式年齡為416Ma(林濤等,2017),輝鉬礦Re-Os等時線年齡為363Ma(廖開立和呂昶良,2020)。玉海銅礦位于三岔口銅礦西側(cè)6km處,含礦巖體與三岔口銅礦類似,石英閃長巖和花崗閃長巖的鋯石U-Pb年齡范圍為443~428Ma(Wangetal., 2016b, 2018b; 劉帥杰等,2018a),輝鉬礦Re-Os等時線年齡為352Ma(Wangetal., 2016b)。
(3)中-晚石炭紀(jì)成礦期:含礦巖體主要產(chǎn)出于土屋、延?xùn)|、赤湖、福興和靈龍礦區(qū),形成了土屋、延?xùn)|、靈龍、赤湖和福興等重要礦床。土屋銅礦位于大南湖-頭蘇泉島弧帶中部,吐哈盆地南緣,康古爾斷裂以北1~3km,成礦巖體為斜長花崗斑巖(英云閃長巖),其鋯石U-Pb年齡范圍為335~333Ma(劉德權(quán)等,2003;陳富文等,2005;Shenetal., 2014b;Wangetal., 2015a),輝鉬礦Re-Os年齡為335~334Ma(Wangetal., 2021; Anetal., 2022)。延?xùn)|銅礦在土屋銅礦西側(cè)3km處,成礦巖體為斜長花崗斑巖(英云閃長巖)和石英鈉長斑巖,具有疊加成礦的特征(王云峰等,2016),早期斜長花崗斑巖的鋯石U-Pb年齡范圍為340~332Ma(陳富文等,2005;郭謙謙等,2010;Shenetal., 2014a;Wangetal., 2015b, 2018c;Xiaoetal., 2017),斜長花崗斑巖中絹云母Ar-Ar年齡為333Ma(Wangetal., 2018a),輝鉬礦Re-Os等時線年齡為331Ma(Wangetal., 2018c);晚期石英鈉長斑巖的鋯石U-Pb年齡為325Ma(Xiaoetal., 2017;肖兵等,2017),輝鉬礦Re-Os年齡325~322Ma(肖兵等,2017;Wangetal., 2018a)。靈龍銅礦位于土屋銅礦東13km處,成礦巖體為英云閃長巖,其鋯石U-Pb年齡為319Ma(Sunetal., 2020),輝鉬礦Re-Os等時線年齡為317Ma(Anetal., 2022)。赤湖銅礦位于靈龍銅礦東側(cè)15km處,庫木塔格沙壟以西,含礦巖體斜長花崗斑巖的鋯石U-Pb年齡為322Ma(吳華等, 2006),輝鉬礦Re-Os等時線年齡為316Ma(Anetal., 2022)。福興銅礦位于延?xùn)|銅礦西側(cè)12km處,含礦巖體斜長花崗斑巖的鋯石U-Pb年齡為332Ma(Wangetal., 2016c)。
玉帶銅礦位于東天山卡拉塔格礦集區(qū)西北側(cè),礦區(qū)出露地層為奧陶系大柳溝組和泥盆系大南湖組(Chenetal., 2017; 毛啟貴等,2017;Sunetal., 2018)。奧陶系大柳溝組地層主體出露于礦區(qū)中南部,大致呈北西-南東向展布,為一套巨厚的海相中基性火山巖建造,巖性以灰綠色安山巖、灰褐色英安巖為主,西部見橢圓狀、不規(guī)則狀玄武巖夾于其中,北側(cè)與石英閃長玢巖的外接觸帶500~800m范圍內(nèi),巖石具強(qiáng)硅化、黃鐵礦化、褐鐵礦化等,該礦化蝕變帶長大于3km,寬大于500m。泥盆系大南湖組地層主要出露于礦區(qū)北東及西部,與奧陶系大柳溝組呈不整合接觸關(guān)系,為一套中酸性火山巖、火山碎屑巖建造,巖性以生物碎屑灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、礫巖為主,次為英安巖、火山角礫巖、安山巖等(Chenetal., 2017; Sunetal., 2018)。礦區(qū)斷裂主要有NNW向、近EW向和NE向三組。礦區(qū)侵入巖和火山巖十分發(fā)育,侵入巖以中酸性巖為主,次為基性巖和酸性巖,巖性有閃長巖、閃長玢巖、石英閃長玢巖、輝長巖、輝綠巖及霏細(xì)巖等,規(guī)模大小不等,但多以巖珠狀、巖脈狀產(chǎn)出?;鹕綆r以中基性巖和中酸性巖為主,其中奧陶系大柳溝組主要為一套中基性火山巖,巖性有玄武安山巖、安山巖;泥盆系大南湖組主要為一套中酸性火山巖,巖性有英安巖、安山巖(圖3a,Chenetal., 2017)。
圖3 玉帶銅礦礦區(qū)地質(zhì)圖(a, 據(jù)Chen et al., 2017修改)及56勘探線剖面圖(b, 據(jù)Chen et al., 2017修改)
玉帶銅(金、鉬)礦床以銅為主,伴生金和鉬。礦(化)體主要產(chǎn)于北西西走向的石英閃長玢巖巖枝及其與圍巖接觸部位(圖3b),巖體全巖礦化,長2.5km,寬幾米到300m,平均寬約為250m,探槽刻槽樣Cu品位0.10%~0.98%,Au 品位0.08~12g/t,伴生少量大于0.001%的鉬礦化,發(fā)育少量夾石,控制銅礦(化)體11條,單礦體呈北西西走向條帶狀,長100~800m,寬幾米到50m(毛啟貴等,2017)。 玉帶礦床地表發(fā)育氧化礦體,主要以孔雀石化、黃鉀鐵礬化、赤鐵礦化為主,礦體深部原生銅、鉬、金礦體為石英-硫化物脈,呈浸染狀、脈狀及網(wǎng)脈狀,發(fā)育鉀化、硅化、磁鐵礦化等典型斑巖礦床圍巖蝕變,石英-黃銅礦-輝鉬礦細(xì)脈主要賦存于絹英巖化和青磐巖化帶(毛啟貴等,2017)。礦石礦物主要為黃銅礦、黃鐵礦、磁鐵礦、輝鉬礦和斑銅礦等,脈石礦物有石英、綠泥石、綠簾石、鉀長石、黑云母、絹云母、方解石等,成礦期次分為四個階段:(1)石英-磁鐵礦階段;(2)石英-鉀長石-黃鐵礦階段;(3)石英-黃鐵礦-黃銅礦-輝鉬礦階段;(4)石英-碳酸鹽-石膏階段(Chenetal., 2017)。
三岔口銅礦位于東天山大南湖-頭蘇泉島弧帶的東段。地層出露較少,礦區(qū)出露地層主要為石炭系兔子山組、梧桐窩子組和干墩組,第三系葡萄溝組及第四系(秦克章等, 2009)。石炭系兔子山組分布于礦區(qū)東北部,巖性主要為石英角斑巖、角斑質(zhì)凝灰?guī)r,且大部分為殘留體,石炭系干墩組碎屑巖位于礦區(qū)南側(cè)。礦區(qū)整體受北東向主斷裂構(gòu)造控制,有NE向和NW向兩組韌性剪切構(gòu)造發(fā)育。 礦區(qū)內(nèi)主要發(fā)育加里東期中-酸性侵入巖,約占礦區(qū)面積的75%。除部分脈巖外,礦區(qū)侵入巖體主要由石英閃長巖、花崗閃長巖、鉀長花崗巖等組成(圖4a)。
三岔口銅礦分為三岔口和三岔口西兩個礦區(qū)。三岔口西為三岔口礦體向西延伸的一部分,埋深在200~700m左右,均為隱伏銅礦體(新疆地礦局物化探大隊,2010)。目前共圈定銅礦體36個,其中工業(yè)礦體18個,低品位礦體18個。銅礦體賦存于志留紀(jì)侵入的石英閃長巖體中,礦體主要呈透鏡狀、板狀,單工程見礦最大厚度39m,傾向330°,傾角5°~60°,礦石由細(xì)粒浸染黃銅礦、黃鐵礦組成(新疆地礦局物化探大隊,2010)。礦體局部受后期構(gòu)造、含礦熱液疊加可形成較富的銅鉬礦體,圍巖蝕變以一套斑巖成礦系統(tǒng)典型蝕變(黑云母化、絹英巖化、青磐巖化)為主,銅礦化主要發(fā)育于絹英巖化帶內(nèi),其礦化蝕變特征和該區(qū)西側(cè)的玉海銅鉬礦尤為相似,含礦巖體石英閃長巖地表及淺部礦化蝕變?yōu)榍啾P巖化(綠簾石化、綠泥石化)、褐鐵礦化、黃鐵礦化為主。淺部至中部礦化蝕變以絹英巖化、硅化為主,中深部礦化蝕變以絹英巖化、硅化、黃銅礦化、黃鐵礦化為主,深部以鉀化、黑云母化為主(圖4c)。三岔口西礦區(qū)具有典型的斑巖礦化蝕變特征,基于手標(biāo)本和顯微鏡下觀察,將其成礦階段劃分為:(1)黑云母-磁鐵礦-鉀長石-綠泥石階段;(2)石英-絹云母-綠簾石-黃鐵礦階段;(3)綠簾石-綠泥石-石英階段。
圖4 三岔口銅礦礦區(qū)地質(zhì)圖(a, 據(jù)新疆地礦局物化探大隊,2010(1)新疆地礦局物化探大隊. 2010. 新疆哈密市三岔口銅礦(西礦段)詳查報告修改)、0線勘探線礦體剖面圖(b, 據(jù)林濤等,2017修改)及0線勘探線蝕變分帶剖面圖(c, 據(jù)Zhang et al., 2022a修改)
三岔口礦區(qū)主要發(fā)育在受北東向脆韌性剪切帶控制的石英閃長巖和花崗閃長巖中,巖體中斷裂構(gòu)造發(fā)育,控礦作用明顯,變形變質(zhì)活動強(qiáng)烈。其中I號礦體位于巖體東段,與圍巖呈漸變關(guān)系, 由浸染狀礦石構(gòu)成,礦石礦物以黃銅礦、黃鐵礦為主;II號、III號礦體位于巖體中部,礦化與I號礦體類似;IV號礦體礦石礦物主要為黃銅礦和輝鉬礦;V號礦體位于IV號下部,規(guī)模較大,東西向延伸約1000m,主要為細(xì)脈狀和浸染狀, 礦體埋深340~570m,厚3~34m,礦石礦物為黃銅礦和輝鉬礦;VI 號礦體是礦區(qū)目前所發(fā)現(xiàn)的規(guī)模最大的地表礦體,礦體產(chǎn)于NW與NE向兩組斷裂的交匯處,在礦體中常見有后期含銅石英脈、網(wǎng)脈貫入(秦克章等, 2009)。三岔口礦區(qū)圍巖蝕變廣泛發(fā)育,主要為沸石化、硅化、黑云母化和綠簾石化,其中沸石化是該礦區(qū)最主要蝕變,通常沸石化越強(qiáng)礦化也就越強(qiáng)。含礦巖體石英閃長巖受到強(qiáng)烈韌性剪切作用,角閃石、黑云母和石英定向排列,伴隨著強(qiáng)糜棱巖化。地層圍巖千枚巖化,可見大量晚期石英-硫化物-沸石脈交代志留紀(jì)石英閃長巖,同時可見黃銅礦-黃鐵礦-磁鐵礦脈貫入變形定向排列的石英閃長巖中。基于手標(biāo)本和顯微鏡巖相學(xué)觀察,將其成礦階段劃分為:(1)黃銅礦-斑銅礦-黃鐵礦階段;(2)沸石-黃銅礦-黃鐵礦-斑銅礦-綠簾石階段;(3)沸石-石英-綠簾石-方解石階段。
土屋銅礦位于吐哈盆地南緣,康古爾斷裂以北,礦區(qū)發(fā)育近東西向、北西向和北東向斷裂,出露的地層主要為石炭系企鵝山群、侏羅系西山窯組以及第四系(圖5a),銅礦體主要賦存于企鵝山群地層和石炭紀(jì)斜長花崗斑巖中(Wangetal., 2019;陳華勇等,2021)。企鵝山群主要包含三個巖性段:第一段緊鄰康古爾斷裂,主要由碎屑巖組成;第二段主要由中基性熔巖組成,包括玄武巖、玄武安山巖和安山巖等,夾有英安巖和火山碎屑巖;第三段主要緊鄰大草灘斷裂,主要由碎屑巖及中酸性火山巖組成,企鵝山群整體上南傾(侯廣順等,2005)。前人獲得企鵝山群玄武巖和安山巖鋯石U-Pb年齡為346~336Ma之間(張連昌等,2004;侯廣順等,2005),表明企鵝山群的成巖時間為中石炭世,為成礦前的火山巖。
礦區(qū)斜長花崗斑巖和銅礦化關(guān)系密切。盡管斜長花崗斑巖僅有少量出露,僅占賦礦巖石的20%左右,但這些巖石幾乎全巖礦化,礦化和蝕變以斜長花崗斑巖為中心對稱分布(圖5b-d)。土屋銅礦主要由兩個礦體組成,三分之二的礦體產(chǎn)于斑巖體上覆圍巖中,I號礦體位于礦區(qū)東北側(cè),基本產(chǎn)于斜長花崗斑巖中,礦體長1200m,最大埋深100m,礦體形態(tài)呈不規(guī)則的似透鏡狀、條帶狀,剖面形態(tài)呈似板狀,礦體走向在不同地段變化明顯,傾角在不同的深度變化不大,礦體單工程最大厚度27m,最小僅0.6m,一般厚度在3~10m之間,平均厚度9.1m。礦體由碎裂狀閃長玢巖型、斜長花崗斑巖型礦石組成,斜長花崗斑巖型礦石主要呈脈狀穿插于閃長玢巖型礦體中;II號礦體位于礦區(qū)西南側(cè),東西向延伸,礦體主要賦存于地層(玄武巖、安山巖和凝灰?guī)r)中,小部分賦存于斜長花崗巖中,主要由氧化礦體和原生礦體組成,氧化礦體長990m,厚5~106m,平均厚62.5m;原生礦體厚長900m,厚0.9~141.5m,平均51.7m;III號礦體位于II號礦體西南側(cè),礦體形態(tài)呈不規(guī)則的透鏡狀,沿走向由東向西具膨大-分支-復(fù)合狹縮-再分支的現(xiàn)象,沿傾向由地表向深部明顯變薄,總體呈“楔”型狀,礦體長400m,最大厚度53m,最小7m,平均厚度28.5m,礦體總體走向92°,傾向南,傾角70°~82°,沿傾向產(chǎn)狀逐漸變陡(新疆地礦局第一地質(zhì)大隊,2011)。
金屬礦物主要包括黃銅礦、黃鐵礦、斑銅礦、輝鉬礦、磁鐵礦、輝銅礦,脈石礦物有石英、絹云母、綠簾石、綠泥石、黑云母、鉀長石、石膏(Wangetal., 2021)。成礦主要與斜長花崗斑巖侵入有關(guān),礦體大都發(fā)育絹英巖化,在靠近斜長花崗斑巖的石英-硫化物脈與圍巖接觸位置兩側(cè),可見明顯對稱的鉀化蝕變,礦體深部發(fā)育上百米強(qiáng)硅化帶。從下至上、從中心到兩側(cè)依次為強(qiáng)硅化帶、黑云母-磁鐵礦帶、石英-絹云母帶、青磐巖化帶(圖5d)。斑巖成礦期成礦階段劃分為:(1)石英-黑云母-磁鐵礦-鉀長石階段;(2)石英-多金屬硫化物階段;(3)沸石-石英-硫化物階段;(4)石英-碳酸鹽階段。
圖5 土屋銅礦礦區(qū)地質(zhì)圖(a, 據(jù)新疆地礦局第一地質(zhì)大隊,2011(2)新疆地礦局第一地質(zhì)大隊. 2011. 新疆維吾爾自治區(qū)哈密市土屋銅礦床勘探報告修改)及7號勘探線礦體及蝕變剖面圖(b-d, 據(jù)潘鴻迪等,2013修改)
東天山斑巖型銅礦床的流體包裹體研究表明,成礦流體為中高溫、中高鹽度的H2O-NaCl±CO2體系,具有明顯的巖漿熱液特征。氫氧同位素表明斑巖銅礦床成礦流體以巖漿水為主,后期加入了大氣降水。硫同位素顯示成礦流體為巖漿熱液。
表3 東天山斑巖銅礦床流體包裹體組成特征
東天山斑巖銅礦床具有相似的氫-氧同位素組成(表4、圖6)??傮w上石英中流體包裹體的δD集中在-56‰~-95‰之間,δ18O水為-8.6‰~9.0‰。不同斑巖銅礦床各成礦階段石英的氫-氧同位素組成略有差異(表4),大都位于巖漿水和大氣降水線之間,少部分位于巖漿水區(qū)域(圖6),表明成礦流體為巖漿水和大氣降水的混合熱液。土屋銅礦石英中δ18O水值從成礦早階段到晚階段具有明顯逐漸降低的趨勢,早階段和中階段的樣品點(diǎn)大都落在巖漿水范圍,晚階段的樣品點(diǎn)位于巖漿水和大氣降水線之間的區(qū)域,表明成礦晚期有大氣降水的混入(Zhangetal., 2019)。延?xùn)|、玉海和福興銅礦的石英氫-氧同位素大都落在巖漿水和大氣降水線之間,表明成礦熱液為巖漿水和大氣降水混合流體(Wangetal., 2016a, 2017;劉帥杰等,2018b)。大氣降水可能是沿著區(qū)域大斷裂或次級斷裂以及裂隙滲入到巖石中,與斑巖成礦巖漿熱液混合,導(dǎo)致成礦流體溫度驟降,使得成礦金屬物質(zhì)沉淀成礦。
圖6 東天山斑巖銅礦床成礦流體氫氧同位素組成
表4 東天山斑巖銅礦床氫-氧同位素組成(SMOW標(biāo)準(zhǔn))
東天山斑巖銅礦床硫化物硫同位素組成見表5和圖7。硫同位素顯示其具有明顯的巖漿硫特征(δ34S值范圍為-3.9‰~4.4‰,集中分布于-2‰~2‰)。土屋銅礦主成礦階段黃鐵礦、黃銅礦、輝鉬礦、硫砷銅礦和斑銅礦δ34S值為-3.9‰~4.4‰(Hanetal., 2006; Wangetal., 2015a, 2021)。延?xùn)|銅礦主成礦階段黃鐵礦和黃銅礦δ34S值為-3.3‰~0.8‰(Wangetal., 2017)。三岔口銅礦成礦期的黃銅礦、斑銅礦、銅藍(lán)和輝鉬礦δ34S值為-2.7‰~1.9‰(Zhangetal., 2022a)。玉海銅礦主成礦階段的黃鐵礦、黃銅礦和輝鉬礦的δ34S值為-3.4‰~0.4‰(劉帥杰等,2018b;Zhangetal., 2022b)。福興銅礦成礦期的黃鐵礦、黃銅礦和輝鉬礦的δ34S值為-1.9‰~0.1‰(Wangetal., 2016a)??傊瑬|天山斑巖銅礦床礦石中的硫化物硫同位素顯示具有巖漿硫特征,成礦流體性質(zhì)應(yīng)為巖漿熱液。
圖7 東天山斑巖銅礦床S同位素分布圖
表5 東天山斑巖銅礦床硫同位素
東天山斑巖型銅礦帶的巖體形態(tài)相對簡單,多呈長條形、橢圓形或不規(guī)則狀,以巖株、巖瘤和巖枝產(chǎn)出,分為兩大類:(1)志留紀(jì)-泥盆紀(jì)石英閃長巖和石英閃長玢巖,主要在三岔口、玉海、玉帶和四頂黑山礦區(qū)出露,成礦年齡遠(yuǎn)小于成巖年齡,故這些巖體在成礦過程中相當(dāng)于賦礦圍巖,真正的成礦斑巖體可能隱伏于礦區(qū)深部,因此志留紀(jì)石英閃長巖對晚期斑巖成礦貢獻(xiàn)不大,也可稱為“貧礦巖體”;(2)石炭紀(jì)斜長花崗斑巖(英云閃長巖)、石英鈉長斑巖和花崗閃長斑巖,主要在土屋、延?xùn)|、福興、赤湖、靈龍和帕爾塔格西礦區(qū)發(fā)育,成巖和成礦年齡相近,應(yīng)為成礦巖體,可稱為“含礦巖體”。
4.2.1 巖體地球化學(xué)特征