达坂城铜沟铜矿床地质特征及流体包裹体研究

李平，朱志新，，陈川，刘鑫，陈邦学，靳刘圆，黄黎明

（1.新疆地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.新疆大学新疆中亚造山带大陆动力学与成矿预测实验室，新疆 乌鲁木齐 830047）

达坂城铜沟铜矿床地质特征及流体包裹体研究

李平1，朱志新1，2，陈川2，刘鑫2，陈邦学2，靳刘圆2，黄黎明2

（1.新疆地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.新疆大学新疆中亚造山带大陆动力学与成矿预测实验室，新疆 乌鲁木齐 830047）

新疆达坂城铜沟铜矿床产于下石炭统七角井组一套火山-沉积岩地层中，矿体受断裂控制，呈脉状、似层状产出。流体包裹体研究表明，方解石矿物中以发育NaCl-H2O型气液包裹体为特征。测温结果显示，成矿流体完全均一温度为93℃～340℃，峰值130℃～170℃；冰点温度峰值-2.8℃～-0.1℃；流体盐度峰值为0.18%～4.65%NaCleqv，流体密度为0.59×10-3～0.97×10-3kg/m3，平均0.89×10-3kg/m3，表明成矿流体具有低温度、低盐度、低密度的流体特征。对成矿压力和深度的估算表明，成矿压力为11.9～80 MPa，捕获深度小于2.67 km，表明其具浅成热液矿床的特征。同时硫同位素显示出混合硫特征。结合矿床地质特征，铜沟铜矿床属中低温脉状热液矿床。

新疆；达坂城；铜沟；地质特征；流体包裹体

博格达造山带近年来成为研究学者关注的焦点，对该造山带大地构造进行岛弧、弧后盆地、大陆裂谷等构造环境的探讨［1-5］。越来越多的岩石学、地球化学、同位素地质学等证据表明其更倾向于石炭纪大陆裂谷［6-8］。同时研究还表明该地区岩浆活动频繁，区域地质构造复杂，成矿地质条件优越，资源潜力巨大。随着近几年国家地质工作战略西移，该区实施完成了一批重要的区域地质调查、找矿、科研等项目，在该地区发现了一批重要的铜矿资源，如铜沟、杏树沟、庙儿沟、凤凰泉铜矿等。达坂城铜沟铜矿矿床成因目前尚存争议，主要为热液充填交代成因和沉积-热液叠加改造型层控成因［9-11］。笔者在研究矿床地质特征基础上，结合流体包裹体、硫同位素分析，探讨了该矿床成矿流体特征及成矿物质来源，旨为探讨该地区矿床成因奠定基础。

1 区域地质

博格达西段地区大面积出露上石炭统，近年来在该地区识别出下石炭统七角井组［12-13］，该组第一岩性段主要岩性为灰绿色杏仁状玄武岩、灰绿色安山质火山角砾岩、灰色安山质岩屑晶屑凝灰岩夹深灰绿色杏仁状安山岩、灰绿色凝灰质粉砂岩、玄武岩、钙质砾岩；第二岩性段主要岩性为深灰色细砂岩与浅灰黑色含细砂团块钙质粉砂岩不均匀互层，局部夹含砾粗砂岩。达坂城铜矿区主要出露下石炭统七角井组，分布于庙儿沟背斜核部和铜沟向斜南翼，岩性为灰色细砂岩和灰黑色条带状粉砂岩夹岩屑砂岩，岩石碎屑成分复杂，除长石和石英外，常见中酸性和酸性火山岩岩屑，与上覆地层呈整合接触。

矿区褶皱和断裂构造极发育，与矿化关系密切。以近EW向褶皱和压扭性断裂为主体，派生的EW向、NE向次级断裂，与近NS向断裂交切构成本矿区的构造格架。EW向褶皱构造主要有横贯全区庙儿沟背斜和横贯矿区南部的铜沟向斜，及矿区北部一些小型背向斜。庙儿沟背斜在矿区中部，呈近EW向展布，于庙儿沟以东折向北东倾伏，背斜翼部地层一般30°～50°，南翼地层比北翼要陡，轴面向北倾斜。铜沟向斜呈近EW向横贯矿区南部，在铜沟、苇草沟间紧闭，向东、西两侧散开变得开阔。其北翼地层倾角约40°，南翼地层倾角约30°，轴面略向北倾斜。铜沟和苇草沟似层状、层状铜矿则分别位于该向斜的南翼和北翼，庙儿沟脉状铜矿则位于背斜核部偏北，其他铜矿则分布于背斜的两翼。

矿区内岩浆活动较强。以侵入作用为主，表现为浅成、超浅成岩的特点。侵入岩多呈岩床、岩墙、岩脉等产出，规模一般不大，以顺层或切层分布，侵入或切穿下石炭统七角井组，SHRIMP锆石U-Pb测年获得年龄为332 Ma、335 Ma（图1）［12-13］❶❶新疆第二区域地质调查大队.新疆天山牧场1∶5万区域地质调查，2013，表明其属华力西中晚期岩浆侵入活动的产物。区内侵入岩以辉绿岩和闪长（玢）岩为主。主要出露在矿区南部铜沟向斜，不同岩性侵入岩具相对集中分布特点。

图1 达坂城铜矿集区地质简图Fig.1 Geological sketch map of Dabancheng ore district

2 矿床地质特征

矿体分布于下石炭统七角井组凝灰质细砂岩、粉砂岩中，主要呈似层状、层状、透镜状，与地层产状基本一致（图2），走向近EW向，倾向近正北，部分为受构造裂隙和岩脉控制的脉状矿体。目前共圈定5条矿体，均受断裂构造或地层控制，倾角一般大于60°（图2）。矿体规模在地表相对较小，一般呈断续展布，厚1～4 m。据深部工程和民采坑道揭露，深部矿体规模大于地表，且常连成一体，如铜沟3号矿体，在地表呈断续分布，而深部连成一体长约550 m的矿体，平均厚约9 m。

矿石矿物为以黄铜矿、黄铁矿为主，次为蓝铜矿、斑铜矿等（图3-a），伴生有少量闪锌矿、方铅矿等，脉石矿物为石英、方解石。矿石构造主要见有浸染状、角砾状、细脉状、网脉状、块状等（图3-b，c）。据野外观察和显微镜下矿物相互穿插、包裹关系（图3-e，f），将成矿过程分为3个阶段：①黄铁矿阶段，该阶段黄铁矿大多呈自形-半自形粒状结构，晶形多为立方体、五角十二面体，显示了高温成因，黄铁矿大多被后期形成的黄铜矿包裹；②黄铜矿阶段，该阶段为铜矿的主成矿阶段，以形成大量黄铜矿、黄铁矿为特征，多为半自形-他形粒状结构，黄铁矿呈半自形等粒结构，黄铜矿包裹早期形成的黄铁矿；③碳酸盐岩阶段，该阶段除了形成细粒星点状黄铁矿外，主要形成碳酸盐岩脉，充填于早期形成的黄铁矿、黄铜矿的空隙中。主要围岩蚀变有硅化、孔雀石化、黄铁矿化等（图3-a）。

3 流体包裹体研究

图2 铜沟铜矿5号勘探线剖面图Fig.2 The No.5 section of Tonggou copper deposit

图3 铜沟铜矿野外地质特征及显微镜下组构特征Fig.3 Field geology and fabric characteristics under the microscope of Tonggou copper

本次选取碳酸盐岩成矿阶段（Ⅲ）的6件方解石包裹体（图3-d），样品均采自铜沟铜矿的坑道内，通过对样品进行岩相学和流体包裹体观察，选取了其中适合进一步做冷热台的包裹体片（包裹体长轴大于5 μm；数量多；相界限清晰）作为研究对象。包裹体显微测温在新疆大学地质与矿业工程学院流体包裹体实验室完成，所用的仪器为Linkam THMS600冷热台，测温范围为-196℃～+600℃，运用美国FLUID INC公司的人工合成流体包裹体标准样品进行冷热台温度标定。流体包裹体测温过程中升温速率为1℃～5℃/min，在水盐包裹体冰点温度附近降到0.1℃～0.5℃/min。水盐包裹体的盐度根据冰点温度和盐度-冰点关系表查出［14］，成矿流体的密度利用Flincor软件据显微测温数据计算获得［15］。

3.1 流体包裹体类型

达坂城铜沟铜矿床方解石中捕获的原生流体包裹体类型较单一，主要发育水溶液包裹体，缺乏含CO2包裹体及含子矿物包裹体，据流体包裹体室温下的相态及气液相比例［16-17］，将包裹体分为以下3类：

气液两相富液相包裹体（Ⅰ型）室温下有气相（V）和液相（L）两相，气液相比在5%～40%，多为10%。包裹体个体较小，长轴大多小于5 μm，少数长轴达10 μm，常温下较稳定。多呈负晶形（图4-a，c，e）、椭圆状（图4-d）、规则状（图4-f）等独立或成群分布。

气液两相富气相包裹体（Ⅱ型）室温下有液相水溶液（L）和气相（V）两相，但气液比大于50%。包裹体长轴约10 μm，主要为规则状、负晶形独立或成群分布（图4-b）。

纯液相单相包裹体（Ⅲ型）室温下为液相水溶液单一相，降温过程中不出现气相。该类型包裹体分布广泛。长轴变化于3～10μm，呈椭圆状、负晶形、不规则状等独立或成群分布（图4-c）。

3.1.1 流体包裹体显微测温

本文对气液两相水溶液包裹体进行测温（表1），通过测温得出：在冷冻-回升过程中，测得的冰点温度为-6.8℃～-0.1℃（图5-a）；对应盐度为0.18%～10.24%NaCl.eqv，平均1.82% NaCl.eqv；冰点峰值为-2.8℃～-0.1℃，对应盐度为0.18%～4.65%NaCl.eqv（图5-b）；计算获得的流体密度为0.59×10-3～0.97×10-3kg/m3（图5-d），平均0.89×10-3kg/m3；完全均一温度93℃～340℃，峰值集中于130℃～170℃（图5-c），平均174℃。由此可见，成矿流体显示了低盐度和低密度流体的特征，铜沟铜矿床总体显示出了中低温热液矿床的信息。

4 讨论

据流体包裹体的均一温度和盐度，利用邵洁涟计算流体压力经验公式［18］：P=P0t/t0，其中初始压力P0=219×s+2620×s，初始温度t0=374×s+920×s，s为盐度，t为均一温度。估算获得碳酸盐岩成矿阶段（Ⅲ）的成矿压力为11.9～80.0 MPa，该阶段成矿深度小于2.67 km。表明达坂城地区铜沟铜矿床成矿流体不仅具中低温、低盐度、低密度等特征，还表明其形成于浅成环境。此外，马学玉、张锐、莫江平等先后对本区不同产状黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、闪锌矿等单矿物进行了硫同位素分析［9-11］，所采集的29件样品硫同位素值均为正值，全区δ34S‰变化范围1.28～15.78‰，相对集中于7‰～11‰，平均8.24‰，反映硫源可能来源于壳源硫，具海水和岩浆水混合的特点。因此，达坂城地区铜沟铜矿床可能是在同生沉积矿胚层的基础上，受后期构造活动影响，热液叠加改造而成的中低温脉状热液铜矿床。

图4 铜沟铜矿方解石流体包裹体显微照片Fig.4 Photomicrograph of fluid inclusions in calcite of Tonggou copper deposit

表1 气液两相水溶液包裹体显微测温数据Table 1 Microthermometric data of liquid-rich two-phases aqueous inclusions

对铜沟铜矿床的形成时代，李华芹等对铜矿铜矿区中部的闪长玢岩脉进行了年代学研究，获得Rb-Sr等时线年龄为339 Ma［19］，表明该闪长玢岩体侵位时代为石炭纪中期，同时也表明铜沟铜矿床可能形成于中晚石炭世。同时，李平等通过锆石U-Pb法发现了该地区发育石炭纪中期岩浆活动（332 Ma、335 Ma）［12-13］。同时近年来最新的1∶5万区调成果表明，达坂城地区同时还发育大面积与区域构造线方向一致的二叠纪辉绿岩❶❶新疆第二区域地质调查大队.新疆天山牧场1∶5万区域地质调查，2013，表明博格达造山带在中晚石炭世至早二叠世期间，先后经历了碰撞挤压环境转向伸展拉张环境，达坂城地区下石炭统七角井组在整个大地构造演化过程中，可能为达坂城地区铜矿的富集成矿提供了矿源层，在岩浆-构造活动影响下，铜沟铜矿床受后期热液叠加改造作用，最终形成中低温脉状热液铜矿床。铜沟铜矿床成因的厘定对于讨论整个达坂城铜矿集区矿床成因具重要的意义。

5 结论

（1）铜沟铜矿矿体主要呈似层状、层状、透镜状分布于下石炭统七角井组中，其成矿过程可分为3个阶段：黄铁矿阶段（Ⅰ）、黄铜矿阶段（Ⅱ）及碳酸盐岩阶段（Ⅲ）。

图5 铜沟铜矿床流体包裹体数据直方图Fig.5 Histogram showing fluid inclusion data of Tonggou copper deposit

（2）铜沟铜矿流体包裹体主要有3类，即气液两相富液相水溶液包裹体、气液两相富气相水溶液包裹体和纯液相水溶液包裹体。成矿流体冰点峰值为-0.1℃～-2.8℃，对应的盐度为0.18%～4.65%NaCl.eqv，平均1.8%NaCleqv；完全均一温度变化范围为93℃～340℃，平均174℃；流体密度为0.59×10-3～0.97×10-3kg/m3；成矿压力11.9～80.0 MPa，成矿深度小于2.67 km。

（3）金属硫化物样品δ34SCDT=1.28‰～+15.57‰，表明硫源为海水硫和岩浆硫的混合硫。其成矿时代为339 Ma。达坂城铜沟铜矿床产于下石炭统七角井组，受后期断裂控矿，初步认为其为中低温脉状热液矿床。

致谢：野外期间得到了新疆地矿局第二区域地质调查大队达坂城项目和天山牧场项目的大力支持，在此表示感谢！

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Geological Characteristics and Fluid Inclusions Studies of Tonggou Copper Deposit of Dabancheng Area，Xinjiang

Li Ping1，Zhu Zhixin1，2，Chen Chuan2，Liu Xin2，Chen Bangxue2，Jin Liuyuan2，Huang Liming2
（1.Geological research academe of Xinjiang，Urumqi，Xinjiang，830011，China；2.Xinjiang Key Laboratory for
Geodynamic Processes and Metallogenic Prognosis of the Central Asian Orogenic Belt，Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang，830047，China）

Tonggou copper deposit produced in volcanic-sedimentary formation in Lower Carboniferous Qijiaojing Group（C1qj）in Dabancheng，Xinjiang.Orebody produced as vein and stratoid，and controlled by fault structure.The study indicates that fluid inclusions have the characteristics of development NaCl-H2O type gas-liquid in this area.The temperature results show that the homogenization temperatures range from 93°C to 340.4°C，peak of 130°C to 170°C；The fluid salinity peak values range between 0.18%～4.96%NaCleqv；The fluid density ranges from 0.589×10-3to 0.966×10-3kg/m3，and an average of 0.89×10-3kg/m3.It indicates that the ore-forming fluid of Tonggou copper deposit has the characteristics of low temperature，low salinity，and low density fluid.To estimate and get the mineralization pressure of 11.9 to 80 MPa，capture depth of less than 2.67 km.It shows the characteristics of epithermal deposits.Simultaneously sulfur isotope has the characteristic of hybrid sulfur.Combined the geological characteristics of this deposit，the Tonggou copper deposit belongs to intermediate temperature hydrothermal veins deposit.

Xinjiang；Dabancheng；Tonggou copper deposit；Geological characteristic；Fluid inclusions

1000-8845（2015）01-51-05

P618.41

A

项目资助：十二五科技支撑计划重点项目博格达-哈尔里克成矿带铜-金成矿条件研究及靶区评价（2011BAB06B04-2）和新疆中亚造山带大陆动力学与成矿预测实验室开放课题（XJDX1102-2011-04）共同资助

2013-11-12；

2014-04-24；作者E-mail：liping3731@163.com

李平（1987-），男，新疆乌苏人，硕士，2014年毕业于新疆大学岩石学、矿物学、矿床学专业，矿物学、岩石学、矿床学专业，主要从事造山带、火山岩与成矿的研究