哈密白山钼矿地质特征及地球物理响应

卢鸿飞路魏魏王恒杨永强安敬国文鹏（新疆地质矿产勘查开发局第六地质大队　哈密839000　中国地质大学地球科学与资源学院北京100083　保定华北工程勘测设计研究院　保定071051）



哈密白山钼矿地质特征及地球物理响应

卢鸿飞①路魏魏①王恒①②杨永强②安敬国③文鹏②
（①新疆地质矿产勘查开发局第六地质大队哈密839000②中国地质大学地球科学与资源学院北京100083③保定华北工程勘测设计研究院保定071051）

摘要哈密白山钼矿位于东天山觉罗塔格石炭纪裂陷槽内。矿区出露上石炭统干墩组地层，康古尔塔格深大断裂之次级干墩断裂在矿区北侧通过。钼矿体产于隐伏似斑状二长花岗岩上部热接触变质角岩带石英网脉中，隐伏岩体顶部具有钾化和金属硫化物矿化。岩石化学、微量元素地球化学、同位素年龄等分析认为白山钼矿为斑岩型钼矿床。白山钼矿共圈定钼矿体50个，4号、5号钼矿体为主矿体，矿体长90~2 700 m，真厚度0.88~40.17 m，最大厚度107.50 m，钼品位0.03%~0.59%，矿床平均品位0.053%。主矿体呈似层状，小矿体多为透镜状、脉状。CSAMT测深和重力测量能够较好地反映隐伏花岗岩体的就位空间和大致的侵入界线，钻探验证深部隐伏花岗岩对应高阻高重力异常，200~2 500 Ω·m中低阻异常围绕高阻高重异常的周边分布，对应的是含矿角岩带,预测隐伏花岗岩的顶盖角岩带是钼矿的赋存空间，白山钼矿的预测远景资源量可达大型矿床规模。

关键词白山钼矿斑岩型CSAMT地球物理响应新疆哈密

白山钼矿位于新疆东天山地区,该区在晚古生代经历了后碰撞构造演化阶段[1-3],三叠纪时进入了板内演化阶段[4-6]。哈密白山钼矿床处于东天山觉罗塔格金铜镍锌铁稀有金属成矿带土屋-黄山金铜镍锌钼稀有金属成矿亚带中[7]，位于那拉提-红柳河板块缝合带北侧的觉罗塔格石炭纪裂陷槽内[8-10]。1987年，新疆地矿局第六地质大队在检查20万化探异常时发现白山钼矿，2002年对其开展了初步普查评价，推测矿床与斑岩关系密切,角岩带石英网脉控制钼矿体产出。之后，不同学者进行了矿床地质特征、蚀变分带、找矿标志[11]、成岩成矿地球化学和同位素年代学[12],对一些矿床的基本问题进行了探讨。2010年笔者参加自治区深部找矿项目,应用可控源音频大地电磁（CSAMT）测深和重力勘探技术方法，施工深钻对物探异常进行验证，在深部发现了含浸染状金属硫化物的酸性侵入体，证实了白山钼矿为斑岩型钼矿的地质推断，预测隐伏酸性侵入体顶盖为白山钼矿的赋存空间，为进一步勘查和远景评价提供了有效的地球物理找矿模式。

1　区域地质背景

新疆哈密地区白山钼矿位于哈萨克斯坦-准噶尔板块南缘干墩-苦水早石炭世裂陷槽边缘相带[13]，区内晚古生代长期受南北拉张构造活动的控制，出现以康古尔、雅满苏、阿奇克库都克-沙泉子为代表的一系列北东东向大断裂。规模巨大的深大断裂不仅控制着该区岩浆侵入活动，本区石炭纪-三叠纪岩浆活动与成矿作用关系密切。出露的岩浆央岩主要是华力西中晚期的，而晚石炭世至早二叠世为闭合-褶皱回返造山期，构造-岩浆强烈活动，形成了一系列的基性-超基性岩浆型铜镍矿、斑岩型铜钼矿等(图1)。

2　矿床地质特征

2.1地层

哈密钼矿区出露地层主要为下石炭统的干墩组（C1g）(图2)，岩性为区域变质作用形成的一套细碧质绿片岩、微晶片岩、热变质角岩。

下石炭统干墩组地层是区内的主要出露地层,根据岩性特征可将其从下至上可分为4个岩性段:

第一岩性段(C1g1)：该岩石分布于矿区南北两侧，组成白山向斜的两翼。岩性为含炭黑云母微晶片岩，其间夹有二云母微晶片岩、黑云母微晶片岩。岩层片理较发育，局部存在变余层理和变余微细沉积韵律。

第二岩性段(C1g2)：该岩石分布于矿区中部偏南侧，近东西向遍布全区，组成白山向斜核部偏南翼地层。该地层倾向北，倾角70°~78°,其中构造裂隙发育，石英网脉十分发育。该岩层普遍受到较强的热变质作用。该段岩性主要为黑云母长英质角岩，间有堇青石二云母长英质角岩、黑云母微晶片岩、阳起绿帘片岩。该段与第一岩性段为渐变过渡关系。白山钼矿体产于该段角岩地层中。

图1　新疆哈密觉罗塔格地区构造略图(据[13]修改)

图2　白山钼矿区地质图

第三岩性段(C1g3)：该岩石分布于矿区中部，近东西向横贯全区，组成白山向斜核部偏南翼地层。该地层倾向北，倾角74°~84°。该段岩性主要为阳起石片岩,其原岩恢复为细碧岩、黑云斜长角岩，普遍受到较强的热变质作用，阳起石片岩其原岩恢复为细碧岩。第三岩性段与第二岩性段为整合接触关系。

第四岩性段(C1g4)：该岩石分布于矿区中部，近东西向连续而稳定出露。该地层倾向北北东，倾角74° ~84°。该段以细碧质阳起绿片岩为主夹黑云母微晶片岩，组成白山向斜近核部地层。

2.2构造

区域性深大断裂为干墩断裂,其在矿区北3 km处通过,受该深大断裂的影响,在其南侧矿区范围内，形成次一级近东西向相互平行的断层、构造破碎带以及褶皱构造。

F4断层分布于矿区中部偏南，走向北东东向，陡倾近直立，横贯全区，与地层走向呈小角度斜交。F4断层两侧为热变质角岩带，带内矿体出露部位石英脉、石英网脉极其发育，钾长石化、绢云母化蚀变强烈，形成一条灰白色褪色带。该构造蚀变褪色带向东延伸与大面积出露的花岗岩体接触。白山钼矿就产于F4断层南侧石英网脉发育的热变质角岩带中，是一条重要的控矿赋矿构造。

F1、F2断层分布于矿区北部，产于含炭黑云母微晶片岩地层中，走向呈东西向与地层走向一致，为顺层发育的层间走滑断层。断层向西与干墩大断裂呈锐角相交，向东与F3断层合拢汇聚。

F3断层分布于矿区中部，沿暗绿色细碧质阳起绿片岩北侧产出，走向近东西向，向西顺岩层走向延伸与干墩大断裂锐角相交，向东小角度切穿地层。见有构造角砾岩沿断层分布，沿该断层有明显的硅化褐铁矿化蚀变存在。

F5断层分布于矿区南部，产于含炭黑云母微晶片岩地层中，由西向东断层走向由北东东向转为近东西向，西段与近东西向分布的地层斜交，东段顺地层走向延伸。

矿区由西向东产出3条北北东向断层，为左滑平移断层，倾向东，南东盘向北推移，北西盘向南推移，断距数十米。该区地层、花岗岩体和花岗斑岩脉明显被北北东向断层错断,其中以F9和F6断层规模较大，切穿构造碎裂角岩带，F7断层切穿钼矿体。

区内干墩组地层在矿区中部构成向斜构造,向斜轴走向为东西向。向斜核部出露C1g4地层，南翼地层有内向外出露C1g3、C1g2、C1g1，北翼地层为C1g1（含炭黑云母微晶片岩），南翼地层倾向10°~27°、倾角70°~ 77°。北翼地层倾向190°~170°、倾角63°~81°。向斜核部发育F3断层。

2.3岩浆岩

矿区岩浆岩侵位于下石炭统干墩组地层中,而矿区东南部出露的中粒黑云母斜长花岗岩是主体花岗岩岩基的一小部分；西南部出露的是一个独立的小花岗岩岩珠，岩性为中细粒黑云母斜长花岗岩。几条勘探线上钻探工程控制深部隐伏花岗岩的存在，深度在矿区地表1 368 m以下，岩性为中细粒似斑状二长花岗岩。黑云斜长花岗斑岩呈近东西向的脉状产出于矿区南部，角岩带中亦有很小的花岗斑岩脉出露。

白山地区花岗岩的岩石化学成分、CIPW标准矿物含量及有关岩石化学指数见表1和表2。

表1　白山地区花岗岩化学成分参数表

表2　白山地区CIPW标准矿物含量及有关岩石化学指数表

白山地区的花岗岩SiO2含量均＜70%，都是酸度相对较低的花岗质岩石，其酸度甚至低于中国平均花岗岩的含量。但与大多数钼矿成矿岩体的SiO2= 62.9%~70.2%作比较，白山地区花岗岩与其相近。

我国含钼为主的岩体以具有富碱（大多alk> 8%）、K2O/Na2O>1为特点，其中K2O多为4%~6%，Na2O多为2%~3%。与此相比，白山地区花岗岩除白云母斜长花岗岩两件样品外，alk均＜7%，K2O/Na2O< 1，K2O含量均<3%。显示了贫碱、低钾特点。

白山地区花岗岩全碱含量在图3、图4中样品分布较为集中，这说明黑云母斜长花岗岩和花岗斑岩之间，并不存在岩浆分异作用。K2O和Na2O之间不存在线性关系，也与分异作用不强烈有关。

图3　白山地区花岗岩alk-SiO2图

图4　白山地区花岗岩K2O-SiO2图解

图5　白山地区花岗岩岩石类型

图6　白山地区花岗岩SiO2-ALR图解

根据CIPW标准矿物含量的岩石分类命名，按斯特雷凯森（A.Stre keisen 1976）的or-Ab-An三角图，对白山地区花岗岩统一分类命名（图5）。经投点所得岩石名称应属花岗闪长岩，要比中国主要含钼花岗岩更靠近Ab端元，也即具有较多的钠长石标准矿物分子，这与岩石低钾的特点是吻合的。

白山地区花岗岩的里特曼指数ó为1.34~1.92，赖特碱度率（A.R）为1.89~2.24，根椐ó值、A、R值和SiO2-ALR（图6）都为钙碱性系列。从ó值判断，我国以钼为主花岗岩平均为2.31，白山地区花岗岩略为偏低，这亦与全碱含量偏低是一致的。

白山地区花岗岩的微量元素含量见表3，微量元素比值见表4。

微量元素中铁族元素含量具有相似性，总体上与华南地区同熔型花岗岩平均含量相近，其中Cr含量明显高于花岗岩克拉克值。稀有元素Ta、Zr均低于花岗岩克拉克值，而Hf则较高。Ta、Zr均低于华南同熔型花岗岩。稀碱元素Rb、Cs均低于花岗岩克拉克值，甚至低于华南同熔型花岗岩。亲铜元素Zn低于花岗岩克拉克值，也低于华南同熔型花岗岩，甚至比华南改造型花岗岩还低。分散元素Ba低于花岗岩克拉克值，而Sr则相近或稍低。与华南花岗岩相比，Sr、Ba比同熔型低，而比改造型为高。成矿元素W、Mo均高于花岗岩克拉克值。其中W高出1倍，Mo则高出7~8倍。显示了岩体含钼的特点。值得注意的是贵金属元素Au高于花岗岩克拉克值2~10倍，有必要重视。放射性元素U相似于花岗岩克拉克值，而Th偏低。两者均低于华南同熔型花岗岩。

白山地区花岗岩的稀土元素含量见表5，其特点是稀土总量较低。泰勒（S.R.Taylor 1979）曾指出，后太古代上部地壳ΣREE为183×10-6，而下部地壳ΣREE 为54×10-6。由此看来，白山地区花岗岩的稀土含量接近于下部地壳。白山地区花岗岩除个别样品外，多属负铕异常，其δEu为0.67~0.73，为中等铕亏损，这一特点与我国含钼花岗岩相符。稀土配分模式（图7）为轻稀土富集的右倾型（L/H=3.65~7.48），从La/Sm、Ce/ Yb、La/Yb比值可以看出，轻重稀土分馏程度属中等。以上特点与我国含钼花岗岩具有相似性。

表3　白山地区花岗岩微量元素含量表

表4　白山地区花岗岩主要微量元素比值表

由稀土元素相关（图8）的研究表明，白山地区花岗岩属同熔型花岗岩。

图7　白山地区花岗岩稀土分配模式

图8　白山地区花岗岩δ Eu-∑REE图

表5　白山地区花岗岩稀土元素含量表

白山地区花岗岩稀土元素与主要微量元素具有较好的协变关系，可以推断白山地区的花岗岩都是同源的，它们之间具有成因联系，并具有相同的成岩方式。

2.4矿体特征

白山矿钼带主要呈近东西向展布，长约16 km，且沿走向工程控制矿带长3 600 m，向两端未控制，矿带宽400~700 m。

矿体主要受F4断层控制，表现为该断层南侧热接触变质黑云母长英质角岩控制，分布于矿区中部向斜南翼，呈不规则条带状，黑云母长英质角岩具较强的钾长石化、硅化、黑云母化、绢云母化等蚀变，地表矿化主要为孔雀石化、褐铁矿化。矿化带内石英脉、石英网脉发育地段为矿体主要出露部位。

白山钼矿区共圈定钼矿体50个(图9)。矿体长90 m~2 700 m，平均厚度0.88 m~40.17 m，最大厚度107.50 m，钼品位0.03% ~0.59%，矿床平均品位0.053%。主矿体与小矿体规模悬殊，主要矿体形态较简单，以似层状为主，小矿体形态简单，多为透镜状、脉状。

5号矿体是全矿区最大的矿体，矿体位于39~40线之间，矿体长2 200 m，厚度1.38 m~107.50 m，平均厚度40.17 m，矿体在15线最厚，向两侧逐渐变薄。矿体倾向北，倾向0度，倾角41°~71°，平均63°。矿体埋深250 m~1 160 m，沿倾向延伸190 m~1 600 m(15线最大，19线最小)。矿体呈中间厚两侧分枝变薄的长透镜状，在15~0线矿体厚度大，品位较高，向两侧出现分枝并于39线以西及40线以东尖灭。矿体平均品位Mo 0.057%。

4号矿体位于5号矿体北侧及其上部，矿体位于39~60线之间，矿体长2 700 m，厚度0.85 m~75.58 m，平均厚度28.28 m，矿体在0线最厚，向两侧逐渐变薄。矿体倾向北，倾向0°，倾角52°~71°，平均64°。矿体埋深130 m~800 m，沿倾向延伸160 m~910 m(0线最大，7线最小)。矿体呈中间厚两侧分枝变薄的长透镜状，在0~8线矿体厚度大，品位较高，向两侧出现分枝并于39线以西及60线以东尖灭。矿体平均品位Mo 0.046%。

矿体主要分布于深部隐伏似斑状二长花岗岩上部的含钾长石-石英细脉黑云母长英质角岩中，矿体主要由含矿钾长石-石英细脉、硫化物细脉和矿化角岩组成。矿化角岩中的钾长石-石英细脉越发育、硅化程度愈高，相应的硫化物蚀变就愈强，钼品位愈高。隐伏岩体中局部石英网脉发育部位或强钾化部位可见有钼矿体。

2.5矿石特征

矿石中金属矿物主要以硫化物为主，见少量氧化物。地表氧化带中有典型氧化物，种类有褐铁矿、假像褐铁矿、铁钼华、孔雀石、铜蓝等。

原生矿石金属矿物有黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、辉钼矿、闪锌矿、磁铁矿、方铅矿、钛铁矿、白铁矿、自然银等；脉石矿物有长石、石英、绿泥石、黑云母、绿帘石、绢云母、方解石等。

图9　白山钼矿床联合剖面图（据[14]）

矿石中金属矿物多呈细脉浸染状集中分布在钾长石-石英脉内侧，稍远则急剧减少，局部近脉围岩中，可见有少量的辉钼矿，呈细脉浸染状或稀散浸染状沿岩石片理面方向分布。硫化物在矿石中的含量约5%~15%，其中辉钼矿0.01%~0.8%，闪锌矿0.3% ~0.5%、黄铜矿0.5%~1%，磁黄铁矿2%~3%，黄铁矿2%~5%，钛铁矿2%~3%，磁铁矿、方铅矿和白铁矿少量。矿石中黄铁矿、钛铁矿和磁黄铁矿含量明显较高，三者在脉岩中粒度较大，粒度一般2~5 mm，围岩中粒度较小，粒度＜1 mm，一般0.1~0.6 mm。

白山钼矿依据矿石的主要构造特征，可划分为脉状矿石、细脉浸染状矿石、斑杂状矿石、网脉状矿石、角砾状矿石。

3　矿床成因

哈密白山钼矿是产于深部隐伏似斑状二长花岗岩上部热接触变质角岩带石英网脉中，少数产在岩体中，与成矿有关的围岩蚀变主要为钾化、硅化、黄铁矿化，其次为绢云母化、黑云母化、绿泥石化、石膏化和泥化等。矿化类型为细脉-浸染状、团斑状、网脉状，成矿主元素为钼，次为铜及银。二长花岗斑岩中的辉钼矿年龄为Re-Os等时线年龄为230 Ma(另文发表)，黑云母长英质角岩中的辉钼矿Re-Os等时线年龄为(227.7±4.3)Ma[12]，表明成矿作用与印支期似斑状二长花岗岩侵入有关[14]。

晚古生代矿区所属的塔里木板块与北部的准噶尔板块完全缝合，形成统一的稳定陆壳板块。到早二叠世在镜儿泉-白山地区异常地幔逐步形成，本区地壳慢速的扩张，使古老结晶基底不断抬升并出露地表，并使其盖层（干墩组地层）发生向斜褶皱。盖层与基底间的干墩大断裂继续活动，断裂体系在盖层中扩展，活动中心逐渐向南转移，透导深熔岩浆产生分异并沿断裂活动中心多次侵位。由临界或超临界状态的岩浆水和其它挥发组分以及金属物质组成的过饱和熔浆在断裂构造的导引下侵位于白山向斜南翼F3~F5之间的构造薄弱部位，在浅成-超浅成的斑岩环境中，必然引起斑岩体顶部破碎甚至隐爆，构造活动可以为这一进程起到推波助澜的作用。由于继续冷却和晶出，其中的水就会超过饱和点而引起热流体从岩浆中分馏出来，使深部岩浆房分异出的硅酸盐熔浆中挥发组份和金属物质逐渐富集。从岩浆中分馏出来的含矿热流体可以产生极大的机械能向上运动，当其沿各种裂隙系统前进时，首先将引起岩石的角岩化，并进而发生一系列的交代蚀变作用。

当大气降水和建造水沿着断裂破碎带和裂隙带以及岩层中的孔隙由上向下渗透时，在高热流值的影响下逐渐升温，当其与上升岩浆热流体相遇而达到极点，这种下降热流体在下渗过程中，可以萃取岩石中的种种成矿物质进入溶液中。当上述两种热流体相遇而混合时，就会急剧破坏各自的原有物理化学平衡，从而引起流体中的物质大量卸载沉淀而成矿。因此，可以认为上述两种流体相遇地带就是成矿最佳地带，由于斑岩体逐渐冷却，锋面将逐渐向斑岩体内部移动，矿化亦将随之向下迁移，直达斑岩体内部。

依据斑岩型钼矿的成因，结合白山钼矿的矿床特征，初步总结得出白山钼矿的成矿模式见图10。

图10　白山钼矿成矿模式图（据［14］修改）

4　隐伏岩体和矿体的物探响应

地球物理勘探在斑岩型矿床中效果较好[15-17]。笔者在白山钼矿斑岩型成因分析的基础上，参考斑岩型铜钼矿的找矿模型[18]，利用可控源音频大地电磁测深等地球物理方法，探测深部酸性侵入体的地球物理响应。

本次开展了CSAMT测深和重力剖面测量工作，重力勘查每条剖面长为8 km，CSAMT测深集中在矿化蚀变带及两侧，31线等各线的线长均为2.5 km。该剖面南段（勘查区以外）显示两个近垂直的低阻异常带，对应于地表的花岗岩和侵入接触部位，推测为断裂构造带所引起的，其在花岗岩中有明显的重力高异常，宽约560 m，剩余Δg值为400×10-8m/s2，预测该处为矿体部位。蚀变角岩带南侧对应含碳的微晶片岩和花岗斑岩脉带,该处有一低阻异常，形态上浅部为直立状，向深部倾向南,并与侵入接触带显示的低阻带相连，可能是沿侵入接触带断裂构造系统使岩石碎裂角砾化所致反映。

31测线高重力异常地段其地表对应的地质单元与推测引起高重力异常的深部构造,以及隐伏地质体在走向上是完全连续的。剖面上，钼矿化角岩带显示存在双峰式重力异常，剩余值Δg为600×10-8m/s2~1 000×10-8m/s2，异常宽大约为1 200 m，在剖面1 100 m以下深部双峰式重力异常段显示宽大形态的高阻异常，ρs值一般＞3 000 Ω·m，～n×104Ω· m。经深钻验证，确实在1 400 m以下证实是似斑状二长花岗岩。依据高阻异常等值线与钻孔见到花岗岩的孔深位置对应关系，成功测定了隐伏花岗岩侵入体顶部侵入界线（图11）。隐伏花岗岩岩体的顶盖接触带在CSAMT测深剖面上显示为500 ~2 500 Ω·m的中低阻带，钼矿（化）层对应200 ~1 000 Ω·m的低阻。CSAMT测深剖面角岩带北侧夹在角岩带中的蚀变阳起石岩对应向北陡倾的低阻异常带，其ρs值常＜100 Ω·m。

白山钼矿的赋存空间是隐伏花岗岩的顶盖热接触角岩带，含辉钼矿石英脉充填的空间就位于角岩中发育的网状裂隙中，角岩带裂隙越发程度,钼矿石越富。

依据CSAMT测深剖面卡尼亚视电阻率等值线与钻孔中花岗岩的孔深位置对应关系，可以大致推测出各剖面上隐伏花岗岩体侵入顶盖界线的位置（图11），根据视电阻率与控制的钼矿化层的对应关系推断隐伏侵入体顶盖角岩带的范围，根据地球物理响应来定位预测深部钼矿层在空间上位置。

推测圈定出隐伏花岗岩的侵入界线，再围绕侵入界线以钻探工程控制的钼矿（化）体为依据，大致以卡尼亚视电阻率400 ~1 000 Ω·m等值线推测圈定钼矿的赋存空间边界。CSAMT测深的应用并结合工程地质勘查的结果，较好地反映了较大深度上的地质构造和隐伏侵入体以及矿层的电磁、重力响应，＞4 000 Ω· m的高阻异常并与高重力异常重叠区域对应隐伏花岗岩体，侵入接触界线以上的钼矿（化）层卡尼亚视电阻率值为400 ~2 000 Ω·m。隐伏侵入岩体的顶部接触界线以上中低阻过渡区是钼矿体的定位靶区。

图11　白山钼矿31线地质、重力、CSAMT测深综合剖面预测推断图

通过CSAMT测深剖面上的钼矿赋存部位的定位预测，并依据地球物理勘探在斑岩钼矿找矿较好效果，认为白山钼矿目前的勘查评价相对于预测赋矿空间是很有限的，还存在相当大的预测空间，以及有待勘查评价地区。采用可控源音频大地电磁测深测量技术在白山钼矿的应用中要注意区分含碳地层的影响，物探长剖面和大深度提取深部电磁信号可以排除含碳地层的不利影响。白山钼矿的远景十分可观，预测资源量是目前资源量的数倍，远景资源量可超大型。

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收稿：2014-12-15

基金项目::中国地质调查局地质矿产调查评价专项（1212011085471）和国家自然科学基金项目（NO.41072070）联合资助。

DOI:10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2015.02.017