新疆阿尔泰山系南缘萨尔朔克金铜多金属矿床地球化学特征与矿床成因探讨

沈雪华，姚春彦，樊献科，董永观，游军

(1.中国地质调查局南京地质调查中心，江苏 南京　210016；2. 中国科学院地质与地球物理研究所，矿产资源研究重点实验室，北京　100029)



新疆阿尔泰山系南缘萨尔朔克金铜多金属矿床地球化学特征与矿床成因探讨

沈雪华1，姚春彦1，樊献科1，董永观1，游军2

(1.中国地质调查局南京地质调查中心，江苏 南京210016；2. 中国科学院地质与地球物理研究所，矿产资源研究重点实验室，北京100029)

摘要：新疆阿尔泰山系南缘萨尔朔克金铜多金属矿床产于中泥盆统阿舍勒组上亚组的中酸性火山岩-次火山岩中，围岩为流纹斑岩。地表及浅部以金铜矿化为主，向深部金铜矿化逐渐减弱而铅锌矿化增强。矿化受地层层位控制明显。笔者通过矿区详细的野外地质调查、矿石与不同类型岩石围岩的稀土、微量元素地球化学对比研究，表明铜矿石、铅锌矿石与矿化流纹斑岩以及流纹斑岩的稀土元素、微量元素分布型式相似，均属明显右倾、轻稀土富集、强负Eu异常；且富集Ba、U、Zr、Hf、Ti而相对亏损Th、Sr、Sm等元素；结合矿床地质特征，认为萨尔朔克金铜多金属矿床为海相火山-次火山热液矿床，金铜、铅锌矿化与流纹斑岩密切相关，流纹斑岩为该矿床矿化提供重要成矿物质来源。辉绿岩的稀土及微量元素分布型式均呈平坦式，明显不同于矿石及其他围岩岩石类型，表明辉绿岩可能是成矿后的深部地幔岩浆侵入结晶的产物。

关键词：微量元素地球化学；金铜多金属矿床；萨尔朔克；阿尔泰

萨尔朔克金铜多金属矿床位于新疆哈巴河县著名阿舍勒铜锌矿床北侧约6 km处。该矿床是在早期地表发现金铜矿体的基础上，向深部钻探发现具有一定规模的、品位较富的铅锌矿体，王小兵等(2001)基于矿床地质研究对萨尔朔克金矿的矿床成因进行了初探，杨富全等(2015)对该矿床的成矿作用过程进行了详细研究。笔者野外调查发现，该矿床的矿体围岩均为中泥盆统阿舍勒组流纹斑岩，而铅锌矿体主要赋存在下泥盆统阿舍勒组上亚组的流纹斑岩中，受层位控制明显，笔者基于野外地质调查、矿石与不同岩石类型围岩的稀土和微量元素地球化学特征的对比研究，探讨萨尔朔克金铜多金属矿床的成因，对该矿床形成机制研究具有重要意义。

1区域地质背景

萨尔朔克金铜多金属矿床位于西伯利亚板块南缘拉张带—克兰裂谷带之阿舍勒晚古生代拉张火山盆地中(王小兵等，2001)。区域上出露地层主要有下泥盆统康布铁堡组(D1k)、中泥盆统托克萨雷组(D2t)和阿舍勒组(D2a)、上泥盆统阿勒泰组(D3a)、下石炭统红山嘴组(C1h)。其中阿舍勒组(D2a)为海相中酸性、基性火山熔岩、火山碎屑岩、火山碎屑沉积岩夹碳酸盐岩，是阿舍勒盆地主要的含矿层位。区域大断裂为玛尔卡库里断裂，断裂总体走向北西—南东，平面上呈舒缓的反“S”型斜贯阿舍勒盆地，萨尔朔克金铜多金属矿床就处于该断裂构造带的南北向与北西向构造线的转折端附近。区内侵入岩十分发育，岩性由基性到酸性均有发育，以中酸性、酸性为主，主要的岩体有哈巴河岩体和阿舍勒岩体，前者岩性主要为似斑状英云闪长岩、花岗闪长岩，后者岩性主要为花岗闪长岩(陈毓川等，1996；杨富全等，2015)。

2矿区地质概况

矿区内出露地层主要有中泥盆统阿舍勒组(D2as)和上泥盆统齐也组(D3q)。其中阿勒泰组(D2as)为一套滨海相的火山岩、火山沉积碎屑岩夹碳酸盐岩建造，火山岩属于拉斑玄武岩系列，以中酸性和基性为主，成分差异比较明显，属于双峰式火山岩组合，可分为两个亚组，而在矿区仅出露上亚组(D2as2)，分布于矿区南侧、东侧和北侧，岩性为角砾凝灰岩、火山角砾岩、晶屑凝灰岩、英安岩、安山岩夹灰岩透镜体。上泥盆统齐也组(D3q)属于一套浅海-半深海相的火山岩-火山沉积碎屑岩建造，也可分为两个亚组，而在矿区仅出露上亚组(D3q2)，分布于矿区西侧，岩性主要为变流纹岩、变安山岩、变玄武岩、角砾凝灰岩、(含角砾)凝灰、岩屑凝灰岩。两套地层岩石呈断层接触关系(图1)。

矿区内构造较简单，主要表现为断裂构造，主要呈南北向、北东向、北西向及近南北向。其中近南北向断裂既是分隔中泥盆统阿舍勒组上亚组(D2as2)和上泥盆统齐也组上亚组(D3q2)的界线，也是矿区内主要控矿构造，地表金(铜)矿体主要分布在其中一条近南北向断裂的两侧，但矿体延长方向与近南北向断裂斜交(图1)。

矿区内岩浆岩分布广泛，主要有华力西早期的次火山岩，岩性有流纹斑岩、英安斑岩及次玄武岩，以及华力西中期侵入岩——石英辉绿岩。其中流纹斑岩是矿区主要岩浆岩，分布范围广，主要分布于中泥盆统阿舍勒组上亚组(D2as2)中，也是矿区重要的赋矿围岩。岩石呈青灰色，地表氧化后呈淡红色，具有明显的斑状结构，斑晶主要为石英和钾长石，斑晶直径1～2 mm，基质主要为细粒长石等；英安斑岩和次玄武岩主要分布于矿区东北角，分布面积不大。石英辉绿岩在矿体及其以东区域多呈岩脉状产出，走向为北西—南东向，岩脉延长10～200 m不等，脉宽1～25 m，个别岩脉呈北东走向(图1)。

1.第四系；2.上泥盆统齐也组第二岩性段角砾凝灰岩、(含角砾)凝灰岩、岩屑凝灰岩、安山岩；3.中泥盆统阿舍勒组第二岩性段角砾凝灰岩、火山角砾岩、晶屑凝灰岩、英安岩、安山岩夹灰岩透镜体；4.华力西早期流纹斑岩；5.华力西早期英安斑岩；6.华力西早期次玄武岩；7.华力西中期石英辉绿岩；8.实测(推测)断层；9.地层界线；10.侵入岩及次火山岩边界；11.金(铜)矿体图1　萨尔朔克金铜多金属矿区地质图(据王华星等，2011修改)Fig.1　The geological map of Saersoc Au-Cu polymetallic ore district

3矿床地质特征

萨尔朔克铜多金属矿床的矿体主要赋存于黄铁绢英岩化流纹斑岩体中及附近(王华星等，2011)。地表及浅部(深度不超过100 m)为金(铜)矿，地表100 m以下为铜多金属矿。其中，地表金(铜)矿体主要呈北西向矿脉及透镜体展布，矿体长10～120 m，宽1～6 m不等，矿体与围岩没有明显界线，呈渐变过渡关系。其中主矿体有2条，北西向延长分别为100 m和160 m，宽3～6 m。Au矿石品位1×10-6～5×10-6，最高达到20×10-6，平均2.3×10-6，含Cu0.1～0.8%，平均约0.4%。由地表向深部，矿体金铜含量逐渐减少，铅锌含量逐渐增高，地表200 m以下铅锌最高含量达到6%。深部铅锌矿体呈似层状和脉状，矿体最大延长350 m，最大厚度45 m，矿体与围岩呈逐渐过渡，最高Pb、Zn品位约20%，同时含Cu 0.3%～0.4%。

矿区矿体呈脉状、透镜状、不规则状，分枝、复合现象明显。矿石类型按成矿元素可分为金矿石、金铜矿石、铜矿石、铜锌矿石、铅锌矿石和铜铅锌矿石。矿石构造有致密块状、条带状、条纹状、浸染状、细脉状、蜂窝状，其中浸染状、脉状、细脉状的多金属矿化，与硅化有关，具有后生热液活动特征，而地层中呈条带状、条纹状的铜锌矿化具有同生沉积作用特征。矿石结构有自形-半自形晶粒结构、填隙结构、反应边结构和固溶体分离结构等。矿石矿物主要有黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、自然金，少量磁黄铁矿、蓝辉铜矿、辉铜矿、毒砂、斑铜矿。脉石矿物主要有石英、斜长石、绢云母、绿泥石、白云母、方解石等(杨富全等，2015)。

矿区围岩蚀变较强，蚀变类型主要有硅化、黄铁绢英岩化、绢云母化、绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化，其中，绢云母化和黄铁矿化与金铜铅锌矿化关系密切，绿帘石化和绿泥石化分布于中基性火山岩、流纹斑岩和辉绿岩内(杨富全等，2015)。

4微量元素地球化学特征

4.1样品采集与测试方法

本次研究工作共采集了10件岩石、矿石样品，均采自萨尔朔克金铜多金属矿区。其中，1件铜矿石样品采自金铜矿体，1件铅锌矿石采自坑道120m标高的铅锌矿体，2件矿化流纹斑岩样品采自金铜矿化体外侧，2件流纹斑岩取自未蚀变的露头， 2件辉绿岩样品采自铅锌矿体边部，1件硅质岩样品采自地表，1件绢云母片岩样品采自铅锌矿体的围岩。上述所有样品的微量元素均在中国科学院广州地球化学研究所微量元素实验室采用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)分析方法测试完成，具体分析方法参见李献华等(2002)，岩石稀土及微量元素测试结果见表1，运用Geokit2012(路远发，2004)对稀土数据采用原始地幔数据(SUN et al., 1989)进行标准化，并计算主要的稀土元素参数。

4.2微量元素地球化学特征

铜矿石和铅锌矿石样品的稀土元素含量(∑REE)分别为17.48×10-6和12.27×10-6，LREE/HREE分别为4.89和5.97，(La/Yb)N分别为4.90和10.01(表1)，显示轻稀土元素相对富集，轻重稀土元素之间分异明显。δEu分别为0.54和0.33，δCe分别为1.00和0.97，强负Eu异常，基本无Ce异常，两者稀土元素配分模式相似，均属明显右倾、强负Eu异常、轻稀土富集型(图2A)。

矿化流纹斑岩和流纹斑岩样品的稀土元素含量(∑REE)平均值分别为29.33×10-6和81.41×10-6，LREE/HREE平均值分别为2.56和3.76，(La/Yb)N平均值分别为1.62和2.41(表1)，显示轻稀土元素相对微弱富集，轻重稀土元素之间分异不明显。δEu平均值分别为0.48和0.32，δCe平均值分别为1.07和1.26，强负Eu异常，无Ce异常或正Ce异常，两者稀土元素配分模式相近，均属不明显右倾、强负Eu异常、轻稀土微弱富集型(图2B)。其中，矿化流纹斑岩以较低的稀土元素含量(∑REE)和无Ce异常区别于流纹斑岩。

辉绿岩样品稀土元素含量(∑REE)平均值为42.14×10-6，LREE/HREE平均值、(La/Yb)N平均值分别为2.35和1.50(表1)，显示轻稀土元素相对微弱富集，轻重稀土元素之间基本不分异。δEu、δCe平均值分别为1.07和1.08，基本无Eu、Ce异常。岩石稀土配分模式属近似平坦型(图2C)。

绢云母片岩和硅质岩样品的稀土元素含量(∑REE)分别为50.74×10-6和44.67×10-6，LREE/HREE分别为3.02和1.44，(La/Yb)N分别为1.88和0.87(表1)，显示绢云母片岩中轻稀土元素相对富集，轻重稀土元素之间分异微弱；硅质岩中轻稀土微弱富集，轻重稀土之间分异微弱。δEu分别为0.56和0.87，δCe分别为1.22和1.02，显示绢云母片岩强负Eu异常、正Ce异常，而硅质岩弱负Eu异常、无Ce异常。两者稀土元素配分模式有明显差异，绢云母片岩均属明显右倾、强负Eu异常、正Ce异常、轻稀土富集型，而硅质岩属微左倾、弱负Eu异常、无Ce异常、重稀土微弱富集型(图2D)。

对比矿石和几种不同岩石类型围岩的稀土元素含量及分布型式，可以看出来，铜矿石、铅锌矿石与矿化流纹斑岩以及流纹斑岩的稀土元素配分模式相似，均属明显右倾、强负Eu异常、轻稀土富集型，其中，铜矿石和铅锌矿石以明显低于矿化流纹斑岩和流纹斑岩稀土元素含量(∑REE)区别于后两者，而矿化流纹斑岩以较低的稀土元素含量(∑REE)和无Ce异常区别于流纹斑岩,而流纹斑岩中的正Ce异常可能代表了喷发时处于海相环境。绢云母片岩近似于矿石及流纹斑岩的稀土配分模式，可能由于岩石受蚀变作用的影响。硅质岩较为平坦的分布型式反映了海相沉积的特征。辉绿岩的稀土分布型式呈平坦式，明显不同于矿石及其他围岩岩石类型，表明辉绿岩可能来自于深部地幔岩浆结晶作用。

表1　萨尔朔克金铜多金属矿床矿石及围岩微量元素含量表(10-6)

注：测试单位：中国科学院广州地球化学研究所微量元素实验室。

图2　萨尔朔克金铜多金属矿区矿石及围岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图Fig.2　Chondrite-normalized REE distribution patterns of ores and wllrocks in Saersoc Au-Cu polymetallic deposit

上述矿石及不同类型围岩的微量元素地幔蛛网图(图3)显示：①铜矿石及铅锌矿石微量元素分布型式呈明显右倾，富集Ba、U、Zr、Hf、Ti而相对亏损Th、Sr、Sm等元素(图3A)。②矿化流纹斑岩和流纹斑岩微量元素分布型式相似，均呈右倾，并富集Ba、U、Zr、Hf元素而相对亏损Th、Sr、Sm等元素，区别在于矿化流纹斑岩的微量元素含量明显低于流纹斑岩，且Ti元素在前者中富集而在后者中呈亏损(图3B)。③辉绿岩微量元素分布型式总体上呈平坦型，富集Ba、Sr、P、Ti元素而明显亏损Rb、Th、Nb、Zr等元素(图3C)。④绢云母片岩和硅质岩微量元素分布型式相似，均呈右倾，富集Rb、U、Zr、Hf而相对亏损Th、Sr、Sm、Ti等元素(图3D)。

对比矿石及几种不同岩石类型围岩的微量元素特征，可以看出铜矿石、铅锌矿石与矿化流纹斑岩以及流纹斑岩的微量元素分布型式相似，其中铜矿石、

铅锌矿石与矿化流纹斑岩极其相似，均呈右倾型式，且富集Ba、U、Zr、Hf、Ti而相对亏损Th、Sr、Sm等元素，而两者以相对低的微量元素含量以及富集Ti的特征区别于流纹斑岩；绢云母片岩和硅质岩微量元素分布型式虽然也呈右倾，但是较高的Rb含量区别于上述两者矿石及流纹斑岩；辉绿岩则以平坦的微量元素分布型式以及富集Sr、P而亏损Rb、Nb、Zr元素，明显区别于矿石和其他岩石类型。

6讨论与结论

前人研究表明，阿尔泰造山带于晚前寒武纪晚期到早古生代早期为稳定大陆边缘阶段，大致从晚寒武纪开始发生俯冲、碰撞、增生至早石炭世，基本奠定了阿尔泰造山带的构造格架(WANG et al., 2006；XIAO et al., 2004；何国琦等，1994)。碰撞造山后的伸展阶段形成一系列的张性火山盆地，并伴随强烈的活动，从而形成一系列与海相火山-次火山热液活动有关的金铜锌多金属矿床(王小兵等，2001)。

图3　萨尔朔克矿区矿石及其围岩原始地幔标准化微量元素蛛网图Fig.3　Primitive mantle-normalized trace elements spidergrams of ores and wallrocks in Saersoc Au-Cu polymetallic deposit

稀土元素和微量元素作为具有相同或相近的电价和离子半径以及相似地球化学行为的元素组，其在岩浆作用体系中，矿物或矿物—熔体之间的分配行为主要受晶体场控制，因而，长期以来被广泛应用于与岩浆作用有关的成岩成矿地球化学过程的示踪(丁振举等，2000)。

近年来，大量有关现代海底热液系统的流体及富含金属的化学沉积物稀土元素地球化学特征的研究资料显示，全球范围内具不同构造背景、围岩类型的8个洋脊热液系统高温流体的稀土元素组成，除稀土元素含量变化较大外，具有极为类似的REE配分模式，即LREE富集、强的负Eu异常(MICHARD, 1989；MILLS et al, 1995；KILINKHAMMER et al., 1994)。对古代火山成因块状硫化物和含矿建造等化学沉积物的研究表明，其具有与现代海底热液系统相似的稀土元素地球化学特征(GRAF, 1977；KLEIN, 2002)。尽管目前人们对现代海底热液系统流体的稀土元素组成及配分模式的关键控制因素尚存在争议，但其普遍一致且独特的地球化学特征为应用稀土元素和微量元素示踪古代热水流体成矿作用过程、鉴别矿床成因等提供了强有力的约束条件。

如前所述，萨尔朔克金铜多金属矿床中的铅锌矿石和金铜矿石以及流纹斑岩的稀土元素组成及配分模式与阿尔泰地区的乔夏哈拉含铜磁铁矿矿石的稀土元素组成、蒙库磁铁矿矿石、阿尔泰南缘泥盆纪流纹岩、泥盆纪多金属成矿带以及阿舍勒块状黄铁矿矿石类似，具有低的稀土元素含量(∑REE)、轻稀土元素富集及强的负Eu异常等特点(周良仁等，1995；王小兵等，2001；闫升好等，2005；万博等，2006；丛峰等，2007；杨富全等，2008)，与现代大洋中脊、红海等热水流体及其富含金属的化学沉积物极其相似，反映萨尔朔克金铜多金属矿床的火山成因属性。

对比矿石和几种不同岩石类型围岩的稀土元素、微量元素含量及分布型式，可以看出来，铜矿石、铅锌矿石与矿化流纹斑岩以及流纹斑岩的稀土元素配分模式相似，均属明显右倾、强负Eu异常、轻稀土富集型，其中铜矿石和铅锌矿石以明显低于矿化流纹斑岩和流纹斑岩稀土元素含量(∑REE)区别于后两者，而矿化流纹斑岩以较低的稀土元素含量(∑REE)和无Ce异常区别于流纹斑岩。可以看出，铜矿石、铅锌矿石与矿化流纹斑岩以及流纹斑岩的微量元素分布型式相似，其中，铜矿石、铅锌矿石与矿化流纹斑岩极其相似，均呈右倾型式，且富集Ba、U、Zr、Hf、Ti而相对亏损Th、Sr、Sm等元素，而两者以相对低的微量元素含量以及富集Ti的特征区别于流纹斑岩。说明矿区的金铜以及铅锌矿化与流纹斑岩关系密切，流纹斑岩作为该矿床矿化的重要成矿物质来源。而辉绿岩的稀土及微量元素分布型式均呈平坦式，富集Sr、P而亏损Rb、Nb、Zr元素，明显不同于矿石及其他围岩岩石类型，表明辉绿岩可能来自于深部地幔岩浆结晶作用。野外辉绿岩脉常切穿铅锌矿体和金铜矿体，也反映了辉绿岩为成矿后的幔源岩浆活动产物。

结合萨尔朔克铜多金属矿床的矿体主要赋存于黄铁绢英岩化流纹斑岩体中及附近，以及矿石与不同类型岩石围岩的稀土、微量元素地球化学特征，可以得到如下结论。

(1)铜矿石、铅锌矿石与矿化流纹斑岩以及流纹斑岩的稀土元素、微量元素分布型式相似，均属明显右倾、轻稀土富集、强负Eu异常；且富集Ba、U、Zr、Hf、Ti而相对亏损Th、Sr、Sm等元素；铜矿石、铅锌矿石以明显低于流纹斑岩的稀土元素及微量元素含量区别于流纹斑岩。

(2)萨尔朔克金铜多金属矿床为海相火山-次火山热液矿床，金铜、铅锌矿化与流纹斑岩密切相关，流纹斑岩为该矿床矿化提供重要成矿物质来源。

(3)辉绿岩的稀土及微量元素分布型式均呈平坦式，明显不同于矿石及其他围岩岩石类型，表明辉绿岩可能是成矿后的深部地幔岩浆侵入结晶的产物。

致谢：文章相关野外研究工作与生活得到北京矿产地质研究院丁汝福教授级高工的帮助，论文撰写过程中得到南京地质矿产研究所陆志刚研究员和张传林研究员的帮助，修改过程中得到中国科学院地质与地球物理研究所游军博士的大力帮助，审稿专家认真审阅本文并提出中肯意见，在此一并感谢！

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收稿日期：2015-05-23；修回日期： 2015-12-26

基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目“阿尔泰跨境成矿带成矿动力学背景和成矿过程研究”(2011BAB06B03-01)

作者简介：沈雪华(1980-)，女，江苏盐城人，工程师，硕士，从事矿床学研究工作。E-mail:531696225@qq.com

中图分类号：P618.51; P618.41

文献标志码：A

文章编号：1009-6248(2016)02-0084-09

Geochemical Characteristics and Genetic Discussion of the Saersoc Au-Cu Polymetallic Deposits in Southern Margin of Altay Mountains, Xinjiang

SHEN Xuehua1，YAO Chunyan1，FAN Xianke1，DONG Yongguan1，YOU Jun2

(1. Nanjing Institute of Geology and Mineral Resources, Nanjing 210016, Jiangsu, China; 2. Key Laboratory of Mineral Resources, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029, China)

Abstract：Located at the southern margin of Altay mountain syctem, the Sarshoke gold-copper polymetallic deposit is occurred in medium-acidic volcanic-subvolcanic rocks of the upper subgroup of Middle-Aevonian Ashele Group. The wall rocks of this deposit are rhyolite porphyries. The surface and shallow depth are shown by Au-Cu mineralization, while toward the depth, Au-Cu mineralization is gradually weakened and Pb-Zn mineralization is greatly increased, being evidently controlled by stratigraphic horizon. Based on the detailed geological field survey and geochemical comparative study on REE and trace elements of ores, different types of wallrocks, it shows that the REE and trace elements’ distribution patterns of Cu and Pb-Zn ores and mineralized rhyolite porphyries are much similar to that of rhyolite porphyries, all of which appears apparently rightward decline, rich in LREE, intensive negative Eu abnormality, enrichment in Ba, U, Zr, Hf and Ti, while decrement in Th, Sr, Sm. Combined with geological characteristics of this deposit, it figures that the Saersoc Au-Cu polymetallic deposit belongs to the type of marine volcanic or subvolcanic hydrothermal deposit, whose Au-Cu and Pb-Zn mineralization is closely related to rhyolite porphyries, which has provide vital sources of metallogenic matter. The dolerite is much unlikely to ores or other types of wallrocks in REE and trace elements distribution patterns, illustrating that the dolerite was possibly result of crystallization and invading of mantle magma from the deep.

Keywords：trace elements’ geochemistry; gold-copper polymetallic deposit; Saersoc; Altay