新疆托帕铅锌矿成矿机制及找矿模型

2018-03-15杨宪涛

现代矿业 2018年1期

杨宪涛

(中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司)

托帕铅锌矿床位于新疆克孜勒苏州乌恰县—阿图什市康苏镇辖区内，挟持于北部西南天山岩浆-构造带、中部塔里木喀什坳陷及南部昆仑岩浆-构造带的构造过渡带西缘，地处塔里木盆地中央隆起北侧的向斜内。矿床所属的塔里木西缘喀什坳陷具有显著的继承性和再生性，在中生代晚期开始沉降，形成的半封闭—封闭型海盆为含煤、含矿(铅锌)建造提供了有利的岩相古地理环境[1-6]。加之多期次、多旋回的复杂构造岩浆活动，为矿床产出提供了必要的有利条件，形成了一个以乌拉根、萨里塔什、佰什布及花园、杨叶等为代表的铅锌(铜)矿带[7-9]。自20世纪前苏联地质学家在辖区内发现铅锌矿床以来，大量学者对区内铅锌矿床进行了深入研究，总体上，研究成果集中于乌拉根矿区[10-12]，针对托帕矿区的研究成果较少。本研究在野外地质调查的基础上，对托帕铅锌矿床地质特征及矿化特征进行详细论述，并对该矿床的成矿机制进行分析，对找矿模型进行构建，为对乌拉根—托帕矿区进行成矿远景评价提供可靠依据。

1 区域成矿地质背景

托帕铅锌矿的区域大地构造位置总体处于西南天山岩浆-构造带(北部)、喀什坳陷(中部)及西昆仑岩浆-构造带(南部)之间，三者夹持部位多形成构造过渡带或裂陷槽，并于天山及喀什坳陷之间叠置了托云盆地、穷库尔山间坳陷盆地，其形成的特殊构造地段为各穷库尔、萨里塔什、霍什布拉克等矿床的形成提供了有利场所，乌拉根—托帕矿区即位于塔里木盆地中央隆起的向斜及背斜内[13-14]。矿区所属的喀什坳陷地层岩性复杂，由元古界、古生界基底及中新生界地层组成，其中，元古界长城系由一套碎屑岩-碳酸盐岩建造组成，古生界由含碳碎屑-碳酸盐岩建造、碎屑岩-硅质岩-碳酸盐岩建造及海陆交互的浅海陆源碎屑岩及碳酸盐岩建造组成，中生界主要出露有陆源碎屑岩建造(图1)。区域断裂构造极为发育，均属规模巨大(长数百千米)、切割深的边界或缓冲断裂，其中塔拉斯—费尔干纳断裂与区内其余3条近EW向断裂交汇，同时将区内基底及盖层切割为大小不等的断块，为深源物质运移提供了有利通道，加之加里东、海西期西南天山及西昆仑多期次、多旋回的构造岩浆活动，为区内矿化提供了极为有利的成矿条件。

图1 新疆乌拉根地区区域地质特征

2 矿区地质特征

2.1 地层

托帕铅锌矿床总体位于喀如勒及山前干河床一带，矿区主要出露下二叠系、中生界白垩系及新生界古近系，其中，下二叠统(P1)岩性以灰绿色砂岩为主；上白垩统依格孜牙组(K2y)及克孜勒苏组(K1k)分别出露于托帕背斜两翼及核部，岩性以砂岩夹泥岩为主；古新统古拉根组(E1w)分布于托帕背斜两翼，岩性较为复杂，自上而下出露有泥岩、泥灰岩、同生角砾岩、天青石化白云岩及砂砾岩；古近系始新统卡拉塔尔组(E2k)及巴什布拉克组(E3b)分别出露于托帕背斜两翼。

2.2 含矿建造

托帕铅锌矿的含矿建造与区内出露的地层岩性关系密切，可划分为白垩统砂岩建造及古新统砂-泥碳酸盐岩建造，其中白垩统属海陆交互建造，在黄绿色砂岩中发育铜矿化，矿化总体发育于紫色层中的浅色层。矿床的主要赋矿层位为古近系古新统乌拉根组(E1w)，总体属一套海侵砂、砾-泥碳酸盐岩建造：第一岩性段(E1w1)内砂岩-砂砾岩的粒度自下而上呈砾级-砂、砾级-砂级的韵律性渐变，矿化强度也逐渐增强，反映出相对强烈的水动力环境，海盆在同生断裂作用下发生强烈动荡；第二～第五岩性段(E1w2-5)以同生角砾岩(白云岩)-灰岩(含生物碎屑)夹白云岩-泥灰岩-泥灰岩夹白云岩为主，主要为化学沉积，多沿顺层断裂出露，因此粒度较一段变细，多见金属矿物沿裂隙发育。

2.3 构造

矿床受托帕背斜控制作用显著，矿床东西长14 km、南北宽5 km，规模较大，核部地层为下二叠统及下白垩统，轴部起伏不平，受地形及轴变化影响，核部地层呈片状、条带不连续状分布，两翼地层依次往外出露上白垩统、古新统、始新统、渐新统、中新统及上新统，表现出复式背斜的特征。矿区内的主要断裂为北部的推覆断裂，自北向南呈阶梯状横穿整个矿区，总体往北倾。以断裂为界，断裂以北主要出露下二叠统，是组成断裂“阶梯”的主要地层，断裂以南为中新生代地层，沿断裂出露的地层明显破碎且片理化发育，局部见断层碎裂岩及断层角砾岩，总体属成矿期后断裂。

2.4 地球化学特征

根据对矿床900件样品原生晕测试结果的统计分析，发现矿床的赋矿层位具有Cu、Pb、Zn、Ag、Ba、As、Mn的组合异常，且异常浓集中心显著，w(Cu)大多为0.02%～0.2%，w(Pb)大多为0.01%～0.2%，w(Zn)大多为0.01%～0.1%。整体上，异常中心与托帕背斜形态相对应，受含矿层位控制作用显著，主要分布于托帕背斜的含矿层出露地段，呈椭圆状、带状分布。As异常表现出较好的连续性且延伸范围大，几乎包含了整个成矿元素异常带，显示出异常是由矿化或矿化蚀变带引起，结合前缘元素发育特征分析认为矿化体深部矿化潜力较大。

3 矿床地质特征

3.1 矿带地质特征

托帕矿带受托帕背斜控制作用显著，根据矿化的富集及空间分布特征，可将矿带划分为南、北Pb-Zn-Cu矿带及中部Cu矿带。南部Cu-Pb-Zn矿带分布于托帕背斜南翼，矿化(体)多赋存于乌拉根组第一、第二级第四岩性段；北部Cu-Pb-Zn矿带展布于托帕背斜北翼；中部Cu矿带位于托帕背斜核部西端，黄绿色砂岩中发育层状、网脉状、浸染状矿化。

在垂向上，矿带仍表现出显著的矿化分带性，自上而下表现为砂岩型Cu矿化→砂砾岩型Cu矿化→碳酸盐型Pb-Zn-Cu矿化。其中，砂岩型Cu矿化(体)多呈细脉浸染状、网脉状发育于下白垩统紫色层中的浅色层，斜交地层，属热卤水改造成矿作用；砂砾岩型Cu矿化多顺层产出，呈纹层状、条带状及结核状发育于乌拉根组一段(E1w1)，属热卤水沉积—改造成矿；碳酸盐型Cu矿化受断裂构造控制作用显著，多顺层产于乌拉根组第二及第四岩性段(E1w2、4)，呈脉状、透镜状，矿化(体)规模较前述两种矿化小，为热卤水改造作用的成果。

3.2 矿体地质特征

总体上，矿区砂砾岩中Zn品位高，w(Zn)/w(Pb) 近于1；天青石白云石中Pb品位仍较高，w(Zn)/w(Pb)近于1；北矿带Pb品位较高，南矿带Zn品位较高；东部以Pb矿化为主，西部则以Zn矿化为主(图2)。

3.3 矿石类型及矿物组成

由于矿床内矿化类型复杂、多样，因此矿石类型繁多，根据矿石结构构造可将矿石类型分为角砾状、块状、浸染状及细脉状、条带状矿石，按照赋矿岩性则可分为砂岩型、砂砾岩型及碳酸盐型矿石。砂岩型矿石多为灰白色氧化矿，以微晶—细晶晶粒结构、次生结晶结构及细脉浸染状构造为特征；砂砾岩型铜矿石则多发育纤维状结构及特有的纹层状、条带状构造；碳酸盐型铅锌铜矿石中多发育晶粒结构、胶状结构、交代溶蚀结构及角砾状、稀疏浸染状构造。

各矿石内矿物组合有所不一，氧化矿石中的主要金属矿物为孔雀石、辉铜矿及铜蓝，偶见斑铜矿、黄铜矿和闪锌矿，脉石矿物为长石、云母；原生矿石矿物以黝铜矿、方铅矿、闪锌矿及黄铁矿为主，脉石矿物以石英、方解石及白云石为主[15]。黝铜矿为矿床内分布最为广泛的金属矿物，是由微粒—细粒结晶粒状组成的集合体，多呈浸染状嵌布于砂、砾及碳酸盐矿物间，或与方铅矿、黄铜矿、黄铁矿呈结核状或纹层状分布于砂砾岩型矿石中；方铅矿属微粒—细粒结晶粒状集合体，多与黝铜矿、闪锌矿及黄铁矿呈浸染状镶嵌于砂、砾及碳酸盐矿物间。

表1 托帕铅锌矿床矿体特征参数

图2 托帕矿区地球物理/化学实测剖面

3.4 围岩蚀变

矿区内的蚀变类型以碳酸盐化、天青石化、黄铁矿化及硅化为主[16]，总体类型简单，但具有显著的分带性：①总体呈带状展布，与矿带展布范围一致，于矿化(体)处蚀变最为强烈；②自矿体往外依次为黄铁矿(褐铁矿)化带→硅化-黄铁矿(褐铁矿化)带→碳酸盐化带；③碳酸盐化以白云岩化为主，分布范围较广，反映出整个含矿带的形态及规模与含矿层原生沉积及热水作用有关；④黄铁矿化、硅化范围相对小，与矿化范围基本吻合，蚀变强度与矿化程度呈正相关，属热卤水作用的产物；⑤黄铁矿化多发育为胶结物嵌布于岩屑及矿物颗粒间，沿岩层定向排列的特征显示其形成于热水同生沉积作用。

4 成矿机制

4.1 成矿物质来源

区域基底及赋矿层位中Pb、Zn、Ag、Sr等含量较高，共同构成了广泛的矿源层，为成矿提供了丰富的物质来源。矿床所处盆地的基底多为由碎屑岩建造构成的厚大区域含水层，由于盆地发生沉降，水流向盆地内汇集成富水盆地，加之沉积物及原岩中富含水质，为热水循环提供了良好的水动力条件。碳酸盐岩层下部铅锌矿化富集，多见电气石、白云石、黄铁矿等，充分反映出含金属元素的热卤水源自地壳深部或地幔。地幔柱的活动可释放出富含大量成矿物质的热卤水，沿深大断裂上侵后聚集于同生断裂，最终喷出成矿或沿断裂上侵于有利层位充填成矿。

4.2 成矿阶段

托帕铅锌矿的形成可划分为早、晚两期成矿作用，其中早期为热卤水成矿作用期，可进一步分为喷流沉积成矿阶段及热卤水充填、交代成矿阶段；晚期则为表生成矿期。该矿床的具体成矿过程为：中生代晚期，海水自西向东侵入区内，至中生代新世发展为海盆，随着同生断裂南北两盘不断下降、抬升，致使盆地在下降的同时积累了巨厚的含煤、碳质的紫色层含矿建造，与之伴生的水下隆起带使得盆地处于局部封闭、安定的还原水环境，为金属硫化物的沉积创造了有利条件；在同生断裂的长期作用下诱发热卤水喷流，富含深部成矿物质的含矿热液与海盆发生了反应，在矿源层沉积成矿的同时，伴随着同生角砾岩产出；至后期，海盆逐渐封闭，形成泥-碳酸盐岩建造；洋盆到始新世晚期彻底关闭，热水幕结束，深部封存的热卤水被诱发活动，携带着成矿物质沿断裂构造运移并充填、交代成矿，或停留于海盆对早期矿化/矿源层进行叠加富化，形成厚大富矿(化)体；此外，在热水静压力的作用下，初始该层被破坏为碎裂岩墙，由于岩石渗透性极好，Zn等成矿物质在天水及地表氧化的多重作用下被淋滤流失，而Pb化学性质不活泼、运移距离小，多在地表或浅部形成白铅矿、铅矾等次生矿物，故潜水面以下未被淋滤的地段仍以富化矿体为主，最终形成了铅锌矿(化)体在垂向上的成矿分带特征。

4.3 成矿作用

托帕铅锌矿具有热卤水喷流及充填改造叠加成矿的特征，成矿早期，含成矿元素的矿化热卤水沿同生断裂往上运移至盆地底部的同时，不断萃取围岩元素进一步富化成矿元素，在相对平静的地球化学环境中沉积成矿，形成层状、纹层状及条带状矿(化)体，金属矿物沿层理分布，矿床内条带状/团板状硅质岩、包卷层理/碎屑岩墙及高Ba含量的原生晕均反映出热卤水同生沉积成矿的特征；深部的矿化热卤水进一步沿断裂构造往上运移，在地球化学障的构造有利部位充填、交代成矿，形成似层状、透镜状矿(化)体，进一步富化早期形成的矿(化)体，矿床内的星点状/浸染状/细脉状铜矿物、褪色含矿层内蚀变作用(硅化/碳酸盐化/褐铁矿化)均验证了热卤水发生的改造成矿作用(图3)。此外，托帕铅锌矿床自上而下发育的砂岩型铜矿化、砂砾岩型铜矿化以及碳酸盐型铅锌铜矿化也反映出了成矿热卤水沉积—改造的成矿特征。