新疆且末县布拉克铜矿床控矿特征研究

高全和

(山东省第四地质矿产勘查院，山东 潍坊 261021)

0 引言

新疆且末县布拉克铜矿位于南疆地区砂砾岩型铜成矿带的西段[1]。2017年，新疆天高地质勘探有限公司在布拉克矿区开展了较为系统的铜矿普查工作，采用槽探、钻探对地表出露的铜矿层进行了控制；探获(333)类铜矿石量150.91万t，铜金属量46001.77t；矿床铜品位在1.04%～5.40%之间，平均品位3.05%(1)新疆天高地质勘探有限公司，新疆且末县布拉克铜矿普查报告，2017年。；矿区发育4个砂砾岩矿层，其中1个隐伏于泥质粉砂岩层内，矿床颇具规模。吐拉盆地西南缘砂砾岩型铜矿成矿地质条件优越，现今该地区铜矿找矿模式为：先寻找到地表氧化露头，继而展开普查评价；尚未对中、新生代盆地内沉积的砂砾岩铜矿层空间展布特征进行研究。该文以布拉克铜矿勘查成果地质资料为基础，结合以往区域地质工作研究剖析大地构造演化与铜矿形成的关系，分析了控矿要素，建立了成矿模式。以期对今后在吐拉断陷盆地南缘进行砂砾岩型铜矿找矿有所裨益。

1 成矿地质背景

布拉克铜矿位于新疆且末县境内，大地构造位置位于华北-塔里木板块(Ⅰ)柴达木地块(Ⅱ)吐拉断陷盆地(Ⅲ)西南缘。区域地层出露有石炭系、侏罗系、白垩系、古近系以及第四系(图1)。

石炭纪托库孜达坂群中组分布于该地区的南部；系一套浅海火山碎屑岩夹陆缘碎屑及碳酸盐建造。侏罗系出露有大煤沟组、采石岭组，为山间磨拉石及陆相含煤碎屑岩建造，呈EW向长条状展布于北部吐拉盆地北缘地带。白垩系、古近系为陆相红盆沉积，发育红色碎屑岩建造。白垩系为犬牙沟组，划分为上、下2个岩性段。下段为砂砾岩段，主要岩性为紫红色的岩块质砾岩、粉砂质泥岩、砂岩、泥质粉砂岩，布拉克铜矿赋存于该段上部，含矿岩性为浅灰色孔雀石化砂砾岩；上段为砂泥岩段，主要岩性为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩。新生代古近系出露发育路乐河组，分布于近矿区以南区域。第四系以河谷的冲洪积及山前洪积扇堆积为主。

1—第四系；2—古近纪路乐河组；3—白垩纪犬牙沟组；4—侏罗纪采石岭组；5—侏罗纪大煤沟组；6—石炭纪托库孜达坂群中组；7—石炭纪托库孜达坂群下组；8—奥陶纪地层；9—长城纪地层；10—古元古代地层；11—上三叠世花岗闪长岩；12—上三叠世二长花岗岩；13—下二叠世花岗闪长岩；14—下二叠世英云闪长岩；15—上二叠世英云闪长岩；16—下奥陶世二长花岗岩；17—晚蔚县世卡子岩群；18—实测、推测断层；19—逆断层；20—逆冲断层；21—构造角砾岩带；22—实测、推测地质界线；23—实测、推测角度不整合界线；24—花岗岩涌动接触界线；25—地层产状；26—且末-若羌凹陷；27—阿尔金断隆；28—阿尔金南缘构造混杂岩带；29—荣达木地块之吐拉盆地；30—昆仑地块；31—布拉克铜矿区图1 布拉克铜矿区区域地质略图(据1∶25万且末县以及电站幅区域地质报告，2003年修改)

区域断裂构造发育呈EW向、NEE向控制该区地质构造格架的深大断裂。阿尔金南缘断裂在该区北部NEE向穿过，控制吐拉断陷盆地北界。木孜鲁克北缘断裂在该区南部自西往东呈向东北凸出的弧形穿过，控制吐拉断陷盆地的南界，断裂带宽20～400m不等，总体产状为倾向180°～200°，倾角50°～70°。

区域褶皱以次级褶皱形式发育于吐拉断陷盆地南北边缘。盆地北缘褶皱群分布于阿尔金南缘断裂南侧约12km的范围内，多表现褶幅在500～1000m之内的小褶皱；盆地南缘褶皱为一宽缓的向斜，布拉克铜矿就位于该向斜的北翼。

区域岩浆岩主要发育上三叠世木孜鲁克序列花岗闪长岩和二长花岗岩，呈岩株状侵入于该区南部的石炭纪地层。

2 矿床地质特征

2.1 赋矿地层特征

布拉克矿区发育犬牙沟组上段及下段上部的岩石，大致可划分为5层(图2)。其基本层序自下而上依次为：①紫红色薄—中层泥质粉砂；②杂色含铜矿物砂砾岩层，厚25m；③紫红色泥质粉砂岩，厚117m；局部发育规模较小的含矿砂砾岩层，或隐伏于其内，或出露于地表；④杂色含铜矿物砂砾岩层，厚6m；⑤紫红色薄—中层泥质粉砂岩，泥质粉砂岩层理发育，局部顺层发育石膏细脉，具滨湖相沉积特征。含矿层杂色砂砾岩的岩屑多呈次圆状，粒径大小不一，分选性差，钙泥质胶结，较大的砾石多集中分布于层理下部，普遍夹细粒砂岩、粉砂岩或泥岩透镜体，显示扇缘三角洲相之沉积特征[3-4]。矿区含矿岩组为3个沉积旋回。

1—白垩纪犬牙沟组下段；2—砂砾岩含矿层及编号；3—铜矿体及编号；4—钻孔及编号；5—勘查线及编号；6—层理产状；7—泥质粉砂岩；8—夹石膏细脉泥质粉砂岩；9—细砂岩；10—砂砾岩图2 布拉克铜矿区地质简图及赋矿层柱状示意图(据新疆且末县布拉克铜矿普查报告，2017年修改)

杂色含铜矿物砂砾岩层岩性为浅灰色、浅灰褐色砂砾岩、砾岩、紫红色块状岩块质砾岩及紫红色似层状、透镜状含砾砂岩、砂岩，铜矿物主要富集在颜色较浅的浅灰色、浅灰褐色砂砾岩中。顶底板围岩浅色砾岩和深色砾岩、砂岩中也含少量的孔雀石，矿体边界渐变过渡，需依据样品分析结果来圈定。杂色含铜矿物砂砾岩层上覆和下伏的泥质粉砂岩铜含量较低，砂砾岩层与之为沉积接触，两者界线截然。

砂砾岩由砾石、砂粒和胶结物构成。砾石呈次圆状居多，少数呈次棱角状、棱角状，粒径一般在2～10mm之间，个别大于10mm，含量在35%～50%之间，安山岩、石英岩、流纹岩、玄武岩等岩屑居多，少有粉砂岩屑。砂粒呈次圆状，含量一般在35%～45%之间，主要为石英、长石晶屑。颗粒支撑，胶结物分布在粒间孔内，含量10%～15%，由粒径小于0.01mm的碳酸盐、泥质物、金属矿物(孔雀石、褐铁矿等)和少量长英质微晶组成。粒屑分选性较差，呈局部砾石聚集或砂聚集的现象普遍。

2.2 矿体特征

矿区内共圈出5个铜矿体，其特征如下：

(1)Ⅰ-1，Ⅰ-2，Ⅱ-1，Ⅲ-1号矿体为沿走向、倾向经工程控制圈定的矿体，Ⅳ-1矿体为由钻孔单工程推断的矿体。

(2)Ⅰ-1，Ⅰ-2，Ⅱ-1，Ⅲ-1号矿体沿走向均出现舒缓波状弯曲，总体走向90°，平面上4个矿体近平行展布。剖面上矿体呈层状、似层状,产状与赋矿地层一致(图3)。

(3)单个矿体长度多大于550m，最大1630.50m。单矿体厚度在1.38～1.76m之间，矿体厚度小。单矿体厚度变化系数在30.43%～43.11%之间，厚度变化小。

(4)矿石品位在1.04%～5.40%之间，单个矿体平均品位在2.32%～3.27%，为富矿。单个矿体品位变化系数在34.41%～43.87%之间，矿石有益元素分布均匀。

(5)Ⅳ-1号矿体真厚度4.68m，铜平均品位2.21%。矿体厚度大，品位高，有进一步勘查价值。

2.3 矿石特征

(1)矿石物质组分。赋矿岩石为砂砾岩，矿石由碎屑石英、碎屑长石、安山岩岩屑、石英岩岩屑、玄武岩岩屑、流纹岩岩屑、孔雀石、褐铁矿等金属填隙物及胶结物组成。胶结物含量5%～15%，由泥质物、碳酸盐及少量长英质微晶铁质组成。

1—第四系；2—浅灰色砂砾岩；3—紫红色泥质粉砂岩；4—含矿浅灰色砂砾岩层编号；5—铜矿体及编号；6—探槽及编号；7—钻孔及编号；8—钻孔深度及倾角图3 布拉克铜矿第1,3勘探线地质剖面图(据新疆且末县布拉克铜矿普查报告，2017年)

矿石金属矿物以孔雀石为主；次有褐铁矿，含量较少；偶见黄铁矿、自然铜。非金属矿物以长石、石英为主，泥质物、碳酸盐矿物等次之。

孔雀石：纤维状、粒径0.02～0.65mm，翠绿色，呈不规则的斑点状或短条状集合体充填于碎屑间隙内。

自然铜：粒状、粒径<0.02mm，铜红色，呈细小颗粒包裹于褐铁矿中。

褐铁矿：不规则粒状、粒径0.01～0.65mm，蓝灰色，呈不规则状集合体或单颗粒状充填于碎屑间隙中。

黄铁矿：半自形—他形粒状，粒径<0.03mm，黄白色，多呈单颗粒分布于岩石的空洞中。

(2)矿石化学成分。矿石中的有益元素主要为Cu，铜品位在1.04%～5.40%，平均品位3.05%；伴生银，银含量(6.97～8.91)×10-6,平均7.96×10-6。矿床其他元素Au，Pb，Zn，S，As等含量都很低(表1)。

表1 矿石化学全分析结果

(3)矿石结构、构造。矿石结构主要为碎屑结构，表现为<2mm的石英晶屑、长石晶屑、岩石碎屑和>2mm的岩石碎屑(安山岩、石英岩、玄武岩等岩屑)、石英晶屑、长石晶屑和孔雀石、褐铁矿等填隙物被少量的碳酸盐、泥质物胶结在一起，次为残余结构和交代溶蚀结构。

矿石构造主要为填隙浸染状构造、块状构造、似层状构造，沉积岩特征比较明显。表现为：粒状的孔雀石、褐铁矿、碳酸盐、泥质物充填于石英、长石等矿物碎屑和安山岩、石英岩、玄武岩等岩屑间隙内；亦有少部分矿石为孔雀石、褐铁矿等金属矿物呈脉状集合体充填于碎屑间隙裂隙中，因此类金属矿物填隙脉规模有限，外观上看矿石呈块状构造。

(4)矿石类型。矿石中的铜矿物有自由氧化铜、结合氧化铜、原生硫化铜、次生硫化铜(表2)。地表矿体矿石铜矿物中氧化铜的占有率为94.23%，垂深60.40m处矿体矿石铜矿物中氧化铜的占有率为91.47%，垂深154.20m处矿体矿石铜矿物中氧化铜的占有率为89.50%。现矿区已控制的矿体其矿石均属氧化矿石(氧化率>30%)。

表2 矿石铜物相分析结果

3 吐拉盆地的演化与铜矿的形成

吐拉盆地由挟持于阿尔金南缘断裂与木孜鲁克山北缘断裂之间的侏罗纪箕状盆地、白垩—古近纪箕状盆地部分组成，盆地基底为前侏罗纪基底岩系，主要由元古界与石炭—二叠系构成(图4)。

图4 吐拉盆地结构示意图(据1∶25万且末县一级电站幅区域地质报告，2003年修改)

中生代盖层主要为侏罗系，为山间磨拉石及陆相含煤碎屑岩建造，沿阿尔金山前发育；白垩纪—古近纪为陆相红盆沉积，发育红色碎屑岩建造。

按照时间与成因2条主线，吐拉盆地演化可分为4个阶段(图5)。

1—古近纪路乐河组；2—白垩纪犬牙沟组；3—侏罗纪采石岭组；4—侏罗纪大煤沟组；5—铜矿体图5 吐拉盆地演化及铜矿床形成示意图

上侏罗纪印支运动后期，陆壳伸展体制形成。阿尔金山沿断裂向南发生仰冲，断裂上盘快速抬升形成阿尔金山，下盘相对拗陷，形成北断南超的单侧式断陷盆地。抬升部位成山成岭，遭受剥蚀，拗陷部位沉积了大煤沟组灰绿色灰褐色碎屑岩。

中侏罗世末，燕山运动发生，陆壳伸展体制向挤压体制转化，阿尔金陆块向柴达木陆块逆冲，

至下侏罗世盆地性质转化为走滑—挤压冲断盆地，阿尔金南缘断裂呈走滑逆断裂性质，阿尔金山隆起遭受剥蚀，吐拉盆地则沉积了采石岭组具磨拉石性质的灰紫、紫红色碎屑岩。

下侏罗世燕山运动中期，侏罗纪盆地关闭，运动后期陆壳伸展体制形成，在木孜鲁克山北缘，断裂活化为同沉积正断裂，吐拉盆地(滞后)伸展，在木孜鲁克北部形成拗陷，木孜鲁克山遭受剥蚀，在其北部坳陷沉积了犬牙组红色碎屑岩含铜建造，形成了布拉克铜矿。由于该地区周期性振荡运动,盆地内三角洲、湖泊相沉积交替出现,铜矿层状赋存于浅灰色砂砾岩中，反映出铜矿形成于白垩纪盆地演化形成阶段特定的古地理、气候、沉积相条件[5-8]。

白垩纪末，燕山运动晚幕发生，陆壳伸展体制向挤压体制转化，昆仑陆块向柴达木陆块逆冲。至古近纪初，木孜鲁克北缘断裂活化为走滑—逆断裂，木孜鲁克山隆起并遭受剥蚀，吐拉盆地接沉积路乐河组紫红色粗碎屑岩含铜建造。

渐新世末，印度板块与欧亚板块的碰撞，施加了强大的南北向挤压应力，导致盆地两侧山体进一步隆升，盆缘次级褶皱开始形成，盆地南缘中新生代地层形成了线状向斜构造。布拉克铜矿卷入向斜北翼[9]，初始形成硫化铜矿床在地表或近地表环境下，被氧化成孔雀石、硅孔雀石等铜的碳酸盐类矿物[10]，在地表形成近EW向展布的金属矿物氧化带。

综上所述，结合现代铜矿沉积学理论，本矿床成矿模式如下：下侏罗世末，在研究区一带形成拗陷，南侧木孜鲁克山相对隆起岩石遭受风化、剥蚀。上白垩世，富含Cu的地表水不断地把成矿物质和陆源碎屑物带到沉积盆地沉积下来,这时地表水呈现静止状态,Cu也失去了动力条件,在干旱气候背景条件下,水不断地蒸发或流失,从氧化态、游离态、络合态中还原出来,最终在沉积成岩的过程中富集成矿[11-17]。

4 控矿因素分析

(1)岩相、古地理控制作用。白垩纪犬牙沟组下段上部岩性段为紫红色细碎屑岩夹浅灰色粗碎屑岩，反映其形成于内陆湖泊较干燥的气候环境。含矿层其上覆和下伏的紫红色中厚层泥质粉砂岩层理发育，具浅湖相沉积特征。含矿层浅色砂砾岩的岩屑多呈次圆状，粒径大小不一，分选性差，钙泥质胶结，较大的砾石多集中分布于层理下部，普遍夹细粒砂岩、粉砂岩或泥岩透镜体，显示扇缘三角洲相之沉积特征。已发现的铜矿体均产于砂砾岩中，显示铜矿受湖泊扇缘三角洲相控制[18]。

(2)岩性控制作用。白垩纪犬牙组下段的上部岩性层：紫红色碎屑沉积岩中发育的浅灰色砂砾岩是矿体赋存的岩性条件。紫红色泥质粉砂岩中不含铜矿物，表明铜只与盆地边缘粗粒沉积粗碎屑岩有关。

(3)构造控制作用。吐拉盆地的形成演化与盆地的边界断裂即阿尔金南缘断裂、木孜鲁克山北缘断裂活动息息相关，阿尔金南缘断裂控制了北部侏罗纪盆地的形成与演化，木孜鲁克山北缘断裂控制了南部白垩-古近纪盆地的沉积与变形。喜马拉雅造山运动造成盆地南缘中新生代地层形成的线状向斜构造控制着铜矿分布，布拉克铜矿在地表的分布受制于吐拉盆地南缘向斜的北翼。

(4)物源的控制。矿石中的岩屑类型主要为安山岩，夹有流纹岩、石英岩、玄武岩，此外还有少量粉砂岩。岩屑一般呈次圆状，少数呈次棱角状、棱角状，岩屑粒径大小不一，分选差，说明成矿碎屑物来自地势相对较高且出露发育火山岩的山区。砂砾岩含矿层沉积形成于入湖处的三角洲环境，亦表明铜来自盆地南部山地，并非来自盆地内部。近些年来，陆续在木孜鲁克山地区发现了木孜鲁克、库群、乌鲁克南、卡特里西等热液型铜矿。木孜鲁克山地区发育在火山-沉积岩石地层中的铜矿经过长期风化剥蚀，被氧化释放出的Cu呈离子以游离态或络合物态随地表流水作用携带到陆缘湖盆地沉积，为布拉克铜矿的形成提供了充足的矿源[19-21]。

5 结论

吐拉盆地西南缘克其卡勒克、克孜勒萨依、布拉克等沉积砂砾岩型铜矿床，均是以地表氧化露头做找矿标志发现的，以后的铜矿勘查工作，应加强对岩性、岩相、古地理等间接找矿标志的研究。该地区的犬牙沟组、路乐河组粗、细碎屑岩是分别在白垩纪、古近纪经过多个旋回沉积形成的，后又经历了线状向斜构造改造，该区发育的泥质粉砂岩内一定存在大量的隐伏砂砾岩矿层，布拉克铜矿床发育Ⅳ-1号隐伏砂砾岩矿层就是佐证。因此,也应注意隐伏砂砾岩层的寻找。