新疆阿尔泰乌拉斯沟铜锌多金属矿地质特征及矿床模型

高文娟 陈宇 刘国仁

（①河北省地矿局第七地质大队（雄安中心）燕郊 065201②中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆矿产资源研究中心 乌鲁木齐 830011）

哈萨克斯坦阿尔泰是世界著名的VMS成矿带之一，已发现了10余个大型、超大型矿床，如列宁诺戈尔斯克超大型多金属矿、济良诺夫斯克超大型多金属矿、马列耶夫大型铜锌矿等[1-3]。新疆阿尔泰和哈萨克斯坦阿尔泰同属中亚造山带，是后者的东南延伸部位，具有相似的成矿背景，VMS矿床也是新疆阿尔泰的重要矿床类型[3]。新疆阿尔泰VMS矿床主要分布于阿舍勒、克兰和麦兹矿集区[4-5]，克兰矿集区VMS矿床主要有大东沟铅锌矿、铁木尔特铅锌铜矿、塔拉特铅锌铁矿、乌拉斯沟铜锌多金属[6-9]等。尽管乌拉斯沟矿床早在1984年被发现，但近年来找矿工作又取得新进展，新疆维吾尔自治区有色地质勘查局七〇六队通过对乌拉斯沟矿床的勘查，新发现了锌矿体，使该矿床成为中型铜锌铁金多金属矿，找矿前景较大。前人对乌拉斯沟矿床开展过研究，但对于矿床的成因存在较大争议，有VMS型、矽卡岩型、造山型、VMS+变质热液型等[10-13]。本文描述了成矿地质背景、矿床特征和矿化类型，探讨了成矿作用，建立了矿床模型，以期为进一步找矿勘查提供依据。

1 成矿地质背景

阿尔泰是中亚造山带重要组成部分，呈北西向横贯于中、俄、哈、蒙4国，全长约2000km。在大地构造上，中国阿尔泰包括西伯利亚板块的北阿尔泰早古生代陆缘活动带和南阿尔泰晚古生代活动陆缘。地理上，新疆阿尔泰分为北阿尔泰、中阿尔泰和南阿尔泰。南阿尔泰北以阿巴宫断裂为界，南以克兹加尔断裂为界与额尔齐斯构造带相邻，主要为早泥盆世康布铁堡组和中-晚泥盆世阿勒泰镇组变质火山-沉积岩系，其次是下-中泥盆统阿舍勒组、上泥盆统齐也组和下石炭统红山嘴组火山沉积岩系。南阿尔泰主要形成与海相火山作用有关的铜、铅、锌、铁、金矿。

克兰矿集区及外围出露地层为中寒武-早奥陶世地层、中-上志留统库鲁木提群、下泥盆统康布铁堡组和中-上泥盆统阿勒泰组。康布铁堡组是重要含矿岩系，下亚组主要为石英片岩、千枚岩、变质流纹岩、变质英安岩、变质凝灰岩、变质（凝灰）火山角砾岩，赋存塔拉特铅锌铁矿。康布铁堡组上亚组为变质流纹岩、变粒岩、变质凝灰岩夹片麻岩、绿泥黑云片岩、大理岩薄层或透镜体。VMS矿床（铁木尔特、大东沟、乌拉斯沟）、海相火山岩型铁矿（如阿巴宫、托莫尔特、恰夏）、矽卡岩型（巴斯铁列克钨多金属矿、蒙块铁铜矿）、造山型金矿（萨尔阔布）均赋存于上亚组第二岩性段的变钙质砂岩、铁锰质大理岩、沉凝灰岩、变质凝灰岩中。区域构造以阿勒泰复式向斜为主，次级褶皱及断裂较发育。阿勒泰复式向斜轴向为NW-SE向，轴长约50km，轴面倾向NE，SW翼正常，NE翼倒转且广泛发育次级褶皱。核部为阿勒泰组，向两翼依次为康布铁堡组、库鲁木提群（SW翼）或晚寒武-早奥陶世地层[5]。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质

乌拉斯沟铜锌多金属矿床位于克兰矿集区西北部，矿区出露的地层有中寒武-早奥陶世地层、早泥盆世康布铁堡组和中-晚泥盆世阿勒泰组（图1）。康布铁堡组可分为上、下两个亚组，其中下亚组可分为两个岩性段，上亚组可分为三个岩性段。康布铁堡组上亚组第一岩性段由酸性火山碎屑岩和熔岩组成，局部夹绿泥石英片岩；康布铁堡组上亚组第二岩性段以粘土质-碎屑沉积-碳酸盐沉积浅变质岩为主，夹少量火山碎屑岩，主要岩性为绿泥石英片岩、变钙质砂岩、变凝灰质砂岩、大理岩、变流纹质晶屑凝灰岩、变英安质晶屑凝灰岩等，层位内普遍发育块状硫化物、磁铁石英岩、铁锰质大理岩等火山喷流沉积层，为乌拉斯沟铜锌多金属矿床的赋矿层位；康布铁堡组上亚组第三岩性段为近火山口相的火山碎屑建造，主要岩性有变流纹质晶屑凝灰岩、流纹质火山角砾岩和流纹质集块岩。

图1 乌拉斯沟铜锌多金属矿区地质略图[14]

矿区断裂构造发育，主要为克因宫、铁木尔特和阿巴宫三个NW-SE走向的区域性大断裂及其次级断裂，次级断裂多沿含矿地层的岩性接触界面发育。区内侵入岩出露很少，呈岩脉、岩墙产出，主要分布在区域性大断裂及其旁侧。

2.2 矿体及矿石特征

共圈定16条主要矿体，多数为隐伏矿体，可分为铁矿体、铜矿体、铁铜矿体、（铁）锌矿体、铜锌矿体和金矿体（图2）。矿体大致平行，产状较陡，与地层产状一致，总体倾向NE。矿体长50～500m，厚2.99～10.76m，控制垂深大于385m。其中1号铜矿体长50～500m，单工程厚度0.6～12.8m。矿石构造主要有致密块状、块状、条带状、条纹状、浸染状、细脉状、网脉状和团块状构造（图3），矿石结构有自形-半自形晶粒结构、他形晶粒结构、填隙结构、压碎结构、固溶体分离结构和胶状结构等。矿石矿物主要为磁铁矿、黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿，少量方铅矿、磁黄铁矿、辉铋矿、自然金、自然铋。脉石矿物主要是石英、方解石、绢云母、白云母、绿泥石、辉石、角闪石、透闪石、阳起石、绿帘石、萤石等。矿石中Cu平均品位0.12%～1.13%，Zn平均品位0.77～2.10%，Fe平均品位7.85～23.26%，Au平均品位0.12～0.31g/t，Ag平均品位1.69～4.45g/t[14]。

图2 乌拉斯沟铜锌多金属矿30勘探线剖面图[14]

2.3 围岩蚀变

围岩蚀变主要有硅化、黄铁矿化、绿泥石化、赤铁矿化、绿帘石化、阳起石化、绢云母化和方解石化，个别石榴石化、角闪石化、透闪石化和矽线石化。

2.4 成矿期次划分

根据含矿层位，矿化特征、围岩蚀变、矿物组合、矿石组构和穿插关系，乌拉斯沟铜锌多金属矿床可划分出三个成矿期：喷流沉积成矿期、区域变质期和表生期（图3）。

图3 乌拉斯沟铜锌多金属矿化特征

1）喷流沉积期：该期可进一步划分为（石英）-黄铁矿-磁铁矿阶段（I）、黄铁矿-闪锌矿-磁铁矿阶段（II）和石英-黄铁矿-黄铜矿-自然金阶段（III）。I阶段为铁矿主要成矿阶段，主要形成致密块状石英黄铁矿磁铁矿石，条带状和条纹状石英（方解石）黄铁矿磁铁矿石、黄铁矿黄铜矿磁铁矿矿石，黑云绿泥石石英片岩中条纹状黄铁矿和细粒自形黄铁矿。II阶段为铁锌矿主要成矿阶段，主要见于ZK30-1岩心，形成纹层状、条带状石英（方解石）黄铁矿磁铁矿闪锌矿石、黄铁矿黄铜矿闪锌矿磁铁矿石、石英方解石闪锌矿矿石、方解石闪锌矿磁铁矿矿石等。III阶段主要形成与硅化有关的脉状矿化，主要表现为浸染状、细脉状黄铁矿黄铜矿分布于早阶段形成的矿石中或黄铁矿黄铜矿石英（网）细脉状分布在早阶段形成的块状、条带状（闪锌矿）磁铁矿中，III阶段是铜金主要成矿阶段。I和II阶段主要为喷流沉积相层状矿化，III阶段为补给通道相脉状矿化，二者构成“双层结构”。

2）区域变质期：区域变质作用造成含矿火山岩系和矿体的变形，发生绿片岩相的变质作用。该期形成的石英脉斜切早期形成的黑云绿泥石英片岩、层状矿化和脉状矿化，石英脉中亦发育少量自形程度好、颗粒粗大的黄铁矿，但该石英脉与成矿关系不大，是区域变质作用的产物。

3）表生期：地表矿体裂隙面上发生的各类次生氧化作用，可见孔雀石化、蓝铜矿化、褐铁矿化、赤铁矿化、黄钾铁矾化等，金在氧化矿中明显富集。

3 成矿作用

火山成因块状硫化物矿床（VMS）是沉积于海底或近海底的层状硫化物矿床，在空间上、时间上和成因上与同时代海相火山作用有关，属于同生沉积矿床。VMS型矿床的特点是矿区发育同期的海相火山熔岩、火山碎屑岩、沉积岩和次火山岩。矿床产在海相火山岩、火山沉积岩系中，矿体呈似层状或透镜状与火山岩围岩大体整合接触；发育喷气岩或热水沉积岩，如重晶石、含铁碧玉岩、硅质岩、黄铁矿、绿泥石岩、黑云母岩、电气石岩、铁白云石岩等。矿床具有“双层”结构，上部为喷流沉积作用形成的似层状、块状硫化物矿体，矿石中常发育纹层状、条带状、致密块状构造，下部为补给通道相浸染状硫化物组成的脉状-网脉状矿体[15]。综合乌拉斯沟含矿岩系、矿床地质特征、成矿流体特征和来源、成矿物质来源及年代学研究结果，认为乌拉斯沟铜锌多金属矿床为VMS型矿床。

晚志留世-晚泥盆世（425～354 Ma），板块俯冲增生加剧，阿尔泰古陆块随着南缘活动陆缘的发育，发生陆缘裂解[16]。413～382 Ma期间克兰一带在中寒武-早奥陶世地层和中晚奥陶世花岗岩基底上形成陆缘拉张断陷盆地，构造上属陆缘弧环境（图4）。俯冲板片发生裂离下沉，导致软流圈上涌，地壳物质熔融形成康布铁堡组酸性火山岩；底侵的基性岩浆形成康布铁堡组基性火山岩。克兰矿集区康布铁堡组中酸性火山碎屑岩（少量流纹岩）为主，成矿物质铅锌、铁含量较高，少量基性火山岩，成矿物质铜含量较高，导致克兰矿集区与海相火山作用有关的矿床以铅锌、铁为主，伴生铜。海水沿海底断裂或裂隙下渗，萃取早期火山岩中成矿物质形成含矿流体，同时有岩浆热液加入成矿系统中。次火山岩提供热能，导致含矿流体回返。克兰矿集区不同位置、受不同控矿因素作用，形成了不同类型或不同成矿元素组合的矿产。①塔拉特-大东沟-别斯萨拉一带含矿热液沿补给通道喷到海底，在海底斜坡、洼地等，由于压力巨减，温度降低，与冷的海水混合等因素，导致络合物分解，矿质沉淀形成层状、透镜状矿体，在矿体边部多发育条带状、条纹状构造或形成喷流岩（铁锰质大理岩、重晶石、硅质岩、黄铁矿层），矿体中间往往形成致密块状、块状、稠密浸染状矿石。在补给通道相形成脉状、网脉状矿化，成矿元素组合有Pb-Zn-Fe-Ag矿（如塔拉特）、Pb-Zn-Cu-Fe-Au矿（如铁木尔特）、Zn-Fe-Cu-Au矿（如乌拉斯沟）、Pb-Zn矿（如大东沟）。②康布铁堡村、萨西-红岭、莫尤勒特-雄库尔居尔一带含矿热液受火山断裂和裂隙控制，形成火山热液型Fe矿、Cu矿、Cu-Au矿、Au矿；③阿巴宫-小铁山一带矿浆及含矿热液在火山通道和附近的火山断裂中充填，形成矿浆-火山热液型铁磷矿；④托莫尔特附近远离火山机构，形成火山沉积型铁锰矿；⑤恰夏一带首先形成火山沉积型铁矿，随后次火山岩浆侵位，伴随岩浆热液活动形成铜矿叠加到早期铁矿上。

图4 乌拉斯沟铜锌多金属矿成矿模式图

在石炭纪经历了区域变质作用，含矿地层、喷流沉积期形成的多金属矿体发生了变形和变质作用。该期还形成了透镜状切层石英脉、含黄铁矿石英脉。石英脉斜切早期形成的黑云绿泥石英片岩、层状矿化和脉状矿化，石英脉中亦发育少量自形程度好、颗粒粗大的黄铁矿，但该石英脉与成矿关系不大。表生期矿体抬升出露地表，矿石裂隙面上发生的各类次生氧化和富集作用，发育孔雀石化、蓝铜矿化、褐铁矿化、赤铁矿化等。由于金赋存于硫化物中，硫化物风化淋滤，金矿物残留在氧化矿石中，导致金明显富集。

4 矿床模型

综合本次和前人研究成果，将乌拉斯沟铜锌多金属矿矿床模型描述如下：

（1）地理上位于新疆阿尔泰南缘克兰火山沉积盆地，大地构造上位于西伯利亚板块的阿尔泰微板块中南阿尔泰晚古生代活动陆缘的泥盆纪-石炭纪弧后盆地。

（2）含矿地层：康布铁堡组上亚组第二岩性段变质火山沉积岩系。矿体直接围岩为绿泥石英片岩、变质晶屑凝灰岩、铁锰质大理岩。

（3）构造：主要为克因宫、铁木尔特和阿巴宫三个NW-SE走向的区域性大断裂及其次级断裂，次级断裂多沿含矿地层的岩性接触面发育。

（4）侵入岩：矿区侵入岩出露很少。

（5）矿体特征：发育与地层产状一致的铁矿体、铜矿体、铁铜矿体、（铁）锌矿体、铜锌矿体和金矿体。矿化特征：既发育层状、块状矿化，也发育与硅化有关的脉状、网脉状矿化。

（6）矿物组合：矿石矿物主要为磁铁矿、黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿，少量方铅矿、磁黄铁矿、辉铋矿、自然铋和辉钼矿。脉石矿物主要是石英、方解石、绢云母、白云母、绿泥石、辉石、角闪石、透闪石、阳起石、绿帘石、萤石等。

（7）围岩蚀变：主要有硅化、黄铁矿化、绿泥石化、赤铁矿化、绿帘石化、阳起石化、绢云母化和方解石化，个别石榴石化、角闪石化、透闪石化和矽线石化。

（8）成矿流体为高温演化到低温（564～120℃）、中低盐度（0.71～17.61wt.%NaCleq）的H2O–CO2（±CH4/N2）–NaCl体系，成矿作用发生在氧化环境。喷流沉积期各个阶段石英和磁铁矿的δ18OH2O=0.9‰～9.7‰，δD=-123.1‰～-95.4‰，3He/4He值=0.53 to 0.89 Ra，40Ar/36Ar值 =444.6～656.5，40Ar（40Ar*）=33.54%～54.99%，表明成矿流体来源于岩浆水混合深循环的海水[13]。

（9）方解石中 δ13CPDB=6.3‰～3.9‰，δ18OSMOW=8.6‰～9.4‰；硫化物δ34S=4.41‰～4.20‰，相似于世界上的VMS矿床，表明成矿物质硫主要来源于深源岩浆或下伏火山岩。

（10）成矿时代：含矿岩系凝灰岩年龄为397.9±2.8 Ma，喷流沉积期闪锌矿和黄铁矿Rb-Sr等时线年龄为391.3±2.7 Ma，表明主成矿作用发生在早泥盆世（～391Ma）[13，17]。

（11）成因类型为VMS型多金属矿。喷流沉积期可进一步划分为黄铁矿-磁铁矿阶段、黄铁矿-闪锌矿-磁铁矿阶段、黄铁矿-黄铜矿阶段和石英-黄铁矿-黄铜矿-自然金阶段。

5 结论

（1）乌拉斯沟铜锌多金属矿床赋存于下泥盆统康布铁堡组上亚组第二岩性段的变凝灰岩中，具有层状、透镜状矿化和补给通道相脉状矿化组成的“双层结构”，矿床成因类型为VMS矿床。

（2）矿床的形成经历了喷流沉积成矿期、区域变质期和表生期。前者为主成矿期，进一步划分为（石英）-黄铁矿-磁铁矿阶段、黄铁矿-闪锌矿-磁铁矿阶段和石英-黄铁矿-黄铜矿-自然金阶段。

（3）成矿流体为高温演化到低温（564～120℃）、中低盐度（0.71～17.61wt.%NaCleq）的H2O–CO2（±CH4/N2）–NaCl体系，成矿作用发生在氧化环境。成矿流体来源于岩浆水混合深循环的海水，硫主要来源于深源岩浆或下伏火山岩。主成矿作用发生在早泥盆世（～391 Ma）。

致谢：参加野外和室内研究的还有杨富全、杨成栋、李强、张斌、王永强等，在此表示衷心感谢！