库车坳陷依西其开克一带铜矿化地层沉积相分析❶

2021-10-25金涛姜振宁王富强

化工矿产地质 2021年3期

金涛姜振宁王富强

中化地质矿山总局地质研究院，北京 100101

中生代以来天山造山带就一直向南推覆挤压，导致造山带前缘地壳下沉，形成了近东西向库车坳陷，广泛发育蒸发环境下的沉积型多金属矿床。目前共发现砂岩型铜矿床(点)60多处，不少矿床中伴生有金、银等有益元素[1]。库车坳陷铜成矿作用发生在新近纪，主要有砂岩型、泥岩型等铜矿化[2]，一般认为库车盆地铜成矿作用属于陆相含铜砂岩型[3]。目前，多数学者认为该类型铜矿是“同时沉积-成岩期改造”成因[4-6]。笔者所在团队进行野外调查时发现库车坳陷依西其开克一带砂岩型铜矿主要赋存于新近系中新统吉迪克组地层中[7]，结合前人资料对吉迪克组地层沉积特征及分布规律进行了分析研究，划分了该组地层沉积相，讨论了与本区砂岩型铜矿成矿的关系，以期为该区砂岩型铜矿找矿提供参考。

1 地质概况

1.1 区域地质概况

依西其开克处于塔里木-华北板块（Ⅲ）北部，塔里木微板块（Ⅲ1）北缘，库车山前坳陷（Ⅲ18-1）中北部（图1）。库车坳陷平面上表现为中部宽、向东西两段收敛的NNE向狭长条带，经历了多期次构造运动，充填了巨厚的中-新生代陆相沉积物，整体呈北厚南薄的楔状[8-9]。区域地层从元古宇至第四系均有出露，北部和中、新生界地层发育较完整，出露齐全，中生界沉积厚度较大，介于2000～3000m之间[10]。

图1 区域地质构造简图 Fig.1 Sketch of regional geological structure

林畅松[11]和刘景彦等[12]从构造层序格架角度讨论了库车坳陷的沉积发育特点，普遍认为库车坳陷主要发育了冲积扇/扇三角洲、辫状河、辫状河三角洲和滨浅湖相等沉积类型。区内古近系与新近系较中生界分布广泛，主要发育扇三角洲相、三角洲相、氧化咸水宽浅湖相等，北部山前带以发育扇三角洲相为典型特征[13]。整个古近系-新进系发育巨厚的蒸发岩，并具有东西分带的特征，反映了库车盆地沉积和沉降中心从库姆格列木群沉积时期至吉迪克组沉积时期有由西向东迁移的特点[14]。区内砂岩型铜矿化主要赋存于新近系吉迪克组（N1j）、康村组（N1k）、库车组（N2k）中，其中吉迪克组含铜层位稳定，是本区主要的赋矿地层。

1.2 吉迪克组地层地质特征

吉迪克组为一套河（湖）相为主的碎屑岩建造，南北岩性相变较大，东西也存在明显的岩性相变。地层岩石组合主要以红褐色、紫红色（泥质）细-粉砂岩与灰-紫红色砂砾岩与紫红色、土黄色（少量灰绿色）泥岩、砂质泥岩互层为主，该组顶部、底部一般以厚层状砾岩作为标志层与下伏苏维依组（E2-3s）、上覆康村组（N1k）整合接触，局部夹有浅灰白色含砾粗砂岩、粗砂岩、灰绿色细-粉砂岩（图2）。依西其开克北侧向斜一带吉迪克组以砂岩、砾岩为主，由北西至南东粒度逐渐变粗，表现为砾岩增多、变厚且砾径变大，一般5～25cm，次圆状为主，砾石中杂基含量不一，局部较高处呈杂基支撑为主，为山前地带的砾质辫状河相或冲积扇泥石流相，局部地层产状近直立，风化剥蚀严重。

1.3 铜矿化地质特征

通过野外调查和前人资料分析，依西其开克地区吉迪克组地层中共发现9处砂岩型铜矿（化）点，包括小型矿床1处。含矿层岩性主要为浅灰绿色中、厚层状中-粗砂岩、岩屑砂岩、粉-细砂岩、含砾粗砂岩等，顶、底板多为褐红色、砖红色粉砂质泥岩、泥岩、砂岩、岩屑砂岩。铜矿化品位分布稳定，绝大多数矿体平均品位在0.5%～2%，多伴生有Ag。含铜矿化砂岩层厚度0.1～3m，裂隙发育处矿化体厚度较大，品位高。矿化体多呈透镜状、豆荚状、似层状，矿层延伸与地层产状基本吻合，地表断续延伸60～800m，产状190°∠70°。铜矿化的富集不受断裂构造控制，局部地段节理、裂隙为铜矿次生富集提供了有利空间。地表氧化矿石中金属矿物主要为孔雀石、蓝铜矿，少量赤铜矿、赤铁矿，局部偶见自然铜、水胆矾等，脉石矿物为云母、方解石等。深部钻孔了解到原生矿石中金属矿物主要为自然铜，另见少量辉铜矿、褐铁矿，偶见赤铁矿，脉石矿物为砂屑（长石、石英）、岩屑（硅质岩、凝灰岩、石英、钙质砂屑等）、胶结物质（钙质、铁质及细小石英）[15]。

铜矿化中粗粒岩屑长石砂岩镜下特征为：由石英、长石及岩屑组成，多呈次棱角-次圆状，少呈棱角状，磨圆度一般，碎屑物含量为71%左右，粒径多为0.5～1.6mm，呈粗砂，部分为0.3～0.4mm，呈中粒，少数为0.1～0.2mm，呈细粒，分选性一般（图3）。石英（Qtz）以单晶石英为主，少见多晶，无色透明，无解理，见波状消光；长石主要为斜长石和钾长石，斜长石（Pl）粒内见细密的聚片双晶，长石发育较强粘土化和绢云母化，表面污浊；岩屑（Det）多呈浑圆状，含量较多，为25%左右，主要为石英岩、燧石岩、砂岩、泥岩及千枚岩等。陆源砂颗粒呈点、线接触，颗粒支撑，属孔隙式胶结。填隙物成分为方解石、孔雀石和铁质，方解石以亮晶方解石（Cal）为主，呈他形粒状充填在砂粒间，粒径为0.1～0.4mm；孔雀石和铁质均呈充填脉状，分布在砂粒间隙中；铁质氧化为褐铁矿（Lm），呈褐红色半透明。

图3 铜矿化中粗粒岩屑长石砂岩（正交） Fig.3 Photomicrographs of medium-coarse-grained debris feldspar sandstone copper in copper mineralization

2 沉积相分析

库车坳陷为前陆盆地前渊，北高南低的古地形决定了本区古流向主要为自北向南[16]。吉迪克时期，库车坳陷进入再生前陆盆地阶段，受到区域挤压应力的作用，古近纪形成的湖泊开始向南部萎缩，库车坳陷中西部山前地区主要发育扇三角洲。库车坳陷吉迪克期湖泊总体上为宽浅型湖泊，湖水总体很浅，湖岸线随气候和构造活动而频繁变化，湖水的水动力条件较弱，对扇三角洲搬运来的碎屑物质改造相对不强[17]。该时期气候干燥，蒸发强烈，结合吉迪克组（N1j）各处剖面岩性组合、颗粒类型及沉积构造特征，认为依西其开克地区沉积相由西至东可划分为砾质辫状河冲击扇相-湖泊三角洲相，据此编制了依西其开克地区吉迪克组（N1j）地层沉积相综合柱状图（图4），通过岩石组合、颗粒特征、结构构造、剖面对比分析等，系统总结了该组沉积规律，详细划分了吉迪克组（N1j）地层沉积相。

图4 依西其开克地区吉迪克组（N1j）沉积相综合柱状图 Fig.4 Column of sedimentary facies of Jidike formation in Yixiqikaike area

本次工作在依西其开克地区正北方向布设了PM15地质剖面（调查中部北侧库台克里克以东约6km）。该处吉迪克组地层为巨厚层砾岩建造，磨圆度一般，次圆状为主，次为次棱角状，分选性较差，粒径一般5～25cm不等，砾石中杂基含量不一，局部较高处呈杂基支撑为主，为山前地带的砾质辫状河相或冲积扇泥石流沉积相（洪水期），考虑到颗粒类型、磨圆度及沉积规模，应为砾质辫状河形成的冲击扇的前-中扇相（上-中游段）。该处及附近未发现铜矿化。

在黑英山南-依西其开克地区西北测量了PM02剖面。该处吉迪克组（N1j）为一套含砾砂岩（夹少量砾岩）建造，普遍不同程度含有砾石，砾石粒径明显变小，砂岩中所含砾石粒径1～5cm不等，砾岩夹层中砾石粒径可达10cm左右，分选性较差，磨圆度一般，局部见有交错层理，此处应为辫状河冲击扇的中扇相（夹有冲积扇泥石流沉积相）与远端相的过渡地段。该处及附近偶见微弱铜矿化。

依西其开克地区中西部一带的PM02南段主要以棕色、暗红色、黄褐色粗砂岩、泥岩、（粉）砂岩、含砾粗砂岩等为主，是一套砂泥岩不等厚互层并夹有砂砾岩的不稳定碎屑岩建造。砾石一般不大于3cm，部分砾岩夹层中砾石可达5～8cm，反映了洪积或地壳不稳定、库车凹陷相对大幅沉降的结果，砂岩、砂砾岩中见有交错层理、波痕等沉积构造。该岩性组合以泥岩-粉砂岩-细砂岩为主，泥砂大量淤积，反映了坡降明显变缓、河道明显变宽的沉积环境。结合构造特征及沉积大环境分析，应为辫状河冲击扇远端相，砂砾岩、砾岩夹层应为扇内河道相或洪积相。

依西其开克地区中部由北（PM15）至南（PM02南段）依次为山前地带的砾质辫状河形成的冲击扇的前-中扇相（夹冲积扇泥石流沉积相）-辫状河冲击扇的中扇相与远端相的过渡相-辫状河冲击扇远端相。往北（区外）应为南天山剥蚀区-近源扇（上游段），往南河流进一步分支变缓，形成湖泊三角洲相、河口沙坝相等河湖交替相，随后是浅滨湖相。

依西其开克中部偏西的PM02南段为辫状河冲击扇远端相（砂砾岩、砾岩夹层应为扇内河道相或洪积相），往东（PM02南段-PM4-1-PM14）粒度变细、厚度变薄。该处见多个铜矿化点，部分达到工业品位。

PM4-1位于依西其开克中部偏东、祖来买提农厄肯东部一带，为一套泥岩、砂岩不等厚互层为主的碎屑岩建造。泥岩占明显优势，有稳定的泥岩（夹粉砂岩）段产出，见交错层理和少量平行层理，应为湖泊三角洲前缘相，中薄层状砂岩与泥岩互层，应为湖泊三角洲中的前缘砂席相，而部分较纯的长石石英砂岩应为河口沙坝沉积环境。

PM14位于依西其开克东部、皮羌布拉克厄肯一带，为一套暗色泥岩夹少量粉砂岩建造。泥岩占绝对优势且见有蓝绿色夹层，仅夹有少量粉砂岩，见有水平层理。本处应为湖泊三角洲的前三角洲相。

3 沉积作用与成矿

依西其开克地区吉迪克组岩性沿东西走向变化较大，显示了不同的沉积环境特点。西北部地区主要沉积物为砾岩、含砾粗砂岩、杂砂岩、泥岩等，砾石磨圆度和分选性较差，反映了沉积物距物源区较近，搬运距离较短且沉积速度迅速，显示了冲积、洪积和滨湖相的沉积环境[17]，东南部地区岩性以细砂岩、泥岩为主，显示了滨浅湖相沉积环境。通过对上述资料的综合研究，形成本区吉迪克时期砾质辫状河冲击扇相-湖泊三角洲相沉积平面图（图5）。依西其开克附近的铜矿点包括本次新发现的铜矿（化）点多集中产于砾质辫状河冲击扇相的远端相和远端相与三角洲前缘相的过渡地段。这些沉积相岩性组合中泥岩和砂（砾）岩均没有绝对优势，均有稳定的泥岩夹层或合适厚度的砂（砾）岩沉积，包含利于矿液富集的砂（砾）岩和泥岩，具有一定的厚度和组合比例，其孔隙性和渗透性都是成矿的有利条件。