新疆温宿县盐场地区水系沉积物地球化学特征及找矿效果

2022-02-28李天虎彭桥梁王伟高满新熊中乙

西北地质 2022年1期

李天虎，彭桥梁，王伟，高满新，熊中乙

(1.中国地质调查局西安地质调查中心，陕西西安 710054；2.湖南省地质矿产勘查开发局四一八队，湖南娄底 417000)

砂岩型铜矿(包括砂岩型、页岩型及碳酸盐岩型)约占世界铜产量及探明储量的23%(Hitzman et al.，2005)，仅次于斑岩型铜矿而成为世界第二大铜矿床成因类型。该类矿床多数产于海相杂色岩中，陆相砂岩型铜矿在世界范围内所占比例甚小，在中国该类型矿床主要分布于南方中新生代沉积盆地(云南滇中-滇西盆地、四川会理盆地、湖南衡阳-沅麻盆地等)，探明储量占中国全部铜储量的 2.4%(赵一鸣等，2004)。

近年来，在新疆塔里木盆地周边的中新生代凹陷盆地中相继发现了一系列新生代沉积型砂岩铜矿床，以库木库里盆地(王平户等，2009)、库车盆地及喀什东西向构造带(马慧等，2011；柳坤峰等，2020)内发现的砂岩型铜矿床最为典型。在已发现的铜矿床(点)中，位于库车盆地的滴水铜矿床发现最早，开发历史悠久且规模较大(中型规模)，在该地区陆相砂岩型铜矿床中具有较好的代表性(时文革等，2016)。本次研究区东侧距滴水铜矿区约50 km(图1)，与滴水铜矿床位于同一成矿带上。区内出露地层主要为古近系苏维依组、新近系康村组、吉迪克组和库车组，具有较好的砂岩型铜矿找矿地质条件。笔者及项目组成员在1∶5万矿产地质调查工作的基础上，通过对测区内1∶5万水系沉积物测量数据进行处理，分析元素地球化学特征、异常分布与地层的关系，圈定了多个化探综合异常区，经异常查证及工程验证发现了多条铜矿(化)体，取得了较好的找矿效果。

1.哈尔力克-大南湖早古生代岛弧；2.小热泉子边缘火山岩带；3.康古尔海槽；4.雅满苏边缘火山岩带；5.阿拉套晚古生代陆缘盆地；6.赛里木地块；7.博罗科努早古生代岛弧；8.阿吾拉勒晚古生代裂谷；9.依什基里克晚古生代裂谷；10.伊宁中央地块；11.中天山岩浆弧；12.那拉提-乌瓦门蛇绿混杂岩带；13.哈尔克山高压-超高压变质带；14.东阿莱-哈尔克山弧前增生带；15.艾尔宾晚古生代残余盆地；16.西南天山-霍拉山上叠盆地；17.库车前陆盆地；18.柯坪陆缘盆地；19.库鲁克塔格陆缘地块；20.北山古生代裂谷系；21.研究区图1 研究区大地构造位置图Fig.1 The tectonic position of the study area

1 地质概况

研究区位于塔里木盆地北缘、天山南缘的库车前陆坳陷盆地，该盆地呈近东西向展布，大地构造位置位于天山造山带与塔里木盆地交接部位近乎槽状的盆地区，它是海西运动以后发展起来的中新生代边缘盆地-断陷坳陷(刘志宏等，2000；汤良杰等，2004；刘景彦等，2009),主要为古近系和新近系陆相沉积层所覆盖。古近系由紫红、灰绿等杂色砂岩、泥岩和石膏层组成，下部夹灰岩(库姆格列木群塔拉克组E1)，中上部含盐(库姆格列木群小库孜拜组E2—苏维依组E3)，主体形成于澙湖环境。新近系由棕褐、浅黄色砂岩、砾岩和泥岩组成，砂岩局部含Cu(康村组N1-2—库车组N2)，形成于河流三角洲-湖滨环境。

库车盆地总体呈东西向展布，主要受天山山麓深大断裂和塔里木河深大断裂所控制。横向上，库车盆地总体呈阶梯状断陷带，受南北2个方向强烈挤压应力影响，形成一系列褶皱和断裂。古近纪受喜马拉雅运动叠加影响，形成了天山山前大型逆冲褶皱系及一系列逆冲断层，构成北部单斜带、克拉苏-依奇克里克构造带、秋里塔格背斜带、前缘隆起带、拜城-阳霞盆地和乌什盆地的总体格局。研究区位于秋里塔格前锋带西段近东端，地层呈单斜状，区内断裂构造不发育，亦未见任何岩浆活动。

研究区主要出露古近系苏维依组(E3s)、吉迪克组(N1j)、新近系康村组(N1-2k)、库车组(N2k)以及第四系更新统和全新统。其中，苏维依组和康村组为本区的主要含矿地层。苏维依组在区内可分为3个岩性段：下段为红色岩段，由棕红色粉砂质泥岩夹几层鲜艳的黄绿、灰绿色泥灰岩及膏泥岩组成；中段为膏盐段，是以棕红色为主的泥质石盐层及石盐质泥岩夹石膏层；上段为棕红、棕褐色泥岩、泥灰岩夹少量薄层石膏。康村组为一套红色碎屑岩建造,岩性主要为红褐色、棕褐色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、粗砂岩和含砾粗砂岩，夹灰绿色粉砂岩、细砂岩薄层，分为3个岩性段,岩石粒度从上往下整体表现为由粗变细。

区域成矿方面，库车盆地位于塔里木盆地北缘砂岩型铜成矿带的东部，自西向东发育了大小近20多个砂岩型铜矿床(点)(郭全，2007；赵洪礼，2009；韩文文等，2011；任彩霞等，2012；张振亮等，2014)。其中，拜城县滴水铜矿已达到中型规模，是库车盆地砂岩型铜矿的典型代表(时文革等，2015；王伟等，2018)。滴水铜矿位于秋里塔格构造带西段的铜矿山背斜北翼，地层呈单斜状；矿区内断裂构造发育，可分为北东东向、近南北向、北西向和北东向4组；区内出露地层较为简单，主要为新近系康村组(N1-2k)和库车组(N2k)；岩性以砾岩、砂砾岩、粉砂岩和泥岩为主，表现出明显的陆相沉积体系特征，普遍为一套含膏盐的河湖相杂色碎屑岩建造；矿体主要赋存于康村组中，含矿层位于康村组上部红色岩系向灰色岩系转变的位置(时文革等，2015，2016)。滴水铜矿为典型的陆相砂岩型铜矿，其形成主要经历了成岩、成矿期及地表或近地表的氧化淋滤期，为沉积-改造型铜矿床(时文革等，2016；王伟等，2018)。

2 样品采集与分析测试

工作区位于塔里木盆地北缘、西南天山南缘，地势上北高南低，南侧为第四系冲洪积物，北侧为天山山脉，属干旱-半干旱大陆性气候。北侧以中高山河谷地貌为主，沟谷水系较为发育；南侧以河谷平原、冲洪积平原为主。水系沉积物主要源于基岩的物理风化作用，一级水系及分支水系的沉积物质能够有效代表其所在汇水盆地的基岩特征，适合开展水系沉积物测量。

首先，在1∶5万地形图上描绘出区内水系分布图，然后按照1 km2基本采样单元均匀布设采样点，采样点主要布置在长度大于300 m的一级水系末端和分支水系口上。当一级水系长度大于500 m时，在水系中增加采样点，使每一个采样点控制的汇水盆地的面积大致在0.125～0.25 km2；大于0.25 km2的应增加采样点，在二级水系、三级水系中布置控制点；对于沟壑发育的山区，采样密度为5～8个/km2，第四系冲洪积区，采样密度为1个/km2，采样遵循在30～50 m范围内多点采集，第四系区内范围适当放大(图2)。采样介质主要为砂质组分，样品阴干后过筛(采样粒级-10～+60目)，加工后的样品密封保存，样品重量大于300 g。区内共采集水系沉积物样品2 545件，平均采样密度为3.3个/km2。

图2 水系沉积物采样点位置分布图Fig.2 Sampling points distribution of stream sediment

样品分析测试由新疆地矿局第三地质大队实验室完成，共计分析17种元素。Bi、U、Th、Cu、Co、Ni、Zn、Cr、W、Mo、Pb、Au 采用等离子体质谱法(ICP-MS)分析，Sn、Ag 采用深孔电极发射光谱法(ES)分析，As、Sb 采用原子荧光分光光度法(AFS)分析，Ca采用原子吸收光谱法分析。17种元素的分析报出率均大于98%，内检样品和异常抽查样品合格率均大于95%。

3 元素地球化学特征

3.1 元素地球化学背景场分布特征

对全区2 545样品原始测试数据经3倍离差迭代剔除离群数据，并进行参数统计，统计结果见表1、表2。

表1 区内元素地球化学参数统计表Tab.1 Geochemical parameters of the working area

表2 元素在地层岩石中的分布特征表Tab.2 Elements’distribution in formation

由表1、表2可知，区内元素背景值与乌什-拜城地区1∶20万水系测量背景值较为一致，与地壳克拉克值相比Cu、Co、Ni、Cr、Au、Zn、Mo表现为极贫化状态；变异系数大于0.7的有Cu、Ag、As、Cr、Ni、Co、Mo、Ca，元素Cu、Co、Cr、Ni、Mo在背景值极贫化的状态下却表现出了较强的变异系数，这说明这些元素在某些地质体中得到了富集。

区内Cu高背景区沿北西向呈带状分布：在测区的南东段高背景区主要位于康村组、苏维依组中，与之对应的岩性主要为棕红色砂岩、灰色泥灰岩等，这与已有的地质认识相吻合；在测区北西段高背景区主要位于吉迪克组、苏维依组中，地势上工作区北高南低。因此，吉迪克组中所表现的Cu的高背景可能来自北部的康村组(图3)。

1.全新统沙、亚沙土；2.更新统砾石、沙；3.更新统冲洪积砾石、沙；4西域组复成分砾岩；5.库车组上段砂砾岩、粗砂岩；6.库车组下段砂砾岩、粗砂岩；7.康村组红色砂岩段；8.吉迪克组泥质砂岩、泥岩互层；9.苏维依组泥岩、膏盐段；10.Cu异常及其分带图3 研究区铜异常分布图Fig.3 Distribution of copper anomalies

3.2 元素多元统计分析

从相关性分析(表3)可以看出：Cu与As、Sb、Co、Ni、Zn、Mo、Ca，Cr与Co、Ni、As、Sb，W与Bi、Sn、Th、Zn、Ca，U与As、Sb、Co、Zn、Mo、W、Bi相关性较好，相关系数均大于0.5，Au、Pb、Ag与其他各元素相关性均较差。

表3 全区17个元素相关性系数表Tab.3 The relative coefficient of seventeen elements in the working area

从R型聚类图(图4)中可以看出：在聚类距离为15的情况下可将区内的元素分为5类：①Cu、Zn、Ni、Sb、Cr、Co、As、Mo、U。②Pb、Ca、Au。③W、Bi、Th。④Sn。⑤Ag各为一类。

图4 全区元素R型聚类分析谱系图Fig.4 R cluster analysis hierarchy in the working area

因子分析中，当提取因子数为5时，因子的累积方差贡献率为81.417%，基本上可以反映出样本的特征。5个因子(表4)所代表的元素组合为F1：As、Sb、Co、Cu、Zn、Bi、Mo、U；F2：W、Th、Sn、Pb；F3：Ca、Au；F4：Cr、Ni；F5：Ag。

综合多元统计分析结果可以看出：①聚类分析和因子分析的结果具有高度的一致性。②F1因子的方差贡献率为38.141%，所代表的为亲硫性元素组合，F1因子中Co、Cu、As、Sb 、Zn、Bi、Mo、U异常主要沿康村组、苏维依组分布，产出主要受地层控制。③F2因子所代表的主要为W、Mo族元素，W、Th、Sn异常主要分布于Qp3x与N2k中。

3.3 化探综合异常特征

通过多元统计分析，结合单元素异常及地质情况，在区内共划分出8个化探综合异常。笔者主要以砂岩型铜矿为研究目标，仅讨论与砂岩型铜矿有关的异常。与铜矿化有关的化探综合异常有Hs-3、Hs-4、Hs-5、Hs-6，各异常特征如下(图5、表5)。

HS-3号化探综合异常：该异常位于测区的西北角，异常呈带状分布，其北西向延伸方向未圈闭，异常面积为8.37 km2；异常位于康村组、吉迪克组、苏维依组内，岩性为红褐色粉砂质泥岩、灰绿色细砂岩、红褐色泥质粉砂岩、褐红色、灰绿色泥质砂岩、泥岩和泥灰岩；异常元素组合为Cu、Co、Ni、As、Sb、Au、Ag、Zn，各元素异常套合性好，异常范围较大；Cu异常具2个二级浓集中心，Cu元素平均值为34.23×10-6，异常最大值为84.09×10-6，衬度为3.4(图6、表6)。

表4 因子载荷矩阵表Tab.4 Factor loading matrix

(其他图例同图3)图5 调查区化探综合异常分布图Fig.5 Distribution of geochemical anomaly in survey area

表5 Hs-3化探综合异常各单元素异常特征值表(10-6)Tab.5 Abnormal eigenvalues of single elements of Hs-3(10-6)

Hs-4号化探综合异常：该异常位于测区中部，异常呈带状分布，异常面积为8.27 km2；异常位于苏维依组中，岩性为棕红色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、石膏岩、棕红色和灰绿色泥灰岩；异常元素组合为Cu、Co、Ni，Zn、As、Mo、Ti、Cr、U，异常套合性好，东西向延伸约9.7 km，延伸较远；Cu、Mo具有二级浓集中心，其余元素仅具有异常外带，Cu元素平均值为34.45×10-6，异常最大值为65.67×10-6，衬度为3.42(图7、表6)。

HS-5号化探综合异常：该异常位于盐场幅的东南角，异常呈带状分布，异常面积为2.52 km2；异常主要位于苏维依组中，岩性为棕红色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、石膏岩和棕红色泥灰岩；异常元素组合为Cu、Co、Sb、Ni、As、Ti、Mo，各元素异常套合性较好；除Co外，其余元素的异常延伸均较为稳定，各元素异常强度较为平缓，均仅有异常外带出现，Cu元素平均值为25.29×10-6，异常最大值为34.64×10-6，衬度为2.51(图8、表7)。

表7 Hs-5化探综合异常各单元素异常特征值表(10-6)Tab.7 Abnormal eigenvalues of single elements of Hs-5(10-6)

HS-6号化探综合异常：该异常位于HS-5号化探综合异常以西约500 m处，异常呈带状分布，异常面积为2.17 km2；异常位于康村组砂岩层中；元素组合仅为Cu、Au、Ca，元素组合较为单一，但异常套合性较好；Cu异常具有2个二级浓集中心，Cu元素平均值为36.13×10-6，Cu最大值为68.79×10-6，衬度为3.58(图9、表8)。

(图例同图3)图6 HS-3化探综合异常剖析图Fig.6 Abnormal analysis of HS-3

表6 Hs-4化探综合异常各单元素异常特征值表(10-6)Tab.6 Abnormal eigenvalues of single elements of Hs-4(10-6)

(图例同图3)图7 Hs-4化探综合异常剖析图Fig.7 Abnormal analysis of Hs-4

(图例同图3)图8 HS-5化探综合异常剖析图Fig.8 Abnormal analysis of HS-5

4 异常查证及找矿效果

综合地质和化探异常特征对所圈定的化探综合异常进行了异常检查，将HS-4、HS-6号异常列为矿产重点查证区。通过大比例尺地质、地表探槽及少量钻探工作，在以上2个异常区圈定一批矿(化)体。

(图例同图3)图9 HS-6化探综合异常剖析图Fig.9 Abnormal analysis of HS-6

表8 Hs-6化探综合异常各单元素异常特征值表Tab.8 Abnormal Eigenvalues of Single Elements of Hs-6

4.1 HS-4号异常区

首先，在异常Hs-4异常区开展1∶1万地质草测,填制出含矿地层(岩性)，然后以大致垂直地层走向布置1∶2000岩石地化剖面，最后在发现有矿化部位开展探槽工程揭露，对铜矿化地段进行大致控制。在该区大致垂直于含矿层走向共布设施工探槽29条，工程间距一般150～500 m,局部在500 m以上。

区内共圈定铜矿体5条，铜矿化体1条(图10)。铜矿化主要产于渐新统苏维依组(E3s)浅灰绿色、棕色泥灰岩中，泥灰岩中多夹有薄层石膏，含矿层一般位于石膏层下部的泥灰岩中，石膏层可视为一层地球化学还原障，使Cu离子在其下部得到沉淀并富集。主矿化带呈带(层)状展布，倾向变化不大，倾角为10°～25°，矿化层厚度一般为0.5～2 m，局部厚达5～6 m，长200～6 500 m，刻槽样测得矿体Cu平均品位为0.7%～1.21%。

矿化主要以孔雀石化的形式沿泥灰岩层理面或石膏面呈薄膜状分布。矿石矿物主要为孔雀石，含少量蓝铜矿，呈斑点状产出(图11)。

(其他图例同图3)图10 Hs-4异常区地质矿产图Fig.10 Map of geology and mineral resources in anomaly area of Hs-4

图11 (A)铜矿化野外露头特征和(B)铜矿体产出位置图Fig.11 (A)Field outcrop characteristics of copper mineralization and (B)Output location of copper ore bodies

4.2 HS-6号异常区

该异常区位于康村组中，与滴水铜矿含矿层位一致。在前期异常检查中，在异常区内发现了多处铜矿化，与化探异常具有高度的吻合性，说明该异常为矿致异常。该异常区内开展的矿产查证工作主要有1∶1万地质草测、系统地表探槽(间距200～400 m)揭露以及部分钻探(直孔，深度101～310 m)工作(图12)。

区内圈定铜矿(化)体13条(图13)，矿化体全部位于新近系康村组杂色中-细砂岩、含砾中-细砂岩中；矿体长200～2 900 m，厚1.0～1.66 m，倾向为330°～10°，倾角为25°～49°。刻槽样测得铜矿体Cu平均品位为0.81%～4.42%。矿石矿物主要为孔雀石、赤铜矿，见少量蓝铜矿。孔雀石、赤铜矿呈团块状、浸染状、层状产出；蓝铜矿呈星点状、斑点状产出(图12 B)，有用矿物总体成层呈带状延伸。

图12 (A)钻孔中铜矿化特征和(B)铜矿化野外露头特征图Fig.12 (A)Copper mineralization characteristics in boreholes mineralization and (B)Field outcrop characteristics of copper

1.泥质粉砂岩和细砂岩互层；2.中砂岩夹泥质粉砂岩、泥岩；3.粉砂质泥岩夹中砂岩、含砾粗砂岩；4.中砂岩与泥岩互层；5.粉砂质泥岩与钙质泥岩互层；6.钙质泥岩夹灰绿色泥灰岩与石膏层；7.孔雀石化砂岩层；8.铜矿化体；9.铜矿体；10.实测地质剖面；11.勘探线剖面；12.探槽位置；13.钻孔位置图13 Hs-6异常区地质矿产图Fig.13 The graph of geology and mineral resources in anomaly area of Hs-6

本区在4条勘探线上施工5个钻孔。在钻孔ZK1101中发现了视厚度1.78 m的铜矿化层，ZK0501中也发现了视厚度2.76 m的铜矿化层，皆产于中-粗砂岩中(局部含砾)；地下主要矿石矿物同地表基本一致,以孔雀石、赤铜矿为主，呈稀疏团块状或斑点状分布(图12A)，证明了地表矿体向深部有一定的延深。

5 元素富集浅析

5.1 物质来源

从研究区乃至整个库车山前盆地来看，Cu元素背景值整体较低，而这一地区却出现了多个铜矿床(点)，究其原因主要为该地区具有较好的元素物源区及较大的红层厚度。将陆源剥蚀区铜矿和坳陷沉积区铜矿的空间分布情况对应起来看，西段的汗腾格里峰-滴水地段,在陆源剥蚀区有阿克哭狼铜矿、卡捷克托尔铜矿和含Cu背景很高的古元古界绿岩系(木扎尔特群),而坳陷沉积区就出现了滴水等多处砂岩铜矿(白洪海等，2008)；另一方面库车山前坳陷盆地南部的沉积层厚度>500 m，大多数与沉积岩型层状铜矿床有关的红层通常有几百米甚至上千米厚(Hitzman et al.，2005)，这说明区内具有较好的成矿物质基础。

从元素多元性分析结果来看，Cu与As、Sb、Co、Ni、Zn、Mo、Bi、Ca相关性较好，这说明陆源剥蚀区不同类型铜矿床和绿岩带均可能为铜的富集提供了物质来源，Cu元素来源具有多元性。

5.2 成矿物质的搬运与沉淀

沉积岩型层状铜矿床需要大量的成矿流体，总的来看,盆地沉积岩空隙中存在的流体可能包括：①残余海水。②残余苦卤水(建造水)。③蒸发岩溶解形成的卤水。④烃熟化过程形成的流体。⑤石膏脱水流体等(刘玄等,2015)。区内膏盐层发育，盆地外围高地下渗的大气降水可能溶解蒸发岩形成高盐流体，高盐度流体可将红层中的铜萃取淋滤出来，若红层上部环境相对封闭，那么成矿流体在红层中不断循环，红层中的Cu元素可得到充分萃取。王伟等(2018)研究认为滴水铜矿的成矿流体主要为大气降水与盆地卤水的混合。

研究表明，沉积岩型层状铜矿床内矿质沉淀是由还原作用导致的(Kampunzu et al.，2009；Muchez et al.，2010、2012；Zhao Xinfu et al.，2012；Schmandtet al.，2013)。区内含矿岩石的颜色以杂色、浅色为主，含矿层下部一般为红层，这说明铜矿形成于还原环境。红层主要为低成熟的陆缘碎屑物在地表水及盆地水作用下发生红化而成，为铜矿化提供了最原始的物质来源。浅色层主要为海相或河湖相沉积的泥岩、粉砂岩及蒸发岩等。一方面浅色层与下伏红层之间的界面构成了氧化-还原界面,为成矿流体中的成矿物质卸载提供了物质接触；另一方面浅色层中的成岩黄铁矿、蒸发岩或者碳氢化合物为成矿作用提供了S源。区内膏盐层极为发育，一方面为形成高盐度成矿流体提供条件，另一方面与下伏红层构成一氧化-还原界面，不仅可起到封闭的作用，也可为Cu元素的富集提供还原性的S。