托斯巴斯他乌金矿微量稀土元素地球化学特征及矿床成因分析

2022-06-27杨延平李平黄鑫

地质找矿论丛 2022年2期

杨延平，李平，黄鑫

(核工业二一六大队，乌鲁木齐 830011)

0 前言

新疆准噶尔北缘地区是中亚造山带的重要组成部分，位于西伯利亚板块和哈萨克斯坦—准噶尔板块的结合部位，哈-中-蒙巨型有色金属成矿带中段，为显生宙增生造山带，具复杂的地质构造和强烈的岩浆活动，是寻找铜、金、多金属矿床的有利地段[1-5]。目前已发现一系列铜、镍、铁、金矿床，成因类型有与镁铁-超镁铁质岩相关的铜镍硫化物矿床(如喀拉通克大型铜镍矿)[6]、斑岩型铜(钼)矿床(如哈腊苏中型铜矿、玉勒肯哈腊苏中型铜矿)、矽卡岩型铜钼矿床(如索尔库都克中型铜钼矿)及铁铜金矿床(如乔夏哈拉和老山口小型铁铜金矿床)、造山型(剪切带型)金矿床(萨尔布拉克小型金矿)、岩浆熔离型铁矿(红滩)、石英脉型-破碎带蚀变岩型金矿(红滩)、中低温热液型铜金矿、构造破碎带-热液型铅锌矿(克孜勒塔乌)等，具良好的找矿前景①[7]。

托斯巴斯他乌金矿位于准噶尔板块北缘，准噶尔成矿省萨吾儿—二台(岛弧带)Cu-Ni-Mo-Au-Fe-REE-煤-膨润土-沸石-萤石四级成矿带，距青河县城直线距离28 km①②。该金矿于1978年由新疆地矿局第五地质大队发现综合异常，2005年新疆地质局第四地质大队划定为铜、金、铁找矿靶区，后经多年勘探，确定为小型金矿床。

托斯巴斯他乌金矿床研究程度相对较低，前人曾对地质特征及找矿标志进行过简单的探讨，矿床成因认识有与侵入岩有关的破碎蚀变岩型[8]、岩浆气液交代-充填型[9]等观点，而对于与成矿作用密切相关的成矿物质及其来源等均缺乏相应的研究。为此，本文在野外详细地质勘查基础上，对区内金矿石进行微量元素和稀土元素的分析，结合矿床地质特征，探讨托斯巴斯他乌金矿成矿物质来源及矿床成因。

1 地质概况

研究区位于斋桑—乔夏哈拉缝合带以南，萨吾尔—二台晚古生代岛弧带内，处于卡拉先格尔—二台断裂与卡拉先格尔—接勒的他乌大断裂复合交汇的锐角地区，为重要的铜金矿找矿靶区③[10-12]，在2条大断裂之间发育有NE向和NW向2组次级断裂。沿卡拉先格尔—接勒的他乌大断裂侵入岩广泛分布，从超基性到酸性、碱性均有出露，具多类型、多时代、多成因和形成于多种构造环境的特征[7,13-15]。火山活动属中泥盆统北塔山旋回第二阶段，主要为玄武质、玄武安山质岩浆的持续爆发和喷溢，间歇期间极短，大致表现为火山活动由强烈爆发—喷溢—宁静(沉积作用)的过程。

区内NW-SE和近EW走向的断裂构造发育，金及多金属矿床(点)沿断裂带分布(图1)。区域化探分析结果显示出NW向Li、Be、U、Sn等稀有与放射性元素异常，局部发育近SN向的Au元素异常，其中以Li元素异常范围最大，不同元素异常往往相互叠加，异常显示与高温岩浆热液活动有关。

图1 研究区构造位置(a)及区域地质图(b)Fig.1 Tectonic location and regional geological map of the study areaⅠ.阿勒泰-蒙古湖区-西萨彦造山系；Ⅱ.天山兴蒙造山系；ZQT-1.斋桑-乔夏哈拉缝合带(额尔齐斯矿带)；Ⅰ-1-12哈龙早古生代岩浆弧；Ⅰ-1-22冲乎尔-麦兹晚古生代裂陷盆地；Ⅱ-1-11萨吾尔-二台晚古生代岛弧带；Ⅱ-1-12塔尔巴河台-阿尔曼太早古生代沟弧带；Ⅱ-1-24北塔山古生代复合岛弧；Ⅱ-1-32三个泉凸起1.第四系；2.石炭系南明水组；3.上泥盆统卡希翁组；4.中泥盆统北塔山组二段；5.闪长岩；6.花岗闪长岩；7.地质界线/断层；8.金矿/铁矿位置及名称；9.1∶5万化探综合异常；10.金矿区名称及范围；11.研究区范围

2 矿床地质特征

托斯巴斯他乌金矿床地处准噶尔板块北缘活动陆缘的萨吾尔晚古生代岛弧带[10]，矿区内赋矿地层为中泥盆统北塔山组，由浅海相中基性火山岩、火山碎屑岩组成，金矿床受控于NW向大型断裂复合交汇的锐角区，矿化沿断裂带分布，金矿化作用因断裂位置略有不同。矿区内中酸性、中基性侵入岩发育，均侵位于中泥盆统北塔山组中，出露面积最大与金矿化关系密切的为闪长岩，吕书君等(2012)采用LA-ICP-MS锆石U-Pb法测得闪长岩年龄为353.8 Ma±1.9 Ma，属中晚泥盆世岩浆活动产物。

根据托斯巴斯他乌金矿区矿化分布范围及与金矿化相关的各类地质要素，区内矿化具有明显的分片特征，大致可分为3个片区(点)，即托库特拜金矿点、加马特金铜矿点(分为加马特南矿带、加马特北矿带)、哈依尔很金矿点(图2)。

图2 托斯巴斯他乌地区金矿点地质图Fig.2 Geological and Au ore occurrence distribution map of Tosi Bastawu areaa.托库特拜金矿点；b.哈依尔很金矿点；c.加马特金铜矿点(加马特北矿带)；d.加马特金铜矿点(加马特南矿带)1.第四系；2.中泥盆统北塔山组第二段玄武安山质凝灰岩、辉斑玄武岩；3.闪长岩；4.花岗闪长岩；5.辉长岩；6.辉石二长岩；7.蚀变带及编号；8.金矿体/金铜矿体；9.断层及编号

(1)托库特拜金矿点

矿点位于研究区西部，北邻青河县老山口岔路口金矿矿区，断裂构造发育，矿体赋存在NNW向剪张断裂中，断裂倾向SW，圈定5个金矿体、1个铜金矿体，从圈定矿体产状显示，矿体明显受该断裂控制，含矿岩性均为碎裂玄武安山质凝灰岩；矿体呈细脉状、透镜状产出，走向延伸15～177 m，矿体厚度0.12～3.00 m，w(Au)=2.03×10-6～19.82×10-6，矿石呈自形-半自形他形粒状结构、镶嵌结构、交代结构、碎裂结构，金属矿物有自然金、黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、斑铜矿、孔雀石、褐铁矿，非金属矿物有长石、纤闪石、石英、绿泥石等。金赋存状态主要有包裹金、裂隙金、粒间金(图3)，包裹金以铜、铅、锌、硫化矿包裹金与黄铁矿包裹金为主，围岩蚀变主要为孔雀石化、褐铁矿化、硅化、绿帘石化，沿断裂构造呈带状展布，与金成矿关系密切。

图3 矿物中金的存在形式Fig.3 Au occurrence in mineralsa.分布于黄铁矿中粒间金；b.脉石矿物粒间金；c.脉石矿物包裹金；d.黄铁矿中包裹金

(2)加马特金铜矿点

该矿点位于研究区南部，可分为加马特北矿带和加马特南矿带，断裂构造极为发育，见有SN向、NW向、NE向3组断裂，加马特北矿带矿体赋存在闪长岩与玄武岩接触带的NW-NNW向的断裂带中，圈定金矿体1个，金铜矿体1个，矿体厚1.53～8.00 m，w(Au)=1.28×10-6～5.92×10-6；加马特南矿带矿体赋存在岩体与地层外接触带的NW向断裂带中，圈定金矿体8个，矿体厚0.83～6.06 m，w(Au)=1.08×10-6～29.10×10-6；2个矿带内矿体含矿岩性均为碎裂玄武岩，矿体呈短脉状、透镜状，围岩蚀变主要为孔雀石化、黄铁矿化、铜兰、褐铁矿化。

(3)哈依尔很金矿点

该矿点位于研究区东部，圈定4个金矿体，分布于沿NNW剪张断裂展布的HⅠ、HⅡ号蚀变带内，矿体走向与断裂蚀变带走向一致，HⅠ号带内矿体呈小透镜状，为低品位金矿体。HⅡ号带内矿体呈脉状展布，规模相对较大，矿体延伸长约180 m，矿体厚度0.82～4.71 m，w(Au)=1.33×10-6～15.42×10-6。矿体中伴生有铜，单工程w(Cu)=0.02%～1.10%，平均为0.33%。矿体总体走向159°，倾向NEE，倾角41°～74°，含矿岩性为碎裂辉斑玄武岩，矿化主要为褐铁矿化、黄铁矿化、碳酸岩化和孔雀石化等。

3 微量元素和稀土元素地球化学特征

3.1 样品采集与测试结果

本文研究所用样品采集于托斯巴斯他3个矿点由探槽和硐探揭露的主矿体内，样品均为新鲜揭露的含金碎裂岩型金矿石。微量元素及稀土元素分析测试由核工业二一六大队检测研究院完成，采用波长色散型X荧光光谱仪测定Zr，熔融法电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、四酸消解法电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定微量元素和稀土元素。

样品的微量元素、稀土元素测试结果分别见表1、表2。

3.2 地球化学特征

(1)矿石微量元素特征

微量元素统计特征是元素和元素间数据结构的客观反映，能揭示元素在成矿过程中的地球化学行为特征[16-17]。从研究区金矿石微量元素球粒陨石标准化数据(表1)、微量元素标准化曲线图(图4)不难看出，微量元素的变化总体具有一致性；Th、Nd、Zr、Sm相对富集，呈正异常；Nb、Sr、Ti亏损，呈负异常；Ba为负异常；微量元素标准化蜘蛛网图曲线呈由左向右微倾斜多峰多谷形。其中，Th的正异常与Ti的负异常强度较大，反映在蜘蛛网图上，左端出现急剧的高峰，右端出现急剧的低谷。说明成矿作用与火山岩在物质渊源有关系，成矿既是后续岩浆侵位作用的继续，更是其发展。

图4 矿石中微量元素标准化曲线图Fig.4 Chondrite-normalized curve of trace elements of the ore

表1 矿石微量元素球粒陨石标准化数据Table 1 Chondrite-normalized trace element data of the ore

(2)矿石稀土元素特征

研究区金矿石稀土元素球粒陨石标准化数据见表2，标准化稀土元素配分模式图见图5。稀土元素地球化学的主要特征表现为，稀土总量w(ΣREE)=26.48×10-6～142.70×10-6，主要集中在73.91×10-6～110.82×10-6之间，与世界同类火山岩均值(110×10-6～160×10-6)相比略显偏低；w(LREE)/w(HREE)=0.46～2.73，主要集中在1.27～2.73，w(La)N/w(Yb)N=1.88～8.34，w(La)N/w(Sm)N=3～4.5，w(Gd)N/w(Yb)N变化不大(1.0±)。区内火山岩轻稀土相对富集，重稀土相对亏损，具幔壳混熔特征。样品的稀土元素配分模式基本相同，均为略向右倾斜的低角度近于平滑的曲线，Eu具微弱负异常，说明与区内矿石强烈的蚀变矿化和构造叠加改造导致物质组分的变化有关。

表2 矿石稀土元素球粒陨石标准化数据Table 2 Chondrite-normalized REE data of the ore

图5 矿石中稀土元素配分模式图Fig.5 REE pattern of the ore

4 矿床成因讨论

(1)构造环境

研究区位于北准噶尔古生代陆缘活动带不同方向深大断裂的交汇部位，矿床成矿过程与“斋桑—额尔齐斯”大洋板块在晚泥盆世俯冲、汇聚，石炭纪的碰撞造山及二叠纪以后陆内构造演化阶段相伴随。早中泥盆纪该区以伸展构造活动为主，沉积一套浅海相火山碎屑夹少量陆源碎屑沉积建造。

该区火山岩碱度为1.33～4.88，平均为2.31，属于造山带成熟岛弧区碱性系列火山岩。而岛弧型岩浆活动的特点，是在火山岛弧区有安山-玄武岩类岩形成，大陆边缘岛弧后方有花岗岩-花岗闪长岩岩基形成，其成矿作用的特点具有亲铜性，向上Cu带被Zn、Au带代替。经统计，区内玄武-安山岩类岩石的金铜含量均高于其它岩类，并且明显高于地壳克拉克值，属岛弧区中-基性火山岩型金铜成矿专属区。

(2)成矿物质来源

研究区为一套以基性-中基性火山岩、火山碎屑岩为主，火山碎屑沉积岩次之，间夹少量超基性火山岩、碳酸盐岩建造，形成该区初始矿源层；晚泥盆纪的深源钙碱性花岗质岩浆侵位，为该区提供了热源，促使围岩金属元素活化；石炭纪该区处于NE-SW向构造挤压环境，岩石变形变质发生褶皱构造，形成NW向挤压断裂、NE向张性断裂(走滑断裂)、NNW向剪张性断裂，其中以NW向挤压断裂为主。热液萃取围岩金属元素形成成矿溶液，成矿溶液因温压等条件变化导致金属元素在断裂空间富集、沉淀成矿。

(3)成矿构造空间

加马特片区矿体赋存在哈旦逊“三角岩体”与中泥盆统北塔山组第二段接触带的NW向断裂中[8]，矿化岩石较为破碎，绿帘石化蚀变较强，且矿化蚀变强弱明显受岩石破碎程度控制，破碎程度越高，矿化蚀变越强，反之则弱，说明矿体成因与区内岩浆热液活动和构造活动有关。

哈依尔很片区及托库特拜片区矿体赋存在NNW向剪张断裂中。该地区在印支期以伸展活动为主，沿二台大型走滑断裂上侵的壳源富钾花岗岩浆期后热液，混合大气降水，萃取围岩地层中的金元素等矿质，对先成矿体再次产生叠加改造和富集作用。