新疆西准噶尔苏云河钼矿含矿岩体重力异常特征及其地质意义

2022-09-28蒋忠祥屈李华孟盛向

地质与勘探 2022年5期

蒋忠祥，何跃，屈李华，孟盛向

(1.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局地球物理化学探矿大队，新疆昌吉 831100；2.新疆地矿投资(集团)有限责任公司,新疆乌鲁木齐 830000)

0 引言

中亚成矿域环巴尔喀什-西准噶尔成矿省成矿类型丰富多样，已在哈萨克斯坦境内北巴尔喀什成矿带发现科翁腊德、阿克斗卡、科克赛、萨亚克等世界级斑岩型矿床，在新疆西准噶尔巴尔鲁克地区先后发现了苏云河钼矿、加曼铁列克得铜矿、石屋铜金矿等斑岩型矿床，为研究巴尔喀什斑岩型成矿带是否延伸至我国新疆西准噶尔一带提供了新的研究对象。众多学者对以上两个成矿带进行了研究，王隆平(2001)研究中亚地球物理场分布规律，认为二级构造系控制了中亚地区的超大型多金属成矿省；李明等(2007)认为，哈萨克斯坦-准噶尔环状磁力异常带构造控制了哈萨克斯坦-准噶尔环状斑岩型铜钼矿带的形成；肖文交等(2008)认为中亚成矿域是受古亚洲洋演化控制的古生代构造-岩浆-成矿带；陈宣华等(2011)提出，中亚成矿域边缘发育岛弧岩浆作用的几个复背斜和复向斜(盆地)的核部构成了巴尔喀什成矿带和西准噶尔成矿带的内核；薛春纪等(2010)、董连慧等(2013)、黄鹏辉等(2016)、席晓凤和马珉艺(2019)等认为哈萨克斯坦环巴尔喀什地区的斑岩型铜钼矿床和我国巴尔鲁克山一带的斑岩型矿床，都与晚古生代的大规模构造-岩浆活动有关，构造-岩浆活动为斑岩型矿床形成提供了有利的构造背景和物质来源；申萍等(2015)认为环巴尔喀什-西准噶尔成矿省有九类成矿系统，哈萨克斯坦三条成矿带向东延伸进入新疆西准噶尔；宫丽明(2015)对西准-环巴尔喀什成矿带斑岩型铜矿的遥感信息进行对比研究，总结了西准噶尔地区和中亚典型斑岩铜矿影像特征规律；黄鹏辉等(2016)的岩石地球化学与同位素示踪等研究，表明新疆西准噶尔地区花岗岩类的源区和亏损地幔组分与中亚造山带的花岗岩类具有亲缘关系；高俊等(2019)提出的“残余洋中脊俯冲+预富集基性下地壳熔融”模型则揭示了哈萨克斯坦成矿省巴尔喀什-西准噶尔成矿带科翁腊德、阿克斗卡与新疆西准噶尔的包古图等斑岩铜矿在晚石炭世集中成矿。前人在新疆西准噶尔达尔布特-庙尔沟一带对斑岩型矿床的成矿地质背景进行了大量研究工作，但对巴尔鲁克一带斑岩体的岩石成因、源区特征和构造背景等还缺乏深入的研究和探讨，特别是缺少地球物理场的分析，从而制约了对整个西准噶尔成矿带的识别。

本文在典型矿床研究和前人成果认识基础上，重点研究巴尔鲁克山西段区域重力成果，针对苏云河钼矿含矿岩体开展重力三维反演，从构造环境、含矿岩体、成矿年龄等方面对比分析了苏云河钼矿与阿克斗卡铜矿的相似性，从成矿系统的角度来探讨北巴尔喀什与巴尔鲁克成矿带的对接，以期为新疆西准噶尔地质找矿突破提供新的地质认识。

1 区域地质特征

苏云河钼矿位于新疆巴尔鲁克山西段的裕民县境内，目前已探明钼金属量约57万吨，是西准噶尔地区最大的斑岩型钼矿床。矿床位于谢米斯台晚古生代岛弧带中的巴尔鲁克-北塔山古生代复合岛弧带内，区内多期次构造活动强烈，褶皱、断裂发育，为矿床的形成提供了良好的储存、运移空间(任燕等，2013)。

区域主要出露中泥盆统巴尔鲁克组、上泥盆统铁列克提组地层。中泥盆统巴尔鲁克组岩性以晶屑岩屑凝灰岩、凝灰岩为主，共分出三个岩性段十三层，其中第二岩性段为矿区内主要含矿层位。上泥盆统铁列克提组地层岩性以凝灰质粉砂岩及凝灰岩砾状砂岩为主。

区域内侵入岩发育，类型齐全，从超基性到酸性均有分布，以中酸性岩类为主，形成时代大多为石岩纪。岩体规模一般不大，多呈岩株、岩枝、岩墙、岩脉产出。石炭纪中酸性岩主要由闪长岩、石英闪长岩、石英闪长玢岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、花岗斑岩组成。阿克图约克岩体和加曼铁列克得岩体为石炭纪石英闪长岩，侵位于中-上泥盆统地层中，岩性主要为钾化石英闪长岩和高岭土化石英闪长岩，在岩体边缘产有配种站铜矿和加曼铁列克得铜矿。石炭纪二长花岗斑岩呈不规则岩株状产出，规模不大，围岩角岩化强烈，苏云河钼矿产于该岩体与围岩的接触部位(宋必耀和郑国平，2019)。除此之外，其余的二长花岗斑岩大多呈脉状产出(图1)。

图1 巴尔鲁克山西段构造位置(a，据Xiao et al.,2009修编)及区域地质矿产图(b，据①修编)

区内巴尔鲁克大断裂形成于石炭纪，属高角度逆冲断层，兼左行走滑性质，形成于挤压扭动环境，切割中泥盆统巴尔雷克组、上泥盆统铁列克提组。沿断裂带发育有石炭纪超基性-中性侵入岩体及酸性浅成斑岩体。

2 成矿单元划分

新疆西准噶尔地区是中亚造山带的重要组成部分，向西与哈萨克斯坦境内的巴尔喀什湖斑岩成矿带相衔接②。该带矿产极为丰富，已发现有科翁腊德铜钼矿、莎亚克铁铜矿、阿克斗卡铜矿、苏云河钼矿、齐依求金矿等(图2)。

研究区位于巴尔喀什-准噶尔古生代成矿带内③(丁建华等，2016)。吴楚等(2016)将巴尔喀什-准噶尔古生代成矿带划分为3个成矿亚带：(1)波谢库尔-萨吾尔成矿带；(2)北巴尔喀什-巴尔鲁克成矿带；(3)科翁腊德-包古图成矿带。其中，苏云河钼矿、加曼铁列克德铜矿、石屋铜金矿与哈萨克斯坦境内的阿克斗卡铜矿同属北巴尔喀什-巴尔鲁克斑岩成矿带。

3 矿床地质特征

矿床赋矿地层为中泥盆统巴尔雷克组。岩性为灰色、灰绿色中性岩屑凝灰岩夹凝灰岩砂岩、钙质泥质粉砂岩、复理石、碧玉透镜体；侵入岩为石炭纪二长花岗斑岩。

区内断裂构造较发育，四条北东东向主干断裂(F1～F4)是矿区的重要的导矿、容矿构造，控制了钼矿化蚀变带的空间分布范围、深部延伸规模及蚀变强度，其派生的次级断裂则控制着矿体的空间展布形态(见图3)。

区内Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号华力西期二长花岗斑岩体，呈岩株状侵位于中泥盆统地层中，地表出露面积分别为0.075、0.07、0.03 km2。浅表岩性为钾化二长花岗斑岩，随深度增加斑岩构造形迹逐渐减弱(杨猛等，2015；董少锋等，2016)，岩体最终转变为中细粒花岗岩。

图3 苏云河钼矿矿床地质图(据①修编)

钼矿体在二长花岗岩、二长花岗斑岩中均有发现，矿化蚀变以褐铁矿化、黄铁矿化、硅化等为主。已发现的钼矿化蚀变带均位于次生断裂之间，3条蚀变带长约800～3200 m，宽600～900 m。其中，在Ⅰ号岩体蚀变带中圈出钼矿体7条，长200～600 m，厚1.44～202.86 m；圈出钨钼共生矿体3条，长150～165 m，宽1.33～4.22 m；赋矿岩石为角岩化凝灰岩和中-基性角岩。矿体呈环形分布于含矿斑岩体与围岩的外接触带，地表出露位置相对集中，除Ⅰ斑岩体外，Ⅱ、Ⅲ号斑岩体的矿化蚀变也有此特征。

矿石矿物主要为辉钼矿、黄铁矿、白钨矿，及少量的黄铜矿、磁铁矿和赤铁矿。辉钼矿呈片状、鳞片状或呈薄脉状分布于含矿岩石的裂隙面，主要产出在石英等脉石矿物的颗粒间。脉石矿物主要有石英、长石、黑云母、角闪石、绢云母等。矿石结构主要有鳞片-片状自形晶、残余、交代溶蚀等；辉钼矿化有浸染状、网脉状和网脉浸染状等结构。

围岩蚀变主要有绢云母化、高岭土化、绿泥石化、绿帘石化、钾长石化、硅化、角岩化、绢云岩化、碳酸岩化等。蚀变分带现象不明显，仅硅化有强弱之分。在岩体边缘，角质化强度逐渐减弱，从围岩中消失。由于角质化强度不同，角化岩石可分为灰色中基性角质岩和浅灰色及灰色角化凝灰岩，它们之间没有明显的接触边界，呈逐渐接触状态。

4 地球物理特征

研究区内高磁异常位于较平缓正磁异常背景场中，长约5100 m，宽约2900 m，东西向展布，形态呈近圆形，正磁异常峰值1202 nT，具多个异常峰值。异常主体位于石炭纪石英闪长岩体之上，石英闪长岩体侵位于中上泥盆统地层中，该岩体为复式岩体。加曼铁列克提铜矿、配种站铜矿就产于该岩体内，前人认为加曼铁列克得铜矿的含矿岩体为二叠纪岩体，成岩年龄为晚石炭世(董少峰等，2016；崔玉宝等，2017；胡洋等，2018)(图4c、4d)。

图4 巴尔鲁克山西段重力和磁法异常平面图

研究区重力异常表现为大面积平缓变化的低值区，呈面状东西向展布，宽约18 km、长约21 km，异常最低值为-131.4×10-5m/s2，变化范围达19×10-5m/s2。苏云河钼矿处的重力低异常非常明显，呈椭圆形，东西长约10 km，南北长约7 km，异常叠加于重力低背景场中，依据异常形态大致可以推断隐伏苏云河岩体的空间赋存状态(图4a、4b)。该异常南部有两处突出明显叠加有浅源低密度地质体，剩余异常反映更加明显，对应于加曼铁列克得岩体的两处分支。重力异常与矿产有着直接或间接的关系，苏云河钼矿、配种站铜矿和加曼铁列克得铜矿位于重力低异常上。低缓的重力场反映了区内稳定沉积环境，局部的重力异常与构造变动和岩浆岩的侵入密不可分。

巴尔鲁克山西段在晚石炭-早二叠世时期，处于增生造山向山弯构造的转换过程中，我国中天山-伊犁南缘-吉尔吉斯北天山-中哈萨克斯坦-科克切塔夫-成吉思巨型岩浆弧发生弯曲，呈现出马蹄形构造，并在山弯构造内侧西准噶尔地区形成圈闭的西准噶尔洋残余盆地(高俊等，2019)。这在布格重力场中表现为大面积低缓重力低特征，证实了巴尔鲁克山西段在晚石炭世时处于俯冲拉伸相关的岛弧环境，为西准地区构造单元划分和演化提供了地球物理证据(图5)。

图5 晚石炭世西准噶尔残余洋脊俯冲的平面示意图(据Xiao et al.,2010修编)

期间西准噶尔残余洋中脊的俯冲伴随炽热软流圈上涌，高温岩浆岩和中基性岩墙群的同步共生，新生基性地壳随之熔融，形成含铜斑岩岩浆，另外长期演化的岩浆弧也使地壳厚度持续增加，最终形成斑岩体，为斑岩型矿产形成提供了物质条件(董连慧等，2009；黄鹏辉等，2016；吴楚等，2016)。含矿斑岩体在重力场中通常表现为圈闭的叠加重力异常，苏云河含矿岩体的重力异常即表现为该特征(图4b)。

区内剩余异常均呈椭圆形，东西向展布，面积约38 km2。异常范围大且幅值较低，异常值最低约为-6.4×10-5m/s2，异常等值线边部密集，中心相对疏缓，为规模较大地质体的重力异常特征反映。

由物性统计结果可知④，晚石炭世侵入的二长花岗岩的密度小于2.4×103kg/m3，中泥盆统巴尔雷克组地层密度约为2.63×103kg/m3，可以明确重力低异常是由以二长花岗岩为主的苏云河侵入岩体引起(张明君和严加永，2014)。该岩体地表出露面积较广泛，引起重力异常规模大、幅值较高，重力梯度较大，表明该岩体深部岩基规模巨大。上延2000 m，异常仍然存在，表明其延深明显增大。

从重磁正演拟合结果来看，苏云河岩体宽度超过9 km，花岗岩一般呈无磁性或弱磁性，这与航磁异常所反映磁异常特征较为吻合。加曼铁列克得岩体也具有一定的规模，产状为向南缓倾，依据磁异常特征，推断岩体的北段还存在一个隐伏的中基性岩体(图6)。

图6 苏云河岩体重磁联合正演拟合图

苏云河岩体规模较大，采用5000 m×5000 m窗口进行了剩余异常分离，并使用EMIGMA软件进行了重力位场的三维反演(何敬梓等，2015)，对苏云河岩体的空间赋存状态进行大致的判断。苏云河岩体初始模型长7 km，宽3.5 km，高3 km，岩体密度2.5×103kg/m3，围岩密度2.67×103kg/m3。从反演结果来看，苏云河岩体呈平躺“梨形”,东西长约9.4 km，南北宽约3 km，垂向延伸较大，底板埋深最小2.2 km，最大可达7.3 km，岩体向北西向缓倾侧伏，向北有一明显分支(图7)。

图7 苏云河岩体重力场三维反演结果图

苏云河钼矿成矿与二长花岗斑岩关系密切，圈出的矿体均分布在岩体边部及围岩中。但地表出露的Ⅰ、Ⅱ号华力西期二长花岗斑岩体，面积仅为0.075、0.07 km2。重力成果显示深部花岗岩体规模巨大，具有非常优越的成矿条件。

5 境外斑岩型矿床对比研究

巴尔鲁克山地区在地理位置上紧邻世界著名的北巴尔喀什斑岩型成矿带，有学者认为新疆西准噶尔地区构造单元可与哈萨克斯坦境内的构造单元相连(申萍等，2015；吴楚等，2016)。因此，开展苏云河钼矿与阿克斗卡铜矿的对比研究，对查明巴尔鲁克山地区的成矿条件、地球物理背景等具有重要的意义，为哈萨克斯坦巴尔喀什成矿带向东延伸到中国境内提供重要依据。

从表1可以看出，上述两处矿床具有类似的特点，表现为：(1)构造背景类似均为火山弧环境；(2)成矿物质来源均为壳幔混合源；(3)岩石类型均为高钾钙碱性I型花岗岩；(4)含矿岩体岩性类似，都与晚石炭世岩浆活动有关；(5)地球物理特征相似，均反映了含矿岩体特征。这些特征表明，巴尔鲁克山区与北巴尔喀什斑岩型成矿带在成矿条件、地球动力学背景具有可对比性。