新疆东准噶尔托吐喀腊铜镍矿矿床地质特征及成矿作用初探

2022-12-22赵玉京陈梦婷肖艳东王君良

西部探矿工程 2022年10期

赵玉京，陈梦婷，肖艳东，王君良，范侥

（1.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐 830000；2.新疆大学，新疆乌鲁木齐 830000）

中亚造山带是世界上典型的增生型造山带，出露有大量的镁铁—超镁铁岩体。在我国东天山造山带和东准噶尔造山带，分布黄山—镜儿泉—图拉尔根、东准噶尔喀拉通克铜镍矿为代表的一批中大型铜镍矿床，是中小型镁铁—超镁铁岩体成铜镍矿的代表[1]。东准噶尔造山带是中亚造山带的重要组成部分，自古生代以来，经历了大洋扩张、板块俯冲、碰撞和后碰撞等构造演化历史[2]，形成以岩浆型铜镍矿、斑岩型铜钼矿、构造蚀变岩型金矿为产物的构造—岩浆带。东准噶尔地区自喀拉通克铜镍矿发现以来，在锡伯渡—喀拉通克—科克别克提铁镁质杂岩带中绕岩浆型铜镍矿成矿作用与调查评价开展了大量工作[3-6]。托吐喀腊铜镍矿位于东准噶尔造山带北塔山地区，是近年来东准噶尔地区岩浆型铜镍矿勘查的最新突破，总结矿床地质特征，探讨成矿作用，对进一步开展矿床评价和区域铜镍勘查工作具有重要意义。

1 区域地质概况

东准噶尔地区位于天山兴蒙造山系、东—西准噶尔弧盆系，赛米斯台—三塘湖复合岛弧带中；其北侧为阿尔曼太蛇绿混杂带，南侧为卡拉麦里复合俯冲增生杂岩带。属于赛米斯台—三塘湖复合岛弧带三级构造单元，依构造位置可进一步划分为三塘湖复合岛弧带四级构造单元。

区域出露地层以晚古生代地层为主，零星分布有少量早古生代地层，新生代地层广泛发育于戈壁滩及山前地带。由老到新有志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、侏罗系、第三系及第四系。

区域岩浆活动强烈，侵入岩发育，岩石类型齐全，超基性—中酸性均有出露。总体以中酸性侵入岩分布范围最广，岩体侵入时代集中在晚古生代，以石炭纪和二叠纪侵入岩为主。空间上石炭纪侵入岩主要分布在阿尔曼太以南—库普断裂以北和库普断裂以南—清水断裂以北；区内二叠纪侵入岩出露范围较小，主要分布在喀斯开尔索克坎断裂以南，库普断裂以北的也布山及喀腊萨依一带。华力西晚期壳源岛弧型超浅成酸性侵入岩和次火山岩对金、银、铜等矿产起着一定的控制作用；板块碰撞后拉张环境富镁、富碱、贫钙，低硅、铝的幔源玄武岩浆或类似侵入岩对浆熔离型铁、铜、镍、钴等矿产起着绝对的控制作用；壳源岛弧型浅成中酸性侵入岩对斑岩型铜、钼矿化起着绝对的控制作用。工作区周边华力西晚期各类侵入岩较发育。其中基性—超基性岩多与铜镍矿、蛇纹岩矿及铬铁矿等矿产密切相关，如工作区托吐喀腊一带铜镍矿；酸性侵入岩与金矿产有一定联系；碱性—偏碱性花岗岩多与金、锡矿产密切相关。

区域内褶皱、断裂构造均十分发育，构造线总体方向为北西—南东向展布，北部受阿尔曼太深大断裂控制，区内加里东期、海西期构造活动特别强烈；南部主要发育库布苏断裂、清水—苏吉泉断裂及卡拉麦里等深大断裂，是一个构造背景极为复杂、岩浆活动极其强烈的地区。区域性深大断裂对区域矿产分布有明显的控制作用，在古生代地层中重要的矿床均分布在大断裂附近，并受大断裂旁侧的次级断裂构造控制，如分布在卡拉先格尔、北塔山、库普等大断裂周边的哈腊苏铜矿、乌伦布拉克铜矿、阿克塔斯阔拉金矿等。尽管分布的矿床种类和成因类型有所不同，但所处的成矿构造环境是基本相同的，在区域上形成成矿亚带或矿化集中区。

2 矿区地质概况

托吐喀腊铜镍矿位于阿尔曼太蛇绿岩带南缘，处于为北塔山（复合沟弧带）Au-Cu-Fe-Sn-煤—膨润土矿带。

2.1 地层

矿区出露上志留统红柳沟组浅变质碎屑岩建造、中志留统白山包组变质岩和少量中泥盆统蕴都卡拉组（图1）。

图1 矿区地质图

红柳沟组为一套浅变质火山岩碎屑岩、碎屑岩建造，出露岩性主要有凝灰岩、晶屑凝灰岩、凝灰质砂岩、板岩、角岩等，区内最大出露厚度大于4770.59m，与南侧蕴都卡拉组和北侧白山包组均为断层接触。红柳沟组产状总体为北西向，倾角55°～78°，受后期构造、侵入岩改造较强，岩层走向为北东向，地层既有北西倾又有南东倾，倾角50°～70°之间变化。岩石与侵入岩接触部位普遍具角岩化。

白山包组仅在矿区北东部呈北西向条带状展布，出露面积较小，岩石遭受绿片岩相变质，普遍变形较强，出露岩性主要有角闪片岩、变粒岩为主，与南侧红柳沟组为断层接触。该组产状总体为北西向，倾角45°～63°。

蕴都卡拉组在矿区南部出露，为一套海相含火山碎屑的陆源碎屑岩建造，岩性主要为凝灰岩、岩屑凝灰岩、凝灰质粉砂岩、粉砂岩、硅化硅质岩等，局部岩石片理化较强。

2.2 构造

矿区发育北西向、北东向和近东西向三组断裂。北西向断裂位于矿区南侧，属区域性深大断裂，为一具有长期活动性的高角度逆断层。该断裂为区域性大断裂，走向288°，倾向北东，倾角60°～75°，北西向延伸达百余千米。沿断裂带分布北侧依次分布三处中基性杂岩体。北东向断裂：初步认为是控岩控矿断裂，延伸几千米至几十千米，呈平行状展布长约6～50km，走向32°～40°，倾向北西，倾角近于直立，性质为正断层，沿此类断裂，岩石褐铁矿化、绢云母化、碳酸盐化等蚀变较强。近东西向断裂：分布于普查区东南部，近东西向平行展布的，产状不清，性质不明。Ⅰ号杂岩体东侧发育该类断裂，在F5-F6断裂间发育北西向、近东西向中基性脉岩。在矿区可见岩体、地层中发育310°走向劈理，为区域性北东向挤压应力的反映。

2.3 侵入岩

区内共圈定中基性杂岩体4处，除Ⅳ区外，其余3处发育铜镍矿化。总体上看，矿区基性—超基性岩浆岩规模较小，基性程度不高。从岩体间接触关系看，各岩体接触界线截然，初步判断属于不同期次侵入的复式杂岩体。岩体第一侵入阶段：闪长岩相；第二侵入阶段：辉长岩相；第三侵入阶段：橄榄辉长岩相。深部工程验证表明，随着岩体基性程度变高，矿化强度变强。各杂岩体特征见表1。

表1 托吐喀腊铜镍矿区杂岩体特征

角闪石岩：灰色，他形—半自形粒状结构，块状构造，岩石主要角闪石、少量榍石和金属矿物组成。岩石受挤压应力作用，发育强烈片理化。角闪石有纤闪石化，有少部分的保留褐色角闪石。角闪石呈他形粒状、柱状杂乱分布，粒径最大1.6mm。榍石呈微板状分布到角闪石中，磁黄铁矿呈他形板状分布在角闪石之间，粒径0.03～0.28mm，偶见黄铜矿。

辉长岩：深灰色，半自形中细粒粒状结构，定向构造，岩石由斜长石、蚀变暗色矿物组成，片理化定向。主要由斜长石、暗色矿物及少量磷灰石、金属矿物组成。其中斜长石呈半自形细粒，粒径0.16～0.8mm，可见聚片双晶、环带构造，帘石化轻度，平行分布。暗色矿物，大多全部蚀变为纤闪石、透闪石集合体，平行定向，残留少数角闪石，褐黄色，柱状，粒径1.2mm×（0.4～0.5mm)，均匀分布于斜长石之间。磷灰石呈柱状，粒径0.1～0.02mm。含钛磁铁矿2%，粒径0.8～0.13mm板条状，菱形十二面体晶形，浸染状分布于暗色矿物之间，岩浆结晶形成。磁黄铁矿小于1%，粒径0.05～0.38mm粒状，浸染状伴随磁铁矿分布，共生，呈他形板状分布在角闪石之间。黄铜矿粒径小于0.26mm,局部被磁黄铁矿包绕。

闪长岩：灰白色，自形粒状结构，块状构造，岩石主要由斜长石少量角闪石（15%）、辉石（5%）组成。斜长石呈自形板状，具强泥化，轻到中度绢云母化。有的被阳起石交代。辉石呈半自形到自形柱状，多和角闪石共生状分布或包在角闪石中，有的具浅闪石化。角闪石大部分已阳起石化，呈残留状分布阳起石中。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

目前，经初步评价，矿区共圈定6条矿体。其中Ⅰ区Ⅰ-2-1、Ⅰ-2-1号矿体控制规模最大。

Ⅰ-2-1号铜镍矿体分布在Ⅰ号杂岩体东北部，由Ⅰ-TC24、Ⅰ-ZK1201、Ⅰ-ZK1601、Ⅰ-ZK1602、Ⅰ-ZK2401、Ⅰ-ZK2402控制，控制矿体长均为400m。Ⅰ-2-1矿体单工程厚度1.96～4.69m，镍品位0.20%～0.25%，平均品位0.22%，铜品位0.10%～0.79%，平均品位0.57%，钴品位0.01%～0.02%，平均品位0.012%。含矿岩性为辉长岩。

Ⅰ-2-2矿体单工程厚度2.52～21.77m，平均厚度16.7m，镍品位0.27%～0.33%，平均品位0.32%，铜品位0.10%～0.18%，平均品位0.12%，钴品位0.01%～0.16%，平均品位0.017%。含矿岩性为辉长岩、橄榄辉长岩。

3.2 矿石特征

区内矿石主要为他形粒状结构，团斑状构造、浸染状构造、脉状构造、块状构造。

团斑状矿石：本类矿石分布广泛，主要在岩体中下部的辉长岩中。金属硫化物呈不等粒集合体分布于硅酸盐矿物之间，硫化物含量差异大（图2a、图2b），粒度较粗。团斑状矿石有两类，一类以富镍贫铜为特征，见于Ⅰ-ZK1601中，金属硫化物以磁黄铁矿、镍黄铁矿为主，少量黄铜矿。另一类为富铜贫镍为特征，见于Ⅰ-ZK2402钻孔中，金属硫化物以黄铁矿、黄铜矿为主，少量镍黄铁矿，几乎不含磁黄铁矿。

浸染状矿石：本类矿石分布广泛，多为稀疏浸染状。仅在ZK1201孔内橄榄辉长岩中见稠密浸染状矿石(图2f)，粒度细，含量变化较大，主要金属硫化物有磁黄铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿等。

脉状矿石：本类矿石少量，在ZK1201钻孔见黄铜矿沿岩石裂隙充填，形成脉状结构，此类矿石以富铜贫镍为特征（图2c）。

块状矿石：本类矿石少量，在ZK1201孔下部橄榄辉长岩中(图2d、图2e)，见少量后期矿浆贯入叠加热液改造作用形成的块状矿石。此类矿石形成特富镍矿,镍品位最高达4.62%，铜品位仅为0.5%。

图2 矿区典型矿石照片

4 成矿作用讨论

4.1 成矿时代

晚石炭世—早二叠世，准噶尔东北缘地区步入后碰撞拉张阶段，幔源镁铁质岩浆及富碱花岗质岩浆上升侵位[7]，形成源自地幔的基性超基性杂岩体和岩浆硫化物铜镍矿床（喀拉通克）[8]。已有的资料表明，新疆北部的镁铁—超镁铁质岩体多形成于晚古生代，喀拉通克岩体为287Ma[9]，黄山东岩体为274Ma[10]，白石泉岩体为286Ma[11]。托吐喀腊铜镍矿区Ⅱ号杂岩体中辉石闪长岩获得U-Pb锆石谐和年龄为307.1Ma±1.4Ma（未发表数据），形成时代归属于晚石炭世末期，辉长岩、橄榄辉长岩侵入及铜镍硫化物成矿时代应为晚石炭世—早二叠世。

4.2 成矿作用

根据钻孔岩芯特征，初步认为矿区存在不同期次成矿作用形成的多种类型矿石。第一类为融离作用形成的团斑状镍矿石，此类矿石构成低品位镍矿石的主体，矿石组成以磁黄铁矿为主，少量镍黄铁矿、极少量黄铜矿。第二类为融离作用叠加热液改造形成的铜镍矿石。此类矿石以含孔洞黄铁矿为特征，硫化物组合以黄铁矿、黄铜矿为主，少量镍黄铁矿，不含磁黄铁矿，此类矿石较为常见，其形成与富含黄铁矿、黄铜矿的流体叠加有关。第三类为融离作用+矿浆贯入+热液叠加型铜镍矿石，此类矿石以高品位、特高品位镍为特征，可见贯入型金属硫化物包裹早期熔离型矿石，形成包含结构，并见后期热液硫化物脉贯穿块状矿石和熔离型团斑状矿石，此类矿石较少。

托吐喀腊铜镍矿成矿作用符合汤中立[12]总结的深部融离—贯入成矿机制。具体是指母岩浆侵入现存空间之前，在深部就发生了融离作用和结晶分异作用，使岩浆分离为不含矿岩浆、含矿岩浆、富矿岩浆、矿浆几部分，然后对现存空间一次或多次上侵贯入成矿。因此，可将托吐喀腊铜镍矿成矿作用概括为岩浆融离作用为主，叠加矿浆贯入及热液改造作用。