新疆阿尔泰阿舍勒Cu-Zn矿床结构模型与成矿演化

牛磊 王学海 洪涛 李杭 肖辉 陈泽粟 康凯 徐兴旺

1. 中国科学院地质与地球物理研究所,中国科学院矿产资源研究重点实验室,北京 100029 2. 中国科学院大学,北京 100049 3. 中国科学院地球科学研究院,北京 100029 4. 中国石化中原油田分公司勘探开发研究院,濮阳 457001 5. 中山大学地球科学与工程学院,广东省地球动力学与地质灾害重点实验室,广州 510275 6. 南方海洋科学与工程广东省实验室,珠海 519000 7. 三明学院建筑工程学院,三明 365004 8. 新疆哈巴河阿舍勒铜业股份有限公司,阿勒泰 836700

火山成因块状硫化物矿床(简称VMS矿床)是世界上Zn、Cu、Pb、Ag和Au的主要来源(Lydon,1984;Cox and Singer,1986;Galleyetal.,2007;Koski and Mosier,2012;Pat Shanks and Koski,2012),而其铜矿床的工业意义仅次于斑岩型铜矿,具重要的经济与科学研究价值。VMS矿床通常产于海相火山岩系中,与海相火山-侵入活动有关,由层控的透镜状块状硫化物矿体构成,常下伏有硫化物网脉和蚀变带构成的流体通道,在张性盆地海底或海底下,由于热液作用发生循环对流、金属萃取与沉淀作用而成(Hutchinson,1973;Solomon,1976;Large,1977,1992;Franklinetal.,1981,2005;Lydon,1984;Gifkinsetal.,2005;Koski and Mosier,2012;Pat Shanks,2012;Hannington,2014)。VMS矿床以其品位高,规模大而闻名,往往成群成带产出。
近年来,随着对VMS矿床结构模型的精细刻画,提出了黑烟囱硫化物堆积成矿、卤水池硫化物沉积成矿与交代成矿3种成矿机制(Tornosetal.,2015),刻画出现今洋中脊背景VMS矿床在形态与内部结构方面的多样性(Pat Shanks,2012),并指出多孔隙的岩石有利于交代成矿(Nozakietal.,2021)。此外还进一步关注到岩浆对VMS矿床形成的作用,如Hustonetal.(2011)指出岩浆流体贡献多时可形成富Cu-Au的VMS矿床,下地壳部分熔融形成的花岗质岩浆的成矿物质与流体的贡献可形成富Sn的VMS矿床;Martinetal.(2021)研究认为基性岩容矿VMS矿床的Au、Cu、Te和Se源于岩浆的气相。一些学者也对VMS矿床变形变质过程金属的活化、迁移与富集成矿进行了研究(Zhangetal.,2014)。
阿舍勒块状硫化物Cu-Zn矿床产出在新疆阿尔泰南缘阿舍勒火山盆地中,容矿围岩为泥盆系阿舍勒组双峰式火山岩,为我国最大的VMS型Cu-Zn矿床(Wangetal.,1998)。在Mosieretal.(2009)整理的世界VMS矿床统计表中,阿舍勒矿床构造背景为陆缘弧的裂谷盆地,其Cu+Zn金属资源量为279万t,为世界最大的双峰式、陆缘弧裂谷背景的VMS型Cu-Zn矿床,同类型世界第二大的是哈萨克斯坦Orlovskoe矿床(Cu+Zn金属资源量为241万t)。阿舍勒矿业公司2015年新提交的一号铜锌矿床勘探地质报告显示阿舍勒一号铜锌矿床矿石量6680万t、Cu 139.95万t(Cu 2.6%)、共生Zn 64.57万t(Zn 3.7%);阿舍勒矿业公司2016年以来在一号铜锌矿床0m标高以下新探获Cu金属量近20万t(Cu 2.3%);若考虑阿舍勒矿区一号矿床外围II-VII带低品位的资源量,阿舍勒矿床已勘探控制的Cu+Zn金属资源量累计大于250万t。阿舍勒块状硫化物Cu-Zn矿床在世界VMS矿床中具重要的科学地位。
自1984年发现以来,前人对其矿区构造、矿床地质特征、成矿物质及流体来源、成矿作用及成矿规律等方面进行了大量的研究工作(陈毓川等,1996;杨富全等,2013;张志欣等,2014;吴玉峰等,2016;边春静,2018;牛磊等,2022),取得了一系列重要认识。然而,关于阿舍勒矿床结构模型的认识还有不足之处,这直接影响了矿床构造的厘定、成矿机制的研究及找矿方向的确定,仍需对此开展细致的研究,解决这一问题有助于为矿床成因研究、矿区外围和深部找矿提供新的思路。为此,本文基于详细的野外地质调查及对大量岩芯和坑道的观察,对阿舍勒矿床地质特征、矿石结构、矿物组合及矿化特征进行了系统的总结,建立了阿舍勒矿床结构模型与成矿演化模型。

1 区域地质背景

中亚造山带西起乌拉尔山脉,东达太平洋,北至东欧和西伯利亚克拉通,南临塔里木和华北克拉通(Mossakovskyetal.,1993;engöretal.,1993),是由不同类型的外来碎片(如岛弧、蛇绿岩、增生楔等)的增生和拼合而形成的(Windleyetal.,2007),类似于现今的西南太平洋群岛(Xiaoetal.,2004)。增生碰撞过程中的多阶段钙碱性岩浆作用导致显生宙大陆地壳大量增加,大陆生长期间经历了复杂的构造、岩浆演化与地球动力学过程,使之成为世界上最重要的金属成矿带之一(杨成栋,2017)。

新疆阿尔泰位于中亚造山带西段,大地构造位置属于西伯利亚板块和哈萨克斯坦-准噶尔板块的接合部位(杨富全等,2006),其东南、北和北西部分别与蒙古戈壁阿尔泰、俄罗斯山区阿尔泰和哈萨克斯坦矿区阿尔泰相连(Windleyetal.,2002;Xiaoetal.,2004;图1a)。该区域含有各种岩性单元,包括火山熔岩、火山碎屑岩、变质岩和碎屑沉积岩,以及大量的花岗岩和少量的镁铁质岩石(Windleyetal.,2002;Xiaoetal.,2004,2015;Yuetal.,2017)。根据地层及岩浆岩发育情况,可以将阿尔泰造山带分为北阿尔泰、中阿尔泰、南阿尔泰以及额尔齐斯四个构造带(Yuanetal.,2007;龙晓平,2007;图1b)。

北阿尔泰主要由泥盆纪安山岩和英安岩以及泥盆纪-石炭纪变质沉积岩组成,这些沉积岩经历了低绿片岩相变质作用,并被石炭纪-二叠纪花岗岩类侵入(Windleyetal.,2002;Chaietal.,2014;Cuietal.,2020)。

中阿尔泰主要被哈巴河群和库鲁木提群的寒武纪-志留纪变质沉积物所覆盖,发育东锡勒克组和白哈巴组的奥陶纪火山-磨拉石和陆源碎屑岩建造,这些层序表现出绿片岩相-高角闪岩相变质作用(Windleyetal.,2002;Longetal.,2008)。中阿尔泰还广泛存在志留纪和二叠纪花岗岩深成岩体(Yuanetal.,2007;Chaietal.,2014)。

南阿尔泰北以阿巴宫-克兹加尔断裂为界,南与额尔齐斯构造带相邻,出露地层主要为上志留统-下泥盆统康布铁堡组和中-上泥盆统阿勒泰组变质火山-沉积岩系;火山岩主要形成于泥盆纪,分布于从NW到SE斜列的4个火山沉积盆地中,即阿舍勒盆地、冲乎尔盆地、克兰盆地和麦兹盆地。在泥盆纪和二叠纪构造热事件期间,这些变火山沉积岩经历了不同程度的变质变形,以绿片岩相-高角闪岩相变质和局部麻粒岩相变质为特征(Weietal.,2007;Wangetal.,2009;Jiangetal.,2010,2015)。区域岩浆活动以酸性侵入岩为主,锆石U-Pb年代学研究表明,这种岩浆作用在南阿尔泰从早古生代一直持续到三叠纪(Wangetal.,2006;Caietal.,2011; Zhangetal.,2017),南阿尔泰花岗岩侵入体的发育比中阿尔泰地区的花岗岩侵入体更小、也更稀疏(图1;Caietal.,2012),而基性-超基性岩浆侵入活动主要集中于二叠纪和泥盆纪。

额尔齐斯构造带主要由晚石炭世地层覆盖的含化石的泥盆纪沉积岩组成(Zhangetal.,2019),该地层被一些石炭纪-二叠纪的花岗岩所侵入。研究区所在的南阿尔泰是我国重要的VMS成矿带之一,发育有阿舍勒、可可塔勒、铁木尔特、大东沟等一系列大中型铜(铅)锌矿床(图1)。

2 矿区地质特征

2.1 阿舍勒盆地地质背景

阿舍勒矿床所在的阿舍勒火山-沉积盆地位于中国阿尔泰造山带西南缘(柴凤梅等,2013)。盆地出露的地层主要有下泥盆统康布铁堡组海相酸性火山岩、火山碎屑岩和陆源碎屑岩;中-下泥盆统托克萨雷组滨-浅海相沉积岩;中-下泥盆统阿舍勒组中酸性-基性海相火山-火山碎屑沉积岩;中-上泥盆统阿勒泰组海相复理石碎屑沉积岩;上泥盆统齐也组浅海-半深海相中酸性-基性火山-火山碎屑沉积岩;下石炭统红山嘴组滨-浅海相火山-碎屑沉积岩,也发育有新生代的沉积物(陈毓川等,1996;柴凤梅等,2013;杨富全等,2015,2016)。

盆地构造类型多样,发育大量火山机构,断裂与褶皱构造发育(图2)。火山机构是重要的控岩、控矿条件之一(陈毓川等,1996)。阿舍勒矿区由于遭受后期构造变动和长期剥蚀作用的破坏,使得火山机构变得十分复杂,火山锥、古火山口等形态已荡然无存,识别火山机构十分困难。陈毓川等(1996)识别矿区内主要有7处古火山机构,分别为:阿舍勒村北火山机构-蝌蚪岩体、西大沟火山穹隆机构、东山火山机构、布滚勒破火山机构、阿舍勒村东火山喷发中心、阿舍勒村南火山机构和尾砂坝南火山机构,除西大沟火山穹隆构造外,其余火山机构均为近圆形或椭圆形的负向火山洼地。

盆地内断裂构造以NW向、近SN向为主,较大的断裂有玛尔卡库里和别斯萨拉断裂(柴凤梅等,2013)。盆地内广泛发育NNW-SSE和NW-SE走向的断层及其次级断层(Yangetal.,2020)。阿舍勒矿区断裂构造同样以NW向、近SN向为主,与区域构造线方向一致。

盆地岩浆活动频繁,大量侵入岩(包括英云闪长岩、辉长岩、闪长岩和石英闪长岩)侵入阿舍勒盆地和邻近地区,次火山岩和火山岩均有发育(柴凤梅等,2013;Niuetal.,2020)。盆地上分布着阿舍勒大型铜锌矿、萨尔朔克中型多金属矿、桦树沟小型铜矿、喀英德小型铜矿等诸多矿床(Niuetal.,2020)。

2.2 矿区地质特征

阿舍勒矿区主要出露阿舍勒组、齐也组和红山嘴组(图2)。其中阿舍勒组是阿舍勒矿床的主要赋矿层位。阿舍勒组为一套海相钙碱性玄武岩-流纹岩双峰式火山岩建造,分为5个岩性段,从下往上依次为:硅质凝灰岩层、英安质层、流纹质层、矿层及玄武岩层(牛磊等,2022)。齐也组呈喷发不整合覆于阿舍勒组之上,分为2个岩性段:第1岩性段为集块岩、火山角砾岩、角砾凝灰岩、凝灰质砂岩、少量流纹岩、含铁碧玉岩;第2岩性段为粉(砂)岩、凝灰质粉(砂)岩、(含角砾)凝灰岩、沉火山角砾岩、流纹岩,晚期发育潜火山岩(杨富全等,2013)。

矿区发育多种侵入岩及次火山岩,包括闪长(玢)岩、潜玄武安山岩、英安斑岩、流纹斑岩和辉长岩脉等。矿区断裂构造发育,主要呈近南北走向,与区域构造线方向一致(张志欣等,2014;吴玉峰等,2016)。

矿区中阿舍勒组与齐也组褶皱构造存在差异。阿舍勒组发育局部发生倒转的紧闭的线型褶皱构造,为两向斜+两背斜构造(图2);而齐也组褶皱比较宽缓,褶皱强度明显减弱,为一背两向的复式背斜构造,即矿区NE方向和NW方向的向斜构造,和矿区北部的宽缓背斜(牛磊等,2022;图2)。这说明矿区在泥盆纪时期至少经历了两次近EW向挤压应力作用,并且阿舍勒组褶皱在后期挤压应力作用下得到了加强(叶庆同和傅旭杰,1996)。

矿区目前已发现14条矿化蚀变带。其中,I号带中的主矿体为隐伏矿体,铜储量占矿床总储量的98%(郑义等,2015;Niuetal.,2020)。厚薄不等的硫化物矿层,与地层整合产出并同步褶曲(郑义等,2015)。I号矿带矿体构成的矿床被称为I号矿床,也是本文的主要研究对象。

3 矿床矿石结构构造类型与蚀变特征

3.1 矿石结构构造

阿舍勒Cu-Zn矿床主要矿石矿物为硫化物,故矿石的结构及构造均是以金属硫化物来确定的,矿石的结构可分为四种:结晶粒状结构(他形-半自形粒状结构多见于块状和条带状矿石中,自形-半自形粒状结构则主要见于条带-浸染状矿石、细脉-浸染状矿石和块状矿石中)、交代结构(常见交代残余、交代骸晶)、固溶体分离结构、变质结构(变晶结构、压碎结构和压力影结构)。

矿石构造以块状构造、层状构造、条带状构造、条带-浸染状构造为主(呈条带状与脉石矿物相间分布或疏密相间的浸染状条带沿一定方向平行、近似平行分布),其次为细脉-浸染状构造、角砾状构造。

根据通道相、沉积相、成因、成分类型对矿石构造进一步划分,将阿舍勒矿床首先分为4种不同的相,包括沉积相、喷溢相、通道相、再富集成矿相:(1)沉积相,主要包括层状构造(Cu-Zn矿石、含硫化物凝灰岩、重晶石、含铁碧玉岩)和块状构造(Cu-Zn矿石、硫铁矿石);(2)喷溢相,通常发育于沉积相下部的硫化物堆附近,主要包括角砾状构造(角砾成分为硫化物或火山岩,胶结物为硫化物或石英脉)、脉状构造(微-细-中-粗-网脉,硫化物脉、石英硫化物脉、硫化物石英脉、石英脉、方解石脉);(3)通道相,同样发育大量的脉状构造,此外还包括条带状构造(硫化物石英、石英绢云母、石英绿泥石条带)、浸染状构造(星点-稀疏-中等-稠密,凝灰岩、硅化带、石英绢云母带、石英绿泥石条带);(4)从成因来看还有再富集成矿而发育的叠合构造(闪锌矿或黄铜矿条带交代Cu-Zn矿石或蚀变岩)。

3.2 矿体与矿石类型

阿舍勒矿床根据矿石构造特征,可主要分为:块状矿石、层状矿石、条带状矿石、浸染状矿石、角砾状矿石和网脉状矿石等类型。此外,还有斑杂状矿石、斑点状矿石、细脉状矿石等几种类型。其中块状矿石、层状矿石和部分浸染状矿石属于沉积相矿体,而网脉状矿石和另一部分浸染状矿石属于通道相矿体,现简要介绍如下:

3.2.1 沉积相矿体中的块状矿石

阿舍勒矿床沉积相的层状矿体中发育块状矿石、角砾状矿石、浸染状矿石等多种矿石类型。层状矿体中块状矿石的层厚度不同,多为5～20cm,部分可达米级,可见块状构造,局部为条带构造、纹层构造(图3)。硫化物中黄铁矿含量约为30%～90%,分布较均匀,粒径一般为0.2～0.8mm,个别为1～5mm;黄铜矿粒径较细,含量约为5%～20%;闪锌矿呈半自形-他形粒状。粒径一般为0.2～0.5mm,含量约为0～20%,分布较均匀。脉石矿物主要包括石英、长石、绢云母,含量约为0%～15%。与底板凝灰岩整合接触,其中凝灰岩多为浸染状黄铁矿化凝灰岩(图3b, c),也有部分凝灰岩未见矿化(图3a)。层状矿体中块状矿石的层,主要为黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿,矿石矿物多以黄铁矿为主(图3d),少部分为黄铜矿、闪锌矿(图3e)。

图3 阿舍勒矿床层状矿体中块状矿石(a)层状矿体中块状矿石的层及其与凝灰岩的关系(250中段2103穿脉);(b)层状矿体中块状矿石与凝灰岩的关系(250中段1903穿脉);(c)英安质凝灰岩夹块状矿石(15线400中段);(d)层状矿体中块状矿石的层,主要为黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿(250中段2103穿脉);(e)层状矿体中块状矿石的层,主要为闪锌矿和黄铜矿,次为黄铁矿(250中段2103穿脉)Fig.3 Layers of massive ore in the stratiform orebodies from the Ashele deposit(a) layers of massive ore in the stratiform orebody and their relationship with tuff (250 level 2103 transeverse drift); (b) the relationship between the massive ore in the stratiform orebody and the tuff (250 level 1903 transeverse drift); (c) dacitic tuff mixed with massive ore (400 level of the No. 15 prospecting line); (d) layers of massive ore in the stratiform orebody, mainly pyrite, chalcopyrite, and sphalerite (250 level 2103 transeverse drift); (e) layers of massive ore in the stratiform orebody, mainly sphalerite and chalcopyrite, secondary to pyrite (250 level 2103 transeverse drift)

3.2.2 沉积相矿体中的浸染状矿石

阿舍勒矿床沉积相的层状矿体中发育的浸染状矿石可进一步分为稠密浸染状矿石(图4a, b)、稠密条带浸染状矿石(图4c)、中等浸染状矿石(图4d)、稀疏浸染状矿石(图4e)、条带浸染状矿石(图4f)等。

图4 阿舍勒矿床层状矿体中浸染状矿石(a)浸染状矿石中的块状矿石(矿石堆);(b)条带状矿石-粗粒细条纹状矿石(200中段1702穿脉);(c)层状矿体中稠密条带浸染状矿石(矿石堆);(d)层状矿体中浸染状矿石(250中段1903穿脉);(e)稀疏浸染状矿石(200中段1702穿脉);(f)条带浸染状矿石(0ZK15-2钻孔)Fig.4 Disseminated ore from the Ashele deposit(a) massive ore in disseminated ore (ore pile); (b) banded ore-coarse-grained fine striated ore (200 level 1702 transeverse drift); (c) dense disseminated ore in the stratiform orebody (ore pile); (d) disseminated ore in the stratiform orebody (250 level 1903 transeverse drift); (e) sparse disseminated ore (200 middle 1702 vein); (f) banded-disseminated ore (0ZK15-2)

浸染状矿石,尤其是稀疏浸染状矿石的颜色与寄主岩石关系密切,当寄主岩石为玄武质岩石时,颜色呈黑绿色(图4f),寄主岩石为英安质岩石时,颜色呈青绿色。稠密浸染状矿石多呈黄铜色(图4a),细粒结构,浸染状、条带状构造等。硫化物中黄铁矿粒径一般为0.2～1mm,个别为1～5mm,含量约为5%～75%,分布较均匀;黄铜矿呈他形粒状,粒径小于0.5mm,局部呈细脉浸染状断续分布,含量约为1%～20%;闪锌矿呈半自形-他形粒状。粒径一般为0.2～0.5mm,含量约为0%～8%,分布较均匀。脉石矿物主要包括石英、长石、绢云母,含量约为20%～95%。

其寄主岩石主要为凝灰岩,且多为浸染状黄铁矿化凝灰岩。黄白-灰白色,主要为凝灰质结构,反应边结构、假象结构、压裂纹及碎裂结构、变晶结构、压溶交代结构也有发育,条带浸染状构造-浸染状构造(图4b)。凝灰岩主要由晶屑、岩屑、火山灰等组成,黄铁矿、黄铜矿呈浸染状分布,他形粒状,大小约为0.1～3mm,含量约为5%～80%。岩石多发生硅化、绢云母化、绿泥石化,也有绿帘石化、方解石化、高岭土化、钠长石化等。

3.2.3 角砾状矿石

阿舍勒矿床地表通道相的角砾状矿石为热液角砾状矿石(图5a, b),而沉积相的层状矿体中发育的角砾状矿石为沉积成因的角砾状矿石(图5c)。黄褐色-赤红色,凝灰质结构,角砾状构造。岩石由火山角砾、岩屑、晶屑和火山灰组成。角砾颜色与其成分有关,为黄褐色、赤红色、青灰色、浅灰色等,成分较为复杂,包括英安质角砾、流纹质角砾、花岗岩角砾、斑岩角砾、石英岩角砾、不规则角砾级粒状石英等,呈次棱角状,粒径多为2～80mm之间,大者可达分米级,含量约为30%～80%。岩屑含量约为10%～20%,其间为火山灰及石英硫化物脉或硫化物石英脉致密充填胶结,地表硫化物多已褐铁矿化(图5a, b),井下硫化物保存较好(图5c),属近喷口相。其中沉积角砾状矿石(砂砾岩型)主要发育在1-8线玄武岩下盘、倒转向斜正常翼含矿沉积带中。

图5 阿舍勒矿床角砾状矿石(a)热液流纹质角砾状矿石(I号矿带);(b)热液角砾状矿石(I号矿带);(c)沉积角砾状矿石(砂砾岩型)(617KZ3X-1钻孔)Fig.5 Brecciated ore from the Ashele deposit(a) hydrothermal rhyolitic breccia ore (No. I mineralized zone); (b) hydrothermal breccia ore (No. I mineralized zone); (c) sedimentary breccia ore (glutenite type) (617KZ3X-1)

3.2.4 通道相的网脉状矿石

阿舍勒矿床通道相的网脉状矿体与角砾状矿体较为相近,有时不易区分(图6)。黄褐色-灰黑色,凝灰质结构,网脉状构造。其寄主岩石主要为凝灰岩。岩石主要为岩屑、晶屑、火山灰等。黄铁矿、黄铜矿呈网脉状分布,他形粒状,大小约为0.1～3mm,含量约为10%～25%。岩石多发生硅化、绢云母化、绿泥石化,也有绿帘石化、方解石化、高岭土化、钠长石化等。网脉主要为石英硫化物脉或硫化物石英脉致密充填胶结,地表硫化物多已褐铁矿化(图6a, b),井下硫化物保存较好(图6c, d)。

图6 阿舍勒矿床网脉状矿体(a)褐铁矿胶结的流纹质角砾岩(I号矿带);(b)褐铁矿与石英脉胶结的褐铁矿化流纹质角砾岩(I号矿带);(c)细网脉状矿体(10线585中段);(d)网脉状矿体中的硫化物石英脉(10线585中段)Fig.6 Stockwork orebodies from the Ashele deposit(a) limonite-cemented rhyolitic breccia (No. I mineralized zone); (b) limonized rhyolitic breccia cemented by limonite and quartz veins (No. I mineralized zone); (c) fine stockwork orebody (585 level of the No. 10 prospecting line); (d) sulphide quartz veins in the stockwork orebody (585 level of the No. 10 prospecting line)

脉状、网脉状矿体通常赋存于硅化凝灰岩中(图6c),层状矿体下部围岩发育强烈硅化。脉状、网脉状矿石及矿化特征如图6c-d所示,这种硅化带,可能为流体活动的通道,具有明显的热液成矿特征。层状矿体和脉状矿体具有明显的上下关系,构成双层结构。

3.3 围岩蚀变特征

研究区内围岩蚀变广泛而强烈,主要发生在沉积相层状矿体的下盘,通道相发生在热液流体通道的周围,与脉状、网脉状矿体相伴,主要蚀变类型有硅化、黄铁矿化、绿泥石化和绢云母化,次有重晶石化、碳酸盐化,局部发育有钠长石化、高岭土化、褐铁矿化、绿帘石化、钾长石化、明矾石化,偶见阳起石化、透闪石化、次闪石化、石榴子石化等。

硅化是矿区内广泛发育的最主要的蚀变类型, 可分为3种类型:(1)在地表主要形成次生石英岩(为硅质彻底交代原岩的产物),他形粒状结构,广泛发育于地表硅化带中,通常与褐铁矿化共生;(2)常见于井下坑道的通道相中,通常硅质不完全交代原岩而形成硅化岩石,呈面状分布于凝灰岩中,可见凝灰岩残留体,脉状、网脉状的石英可能为含矿热液的通道,一般越接近层状矿体硅化愈强,且蚀变带矿化越好,可与黄铁矿、闪锌矿、方铅矿共生形成多金属脉状矿化;(3)而区域变质期的硅化以石英细脉、网脉或碳酸盐石英脉充填于围岩的裂隙中,为线状硅化,为成矿后的产物。蚀变岩石类型有硅化凝灰岩、黄铁绢英岩、次生石英岩等。

黄铁矿化在矿体附近同样广泛发育。在通道相普遍伴随硅化、绿泥石化和绢云母化出现,有时与黄铜矿、闪锌矿、方铅矿共生。黄铁矿一般呈半自形-自形,粒度一般小于3mm,呈条带状、条带浸染状、浸染状、星点状等分布于蚀变火山岩中,或以含黄铁矿石英脉形式呈脉状产出。

褐铁矿化通常为黄铁矿就地氧化而成,黄铁矿化由于剥蚀隆升作用出露于地表或近地表处,氧化作用使蚀变岩石染成锈黄色或褐红色,仅保留黄铁矿假象或淋失成空洞,此外,褐铁矿化还有由含铁碳酸盐化引起的和由淋滤形成的铁质薄膜两种成因(张愉才和赵昌龙,1995)。

绿泥石化与成矿作用关系同样较为密切,仅次于硅化,也是一种重要的蚀变。主要发育在矿体下盘的通道相中,与黄铁矿化相伴而生,以发育绿泥石化为主的绿泥石化带一般处于硅化带与绢云母化带之间,并与硅化、绢云母化呈反消长关系。同样发育呈斑点状、不规则团斑状集合体分布在凝灰岩中的面状分布与呈绿泥石脉产出的线状分布2种方式(陈毓川等,1996)。绿泥石化越强,则蚀变岩石颜色越深,但与硅化叠加时岩石变浅,硬度增加。绿泥石化较弱者呈灰绿色,凝灰结构等原岩结构得以保留,也可形成青磐岩化等。而绿泥石化较强的岩石呈暗绿色,原岩结构不易识别,绿泥石含量达90%可形成绿泥石岩。

绢云母化与成矿作用关系同样较为密切。在通道相内大部分伴随硅化、绿泥石化出现,并与二者的强弱呈反消长关系,以发育绢云母化为主的绢云母化带通常远离层状矿体,且主要与星点状黄铁矿伴生,通常不具有工业品位;而与动力变质作用有关的绢云母化,多产于断裂带中,伴随碎裂岩化及高岭土化,定向构造明显,呈鱗片变晶结构,分布比较均匀。蚀变类型有绢云母千枚岩、黄铁绢英岩化、绢云母化凝灰岩等。此外,张愉才和赵昌龙(1995)提出还有呈肉红色或黄白色,由95%以上的绢云母组成的,呈脉状产出,脉宽约30mm,定向构造明显的绢云母脉岩。

此外,还有沿岩石片理、裂隙呈浸染状、脉状交代的碳酸盐化,呈细脉状沿蚀变岩石的裂隙分布的明矾石化,沿断裂带发育的高岭土化,矿体上盘玄武岩中的绿帘石化、青磐岩化,形成重晶石矿石或呈浸染状、条带状、脉状的重晶石化等蚀变。

4 矿床典型剖面不同类型矿石的分布特征

为详细了解矿床特征、建立矿床结构模型,我们观察了大量钻孔与剖面,本文主要介绍矿床典型剖面的岩石-矿石组合与矿化特征。

4.1 地表矿化带特征与结构

典型的VMS型矿床是具有双层结构的,由下部热液流体补给通道相的脉状-网脉状矿化系统和上部海底盆地卤水喷气-化学沉积块状、角砾状矿石系统组成。理想的双层结构横剖面上部往往呈蘑菇状、下部通道相的矿化系统呈漏斗状。这种双层结构是同种成矿热液流体在不同的外界条件下,上下两层分别经喷流沉积作用和热液充填交代作用而成。两种成矿作用关系密切,在积累速率小于沉积速率的情况下,会形成多层层控的板状和透镜状矿体,且矿体和围岩碎屑物质在垂向上出现交替现象(Doyle and Allen,2003)。

新的野外地质调查结果显示,阿舍勒矿床地表铁帽结构构造类型多样并表现出规律性的变化。最北端、最靠近I矿体(层状矿体)的为硫化物(已褐铁矿化)网脉状胶结的角砾岩,往南依次为通道相的硫化物网脉胶结的角砾岩(图7a,b),近水平的硫化物以及硫化物石英网脉。且在硫化物网脉胶结的角砾岩筒附近见宽约20m的近通道相具沉积特征的角砾岩(图7c,d),以及热液角砾岩(图7e)。近水平的硫化物脉带,区域范围宽约50m(图7f);在矿区东南侧剖面,发育大量石英硫化物脉和硫化物石英脉,宽度约70～90m(图7g,h)。在部分地表存在孔隙渗透蚀变形成的管状和带状褐铁矿化蚀变(图7)。鉴于矿区地表铁帽带为倒转地层层序,若将其恢复可以发现,矿区地表铁帽带可能代表通道相不同位置的构造,现今的从NW往SE方向,代表的是从上往下的结构,也就是说,阿舍勒矿床热液通道相存在硫化物角砾岩+硫化物网脉+硫化物石英脉的结构。

近喷气口处岩石主要分为以下几种类型:(1)紫色流纹岩与流纹质凝灰岩;(2)隐爆角砾岩,胶结物为硫化物(褐铁矿)网脉,角砾为硅化流纹岩;(3)蚀变(褐铁矿化)流纹岩;(4)硫化物(褐铁矿化)细脉穿插的硅化流纹岩;(5)硫化物(褐铁矿化)胶结的喷流角砾岩,角砾为硅化流纹岩,角砾岩流动构造发育,近喷口;(6)硫化物(褐铁矿化)胶结的喷流角砾岩-砾岩,角砾与砾石为硅化流纹岩,近喷口沉积岩;(7)辉斑玄武岩。

4.2 13线剖面I-1矿体的矿石-蚀变结构模型

13线上部矿体的层状矿化主要为沉积作用形成的条带状构造、条纹状构造和块状构造,此外还有团块状、浸染状和稠密浸染状构造。主要金属矿物为黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿等。下部矿体矿化以脉状、网脉状和浸染状矿化为特征,具有双层结构特征(图8a, b)。

基于13线及其附近大量钻孔与坑道观察(图8),发现I-1矿体主要由块状和网脉状矿体构成。其中,块状矿体由上至下又可细分为层状Cu-Zn矿体、胶状Cu-Zn块矿、块状Cu矿体与块状黄铁矿矿体等4种类型。

(1)层状Cu-Zn矿体。局部可见其与玄武岩直接接触,是矿石的主要构造之一,品位较高。块状矿石矿物集合体呈纹层状、薄层状及条带状,与不同种类的矿石矿物集合体平行、相间分布,形成层状、纹层状构造。层宽一般数毫米到数厘米不等。这种由不同成分或不同粒度矿物集合体组成的韵律层理,可能是原生沉积成矿作用形成的构造。层中金属硫化物呈微细-细粒状,一般小于0.20mm。

(2)胶状Cu-Zn块矿。位于层状Cu-Zn矿体的下部,通常不与围岩直接接触。矿石中金属矿物集合体呈微粒状紧密嵌生在一起。矿石中金属硫化物呈微粒结构,一般小于0.05mm。这种矿物集合体粒度极细,较少见矿物重结晶现象,可能是原始成矿作用形成的构造,而未受到后期流体及变质变形阶段影响。

(3)块状Cu矿体。通常位于胶状Cu-Zn块矿的下部,不与围岩直接接触。该矿体Cu品位较高,呈细粒结构、块状构造,发育较为普遍。此外,石英多的地方颗粒粗而显示粒序层的特征。块状矿石中,黄铁矿重结晶与黄铜矿富集现象也较为普遍,部分黄铜矿析出在黄铁矿的张裂中,局部富集也一定程度的提高了Cu品位,该类型矿体可能遭受了后期流体及变质变形阶段影响。

(4)块状黄铁矿矿体。通常位于块状Cu矿体的下部,凝灰岩的上部,并与下部网脉状矿体直接接触。该矿体Cu品位明显降低,呈中-粗粒结构、块状构造,发育最为普遍,矿石矿物以黄铁矿为主。该类型矿体矿物粒度最粗,黄铁矿重结晶现象极为普遍,同样可能遭受了后期流体及变质变形阶段影响。

网脉状矿体,整体呈现出由围岩→稀疏浸染的微脉带→稀疏浸染的细脉带→中等浸染的粗脉带→稠密浸染的黄铁矿脉的渐变过渡现象。从结构构造上,可将网脉状矿体分为三种,即条带状构造、条带-浸染状构造与细脉-浸染状构造,其特征分别为:(1)条带状构造。是矿石的主要构造之一。块状矿石矿物集合体呈条带状与脉石矿物相交、相间分布形成条带状构造。条带宽一般数毫米到数十厘米不等。条带中的金属硫化物呈细-粗粒状。(2)条带-浸染状构造。含量不均匀的矿石矿物集合体呈条带状与脉石矿物相间分布,浸染状矿石条带与脉石矿物呈渐变过渡关系。(3)细脉-浸染状构造。矿石矿物集合体不均匀、无定向地分布于脉石矿物中,粒度以中细粒为主,金属矿物含量较低。

此外,从脉体宽度上,可将网脉状矿体分为细脉、中脉与粗脉三种;从矿物组合上可将网脉状矿体分为3种,即黄铁矿-石英脉(黄铁矿含量较高)、石英-黄铁矿脉(黄铁矿含量中等)与石英脉(黄铁矿含量较少或没有)。网脉状矿体,依据矿物组合与脉体宽度细分为9种类型,包括:黄铁矿-石英细脉、黄铁矿-石英中脉、黄铁矿-石英粗脉、石英-黄铁矿细脉、石英-黄铁矿中脉、石英-黄铁矿粗脉、石英细脉、石英中脉与石英粗脉。不同类型脉体呈空间上规律性变化,从脉体宽度来看,越靠近块状矿体的脉宽度越粗,越远离块状矿体的脉宽度越细。从矿石矿物组合来看,越靠近块状矿体,越发育黄铁矿含量较高的黄铁矿-石英脉;越远离块状矿体,越发育含金属矿物较少的石英脉。其中,脉体在钻孔所探及之处均有发现,延伸长达上千米。

围岩蚀变广泛发育且较为强烈,主要发生在沉积相层状矿体的下盘,通道相蚀变则发生在热液流体通道的周围,与脉状、网脉状矿体相伴,主要蚀变类型有硅化、黄铁矿化、绿泥石化和绢云母化,次为重晶石化、碳酸盐化,其中由矿体中间到两侧出现硅化→绿泥石化→绢云母化的过渡关系,黄铁矿化伴随三者出现,且具有随着硅化→绿泥石化→绢云母化分带逐渐减弱的特征。硅化是通道相最主要的蚀变类型,一般越接近层状矿体硅化愈强,且蚀变带矿化越好,脉状、网脉状的石英可能为含矿热液的通道;绿泥石化与成矿作用关系的重要仅次于硅化,主要发育在矿体下盘的通道相中,与黄铁矿化相伴而生,一般处于硅化带与绢云母化带之间,并与硅化、绢云母化呈反消长关系;绢云母化在通道相内大部分伴随硅化、绿泥石化出现,并与二者的强弱呈反消长关系,绢云母化带通常远离层状矿体,且主要与星点状黄铁矿伴生,通常不具有工业品位。

4.3 I-2矿体的结构特征

通过250中段系统的坑道剖面测量与观察,发现I-2矿体含2～3层层状硫化物矿体,且块状矿体中含较多的凝灰岩残留体(图9)。矿体中交代作用发育,包括纹层状硫化物矿体的硅化,并伴生黄铁矿的重结晶加大和角砾状构造的形成、块状硫化物交代凝灰岩形成块状矿石。一些凝灰岩中有多期交代与多阶段脉体形成的记录,一些块状矿石中黄铁矿发育鲕状结构并被黄铜矿-闪锌矿-石英交代。

以250中段1901穿为例(图9),从北往南观察到的岩石、矿石和蚀变岩依次为:英安斑岩、辉绿岩、凝灰岩、辉斑玄武岩、硅化绢云母化浸染状矿化的凝灰岩、层状矿石、块状矿石、含凝灰岩残留的交代成因块状矿石、稠密浸染状矿石、条带状矿石、交代成因块状矿石、层状矿石、交代成因块状矿石、英安斑岩、凝灰岩、稠密浸染状矿化的凝灰岩、网脉状矿化的凝灰、辉绿岩及网脉状矿化的凝灰岩。

网脉状矿体位于层状-块状矿体的东侧与上盘,这也说明I-2矿体产于倒转的地层层序中。总之,块状硫化物矿层与地层整合产出,并同步褶曲,说明矿层是与阿舍勒组火山岩地层同生的(陈毓川等,1996)。块状疏化物矿体由大致平行的厚薄不等的硫化物矿层组成,以层状矿体的出现为一个成矿旋回的分界线,则可见发育多层层状矿体现象(至少3层层状矿体,代表着出现至少3期喷流沉积作用),且每一层均夹英安质火山碎屑岩、泥岩、砂砾岩、沉凝灰岩或玄武质火山岩薄层,并发育有沉凝灰岩、泥岩、砂砾岩残留体,标志着火山活动的短暂间歇,这意味着火山宁静期与成矿关系密切。

5 阿舍勒Cu-Zn矿床成矿模型

在系统厘定矿床矿石类型与典型剖面矿石-矿体类型分布特征基础上,我们重建了阿舍勒Cu-Zn矿床的结构模型与成矿演化模式。

5.1 矿床结构模型

基于详细的钻孔与坑道观察及对前人资料的整理,可建立如图10所示的阿舍勒铜锌矿床结构模型。阿舍勒I号矿床矿体的结构特征可概括为以下几点:

(1)I-1矿体与I-2矿体均发育典型的二元结构,即上部为块状矿体、下部为通道相网脉状矿体。

(2)板状与透镜状块状矿体从上往下可包括:沉积成因且含沉积岩夹层的层状矿体、块状的胶状硫化物构成的块状矿体、黄铁矿结晶粗粒的块状矿体及块状黄铁矿体。

(3)通道相网脉类型与粗细及蚀变均表现出分带特征、且脉状矿化与块状矿化呈渐变过渡的特征,即由围岩→稀疏浸染的微脉带→稀疏浸染的细脉带→中等浸染的粗脉带→稠密浸染的黄铁矿脉→块状黄铁矿→块状铜锌矿床连续渐变过渡。蚀变分带为:中心硅化,渐变为绿泥石化,而后过渡为绢云母化。从微观上看,也有中心为强硅化黄铁矿化带(部分发育黄铁矿聚合与石英条带构造),逐渐过渡为黄铁矿绢云母硅化带,再到弱蚀变的星点状黄铁矿化凝灰岩。

(4)矿床经历了多期成矿作用,其中沉积相至少存在3期成矿作用,I-2与I-1矿体形成于两个不同的成矿期。晚期成矿作用往往交代早期矿体,矿床顶部的Cu、Zn可能为后期富集交代而成。

(5)矿床边部出露重晶石、含铁碧玉岩等喷流沉积岩。矿床主要赋存于中酸性火山凝灰岩中,矿床下部发育的同期次火山岩,可能为成矿流体的循环提供热量。

(6)I-1矿体与I-2矿体成矿特征有差异。I-2矿体含多个沉积成因层状矿体及凝灰岩夹层,这意味着成矿过程有火山活动;而I-1矿体成矿连续,可能形成于火山宁静期。

(7)I-1矿体与上盘玄武岩一般不直接接触,一般夹一层浸染状凝灰岩,0.5～5m厚不等,而I-2矿体可与玄武岩直接接触。上盘玄武岩没有矿化,而普遍遭受绿片岩相区域变质作用,发育绿泥石化。

新构建的阿舍勒Cu-Zn矿床结构模型,与经典的VMS矿床模型(Lydon,1984)不同,与现今海底黑烟囱喷流成矿系统形成的TAG矿床(Trans-Atlantic Geotraverse;Humphrisetal.,1995;Knottetal.,1998;You and Bickle,1998)也不同。阿舍勒矿床中硫化物堆积体呈薄板状,甚至是薄片状(Sheetlike)而不是丘状(mound)。其中1-1矿体长1200m、平均厚30m,1-2矿体平均长700m、平均厚20m,两个矿体的长/厚比值分别大于40与35。阿舍勒矿床薄片状块状硫化物矿体的样式与Large (1992)描述的板状或席状样式相似,并具叠置成矿特征(Large,1992)。阿舍勒矿床另一个重要特点是发育砂砾岩型矿石,重晶石与铁碧玉建造主要发育于侧向与远端沉积相。砂砾岩型矿石的发育,说明阿舍勒矿床硫化物沉积时是海盆水深不大,并有陆缘碎屑补给。

5.2 多通道成矿

通过详细的钻孔与坑道观察,I号矿床识别出3个喷流系统(图11)。每个喷流系统都由沉积相与通道相组成,其中矿体I-2主要由13线以北矿体组成,矿体形态不规则,长600～800m,宽50～200m,厚1～50m,平均厚20m左右,其通道A位于矿体上盘(地层已倒转)、主体已被断层位错。I-1矿体是主矿体,由2个较大的通道共同补给,主要由13线以南矿体组成,矿体形态不规则,受向斜构造控制。恢复原始沉积结构后,估计矿体长大于1200m(地表氧化带已被剥蚀),宽200～500m,厚10～50m,平均厚30m左右。通道B向北向下延伸(现今方向),主要集中于-600～200m标高、5线-21线之间,为细脉-网脉-浸染状构造,蚀变以硅化及绿泥石化为主,局部根据原岩不同呈绢云母化、钠长石化等蚀变,普遍发育碳酸盐化。通道C向南向下延伸(现今方向),主要集中于600m标高以上、8线以南,为细脉-网脉-浸染状构造,局部发育角砾状构造,蚀变以硅化及绿泥石化为主,局部因为原岩不同呈绢云母化、钠长石化、钾长石化等蚀变,普遍发育碳酸盐化。

图11 阿舍勒喷流系统构成示意图Fig.11 Schematic diagram of exhalative metallogenic system in Ashele deposit

本次研究表明,成矿喷流通道与火山机构可能并无直接联系,6个齐也组的火山机构在时间上晚于成矿,因此与成矿无关;而1个阿舍勒组的火山机构可能仅具有作为热源供给热量的作用,使得热液通过水岩反应淋滤出围岩及下伏基底中Cu、Zn等金属组分,在喷口处与海水或孔隙水混合,温压骤降导致硫化物的沉淀,从而形成阿舍勒Cu-Zn矿床。

5.3 成矿期次及构造-成矿演化模式

阿舍勒矿床的形成是一个复杂的过程,喷气-沉积过程形成后经历了漫长的演化历史,遭受了绿片岩相变质作用等后期各种地质作用的改造。关于阿舍勒矿床成矿期次的划分,不同学者具有不同的认识,但大致相同。陈毓川等(1996)根据矿床形成的地质条件将阿舍勒矿床分为4期:喷气-沉积期、变质改造期、热液叠加期和表生氧化期。杨富全等(2015)将变质改造期与热液叠加期合并,并依据251～254Ma的绢云母40Ar/39Ar年龄识别出剪切变形期,将矿床成矿过程划分为4期:喷流沉积期、区域变质期、剪切变形期和表生期。边春静(2018)保留海相火山喷流沉积成矿期,但将变质改造期与热液叠加期合并为区域变质热液叠加成矿期,省略了对成矿作用较小的表生期。本文在前人研究的基础上,根据矿体特征、矿脉穿插关系、矿石组构、矿物共生组合及矿物生成顺序等特征将矿床成矿过程大致划分为4期:(多期多阶段的)喷流沉积期、变质热液叠加期、剪切变形期和表生氧化期。

5.3.1 海相火山喷流沉积(VMS)成矿期

古亚洲洋洋壳在早-中泥盆世俯冲到西伯利亚板块之下(边春静,2018),导致阿尔泰南缘4个斜列盆地的形成,俯冲过程中伴随着陆缘弧环境下的火山喷发,并在陆缘弧弧上裂谷里沉积了阿舍勒组双峰式火山岩系(405.1～377Ma;Wanetal., 2010;Niuetal., 2020),与阿舍勒矿床相关的沉积、成岩作用、矿化和火山活动可能持续了19～29Myr,并且阿舍勒组记录了5个主要的火山活动时期(Niuetal., 2020)。盆地中最早的火山活动始于约为405.1Ma(Niuetal., 2020),早期的火山喷发作用至少发生了3次,在阿舍勒组形成了多处含角砾的凝灰岩、火山碎屑岩和英安质到流纹岩的晶屑凝灰岩以及熔结凝灰岩(Niuetal., 2020);后期爆发的英安质火山作用与构成阿舍勒VMS矿床主矿体的铜锌矿化(约387Ma;Niuetal., 2020)关系密切;在此过程中,被浅部岩浆(约3km)加热的循环海水不断淋滤海底地层,造成Cu、Zn等金属离子加入,形成含矿热液,当含矿热液与冷的海水混合时,由于物理化学条件的改变,导致硫化物沉淀,从而形成大规模矿化,再经后期不断富集,逐渐形成铜锌矿体,而在海底的含矿热液补给通道中形成脉状-网脉状矿体(图12a)。阿舍勒组第五段的上盘玄武岩可能标志着成矿事件的结束。玄武岩相对不透水,阻止了成矿流体从下伏含矿岩石向上运移,从而有助于下伏含矿岩石中硫化物的保存(牛磊等,2022)。

图12 阿舍勒矿床构造演化模式示意图(a)阿舍勒矿床喷流沉积期沉积相与通道相关系示意图;(b)喷流沉积期矿体位置与矿石特征剖面示意图;(c)矿体褶皱示意图;(d)英安斑岩侵入示意图Fig.12 Schematic diagrams of tectonic evolution model of Ashele deposit(a) schematic diagram of the relationship between sedimentary facies and channel facies in the exhalation sedimentary period of Ashele deposit; (b) section schematic diagram of orebody location and ore characteristic in the exhalation sedimentary period; (c) schematic diagram of orebody fold; (d) schematic diagram of dacite porphyry intrusion

喷流沉积期与海底火山喷流有关,该期矿物组合最为丰富,矿石类型最为齐全,穿切关系最为复杂,是阿舍勒矿床主要的成矿期,考虑到后期变质与热液事件的影响,识别难度较大,成矿流体存在多期叠加作用(陈毓川等,1996)。海底喷流形成的沉积相的层纹(条纹)状、致密块状硫化物矿石与其下部的补给通道相的脉状、网脉状和浸染状矿石同属于喷流沉积期,只是位于不同的矿化部位,使矿床具有双层结构(图12b),二者紧密相伴。同时由于海水淋滤作用,围岩具有强烈的硅化、发育绿泥石化、绢云母化和黄铁矿化。

5.3.2 变质热液叠加成矿期

阿舍勒矿床形成后至少经历了3次构造变动,分别为阿舍勒组沉积结束后、齐也组沉积结束后及早石炭世末,其中前两期构造变动较强,并伴有次火山岩侵入,导致阿舍勒组火山岩、矿体发生变形变质作用(陈毓川等,1996)。其中与矿体和地层同步褶曲、矿体发生倒转关系最为密切的是阿舍勒组沉积结束后发生的褶皱,该褶皱发生于阿舍勒组之后、齐也组(377Ma)之前,褶皱中心在矿体一侧(图12b)造成现今玄武岩上下两盘矿体厚薄不一(图12c),随后断层将英安斑岩侵入体抬升至矿体附近(图12d)。之后,在二叠纪期间阿舍勒组火山岩又经历了强烈的区域动力热流变质作用,其峰期温度为580～670℃,压力为400～500MPa(边春静,2018)。

该期产生一系列NW向的挤压断裂,含矿变质流体(富CO2、低盐度、中低温度)沿剪切带向地壳浅部运移,随着流体物理化学条件变化(如温度降低、H2S活度降低等因素),导致含矿流体沉淀成矿(边春静,2018)。在变质过程中,早期形成的矿石组构、矿石矿物成分等发生变化,脆性矿物碎裂,如黄铁矿颗粒发生重结晶、破碎、自形加大或呈挤压透镜体形成压力影,绢云母、绿泥石等塑性矿物呈小透镜体状定向排列,新生的黄铁矿、绢云母、石英等矿物沿片理裂隙分布(杨富全等,2015)。此外,该期使矿体发生明显的构造改造:矿体与次生石英脉发生透镜体化、矿体整体被弯曲变形、硫化物与围岩均被构造强烈改造成透镜体-缩颈状矿体(陈毓川等,1996)。在前述剖面中可以看出,强烈变形的发生矿化的岩体主要集中在凝灰质糜棱岩-超糜棱岩中,玄武质糜棱岩中仅存在少量的黄铁矿矿化,条带状矿体被构造变形成挠曲状,部分细粒的矿体被改造成透镜体状矿体。陈毓川等(1996)对变质改造期的一系列现象具有较为全面的总结。

变质热液叠加成矿期的热液叠加现象可能与中酸性-酸性次火山岩的侵入活动有关,在矿化蚀变围岩中形成一系列方解石脉、石英脉、以及含硫化物、方解石的石英脉填充在裂隙中。这些热液脉旁常伴硅化、绿泥石化等有热液蚀变现象,偶见碳酸盐化,蚀变宽度仅一厘米到数厘米(陈毓川等,1996)。可见一些矿物(如闪锌矿)穿切片理,一些矿物发生塑性流动,如方铅矿的揉皱结构,黄铜矿呈脉状沿矿石裂隙穿插,使成矿物质发生活化、迁移、再富集。但热液叠加的脉体较难与变质热液脉区分开,变质热液叠加期的成矿过程需要进一步细化研究。

5.3.3 剪切变形期

该期与玛尔卡库里深大断裂多期活动有关,在此期间发育多条韧性剪切带并伴有糜棱岩化,韧性剪切带中心部位的糜棱岩化较强向两侧边部逐渐变弱,发育多种韧性剪切变形特征(杨富全等,2015)。杨富全等(2015)通过绢云母40Ar/39Ar定年提出该期发生在251～254Ma,并指出该期成矿物质的活化、再富集不明显,对矿体反而起破坏作用。

5.3.4 表生氧化期

喷流沉积成矿期形成的VMS矿床,经历了变质热液叠加成矿期后,矿体更为富集。由于构造作用倒转向斜向南翘起,矿体南部埋深变小,随着不断剥蚀现已出露地表,并受地下水、大气降水作用影响发生氧化作用。硫化物矿体上部氧化为铁帽,形成褐铁矿、黄钾铁矾、铜蓝等表生矿物,局部形成自然铜,厚约10m左右,向下渐变为次生富集带,再向下为铁帽与矿石混合带,氧化带深度可达40～50m(陈毓川等,1996)。由于一号矿体为隐伏矿体,绝大部分在地下水位以下,故氧化带规模很小,没有达到工业品位(陈毓川等,1996)。

6 结论

通过详细的钻孔与坑道观察,本文系统地厘定了阿舍勒Cu-Zn矿床矿石类型、建立了矿床结构模型、识别了3个喷口通道、构建了阿舍勒矿床成矿模型与构造-成矿演化模型。在阿舍勒矿床建立的矿床结构模型显示了由围岩→稀疏浸染的微脉带-稀疏浸染的细脉带→中等浸染的粗脉带→稠密浸染的黄铁矿脉→块状黄铁矿→块状铜锌矿床的渐变过渡现象,蚀变分带为中心硅化渐变为绿泥石化而后过渡为绢云母化。矿床发育多期富集成矿作用,晚期成矿作用往往交代早期矿床,矿床顶部的Cu、Zn即可能为后期富集交代而成。上盘玄武岩没有矿化,而普遍遭受绿片岩相区域变质作用,发育绿泥石化。矿床侧向远端发育重晶石与铁碧玉。矿床主要赋存于火山岩与火山凝灰岩中,矿床附近及下部的同期或近同期的次火山岩发育,可能为成矿流体的循环提供热量。识别的3个喷流系统均由沉积相与通道相组成,其中沉积相为块状、层状构造,矿体形态不规则。通道相为细脉-网脉-浸染状构造。矿床成矿过程可分为:(多期多阶段的)喷流沉积期、变质热液叠加期、剪切变形期和表生氧化期4期成矿演化过程。

致谢野外工作期间得到新疆阿舍勒铜业股份有限公司郭森、游富华、孟军辉及新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局胡林朝等技术人员的大力支持和帮助;室内资料整理得到中国地质科学院矿产资源研究所杨富全研究员及孟贵祥研究员的帮助;成文过程中得到审稿人及编辑部老师的建议和悉心指导;在此一并致以衷心感谢。