东天山卡拉塔格黄土坡铜锌矿床地质特征及成因探讨

2012年 MINERAL DEPOSITS 第31卷 增刊

东天山卡拉塔格黄土坡铜锌矿床地质特征及

成因探讨

高 奇，吕新彪，朱 江

（中国地质大学资源学院， 湖北 武汉 430074）

黄土坡铜锌矿床位于哈密市260°方向约160 km处，北距兰新铁路十三间房站70 km。目前，由于缺乏有效的手段对该矿床进行准确可靠的成矿定年，且矿区及外围地质研究相对薄弱，因此目前对于该矿床，仍存在着“VMS型”和“浅成低温热液型”两种成因认识。本文拟在区域地质、矿床地质研究的基础上，结合矿床的O、H、S、Pb等同位素组成特征，对矿床成因和成矿过程进行探讨。

1 成矿地质背景

黄土坡铜锌矿床位于东天山成矿带中段奥陶纪-泥盆纪大南湖-头苏泉岛弧带中。矿床所在的卡拉塔格地区为吐哈盆地南缘的一个古生代“天窗”，其北为吐哈盆地南缘隐伏断裂（近EW向），南部为大草滩断裂（近NW向）。早古生代，大南湖-头苏泉岛弧带为准噶尔板块南缘的活动陆缘，可能发育有广泛的沟-弧-盆体系（李锦轶等，2009）；晚泥盆世，大南湖-头苏泉一带逐渐演变为安第斯型边缘；晚泥盆世末—早石炭世初，洋壳向北俯冲关闭，中天山地块拼贴增生到吐哈地块南缘，成为哈萨克斯坦-准噶尔板块的组成部分（王京彬等，2006）。

2 矿床地质特征

矿区出露地层为中奥陶统荒草坡群大柳沟组海相火山岩，其下部为一套中酸性-酸性火山碎屑岩，普遍发育有强度不等的围岩蚀变；上部为钠质火山熔岩及对应的次火山岩相，蚀变程度低且蚀变仅发育在熔岩中与碎屑岩的接触部位。矿区侵入岩岩性主要为灰色石英闪长岩和花岗闪长岩及花岗斑岩。在火山岩地层及侵入岩中产出有NNW向和NE向的基性-超基性岩脉和酸性侵入岩岩脉。另外，前人在卡拉塔格地区的地球物理研究表明，卡拉塔格地区存在有中基性、基性火山岩基底（柯国秋，2011）。

矿区内断裂主要有NW向和NNW向2组，均为张性断裂，围岩轭节理十分发育，对矿体无明显改造作用。

矿区的围岩蚀变主要表现为NNW向展布的黄铁绢英岩化带，相关蚀变类型为：硅化、黄铁矿化、绿泥石化、绿帘石化、叶腊石化和碳酸盐化。

主矿体形态为层状、似层状，赋矿围岩为蚀变火山角砾岩，顶板为渗透性极差的火山熔岩。整个矿区范围内，矿体产出层位非常稳定。主矿体之下，脉状-网脉状矿化十分发育。主矿体厚度几米到几十米不等，长约900 m，宽约850 m，有上锌下铜的弱分带性，矿体总体倾向为NE向，具微弱的波状起伏。

矿区矿石几乎全为原生矿，工业类型有铜矿石和铜锌矿石两类。矿石构造有块状、稠密浸染状、浸染状、脉状、网脉状、角砾状、纹层状。矿石的主要金属矿物为黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿，含有少量毒砂、黝铜矿、方铅矿等。

3 流体包裹体研究

黄土坡铜锌矿脉状-网脉状矿化中石英的原生流体包裹体个体较小，2～10 μm。所测得的均一温度数值范围为.9～362℃，主要分布于200℃～290℃和130℃～190℃两个区间，根据测得的冰点温度计算得到成矿流体盐度值范围为1.4%～9.47%。脉状-网脉状矿化中黄铁矿的原生流体包裹体均一温度数值范围为248.3～351.9℃。流体包裹体研究表明，矿床的成矿流体为低盐度流体，成矿温度为中高温,石英为成矿流体中低温阶段结晶的产物。

4 同位素地球化学

矿区4件成矿期石英样品中，石英流体包裹体的δ18O为6.6‰～7.4‰，根据主成矿阶段均一温度峰值计算，得到与石英中O平衡的流体中水的δ18O=-2.21‰～-3.01‰，平均值-2.‰。石英流体包裹体的δD=-62‰～-56‰，平均值-58.25‰。成矿

278 矿 床 地 质 2012年 流体O、H同位素组成投图位于建造水分布区。

对矿区脉状-网脉状石英-硫化物共生组合中的黄铁矿和黄铜矿进行硫同位素分析，测得δ34S介于-2‰～+3‰之间，平均值+0.45‰，在零附近，说明该矿床硫同位素组成较稳定，硫源主要为深源岩浆硫。

对8件原生硫化物矿石样品进行铅同位素测试，测得

206

Pb/204Pb=17.921～18.059，均值17.967；207Pb/ 204Pb=15.453～

208

15.500，均值15.465；Pb/204Pb=37.421～37.657，均值37.496。μ=9.22～9.31，均值9.25， μ值较高,反映其受到高放射性成因壳源铅混染（李龙等，2001）。在△β-△γ成因分类图解中（李志昌等，2004），投影点均落在地幔源铅的范围内，靠近俯冲铅的范围。矿石铅同位素组成特征说明，铅的主要来源为地幔源铅，混有少量地壳铅。

5 成因及成矿过程探讨

以上矿床地质特征及同位素组成特征说明黄土坡铜锌矿床成矿与俯冲作用过程密切相关，S、Pb同位素显示深源特征，表明成矿金属可能主要来自于中基性、基性火山岩基底的淋滤，少量来源于发生脱挥发分作用的岩浆,成矿流体主要来源于深循环海水与岩浆水的混合流体。

黄土坡矿区NE向约4 km处产出有红石矿床，脉状产出，赋矿层位与黄土坡一致，脉状矿体顶部发育强氧化的铜金矿体。通过对黄土坡矿区及外围的地质研究，结合区域构造演化历史，认为红石矿床与黄土坡矿床均为VMS型矿床，二者形成于同一次成矿事件，成矿环境为非对称破火山口，其矿过程如图1所示。

一般认为，深海底喷发的火山由于巨大的静水压力，不利于岩浆发生爆炸形成凝灰岩。因此，黄土坡矿区（或附近）成矿前的火山喷发可能发生于浅海相环境，形成具有爆炸特征的火山碎屑岩层（图1a）。 黄土坡和红石主矿体形成及随后一段时间内，热液持续作用至（424±7）Ma（毛启贵等，2010），发生“带状精炼”，形成黄土坡矿床上锌下铜的初步分带（图1b）。后期，破火山口可能发生复活，同时伴随地块局部下沉，在深海环境形成溢流相火山岩盖层（（416.3±5.9）Ma，毛启贵等，2010）（图1c）。

此后，区域构造运动复杂，新生代（60～3.7 Ma之间）可

图1 非对称破火山口形成、演化及黄土坡、红石矿床成矿

过程示意图（改编自Schulz K.J，2012）

a.成矿前浅海相环境，火山爆炸性喷发，非对称破火山口形成，海水进行深循环，与部分岩浆水混合；b.火山间歇期成矿流体在深部形成黄土坡矿床，浅部形成红石矿床；c.深海环境，破火山口复活，形成熔岩盖层

能受印度-亚洲碰撞及青藏高原的多期幕式隆升的远程影响（许英霞等，2008），形成卡拉塔格的“天窗”隆起，接受风化剥蚀，形成地表常见的硫酸盐氧化带。隆起同时造成矿体发生形变，最终形成倾斜层状和微弱波状起伏的矿层。

参 考 文 献

柯国秋. 2011. 卡拉塔格铜锌金多金属矿地球物理研究[D]. 桂林理工大学.

李 龙，郑永飞，周建波. 2001. 中国地壳铅同位素演化的动力学模型[J]. 岩石学报，17(1): 61-68.

李锦轶，杨天南，李亚萍，朱志新. 2009. 东准噶尔卡拉麦里断裂带的地质特征及其对中亚地区晚古生代洋陆格局重建的约束[J]. 地质通报，28(12):

1817-1826.

李志昌，等. 2004. 放射性同位素地质学方法与进展[M]. 武汉: 中国地质大学出版社. 276.

毛启贵，方同辉，王京彬，王书来，王 宁. 2010. 东天山卡拉塔格早古生代红海块状硫化物矿床精确定年及其地质意义[J]. 岩石学报，26(10):

3017-3026.

王京彬，王玉往，何志军. 2006. 东天山大地构造演化的成矿示踪[J]. 中国地质， 33(3): 461-469.

许英霞，秦克章，丁奎首，李金祥，缪 宇，方同辉，徐兴旺，李大明，罗修泉. 2008. 东天山红山高硫型浅成低温铜-金矿床:中生代成矿与新生代

氧化的K-Ar、Ar-Ar年代学证据及其古构造和古气候意义[J]. 岩石学报，24(10): 2371-2383.

Schulz K J. 2012. Regional environment in volcanogenic massive sulfide occurrence model [M]. U.S. Geological Survey Scientific Investigations Report

2010-5070-C, chap. 4, 24p.