韓文文，陶曉風，岳相元

（成都理工大學地球科學學院成都 610059）

新疆滴水砂巖銅礦床特征及成因探討

韓文文，陶曉風，岳相元

（成都理工大學地球科學學院成都 610059）

新疆滴水砂巖型銅礦床位于塔里木盆地北部邊緣，庫車前陸坳陷盆地。銅礦體賦存于一套河湖交替相的紅色含膏鹽碎屑砂巖建造中。礦床有三個主要含礦層，儲量＞40×104t。該砂巖銅礦床為典型的層控型礦床，經(jīng)歷了“沉積-成巖-改造”成礦模式。在沉積期具有生物、化學雙重成礦作用，經(jīng)過后期成礦物質(zhì)的活化遷移后生疊加改造再富集過程。銅礦體主要沉積在深湖相-三角洲相-河流沖刷相交替的多重沉積環(huán)境，該沉積地層是有效的金屬沉淀地球化學障(礦捕層)，是富含有機質(zhì)的還原障，富硫化物的硫化障。

砂巖銅礦；地質(zhì)特征；層控礦床；礦床成因；新疆滴水

新疆滴水砂巖銅礦位于塔里木盆地北部邊緣,庫車前陸坳陷盆地。該盆地北鄰南天山褶皺帶,南鄰卻勒塔格褶皺帶，礦床就位于褶皺帶西端的銅礦山背斜北翼，呈東西向南彎曲弧線橫跨在拜城凹地的南面。在新近系康春組含膏鹽、紅色-雜色碎屑巖發(fā)育部位斷續(xù)分布有眾多砂巖銅礦點。如:滴水、阿捷克、喬克馬克、巴西克其克、黑孜、庫蘭康等[1](圖1)。

圖1 庫車盆地構(gòu)造簡圖Fig.1SimplifiedstructuralmapofKuqabasin,Xinjiangprovince

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

滴水砂巖銅礦區(qū)出露新近系地層(圖2)，由老到新依次為：中-上新統(tǒng)康村組(N1-2k)紅褐色、棕褐色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、細砂巖和灰綠色泥灰?guī)r、局部夾泥巖和石膏脈；上新統(tǒng)庫車組(N2k)棕褐色砂巖、泥巖夾薄層狀泥灰?guī)r及第四系覆蓋物組成?？荡褰M為礦區(qū)主要賦礦地層，下部為河流沖積相紅色砂巖沉積物，上部是淺色湖相沉積物，二者屬于同一水體沉積物。滴水砂巖銅礦區(qū)位于銅礦山背斜的北翼(圖3)，地層呈單斜狀，巖層層面產(chǎn)狀為335°∠20°，中部呈略向南突出的弧狀。由于南北擠壓應力而派生的壓扭性張力的作用，礦區(qū)形成了NNW、NWW向兩組高角度臺階式正斷層，延伸較短。

2 礦體、含礦巖石、礦石礦物特征

2.1 礦體特征

礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與礦區(qū)地層基本一致，傾向NNW，傾角大約20°。礦體有三個(A、B、C)主要含礦層位，各層位之間保持固定距離，A層距B層180 m，B層距C層17 m。在地表銅體呈條帶狀，近EW向分布(圖4)。.

圖2 新疆滴水砂巖銅礦區(qū)地層柱狀圖Fig.2Stratigraphic column of Dishui sandstone-type copper deposit,Xinjiang province

圖3 滴水銅礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.3Geological map of Dishui copper deposit

圖4 新疆滴水砂巖銅礦18號勘探線剖面圖Fig.4No.18 Prospecting line profile map of Dishui copper deposit,Xinjiang province

（1）A層礦體：分布在礦區(qū)阿特巴拉至阿克一帶。礦化不均勻，銅品位在0.46%～0.85%，厚度0.3～0.88 m。頂部圍巖為紅褐色泥質(zhì)粉砂巖與黃褐、暗灰色中粒砂巖，底部為褐黃、灰褐色泥質(zhì)砂巖夾薄層細砂巖，具有水平層理、包卷構(gòu)造。金屬礦物主要富集在灰綠色、灰褐色薄層條帶狀泥灰?guī)r及薄層狀細砂巖和頁巖，礦體底部有生物遺跡和植物殘存體。含銅礦物主要為星點狀、薄層狀的孔雀石及斑點狀藍銅礦和黑銅礦。該層屬于濱湖亞相沉積。

（2）B層礦體：本層礦體面積可達6.1×106m2，銅的品位0.98%～2.36%，厚度0.71～2.10 m，金屬儲量至少為20×104t。金屬礦物多富集于深灰色泥灰?guī)r或雜色細砂巖中，在地表主要為星散浸染狀構(gòu)造的孔雀石、藍銅礦、赤銅礦，深部則以輝銅礦為主，其次有黃銅礦、斑銅礦和銅藍。含礦層具有微波層理、包卷構(gòu)造。該層屬于河湖交替相沉積。

（3）C層礦體：本層礦體面積可達5.8×106m2，銅的品位0.61%～2.28%，厚度1.53～2.14 m，儲量＞17×104t。上部主要為黃綠色、紅褐色薄-厚層狀粉砂質(zhì)泥巖，水平層理構(gòu)造，中部為灰綠色薄層狀泥灰?guī)r，層紋狀構(gòu)造，下部為雜色中厚層細粒砂巖銅礦化體。銅礦物主要為星散浸染狀構(gòu)造的孔雀石化、藍銅礦化、黑銅礦化。該層發(fā)育平行層理構(gòu)造，屬于淺水弱還原環(huán)境下的河漫湖泊相沉積。

2.2 含礦巖石特征

含銅砂巖中的碎屑顆粒主要以跳動和滾動的方式運移，砂巖粒徑中值0.045～0.15 mm。砂巖底部為雜色微晶灰?guī)r、砂質(zhì)泥灰?guī)r；中部為棕褐色、雜色巖屑砂巖，細砂巖；上部為條帶狀含礫砂巖、細砂巖，具有逆序旋回沉積特征。下面分別描述各層巖石：

（1）砂質(zhì)泥巖：主要具有水平層理、沙紋層理。巖石為棕褐色、淺紫色。主要成份為：細粒砂粒占15%，泥質(zhì)約70%，巖屑約10%(為變泥巖、千枚巖、變砂巖)。非金屬礦物主要是長石、石英；金屬礦物是赤鐵礦、針鐵礦、褐鐵礦。

（2）巖屑砂巖：主要以大型的斜層理為代表，層厚10～20 cm。巖石有紅褐色、灰綠色。主要礦物成份：石英、燧石(30%～35%)，長石(10%～15%)，巖屑(20%～75%)，金屬礦物有赤鐵礦、褐鐵礦、針鐵礦、孔雀石等。巖屑以灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、千枚巖為主，蛇綠巖、石英黑云母片巖等。膠結(jié)物以微晶方解石為主，且方解石有次生加大現(xiàn)象。

（3）砂質(zhì)泥灰?guī)r：主要為棕褐色、灰綠色巖石。主要成份為泥質(zhì)(10%～25%)，粉砂質(zhì)(10%～20%)，巖屑(15%～20%)，含有少量礫石。巖屑主要為石英、方解石、燧石，由方解石、泥質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)。金屬礦物為細小星散狀分布的赤鐵礦。

（4）微晶灰?guī)r：由下向上具有黑灰色-綠灰色分帶。主要組成：微晶方解石(60%～70%)，泥質(zhì)(5%～20%)，粉砂質(zhì)（10%～20%）。砂的物質(zhì)成分為石英、方解石。金屬礦物：上部為赤鐵礦、針鐵礦，礦物具有溶蝕現(xiàn)象；下部為黃鐵礦、輝銅礦、方鉛礦。

（5）細砂巖：巖層具楔狀交錯層理、包卷構(gòu)造。呈條帶狀產(chǎn)出，主要礦物成分：石英(30%～35%)，長石(8%～10%)，巖屑(25%)。巖屑成分方解石為主，還有云母、綠泥石、角閃石、石英等。膠結(jié)物為方解石和少量泥質(zhì)、鐵質(zhì)。具有綠泥石交代黑云母現(xiàn)象。

對上述幾種砂巖中的銅含量分析結(jié)果表明（表1），雜色砂質(zhì)泥灰?guī)r、微晶灰?guī)r、含礫砂巖的銅含量都很高，代表的是三角洲前積層亞相、深湖相、河流沖刷相沉積環(huán)境；而條帶狀雜色細砂巖的銅含量卻很低，它代表的是三角洲前積層亞相沉積環(huán)境。

2.3 礦石礦物特征

組成銅礦石的有用礦物有種類很多，主要有：

（1）自然銅:分布在地表，呈零星狀分布，含量極少。

（2）硫化銅：以輝銅礦(Cu2S)為主，黃銅礦(CuFeS2)、斑銅礦(Cu5FeS4)、銅藍(CuS)次之。分布在200～1 440 m的深部地帶，礦層厚度0.3～2.99 m，含銅0.6%～3.32%。呈灰綠色、深灰色，粒狀結(jié)構(gòu)，浸染狀、塊狀構(gòu)造，賦存于鈣質(zhì)砂巖、細粒砂巖及泥灰?guī)r中。

（3）堿式碳酸銅:以孔雀石[CuCO3(OH)3]（圖5）為主、含藍銅礦[Cu3(CO3)2(OH)2]、氯銅礦[Cu2Cl(OH)3]、硅孔雀石(CuSiO3·2H2O)。礦層厚度0.4～1.2 m，含銅1%～2%。呈藍綠、藍色，浸染狀或條帶狀構(gòu)造(圖6)，銅礦物沿層面或節(jié)理面(裂隙)形成被膜狀、圓斑狀。主要賦存于鈣質(zhì)薄層泥灰?guī)r及粉砂巖中，在礦體中均有分布。

（4）氧化銅:為赤銅礦(Cu2O)和黑銅礦(CuO)，含量2%～4.5%。分布地表淺部，礦層厚度為0.3～0.6 m，呈褐紅、磚紅色，塊狀、條帶狀構(gòu)造。以砂巖、泥灰?guī)r的膠結(jié)物形式賦存于層理面上。

表1 含銅巖石銅含量分析Table 1Copper content analysis result of ore-bearing rocks

圖5 粉砂巖中孔雀石呈浸染狀Fig.5Dissemination malachite-bearing siltstone

圖6 粉砂巖中藍銅礦呈圓斑狀Fig.6Azurite-bearing siltstone

3 礦床成因探討

中生代以來天山造山帶就一直向南推覆擠壓，導致造山帶前緣地殼下沉，形成了近EW向的庫車前陸坳陷盆地（圖7）。在古近系晚期沉積了蘇維依組(E3-N1)s棕色、淺紅褐色泥巖，粉砂巖類膏鹽層建造，吉迪克組(N1j)淺灰色粉砂質(zhì)泥巖和強石膏化和鹽化泥灰?guī)r建造。隨著山體強烈抬升，盆地面積進一步擴大，在新近紀中新世(16.9～5.3 Ma)時期，物源區(qū)剝蝕加劇，含銅古老基底巖系遭到剝蝕，沉積了康村組(N1-2k)紅色碎屑巖含銅建造。在康春組上整合沉積了庫車組(N2k)棕褐色砂巖、泥巖夾薄層狀泥灰?guī)r。最后由第四系沉積物覆蓋。由于喜瑪拉雅造山運動的影響，該區(qū)中新生代地層褶皺、沖斷、推覆滑脫形成了一系列近EW向的斷裂和線狀背斜構(gòu)造。砂巖銅礦就賦存在康春組巖系中，并經(jīng)歷了典型的“沉積-成巖-改造”成礦模式[7]：即成礦物質(zhì)在沉積期富集，在成巖期成礦，后期地殼運動使其遭受改造。

圖7 庫車盆地構(gòu)造演化圖(據(jù)何光玉，2005[6]修改)Fig.7Structural evolution of Kuqa basin

3.1 成礦物質(zhì)來源

受印度板塊與歐亞板塊持續(xù)碰撞擠壓的影響，天山地區(qū)隆升幅度較大，風化剝蝕較快。在康春組紅色碎屑沉積巖中，巖屑以碳酸鹽巖屑為主，其次為千枚巖、石英云母片巖、蛇綠巖、變粒巖等變質(zhì)巖，及少量酸性巖漿巖，巖屑成分反應了古生界變質(zhì)巖和碳酸鹽巖已經(jīng)遭受到強烈的風化剝蝕，成為盆地主要沉積物之一。所以北緣天山褶皺帶含銅基底巖系及其中的古老銅礦床是滴水砂巖銅礦床形成的“遠源礦源層”，而含銅本身的紅色碎屑沉積物是“近源礦源層”[5]。

3.2 沉積期-成礦物質(zhì)初步富集

中新世末期，礦區(qū)處于熱帶-亞熱帶干燥炎熱氣候，蒸發(fā)量大于降水量，導致湖泊收縮變成咸湖[4]。砂巖銅礦床的含銅沉積是伴隨碎屑沉積的一種化學沉積過程。

3.2.1 碎屑沉積階段

圖8 碎屑砂巖沉積模式圖Fig.8Depositional model of clastic sandstone in Dishui area, Xinjiang province

庫車凹陷盆地的沉積速度較快，隨著碎屑物質(zhì)堆積，湖泊面積不斷縮?。蝗侵尴蚝耐埔?，河流在三角洲上不斷延伸[3]。如圖8，在第I階段，三角洲呈疊瓦狀堆積，向著湖心不斷推移。三角洲底積層覆蓋在湖泊相沉積層之上，并改造湖底細粒沉積物的結(jié)構(gòu)特征。所以在鉆孔巖芯上顯示沉積旋回的最下部是灰色、灰綠色，具有微波層理的深湖泥灰?guī)r沉積，三角洲沉積物覆蓋在深湖軟泥之上。垂向上的超負荷重力導致湖相軟泥層發(fā)生扭曲，從而形成包卷構(gòu)造（convolution structure）。水流的分選作用導致三角洲沉積顆粒為逆序旋回組合（由下向上為泥灰?guī)r-泥質(zhì)粉砂巖-細砂巖-粗砂巖-含礫砂巖)。在旋回頂部有少量細礫巖和透鏡體砂巖，還具有河流沖刷構(gòu)造特征，為河流沉積在三角洲頂積層上的的延伸。

由于幕次構(gòu)造運動作用，湖盆下陷擴張，第Ⅱ階段沉積開始。上一個沉積旋回中的三角洲頂積層和延伸出來的河流環(huán)境變成了深湖相沉積環(huán)境。伴隨三角洲沉積，其底積層疊覆在深湖沉積層之上——重復上一個沉積旋回。

前一個沉積旋回頂部的河流沖積相沉積層被下一個旋回深湖相軟泥沉積層超覆；而深湖相沉積層又被疊瓦狀的三角洲沉積層覆蓋。在這樣一個深湖相-三角洲相-河流沖刷相交替的沉積環(huán)境最利于砂巖銅礦床的形成。

3.2.2 化學作用階段

銅離子在水溶液中與Cl-、SO42-、CO32-、OH-、Ac-等形成鹽類溶液或膠體溶液被流水搬運[2]。在河水中氧和二氧化碳的分壓(PO2、PCO2)較高，并且在流動過程中攜帶了大量的有機物。水介質(zhì)呈弱酸性氧化環(huán)境，這時化學沉積比較困難，所以礦區(qū)絕大部分河流相沉積物中沒有銅礦物出現(xiàn)。

河水注入到湖泊淺水區(qū)之后，流速減慢，隨著碎屑物質(zhì)的大量沉積，鐵質(zhì)以高價的形式迅速沉淀，而銅的硫酸鹽和銅的絡合物還是不易沉積，所以在條帶狀雜色微晶灰?guī)r和砂巖中銅的含量很低。隨著湖水的加深，此時水體環(huán)境較為穩(wěn)定，懸浮在水中的有機質(zhì)開始沉淀。由于湖水中的微生物對有機物進行分解，消耗了水體中大量氧氣，還釋放出大量的H2S，從而改變了水體的物理化學條件。具體表現(xiàn)在pH值的增高和EH值的降低，使沉積環(huán)境由弱酸性氧化條件逐漸向弱堿性還原條件過渡，此時硫酸銅溶液和含銅膠體溶液圍繞小的質(zhì)點（如砂粒、軟泥、生物殘骸等）進行聚集，從而吸附在這些顆粒上面形成大量沉淀，進而成為礦源層。

流水搬運下來的金屬離子除Cu外，還含有Ag、Pb、Zn、Fe等其它金屬離子。由于溶解度不同，在湖盆中會發(fā)生沉積分異，按照Cu-Ag-Zn-Pb-Fe的順序沉積。

3.3 成巖期-成礦物質(zhì)的活化轉(zhuǎn)移及后生疊加改造再富集

在沉積期沉淀下來的松散沉積物空隙中含有大量的生物殘骸和硫酸鹽及含銅的絡合物。在沉積物空隙中生活著大量的厭氧生物（在砂巖銅礦中發(fā)現(xiàn)了許多還原硫酸鹽細菌化石），這些生物在分解有機物的同時還把硫酸鹽（SO42-）還原分解，生成H2S。此時水體變成還原環(huán)境，從而促使金屬元素遷移能力發(fā)生改變生成含CunS的成礦溶液。這種含CunS溶液只有在還原環(huán)境下才可能保留下來，經(jīng)過生物長期富集作用，CunS溶液達到溶解飽和點發(fā)生沉淀。以輝銅礦的溶解反應活化能最低、黃銅礦次之，斑銅礦最大，因此礦源層含銅礦物的沉淀順序為輝銅礦→黃銅礦→斑銅礦。生物對金屬離子的遷移、富集、沉淀起著決定性作用。

沉積物空隙中不僅有硫化物，還有鹵化物、碳酸鹽等鹽類，形成了Na+-Ca2+-Cl--SO42-型的盆地鹵水，溶液中含鹽度的增高，不僅能顯著增高Cu的溶解度，形成穩(wěn)定的銅絡合物遷移，而且能顯著加快銅礦物的溶解度，對Cu的溶解起催化作用。相反，溶液中含鹽度的降低會導致Cu溶解度的顯著降低和銅礦物的大量沉淀。銅離子在遷移中主要以絡合物CuCl0、CuCl2-、Cu(OH)20、Cu(CO3)0、Cu(CO3)22-的形式遷移[1]。銅絡合物的活度隨pH增高而顯著減小，并于pH=8～9時到達極小值，然后又隨pH增高而增大。pH為7～9的弱堿性條件是最有利于Cu的沉淀成礦的與礦床條件吻合（圖9）。

圖9 砂巖銅礦成礦流體中總銅活度與pH的關系(譚凱旋，1998[2])Fig.9Relationship between total copper activity in ore-forming fluid of sandstone Cu deposit and pH value

滴水砂巖礦區(qū)正處于干旱炎熱的氣候，導致湖水濃縮形成鹽水湖泊，加強了銅的遷移速度。由于礦物溶解度的不同導致差異沉淀，形成堿式碳酸銅礦物，如：孔雀石[CuCO3(OH)3]、藍銅礦[2CuCO3Cu (OH)2]、氯銅礦[CuCl2·3Cu(OH)2]、硅孔雀石(CuSiO3· 2H2O)礦物和石膏（CaSO4·2H2O）、食鹽（NaCl）等一系列礦物。這些沉淀鹽類礦物沉淀在湖底，因此砂巖銅礦床與含膏鹽層相伴生。

圖10 滴水砂巖銅礦成礦機理圖Fig.10Metallogenic mechanismof Dishui copper deposit

該銅礦床研究表明，銅礦床產(chǎn)在堿性還原的淺水環(huán)境或強還原的深水環(huán)境。含礦地層的沉積環(huán)境具有特殊的氧化還原條件，是有效的金屬沉淀的地球化學障(礦捕層)，含鹽鹵水是富含有機質(zhì)的還原障，是富硫化物的硫化障等。

砂巖銅礦床初始是生物作用的含硫礦物(輝銅礦，黃銅礦、斑銅礦、銅藍)和堿式碳酸銅礦物（孔雀石、藍銅礦、硅銅礦、氯銅礦），它們在遭受大氣降水、O2和CO2的作用下，發(fā)生分解氧化作用，形成了大量的銅的氧礦物。近地表的銅礦物氧化為赤銅礦和黑銅礦，輝銅礦可以直接氧化形成自然銅。后期改造是礦區(qū)礦物多樣化的主要原因(圖10)。

4 結(jié)論

通過對滴水砂巖銅礦的研究可以看出，在一個多階段多旋回的河湖相沉積地層中，單一的河流相沉積，對砂巖銅礦的形成是不利的，在河湖交替相沉積層中，才可能形成砂巖銅礦。至于銅礦體的富集則是需要成礦流體與巖石的相互作用才能出現(xiàn)，并受后期改造等多種因素影響，受著多種因素的控制，這些特征如下：

（1）滴水砂巖銅礦床產(chǎn)在塔里木盆地庫車前陸坳陷盆地康春村紅色砂巖建造中。

（2）砂巖型銅礦層主要產(chǎn)在深湖相-三角洲相-河流沖刷相交替沉積環(huán)境，為典型的層控型礦床。

（3）砂巖型銅礦床礦石具有浸染狀、包卷構(gòu)造，含礦沉積巖系中經(jīng)常夾有蒸發(fā)巖系，主要產(chǎn)出環(huán)境是堿性還原條件的淺水湖泊和強還原的深水湖泊。

（4）含礦地層常常是有效的金屬沉淀地球化學障(礦捕層)，如富含有機質(zhì)的還原障，富硫化物的硫化障等。

（5）砂巖銅礦經(jīng)歷了“沉積-成巖-改造”成礦模式。在沉積期具有生物、化學雙重成礦作用，經(jīng)過后期成礦物質(zhì)的活化轉(zhuǎn)移及后生疊加改造再富集過程。

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Geological Characteristics and Metallogenesis of Dishui Sandstone-type Copper Deposit,Xinjiang

HANWen-wen，TAO Xiao-feng，YUE Xiang-yuan
(CollegeofEarth Science,Chengdu UniversityofTechnology,Chengdu 610059,China)

Dishui sandstone-type copper deposit,Xinjiang province,locates at Kuche foreland fault basin which lays northern margin of TarimBasin.The copper ore-bodies are occurred in ineter-bedded lacustrine and fluvial gypsum-bearing sandstone formations,and are composition of three main ore-bearing strata,which contains more than 40×104t copper reserve in total.Dishui copper deposit is a typical strata-bound deposit which in formed by“sedimentation-diagenesis-alteration”process:the ore source is concentrated by biological and chemical process in the sedimentary stage;and then the ore-forming materials are removed to the favorable space in the diagenesis process;lastly,the ore-bodies are formed by re-enriched process in the alteration stage.Copper ore-bodies are occurred in multiple sedimentary environment of inter-bedded deep-lake facies, delta facies and fluvial facies,where existing the effective metal precipitation geochemical barrier,organic material-rich reducing barrier and sulfide-rich sulfuration barrier.

sandstone-type copper deposit;geological characteristics;strata-bound deposit;ore genesis; Dishui area,Xijiang province

P 618.41

A

1007-3701(2011)03-0184-07

2011-05-12

韓文文（1985—），男，碩士研究生，成都理工大學構(gòu)造地質(zhì)學專業(yè).E-mail：252908089@qq.com