張 磊，葉 雷，余子昌，帥 磊 ，劉志強(qiáng)，管 誥

( 有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，北京 100012)

0 引言

砂頁巖型銅礦是眾多銅礦礦床類型中重要的一種，目前在我國塔里木盆地、云南滇中、滇西盆地、四川會(huì)理盆地、湖南衡陽、沅麻盆地、甘肅天鹿、內(nèi)蒙古中部盆地等均發(fā)現(xiàn)有沉積巖型或砂巖型銅礦床[1-3]。塔里木盆地作為重要的資源、能源產(chǎn)出區(qū)帶，沿塔里木盆地西、北緣已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有眾多的砂巖型銅礦，其中典型的有塔里木西南緣大型薩熱克銅礦、西緣中型伽師銅礦及北緣中型滴水銅礦[4-5]。隨著眾多礦床(點(diǎn))的發(fā)現(xiàn)，顯示區(qū)帶上砂巖型銅礦成礦潛力巨大，使塔里木西北緣成為我國重要的砂礫巖型銅礦床成礦帶。

柯坪塔格前陸盆地位于塔里木盆地西北緣，屬于塔里木成礦省塔里木陸塊北緣隆起的柯坪塔格(前陸盆地)Pb-Zn-Cu-Fe-V-Ti-REE-磷礦帶[6]，砂巖型銅礦作為該礦帶內(nèi)重要的成礦類型，新生代陸相砂巖型銅礦——伽師銅礦是區(qū)內(nèi)典型代表，圍繞該礦床開展的地質(zhì)調(diào)查工作，發(fā)現(xiàn)了一批礦(化)點(diǎn)，但多數(shù)未能形成工業(yè)規(guī)模。針對(duì)新生代砂巖型銅礦的調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)下志留統(tǒng)柯坪塔格組砂巖地層中有廣泛的銅礦化現(xiàn)象，具有典型的原始沉積特征，局部銅礦化帶在后期構(gòu)造疊加作用下形成了具有一定規(guī)模的銅礦床——莫洛克斯銅礦。這表明柯坪塔格前陸盆地早古生代砂巖地層中同樣具有形成砂巖型銅礦的潛力，這為在塔里木盆地西北緣尋找砂巖型銅礦提供了新方向。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

柯坪前陸盆地位于塔里木盆地西北緣，屬于塔里木微板塊之下的Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元，南以柯坪塔格—沙井子斷裂為界，北至烏恰—阿合奇斷裂(圖1b)，盆地受晚古生代普昌深大斷裂及新生代逆沖推覆斷裂的作用，形成近平行排列，錯(cuò)落分布的多個(gè)單面山，局部發(fā)育向斜褶皺及構(gòu)造斷塊。盆地內(nèi)廣泛分布有寒武系至第四系各套沉積地層，變質(zhì)程度低，區(qū)域巖漿巖不發(fā)育，局部僅有少量基性巖體、脈巖出露。

圖1 莫洛克斯銅礦區(qū)大地構(gòu)造位置圖(a)與莫洛克斯銅礦區(qū)地質(zhì)圖(b)(據(jù)文獻(xiàn)[6]修改)

柯坪前陸盆地是在塔里木前寒武基底之上以古生界沉積疊合中—新生界沉積形成的坳陷盆地。早古生代上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)丘里塔格組 [(∈3O1)q] 為一套局限臺(tái)地相-開闊臺(tái)地相的碳酸鹽建造；下志留統(tǒng)—中下泥盆統(tǒng)包括上志留統(tǒng)柯坪塔格組(S1k)、中—頂志留統(tǒng)塔塔埃爾塔格組(S2-4t)、中—下泥盆統(tǒng)依木干他烏組(D1-2y)，主要巖性為紫紅色、灰綠色的碎屑巖建造，沉積環(huán)境由志留紀(jì)還原環(huán)境為主轉(zhuǎn)到中—下泥盆世氧化、還原環(huán)境交替出現(xiàn)的熱帶—亞熱帶濕潤環(huán)境，沉積相由海進(jìn)轉(zhuǎn)為海退海進(jìn)交互型前濱亞相-潮坪相-瀉湖相；上泥盆統(tǒng)克孜爾塔格組(D3k)主要巖性為磚紅色巖屑石英砂巖，為一套正常碎屑巖建造，表現(xiàn)為干旱平原砂壟、砂蓋相。

區(qū)域上晚震旦世—早奧陶世時(shí)屬于塔里木板塊被動(dòng)陸緣盆地，主要表現(xiàn)為陸內(nèi)裂陷盆地—伸展造山耦合；在中晚奧陶世—泥盆紀(jì)時(shí)為克拉通內(nèi)濱淺海陸源碎屑坳陷盆地發(fā)育階段，主要表現(xiàn)為陸內(nèi)擠壓盆地-擠壓造山耦合[7]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層與含礦巖層

礦區(qū)內(nèi)主要出露的地層為上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)丘里塔格組[(∈3O1)q]與上志留統(tǒng)柯坪塔格組(S1k)，兩者為平行不整合接觸關(guān)系，局部受構(gòu)造推覆作用形成斷層接觸。

上志留統(tǒng)柯坪塔格組(S1k)巖性主要為褐紅色、灰綠色泥巖、細(xì)砂巖、巖屑砂巖，為一套潮坪相-淺海陸棚-濱岸沉積的碎屑巖建造。其中柯坪塔格組(S1k1)為砂巖型銅礦含礦建造，具體又劃分出3套(地層由新到老Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)含礦巖層(圖2)。

Ⅰ含礦巖層〔S1k1(ss+ms)〕：巖性為灰綠色中層狀巖屑石英砂巖夾薄層狀泥質(zhì)粉砂巖(圖2-Ⅰ-1)，銅礦化發(fā)育于巖屑石英砂巖中，以孔雀石為主，呈薄膜狀、星點(diǎn)狀，分布與砂巖裂隙面及與泥質(zhì)粉砂巖接觸面附近(圖2-Ⅰ-2)。含礦巖層頂?shù)拙鶠楹旨t色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。

Ⅱ含礦巖層〔S1k1(qss)〕：巖性為淺灰黃色、灰白色巖屑石英砂巖，走向延伸穩(wěn)定，厚度1～5米(圖2-Ⅱ-1)。巖屑石英砂巖中可見大量褐色油斑、褐鐵礦化等蝕變，局部蝕變強(qiáng)烈區(qū)段有孔雀石礦化(圖2-Ⅱ-2)。

Ⅲ含礦巖層〔S1k1(cuss)〕：該層砂巖為后期褪色蝕變形成，宏觀為灰綠色，淺灰黃色，位于柯坪塔格組下段底部，多在柯坪塔格組與丘里塔格組接觸界面處，走向上厚度變化極大，蝕變巖石組合為灰綠色鈣質(zhì)砂巖、粉砂巖夾少量泥巖(圖2-Ⅲ-1)。銅礦化主要集中在該蝕變砂巖中，可見面狀孔雀石，分布于整個(gè)砂巖中，尤其以裂隙面上礦化強(qiáng)烈，局部可見輝銅礦、黃鐵礦、銅藍(lán)等(圖2-Ⅲ-2)。

圖2 柯坪塔格組下段含礦巖系露頭及礦化特征

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)西側(cè)1 km為皮羌斷層，斷裂造成含礦地層走向錯(cuò)斷800～1000 m；礦區(qū)南側(cè)為柯坪塔格逆沖推覆斷裂，礦區(qū)即位于斷層上盤。兩大斷層的疊加形成了礦區(qū)的斷裂體系(圖1)。

左行平移斷層：斷層延伸長度為1～2 km，走向上垂直于地層，切穿含礦層及頂、底部的泥巖、灰?guī)r層。斷層全部為張剪性斷層，斷距為10～50 m，宏觀形成5～20 m的破碎帶，其中有斷層角礫、斷層泥等，含礦層附近有強(qiáng)烈的褐鐵礦化、褪色蝕變現(xiàn)象。

NW向張性斷層：宏觀具有等距產(chǎn)出特征，間隔300～500 m，斷層主體產(chǎn)于丘里塔格組灰?guī)r地層中，向北延伸后切穿含礦層后，在柯坪塔格組砂、泥巖中尖滅。斷層無明顯錯(cuò)動(dòng)，在脆性灰?guī)r中形成張性裂縫，其走向?yàn)?20°～350°，近直立產(chǎn)出，部分與礦化蝕變關(guān)系密切。

不整合界面：柯坪塔格組與下伏丘里塔格組之間為平行不整合接觸關(guān)系，兩者巖性剛性差異較大(前者為砂巖、泥巖；后者為碳酸鹽巖)，在區(qū)域推覆作用下形成層間滑動(dòng)，該不整合面(局部為斷層)是重要的流體活動(dòng)界面，在界面之上碎屑巖地層中形成了廣泛的褪色蝕變。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)圈出銅礦體3條，集中于Ⅲ含礦巖層中，在Ⅰ、Ⅱ含礦巖層中圈出多條銅礦化體(圖2)。

Ⅲ-1號(hào)銅礦體平均品位為0.57%，真厚度約為1.37 m，走向延伸約520 m；Ⅲ-2號(hào)銅礦體走向上兩端受左行平移斷層夾持，中部被斷層分割為兩段，礦體銅的平均品位為2.5%，平均真厚度為1.33 m，走向延伸約240 m；Ⅲ-3號(hào)銅礦體西側(cè)被切層張性斷層截?cái)?，礦體銅的平均品位為0.81%，真厚度為4.76 m，走向延伸約110 m。礦體產(chǎn)于灰色巖屑砂巖中，產(chǎn)狀與地層一致，主要以孔雀石化為主，少量銅藍(lán)、輝銅礦，未見原生礦。Ⅱ銅礦化體真厚度為2.63 m，銅的品位為0.36%，走向延伸約110 m，礦化受控于含礦砂巖，含銅礦物以孔雀石為主，少量輝銅礦。Ⅰ-1、Ⅰ-2兩條銅礦化體，銅的平均品位為0.14%，真厚度為0.5～1 m，走向延伸為180～240 m，礦化體呈層狀，透鏡狀，含銅礦物以孔雀石為主。

3.2 礦石特征

3.2.1 礦石類型

含礦巖石主要有中粒巖屑石英砂巖、長石石英砂巖、巖屑砂巖以及少量細(xì)砂巖、粉砂巖。礦區(qū)地表礦石類型全部為氧化礦，含銅礦物基本為孔雀石，少量輝銅礦、黃銅礦。

3.2.2 礦物組成

礦區(qū)主要含銅礦物為孔雀石、輝銅礦，少量黃銅礦、銅藍(lán)，其他金屬金屬礦物較少，僅見少量方鉛礦、黃鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦等，呈半自形、他型、粒狀分布于碎屑顆粒間。孔雀石呈膠狀充填于碎屑顆粒間，為黃銅礦的次生礦物，主要粒徑為0.01～0.2 mm。輝銅礦不均勻浸染狀分布于砂粒間，個(gè)別內(nèi)部包含斑銅礦，少量黃鐵礦，粒徑為0.5～1.6 mm，成透鏡體分布，褐鐵礦化強(qiáng)烈。黃銅礦與方鉛礦共生，不同程度的被銅藍(lán)、孔雀石交代，主要粒徑為0.01～0.2 mm。銅藍(lán)顆粒細(xì)小，嵌布于砂屑膠結(jié)物或孔雀石中，常與輝銅礦、孔雀石緊密伴生。

3.3.3 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)主要有粒狀結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)、膠狀結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造主要有團(tuán)塊狀、薄膜狀、浸染狀、紋層狀、網(wǎng)脈狀等。Ⅰ含礦巖層主要為黃銅礦、輝銅礦呈稀疏浸染狀，孔雀石呈薄膜狀分布于砂巖中；Ⅱ、Ⅲ含礦巖層中以黃銅礦、輝銅礦、銅藍(lán)等呈浸染狀、團(tuán)塊狀、紋層狀分布于砂巖中，砂巖表面同時(shí)有薄膜狀孔雀石。

3.3 圍巖蝕變

莫洛克斯銅礦區(qū)最典型蝕變?yōu)樯皫r的褪色蝕變，即褐紅色砂巖經(jīng)還原性流體交代蝕變后變成灰黃色、灰色，局部有明顯的褐鐵礦化。同時(shí)，伴隨褪色蝕變，在礦化集中部位可見密集斑點(diǎn)狀褐色、黑色油斑，這與柯坪塔格組為區(qū)域上重要的含油巖系吻合[8]，也表明塔里木西南緣砂巖型鉛鋅銅礦成礦與盆地含油氣還原性流體密切相關(guān)[9-10]。此外，礦區(qū)圍巖及斷裂中還有碳酸鹽化、黃鉀鐵礬化等蝕變。

4 地球化學(xué)特征

4.1 成礦元素特征

為了研究砂巖型銅礦原始沉積與后期流體蝕變對(duì)成礦的作用，本次按蝕變作用、礦化強(qiáng)度分類采集了4類樣品(表1)，全部集中于柯坪塔格組下段中，分別為①原始沉積褐紅色砂巖、褐紅色巖屑砂巖；②灰綠色砂巖、蝕變灰黃色砂巖；③弱礦化砂巖(銅的品位約為0.1%)；④含礦砂巖(銅的品位>0.2%)。

表1 莫洛克斯銅礦區(qū)各巖層主要金屬元素含量Table 1 List of the main metal element content of each rock formation in Morlocs copper mining area

由表1可見，柯坪塔格組下段原始沉積褐紅色砂巖、巖屑砂巖中w(Cu)平均值為24.74×10-6，與全新疆Cu的背景值(25.00×10-6)相近，但略高于礦區(qū)所在1∶20萬圖幅的背景值(16.82×10-6)。此外，還原環(huán)境沉積的灰綠色砂巖及后期蝕變形成的灰黃色砂巖中w(Cu)平均值達(dá)到187.62×10-6，顯著高于褐紅色原始沉積砂巖層，為前者的7.5倍，表明原始還原性沉積環(huán)境(沉積形成穩(wěn)定灰綠色砂巖層)即具有較高的Cu沉積背景，同時(shí)后期還原性流體與含礦巖層的蝕變作用使其Cu含量進(jìn)一步升高。在其他主要成礦金屬元素中，Pb含量與Cu有正相關(guān)性，其在蝕變砂巖、弱礦化砂巖、含礦砂巖中的w(Pb)平均值為66.31×10-6，較褐紅色砂巖地層中w(Pb)平均值(12.78×10-6)富集作用明顯，而其他Zn、W、Mo、Co、Ni等元素相關(guān)性不明顯。

4.2 稀土元素特征

從稀土元素分布模式(圖3)可見，褐紅色砂巖、蝕變砂巖及礦化砂巖宏觀特征相似，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖中LREE/HREE比值介于5.67～11.35之間(表2)，為輕稀土富集，呈右傾模式。同時(shí)δEu值介于0.69～0.82之間，全部為負(fù)異常，δCe值介于0.87～0.99之間，為弱負(fù)異常，表明含礦砂與圍巖物源一致。三種類型巖石的稀土總量略有差異，褐紅色砂巖中∑REE的平均值為93.61，蝕變砂巖中∑REE的平均值為61.63，弱礦化砂巖與蝕變砂巖相似為65.37，礦化砂巖中∑REE的平均值為79.79，相對(duì)與褐紅色砂巖，淺色砂巖或蝕變砂巖稀土總量有明顯降低，其特征與滴水銅礦[11]、楚雄盆地砂巖銅礦[12]一致，代表褐紅色砂巖在蝕變形成淺色砂巖過程中有稀土元素的帶出。而含礦砂巖中稀土總量介于褐紅色砂巖與蝕變砂巖之間，與楚雄盆地六苴銅礦、郝家溝銅礦一致[13]，可能表明成礦階段伴隨銅的卸載，也有稀土元素的帶入。

圖3 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布型式圖(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)文獻(xiàn)[14])Fig.3 The chondrite-standardized distributionpattern diagram of REE [14]

4.3 砂巖構(gòu)造環(huán)境與物源區(qū)分析

在Roser和Korsch(1988)[15]提出的砂巖-泥質(zhì)巖構(gòu)造背景及碎屑物來源的判別圖(圖4)中，莫洛克斯銅礦區(qū)含礦砂巖、蝕變砂巖及褐紅色圍巖砂巖分布相對(duì)集中，均在石英質(zhì)沉積物源區(qū)；依據(jù)砂巖輕重稀土比值與稀土元素總量 La/Yb - ∑REE 圖解[16]，礦區(qū)各砂巖均集中于沉積巖區(qū)(圖5)。由此可見，莫洛克斯銅礦區(qū)各類砂巖盡管在后期蝕變過程中有稀土元素、主量元素的進(jìn)出，但仍具有較為一致的源區(qū)特征，均表現(xiàn)為來自沉積巖物源區(qū)。

圖4 砂巖的主要元素判別函數(shù)圖解Fig.4 Discrimination diagram of main elements inthe sandstone samples

圖5 砂巖樣品La/Yb - ∑REE圖解Fig.5 La/Yb - ∑REE diagram of the sandstone samples

Bhatia[17]提出了利用主量元素進(jìn)行砂巖源區(qū)構(gòu)造環(huán)境判別的方法，在w(Al2O3/SiO2) -w(Fe2O3T+MgO) 圖解(圖6)中，所有類型的砂巖大部分集中在被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境區(qū)域中，3個(gè)離散樣品也分布在被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境區(qū)域周圍；在w(TiO2) -w(Fe2O3T+MgO)圖解中，半數(shù)樣品集中分布于被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境區(qū)域，部分落在活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境區(qū)域。結(jié)合前人對(duì)塔里木西北緣柯坪塔格組砂巖地球化學(xué)特征、大地構(gòu)造演化分析[18-19]，認(rèn)為柯坪塔格組下段形成于被動(dòng)大陸邊緣。

圖6 莫洛克斯銅區(qū)砂巖源區(qū)大地構(gòu)造背景主要元素判別圖Fig.6 Discrimination map of the main elements for the geotectonic background ofthe sandstone source area in Morlocs copper mining areaA—大洋島弧 B—大陸島弧 C—活動(dòng)大陸邊緣 D—被動(dòng)大陸邊緣

Co/Ni比值常常用來作為判別銅礦成因的參數(shù)[20]，沉積成因銅礦Co/Ni比值小于1。莫洛克斯銅礦區(qū)礦體與圍巖中w(Co)介于0.66×10-6～5.53×10-6之間，w(Ni)介于0.77×10-6～7.54×10-6之間，Co/Ni比值介于0.41～0.86之間，平均值為0.54，含礦砂巖與褐紅色圍巖差異不大，整體與與湖南車江砂巖銅礦[21]、烏恰縣瑪依喀克銅礦[22]一樣具有沉積成因的特征。因此，原始沉積作用是莫洛克斯銅礦形成的基礎(chǔ)。

5 礦床成因探討

在柯坪前陸盆礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查過程中，發(fā)現(xiàn)三岔口鎮(zhèn)到西克爾鎮(zhèn)東西延伸超過60 km的范圍內(nèi)，柯坪塔格組下段中存在穩(wěn)定延伸的含銅層位，即厚層褐紅色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖中出現(xiàn)的2～3 m厚的灰綠色巖屑石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖組合。前人總結(jié)也認(rèn)為沉積巖型層狀銅礦床多賦存于沉積盆地的還原性地層中(即灰綠色巖層)，含礦地層大多數(shù)覆蓋在紅層巖系之上或直接位于紅層之中[23]。

礦區(qū)內(nèi)Ⅰ含礦巖層在區(qū)域上穩(wěn)定延伸，且其中廣泛出現(xiàn)銅礦化蝕變，其形成應(yīng)與原始沉積有關(guān)。塔里木板塊自前寒武紀(jì)裂解形成古南天山洋，志留紀(jì)時(shí)期，塔里木古陸西北緣保持為被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境[19]，礦區(qū)處于克拉通內(nèi)濱淺海陸源碎屑坳陷盆地發(fā)育階段，在瀉湖-潮坪相沉積環(huán)境下形成厚大的褐紅色、紫紅色砂泥巖，而其中的灰綠色砂巖層則代表沉積盆地在形成了短期的深水還原環(huán)境，沉積環(huán)境由氧化環(huán)境向還原環(huán)境轉(zhuǎn)變，促使Cu離子的沉淀富集，從而形成了區(qū)域上廣泛的含銅層位。

礦區(qū)內(nèi)Ⅱ、Ⅲ含礦層具有明顯的后期蝕變特征，原巖為褐紅色砂泥巖層，蝕變后成灰綠色、灰黃色。該蝕變宏觀上首先受柯坪塔格組與丘里塔格組不整合面控制，沿不整合面在走向上斷續(xù)出現(xiàn)。同時(shí)NE、NW向的平移或張性斷層控制蝕變的規(guī)模和邊界，這點(diǎn)在礦區(qū)可見斷層兩側(cè)蝕變較強(qiáng)，或銅礦體產(chǎn)出于斷層兩側(cè)。后生成因的淺色層分布廣泛，是后生階段含硫及有機(jī)質(zhì)的鹵水(即活動(dòng)還原劑)使地層中三價(jià)鐵還原成二價(jià)鐵形成的[24]。前人研究認(rèn)為，沉積巖性銅礦多與盆地?zé)嵋夯顒?dòng)密切相關(guān)，且普遍認(rèn)為該類礦床是由盆地內(nèi)中—低溫、氧化性的富Cu鹵水遷移至沉積層內(nèi)的氧化還原界面發(fā)生金屬硫化物沉淀而形成[23，25]。

6 結(jié)論

通過對(duì)塔里木盆地西北緣莫洛克斯銅礦床的調(diào)查研究，得出主要結(jié)論：

1)在區(qū)域上，確定了柯坪塔格組下段中灰綠色巖屑石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖組合為砂巖型銅含礦層位。同時(shí)，結(jié)合莫洛克斯銅礦床，提出產(chǎn)出于區(qū)域含銅層位下部，在不整合面及斷層附近的蝕變砂巖是重要的含礦系統(tǒng)。

2)莫洛克斯銅礦區(qū)圈出銅礦體3條，礦體中銅的平均品位介于0.57%～2.5%之間，厚度介于1.33～4.76 m之間，走向延伸為110～520 m，銅礦體已經(jīng)具備一定工業(yè)規(guī)模。

3)地球化學(xué)特征上，Cu具有從圍巖→蝕變砂巖→含礦砂巖逐漸富集的特征；稀土元素特征上，δEu、δCe為負(fù)異常，且蝕變砂巖相對(duì)于圍巖稀土總量明顯降低；微量元素特征上，礦區(qū)砂巖均顯示來自沉積巖物源區(qū)特征，沉積構(gòu)造背景為被動(dòng)大陸邊緣。

4)結(jié)合礦床地質(zhì)特征以及地球化學(xué)特征，認(rèn)為區(qū)域上及礦區(qū)內(nèi)穩(wěn)定產(chǎn)出的灰綠色巖層及銅礦化為原始沉積形成；礦區(qū)內(nèi)蝕變砂巖及銅礦體則是由還原性富Cu盆地流體沿構(gòu)造界面運(yùn)移，在氧化還原界面發(fā)生沉淀形成。