新疆西昆侖特格里曼蘇砂巖型銅礦地質特征及成因探討

曾 威，孫豐月，張雪梅，萬 多，許慶林

（1．天津地質調查中心，天津300170；2．吉林大學地球科學學院，長春130061；3．大港油田第一采油廠，天津300280；）

新疆西昆侖特格里曼蘇砂巖型銅礦地質特征及成因探討

曾 威1，孫豐月2，張雪梅3，萬 多2，許慶林2

（1．天津地質調查中心，天津300170；2．吉林大學地球科學學院，長春130061；3．大港油田第一采油廠，天津300280；）

特格里曼蘇銅礦產于庫山河群（C1k）砂巖中，礦體呈層狀、似層狀產出，受地層控制，淺色砂巖與紫色砂巖的交互帶是銅礦體產出的最有利層位。通過對含礦砂巖膠結物的研究，認為賦礦砂巖中膠結物類型主要有碳酸鹽膠結、硅質膠結、泥質膠結和鐵質膠結4種，常見的膠結物組合類型有碳酸鹽－硅質膠結組合、碳酸鹽－泥質膠結組合、硅質－泥質膠結組合、鐵質－泥質－碳酸鹽膠結組合；礦化常發生于具碳酸鹽－硅質膠結組合的砂巖中，銅礦物與硅質膠結物伴生。通過對含礦砂巖膠結物中流體包裹體研究，得到成礦流體為低溫、低鹽度流體。認為礦床成因為沉積成巖成因，古陸的風化剝蝕提供了基本的成礦物質，沉積物的搬運沉積形成了礦源層，成巖作用時期由于有機質及細菌的作用、氧化還原條件的改變，在成巖流體的遷移下造成了銅質的局部再富集，形成具有工業意義的銅礦體。

特格里曼蘇；砂巖型銅礦；沉積成巖成因；流體包裹體；西昆侖；新疆維吾爾自治區

0 引言

砂巖型銅礦是世界重要的銅礦類型，其儲量和產量僅次于斑巖型銅礦，居世界第2位。砂巖型銅礦因其規模大、品位高而具有重要的經濟意義。據初步統計，世界銅金屬儲量超過500×104t的銅礦床有53個，其中砂巖型銅礦有18個。世界超大規模的砂巖型銅礦（帶）有：非洲中部贊比亞－扎伊爾銅礦帶、北美貝爾特銅礦帶和懷特派恩銅礦、東德曼斯菲爾德銅礦、俄羅斯烏多坎銅礦、哈薩克斯坦杰茲卡茲甘銅礦等，其單個礦床儲量均可達幾百萬噸到上千萬噸。在我國，砂巖銅礦主要分布于南方中新生代陸相盆地（紅盆）中，其中最重要的有云南滇中盆地、滇西盆地、四川會里盆地、湖南衡陽盆地和沅麻盆地等。隨著對西部資源勘探開發力度的加大，在甘肅、新疆、青海等地也發現了大量砂巖型銅礦，如北祁連天鹿銅礦、新疆伽師砂巖型銅礦、滴水砂巖型銅礦、特格里曼蘇砂巖型銅礦等。因此，加強對西部地區砂巖型銅礦床成因、找礦方向研究十分必要。

1 區域地質背景

特格里曼蘇銅礦位于新疆阿克陶縣境內的蓋孜河南側特格里曼蘇河的上游。礦區離英吉沙縣約35km，距離中巴公路約8km。初步估算特格里曼蘇銅礦銅資源儲量（333＋3341）34×104t，伴生銀資源儲量（333＋3341）＞930t。

特格里曼蘇銅礦區的大地構造位置處于西昆侖北帶奧義塔格—恰爾隆晚古生代大陸裂谷環境［1］。該裂谷北以烏茲別里山口巖石圈斷裂為界，南以布倫口巖石圈斷裂為界，與西昆侖南帶分隔，東以近SN向的庫斯拉普大斷裂為界與塔木—卡蘭古地臺區相鄰（圖1）。布倫口斷裂以南出露大面積的古元及裂谷成熟度不同：西部昆蓋山北坡發育雙峰式火山巖，裂谷發育程度較高；蓋孜一帶主要為巨厚的碎屑巖和碳酸鹽巖建造，夾少量火山巖沉積；恰爾隆一帶為一套穩定的碎屑巖沉積；到塔木—卡蘭古一帶逐漸過渡為穩定的碳酸鹽巖地臺沉積［2－3］。說明晚古生代西昆侖北帶大陸裂谷西部發育程度較高，往東發育程度降低。古界基底和薊縣紀侵入體。此裂谷自西向東，從昆蓋山北坡→蓋孜一帶→恰爾隆，火山巖發育的程度

圖1 特格里曼蘇銅礦區域地質圖Fig．1 Regional geological map of Teglimansu Cu deposit

2 礦床地質特征

特格里曼蘇銅礦體呈層狀、似層狀分布于于庫山河群（C1k）砂巖中（圖2）。按含礦地層及礦體空間分布特征，由南向北可分出4個含礦層，由東往西可分為3個礦段，其中以上部含礦層最重要，中部含礦層次之。

下部含礦層位于西礦段，產在庫山河群上組二段（C1k2b）灰白色砂巖中，礦層與圍巖整合接觸。含礦層長數百米。礦體呈短小的似層狀，品位較富。局部地段礦體厚度變化較大，平均厚為5．47m，最厚6．89m，銅的平均品位w（Cu）＝1．35%，最高2．30%。

中部含礦層位于中礦段，產于庫山河群上組三段（C1k3b）灰－深灰色細砂巖及灰白色石英巖中，含礦層斷續長1km，具工業價值的礦層多為透鏡狀及狹長的似層狀，礦體厚度變化很大，品位較低，局部見孔雀石呈條帶狀富集。

上部含礦層主要位于中礦段，西礦段有少量分布，延長近1km；此含礦層產于庫山河群上組五段（C1k5b）灰－灰白色砂巖及灰黑色細砂巖中，各礦體均與圍巖呈整合接觸。礦體形狀為似層狀、長透鏡狀。見有多層礦體，礦體長50～200m，平均厚約2．01m，銅的平均品位w（Cu）＝0．6%，最高4．94%。

圖2 特格里曼蘇礦區地質圖（據新疆地礦局第二地質大隊，1985）Fig．2 Geological map of Teglimansu Cu mine area

頂部含礦層位于東礦段，產于庫山河上組六段（C1）紅色巖層的薄層狀灰白色石英巖及砂巖中，礦體與圍巖整合接觸，呈似層狀產出；此含礦層斷續延長2km，礦體長為70～80m，平均厚為2．5m，銅的平均品位w（Cu）＝0．74%，最高2．35%。

3 礦石結構構造特征

特格里曼蘇銅礦床的礦石礦物相對簡單，原生礦石礦物主要有輝銅礦（Cu2S）、黃銅礦（CuFeS2）、斑銅礦（Cu5FeS4）、銅藍（CuS）、輝銀礦（Ag2S）、黃鐵礦（FeS2）。次生礦物主要有孔雀石（Cu2（CO3）（OH）2）和藍銅礦（Cu3［CO3］2（OH）2）。其中，輝銅礦是礦區內最重要的礦石礦物。礦石構造主要為浸染狀構造和條帶狀構造。常見的結構類型有填隙膠結結構和交代結構。

填隙膠結結構：礦石礦物中主要的結構類型，金屬礦物呈他形充填于膠結物中或分布于碎屑邊緣，以膠結物的形式充填于碎屑的孔隙中，在石英和長石顆粒的裂縫中也見有金屬礦物充填。

交代結構：黃鐵礦被黃銅礦、斑銅礦交代；斑銅礦常交代黃銅礦；輝銅礦及銅藍常交代斑銅礦。

綜合各礦物之間的交代關系，反映黃鐵礦生成最早，銅礦物多是交代早期黃鐵礦而成。各種銅礦物的生成順序為：黃銅礦→斑銅礦→輝銅礦→銅藍。除了金屬礦物的相互交代外，還可見銅礦物交代溶蝕石英顆粒和長石顆粒。

4 膠結物及與成礦的關系

呈分散狀、不規則狀含于含銅砂巖中的銅礦物，其實質也是自生膠結物的一部分。由于自生膠結物的種類、組合及分布與銅礦化密切相關，因此研究膠結物的特征對于探討砂巖型銅礦的成因具有重要的意義。

特格里曼蘇銅礦砂巖中常見的膠結物類型有碳酸鹽膠結、硅質膠結、紅塵鐵質膠結、泥質膠結4類。

（1）碳酸鹽膠結：本礦區砂巖中常見的膠結物類型，特別是在灰白色砂巖中含量較多。主要為方解石、白云石和鐵白云石。白云石和鐵白云石多具完好的菱面體晶形，呈粒狀充填于砂粒間隙中。方解石常結晶粗大，強烈交代碎屑顆粒，形成方解石連晶，其中有碎屑顆粒未被完全交代的殘余，形成膠結物的嵌晶結構。碳酸鹽膠結物表面干凈，未見金屬礦物與其伴生，有時可見碳酸鹽膠結物交代金屬礦物形成平直的邊界，說明碳酸鹽膠結物形成的時間應晚于礦化時間。

（2）硅質膠結：礦區砂巖中常見的膠結物類型，在含礦砂巖中含量較高。一種呈石英碎屑的次生加大邊存在，與石英顆粒光性方位一致；另一種呈粒狀石英充填于碎屑顆粒孔隙中。在硅質膠結物中常見金屬礦物與其伴生，可見硅質膠結物與金屬礦物相互交代形成港灣結構及指狀插入結構。硅質膠結與金屬礦化可能有成因上的聯系。

（3）紅塵鐵質膠結：紫紅色粉砂巖和泥巖中常見的膠結類型。為一種微塵赤鐵礦，吸附于碎屑顆粒表面或充填于碎屑孔隙中，在紫紅色粉砂巖中還常見碳酸鹽膠結物和泥質膠結物。在此種巖石中未見硅質膠結物，也未見礦化現象。

（4）泥質膠結：常分布于粉砂巖和細粒砂巖中。主要為黏土礦物（水白云母、膠嶺石、白云母）及綠泥石。

特格里曼蘇銅礦區砂巖中的膠結物通常不是單一出現，而是以幾種膠結物組合的形式產出。常見的膠結物組合類型為：碳酸鹽－硅質膠結組合，碳酸鹽－泥質膠結組合，硅質－泥質膠結組合，鐵質－泥質－碳酸鹽膠結組合。從膠結物的共生組合關系來看，紅塵鐵質多黏附在碎屑顆粒表面或分散在泥質物中，說明紅塵鐵質形成較早，可能與泥質膠結物形成時間一致；石英碎屑的次生加大邊常包圍在泥質物的附著圈之外，說明硅質膠結物的形成晚于泥質物；碳酸鹽常形成連晶或充填在碎屑顆粒孔隙中，溶蝕其他膠結物和碎屑顆粒，說明碳酸鹽膠結物的形成時間最晚。因此，膠結物形成的時間從早到晚依次為泥質、紅塵鐵質→硅質→碳酸鹽。

表1 特格里曼蘇銅礦砂巖膠結物類型及與銅品位的關系Table 1 Relation of Cu content of Teglimansu Cu deposit to cementing material types in the sandstone

金屬礦物作為一種自生膠結物充填于碎屑孔隙或分布于顆粒裂隙中，常與硅質膠結物伴生。根據薄片的統計分析，結合金屬元素分析測試結果，礦化常發生于具有碳酸鹽－硅質膠結組合的砂巖中（表1）。碳酸鹽－泥質膠結組合、鐵質－泥質－鈣質膠結組合、硅質－泥質膠結組合的巖石礦化均較弱。

5 源區分析

碎屑巖中碎屑成分、類型與物源區的母巖性質密切相關。通過顯微鏡下對含礦圍巖的碎屑成分、類型的研究，結合區域地層的對比，可以得到有關砂巖物源方面的重要信息，從而可以推測成礦物質來源的相關信息。

特格里曼蘇銅礦的賦礦主巖主要為長石石英砂巖、石英砂巖、巖屑石英砂巖，主要成分為石英碎屑、長石碎屑、巖屑和膠結物。

石英碎屑磨圓中等，線接觸－鑲嵌接觸。多數為均勻消光，少數見波狀消光。石英顆粒內部高倍鏡下可見氣液包裹體和磷灰石包裹體。單偏光下表面呈云霧狀，破裂紋不發育。這種石英碎屑的特點指示碎屑石英主要來源于深成巖漿巖。

長石顆粒主要有正長石、微斜長石，其次為斜長石和條紋長石。微斜長石和條紋長石常分布于深成巖漿巖及變質巖中，從不與火山巖共生。賦礦地層中微斜長石的大量出現說明了碎屑巖源巖主要為深成巖漿巖和／或變質巖。

主要巖屑類型有石英巖巖屑、變質石英巖巖屑，其次為泥質巖巖屑，還含少量片麻巖或片巖崩解產生的多晶石英。

顯微鏡下可見少量片麻巖或片巖崩解產生的多晶石英，各晶粒間普遍表現為縫合線接觸，縫合線彎曲復雜。石英晶體為扁平伸長狀，各晶粒伸長方向相互平行。

通過以上分析，我們認為特格里曼蘇銅礦賦礦砂巖源巖主要為花崗巖、石英巖、泥質類巖石及少量片巖和片麻巖，主要為一套變質碎屑巖和酸性侵入巖。從圖1可以看出，礦區西南出露大面積元古宇基底和薊縣紀花崗巖，在恰爾隆東南一帶，見長城系基底以破碎巖片的形式裹入奧義塔格－恰爾隆晚古生代大陸裂谷帶，其巖性主要為一套灰色、灰黑色紋層狀絹云板巖夾石英巖、粉砂巖［4］。該巖性與特格里曼蘇銅礦賦礦砂巖源巖的巖性一致，推測特格里曼蘇銅礦賦礦圍巖的源巖來自前寒武紀結晶基底和薊縣紀花崗質侵入體，銅質與砂巖碎屑同源。

6 膠結物中包裹體特征

選取含礦砂巖膠結物中的包裹體進行了顯微熱力學研究，共選擇2塊標本，分別磨制了薄片、光片和包體測溫片。標本巖性均為中粒長石石英砂巖，主要成分為石英碎屑（65%～70%）、長石碎屑（10%～15%）、巖屑（5%）、膠結物（10%），膠結類型主要為硅質膠結和鈣質膠結，礦石礦物常與硅質膠結物伴生。

包裹體顯微熱力學研究在吉林大學地球科學學院地質流體實驗室完成。顯微冷熱臺為Linkam THMS 600型，可測溫度范圍為－196～600℃，該冷熱臺在－120～－70℃溫度區間的測定精度為±0．5℃，在－70～100℃之間的測試精度為±0．2℃，在100～500℃區間為±2℃。系統標準采用國際標樣純水及鹽度為25%的水氯化鈉人造包裹體。測試升溫速率在1～5℃／min，在相變點附近升溫速率為1℃／min。對于氣液兩相水溶液包裹體，測定冰點溫度Ti和完全均一溫度Tht。由于膠結物中包裹體稀少，而且大多個體較小，不容易測溫觀察，共得到18個數據，測試結果及包裹體特征如表2所示：所測包裹體均產于硅質膠結物中，主要為氣液兩相包裹體，形狀多為橢圓形、長條形及不規則狀，包裹體個體較小，為3～8μm，多為4μm左右，氣液比10%～20%。降溫后升溫測得冰點溫度為－4．2～2．1℃，根據Hall［5］的鹽度計算公式，得出流體包裹體的鹽度為3．55%～6．74%，鹽度平均值為4．66%，屬于低鹽度流體。流體的密度利用劉斌［6］的密度計算公式，得到密度值為0．89～0．95 g／cm3，屬中低密度。加熱均一過程中，流體包裹體均均一為液相，均一溫度為130～220．6℃，眾值為170～190℃（圖3），平均值為177．8℃。成巖流體為低溫低鹽度流體。

表2 特格里曼蘇含礦砂巖膠結物中包裹體特征及參數Table 2 Characteristics and parameters of fluid inclusions in cementing materials of sandstone in Tegelimansu Cu deposit

7 礦床成因分析

國外關于砂巖銅礦成礦理論的進展主要來自于對贊比亞銅礦帶的研究成果，自從20世紀初贊比亞銅礦帶發現以來，關于砂巖型銅礦的成因提出過3種假說：后成成礦說［8－10］、同生沉積說［11－13］和沉積成巖說［14－18］。后成成礦說認為礦床形成于沉積巖形成以后，主要為巖漿來源熱液作用的結果；同生沉積說把礦質的沉淀和沉積物的形成聯系起來，認為成礦物質來源于古陸的風化剝蝕并被河流帶到沉積盆地中，在還原并含豐富有機質的沉積環境中，在大量細菌的作用下，金屬以硫化物的形式發生沉淀；沉積成巖理論強調成巖作用對砂巖型銅礦形成的主導地位，認為礦化發生于成巖作用過程中［19］。

圖3 含礦砂巖中包裹體均一溫度直方圖Fig．3 Histogram of homogenization temperatures of fluid inclusion in the ore－bearing sandstone

通過對特格里曼蘇銅礦礦石結構構造分析、含礦砂巖的顯微觀察以及砂巖膠結物中流體包裹體的研究，我們認為特格里曼蘇銅礦形成于成巖作用過程中，屬于沉積成巖成因，其主要證據如下：

①礦體呈似層狀，嚴格受依從于紅色砂巖的灰色砂巖控制，未見穿層現象；②銅的硫化物組成膠結物的一部分，呈他形粒狀浸染狀分布于砂巖孔隙內；③銅的硫化物交代溶蝕石英和長石碎屑，見金屬礦物沿碎屑裂隙充填，可見銅礦物為碎屑沉積之后形成；④礦化砂巖中，石英、長石具強烈的硅質膠結，形成似花崗變晶結構，膠結物多以自生礦物出現，說明礦化砂巖成巖作用較強；⑤礦石礦物中交代結構常見，常見黃鐵礦被黃銅礦、斑銅礦交代，輝銅礦及銅藍常交代斑銅礦、黃銅礦，顯示了成巖作用的特點。

綜上所述，特格里曼蘇砂巖銅礦的形成過程如下：早古生代末期，原特提斯洋已基本閉合，西昆侖中帶與西昆侖北帶拼貼并抬升成陸。在炎熱干燥的條件下，古陸風化，使前寒武紀基底巖系及薊縣紀花崗巖中的銅質風化析離，儲積在古風化殼內。晚古生代，隨著古特提斯洋的演化，在西昆侖北帶發育不同規模的沉積盆地，特格里曼蘇一帶沉積了巨厚的碎屑巖建造。古風化殼中儲積的銅質以膠體、溶液及碎屑等不同形式搬運到沉積盆地中，與沉積物一起沉積。成巖早期階段在有機質與古細菌作用下，水介質由氧化逐漸轉化為還原環境，細菌還原硫酸鹽產生S2－，提供了形成鐵、銅硫化物所需的還原硫。由于鐵的濃度較高，先期主要形成黃鐵礦。由于各種不穩定銅礦質的不斷分解，使巖石孔隙水中的礦質濃度越來越高。成巖晚期階段，隨溫度、壓力的變化，沉積物被壓縮，巖石中的孔隙水發生遷移。當含銅孔隙水與先期生成的黃鐵礦相遇就會發生交代，與硫結合生成各種鐵銅硫化物及銅的硫化物。通過對膠結物中流體包裹體的研究，孔隙水為低溫低鹽度的流體，由于沉積物的擠壓作用，該流體攜帶銅質發生小規模的運移富集，在適當的部位發生沉淀成礦。

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Geological characteristics of Teglimansu sandstone－hosted copper deposit in west Kunlun Mountains in Xinjiang and the genetic discussion

ENG Wei1，SUN Feng－yue2，ZHANG Xue－mei3，WAN Duo2，XU Qing－lin2
（1．Tianjin Center，China Geological Survey，Tianjin300170，China；2．College of Earth Sciences，Jilin University，Changchun130061，China；3．First the Production in Dagang Oilfield，Tianjin300280，China）

Teglimansu copper deposit is hosted by（C1k）sandstone of Kushanhe Group in Akto county，Xinjiang Autonomous Region．The ore body is controlled by stratum occurring in multi－layers and layeroid form．Alternated zone of light and purple sandstone layers are favorable horizons of the copper ore body．There are 4types of main cementing materials in the sandstone，i．e．carbonate，siliceous，argillaceous and ferruginous cementing materials and carbonate－siliceous，carbonate－argillaceous，siliceous－argillaceous and ferruginous－argillaceous－carbonate cementing associations are common．Mineralization often occurs in sandstone with carbonate－siliceous association．Copper minerals are associated with siliceous cement．Reaserch of fluid inclusions in the cements shows that ore fluid is in low temperature and low salinity and the copper deposit is considered a sedimentary ore deposit．Weathering and erosion of paleo－continent supply materials for transportation and laid－down of ore source bed．During diagenesis of the bed organic matter and bacterium incorporated and redox condition changed and copper was remobilized by diagenetic fluid resulting in local enrichment of copper and industrial ore bodies formed．

Teglimansu；sandstone－hosted copper deposit；sedimentary genesis；fluid inclusions；the west kumlun mountains；Xinjiang

P613；P618．41

A

1001－1412（2012）03－0284－07

10．6053／j．issn．1001－1412．2012．03．004

2012－01－16； 責任編輯： 王傳泰

曾威（1985－），男，碩士，2010年畢業于吉林大學，礦產普查與勘探專業。通信地址：天津市河東區大直沽8號路4號，天津地質調查中心；郵政編碼：300170；E－mail：314818431＠qq．com