库车前陆盆地古近系—新近系铜矿化特征及铜的来源、富集分布初探

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1、 年第1 22 地质学报 A C T A G E O L O G I C A S I N I C A V o 1 8 4 N o 1 2 D e c 2 0 1 0 库车前陆盆地古近系一新近系铜矿化特征 及铜 的来源 、 富集分布初探 曹 养同 ， 刘 成 林 ， 陈 永 志 ， 焦 鹏 程 ， 宣 之 强 1 )中国地质科学院矿产资源研究所 ， 北京 ， 1 0 0 0 3 7 2 )中化地 质矿 山总局地 质 研究 院 ， 河北涿 州 ， 0 7 2 7 5 0 内容提要 ： 库 车盆地铜成矿作用发生在新近 纪 ， 主要有砂 岩型 、 泥 岩型 、 灰岩 型铜矿化 。矿 化主要 分布 于盆

2、地 南部的秋里塔格构造带 和北部 的克拉 苏构造带 ， 基本位 于背斜 核部偏两翼部位 ， 沿近东西 向的断裂带 呈带状分 布 ， 发育在盐丘附近 。主要 的地表铜矿物 为氯铜矿 ， 是 干旱气 候条件 下含盐 盆地 的产物 。盆地 古近 系石盐 、 石膏样 品 电镜分析 、 石 膏铜 含量化学分析及新近系碎屑岩 中铜 含量 变化分 析结果表 明 ： 盐岩 、 膏岩 ， 褐 红色碎 屑岩 ( 粉砂 岩、 泥质 粉砂岩 、 泥岩 ) 为铜 的矿源层 ， 灰绿色粉砂岩 、 泥岩 、 灰 白色 ( 含砾) 中粗砂 岩为铜 的含矿层 。铜离 子的运移 载体 主要 为源 自大气降水溶解石盐 、 石膏所形

3、成的 卤水 ， 卤水淋滤褐红色碎屑岩 中的铜并下渗到地 下 ， 在 以构造挤压 为 主及盐构 造卸负作 用产生流体上涌 的驱动力下 沿断裂向地表运移 ， 随着 卤水 温度压力 降低 ， 干旱 气候条件 下 ， 在 地 表碎 屑岩节理面 、 部分层理 面上发育石盐 、 石膏及氯 铜矿 ， 形成地表砂岩 型、 泥岩 型 、 灰 岩型铜矿化 。当含铜 卤水 经 过被 方解石交 代的硬石膏带 ( 氧化一 还原化学障) 时 ， 遇到 因 T S R反应形成 富含还原硫 的 卤水 ， 铜会发 生富集 ， 可 能 形成地 下铜矿体 。 关键词 ： 前 陆盆地 ； 铜矿化 ； 卤水 ； 来源及 富集 砂 页岩

4、 型铜矿是世界上第二 大铜矿床成 因类 型 ， 仅次于斑岩型铜矿 ( 中国地质矿产信息研究院 ， 1 9 9 6 ) ， 广泛分布于我 国的云南滇中、 滇西盆地， 湖南 衡 阳、 沅麻盆地 ， 四川会理盆地 ( 谭凯旋等 ， 1 9 9 9 ) ， 甘 肃天鹿盆地( 李大 民等， 2 0 0 6 ) ， 内蒙古 中部盆地等 ， 其 中大部分早已开采 。砂岩型铜矿矿床 的形成与卤 水有关 ( 陈根 文等 ， 2 0 0 0 ， 2 0 0 2 ) ， 其成矿流体是富含 挥发份 、 碱金属的含矿 卤水 ( 肖荣 阁等， 2 0 0 4 ) ， 按温 度 不 同可划 分为 ： 高温 硅钾 卤水 、

5、中温碳 酸盐 卤水 及 低 温硫 酸盐 卤水 3种类 型 ( 肖荣 阁等 ， 2 0 0 1 ) ， 不过 其 形成主要与低温 卤水 有关 ， 卤水一般来源于海水浓 缩蒸发或大气降水淋 滤盐岩 ， 并成 为铜等众多金属 离子 的主要 载体 ( 许伟 生等 ， 1 9 9 1 ； 谭凯 旋 ， 1 9 9 8 ； G r a n d i a e t a 1 ， 2 0 0 3 ； S o u t h g a t e e t a 1 ， 2 0 0 6 ) ， 在 金 属成 矿作 用 中承 担 运移 载 体 的功 能 ( 曹 辉 兰 等， 2 0 0 2 ) ， 使之( 如铜 、 铁 、 锌 、

6、银 、 金) 以络合物的形式迁 移 ( 李伟 ， 1 9 8 9 ； J o h n s o n e t a 1 ，1 9 9 2 ； Mi g d i s o v e t a 1 ， 1 9 9 9； Ar c h i b a l d e t a 1 ， 2 0 0 2； Re e d e t a 1 ， 2 0 0 6； As a e l e t a 1 ， 2 0 0 9 ) ， 对 金 属 离子 的活 化 、 迁 移 、 富 集 具有不可替代的作用。铜矿物 中的硫主要来源于海 水 或 石膏 中还 原 的硫 酸 根 离 子及 自然 硫 ， 膏 岩 往 往 提供 金 属 富 集 所 需 要

7、 的 还 原 硫 ( Wa r r e n ， 1 9 9 7 ， 2 0 0 0 b ) ， 含矿 卤水 一般 通过断裂 、 不整合 面等 通道 运移 ， 最后到达有利 的环境中富集成矿 。库车盆地 地表具有丰富明显的铜矿化现象 ， 但研究程度不高， 一般认为库车盆地铜成矿作用属于陆相含铜砂岩型 ( 刘德 权等 ， 2 0 0 5 ) ， 地 表 主要 矿 物 为 氯 铜 矿 、 硅 孔 雀 石 、 蓝 铜矿 等 ( 叶 霖 等 ， 1 9 9 7 ； 王 土元 等 ， 2 0 0 3 ； 郭 全 ， 2 0 0 7 ) ， 其铜 的富集成矿发生在新近系碎屑岩成岩过 程 中( 刘德权等 ，

8、2 0 0 5 ； 郭全， 2 0 0 7 ) ， 与成岩过程中的 氧化一 还原环境有关 。但本文通过研究后认为 ， 库车 盆地的铜成矿( 矿化) 作用发生在新近系碎屑岩成岩 之后 ， 铜成矿物质具体 的来源 、 迁移 、 富集机理与上 述学者不尽相同， 本文结合野外调 查及室 内样品分 析资料 ， 就库车前陆盆地古近系一新近系铜矿化特 征 、 铜 的来 源 、 迁 移 、 富集 规律 进行 初步 探讨 。 注 ： 本 文为中国地质科学院矿产资源研究所所 长基 金项 目( 编号 K0 8 0 7 ) 、 国家“ 十一五” ( 编号 2 0 0 6 B AB 0 7 B 0 6 ) 资助成果 。

9、 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 8 0 6 ； 改 回日期 ： 2 o 1 o 一 0 8 1 6 ； 责任编辑 ： 周健 。 作者简介 ： 曹养同 ， 男 ， 1 9 7 5年生。博士 ， 矿 物、 岩石、 矿床学专业 。通讯地址 ： 1 0 0 0 3 7 ， 中国地质科学 院矿 产资源研究 所 ； E ma i l ： c y t 1 9 4 1 y a h o o C O I n e r r 。 地质学报 1 地质背景 新疆库车盆地位于塔里木盆地的东北缘， 在大 地构 造单 元上 属于 塔里木 盆 地 。库 车 盆地 的演化 开 始于晚二叠世 ( 贾承造 ， 1 9 9 2 )

10、， 三叠纪盆地达到演化 全盛期( 刘志宏等 ， 2 0 0 0 ) ， 至侏罗纪初库车前陆盆地 的发育已经完成( 何国琦等 ， 1 9 9 4 ) 。始新世末 ， 由于 印度板块和欧亚板块碰撞所产生 的远距离效应( 郭 令智等， 1 9 9 2 ) ， 渐新世晚期使得塔里木板块 向天 山 构造带再次俯冲， 库车前陆盆地再次复活接受沉积 ， 形成库车再生前陆盆地( 曹守连等， 1 9 9 4 ； Gr a h a m e t a l _ ， 1 9 9 3 ； L u e t a 1 ， 1 9 9 4 ) 。盆 地 内 主要 发 育 南 北 两大构造带， 即北部 的克拉苏一 依其克里克构造 (

11、 背 斜) 带和南部 的秋里塔格 构造 ( 背斜) 带( 图 1 ) 。盆 地古近纪一新近纪地层划分， 一般 自下而上依次划 分为库姆格列木组 ( 群) 、 苏维依组( 古近系) o； 吉迪 克组、 康村组 、 库车组( 新近系) 。古近系主要为河湖 相沉积( 张丽娟等， 2 0 0 6 ) ， 其下部库姆格列木组( 群) 主要为 巨厚 的蒸 发岩沉 积 ( Ta n g e t a 1 ， 2 0 0 4 ) ， 上 部 苏维依组为少量石盐岩、 石膏岩 、 细砂岩 、 粉砂岩和 泥岩沉积 ， 古近纪蒸发岩沉积主要发育在盆地 的西 部 ； 新近系下部为河湖相沉积 ， 上部为山麓相洪积 ， 洪

12、积 物为砾 岩 、 含砾 砂 岩 、 粉 砂 岩夹 泥岩 ( 新疆 维 吾 尔 自治区区域地层编写组 ， 1 9 8 1 ) ， 其 中吉迪 克时期 在盆地东部发育巨厚的蒸发岩沉积 。库车前陆盆地 为一个含盐 、 膏盆地， 富含了丰富的 卤水， 可以为铜 等金属离子的迁移提供载体。另外区内断裂构造发 育， 在天山南北 向的挤压应力下 ， 形成一系列高压应 力异常区( 柳广第等 ， 2 0 0 6 ； 李振生等， 2 0 0 6 ) ， 有利于 含矿 卤水 的迁 移 。 2 研究方法 通 过野 外 调 查 ， 查 明盆 地 铜矿 化 所 发生 的构 造 部位 、 地层层位、 矿化种类、 具体的矿

13、化特征， 分析矿 化 与构造 、 岩 性 的关 系 ； 对 矿 区 ( 点 ) 外 围 岩石 样 品 、 矿 区 ( 点 ) 内岩石 样 品 ( 样 品无 矿 化 现 象 ) 、 矿 化 岩 石 样 品 、 盆 地 中 的石 膏岩 、 盐 丘 中的石盐 岩 分别采 样 做 铜含量化学分析及电镜扫描分析 ， 研究样 品中铜 的 含量变化特征 ， 查 明矿源层及含矿层 ； 采集盆地油 田 水( 地层水) 做氢氧同位素分析， 研究地层 中卤水来 源； 通过野外调查及钻井岩石样品镜下薄片鉴定 ， 查 明硫酸盐还原反应 ( T S R) 现象存在 的可能性 ， 探讨 铜地表富集的原因及地下富集的可能性

14、； 综合 上述 各种野外地质现象及室 内分析结 果， 初步探讨库 车 盆地铜矿化特征 、 铜的来源及富集分布特征。 3 盆地铜矿化特征 盆地主要发育 3种类型的铜矿化 ： 砂岩型、 泥岩 型 、 灰岩型。除灰岩型赋存 于古近 系底部 的灰岩地 层 中外 ， 其余均赋存于新近系的陆相红色碎屑岩建 造 中( 卡捷 克托 尔铜 矿 可 能 属 于浅 变质 岩 中 的低 温 热液成因， 这里不做讨论) 。地表铜矿化点的铜矿物 主要为氯铜 矿 ， 少量硅 孔雀石 ， 仅在拜城滴水 铜矿 1 4 6 1 采矿坑道( 距 地表垂直距离 3 0 m) 中， 灰 白色 细砂岩层面上发育蓝铜矿 。根据现有资料和野

15、外调 查， 盆地主要有滴水铜矿和卡捷克托尔铜矿 ( 小型铜 矿) 2 处 ， 温巴什等 8处铜 ( 成矿) 矿化点 ( 两处含铜 盐丘点除外 ) ( 图 2 ) 。野外调查表 明： 铜矿化与断裂 构造 、 石盐岩 、 石膏岩密切相关 。矿化点位于盆地南 北两大背斜的轴部偏两翼部位 ， 位于盐丘附近 ， 沿断 裂 带近东 西 向展布 ( 图 2 ) 。矿 化 主要 发 育 在 新 近 系 的灰绿色粉砂岩、 灰 白色 中粗砂岩 、 灰绿色泥岩 中， 盆地 中铜矿化类型及特征见表 1 。 对于砂岩 中的铜矿化 ， 其层位为新近系的康村 组 ( N 一 。 k ) ， 一般沿近垂直于层面的节理面发育

16、， 少 图 1 库 车盆地构造简 图( 据库车 1： 2 0 万 地质图) F i g 1 S c h e ma t i c ma p o f s t r u c t u r e i n Ku c h e b a s i n ( d a t a f r o m Ge o l o g i c ma p i n Ku c h e ，1：5 0 0 0 0 ) 第 1 2期 曹养 同等 ： 库车前陆盆地古 近系一新 近系铜矿化特征及铜的来源 、 富集 分布初 探 表 1 库 车盆地古一 新近纪铜矿化类型及特征 Ta b l e 1 Cha r a c t e r i s t i c s a nd ki nd s o f c o pp e r mi ne r a l i z a t i o n f r o m Pa l e og e ne t o Ne o g