新疆若羌喀臘達(dá)坂鉛鋅礦床S同位素特征及找礦預(yù)測

武 彬 樊獻(xiàn)科 王愛國 葉現(xiàn)韜 鮑曉明 倪 康

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇 南京 210016；2.河海大學(xué)海洋學(xué)院，江蘇 南京 210098；3.福建省閩西地質(zhì)大隊(duì)，福建 廈門 361000)

喀臘達(dá)坂鉛鋅礦為近年來新疆阿爾金山脈東段喀臘大灣地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的大型礦床，在該地區(qū)還發(fā)現(xiàn)有喀臘大灣西鉛鋅礦、喀臘達(dá)坂西鉛鋅礦、喀臘大灣鐵礦、萬榮鐵礦、阿北銀鉛礦、白尖山鐵礦等，該區(qū)為阿爾金東段的重要礦集區(qū)[1-2]。1999—2003年，新疆地質(zhì)調(diào)查院第一、二區(qū)調(diào)隊(duì)在喀臘大灣地區(qū)進(jìn)行了異常查證工作，首次在拉配泉組第三巖性段淺變質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)了鉛鋅礦化，并確定了喀臘達(dá)坂礦化點(diǎn)，圈定了相關(guān)礦化蝕變帶和鉛鋅礦體。由于礦床位于羅布泊東側(cè)無人區(qū)，無淡水，開展野外工作較為困難，因此，該礦化點(diǎn)自發(fā)現(xiàn)至今工作程度仍較低。近年來，部分學(xué)者初步對(duì)阿爾金北緣區(qū)域銅鉛鋅多金屬成礦帶的基本特征和成因進(jìn)行了分析[3-8]，并對(duì)同一礦化帶上西側(cè)的喀臘大灣西鉛鋅礦、喀臘大灣銅鋅礦進(jìn)行了研究，認(rèn)為區(qū)域礦床屬于海底噴流型沉積成因礦床[6]、與海相火山作用有關(guān)的噴氣—噴流型硫化物礦床[9]、沉積變質(zhì)—熱液改造型礦床[10]、火山成因塊狀硫化物型鉛鋅礦床等[1,3,11-13]。本研究通過對(duì)喀拉達(dá)坂鉛鋅礦礦化蝕變類型進(jìn)行劃分和分析，發(fā)現(xiàn)該礦床內(nèi)存在的所有礦化蝕變類型、空間展布及其相互關(guān)系均與成巖后的斷裂作用有關(guān)，結(jié)合S同位素測試分析結(jié)果，確認(rèn)該礦床為受斷裂構(gòu)造控制的中低溫?zé)嵋盒偷V床。據(jù)此，通過開展找礦預(yù)測及工程驗(yàn)證工作，截至2016年底，該礦床控制規(guī)模已由中型增加至大型，其中富礦資源量占比達(dá)50%以上。本研究結(jié)合區(qū)內(nèi)相關(guān)地質(zhì)工作成果，對(duì)礦床地質(zhì)特征、礦床成因進(jìn)行詳細(xì)分析，并對(duì)找礦預(yù)測模型進(jìn)行構(gòu)建，結(jié)合找礦驗(yàn)證成果對(duì)礦區(qū)找礦前景進(jìn)行探討。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

喀臘達(dá)坂鉛鋅礦床位于阿爾金山東段，NE向阿爾金走滑斷裂北側(cè)與EW向阿爾金北緣斷裂夾持的區(qū)域內(nèi)，北接塔里木盆地，南臨柴達(dá)木盆地(圖1)，為塔里木板塊之塔里木古陸緣地塊的紅柳溝—拉配泉奧陶紀(jì)裂谷帶[12,14-15]。礦區(qū)在礦產(chǎn)區(qū)劃上隸屬于阿爾金金、銅、鎳及多金屬、鐵、稀有和稀土元素成礦帶中的紅柳溝—拉配泉金、銅及多金屬、鐵成礦亞帶[16-17]。

區(qū)域內(nèi)出露的地層主要有太古界米蘭巖群達(dá)格拉格布拉克組(Ardg)、下古生界上寒武統(tǒng)斯米爾布拉克組(∈3s)、晚寒武世拉配泉組(∈3l)、石炭紀(jì)上石炭統(tǒng)因格布拉克組(C3y)、古近系漸新統(tǒng)下干柴溝組(E3g)、新近系中新統(tǒng)上干柴溝組(N1g)、中新統(tǒng)下油砂山組(N1y)和第四系(Q)[15-16](圖2)。

圖1 阿爾金地區(qū)大地構(gòu)造位置[13]Fig.1 Tectonic location of Altyn area

區(qū)域斷裂主要有阿爾金北緣斷裂、喀臘達(dá)坂斷裂和白尖山斷裂(圖2)[12-18]，呈近EW走向，總體向N傾斜，由主斷裂和旁側(cè)次級(jí)斷裂組成，控制晚寒武世島弧火山巖、早奧陶世島弧侵入巖、早志留世侵入巖以及石炭系地層的分布。近年來鉆探工程顯示，在達(dá)坂礦床內(nèi)，喀拉達(dá)坂斷裂帶逆沖推覆至新生代地層之上，表明上述區(qū)域斷裂帶經(jīng)歷了多期、復(fù)雜的構(gòu)造演化，是阿爾金地區(qū)重要的導(dǎo)巖斷裂帶。區(qū)域侵入巖較發(fā)育，主要為加里東島弧鈣堿性雙峰式侵入巖和少量加里東造山后伸展背景的高鉀鈣堿性侵入巖，巖性從基性—中性—酸性侵入巖均有出露(圖2)。區(qū)域火山活動(dòng)強(qiáng)烈，巖石類型為基性—酸性火山熔巖、中基性火山碎屑巖，其中，以中酸性火山熔巖為主，主要分布于阿爾金北緣斷裂以南，窮塔格—喀臘達(dá)坂一線以北地區(qū)。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層特征

喀臘達(dá)坂鉛鋅礦礦區(qū)出露地層為晚寒武世拉配泉組(∈3l)中淺變質(zhì)巖系和第四系洪沖積物(Q)(圖3)。喀臘達(dá)坂鉛鋅礦賦存于拉配泉組第二段和第三段，第二段主要為沉積巖，巖性為灰色薄層狀砂巖夾深灰色灰?guī)r和大理石透鏡體；第三段主要為酸性—中酸性強(qiáng)蝕變火山凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r、流紋巖等。其中，上部為流紋巖夾黑云石英微晶片巖、綠泥石石英微晶片巖，下部為灰綠色強(qiáng)蝕變英安質(zhì)火山凝灰?guī)r、淺灰白色晶屑凝灰?guī)r、灰色碎屑巖以及黃灰色蝕變凝灰?guī)r、玄武巖、流紋巖、條帶狀大理巖。

2.2 礦體特征

圖2 喀臘達(dá)坂鉛鋅礦床區(qū)域地質(zhì)特征及礦產(chǎn)分布[12]Fig.2 Regional geological characteristics and distribution of mineral resources of Kaladaban Pb-Zn deposit

圖3 喀臘達(dá)坂礦區(qū)和喀臘達(dá)坂西礦區(qū)地質(zhì)特征Fig.3 Geological characteristics of Kaladaban mining area and Kaladaban west mining area

2.3 礦石特征

礦石結(jié)構(gòu)為他形粒狀結(jié)構(gòu)，半自形—自形粒狀結(jié)構(gòu)、交代—充填結(jié)晶結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)(圖5)。礦石構(gòu)造以條帶浸染狀、條紋浸染狀、星散浸染狀構(gòu)造為主，部分礦石具有星點(diǎn)狀、細(xì)脈狀構(gòu)造。礦物組分較簡單，礦石礦物為方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦，伴有黃鐵礦。脈石礦物為方解石、白云石以及石英。

圖4 喀臘達(dá)坂鉛鋅礦區(qū)勘探線剖面Fig.4 Geological exploration line profiles in Kaladaban Pb-Zn mining area

2.4 礦化蝕變特征

礦床內(nèi)存在3類礦化蝕變帶，分別為紅褐色面狀褐鐵礦化蝕變帶、土黃色線狀構(gòu)造蝕變帶、淺灰色線狀—透鏡狀重晶石蝕變帶。經(jīng)過綜合分析，土狀破碎蝕變帶為區(qū)內(nèi)多金屬成礦階段的產(chǎn)物，通過構(gòu)造蝕變帶填圖，在礦區(qū)圈定了4條土黃色黏土化蝕變斷裂帶。礦床地表及淺部礦化蝕變類型主要有硅化、黃鐵礦、磁鐵礦化、褐鐵礦化、高嶺土化、綠泥石化、云英巖化、黃鐵絹云巖化、重晶石化、滑石化等，局部可見孔雀石化、銅藍(lán)、黃鉀鐵礬、鉛礬等蝕變氧化礦物。

2.5 礦化類型

據(jù)礦化特征的差異，本研究將喀臘達(dá)坂鉛鋅礦床中礦化蝕變帶內(nèi)的礦化體劃分為5種礦化類型，即細(xì)脈浸染型鉛鋅礦化、構(gòu)造角礫巖型鉛鋅礦化、重晶石脈型鉛鋅礦化、重晶石脈型磁鐵礦化以及脈狀黃鐵礦化。該類礦化均發(fā)育于帶狀破碎蝕變帶內(nèi)，其中發(fā)育于角礫巖中的礫間充填型鉛鋅礦化為礦區(qū)最重要的礦化類型(圖5)。

2.6 成礦階段

根據(jù)蝕變類型、礦化類型及其相互關(guān)系，可將喀臘達(dá)坂礦床由早至晚劃分為3個(gè)主要成礦階段。

(1)早期硫酸鹽—磁鐵礦化階段。該階段的礦物組合為重晶石、硬石膏、磁鐵礦以及赤鐵礦，形成于主斷裂揉皺—破裂階段，以脈狀充填于片巖裂隙和揉皺虛脫空間，厚度一般為數(shù)毫米至數(shù)厘米，部分地段可達(dá)1～3 m不等。該礦化階段在喀臘達(dá)坂礦區(qū)Ⅳ#礦帶保存完整，長度可達(dá)數(shù)千米，主要表現(xiàn)為重晶石化。通常以重晶石角礫的形式殘留于構(gòu)造角礫巖型塊狀鉛鋅礦中(圖5(i))，磁鐵礦基本消失，硬石膏轉(zhuǎn)變?yōu)槭唷?/p>

(2)中期白云母—螢石—石英—黃鐵礦階段。該階段形成于主斷裂的角礫巖化階段早期，疊加于第一階段形成的磁鐵礦體之上，礦物組合為白云母、螢石、石英、黃鐵礦，有時(shí)保留較多的磁鐵礦。該階段形成的黃鐵礦化體受后期構(gòu)造和流體的強(qiáng)烈改造而成為大小不等的黃鐵礦角礫、石英黃鐵礦角礫殘留于角礫巖型鉛鋅礦體中上部。

(3)晚期絹云母—石英—黃銅礦—閃鋅礦—方鉛礦階段。該階段礦物組合主要為絹云母、螢石、石英、黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦，形成于主斷裂的角礫巖化階段，以塊狀礫間充填方式和細(xì)脈狀裂隙充填方式分布于主斷裂帶角礫巖及其上部裂隙帶以及重晶石脈和磁鐵礦重晶石脈中，為鉛鋅礦的形成階段。

3 礦床成因分析

3.1 S同位素特征

通過礦石硫化物S同位素組成的研究，有助于進(jìn)一步判斷礦床成礦物質(zhì)來源，推斷礦床中Pb、Zn等成礦元素的來源以及厘定礦床成因[19]。根據(jù)前人研究得知，在熱液礦床中硫化物的S同位素組成受到成礦溶液總S同位素、氧逸度、pH、離子強(qiáng)度和溫度的影響。因此，熱液硫化物的S同位素組成不僅取決于其源區(qū)的w(34S)，而且與成礦流體演化的物理?xiàng)l件有關(guān)。

本研究S同位素分析表明，喀臘達(dá)坂礦床主成礦期主要硫化物w(34S)為2.6‰～16.2‰(表1)，S同位素組成分布見圖6。由于鉛鋅礦石的主要金屬硫化物為方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、黃銅礦等，同時(shí)普遍見有先期形成的重晶石、石膏等硫酸鹽脈角礫，因此該類礦石中硫化物的w(34S)值無法代表礦區(qū)成礦流體的S同位素組成。

圖5 喀臘達(dá)坂鉛鋅礦礦化蝕變帶及礦石特征Fig.5 Characteristics of the mineralization alteration belts and minerals in Kaladaban Pb-Zn mining area

值得注意的是，主礦帶上盤網(wǎng)脈帶型方鉛礦單礦物脈的w(34S)值相對(duì)較小，為2.6‰～8‰，而與重晶石及其角礫并存的硫化物w(34S)為9‰～16‰，同一成礦階段表現(xiàn)出如此明顯的差異，說明前期硫酸鹽對(duì)晚期硫化物的S同位素組成影響較大。因此可以粗略地將遠(yuǎn)離重晶石地段的主成礦階段的硫化物的w(34S)值視為成礦流體的S同位素組成。考慮到重晶石在酸性還原階段的部分溶蝕導(dǎo)致硫化物w(34S)值的升高效應(yīng)，因此原始流體中的w(34S)值會(huì)更低，故而喀臘達(dá)坂礦床鉛鋅礦階段成礦流體的w(34S)值大致為2.6‰～7.7‰，甚至小于2.6‰，即鉛鋅礦成礦階段成礦流體的S同位素組成具有深源巖漿硫的特征。

3.2 成礦地質(zhì)體特征

喀臘達(dá)坂鉛鋅礦床內(nèi)接觸熱變質(zhì)作用強(qiáng)烈，但地表未見能引起熱接觸蝕變的巖體，故而推測有隱伏巖體存在，并于ZK5705孔中發(fā)現(xiàn)了隱伏巖體。該巖體位于喀臘達(dá)坂鉛鋅礦區(qū)Ⅰ-3#破碎帶下盤(圖3)，巖性為淺灰色斜長花崗斑巖，微細(xì)粒斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為斜長石(圖7(a))，基質(zhì)為半自形—他形斜長石、石英、鉀長石、少量黑云母，黑云母明顯受到晚期交代，形成不規(guī)則邊緣(圖7(b))。巖芯中鉀長石化明顯，部分已轉(zhuǎn)變?yōu)殁涢L花崗巖，部分鉀長石—石英團(tuán)塊內(nèi)見有少量閃鋅礦。該巖體晚期發(fā)育裂隙狀碳酸鹽化(圖7(c))。通過LA-ICPMS鋯石U-Pb定年獲得該巖體的年齡為439.9 Ma。此外，在喀臘達(dá)坂鉛鋅礦區(qū)Ⅰ-4#帶下盤地表也見有一處面積不足20 m2的微細(xì)?；◢弾r，發(fā)育強(qiáng)烈的網(wǎng)脈狀、團(tuán)塊狀硅質(zhì)團(tuán)塊(圖7(d))。由此推測喀臘達(dá)坂鉛鋅礦區(qū)的成礦作用與隱伏巖體的巖漿作用密切相關(guān)。

表1 鉛鋅礦化階段部分硫化物的S同位素組成Table 1 S isotopic compositions of some sulphides samples in Pb-Zn mineralization stage

圖6 喀拉達(dá)坂鉛鋅礦硫化物S同位素組成分布Fig.6 Distribution of S isotopes of sulphides in Kaladaban Pb-Zn Deposit

3.3 控礦因素

喀臘達(dá)坂鉛鋅礦的主要控礦因素為：①喀臘達(dá)坂區(qū)域性導(dǎo)巖導(dǎo)礦斷裂帶，區(qū)域構(gòu)造背景研究表明，該斷裂帶形成于加里東碰撞造山階段，在造山后伸展階段，發(fā)生了中酸性高鉀鈣堿性巖漿侵入作用和流體蝕變作用，鋯石年代學(xué)顯示巖漿侵入時(shí)代為430～440 Ma[20-22]；②成礦巖體及其接觸熱變質(zhì)作用，礦化較好地段常發(fā)育高溫?zé)嶙冑|(zhì)作用，形成石榴石—透輝石—斧石—硅灰石—透閃石—金云母—陽起石—白云母等變質(zhì)礦物；③易于流體交代的鈣質(zhì)巖系或基性火山巖系，礦區(qū)已有成礦部位的礦層露頭及鏡下觀察表明，發(fā)育于第二巖性段的鈣質(zhì)巖系或第一巖性段的基性火山巖系部位的破碎蝕變帶中，礦體厚度較大、品位較高；④發(fā)育早期氧化階段的重晶石化—磁鐵礦化和晚期還原階段的云英巖化—絹英巖化—硫化物化的礦化蝕變作用，蝕變巖石發(fā)育于NW西向斷裂帶內(nèi)，厚度為1～5 m，具有垂向分帶性，上部為早期形成的磁鐵礦—重晶石脈，中上部為中期形成的黃鐵礦—白云母—螢石—石英，中下部為晚期礫間充填型鉛鋅礦—絹云母—石英，其中晚期礫間充填型鉛鋅礦體上部分布有裂隙充填型網(wǎng)脈狀鉛鋅礦。

圖7 喀臘達(dá)坂礦區(qū)成礦巖體巖相學(xué)特征Fig.7 Petrographic characteristics of metallogenic rock mass in Kaladaban ming areaPl—斜長石,Kfs—鉀長石,Bi—黑云母,Cal—碳酸鹽化,Ser—鉀長石化,Qtz—絹英巖化

3.4 礦床成因

礦區(qū)控礦構(gòu)造、熱變質(zhì)作用以及蝕變垂向分帶特征分析表明，區(qū)內(nèi)成礦特征與隱伏巖體熱液及流體作用有關(guān)，水平上以主破碎帶為中心向外呈帶狀分帶，即主破碎帶為熱液蝕變帶，兩側(cè)圍巖為接觸熱和交代變質(zhì)帶。熱液蝕變帶內(nèi)經(jīng)歷了自上而下的早期高溫氧化環(huán)境的硫酸鹽階段和中晚期的中—中低溫還原環(huán)境的硫化物階段，在中低溫主成礦階段還出現(xiàn)了上部絹英巖化—硅化和深部鉀長石化的垂向分帶特征。酸性、高溫硫酸鹽階段形成磁鐵礦，中溫階段還原階段形成聚斑狀交代成因的黃鐵礦，鉛鋅礦化主要發(fā)生于酸性、中低溫還原環(huán)境下的絹英巖化—硅化帶中。

礦區(qū)成礦作用發(fā)生于主破碎蝕變帶中，主破碎帶經(jīng)歷了早期塑性階段韌性變形和中、晚期脆性階段角礫巖化和裂隙化作用，前者形成了以揉皺—劈理化帶為特征的韌脆性剪切帶，與圍巖中以片理出現(xiàn)為特征的第二階段熱流交代作用的形成機(jī)制相似；后者是在前者的基礎(chǔ)上疊加了脆性變形，形成了早期破碎帶和后期角礫巖帶及其上盤裂隙帶。其中與重晶石伴生的磁鐵礦形成于早期揉皺—劈理化階段，以脈狀充填形式為特征；黃鐵礦化和鉛鋅礦形成于晚期角礫巖化和裂隙化階段，以滲濾充填、裂隙充填和膠結(jié)充填等形式為特征。

礦區(qū)流體包裹體和H、O同位素研究表明，鉛鋅礦化階段的流體為中低溫?zé)嵋毫黧w，可能來源于巖漿作用于晚期含礦熱液和大氣降水的混合，且大氣降水混合的比例相對(duì)于早期硫酸鹽—磁鐵礦化階段、中期白云母—螢石—石英—黃鐵礦階段有所增加。成礦流體運(yùn)移至構(gòu)造破碎帶，由于壓力迅速降低，流體發(fā)生降壓沸騰，絡(luò)合物狀態(tài)失穩(wěn)，在構(gòu)造有利部位發(fā)生沉淀成礦。本研究綜合分析認(rèn)為喀臘達(dá)坂鉛鋅礦床應(yīng)為后期受構(gòu)造控制、與中酸性巖漿侵入作用有關(guān)的巖漿晚期中低溫?zé)嵋盒偷V床，其成礦時(shí)代非早古生代中期(約500～510 Ma)，應(yīng)為早志留世早期。

4 找礦預(yù)測

4.1 找礦預(yù)測模型

依據(jù)導(dǎo)巖構(gòu)造、容礦空間、礦化類型和分布以及成礦地質(zhì)體的特征，構(gòu)建了喀臘達(dá)坂鉛鋅礦床的成礦模型(圖8)。

圖8 喀臘達(dá)坂鉛鋅礦床找礦模型Fig.8 Prospecting model of Kaladaban Pb-Zn deposit

礦區(qū)脈狀鉛鋅礦體主要產(chǎn)于隱伏巖體頂部及其上盤斷裂帶內(nèi)。巖漿沿喀臘達(dá)坂斷裂帶及其分支系統(tǒng)上侵，在巖漿侵位及其流體出溶階段派生出容礦斷裂系統(tǒng)，其中主成礦斷裂可能為成礦前斷裂的再活動(dòng)，分支斷裂屬于成礦期同生斷裂，礦化類型為角礫巖帶礫間充填型及其上盤裂隙帶中的裂隙充填型。達(dá)坂礦區(qū)Ⅰ-4#礦帶以及達(dá)坂西礦區(qū)7#～8#南礦帶地表分布的重晶石—磁鐵礦脈或重晶石—鉛鋅礦脈屬于礦體頭部，鉛鋅礦的主礦化作用位于其下方。礦區(qū)成礦作用的發(fā)生強(qiáng)弱與所處地段鈣質(zhì)巖系或基性火山巖系的發(fā)育程度有關(guān)，發(fā)育程度高，有利于成礦流體交代，礦化強(qiáng)度大，即鈣質(zhì)—硅泥質(zhì)地層單元與中基性火山巖單元有利于成礦。依據(jù)確定的成礦作用與成礦事件，推測在屏蔽條件較好的隱伏巖體頂部可能存在斑巖型或矽卡巖型多金屬礦床。

4.2 找礦效果

5 結(jié) 語

結(jié)合取樣分析結(jié)果，對(duì)新疆喀臘達(dá)坂鉛鋅礦S同位素特征進(jìn)行了分析，認(rèn)為該礦主成礦期主要硫化物w(34S)大致為2.6‰～7.7‰，甚至小于2.6‰，指示S同位素具有深源巖漿硫特征。通過進(jìn)一步分析礦區(qū)礦化蝕變特征、控礦因素及成礦地質(zhì)體特征，認(rèn)為礦床為受構(gòu)造控制、與中酸性巖漿侵入作用有關(guān)的巖漿晚期中低溫?zé)嵋盒偷V床，成礦時(shí)代應(yīng)為早志留世早期。結(jié)合上述分析，構(gòu)建了礦區(qū)找礦模型并用于指導(dǎo)找礦實(shí)踐，在礦區(qū)及其外圍共圈定了5個(gè)主隱伏礦體，Pb+Zn資源量較可觀，為礦區(qū)后續(xù)工作開展提供了可靠依據(jù)。

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