新疆超大型遠(yuǎn)景鉛鋅礦床地質(zhì)特征及成因

新疆超大型遠(yuǎn)景鉛鋅礦床地質(zhì)特征及成因

烏拉根鉛鋅礦床位于新疆克孜勒蘇州烏卡縣康蘇市東南3公里處。20世紀(jì)50年代發(fā)現(xiàn)，該礦床是西伯利亞小型熱液礦床。自2001年始,利用國家資源補(bǔ)償費(fèi)項(xiàng)目、地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目等的支持,烏拉根礦床重新開始了全面普查評(píng)價(jià)工作。截止2007年底,主要在礦區(qū)南帶西部已探獲鉛鋅資源量(332+333+3341)9809萬噸,平均品位Pb0.45%、Zn2.61%,鉛鋅金屬合量300萬噸?,整個(gè)礦區(qū)遠(yuǎn)景可望突破1000萬噸金屬量。近年來主要礦床成因類型的認(rèn)識(shí)包括噴流沉積型(蔡宏淵,2002;鄧貴安,2003;李豐收等,2005;謝世業(yè)等,2003)、熱鹵水型(高珍權(quán)等,2002),指出控礦地層為古近系烏拉根組。這些觀點(diǎn)的提出,有力促進(jìn)了烏拉根礦床的勘探進(jìn)程,但隨著礦床評(píng)價(jià)的深入,大量地質(zhì)現(xiàn)象與這些觀點(diǎn)相矛盾。本文以新的視角,在烏拉根礦床地質(zhì)特征分析的基礎(chǔ)上,指出礦床的后生成礦特點(diǎn),礦床形成與盆地鹵水作用有密切聯(lián)系,屬于砂巖型鉛鋅礦,總體上可歸入密西西比河谷型(MVT)1拉格爾斯塔什層和拉克爾克氏原螯蝦烏拉根鉛鋅礦床賦含于塔西南凹陷北部,塔西南凹陷呈NW向分布于喀什—葉城—禾田地區(qū),由厚層中新生代碎屑巖—碳酸鹽巖—膏鹽層沉積巖組成。區(qū)域內(nèi)零星出露晚古生代碳酸鹽巖—碎屑巖沉積,其中賦含有沙里塔什鉛鋅礦,亦屬于層控低溫?zé)嵋旱V床。塔西南凹陷的主要地層包括(賈承造等,2006):下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群(K1kz)紫色砂礫巖,厚1000余米,頂部發(fā)育廣泛的褪色蝕變帶,為灰白色砂礫巖,厚30～300m,變化大,鉛鋅礦體賦存于灰白色砂礫巖中;古近系,包括阿爾塔什組(E1a)膏鹽層,厚30～100m,主要巖性為厚層塊狀石膏巖,夾多層白云巖薄層,底部發(fā)育一層1m±的白云巖與下伏K1kz砂礫巖呈小角度不整合接觸,代表了古新世早期塔西南地區(qū)自西向東的廣泛海浸作用。齊姆根組(E1-2q)泥巖,包括上部的紫色泥巖夾膏鹽和下部的灰綠色泥巖,厚20～30m。上部地層分別為卡拉塔爾組(E2k)介殼灰?guī)r、烏拉根組(E2w)雜色泥巖夾石膏、巴什布拉克組(E3-N1b)細(xì)碎屑巖夾膏鹽。新近系下部地層是克孜洛依組(N1k)紫色碎屑巖夾膏鹽以及安居安組(N1a)紫色泥質(zhì)巖夾砂巖,在N1a的砂巖中賦含有砂巖銅礦化,以花園銅礦為代表。區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造為烏拉根向斜,亦稱楊葉鼻狀構(gòu)造。兩翼由K1kz砂礫巖構(gòu)成,向斜核部為古近系—新近系的紫色碎屑巖、碳酸鹽巖夾膏鹽層組成。北翼自烏拉根向西延伸,穩(wěn)定出露,百余千米,南翼被大型推覆斷裂逆掩,僅少量出露。烏拉根鉛鋅礦床礦體分布于向斜東揚(yáng)起端南、北兩翼。區(qū)域內(nèi)近東西向大型推覆斷裂發(fā)育,NW向的費(fèi)爾干納斷裂自礦區(qū)東側(cè)經(jīng)過,南部被第四系所掩。2烏根礦床的地質(zhì)特征2.1礦物及微量元素特征烏拉根礦床鉛鋅礦體主要分布于烏拉根向斜的南、北兩翼(圖2),礦化帶延長超過3km。鉛鋅礦體賦存于下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群(K1kz)頂部褪色的灰白色砂礫巖中,自下而上,紫色砂礫巖→灰白色砂礫巖→鉛鋅礦體,呈過渡狀,邊界由品位確定,礦體即礦化砂礫巖,是砂礫巖的一部分,其中含鉛鋅硫化物較高。按邊界品位Pb0.5%、Zn1.0%圈定,礦體總體呈層狀、似層狀,順層分布。其中南礦帶I號(hào)礦體分布于47～72線間,斷續(xù)長3400m,平均厚度10.89m,最大厚度50.31m,平均品位Pb0.66%、Zn2.21%,控制深度700m,深部隨地層產(chǎn)狀變緩(圖3)。2007年于24線附近烏拉根向斜核部實(shí)施ZK001孔,于700m深處的相同層位中見鉛鋅礦化,顯示出向斜南、北兩翼的鉛鋅礦化在轉(zhuǎn)折端連成一體。鉛鋅礦體頂板為角礫巖,原巖為E1a膏鹽層,因石膏的溶解坍塌形成。角礫為白云巖,不規(guī)則狀,1～50cm,膠結(jié)物主要是砂粒、泥質(zhì)物或新形成的細(xì)粒白云石、方解石,原巖的石膏全部或部分溶解(圖4a)。坍塌角礫巖的分布范圍與礦化范圍大體一致,前人將之稱為同生角礫巖或?qū)娱g構(gòu)造角礫巖。K1kz砂礫巖作為透水巖石,其孔隙度平均達(dá)20%(王清華等,2003),上覆的E1a膏鹽層相對(duì)不透水,這種下部透水巖石與上部相對(duì)不透水的巖石構(gòu)成的古含水系統(tǒng),是烏拉根類型礦床的一個(gè)重要特征。除烏拉根外,區(qū)內(nèi)礦化特點(diǎn)相似的礦床還包括康西、江結(jié)爾等,均產(chǎn)于K1kz褪色的砂礫巖中。在烏拉根向斜揚(yáng)起端東側(cè),分布有一中型鍶(天青石)礦床并有大量的油苗顯示(圖4b)。天青石發(fā)育于E1a的坍塌角礫巖中,其下部的K1kz灰白色砂礫巖中含鉛鋅礦化。瀝青油苗出現(xiàn)在K1kz、中新世安居安組(N1a)灰白色砂礫巖中。2.2含礦巖石的構(gòu)造烏拉根礦床的主要礦石類型為砂巖型(圖5a),北礦帶有少量的塊狀方鉛礦礦石呈脈狀分布于層間斷裂中,另外在礦體頂部與坍塌角礫巖接觸部位,有少量的角礫狀礦石,角礫為白云巖,硫化物為膠結(jié)物。砂巖型礦石中硫化物粒度細(xì)小,粒徑一般<0.1mm,全部不均勻分布于膠結(jié)物中(圖5b),受巖石中孔隙度的影響,滲透性好的砂巖中含量較高,因此常沿斜層理分布形成一些局部的條帶狀構(gòu)造。硫化物含量不均勻,一般在1%～10%,局部可達(dá)到80%,為塊狀礦石。在褪色巖石中往往都含有少量的硫化物,含量隨層位的升高而增高,在砂礫巖層頂部附近達(dá)到最高。主要硫化物礦物為閃鋅礦、方鉛礦,少量白鐵礦,微量的黃鐵礦、黃銅礦等。閃鋅礦呈細(xì)粒浸染狀,全部呈環(huán)帶狀的膠狀結(jié)構(gòu),直徑一般0.05～0.1mm(圖5c),環(huán)帶結(jié)構(gòu)簡單,外側(cè)常見有細(xì)小結(jié)晶狀的閃鋅礦,粒度一般<10μm。方鉛礦的特點(diǎn)與閃鋅礦相似,少量呈粗粒于塊狀礦石中,有時(shí)也能見到由磨片的小坑反映的環(huán)帶。白鐵礦呈細(xì)粒半自形狀,有時(shí)呈球狀集合體(圖5d),并與膠狀閃鋅礦共生。黃鐵礦含量少,部分呈草霉?fàn)睢Ｃ}石礦物主要是細(xì)?！⒘畹姆浇馐?與硫化物共生,賦存于膠結(jié)物中。褪色灰白色含礦砂礫巖中廣泛含有深灰色—黑色不規(guī)則泡狀液態(tài)流體,含量高時(shí)可沿裂隙連接在一起。其中含有微細(xì)粒的黑色有機(jī)質(zhì)或?yàn)r青,分布于液泡的邊部(圖5e),粒徑一般<10μm,部分黑色顆粒內(nèi)部包含有微細(xì)的閃鋅礦(圖5f)。3關(guān)于烏拉根礦床成因的討論3.1含礦地層、緣物及微量元素區(qū)域上克孜勒蘇群紫紅色砂礫巖層頂部發(fā)育灰白色砂礫巖,二者間的界線較明顯,穿越地層層理或斜層理,顯示出后生的性質(zhì)。在灰白色砂礫巖中,透水性差的巖石,如泥質(zhì)細(xì)砂巖或泥巖一般仍呈紫色,邊部往往出現(xiàn)1～10cm的灰綠色蝕變,不含礦。巖礦鑒定表明,灰白色與紫紅色砂礫巖巖性相同,差別主要表現(xiàn)在紫色巖石中的褐鐵礦在灰白色巖石中減少、消失,局部出現(xiàn)少量的白鐵礦以及有機(jī)質(zhì)液泡或?yàn)r青質(zhì)。褪色帶厚度變化較大,一般在100～300m,最薄處厚不足10m。范圍分布很廣,自中國-吉爾吉斯邊境至塔里木盆地邊緣覆蓋區(qū),東西長>140km(圖1)。區(qū)域內(nèi)鉛鋅、鈾礦床(礦化),如烏拉根、康西、江結(jié)爾、托帕、巴什布拉克等,均賦存于該灰白色砂礫巖中,K1kz砂礫巖層中的油氣(油苗)也集中于該層。微量元素地球化學(xué)研究也顯示灰白色砂礫巖中Pb、Zn等元素含量有不同程度的增高,在烏拉根,灰白色層大體就是鉛鋅礦化層。鑒于灰白色層的后生特點(diǎn)以及其與鉛鋅、鈾礦化、油氣的關(guān)系,灰白色層就是紫色砂礫巖在流體作用下褪色蝕變的結(jié)果,這種大范圍的褪色蝕變應(yīng)與區(qū)域流體的活動(dòng)有關(guān)。類似的情況在很多低溫?zé)嵋恒U鋅礦發(fā)育的地區(qū)都能見到。如塔木—卡蘭古地區(qū)石炭紀(jì)底部碳酸鹽巖的白云石化,出露長度超過100km(祝新友等,1997);而在北美MVT鉛鋅礦發(fā)育地區(qū),Plumlee等(1994)研究發(fā)現(xiàn),區(qū)域性的蝕變作用主要見于碳酸鹽巖底部的白云石化作用,下伏地層為砂巖,如Bonneterre群灰?guī)r底部的白云石化(Appold等,2000;Happer等,2007)。3.2膠結(jié)物及角礫巖烏拉根礦床的角礫巖分布于鉛鋅礦體的上盤,構(gòu)成礦體頂板。角礫巖厚3～5m,為E1a的一部分,角礫為白云巖,大小不一,直徑1～20cm,在角礫巖頂部附近可到上部層位的灰綠色泥巖角礫,膠結(jié)物主要是白云巖、泥質(zhì)、碎屑等。角礫的分布與鉛鋅礦化有密切空間關(guān)系,分布范圍與鉛鋅礦化的范圍一致。一般在鉛鋅礦化較強(qiáng)的地帶,角礫也較發(fā)育。角礫巖與膏鹽層過渡,有時(shí)是膏鹽層的一部分。角礫巖的層位與E1a膏鹽層完全一致,在礦床外圍地區(qū),區(qū)域上E1a膏鹽層厚30～110m,其中夾白云巖薄層,為區(qū)域標(biāo)志層。在烏拉根礦區(qū)鄰區(qū),出現(xiàn)部分角礫,膏鹽層層理破壞。在烏拉根礦區(qū),尤其是礦化地段,E1a層位中的石膏分部消失,代之以角礫巖,厚度也大幅減小。角礫主要成分與膏鹽中的白云巖夾層成分完全一致。因此,可以推斷角礫巖屬E1a膏鹽層石膏溶解坍塌的結(jié)果,屬坍塌角礫巖。3.3含礦砂巖成分對(duì)烏拉根礦床這套灰紫色、灰白色砂礫巖及上部泥灰?guī)r、灰?guī)r的Sr、C、O同位素進(jìn)行了系統(tǒng)分析測試(表1),分析對(duì)象為巖石中的碳酸鹽,溶樣介質(zhì)為0.02mol/LHNO3。結(jié)果表明(圖6),隨著紫色砂礫巖的褪色蝕變形成灰白色砂礫巖,出現(xiàn)鉛鋅異常,并向剖面上部鉛鋅含量逐漸增高,而殘留在其中的紫色泥質(zhì)細(xì)砂巖其含量仍很低。與此相伴隨,87Sr/86Sr比值由0.712845(紫色砂巖)增高至0.720～0.728,蓋層中的沉積碳酸鹽巖仍為0.718～0.710;砂礫巖的δ13CV-PDB=-5.1‰～-7.3‰,隨褪色蝕變和礦化的增強(qiáng)而降低,整體上都低于上部的泥灰?guī)r、介殼灰?guī)r(0.5～4.2‰),其中,砂巖頂部的樣品(TXP2-38)δ13C=-1.7‰,明顯高于主要的砂礫巖樣品,顯示已受到上部角礫巖的化成學(xué)分的影響。褪色砂礫巖及含礦砂巖的δ18O也明顯不同于紫色砂巖和上部沉積巖,灰白色砂礫巖δ18O更低。C、O、Sr同位素均表現(xiàn)出褪色砂礫巖與河湖沉積的克孜勒蘇群以及上部層位中的灰?guī)r、泥灰?guī)r的差異性,顯示出外來流體活動(dòng)特點(diǎn)。烏拉根礦床5件方鉛礦硫同位素組成為δ34S=-17.7‰～+14.6‰,分布范圍很寬,與塔木—卡蘭古鉛鋅礦帶相似(祝新友等,1998),與國內(nèi)外MVT鉛鋅礦床可類比。3.4成礦物質(zhì)運(yùn)移與成礦時(shí)代目前,烏拉根礦床成因的主導(dǎo)觀點(diǎn)仍是噴流沉積型(蔡宏淵,2002;鄧貴安,2003;李豐收等,2005等)、熱鹵水型(高珍權(quán),2002)。賦礦的下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群砂礫巖屬干燥氣候下陸相河湖沉積(江德昕,2007),即便局部地區(qū)含有少量海相成分(郭憲璞等,2002),也不具備噴流沉積的條件。礦體中局部存在的“條帶狀”構(gòu)造,實(shí)際上是硫化物沿滲透性好的斜層理分布形成的,是交代的產(chǎn)物,與沉積作用無關(guān)。礦石呈砂狀或浸染狀結(jié)構(gòu),礦體是褪色砂礫巖的一部分,邊界由品位確定。同時(shí),閃鋅礦的膠狀、環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)均顯示出后生低溫?zé)嵋鹤饔玫奶攸c(diǎn),硫化物的沉淀富集與圍巖的沉積作用無直接關(guān)系。由于成礦期礦物結(jié)晶差,烏拉根礦床方解石與白云石中的流體包裹體均很細(xì)小,直徑一般<5μm,氣液比<5%,均為純液相或液相包裹體。閃鋅礦的膠狀結(jié)構(gòu)及淺色特點(diǎn)也顯示成礦溫度很低。通過石英砂礫中相似特點(diǎn)的次生流體包裹體測溫,均一溫度范圍為50～102℃(張君峰等,2005),按正常的地?zé)崽荻扔?jì)算,相當(dāng)于1000～2000m的深度,與上覆古新統(tǒng)的厚度大體一致。成礦物質(zhì)運(yùn)移和聚集與有機(jī)質(zhì)存在密切的關(guān)系,含礦砂礫巖中廣泛存在富含有機(jī)質(zhì)的液泡,K1kz砂礫巖在礦區(qū)及區(qū)域上存在多處油苗,是區(qū)域內(nèi)最重要的儲(chǔ)油(氣)層,也是阿克莫木氣田(100億立方米)的儲(chǔ)氣層(張君峰等,2005;黃智斌等,2004;趙孟軍等,2003)。有機(jī)質(zhì)尤其是瀝青質(zhì)的出現(xiàn)是MVT鉛鋅礦床的一個(gè)重要標(biāo)志(劉文均等,1999;王安建等,2007)。礦體上盤的角礫巖分布范圍與礦化范圍大體一致,是成礦過程中膏鹽層溶解的結(jié)果,部分硫酸鹽還原提供的硫?qū)?dǎo)致金屬的沉淀富集。張有喻(2004)、張君峰等(2005)等在阿克1井儲(chǔ)集層段砂巖獲得的自生伊利石K-Ar年齡值集中于38.55～32.6Ma和23.32～18.79Ma兩段,前者相當(dāng)于漸新世(巴什布拉克沉積期),后者相當(dāng)于中新世早期(克孜洛伊沉積期),這與漸新世巴什布拉克組(E3-N1b)—中新世克孜洛伊組(N1k)間的平行不整合(小角度不整合)相對(duì)應(yīng)。鉛鋅礦的成礦時(shí)代與形成早期油藏的時(shí)代是大體一致的,均與早期喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)(漸新世晚期)有關(guān),西昆侖的北移與西南天山相連,切斷了盆地與海洋間的廣泛連通,古地中海的向西消退形成了塔里木盆地(郝詒純等,2002)。該構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造就了塔里