摘要
新疆哈密土屋铜矿是东天山造山带内一大型斑岩型矿床。本文基于钻孔岩心观察和岩石地球化学分析，揭示了土屋矿区矿脉分带规律和成矿斑岩体特征，总结了找矿标志。本研究表明，矿脉从浅部到深部具有明显的垂向分带特征，依次为裂隙脉带、细（网）脉带、大脉带、网脉带和“石英核”。成矿斑岩体为斜长花岗斑岩，其为钙碱性岩石，稀土元素呈右倾配分模式，具 Eu弱正异常及 Nb、Ta、Sr、Ti负异常，显示埃达克质岩特征。早石炭世斜长花岗斑岩-闪长玢岩成矿“岩套”、东西向构造、矿脉分带、蚀变分带、Cu元素异常以及高极化率、中低电阻率和弱—中磁等物探异常均可作为土屋矿区及区带内斑岩型矿床的找矿标志。该研究可为东天山地区斑岩型铜矿的勘探提供理论依据和实践指导。
Abstract
The Tuwu copper deposit in Hami, Xinjiang is a large porphyry deposit in the East Tianshan Orogenic Belt, northwest China. Based on drill core observations and petrogeochemical analysis, this study investigates the zoning pattern of ore veins, analyzes the characteristics of the ore-forming porphyry, and summarizes prospecting indicators of the Tuwu deposit. The results indicate that the deposit exhibits distinct vertical vein zoning from shallow to deep levels, sequentially comprising a fracture vein zone, stockwork vein zone, large vein zone, dense stockwork zone, and "quartz core". The ore-forming porphyry is plagiogranite porphyry, which belongs to the calc-alkaline series. It displays a right-sloping REE pattern with weak positive Eu anomalies and negative Nb, Ta, Sr, and Ti anomalies, indicating adakitic affinity. Prospecting indicators for porphyry-type deposits in the Tuwu ore district and surrounding areas include: the Early Carboniferous plagiogranite porphyry-diorite porphyrite metallogenic "suite", E-W-trending structures, ore vein zoning, alteration zoning, Cu geochemical anomalies and geophysical anomalies (high polarization, moderate-low resistivity, and weak-magnetic signatures). The results of this study provide both theoretical and practical guidance for porphyry copper exploration in the East Tianshan.
0 引言
斑岩型矿床是全球铜和钼的主要来源，长期以来一直是矿床学研究的热点，前人在大地构造背景、岩浆起源与演化、成矿流体、矿化蚀变分带、成矿模式等方面取得了丰硕的研究成果（Lowell and Guilber，1970；芮宗瑶等，1984；翟裕生等，1992； Richards，2003；陈富文等，2005；Cooke et al.，2005； Sillitoe，2010；陈华勇和吴超，2020；侯增谦等， 2020； Zheng et al.，2020）。斑岩型矿床具有经典的蚀变分带特征，一般由成矿斑岩向外具有石英核、钾化带、绢英岩化带、青磐岩化带和高级泥化带，多呈面状分布（Lowell and Guilber，1970；Hou et al.， 2009；Sillitoe，2010）。斑岩型矿床特征的脉状矿化与蚀变分带密切相关，M 脉（磁铁矿脉）发育在早期的 Ca-Na 化蚀变带，钾化阶段发育不规则的贫矿A 脉（贫硫化物石英细脉）、中期钾化向绢云母化转换阶段发育脉壁平直的富铜或钼B脉（石英—黄铜矿或石英—辉钼矿脉）、晚期绢云母化阶段发育富低温硫化物的宽大D脉（石英—黄铁矿脉）（Arancibia and Clark，1996；孙燕等，2012；卿敏等，2019）。脉体系统和热液蚀变分带特征构成了斑岩型矿床重要的地质找矿标志，并广泛应用于找矿实践中。
位于新疆哈密境内的土屋铜矿（中心坐标：东经 92°36'48″，北纬 42°07'00″）是东天山造山带内一大型斑岩型矿床，铜金属量约 44.13万 t。前人已开展了大量的研究，以往的研究多聚焦于成矿动力学背景、成矿岩体岩石地球化学、成矿年代学、成矿阶段、矿床成因等（潘鸿迪等，2013；Shen et al.，2014； 王银宏等，2014；王云峰等，2016； Zhang et al.， 2019），Wang et al.（2021）对土屋铜矿矿脉的形成阶段及对应的蚀变特征进行了系统的总结，但其在垂向上的分带特征以及在勘查工作中简便易用的规律研究仍需要进一步加强。
本文在前人研究基础上，基于钻孔岩心的观察、编录，分析了研究区主矿脉的分布规律，结合岩石地球化学等分析探讨了成矿斑岩体特征，进而总结了该区成矿规律及找矿标志，以期为该地区找矿预测提供理论借鉴。
1 地质背景
东天山造山带位于中亚造山带的南部（Xiao et al.，2004），是中亚增生型造山带的重要组成部分 （图1a）。以卡拉麦里断裂和阿其克库都克断裂为界，将其划分为北部的哈尔里克岛弧带、中部的觉罗塔格构造带和南部的中天山地块（Xiao et al.， 2004；王京彬等，2006）。觉罗塔格构造带以康古尔剪切带为界，以北为大南湖—头苏泉岛弧带，以南为阿奇山—雅满苏岛弧带，沿大草滩断裂又将大南湖—头苏泉岛弧带划分为卡拉塔格亚带和小热泉子—土屋亚带（龙灵利等，2019），土屋铜矿则位于小热泉子—土屋亚带内（图1b）。
小热泉子—土屋成矿亚带主要发育石炭纪火山岩地层，以小热泉子地区的小热泉子组和土屋— 延东一带的企鹅山群（组）、底坎儿组为代表（张洪瑞等，2010；肖伟峰等，2011），以及少量二叠系（图2b）。该带以发育晚古生代花岗岩基为特征（Allen et al.，1993；Gao et al.，1998），以及361～330 Ma斜长花岗岩（芮宗瑶等，2002；张连昌等，2004；Zhang et al.，2008）、335 Ma 英云闪长岩（王银宏等，2014）及 325 Ma石英钠长斑岩（肖兵等，2016）侵入到石炭纪火山岩地层中，其具有埃达克岩特征，与成矿关系密切。该带主要发育有三岔口、玉海、赤湖、灵龙、土屋、延东、福兴、帕尔塔格西等斑岩型矿床（图1b），主要形成于泥盆纪—早石炭世和中—晚石炭世（何西恒等，2023）。
2 矿床地质特征
土屋铜矿位于康古尔断裂和大草滩断裂之间，矿区内发育近东西向、北西向和北东向断裂。区内出露的地层主要为下石炭统企鹅山群、侏罗系西山窑组以及第四系（图2a），矿体主要赋存于企鹅山群地层中。企鹅山群主要包含 3 个岩性段：第一岩性段由陆内碎屑岩、沉凝灰岩组成；第二段主要由中基性熔岩组成，包括玄武岩、玄武安山岩和安山岩等，夹有英安岩和火山碎屑岩；第三段主要由碎屑岩及中酸性火山岩组成，企鹅山群整体上南倾（侯广顺等，2005；王银宏等，2014），走向为北东东向，向南倾，倾角 43°~63°。西山窑组分布于矿区北部，岩性主要为砂岩、粉砂岩、泥岩和砾岩。矿区内主要发育斜长花岗斑岩、闪长玢岩等浅成侵入体，多呈脉状侵位于企鹅山群火山岩地层中。斜长花岗斑岩和铜矿化关系密切，也是重要的赋矿岩石，前人获得其成岩时代为333~346 Ma（刘德权等，2003；陈福文等，2005；Shen et al.，2014； Wang et al.， 2015）。
土屋铜矿共圈出 3 个矿体，在平面上呈右行斜列式分布，由东向西分别为 I、II、III 号矿体（图2a），产于斑岩体上覆围岩中；均由氧化矿和原生矿组成，氧化矿体以“顶盖”状覆于原生矿体之上。I 号矿体位于矿区东北侧，基本产于斜长花岗斑岩中，氧化矿长 1500 m，厚 3.82~82.13 m，平均厚 28.09 m，矿体总体走向75°~95°，向南倾，倾角60°~80°，Cu平均品位为 0.31%；原生矿长 1300 m，厚 3~10 m，平均厚9.12 m，矿体总体走向86°~266°，向南倾，倾角71°~78°，Cu平均品位为0.57%。II 号矿体为主矿体，位于矿区西南侧，东西向延伸，矿体主要赋存于火山岩地层中，小部分赋存于斜长花岗岩中；氧化矿长 990 m，厚 5~106 m，平均厚 62.5 m，矿体总体走向 80°~260°，向南倾，倾角 65°~80°，Cu 平均品位为 0.41%；原生矿体厚长 900 m，厚 0.94~141.5 m，平均 51.7 m，矿体总体走向81°，向南171°，倾角62°~83°， Cu平均品位为0.68%；III 号矿体位于II 号矿体西南侧，矿体形态呈不规则的透镜状，氧化矿体 400 m，最大厚度 52.93 m，矿体总体走向 93°，向南倾，倾角 60°~75°，平均品位 0.38%；原生矿规模较小，单工程平均厚度 4.08 m，矿体总体走向 92°，倾向南，倾角 70°~82°，沿倾向产状逐渐变陡。
金属矿物主要包括黄铜矿、黄铁矿、斑铜矿、辉钼矿、磁铁矿、辉铜矿，脉石矿物有石英、绢云母、绿帘石、绿泥石、黑云母、钾长石、石膏、长石、碳酸盐等；矿石结构为中—细粒半自形—他形结构，矿石构造主要为细脉状、细脉浸染状和团块状（木合塔尔·买买提等，2011；Wang et al.，2021）。以成矿岩体斜长花岗岩为中心，矿体多分布于其中及与围岩接触带中，围绕斜长花岗岩及矿脉向外形成强硅化 （多叠加绿泥石化）、黑云母化、绢英岩化及青磐岩化带（图2b～d）。
3 矿脉分带特征
3.1 矿脉形成期次
土屋铜矿矿脉从早到晚可划分为 4 个阶段（表1，Wang et al.，2021）。第一阶段（早阶段矿化）主要形成石英-磁铁矿-黄铜矿±黄铁矿（黄铜矿、钾长石）脉、石英-黑云母-黄铁矿脉和石英-钾长石±黑云母脉，矿脉宽 1~20 mm；第二阶段为主成矿阶段，以铜成矿为主，主要形成石英-黄铜矿-磁铁矿脉、石英-黄铜矿±黄铁矿脉、石英-黄铜矿-绿泥石±黄铁矿脉和石英-斑铜矿脉±黄铜矿±黄铁矿脉，矿脉宽 2~30 mm；第三阶段为主成矿阶段，以钼成矿为主，主要形成石英-辉钼矿-黄铜矿±黄铁矿脉、石英-辉钼矿-黄铁矿-绿泥石-绿帘石脉和石英-辉钼矿±黄铁矿脉，矿脉宽5~25 mm；第四阶段（晚期无矿阶段）主要形成石英±黄铁矿±碳酸盐脉、绿泥石±绿帘石脉和石英-石膏±碳酸盐脉等，脉宽1~20 mm。
表1新疆土屋铜矿矿脉类型及特征
注：Anh—硬石膏，Bn—斑铜矿，Bt—黑云母，Cal—方解石，Ccp—黄铜矿，Chl—绿泥石，En—硫砷铜矿，Ep—绿帘石，Kfs—钾长石，Mol—辉钼矿，Mt—磁铁矿，Py—黄铁矿，Qz—石英；据Wang et al.（2021）修改。
3.2 矿脉垂向分带特征
土屋矿区发育多阶段、多类型的矿脉。在垂向上，主成矿期形成矿脉的矿化类型、脉体大小、围岩蚀变等均有明显的分带性。本研究从勘查工作中易识别的特征入手，对矿化蚀变特征等进行总结，从浅部向深部，将矿脉划分为裂隙脉带、细（网）脉带、大脉带、网脉带和“石英核”（图3）。
浅部主要表现为闪长玢岩、（少量）斜长花岗斑岩中发育的裂隙-脉（图3a），沿细小裂隙（多<0.5 cm）充填黄铁矿，也可见石英-黄铜矿-斑铜矿细脉，且大多褐铁矿化、孔雀石化，越向深部原生硫化物变多。沿裂隙脉两侧强绿泥石化、绿帘石化。该带以氧化矿为主。
图3新疆土屋铜矿矿化分带示意图
a—II号矿体ZK1507钻孔，浅部绿泥石化闪长玢岩中裂隙发育，沿裂隙充填黄铁矿，少量可见Qz-Ccp-Bn充填，多孔雀石化、褐铁矿化；b—Chl、 Ser、Si化闪长玢岩中沿裂隙发育Qz-Bn-Ccp细脉；c—Kfs、Si化斜长花岗斑岩中发育的Q-Ccp-（Mol）、浸染状CCp矿化； d—网脉状Q-Ccp-Bn 矿脉；e—围岩少量残留，基本均为含矿石英（“石英核”）；Py—黄铁矿，Ccp—黄铜矿，Bn—斑铜矿，Mol—辉钼矿，Lm—褐铁矿，Chl—绿泥石， Ser—绢云母，Qz—石英；Kfs—钾长石；Si—硅化，K—钾化
细（网）脉带（图3b）是勘查工作中钻孔揭露的主要矿化带，矿化类型多样，包括石英-黄铜矿化、石英-黄铜矿-斑铜矿化、石英-黄铜矿-辉钼矿化、石英-石膏-黄铜矿脉等，脉体以 0.2~2 cm 大小居多，围岩蚀变以硅化、绢云母化、绿泥石化为主。
向下逐步过渡到大脉带（图3c），该带中的矿脉特征明显，容易识别，矿脉宽度多达3~5 cm，且脉壁较为平直。矿化类型主要为石英-黄铜矿-斑铜矿组合，黄铜矿一般沿裂隙分布在石英脉中间，斑铜矿则分布在石英脉两侧，靠近脉壁。
网脉带（图3d）矿物组合主要为石英-黄铜矿-斑铜矿，矿脉多介于0.5~1 cm。围岩蚀变以硅化、绢云母化为主。
深部“石英核”（图3e）仅在部分深孔中可见，主要由石英-黄铜矿-斑铜矿-辉钼矿组成，全岩强硅化，其中可见强绿泥石化围岩残块。
矿区目前揭露的矿体以浅部的裂隙脉和细脉带矿体，其深部的大脉带及“石英核”分布范围仍有待进一步查证。
4 分析方法
本研究共采集主要赋矿斜长花岗斑岩8件和闪长玢岩5件，在广州澳实矿物实验室进行主量、微量和稀土元素测试分析。
主量元素分析主要采用ME-XRF26X射线荧光光谱仪进行分析，FeO 采用 Fe-VOL05滴定法分析，二者的分析精度相对偏差<5%。微量元素和稀土元素采用ME-MS61r 四酸消解法电感耦合等离子体发射光谱与质谱和 ME-MS81g 熔融法电感耦合等离子体质谱完成，其分析精度相对偏差均<10%。
5 成矿斑岩体
早期研究认为土屋矿区的含矿斑岩主要为闪长玢岩，少量为斜长花岗斑岩或石英钠长斑岩（王福同等，2001；芮宗瑶等，2002；陈文明和曲晓明， 2002；任秉琛等，2002）。目前大部分学者认为成矿斑岩体为斜长花岗斑岩（张连昌等，2004；潘鸿迪等，2013；Shen et al.，2014；何西恒等，2023），也有学者认为其为英云闪长岩（王银宏等，2014；Wang et al.，2021），从其产出特征及与成矿关系等推测二者为同一地质体，仅为岩石学定名不同。王云峰等 （2016）认为除了斜长花岗斑岩外，引起伴生钼矿化的成矿地质体为324 Ma的石英钠长斑岩，但该岩体在土屋矿区无明显出露。
图4新疆土屋铜矿赋矿斜长花岗斑岩和闪长玢岩特征
a—II号矿体露采坑，矿体分布于斜长花岗斑岩脉两侧，二者侵入至闪长玢岩中；b—硅化、钾长石化斜长花岗斑岩中发育石英-黄铜矿-斑铜矿细脉；c—强烈绿泥石化、绿帘石化闪长玢岩；d—绿泥石化、绿帘石化闪长玢岩显微照片，岩石具斑状结构，斑晶主要为斜长石，基质具交织结构；e—斜长花岗斑岩显微照片，岩石具斑状结构，斑岩主要为斜长石和石英。
土屋矿区的矿体主要赋存在闪长玢岩中，少量赋存在斜长花岗斑岩（图4）中，但矿化及蚀变紧密围绕斜长花岗斑岩脉产出。越靠近斜长花岗斑岩脉，高温蚀变的硅化、钾长石化明显增强，岩石本身硅化也增强；同时斜长花岗斑岩及围岩闪长玢岩中含矿 Q-Ccp-Bn-Mol 矿脉明显增多，斜长花岗斑岩中发育浸染状黄铜矿化，这些特征均显示了斜长花岗斑岩与成矿具有密切的成因关联。赋矿斜长花岗斑岩与闪长玢岩岩石地球化学分析结果（表2，表3）显示二者主要为亚碱性岩石，以钙碱性岩石特征为主，特征类似（图5a）；稀土元素均具有右倾的配分模式，微量元素蜘蛛图配分模式也类似，闪长玢岩稀土总量略高些，均具 Eu 弱正异常，具 Nb、Ta、 Sr、Ti等的负异常（图5c、d），显示弧岩浆的地球化学特征。在Y-Sr/Y（图5b）图解中，斜长花岗岩斑岩表现出埃达克质岩特征，而闪长玢岩则为表现为普通岛弧岩浆岩特征，其与前人研究结果类似（Shen et al.，2014；王银宏等，2014）。斜长花岗斑岩和闪长玢岩均形成于俯冲岛弧环境，但成岩过程存在一定的差异性，具埃达克质的斜长花岗岩更具成矿潜力，结合矿区矿体空间产出规律，认为该区的成矿斑岩体为斜长花岗斑岩；而闪长玢岩可能仅为赋矿围岩，其与斜长花岗岩组成“成矿岩套”，构成该区重要的找矿标志之一。
图5新疆土屋铜矿区斜长花岗斑岩和闪长玢岩TAS图解（a，Middlemost，1994）、Y-Sr/Y图解（b）、稀土元素球粒陨石标准化图（c，球粒陨石标准化值据Sun and McDonough，1989）微量元素原始地幔标准化蜘蛛图（d，原始地幔标准化值据Wood et al.，1979）
表2东天山土屋铜矿区赋矿闪长玢岩和斜长花岗斑岩主量元素（%）地球化学数据
表3东天山土屋铜矿区赋矿闪长玢岩和斜长花岗斑岩微量元素（10-6）地球化学数据
注：（La/Yb） N为球粒陨石标准化值，标准化值引自Sun and McDonough，1989。
6 成矿规律与找矿标志
成矿岩体是斑岩型矿床重要的宏观找矿标志，土屋铜矿区的矿体主要围绕斜长花岗斑岩脉体周围分布，斜长花岗斑岩产出位置指示了成矿热液中心的位置，在其中或周边是有利的找矿区域。其次，闪长玢岩也是重要赋矿岩石，二者可能构成了该区有利的成矿“岩套”，可作为直接的找矿标志。
与典型的斑岩型矿床类似，土屋矿区具有以斜长花岗斑岩（脉）为中心的硅化、绢英岩化（叠加绿泥石化）、青磐岩化环带状蚀变，同时从浅部→深部，矿脉（体）具有从裂隙-脉→细脉→大脉→网脉 →“石英核”的分带规律，不同的脉带可互为找矿标志。如已发现细脉带，则可以进一步探索深部的大脉带、网脉带及“石英核”；如果已经探测揭露到石英核带，那么其深部的找矿空间相对就较小，更应注意边部的找矿，尤其是新的矿化中心（第二、第三个斜长花岗斑岩脉等）的寻找。
土屋矿区矿体的产出受构造控制明显，其主要以近平行区域断裂方向的北东向为主，控制了矿化蚀变带的分布，致矿斜长花岗斑岩也主要沿此断裂呈带状展布。再者，该区靠近康古尔韧性剪切带，受区域剪切作用影响，土屋铜矿目前圈出的I、II、III 号矿体呈透镜状、右行斜列状分布（图2a），显示韧性剪切作用对该区成矿具一定的改造作用。故在找矿过程中要注意沿构造带/成矿带的两侧延长端进行追索。同时，要根据已查明矿体，注意两侧右行雁列式矿体的寻找。
结合地质规律认识，物化探方法对该区找矿也具有明显的指示意义。土屋铜矿区存在 Cu、Au、 Ag、As、Sb、Bi、Mo等主成矿元素组合的化探异常，其与高极化率、中低电阻率和弱—中磁等物探组合异常套合较好的地段，是找矿的有利地区，同样可作该区的找矿标志之一。
土屋铜矿成矿规律及找矿标志的研究认识不仅可应用于该矿区深边部找矿预测工作中，亦可推广至东天山小热泉子―土屋成矿亚带内斑岩型矿床的找矿预测中。在东天山小热泉子―土屋成矿亚带内，早石炭世斜长花岗斑岩及闪长玢岩出露的地方、具 Cu 元素异常且具高极化率、中低电阻率和弱—中磁等物探异常的地区是找矿潜力区，若浅部地表已发现有孔雀石化、褐铁矿化裂隙脉发育，表明其深部具有找矿的良好空间，值得进一步探索、查证。
7 结论
（1）东天山土屋斑岩型铜矿床矿脉从浅部到深部，具有从裂隙-脉→细脉→大脉→网脉→“石英核”的分带规律。
（2）土屋铜矿的成矿斑岩体为斜长花岗斑岩，其为钙碱性岩石，稀土元素具有右倾的配分模式，具Eu弱正异常，Nb、Ta、Sr、Ti等的负异常，显示埃达克岩特征。
（3）早石炭世斜长花岗斑岩和闪长玢岩构成的成矿“岩套”、东西向构造、矿脉分带、蚀变分带、Cu 元素异常以及高极化率、中低电阻率和弱—中磁等物探异常均可作为土屋矿区及区带内斑岩型矿床的找矿标志。
致谢 本研究在野外过程中得到新疆哈密鼎新铜业股份有限公司占锋董事长、江山总经理、新疆地质矿产局第一地质大队刘承书等人的大力帮助，在此表示衷心的感谢。谨以此文献给北京矿产地质研究院有限责任公司 70 华诞，祝她蓬勃发展，再创辉煌！
注释
① 新疆地矿局第一地质大队 .2011. 新疆维吾尔自治区哈密市土屋铜矿床勘探报告[R].
