喀拉通克铜镍矿床南带控矿构造与岩浆侵位动力学

王学海 徐兴旺 牛磊

摘   要：喀拉通克矿床为中亚造山带中典型岩浆型铜镍硫化物矿床，矿区内发育NW向褶皱及NW向、NNW向、NE向断裂构造，基性含矿岩体与其关系密切。通过对矿区南岩带含矿基性岩体进行三维形态分布和坑道内断裂构造与矿体接触关系分析，认为矿区内岩矿体分布受NW向和NNW向构造控制，岩矿体具NNW向膨大变宽、NW向挤压变窄特征。矿区岩矿体分布及形态是在右行挤压剪切产生的NW和NNW向两组断裂控制下侵位的，含矿基性岩浆侵位时矿区处于挤压构造背景。指出构造挤压应力被中间岩浆房岩浆转为岩浆内压，岩浆内压的增加驱动岩浆房中分异的含矿岩浆依次往上搬运与侵位。这是铜镍矿床基性-超基性岩浆侵位的新动力学机制。

关键词：喀拉通克;基性岩体形态;控矿构造

新疆喀拉通克镁铁质-超镁铁质铜镍硫化物矿床位于中亚造山带南部，东准噶尔地块东北缘为新疆最大的铜镍硫化物矿床[1]。喀拉通克基性岩体形成于早二叠世[2-9];基性岩体岩浆源区为亏损的软流圈地幔，原始岩浆为高镁的拉斑玄武质岩浆[10，11];岩体混染了围岩导致“S”饱和[10，12];Y1-Y2岩体和Y2-Y3岩体为岩浆通道[11，13];大地构造背景为后碰撞伸展背景[10]。矿区内发育NW向褶皱及NW向、NNW向、NE向断裂，基性含矿岩体与此构造关系密切。Lightfoot，et al. 认为喀拉通克基性岩体侵位受右行剪切作用控制[14]。本文通过对矿区内南岩带含矿基性岩体进行三维形态分布和坑道内构造特征分析讨论上述存在问题。

1  区域地质背景

喀拉通克铜镍矿位于东准噶尔地块东北缘，北侧为阿尔泰造山带，以斋桑-额尔齐斯蛇绿岩带为界，西侧为准噶尔盆地。东准噶尔地块从北向南依次由NW向泥盆—石炭纪杜拉特岛弧、寒武—奥陶纪阿尔曼太蛇绿岩带、古生代野马泉火山弧和泥盆—石炭纪卡拉麦里蛇绿岩带组成[15-16]。区域上侵入岩种类较多，侵入时代主要为泥盆—二叠纪，从酸性岩-超基性岩均有产出，基性岩体沿额尔齐斯断裂两侧分布[12，17]。

2  矿区地质特征

喀拉通克矿区出露地层主要為泥盆纪蕴都卡拉组火山岩和石炭纪南明水组火山碎屑岩，南明水组火山碎屑岩为岩体围岩;构造包括一系列NW向褶皱及NNW向、NW向和NE向断裂。岩体包括基性岩体和中酸性斑岩，主要为NW向展布的9个基性岩体，编号Y1～Y9。据相对位置，Y1～Y3岩体构成南岩带，为主要含矿岩体，Y4～Y9岩体构成北岩带（图1）。矿区基性岩体主成岩成矿年龄约为287 Ma[2-5，8]，Y3岩体和Y5岩体存在约308 Ma和约320 Ma的闪长岩[7，9]。

2.1  南岩带岩矿体类型及分布

Y1岩体划分为4个岩相：橄榄苏长岩相、苏长岩相、辉绿辉长岩相和闪长岩相。橄榄苏长岩相主要为橄榄苏长岩，位于岩体中心;苏长岩和辉长岩相位于橄榄苏长岩边部;辉绿辉长岩相位于岩体边缘;闪长岩相位于岩体最上部[8，10]。矿石类型主要为块状矿体，位于岩体正中心，向外依次为海绵陨铁结构矿化角闪橄榄辉长岩、稀疏浸染状矿化角闪橄榄苏长岩和苏长岩。

Y2岩体以11勘探线为界分为东西两段，西段岩石类型主要为角闪橄长岩和角闪橄榄苏长岩，矿化以海绵陨铁结构稠密浸染状矿化和块状矿石为主;东段岩石以辉长苏长岩和闪长岩为主，少量橄榄辉长岩，矿石类型主要有海绵陨铁结构矿化的橄榄辉长岩和网脉状矿化的辉长苏长岩和黑云母闪长岩。

Y3岩体从上到下依次为黑云母闪长岩（约60%）、黑云母角闪辉长岩（20%～30%）和黑云母角闪苏长岩（10%～20%），矿化主要集中在底部辉长岩和苏长岩中（图1）[8]。

2.2  矿区构造

矿区构造主要包括褶皱和断裂两类。矿区出露褶皱由南向北主要包括南部向斜、南部背斜、中部向斜、北部背斜和北部向斜，轴面近直立，宽300～600 m，轴向120°～130°，两翼倾角20°～45°。矿区断裂构造较多，NW向断裂走向290°～310°，与区域构造线一致，倾向NE向和SW向，以NE向为主，倾角变化较大，为40°～70°，以逆冲断层为主，规模较大。矿区内大的NW向断裂构造包括F3和F9断裂;NNW向断裂走向340°～355°，倾向NE向，倾角50°～70°，规模较大，如F15和F18断裂;NE向断裂走向25°～35°，倾角变化较大，对北岩带岩体具破坏作用，如F21断裂（图1）。

3  南岩带典型岩矿体形态及岩     矿体与断裂构造关系

3.1  Y1基性岩体-矿体形态与控矿构造

选取Y1岩体650中段、770中段和926中段平面图，建立Y1岩体联合平面图（图2）。Y1岩体整体向SE侧伏，倾向NE向，主要包括闪长岩、辉长岩、稀疏浸染状矿化苏长岩、稠密浸染状矿化橄榄辉长岩和特富块状矿体。中段岩体形态不规则，呈蛇曲状，在650中段18线附近岩体膨大变宽，宽80～100 m，走向NNW向;在24线附近岩体变窄缩小，宽20～50 m，走向NW向;在28线附近岩体具膨大变宽特征，宽100～150 m，走向NNW向（图2）。岩体在770中段和926中段具相似特征，NW向变窄缩小，NNW向膨大变宽。稠密浸染状矿体不规则分布于闪长岩、辉长岩及稀疏浸染状矿化苏长岩中，如770中段平面图26勘探线和926中段42勘探线附近（图2）。

Y1岩体650中段块状矿体分布不连续，分为I1、I2、I3和I4 4个块状矿体，块状矿体和围岩呈接触关系（图3）。其中，I1矿体分布于21线到29线间，标高640～780 m;I2和I3矿体分布于29线到33线间，标高600～750 m;I4矿体分布于20线附近，标高580～660 m（图3）。I1矿体形状不规则，呈蛇曲状，在21线到24线间走向为NW向，挤压变窄，宽5～20 m。在24线到27线走向NNW向，矿体膨大变宽，宽20～50 m;I2和I3矿体走向NNW向，650中段整体较宽，呈脉状延伸;I4块状矿体呈纺锤状垂直分布（图3）。

3.2  南岩带岩体-矿体平面分布形态及控矿构造

选取Y1岩体650中段、Y2岩体西段530中段和Y2岩体东段350中段平面图，绘制岩矿体形态分布图（图4-a）。Y1和Y2岩体展布主要为NW向和NNW向，NW向矿体变窄缩小，NNW向矿体膨大变宽。Y1和Y2西段岩体呈蛇曲状，分布于基性岩体中，具和基性岩体相同构造特征，Y2岩体东段矿体主要为NW向和NNW向，沿NE向边界分布。

4  块状矿体控矿断裂特征

通过对坑道内断裂构造系统考察，发现块状矿体和围岩多呈断层接触，接触面上破碎带及擦痕清晰可见。Y2岩体西端498中段W1线中，块状矿体和顶界面接触界面弯曲，破碎带发育（图5-a），凝灰岩底界面擦痕特征明显（图5-b）;Y2岩体498中段4线中见块状矿体和下部凝灰岩呈不规则接触（图5-c）;Y2岩体西端498中段8线中见块状矿体与顶界面稀疏浸染状矿化苏长岩截然接触，表明块状矿体沿断层面后期贯入（图5-d）。

5  讨论

5.1  基性岩体-矿体与构造关系

南岩带Y1岩体整体显示歪斜漏斗状，SE向侧伏，倾向NE向。垂向上延伸大于水平方向延伸，向下岩矿体逐渐变窄。中段平面图中显示蛇曲状，岩矿体具NW向挤压变窄，NNW向膨大变宽特征;Y2岩体西段矿体及Y2岩体东段矿体沿NW向褶皱和断裂分布，水平延伸大于垂向上延伸，矿体主要走向为NW向和NNW向。

据岩石破裂准则（图4-b），在主应力σ1下，岩石破裂符合一定规律，形成破裂组合。最大剪切面为C面，形成C破裂，为压剪性破裂，与最大主应力σ1约呈45°夹角;T破裂平行最大主应力σ1方向，为张性破裂，与最大剪切面C呈45°夹角，平行最大主应力方向，易被后期岩矿体充填。对应于南岩带岩体中基性岩矿体的分布，NW向矿体具变窄特点，对应挤压C断裂，NNW向延伸矿物具膨大变宽特点，对应于张性T破裂。最大主应力为近NS向，整体具右行挤压剪切特点。

5.2  岩浆侵位动力学

含矿基性岩体在最大主应力为NNW方向挤压下，受NW向及NNW向两组剪切断裂控制侵位，即含矿基性岩浆侵位时矿区处于挤压应力作用下，这不同于之前認为是在拉张应力条件下侵位的[1，10，12]。关于岩浆运移与侵位动力，目前多认为主要是浮力作用，即密度较围岩低的岩浆在浮力驱动下向上迁移和运动[18]。此模型要求岩浆密度小于围岩密度。喀拉通克矿区含矿基性岩与块矿密度大于围岩密度。秦克章等对喀拉通克基性岩体密度进行统计，结果显示，从沉凝灰岩到硅质凝灰岩密度为2.769～3.044 g/cm3，基性岩体-矿体从闪长岩到半块状矿石密度为2.770～4.131 g/cm3，玄武质岩浆密度为2.95～3.4 g/cm3（图6）[19]。Xu et al.提出岩石圈中圈闭流体对弹性应力的传递与转换动力学理论[20]，认为岩石圈中圈闭流体可将其接受的最大挤压应力转为流体应力。本文用该理论来解释矿区密度大的成矿基性岩浆的搬运与侵位，即受挤压应力（F）作用下的中间岩浆房将该挤压应力转为岩浆内压，使岩浆房中岩浆内压增加（P¢l=Pl+F）（图7-a），然后在新增内压作用下，中间岩浆房中分异的不含矿岩浆、贫矿岩浆、富矿岩浆和矿浆依次往上搬运与侵位（图7-b）[21]。

6  结论

喀拉通克铜镍矿床岩矿体明显受构造控制，主要为NW向和NNW向展布，具NW向缩小变窄、NNW向膨大变宽特征，符合岩石破裂准则，表明其在右行挤压剪切作用力下顺着破裂构造侵位。认为基性岩体侵位过程中构造挤压造成喀拉通克基性岩体的侵位，侵位动力学机制为弹性应力传递与转换。是在挤压应力条件下中间岩浆房中分异的含矿岩浆依次侵位，这是镁铁质岩浆侵位的一种新机制。

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Abstract： The Kalatongke deposit is a typical Cu-Ni sulfide deposit in Central Asian Orogenic Belt （CAOB）. There are northwest trending folds and northwest （NW）， north northwest （NNW） and northeast （NE） trending faults in Kalatongke mining area， and the basic ore bearing rock mass is closely related to it. Through the analysis of the three-dimensional shape distribution of the ore bearing basic rock mass in the Southern rock belt of the mining area and the contact relationship between the fault structure in the tunnel and the ore body， it is considered that the distribution of the rock ore body in the mining area is controlled by the NW and NNW structures， and the rock ore body has the characteristics of expansion and widening in NNW direction and compression and narrowing in NW direction. The distribution and shape of rock ore bodies in the mining area were emplaced under the control of two groups of faults in NW and NNW directions generated by dextral compressive shear. The mining area was in a compressive tectonic background when the ore bearing basic magma was emplaced.It is pointed out that the tectonic compression stress is transformed by the magma in the middle magma chamber into intra magma pressure， and the increase of intra magma pressure drives the migration and emplacement of the differentiated ore-bearing magma in the magma chamber. This is a new dynamic mechanism of basic-ultrabasic magmatic emplacement in Cu-Ni deposits.

Key words： Kalatongke; Morphological characteristics; Ore-controlling structure