-、铜矿带地质
东天山土屋-赤湖斑岩铜矿带位于塔里木板块与准噶尔板块对接带北侧，即哈尔力克-大南湖晚古生代陆缘岛弧带，次级构造单元为企鹅山石炭纪增生岛弧（图2-107）。
图2-107 东天山区域构造分区略图
（一）地层
区域地层属两个地层区。以康古尔塔格深大断裂为界，北部为准噶尔地层区之哈尔里克地层小区；南部为北天山地层区之秋格明塔什—黄山地层小区。前者出露地层有泥盆系、石炭系、侏罗系；后者出露地层为石炭系。区内第四系分布较广泛。
泥盆系出露下统大南湖组，分布于成矿带西北，是一套海相-陆相中基性火山熔岩和中酸性火山碎屑岩建造。厚度大于2000m。
石炭系包括企鹅山群（C1-2Q）、梧桐窝子组（C1-2w）和上石炭统干墩组（C2g）和土屋组（C2t）。企鹅山群（C1-2Q）分布于成矿带中偏北部，属哈尔里克地层小区。介于大草滩深大断裂与康古尔塔深大断裂之间，地层南老北新，北部被侏罗系、第四系大面积覆盖。为一套海相中基性火山岩-碎屑岩建造，由两个组构成。第一组（C1-2Q1）岩性组合为（含砾）长石岩屑砂岩、砾岩、千糜岩、沉凝灰岩夹凝灰岩及玄武岩，厚度大于526.06m；第二组（C1-2Q2）主要由一套中—基性火山岩组成，岩性组合为玄武岩、安山岩夹火山角砾岩、长石岩屑砂岩、凝灰岩、沉凝灰岩、复成分砾岩，火山熔岩以连续喷溢形式出现，占总厚度的80%以上，是企鹅山群熔岩最集中的地段，土屋、延东等斑岩型铜（钼）矿即产于侵入于该组次火山岩地层的浅成-超浅成侵入体中，与第一组呈断层接触，厚度1398.23m。
梧桐窝子岩组（C1-2w）分布于成矿带东南角，属秋格明塔什-黄山地层小区。该岩组为一构造混杂堆积带，由韧性基质（千糜岩、砂质千糜岩、片理化长石岩屑砂岩）和构造岩块（蛇绿岩、生物碎屑灰岩）组成。厚度大于1000m。
上石炭统干墩岩组（C2g）大面积分布于成矿带中南部，康古尔塔格深大断裂以南，属秋格明塔什-黄山地层小区。主要为一套半深海-浅海相复理石杂砂岩建造。在韧性剪切递进变质作用下，岩石普遍发生强烈韧性变形，片理及构造透镜体发育。区内出露第一、二岩性段，地层南老北新。第一岩性段（C1-2g1）岩性组合为砂质千糜岩、绢云千糜岩、片理化沉凝灰岩、玻屑凝灰岩、近岩体为角岩，厚度大于8000m。第二岩性段（C1-2g2）岩性组合为砂质千糜岩、片理化糜棱岩化长石岩屑砂岩，局部夹沉凝灰岩及生物碎屑灰岩，近岩体为角岩，厚度大于1000m。干墩岩组千糜岩类岩石恢复原岩为长石岩屑砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩等。
上石炭统土屋组（C2t）仅有小面积分布于土屋铜矿区东北角，属哈尔里克地层小区。为一套动荡水体条件下的残余海盆沉积环境的碎屑岩建造。岩性组合有（含砾）长石岩屑砂岩、沉凝灰岩和生物碎屑灰岩。厚度大于1000m。
中侏罗统西山窑组（J2x）大面积分布于大草滩深大断裂南侧，产状平缓，倾角10°～25°之间，与下伏石炭系地层呈角度不整合接触。岩性组合有粗砂岩、细砂岩、粉砂岩、复成分砾岩、石英砾岩、含铁质结核、铁（硅）化木，夹菱铁矿层及煤层。属内陆湖沼环境沉积的产物。可见厚度小于86m。
第四系（Q）主要分布于北部EW向大沟中，东南角及其他地段少量分布。
（二）构造
成矿带位于准噶尔板块与北天山洋盆的接合地带，即哈尔里尔岛弧带企鹅山石炭纪岛弧中。根据地层时代、沉积建造、褶皱与断裂等特征，区内可划分二个二级构造单元、三个三级构造单元和六个五级构造单元（图2-107、图2-108、表2-61）。
以康古尔塔格深大断裂为界，以北属哈尔里克岛弧带，次级构造单元有大南湖泥盆纪岛弧、企鹅山石炭纪岛弧；以南属秋格明塔什-黄山海沟系，次级构造单元包括梧桐窝子石炭纪蛇绿岩构造混杂堆积带、干墩石炭纪残洋盆地和土屋石炭纪残余海盆。此外，尚有大面积侏罗系含煤沉积建造（南湖凹陷）分布。
上述六个五级构造单元的分布空间、形式不同，其内部构造发育情况亦有差异。褶皱构造主要分布于企鹅山石炭纪岛弧和干墩石炭纪残洋盆地中。断裂构造广泛分布，主要构造线呈近EW向（NEE向），与区域构造线方向基本一致。
企鹅山群总体呈现一倒转的大型复式褶皱。区内出露为褶皱的东部，位于大草滩深大断裂与康古尔塔格深大断裂之间，由企鹅山群第一、二组组成，总体枢纽方向近EW，其核部及两侧浅成侵入体较发育。该褶皱由于遭受断块抬升和后期韧性剪切的改造与破坏，其完整形态已难恢复，仅局部地段残存有次级背、向斜。石炭系梧桐窝子岩组和上石炭统干墩岩组内以形成紧密同斜褶皱、剪切褶皱为主，表现在弱变形域中残留一些褶皱的转折端。
区内断裂较发育，按其展布方向主要分三组：近EW向（NEE向）断裂、NW向断裂、NE向断裂。断裂性质分为韧性断裂、韧-脆性断裂、走滑断裂，部分断裂性质不明。其中近EW向断裂为区内主要构造线，严格控制区内地层、构造及矿产分布。
图2-108 土屋-延东斑岩铜矿所在的区域构造位置示意图
表2-61 区域构造划分一览表
康古尔塔格深大断裂 横贯图幅中部，为准噶尔微型板块和塔里木板块分界断裂。断裂走向近EW向展布。区内延伸长20km，断裂带宽100～300m，倾向S、倾角70°±，具韧-脆性复合性质。断裂带内糜棱岩化、绿帘石化、绿泥石化、硅化发育，构造角砾岩、糜棱岩、石英脉、花岗细晶岩脉等沿断裂带广泛分布。韧性变形标志有变质分异条带、拉伸线理、石香肠、剪切褶皱、揉皱、片理、劈理等。该断裂在航片上、航磁及重力异常图皆有明显显示。
大草滩大断裂 分布于测区北部，为秋格明塔什-黄山韧性剪切影响带的北部边界。走向NEE，在区内延伸长16km，断裂带宽30～100m，地表产状S倾，倾角50°～80°，深部向北倾斜。沿断裂带石英脉、辉绿岩脉、细晶岩脉、糜棱岩化岩石、构造角砾岩、劈理、构造透镜体等成带状广泛分布。断裂经历了由北向南的仰冲推覆、晚期走滑剪切以及后期脆性活动。
秋格明塔什-黄山韧性剪切带 位于康古尔格深大断裂以南，以北与大草滩深大断裂之间为其影响带。该剪切带是两大板块的对接缝合带，至少经历了四个不同变形期次。第一期变形发生在两大板块对接碰撞初期，属地壳较深部构造层次的压扁剪切变形机制；第二期变形形成于碰撞聚合中期，为逆冲推覆简单剪切机制；第三期变形发生在水平走滑阶段，为简单剪切变形机制；第四期变形形成于碰撞闭合末期，属地壳浅部构造层次中的塑—脆性变形机制。区内包括土屋、延东在内的大、中型铜、金等矿床均受韧性剪切影响带的控制。
（三）侵入岩
区内侵入岩不甚发育，主要分布于图幅的北部和东南部，出露面积约52km2，约占图幅面积的13%。岩石类型较齐全，从基性—酸性均有出露，以偏酸性侵入岩为主，它们均属正常系列。侵入体规模小，多为岩株、岩墙、岩脉，形成时代为晚泥盆世至晚二叠世（表2-62）。浅成侵入的次闪长玢岩和斜长花岗斑岩均有强弱不均的铜矿化，土屋铜矿和延东铜矿即产于此类浅成侵入体中。
表2-62 区域侵入岩划分简表
此外，区内脉岩较发育，类型较多，基性—酸性岩脉及石英脉均有出露。基性岩脉主要集中分布于大草滩深大断裂以北；中性岩脉次闪长玢岩及石英脉主要分布于康古尔塔格深大断裂以南，成群成带分布，这些脉带的形成均与剪切作用有关。另在两大断裂之间见少量中酸性岩脉，部分脉岩中可见到零星孔雀石化，与斑岩型铜矿化关系密切。
（四）火山岩
区内火山岩较发育，分布在泥盆系大南湖组、石炭系企鹅山群、梧桐窝子岩组、干墩岩组和土屋组。其中土屋组在该图幅中出露面积不足6km2，火山岩中仅有少量沉凝灰岩分布，以下不再叙述。按火山喷发时代、产出的构造环境以及与地层关系将其划分为大南湖旋回、企鹅山旋回、梧桐窝子旋回和干墩旋回，各旋回之间均以断层接触。
1.大南湖旋回
仅在图幅西北角出露该旋回大南湖组第二段，面积约10km2。火山岩为爆发相的火山角砾岩，喷溢相的安山岩、玄武安山岩及少量玄武岩、英安岩，构成5个喷发韵律，喷发指数72.21%，爆发指数22.3%，属以喷溢为主的间歇式火山活动。火山岩呈面状分布，火山碎屑岩不发育。
大南湖旋回火山岩岩石化学及地球化学特征见表2-63。里特曼指数0.81～2.26，属钙碱性岩系类型。岩石系列为钙碱—拉斑系列。火山岩天然组合为旧金山型。岩石组合为玄武岩—安山岩—英安岩。中性熔岩显示出低Al、Ti，贫K富Na特征。基性熔岩则具高Al、贫Ti、K特点。副矿物组合为榍石型，含石榴子石、孔雀石、角闪石、锆石等。锆石晶形为复四方双锥柱状，见各种形状无色气液包裹体。微量元素及稀土元素特征均反映其属岛弧环境。
表2-63 区域火山岩岩石化学、地球化学特征—览表（wB/%）
2.企鹅山旋回
该旋回火山岩分布在图幅中偏北部，面积约40km2。为一套中基性火山岩-碎屑岩建造。企鹅山群火山岩以第二组最为发育。
第二组由9个韵律构成，主要为喷溢-沉积相。喷溢相为安山岩、玄武岩，有少量爆发相的火山角砾集块岩；沉积相为复成分砾岩。在横向上，玄武岩、安山岩的分布和延伸较连续，两者厚度比例相当。
第一组由6个韵律构成，主要为喷发-沉积相。喷发沉积相为沉凝灰岩，沉积相为长石岩屑砂岩，砾岩和千糜岩；另有少量的爆发相凝灰岩及喷溢相的玄武岩，在横向上延伸性较差。
火山岩岩石化学特征见表2-63。里特曼指数1.42～3.06，属钙碱性岩系类型。岩石系列以钙碱系列为主，碱性和拉斑系列次之，具过渡特征。岩石组合为玄武岩-安山岩-英安岩。微量元素含量及稀土丰度特征均反映其构造位置为岛弧环境。
3.梧桐窝子旋回
分布在图幅的东南角，面积不足4km2。形成于早石炭世至晚石炭世早期。总体为一构造混杂堆积体，即由构造岩块和韧性基质组成。蛇绿岩套出露层位有第二层辉长岩，第四层枕状熔岩。外来岩块为生物碎屑灰岩。韧性基质为千糜岩、砂质千糜岩、片理化长石岩屑砂岩。蛇绿岩块与韧性基质多以韧性断裂接触，构造变形差异甚大，基质韧性变形强烈，普遍遭受剪切，岩块仅发生片理化。
该蛇绿岩套火山岩石化学特征见表2-63。从表中可知，枕状玄武岩具有低K2O、P2O5、TiO2，较高的CaO，与洋脊拉斑玄武岩特征相似。为SiO2不饱和岩石，标准矿物未见石英。里特曼指数1.95，碱度为钙碱性岩石类型。岩石系列以拉斑系列为主。微量元素配分型式为平缓型，稀土曲线为轻稀土亏损型，与洋中脊拉斑玄武岩分布形态一致。火山岩天然组合为黄石公园型。副矿物组合为锆石型，锆石呈浑圆复四方双锥柱状，棱角多被熔蚀，多见无色气液包裹体。
梧桐窝子岩组中的蛇绿岩套原始产出构造环境为洋中脊，具洋中脊扩张型蛇绿岩模式。
4.干墩旋回
该旋回在本图幅出露面积约200km2，其中火山岩约占1/3。岩石普遍受到剪切，片理化、糜棱岩化强烈，原始沉积构造形迹已严重破坏改造，为无序地层。
该旋回火山岩仅有沉凝灰岩和玻屑凝灰岩，呈团状、透镜状分布。火山碎屑岩里特曼指数0.68，属钙碱性岩系类型。
（五）变质作用
以康古尔塔格深大断裂为界，以北属准噶尔变质区，哈尔里克变质带；以南属北天山变质区，秋格明塔什-黄山变质带。区内变质作用的类型分为：区域变质作用、动力变质作用和热接触变质作用。
1.区域变质作用
主要表现为区域埋深变质。以大草滩深大断裂为界，以北属葡萄石—绿纤石相，变质原岩为泥盆系中基性火山岩+酸性火山碎屑岩，岩石变质程度低且不均匀，变形弱，无片理化现象，原始组构大多保持良好。变质矿物主要有葡萄石、绿泥石、绿纤石、绢云母、钠长石、方解石、石英。以南属低绿片岩相，变质原岩为石炭系长石岩屑砂岩+中基性火山岩+火山碎屑岩，变质矿物主要有黝帘石、黑云母、绿泥石、绢云母、钠长石。该变质作用与成矿关系不大。
2.动力变质作用
动力变质作用属后期叠加的区域低温动力变质作用，形成脆—韧性剪切变形。
主变形带呈近EW向展布，分布于康古尔深大断裂以南。表现为岩石片理发育，原始组构破坏较大，以糜棱岩—千糜棱岩组合为代表，变质矿物主要有绿泥石、绿帘石、石英、绢云母、长石、黝帘石、阳起石、黑云母及长石石英粒状集合体。
影响带分布于康古尔深大断裂以北、大草滩断裂以南，在脆—韧性断裂、韧性断裂发展后期，形成较多的构造角砾岩、碎粒岩、和糜棱岩化岩石等。脆—韧性剪切作用形成的变质热液引发的元素交代、活化，并在后期脆性变形形成的扩容空间迁移、富集和定位，是本区重要的成矿作用方式之一。
3.热接触变质作用
区内影响范围小，仅沿各类侵入岩体的边缘分布，属钠长绿帘角岩相，变质原岩为大南湖组第二段的火山岩及土屋组和干墩组的碎屑岩。变质矿物主要有黑云母、石英、阳起石、斜长石、绿泥石、钠长石。
二、典型矿床——土屋铜矿床
土屋铜矿床地处哈密市东南。位于康古尔大断裂北侧的哈萨克斯坦—准噶尔板块与塔里木板块对接带北侧，即哈尔里克-大南湖晚古生代陆缘岛弧带，次级构造单元为企鹅山石炭纪增生岛弧，处在康古尔-黄山韧性剪切带的北部边缘影响带中（图2-109）。矿带长2500m，宽100～300m，总体呈走向近EW向的带状分布，由三个矿体构成。
（一）矿床地质特征
土屋铜矿区主要出露地层为石炭系企鹅山群，包括三个非正式的组。第一组由内源碎屑岩、沉凝灰岩组成，局部夹少量生物灰岩、砂砾岩等。第二组岩性为灰绿—紫红色拉斑玄武岩、安山岩、玄武安山岩等，其间夹有英安岩、火山角砾岩、复成分砾岩和砂岩。第三组岩石组合为灰色—绿灰色砂岩、含砾砂岩、中酸性角砾岩、玄武岩等。铜矿床分布于第二、三组的分界处。
成矿斑岩体是由早期闪长玢岩体和晚期斜长花岗斑岩体组成的复合岩体，呈近EW向长条状分布于似箱状背斜核部。岩体已卷入韧性变形，局部糜棱岩化并矿化。岩体侵入时代为华力西晚期（早二叠世）。
图2-109 土屋-延东一带地质构造简图
含矿岩体产于似箱状背斜的核部，矿（化）带产于韧性剪切带边缘的弱变形域之中或旁侧。
矿体主要赋存于斑（玢）岩体内，少量分布于围岩中。矿体呈似透镜状雁列分布，平、剖面均呈“多”字形排列组合（图2-110）。矿体走向NEE，向S陡倾斜，向W侧状，侧伏角较小。
图2-110 土屋、土屋东铜矿床地质图
矿带中共圈出三个矿体，编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。
Ⅰ号矿体呈平行状分布于Ⅱ号矿体以北、0线以东，并延出勘探区外；控制矿体长1300m，宽度8.00～87.00m，平均宽度38.94m；地表铜品位平均0.3%，钻孔平均品位0.35%，延深大于400m。
Ⅲ号矿体呈平行状位于Ⅱ号矿体西南侧，并与Ⅱ、Ⅰ号矿体总体构成轴向近EW的右行斜列式产出。分布于39～23线之间，控制矿体长380m，呈透镜状。总体走向92°，倾向182°，倾角73°。最大宽度54.05m，最小7.18m，平均22.84m。单样Cu品位主要集中在0.20%～0.70%之间，最高1.69%。单工程Cu品位最高0.58%，最低0.23%，平均0.37%。本次勘探对其深部进行了稀疏（2个钻孔）控制，钻孔中单样主要集中在0.15%～0.35%之间，大于0.5%的单样偶见。证实矿体主要由地表矿组成，深部仅在局部地段可圈出厚度不大的低品位矿体。
Ⅱ号矿体地表控制长990m，分布在TC25至TC14间，控制最大斜深755m。其上部为氧化矿，下部为原生矿。根据钻孔控制发现Ⅱ号矿体原生矿由6个子矿体组成，编号自上至下分别为Ⅱ-①、Ⅱ-②、Ⅱ-③、Ⅱ-④、Ⅱ-⑤和Ⅱ-⑥。其中Ⅱ-③为主矿体，规模最大；Ⅱ-①、Ⅱ-②规模小，呈脉状、似层状排列在主矿体上盘；Ⅱ-④号矿体规模稍大局部尚可圈连工业矿体。Ⅱ-⑤、Ⅱ-⑥规模甚小，均为盲矿体，呈脉状或透镜状赋存于主矿体下盘，主要分布在0线以西。
矿石类型为典型的细脉浸染状铜（钼）建造。矿石金属矿物比较简单，以黄铜矿、黄铁矿为主，偶见少量斑铜矿、铜蓝和辉铜矿。黄铁矿主要发育于矿体顶、底板，主矿体中基本无黄铁矿存在。脉石矿物以新生石英、绢云母为主，其次为绿泥石、长石和碳酸盐矿物。
矿石结构属中—细粒半自形—他形粒状结构。矿石构造：在主矿体中为与石英细脉共存的细脉浸染状、团块状构造，主要见于闪长玢岩体内；在斜长花岗斑岩体中，矿化则以浸染状为主。
矿体蚀变类型齐全，分带明显，矿体及顶板蚀变强度大于底板。自中心向两侧可划分出强硅化带、黑云母带、石英-绢云母带、绢云母（泥化、石膏化）-青磐岩化带。黑云母带基本分布在主矿体内部。
（二）成岩成矿地质年代学
土屋斑岩型铜矿的成岩成矿时代目前尚有分歧，根据1996年1∶5万区调联测（化石及地层对比）。该矿床的容矿岩所赋存的地层确定为下石炭统企鹅山群，显然容矿岩的成岩时代应为早石炭世或晚于早石炭世。
土屋蚀变钠长花岗斑岩K-Ar年龄为（310.95±4.57）Ma，含矿石英39Ar/40Ar年龄为（347.3±2.1）Ma（秦克章，2000），3组锆石的U-Pb表面年龄为358～367Ma，而闪长玢岩获得的2组锆石的U-Pb年龄为391～443Ma（芮宗瑶，2001）；土屋-延东辉钼矿Re-Os等时线年龄为（322.7±2.3）Ma，模式年龄为（318±2）Ma～（325±5）Ma（芮宗瑶，2001）；延东蚀变钠长花岗斑岩中绢云母K-Ar年龄为（341.21±4.9）Ma，而其单颗粒锆石的U-Pb年龄为（356±8）Ma（秦克章，2000）。而任秉琛对土屋斜长花岗斑岩进行锆石U-Pb法测定，获得其年龄值为（301±13）Ma。为此芮宗瑶等认为该矿床的容矿岩形成于泥盆纪。
而李文明等根据容矿岩的综合特征.认为这些同位素年龄较合理的解释是：（443±26）Ma（晚奥陶世）的锆石年龄应为容矿岩中碎屑锆石年龄。而（456±8）Ma、（361±8）Ma的锆石年龄可能是该容矿岩的前身——含铜的中酸性—基性火山岩或矿源层形成年龄。而（341.21±4.9）Ma的K-Ar法年龄与（322.7±2.3）Ma的辉钼矿Re-Os年龄为容矿岩最后形成年龄（蚀变及第一次矿化年龄）。
三、成矿条件和矿床地质模型
斑岩型铜矿床为东天山重要矿床类型。已知产地8处。主要有土屋、延东、土屋东、维权、灵龙和雅满苏等6个铜矿区。成矿条件包括：①产于造山带内，与汇聚阶段的大规模钙碱性花岗岩类有关；②赋矿岩石类型有：石英闪长玢岩、斜长花岗斑岩、花岗斑岩、花岗闪长斑岩、英安岩、二长斑岩、长英质爆破角砾岩等；③矿石建造以Cu-Mo型为主，也有Cu-S型、Cu-Au型等；④成矿斑岩体多是多期次、高侵位的小岩体。斑岩体与附近的深成岩基有直接联系，岩基的剥蚀程度相对较低；⑤围岩蚀变强烈而分带，以矿体为中心向两侧的矿化分带为：石英核（强硅化一绢云母化带）、黑云母化带、石英-绢云母带、泥化带、青磐岩化带，黑云母化与硅化蚀变强烈叠加时，铜元素富集强度增加；⑥区域地球化学场为Cu、Mo、Au、Ni、Co、Zn高背景场；⑦遥感特征：两种色调的交界面，呈透镜状的白色与灰色（或红斑杂色）交接处；⑧地表直接找矿标志：孔雀石化。
矿床地质模型：
矿床成矿过程与板块碰撞造山变形演化相伴随。
造山褶皱和深断裂导致深源钙碱性花岗质岩浆上侵，其前峰（顶部）就位于背斜核部，形成含矿闪长玢岩—斜长花岗斑岩体；
脉动式挤压造山继续进行，韧性断裂沟通深部同源残余含矿岩浆热液上涌，进入高渗透韧性变形带，发生流体循环和少量矿质沉淀；
造山抬升，韧性挤压带转化为脆一韧性剪切带，矿液被“抽吸”到剪切带张性空间，随着温压剧降，矿质沉淀，形成铜矿体。
成矿是在构造运动明显的环境下发生的，矿化明显受断裂构造控制（图2-111）。
图2-111 土屋斑岩铜矿成矿地质模型