東天山土屋-赤湖斑巖銅礦帶位於塔裏木板塊與準噶爾板塊結合帶北側，即哈力克-大南湖晚古生代島弧帶，次級構造單元為企鵝山石炭紀增生島弧(圖2-107)。
圖2-107東天山區域構造分區示意圖
(1)地層
區域地層屬於兩個地層區。以康古爾塔格深大斷裂為界，北部為準噶爾地層區哈爾裏克地層群落。南部為北天山地層區的秋格明塔什-黃山地層群。前者出露地層為泥盆紀、石炭紀和侏羅紀。後者出露地層為石炭系。第四系在本區廣泛分布。
出露於成礦帶西北部的泥盆紀大南湖組是壹套海-陸相基性火山熔巖和中酸性火山碎屑巖。厚度大於2000米。
石炭系包括企鵝山群(C1-2Q)、梧桐窩子組(C1-2w)、上石炭統甘墩組(C2g)和土屋組(C2t)。企鵝山群(C1-2Q)位於成礦帶的中北部，屬於哈爾裏克地層群。大草灘深大斷裂與康古爾塔深大斷裂之間，地層南老北新，北部被侏羅系和第四系覆蓋。它是壹套海相基性火山巖-碎屑巖，由兩組組成。第壹組(C1-2Q1)由(礫)長石巖屑砂巖、礫巖、千枚巖、凝灰巖夾凝灰巖和玄武巖組成，厚度大於526.06米；；第二組(C1-2Q2)主要由壹套中基性火山巖組成。巖性組合為玄武巖、安山巖夾火山角礫巖、長石巖屑砂巖、凝灰巖、凝灰巖和復合礫巖。火山熔巖以連續噴發的形式出現，占總厚度的80%以上，是企鵝山群最集中的地區，如土屋、巖洞斑等。
梧桐窩子巖組(C1-2w)分布在成礦帶的東南角，屬於秋格明塔什-黃山地層群落。巖石建造是壹個構造混合堆積帶，由韌性基質(千枚巖、砂質千枚巖、片巖長石巖屑砂巖)和構造巖(蛇綠巖、生物碎屑灰巖)組成。厚度大於1000米。
上石炭統幹墩組(C2g)廣泛分布於成礦帶中南部，康古爾塔格深大斷裂以南，屬於秋格明塔什-黃山地層群落。主要為壹套半深-淺海復理石砂巖建造。在韌性剪切的遞進變質作用下，巖石中普遍出現強烈的韌性變形、片理和構造透鏡體發育。區內出露第壹、二巖性段，地層南舊北新。第壹巖性段(C1-2g1)的巖性組合為砂質千枚巖、絹雲母千枚巖、片巖凝灰巖、鏡質體凝灰巖，圍巖為角閃石，厚度超過8000米。第二巖性段(C1-2g2)的巖性組合為砂質千枚巖、片理化糜棱巖化長石巖屑砂巖，局部夾凝灰巖和生物碎屑灰巖，圍巖為角閃石，厚度大於1000米。甘墩組中的頁巖層狀巖石的原巖為長石巖屑砂巖、粉砂巖和泥質粉砂巖。
上石炭統土屋組(C2t)僅在土屋銅礦區東北角小面積分布，屬於Harlik地層群落。它是壹套在湍流水體條件下殘留盆地沈積環境中的碎屑巖。巖性組合包括(礫石)長石巖屑砂巖、凝灰巖和生物碎屑灰巖。厚度大於1000米。
中侏羅統西山窯組(J2x)廣泛分布於大草灘深大斷裂南側，產狀平緩，傾角10° ~ 25°，與下伏石炭系地層呈角度不整合接觸。巖性組合包括粗砂巖、細砂巖、粉砂巖、復合礫巖、應時礫巖、含鐵結核、鐵(矽化)木，含菱鐵礦層和煤層。屬於內陸湖泊和沼澤環境沈積的產物。可見厚度小於86m。
第四系(Q)主要分布在北部東西向沖溝中，東南角等地段有少量。
(2)結構
成礦帶位於準噶爾板塊與北天山洋盆的結合部，即哈裏勒島弧帶企鵝山石炭紀島弧。根據地層時代、沈積建造、褶皺和斷層等特征，將該區劃分為2個二級構造單元、3個三級構造單元和6個五級構造單元(附圖2-107、附圖2-108、表2-61)。
以康古爾塔格深大斷裂為界，北部屬哈裏克島弧帶，次級構造單元為大南湖泥盆紀島弧和企鵝山石炭紀島弧。南部屬秋格明塔什-黃山海溝體系，二級構造單元包括梧桐窩子石炭系蛇綠巖構造混合堆積帶、幹墩石炭系殘留洋盆和土屋石炭系殘留洋盆。此外，還有大面積的侏羅紀含煤沈積建造(南湖凹陷)。
上述六個五級結構單元的分布空間和形態不同，其內部結構發展也不同。褶皺構造主要分布在企鵝山石炭紀島弧和甘墩石炭紀殘留洋盆。斷裂構造分布廣泛，主要構造線近東西向(NEE方向)，與區域構造線方向基本壹致。
企鵝山群總體呈現壹個倒轉的大型復合褶皺。出露區為褶皺東部，位於大草灘深大斷裂與康古爾塔格深大斷裂之間。由企鵝山群第壹群和第二群組成，整體樞紐方向接近EW向，其核心及兩側淺部侵入體發育良好。由於斷塊隆起和後期韌性剪切的改造和破壞，褶皺的完整形態已難以恢復，局部地區僅殘留次級背斜和向斜。石炭系梧桐窩子組和上石炭統甘墩組主要形成緊密的向斜褶皺和剪切褶皺，表現在弱變形域殘留的部分褶皺轉折端。
本區斷層發育，按其分布方向主要分為三組:近東西向(NEE)斷層、北西向斷層和北東向斷層。斷裂性質分為韌性斷裂、韌脆斷裂和走滑斷裂，部分斷裂性質未知。其中近東西向斷裂是區內的主要構造線，嚴格控制著區內的地層、構造和礦產分布。
圖2-108土屋-延東斑巖銅礦區域構造位置示意圖
表2-61地區結構劃分列表
康古爾塔格深大斷裂貫穿圖中部，是準噶爾微板塊與塔裏木板塊的邊界斷裂。斷層走向近東西向。區內延伸長度20km，裂縫帶寬100～300m，傾角S，傾角70°，具有韌脆性復合特征。斷裂帶內發育糜棱巖化、綠簾石化、綠泥石化和矽化，沿斷裂帶廣泛分布有構造角礫巖、糜棱巖、應時脈和花崗巖細粒脈。韌性變形的標誌包括變質分異帶、拉伸線理、石香腸、剪切褶皺、褶皺、片理和解理。該斷層清楚地顯示在航空照片、航磁和重力異常圖上。
大草灘斷裂分布在測區的北部，是秋格明塔什-黃山韌性剪切影響帶的北界。走向NEE，區內延伸16km，斷層寬度30 ~ 100 m，南傾角50 ~ 80°，向北深傾。應時巖脈、輝綠巖巖脈、細粒巖脈、糜棱巖化巖石、構造角礫巖、解理和構造透鏡體沿斷裂帶廣泛分布。斷裂經歷了由北向南的逆沖推覆、晚期走滑剪切和晚期脆性活動。
秋格明塔什-黃山韌性剪切帶位於康古爾古深大斷裂的南部，其影響帶位於北部和大草灘深大斷裂之間。剪切帶是兩個板塊的接合縫合帶，至少經歷了四個不同的變形階段。第壹次變形發生在兩個板塊碰撞的早期，屬於地殼較深構造層次的壓扁剪切變形機制。第二次變形形成於碰撞聚合中期，為簡單的逆沖推覆剪切機制；第三次變形發生在水平走滑階段，為簡單剪切變形機制；第四期變形形成於碰撞閉合末期，屬於地殼淺部結構中的塑脆變形機制。該區包括土屋和延東在內的大中型銅金礦床均受韌性剪切帶控制。
(3)侵入巖
該區侵入巖不發育，主要分布在圖的北部和東南部，出露面積約52km2，占圖面積的13%。巖石類型比較齊全，有基性-酸性露頭，以酸性侵入巖為主，都屬於正常系列。侵入體規模較小，主要為巖石植物、巖脈和巖脈，形成於晚泥盆世至晚二疊紀(表2-62)。淺成侵入亞閃長斑巖和斜長花崗斑巖均有不均勻的銅礦化，土屋銅礦和延東銅礦就產於這種淺成侵入體中。
表2-62區域侵入巖劃分匯總
此外，區內有多種類型的巖脈，基性-酸性巖脈和應時巖脈均有出露。基性巖脈主要分布在大草灘深大斷裂的北部。中性巖脈、次閃長玢巖和應時巖脈主要分布在康古爾塔格深大斷裂的南部，呈帶狀分布。這些巖脈的形成與剪切作用有關。此外，在兩大斷裂之間發現少量中酸性巖脈，部分巖脈中可見零星孔雀石礦化，與斑巖銅礦化關系密切。
(4)火山巖
本區火山巖十分發育，分布於泥盆系大南湖組、石炭系企鵝山組、梧桐窩子巖組、幹墩巖組和土屋組。其中，圖中土屋組出露面積不足6km2，火山巖中僅分布少量凝灰巖，下文不再贅述。根據火山噴發的時代、構造環境和與地層的關系，可分為大南湖旋回、企鵝山旋回、梧桐窩子旋回和幹墩旋回，均與斷層接觸。
1.大南湖循環
僅該旋回大南湖組二段出露於地圖西北角，面積約10km2。火山巖為爆發型火山角礫巖、安山巖、玄武安山巖及少量玄武巖和英安巖，噴發指數為72.21%，噴發指數為22.3%，為以噴發為主的間歇性火山活動。火山巖呈面狀分布，火山碎屑巖不發育。
大南湖旋回火山巖巖石化學和地球化學特征見表2-63。Rietmann指數為0.81 ~ 2.26，屬於鈣堿性巖系。巖石系列為鈣堿性拉斑玄武巖系列。火山巖的自然組合是舊金山型。巖石組合為玄武巖-安山巖-英安巖。中性熔巖具有低鋁、低鈦、貧鉀、富鈉的特征。基性熔巖具有高鋁、低鈦、低鉀的特征..副礦物組合為榍石型，含石榴石、孔雀石、角閃石、鋯石等。鋯石晶形為四角雙錐柱狀，可見各種形狀的無色氣液包裹體。微量元素和稀土元素特征均反映其屬於島弧環境。
表2-63區域火山巖巖石化學和地球化學特征-概述(wB/%)
2.企鵝山地自行車賽
這壹旋回的火山巖分布在地圖的中北部，面積約40km2。是壹套中基性火山巖-碎屑巖。第二組中，企鵝山組火山巖最發育。
第二組由9個韻律組成，主要為溢流沈積相。噴發相為安山巖、玄武巖和火山角礫巖集合體，含少量爆炸相；沈積相是復雜的礫巖。在水平方向上，玄武巖和安山巖的分布和延伸是連續的，玄武巖和安山巖的厚度比相當。
第壹組由六個韻律組成，主要為噴發-沈積相。噴發沈積相為凝灰巖、長石巖屑砂巖、礫巖和千枚巖。此外，少量爆發凝灰巖和噴發玄武巖橫向延伸性差。
火山巖巖石化學特征見表2-63。Rietmann指數為1.42 ~ 3.06，屬於鈣堿性巖系。巖石系列主要是鈣堿性系列，其次是堿性和拉斑玄武巖系列，具有過渡性特征。巖石組合為玄武巖-安山巖-英安巖。微量元素含量和稀土豐度特征反映其構造位置為島弧環境。
3.梧桐窩子循環
分布在地圖的東南角，面積不到4km2。形成於早石炭世至晚石炭世早期。總的來說是構造混合堆積體，即由構造巖石和韌性基質組成。蛇綠巖套出露層位由第二輝長巖和第四枕狀熔巖組成。外來巖體為生物碎屑灰巖。韌性基質為千枚巖、砂質千枚巖和片巖長石巖屑砂巖。蛇綠巖塊多以韌性斷裂與韌性基體接觸，構造變形差異很大。基質韌性變形強烈，壹般被剪切，塊體只是碎片化。
蛇綠巖套火山的巖石化學特征見表2-63。從表中可以看出，枕狀玄武巖的K2O、P2O5、TiO2較低，CaO較高，與洋脊拉斑玄武巖相似。它是二氧化矽非飽和巖石，應時不是標準礦物。Rietmann指數為1.95，堿度為鈣堿性巖型。巖石系列以拉斑玄武巖系列為主。微量元素分布模式平緩，稀土曲線為輕稀土虧損，與大洋中脊拉斑玄武巖分布模式壹致。火山巖的自然組合是黃石國家公園類型。副礦物組合為鋯石型，鋯石呈圓形、四邊形、雙錐形，棱角多被侵蝕，常見無色氣液包裹體。
梧桐窩子組蛇綠巖套的原始構造環境為洋中脊，具有洋中脊擴張蛇綠巖的模式。
4.幹墩循環
該旋回在該圖中的出露面積約200km2，其中火山巖約占1/3。巖石普遍被剪切，片理和糜棱巖化強烈，原有沈積構造已被嚴重破壞和改造，為無序地層。
這壹旋回的火山巖只有凝灰巖和鏡質體凝灰巖，呈簇狀、透鏡狀。火山碎屑巖的Rietmann指數為0.68，屬於鈣堿性巖系。
(5)變質
以康古爾塔格深大斷裂為界，北屬準噶爾變質帶和哈爾裏克變質帶。南部屬於北天山變質區和秋格敏塔什-黃山變質帶。本區變質作用類型可分為區域變質作用、動力變質作用和熱接觸變質作用。
1.局部變質
主要表現為區域性埋深變質。以大草灘深大斷裂為界，北為葡萄藤-葉綠素巖相，變質原巖為泥盆紀中基性火山巖+酸性火山碎屑巖，變質程度低且不均勻，變形微弱，無片理，原巖組構大部分保存完好。變質礦物主要有葡萄石、綠泥石、溫石棉、絹雲母、鈉長石、方解石和應時。南部屬於低綠片巖相，變質原巖為石炭紀長石巖屑砂巖+中基性火山巖+火山碎屑巖，變質礦物主要有黝簾石、黑雲母、綠泥石、絹雲母、鈉長石。變質作用與礦化關系不大。
2.動力變質作用
動力變質作用屬於晚期疊加的區域性低溫動力變質作用，形成脆-韌性剪切變形。
主變形帶近東西向，分布在康古爾深大斷裂以南。以巖片巖發育，原始組構破壞大為特征，以糜棱巖-前糜棱巖組合為代表。變質礦物主要包括綠泥石、綠簾石、應時、絹雲母、長石、黝簾石、陽起石、黑雲母和長石應時顆粒集合體。
影響帶分布在康古爾深大斷裂的北部和大草灘斷裂的南部。在脆韌性斷裂和韌性斷裂發育的晚期，形成更多的構造角礫巖、麻粒巖和糜棱巖化巖石。脆韌性剪切形成的變質熱液引起的元素交代活化，以及後期脆性變形形成的擴張空間中的遷移、富集和定位，是本區重要的成礦模式之壹。
3.熱接觸變質
區內影響範圍較小，僅沿各種侵入巖邊緣分布，屬於方鈉石角閃石相。變質原巖為大南湖組二段火山巖和土屋組、甘墩組碎屑巖。變質礦物主要有黑雲母、應時、陽起石、斜長石、綠泥石和鈉長石。
二、典型礦床——土屋銅礦
土屋銅礦位於哈密市東南部。位於康古爾大斷裂北側哈薩克斯坦-準噶爾板塊與塔裏木板塊結合帶北側，即哈裏克-大南湖大陸邊緣晚古生代島弧帶，次級構造單元為企鵝山石炭紀增生島弧，位於康古爾-黃山韌性剪切帶北緣影響帶(圖2-109)。礦帶長2500米，寬100 ~ 300米，壹般呈東西向帶狀分布，由三個礦體組成。
(1)礦床地質特征
土屋銅礦區主要出露地層為石炭系企鵝山群，包括三個非正式地層。第壹組由內生碎屑巖和凝灰巖組成，局部有少量生物灰巖和砂礫巖。第二組巖性為灰綠色-紫紅色色拉斑巖玄武巖、安山巖、玄武安山巖等。夾英安巖、火山角礫巖、復合礫巖和砂巖。第三組巖石由灰綠色灰色砂巖、礫石砂巖、中酸性角礫巖、玄武巖等組成。銅礦分布在第二組和第三組的邊界上。
成礦斑巖體是由早期閃長斑巖體和晚期斜長花崗斑巖體組成的復式巖體，呈近東西向分布於盒狀背斜核部。巖體經歷了韌性變形、局部糜棱巖化和礦化。巖體侵入時代為華力西晚期(早二疊世)。
圖2-109土屋-延東地區地質構造圖
含礦巖體產於盒狀背斜核部，礦(化)帶產於韌性剪切帶邊緣的弱變形域之內或之旁。
礦體主要產於斑巖中，少量分布於圍巖中。礦體呈透鏡狀梯隊分布，平面和剖面呈鋸齒形排列組合(圖2-110)。礦體走向NEE，急劇傾斜至S，側向至W，側向角較小。
圖2-110土屋和土屋洞銅礦床地質圖
礦帶內有三個礦體，編號為ⅰ、ⅱ、ⅲ。
ⅰ號礦體平行分布於ⅱ號礦體以北和0號線以東，延伸出勘探區。控制礦體長1300米，寬8.00 ~ 87.00米，長38.94米；壹般來說。地表銅平均品位0.3%，鉆孔平均品位0.35%，延伸深度超過400m
ⅲ號礦體平行於ⅱ號礦體的西南方向，與ⅱ號和ⅰ號礦體壹起形成壹個軸向接近東西向的右旋斜向輸出。分布於39 ~ 23線之間，控制礦體長380米，呈透鏡狀。總體走向92°，傾角182°，傾角73°。最大寬度為54.05m，最小為7.18m，平均為22.84m，單個樣品的Cu品位主要在0.20%-0.70%之間，最高值為1.69%。單個項目銅品位最高為0.58%，最低為0.23%，平均為0.37%。本次勘探深度控制稀疏(2個鉆孔)，鉆孔中單個樣品主要集中在0.15% ~ 0.35%之間，大於0.5%的單個樣品很少。證明了礦體主要由地表礦物組成，厚度較小的低品位礦體只能在深部局部圈定。
2號礦體地表控制長度990m，分布在TC25-TC 14之間，最大傾角755m。上部是氧化礦，下部是原生礦。根據鉆探控制，發現2號礦體的原生礦由6個子礦體組成，自上而下分別編號為ⅱ-①、ⅱ-②、ⅱ-③、ⅱ-④、ⅱ-⑤、ⅱ-⑤。其中ⅱ-③是規模最大的主礦體；ⅱ-①、ⅱ-②規模較小，呈脈狀、層狀分布於主礦體上盤。部分規模稍大的ⅱ-④礦體可被工業礦體包圍。ⅱ-⑤、ⅱ-⑤為小型盲礦體，以脈狀或透鏡狀產於主礦體下盤，主要分布於0線以西。
礦石類型為典型的細脈浸染型銅(鉬)建造。礦石金屬礦物較為單壹，主要為黃銅礦和黃鐵礦，偶見少量斑銅礦、天藍色和輝銅礦。黃鐵礦主要發育在礦體的頂底板，主礦體中基本沒有黃鐵礦。脈石礦物主要為新生應時和絹雲母，其次為綠泥石、長石和碳酸鹽礦物。
礦石結構屬中細粒半自形-異形粒狀結構。礦石構造:主礦體中為細脈浸染狀、塊狀構造，與應時細脈共生，主要見於閃長玢巖中；在斜長花崗斑巖中，礦化主要呈浸染狀。
礦體蝕變類型齊全，分帶明顯，礦體和頂板蝕變強度大於底板。從中心向兩側可分為強矽化帶、黑雲母帶、應時-絹雲母帶、絹雲母(泥質和石膏)-潘慶巖帶。黑雲母帶基本上分布在主礦體中。
(2)成巖成礦年代學
目前，對土屋斑巖銅礦床的成巖成礦時代仍存在分歧。根據1996 1 ∶ 5萬區域調查(化石和地層對比)。該礦床容礦巖石所處的地層確定為下石炭統企鵝山群，顯然容礦巖石的成巖時代應為早石炭世或更晚。
土屋蝕變方鈉石花崗斑巖的K-Ar年齡為(310.95±4.57)Ma，含礦石英39Ar/40Ar年齡為(347.3±2.1)Ma(秦，2000)。三組鋯石的U-Pb表面年齡為358～367Ma。土屋-鹽東輝鉬礦Re-Os等時線年齡為(322.7±2.3)Ma，模式年齡為(318±2)Ma ~(325±5)Ma(芮宗耀，2001)。延東蝕變鈉長石花崗斑巖中絹雲母的K-Ar年齡為(341.21.4±9)Ma，而單顆鋯石的U-Pb年齡為(356±8)Ma(秦，2000)。而任丙臣用鋯石U-Pb法測得土屋斜長花崗斑巖的年齡值為(301 13) Ma。為此，芮宗堯等人認為礦床的容礦巖石形成於泥盆紀。
根據容礦巖石的綜合特征，李文明等人認為這些同位素年齡的合理解釋是(443±26)Ma(晚奧陶世)的鋯石年齡應為容礦巖石中碎屑鋯石的年齡。(456±8)Ma和(361±8)Ma的鋯石年齡可能是含銅中酸性基性火山巖或礦源層的形成年齡，是該容礦巖石的前身。(341.21.4.9)Ma的K-Ar年齡和(322.7±2.3)Ma的輝鉬礦Re-Os年齡是容礦巖石的最後形成年齡(蝕變年齡和第壹次礦化年齡)。
三。成礦條件與礦床地質模型
斑巖銅礦是東天山壹種重要的礦床類型。已知有8個產地。有六個銅礦區，包括土屋、延東、土屋洞、全偉、玲瓏和雅滿蘇。成礦條件包括:①產於造山帶，與匯聚期大型鈣堿性花崗巖類有關；②含礦巖石類型有:應時閃長斑巖、斜長花崗斑巖、花崗斑巖、花崗閃長斑巖、英安巖、二長斑巖、長英質爆發角礫巖等。③成礦作用主要為銅鉬型，但也有銅硫型和銅金礦型。④成礦斑巖多為多期高侵位的小巖體。斑巖體與附近的深成基巖直接相關，基巖的侵蝕程度相對較低。⑤圍巖蝕變強烈，分帶明顯，從礦體向兩側礦化分帶為:應時核(強矽化-絹雲母化帶)、黑雲母帶、應時-絹雲母化帶、泥質化帶、潘慶巖帶。當黑雲母和矽化蝕變強烈疊加時，銅元素的富集強度增大；⑥區域地球化學場是Cu、Mo、Au、Ni、Co、Zn的高背景場；⑦遙感特征:兩種色調的界面，透鏡狀的白色和灰色(或紅斑雜色)交界處；⑧地表直接找礦標誌:孔雀石化。
礦床的地質模型:
礦床的成礦過程伴隨著板塊碰撞造山運動的變形和演化。
造山褶皺和深大斷裂導致深部鈣堿性花崗質巖漿侵入，其前峰(頂)位於背斜核部，形成含礦閃長斑巖-斜長花崗斑巖；
脈動擠壓造山作用繼續，韌性斷裂與深部同源殘余含礦巖漿熱液上湧溝通，進入高滲透韌性變形帶，產生流體循環和少量礦物沈澱；
造山隆起，韌性擠壓帶轉化為脆韌性剪切帶，礦液被“泵”入剪切帶的拉伸空間，隨著溫度和壓力的急劇下降，礦物沈澱，形成銅礦體。
成礦作用發生在明顯的構造運動環境中，成礦作用明顯受斷裂構造控制(圖2-111)。
圖2-111土屋斑巖銅礦床地質模型