彩虹铜多金属矿区隶属吐鲁番地区托克逊县所辖，面积9.25km2。2002年新疆地矿局物化探大队在铜华山－彩华山地区开展1∶5万化探普查，圈定了单元素和综合异常，划分了成矿远景区，并发现了忠宝钨矿、彩虹铜多金属矿及天彩金矿，显示了该区良好的成矿前景。同年在彩华沟硫铜矿矿区一带开展了地质、物探普查工作，在矿化带内圈定TEM异常多处，对其中的Ⅱ－4号矿体的9～15线间异常进行了钻探验证，见块状含铜黄铁矿矿体，在对HS－8异常进行检查时发现了忠宝钨矿及彩虹铜多金属矿。
一、矿床地质背景
(一)矿区地层
矿区内出露地层主要为下泥盆统阿尔彼什麦布拉克组(D1a)及第四系冲洪积物(图3－3－1)。下泥盆统阿尔彼什麦布拉克组(D1a)是矿区的主要地层，主要为一套浅变质的海相碎屑岩、碳酸盐岩及酸性火山岩。地层岩性为深灰色绢云母石英片岩、绢云母黑云母石英片岩、褐色大理岩及绢英岩化霏细岩。该层中的绢英岩化霏细岩是彩虹铜多金属矿床的主要赋矿岩石。
矿区内主要断裂有13条，小的长仅百米，较大的有上千米。断裂按性质可分为压扭性、张扭性断裂及平移断裂和性质不明断裂。按断裂的走向可分为近EW向、近NE和NW、NNW向、NEE向，矿区内岩浆岩主要为华力西早期形成的浅肉红色二云母斜长花岗岩以及花岗细晶岩脉、辉绿岩及闪长岩脉，另外还有大量的石英脉分布。围岩蚀变作用最主要的有绢英岩化、绿泥石化及硅化。
图3－3－1 彩虹铜矿床平面地质草图
(二)控矿因素
彩虹铜多金属矿区以铜矿为主，伴生有金、银、铅、锌等，其特点是矿体多，规模小，矿体呈层状、似层状分布于下泥盆统阿尔彼什麦布拉克组的中亚组地层中，其主要岩性为绢云母黑云母石英片岩、绢云母绿泥石石英片岩、绢云母石英片岩、黑云母石英片岩。赋矿岩性为绢英岩化霏细岩，其顶底板围岩为绢云母黑云母石英片岩，矿体产状与地层基本一致。铜矿化地段形成明显的Cu、Pb、Zn、Au、W、Ni、Co、As、Sb、Mo等元素异常。矿床有上贫下富、从东向西富集的特点。矿体具有西部埋藏深、东部埋藏浅的特点。矿床具有多期成矿作用。
矿床受控于一套浅变质的钙碱性酸性火山岩层中，成矿环境为浅海相沉积。矿体呈层状、似层状，产状与地层基本一致，且有较大的延深。
(三)矿床成因
该矿床的近矿围岩蚀变主要表现为由中心向两侧依次出现绢英岩化—黄铜矿化、黄铁矿化、铅锌矿化、硅化—绿泥石化、绢云母化—高岭土化。矿石中的主要矿物为黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、辉铜矿、斑铜矿、重晶石、方解石、孔雀石及褐铁矿、黄钾铁矾等。矿床的蚀变作用组合及矿物组合显示，矿床由早期成矿的中温环境向晚期低温环境成矿的转变过程。因此，矿床的成矿温度应在100～300℃。
彩华沟铜矿床中黄铁矿、黄铜矿单矿物分析结果表明，除有主要元素S、Cu外，亦有Co、Ni、As、Se、Te、Ga、Ir等元素。根据涂光炽研究的结果，Co、Ni比值是反映矿床物质来源的依据之一，他认为火山成因或岩浆成因的矿床Co/Ni比值大于1。本矿床单矿物样品中Co/Ni比值大部分大于1。根据彩华沟铜矿床矿石中黄铁矿稳定同位素测定结果，黄铁矿中的δ34S变化范围在－1.86%～4.18%之间，接近陨石硫，表明黄铁矿中的硫来自与陨石硫相当的地壳深部溶浆。因此类比彩华沟铜矿床，彩虹铜多金属矿床的成矿物质也来源于火山喷发喷溢期或后期火山热液活动时期的深部成矿物质。
矿体的形态呈层状、似层状或透镜状，产状与围岩一致，并且在矿区存在大量灰岩，且矿体产于霏细岩中，因此矿床形成于海相火山环境中。
上述事实说明该矿床是火山喷发－沉积改造型的火山岩型含铜黄铁矿矿床。其形成的大致过程是:海底火山喷发的气液携带成矿物质(Fe、Cu、Pb、Zn、S)在海底喷溢过程中沉积形成稠密块状层状矿体，在火山活动过程的后期有一部分气液在上升途中交代充填火山岩及碎屑岩，形成细脉—条带浸染状矿化。因此，在矿床中常出现上部为火山喷发－沉积成因的整合的层状黄铁矿型矿体，下部过渡为火山－热液成因的细脉或条带状矿体。在后期地层的变质过程中，矿体与围岩再经受变质变形改造，矿体可能受变质热液或火山热液作用使矿质进一步富集。
(四)矿床规模
2004～2005年，新疆地矿局物化探大队在彩虹铜多金属矿一带开展铜矿普查，圈出铜矿体12个，铅锌矿体2个。求得333铜资源量3012t，其他铜资源量9638t;334铅资源量5665t，锌资源量1950t。取得了较好的找矿效果。2006～2007年，新疆地矿局物化探大队又在彩虹铜多金属矿一带开展铜矿普查，主要采用了激电测量、TEM测量、重力测量、地质填图、探槽工程及钻探工程手段，对铜矿化蚀变带按100m×80m的网度进行了系统的勘查工作，较好地控制了矿体的形态和产状。
经计算该矿床前期已获得铜工业矿体资源量(333+334)12040t。其中可供目前利用的333级别原生铜矿石量682617t、铜金属量4875t、铅锌资源量3479t。铜铅锌矿合计15519t。
二、区域地质、地球物理地球化学特征
(一)区域地质
矿区所属大地构造为塔里木板块萨阿尔明－库米什古生代沟弧带东部库米什背斜东段南翼，北为哈尔克－巴仑台早古生代沟弧带，南为塔里木板块塔里木北缘活动带南天山晚古生代陆缘盆地。构造上为复式向斜，西段的构造向南倒转，冲断裂发育，形成了向塔里木盆地方向一系列的推覆构造，区域地层具韧性剪切特征。
区域上出露地层主要为元古宇星星峡组，中下志留统乌勇布拉克组、阿哈布拉克群，下泥盆统阿尔彼什麦布拉克组、中泥盆统阿拉塔格组，下石炭统雅满苏组、桑树园子组，中新生代地层集中分布于库米什坳陷内。
(二)区域重力场特征
重力布格异常图上(图3－3－2)，矿区南北部均有近东西向的重力梯级带分布。北部梯级带东西向延伸，呈南高北低变化，布格异常梯度值可达每千米2×10－5m/s2。该梯级带对应吐哈盆地南缘，反映了吐哈盆地基底的沉降特征。南部梯级带仅见西南角，大致北西西—南东东向，布格异常等值线呈南高北低变化，梯度值大于每千米1.5×10－5m/s2，向东延出测区。该梯级带对应辛格尔断裂，断裂南为元古宇地层分布区，即库鲁克塔格隆起带，北侧为博斯腾湖凹陷，梯级带反映出两侧的基底差异。
重力高的出现与地表广泛出露一套中、基性火山岩建造和元古宙变质岩带均具有较高的密度有关;重力低值带分布与广泛分布厚度很大的中新生代覆盖以及大量的酸性侵入岩有关。矿区即位于该重力低值带上，局部重力异常分布众多，而且其走向与构造线方向多不一致，说明这一带岩浆侵入活动频繁。例如，铜华山附近局部重力高的出现，即反映了这里基性—超基性岩的侵入和分布，有利于形成与岩浆活动有关的内生矿床。
图3－3－2 重力布格异常图
(三)区域航磁特征
航磁资料表明，磁场大致有两类(图3－3－3)。即矿区北部和西南部为高磁带，矿区内为低负磁场区。北部的高磁区与重力高值区相对应，高磁局部异常最大强度达400nT，局部异常的延伸与构造走向基本一致，反映了地层磁性的不均匀，属典型的火山岩区磁场特征。西南部位范围很大的磁异常分布面积约1000km2，呈椭圆形，北西向延长，强度可达700nT，对应重力低值区和梯级带上。地表出露大片花岗岩，并有矽卡岩化，铜、钼异常及铋、钍矿物重砂异常沿花岗岩分布。花岗岩体上出现较强的磁异常，可能为岩体侵入时携带大量金属矿物，形成内生金属矿床所致。
图3－3－3 航磁ΔT(nT)等值线图
矿区位于低负磁场区，具沉积或浅变质岩区的磁场特征。在低负磁区内仍有一些强度不大的磁力局部异常出现，皆由岩浆岩引起。矿区北部的正负相伴的局部磁异常与闪长岩有关。
在本磁场区内，微弱的局部磁异常都应予以重视，对寻找与岩浆热液或交代作用有关的金属矿床都具有“矿致异常”的意义。
(四)区域化探
1∶20万区域化探成果显示，沿区域构造线方向有富集成群成带的Au、Cu、W地球化学异常分布。异常位于库米什断裂南侧，沿忠宝钨矿及Hy－53、59号异常带分布。异常带受NWW向库米什断裂控制，呈带状展布。异常带断续长约100km，宽约15～20km，带内异常分布密集，包括7个组合异常。在彩虹铜多金属矿以东至Hy－53、59号异常一带，Au、Cu、W异常套合较好，是寻找金矿、铜矿和钨矿的有利地段。
三、物化探方法技术运用
(一)激电中梯测量
矿区开展的1∶10000激电测量共圈定出17个激电异常，主要矿化蚀变带上均有较好的激电异常反映(图3－3－4)。矿区南北两侧岩石的极化率背景普遍较低，一般在4%以下，北部略高于南部。强度较大的分布于矿区的中部，以5%的等值线所圈出的异常区长2000m，宽500～600m。其中以ηS－5异常的规模最大，其连续性好，与地表圈定的矿化体对应关系密切。根据异常的分布特征可以分为2个走向分别为EW向和NEE向的异常，向东合二为一。其中ηS－5－1异常分布于3～11线的800点附近，异常东西走向长800m，宽100m，视极化率6%～7.1%，视电阻率在300～600Ω·m之间(图3－3－5)，属于高极化、中高阻异常，与Ⅳ和Ⅴ号蚀变带对应。ZK301孔验证，在113.64～116.18m和169.03～169.98m，分别见铅锌矿化和铜矿化体;其中铅含量1.5%，锌的含量2.22%，铜的含量0.28～1.65%。ηS－5－2异常总体呈北东东向，分布在0～9线之间的600～700点，长约500m，宽近100m，ηS峰值最大可达7%。东段异常强度大、梯度陡，反映的极化体可能向西侧伏。
图3－3－4 彩虹铜矿激电中梯ηS(%)异常平面图
激电中梯反映矿区的视电阻率在100～1000Ω·m之间。矿区南部的大理岩视电阻率普遍在300Ω·m以下(图3－3－5)。Ⅳ和Ⅴ号蚀变带上低阻异常不明显，表现为高极化、高阻特征。对应ηS－5－2异常却有明显的低阻反映，视电阻率在600～300Ω·m之间。该低阻异常形体规则，宽度向西逐渐增大，并反映出低阻体具有向西侧伏的特点。激电异常组合特征为高极化、低阻。
矿区激电异常的上述特点说明区内两条不同走向的蚀变带具有不同的特点。北部蚀变可能为近地表氧化带。由于该带地表蚀变，已成为早期矿区勘探的重点。对南部高极化、低阻异常的研究认为，激电异常与铜矿化蚀变带有着良好的对应关系，而且反映了矿化蚀变带的基本形态。
图3－3－5 彩虹铜矿激电中梯ρS(Ω·m)异常平面图
(二)电磁测深成果
2005年开展的瞬变电磁测量为矿区的勘探起到了非常重要的作用，根据TEM异常发现了深部有延深较大的铜多金属矿体。第2道的dBz/dt异常仅对北部的高极化异常一带反映明显(图3－3－6上图)。由此说明ηS－5－1异常所反映的是近地表(深度约80m)的矿化蚀变特征。对应南部高极化、低阻异常，早期道的TEM测深异常(EM1)主要出现在700点附近，分布在9～0勘探线之间，反映良导地质体的宽度在40～80m不等。勘探初期布设的钻孔主要分布在该异常的东段边缘，并不在异常的中心。钻探结果虽然见到了矿(化)体，但矿体主要为浸染状、星点状，矿体规模小、品位低，验证结果与TEM异常的特征相吻合。
TEM测深第6道反映的深度约为240m，dBz/dt异常有较大的变化，揭示了矿区南部大理岩依然是本区瞬变电磁响应最强的岩石。在此强异常带北部7～0线之间，出现局部的TEM异常EM1(图3－3－6下图)，其中心位置在3～1线之间，异常形态规则，EM1异常中心相对于第2道反映的异常中心向南偏移。这些异常特征说明了EM1异常为深部矿(化)体的反映。EM1异常与激电中梯ηS－5－1异常相符。
利用平均场法求取的各道的强度系数，在本区具有很好的应用效果。图3－3－7为3勘探线TEM测深反演的断面成果。断面上以720点为界，北部岩石瞬变响应很弱，为不含矿的绢云母石英片岩的反映。位于400～680点之间，形态规则的异常则是含矿(化)体的反映。断面上异常呈“耳”状分布，中心深度约为300m，南倾，最大延深达到600m，推断的矿化范围超过200m。该瞬变电磁异常的存在，成为2006年、2007年进一步勘探的重点。目前钻探控制矿体的特征与物探方法的解释结果相一致，充分说明物探方法对评价隐伏矿床的有效性。
(三)地球化学异常
彩虹铜多金属矿床位于1∶5万水系沉积物HS－13号综合异常中，异常面积约4.1km2。主要元素为Cu、Pb、Zn，并有Sb、As、W、Mo、Co、Ni相套合(图3－3－8)，局部出现Au元素单点异常。Cu元素异常面积仅1.38km2，异常极大值为275.6×10－6，异常衬值1.95;As元素异常极大值为258.3×10－6，异常衬值为3.61。从单元素分类判别结果看，Cu、As元素致矿系数分别为0.93、1.3。
图3－3－6 彩虹铜矿TEM测深2、6道dBz/dt异常平面图
图3－3－7 彩虹铜矿3勘探线TEM测深断面图
图3－3－8 彩虹矿区化探异常剖析图(图中元素含量单位为10－6)
通过对地表及ZK002钻孔含矿蚀变带Ag、Cu、Zn、Pb、Mo、Au、As、Bi、Sb等元素的“R”型聚类分析，9种元素可分为Au、Bi、Ag、Pb，Cu、Zn以及As、Sb、Mo三个不同的组合。三组元素的组合及相关性反映了成矿过程中元素各组地球化学性质的一致性及化学元素在不同地质体及成矿过程中的分配。其中Au、Bi、Ag、Pb元素的相关系数在0.95以上，反映其成矿过程是在同一物理化学体系下完成的，在矿床评价过程中具有指示意义。
通过矿区的地质、物化探工作，取得了丰富的找矿信息。尤其是各方法之间成果的相互对比，排除了一些非矿异常，优选出有利的矿致异常，并通过成果的综合研究建立了地质－地球物理－地球化学找矿模式。该模式的应用将对后续的矿山勘探工作起到重要的指导作用。
对本区的找矿标志总结归纳如下:
1.地质标志
下泥盆统阿尔彼什麦布拉克组中亚组(D1ab)的绢英岩化霏细岩是地表重要找矿标志。
地表矿化带中的孔雀石化、褐铁矿化及黄钾铁矾等是直接的找矿标志。
近矿围岩蚀变标志主要为绿泥石化、硅化、绢英岩化。
矿化为黄铁矿化、黄铜矿化及铅锌矿化。
2.地球化学标志
与Cu元素相关的Au、Pb、Zn、W、Sb、Mo、Ni、Co等元素的异常在矿区内套合好，强度高，密切相伴且有明显的浓集中心，是寻找铜矿床的指示元素。因此上述元素组合异常带是寻找铜矿体的有利地段，是寻找此类矿床的直接标志。
3.地球物理标志
高极化、高阻异常组合反映浅表氧化蚀变带，而具有高极化、低阻(300～600Ω·m)的激电异常往往是原生含矿地质体的反映。TEM晚期道存在强度较大的瞬变电磁响应异常是最为有利的地球物理标志，是发现此类隐伏矿床最有效的手段之一。
四、验证结果
根据矿区各方法的勘探成果，2006～2008年在矿区1、3、5等勘探线进行了重点勘查，发现了深部有多层的铜多金属矿体;将勘探深度由以往的200m提高到600m，扩大了矿区的资源量。目前矿区可供利用的333级别原生铜矿石量达到682617t，极大地提高了矿床的经济价值。
(本节供稿人:徐敏山高保明)