東天山成礦帶典型銅、金礦床成礦流體與成礦作用研究

趙玉京，代俊英，陳曄

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 830000）

東天山成礦帶位于天山成礦帶東部，西起小熱泉子，東至甘新交界，是我國(guó)重要的銅、鎳、金、鐵、鉛鋅等大型礦床集中區(qū)[1]。近年來(lái)，區(qū)內(nèi)相繼發(fā)現(xiàn)大量礦床，前人對(duì)該區(qū)成礦類型、礦床控礦因素（地層-構(gòu)造-巖漿巖）等基礎(chǔ)地質(zhì)研究已較成熟，但對(duì)東天山成礦帶上流體成礦機(jī)制的研究略滯后。地質(zhì)流體是一定地質(zhì)作用的產(chǎn)物，礦床的形成過(guò)程與特定地質(zhì)構(gòu)造背景下地質(zhì)流體的產(chǎn)生、運(yùn)移和聚集具密切聯(lián)系，不同的成礦機(jī)制指示著不同的成礦流體[2]。東天山地區(qū)礦床密集產(chǎn)出于晚古生代早中石炭世—早二疊世，從時(shí)間上看，屬同期板塊活動(dòng)產(chǎn)物。前人對(duì)新疆東天山地區(qū)部分金礦床成礦流體進(jìn)行了研究[3-6]，該區(qū)典型金礦床礦石流體包裹體小，以氣液兩相包裹體為主，未見(jiàn)含子礦物包裹體，含CO2包裹體相對(duì)小、少，流體的鹽度低，流體的溫度主要是中低溫。相同類型金礦床成礦流體水的來(lái)源相近，不同類型金礦床水的來(lái)源差異顯著。目前對(duì)該區(qū)銅礦床成礦流體的研究相對(duì)較少[7-9]，缺乏不同類型銅礦成礦流體特征的對(duì)比研究。成礦流體的研究，可為礦床成因研究和成礦地質(zhì)環(huán)境及區(qū)域找礦潛力提供依據(jù)。因此，筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，選取東天山成礦帶上小熱泉子銅鋅礦、土屋銅礦、紅石金礦、石英灘金礦、康古爾金礦等典型礦床，進(jìn)行成礦流體研究，以期從成礦帶角度探究東天山地區(qū)地質(zhì)流體與成礦關(guān)系，進(jìn)一步豐富該區(qū)成礦系統(tǒng)研究。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

東天山大地構(gòu)造上位于古亞洲洋南緣，是哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊和塔里木板塊聚合地區(qū)，經(jīng)歷了極其復(fù)雜的裂解和拼合的構(gòu)造演化歷史。區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)成礦時(shí)代的高峰集中在晚古生代早中石炭世—早二疊世，與該區(qū)碰撞造山作用發(fā)生的時(shí)代相吻合。前人根據(jù)地層-構(gòu)造體系將東天山分為北、中、南3條地層構(gòu)造帶（圖1）[10]，其中北帶位于吐哈盆地南緣，地層出露齊全，主要包括中奧陶統(tǒng)荒草坡群大柳溝組海相鈣堿性系列的鈉質(zhì)中酸性火山碎屑巖-熔巖建造，中—上志留統(tǒng)紅柳峽組海相晶屑巖屑凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖等及石炭系海相火山-沉積巖建造。中帶為康古爾剪切帶，夾于康古爾斷裂與雅滿蘇斷裂之間，為一套變形變質(zhì)強(qiáng)烈的無(wú)序地層-構(gòu)造巖片。南帶位于雅滿蘇大斷裂與阿齊克庫(kù)都克大斷裂之間，出露下石炭統(tǒng)雅滿蘇組火山巖和上石炭統(tǒng)土古土布拉克組陸相玄武巖。

東天山成礦帶礦床類型眾多，空間上具明顯分帶性（圖1）[1]。其中鐵礦多集中在南帶，銅鎳礦床多集中在北帶（小熱泉子、土屋、延?xùn)|等銅礦在西部，土墩、黃山東、圖拉爾根等銅礦在東部），金礦多集中在北緯42°地區(qū)。

圖1 東天山地區(qū)構(gòu)造格架及典型礦床Fig.1 Simplified geologic map showing the tectonic framework and distribution of ore deposits in Eastern Tianshan

2 典型礦床成礦流體特征

1.2 成礦流體溫度、鹽度特征

據(jù)前人研究資料，整理出典型礦床流體特征（表1）。從表1看出[4,9,12,13]，東天山地區(qū)典型銅、金礦床流體包裹體寄主礦物主要為石英，除此之外，小熱泉子銅鋅礦床和紅石金礦分別又選取了螢石和方解石作為包裹體的寄主礦物進(jìn)行流體研究，流體包裹體整體較小。

小熱泉子銅礦流體包裹體類型以氣液兩相為主，成礦共分兩個(gè)主要階段，噴流期完全均一溫度為87℃～126℃，熱液期完全均一溫度為120℃～225℃，鹽度為6.34%～14.55%，密度為0.920～1.001 g/cm3。土屋銅礦流體包裹體類型以氣液兩相為主，均一溫度范圍為125℃～363℃，峰值為140℃～200℃，鹽度0.18%～15.37%，峰值范圍在2%～10%。紅石金礦流體包裹體類型主要為氣液兩相，少量為含CO2三相包裹體，完全均一溫度為113℃～353℃，具兩個(gè)峰值范圍：140℃～150℃和200℃～250℃，鹽度為1.05%～10.73%，密度0.72～0.97 g/cm3?？倒艩柦鸬V流體包裹體以氣液兩相為主，少量為含CO2三相包裹體，完全均一溫度為130℃～310℃，峰值為120 ℃～220 ℃，鹽度4.2%～9.1%，密度0.80～0.86 g/cm3。石英灘金礦流體包裹體類型主要為氣液兩相，完全均一溫度為129℃～236℃，鹽度為1.9%～2.74%，密度為0.85～0.96 g/cm3。

表1 東天山成礦帶典型銅、金礦床流體特征Table 1 Cu and Au deposits fluid charateristics in Eastern Tianshan

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，包裹體在物相上大致相似，多以氣液兩相包裹體為主，含CO2三相包裹體較少、較小，未見(jiàn)含子礦物三相包裹體。流體包裹體均一溫度測(cè)試結(jié)果顯示，小熱泉子銅鋅礦成礦流體均一溫度具兩個(gè)范圍，在噴流沉積期具典型低溫成礦特點(diǎn)，而熱液期成礦流體均一溫度略高。小熱泉子銅鋅礦屬典型VMS型礦床，熱液期成礦溫度明顯高于噴流沉積期成礦溫度，這一結(jié)論與前人對(duì)于VMS型礦床的研究成果一致，即VMS型礦床中通道相流體溫度較高，而沉積相溫度較低。土屋銅礦流體包裹體均一溫度峰值為140℃～200℃。紅石金礦流體包裹體均一溫度具兩個(gè)峰值范圍，指示成礦具不同期次互相疊加特點(diǎn)?？倒艩柦鸬V和石英灘金礦成礦流體均一溫度峰值范圍基本相同。3個(gè)金礦床成礦流體均一溫度具紅石金礦（113℃～353℃）＞康古爾金礦（130℃～310℃）＞石英灘金礦（129℃～236℃）特征。流體包裹體測(cè)溫結(jié)果顯示，成礦流體均一溫度總體上為中低溫，金礦成礦流體均一溫度略高于銅礦。

鹽度對(duì)比顯示，小熱泉子銅鋅礦成礦流體鹽度6.34%～14.55%，土屋銅礦成礦流體鹽度為0.15%～15.37%，紅石金礦成礦流體鹽度為1.05%～10.73%，康古爾金礦流體鹽度為4.2%～9.1%，石英灘金礦流體鹽度為1.9～2.74%?？傮w上看，不同礦種之間差異明顯，小熱泉子銅鋅礦、土屋銅礦成礦流體鹽度明顯高于3個(gè)金礦流體鹽度。這種差異可能與成礦體系構(gòu)造發(fā)育有關(guān)，銅礦床成礦環(huán)境相對(duì)開(kāi)放，與鹵水發(fā)生交換程度高，成礦熱液鹽度高，因此包裹體捕獲流體鹽度也相對(duì)偏高。流體密度計(jì)算結(jié)果顯示，小熱泉子銅鋅礦流體密度明顯高于3個(gè)金礦床流體密度。銅礦流體與金礦流體對(duì)比顯示，二者流體均一溫度大致相當(dāng)，而前者具更高的鹽度、密度。陳衍景等將金礦床的成礦流體分為改造熱液、變質(zhì)熱液和巖漿熱液3個(gè)端元性成分[11]，并指出改造熱液以低溫、低鹽度、低CO2含量為特征，主要來(lái)自大氣降水；變質(zhì)熱液以中溫、低鹽度、高CO2含量為特征；巖漿熱液以高溫、高鹽度、高CO2含量為特征。因此，據(jù)石英灘金礦、紅石金礦和康古爾金礦溫度、鹽度及CO2含量特征，這3類金礦成礦流體明顯屬于改造熱液。

2.2 成礦流體H-O同位素特征

成礦流體與其他流體之間的關(guān)系，常用σD-σ18OH2O圖解表示[14]。測(cè)試結(jié)果顯示（表2），土屋銅礦石英包裹體H2O的σD值組成為-70‰～-66‰，屬正常巖漿水值范圍（-85‰～-50‰）[15]，石英的σ18OH2O值為9.4‰～12.3‰。小熱泉子銅鋅礦石英包裹體H2O的σD值為-105‰～-52.2‰，石英的σ18OH2O組成6.5‰～9.5‰。小熱泉子銅鋅礦石英包裹體H2O的σD明顯低于巖漿水。

一般引起δD值降低的主要因素有[15]：①氧逸度的改變；②氫同位素的分離作用，如CH4或H2的溢出；③巖漿脫氣作用；④大氣降水或海水的混合。主成礦階段大量硫化物的沉淀，表明氧逸度未發(fā)生改變。小熱泉子銅鋅礦流體包裹體氣相成分為CH4、H2和N2[12]，因此氫同位素的分離作用是導(dǎo)致δD值降低的因素之一。

小熱泉子銅鋅礦、土屋銅礦成礦流體水的σD-σ18OH2O圖解中（圖2），氫氧同位素投圖落點(diǎn)具遠(yuǎn)離變質(zhì)水，偏向大氣水和巖漿水之間，成礦流體具大氣水和巖漿水混合的特點(diǎn)。因此，大氣降水的混合是小熱泉子銅鋅礦成礦流體水的δD值降低的另一重要因素。

康古爾金礦石英包裹體H2O的δD組成為-66‰～-45‰，石英的δ18OH2O組成11.5‰～13.2‰，紅石金礦石英包裹體H2O的δD值變化范圍較大，同位素組成為104‰～-63‰，石英單礦物δ18O組成為13.8‰～15.5‰。兩類金礦對(duì)比顯示，紅石金礦床石英包裹體中H2O的δD值變化范圍更大，而石英的δ18O值較集中，均大于巖漿水的氧同位素范圍（氫同位素：-85‰～-50‰，氧同位素：5.5‰～10‰）[15]。整體上金礦床比銅礦床氫同位素變化范圍更大，且氧同位素的值更高。

圖2 東天山地區(qū)典型銅、金礦床成礦流體δ18OH2O-δD關(guān)系圖Fig.2 δD-δ18O correlation map of the mineralizing fluid from typical Au and Cu deposits in eastern Tianshan

表2 東天山地區(qū)典型銅、金礦床流體包裹體H-O同位素測(cè)試數(shù)據(jù)Table 2 Oxygen and hydrogen isotopic compositions of fluid inclusion from typical Au and Cu deposits in eastern Tianshan

σD-σ18OH2O圖解顯示（圖2），紅石金礦成礦流體H-O同位素值除一個(gè)點(diǎn)落于正常巖漿水的范圍，其余6個(gè)落點(diǎn)均位于張理剛劃定的金-銅和鐵鈷系列花崗巖初始混合巖漿水附近[16]?？倒艩柦鸬V氫氧同位素3個(gè)落點(diǎn)位于變質(zhì)水附近，2個(gè)落點(diǎn)位于巖漿水和大氣降水之間，還有1個(gè)落點(diǎn)位于大氣降水線上。兩類金礦的氫氧同位素對(duì)比結(jié)果表明，成礦流體落點(diǎn)均位于大氣水與巖漿水之間，康古爾金礦成礦流體落點(diǎn)范圍更廣，σ18OH2O漂移的特征更明顯，指示水-巖反應(yīng)造成流體的氧同位素向富含σ18OH2O的方向“漂移”,而氫同位素則基本保持不變，且其成礦流體在演化過(guò)程中受大氣水的影響比紅石金礦更顯著。

銅、金礦床氫氧同位素投圖具有明顯的差異，整體上看，金礦床流體氫氧同位素落點(diǎn)更靠近巖漿水，二者明顯具有不同的成礦流體形成機(jī)制。

3 成礦作用研究

東天山成礦帶礦產(chǎn)種類多樣，就金礦、銅礦而言，又有多種成因類別。通過(guò)流體包裹體研究發(fā)現(xiàn)，同一大地構(gòu)造背景下，不同種類的礦床流體包裹體在巖相學(xué)上具有一定的相似性。東天山地區(qū)包裹體類型多為氣液兩相，包裹體小且形態(tài)不規(guī)則，這與該區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造演化背景有關(guān)，更與康古爾韌性剪切帶的發(fā)育直接相關(guān)。

趙澤南等獲得的土屋斑巖銅礦含礦閃長(zhǎng)玢巖鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果為(335.1±3.1)Ma，顯示土屋閃長(zhǎng)玢巖侵位于石炭紀(jì)[17]。李華芹等對(duì)小熱泉子銅鋅礦噴硫沉積期多金屬硫化物石英細(xì)脈和巖漿熱液疊加期含銅石英細(xì)脈石英流體包裹體的Rb-Sr年代學(xué)研究表明[18]，早期礦化時(shí)代為（298±14）Ma，即火山噴流沉積期成礦作用發(fā)生于晚石炭世；晚期礦化時(shí)代為（264±20）Ma，即后期巖漿熱液疊加（改造）成礦作用發(fā)生在早中二疊世。東天山地區(qū)金礦成礦年齡具有295～280 Ma和240～260 Ma兩個(gè)時(shí)期[5]，前人對(duì)于康古爾韌性剪切帶的糜棱巖研究表明，其形成于261～256 Ma[19]，這與康古爾金礦、紅石金礦成礦年齡（260 Ma左右）基本一致。

東天山造山帶在奧陶—泥盆紀(jì)，發(fā)育廣泛的溝-弧-盆體系，在晚泥盆世逐漸演變?yōu)榘驳谒剐痛箨戇吘?；早石炭世初，洋殼向北俯沖關(guān)閉，中天山地塊拼貼增生到吐哈地塊南緣，成為哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊的組成部分，碰撞拼貼后發(fā)生巖石圈拆沉-幔源巖漿上涌作用，形成土屋-延?xùn)|斑巖銅礦帶，新形成的陸殼在早石炭世沿康古爾縫合帶再次拉張裂陷，形成與裂隙槽-火山沉積有關(guān)的小熱泉子VMS型銅鋅礦床。早二疊世裂陷槽封閉過(guò)程使區(qū)內(nèi)新陸殼初步固結(jié)為一個(gè)整體，隨著地殼剛性程度的增加，變形作用集中在康古爾等線性構(gòu)造薄弱部位，幔源巖漿的內(nèi)侵作用為剪切帶型金礦床的形成提供了熱和部分成礦物質(zhì)來(lái)源[10]。金的析出，即沉淀作用的原因是體系對(duì)成礦區(qū)域局部環(huán)境流體物理化學(xué)條件改變的響應(yīng)[19]。該區(qū)金礦形成的重要原因是在脆性及脆性-韌性構(gòu)造應(yīng)力體系內(nèi)，由于斷裂破碎過(guò)程的演化引發(fā)局部巨大的壓力梯度差?？倒艩柦鸬V、紅石金礦床位于康古爾剪切帶西段形成于剪切帶由NS向擠壓環(huán)境轉(zhuǎn)換至右行走滑剪切變形階段之后，該區(qū)在261～263 Ma的右行走滑階段發(fā)生快速抬升，之后冷卻。剪切帶既能為成礦流體的運(yùn)移提供通道,又能為金的沉淀提供空間，成礦作用一般不受圍巖性質(zhì)和變質(zhì)程度的控制。因此，該區(qū)韌性剪切帶型金礦形成與該區(qū)由擠壓向拉張走滑環(huán)境轉(zhuǎn)換，抬升作用導(dǎo)致的壓力、溫度降低具有密切的成因聯(lián)系。

4 結(jié)論

（1）東天山地區(qū)典型銅礦、金礦床成礦流體總體具有中低溫、低鹽度、低CO2特征，小熱泉子銅鋅礦兩期成礦作用具有明顯的兩期成礦流體?？傮w上，銅礦比金礦具有更大的鹽度變化范圍，略低的成礦溫度。

（2）氫氧同位素特征表明，兩類礦床成礦流體均有大氣水和巖漿水混合的特點(diǎn)。其中金礦對(duì)比顯示，康古爾金礦大氣水混合的程度較紅石金礦更高；而銅礦對(duì)比顯示，小熱泉子銅鋅礦流體氫同位素值范圍更大，包裹體成分中CO2、N2含量更高，且大氣水混合程度更高。

（3）東天山造山帶演化與銅、金礦床具有密切的成因聯(lián)系。銅、金礦床流體包裹體較小且具有明顯剪切形態(tài)，指示康古爾韌性剪切帶限制了帶上銅、金礦床形成的時(shí)間和空間位置。

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