新疆昭蘇卡拉蓋雷銅鈷金礦床成礦流體特征研究

郭鵬志，沈利霞，葛文勝，薛運清，李文圣

（1.天津華北地質(zhì)勘查局，天津300170；2.中國地質(zhì)大學（北京），100083；3.內(nèi)蒙古礦業(yè)開發(fā)有限責任公司，呼和浩特010020）

新疆昭蘇卡拉蓋雷銅鈷金礦床成礦流體特征研究

郭鵬志1，沈利霞1，葛文勝2，薛運清1，李文圣3

（1.天津華北地質(zhì)勘查局，天津300170；2.中國地質(zhì)大學（北京），100083；3.內(nèi)蒙古礦業(yè)開發(fā)有限責任公司，呼和浩特010020）

新疆昭蘇卡拉蓋雷銅鈷金礦床是新疆那拉提成礦帶內(nèi)首例以Cu為主，伴生Mo、Co、Au、Pb、Zn的火山巖型熱液礦床。通過詳細研究該礦床的流體包裹體均一法溫度、鹽度、流體密度、壓力以及礦床S、O、H同位素特征，顯示該礦床具有中低溫、中－低鹽度和較高密度流體特征，且成礦深度（理論深度）較淺。氫、氧同位素組成表明，卡拉蓋雷銅鈷金礦床成礦流體早期以巖漿水為主，后期隨著成礦環(huán)境的開放，有不同程度的雨水加入；硫同位素組成特征顯示硫源主要來自上地幔，并有地層硫的混入。這些數(shù)據(jù)對探討礦床成因有重要意義。

卡拉蓋雷銅鈷金礦；那拉提成礦帶；流體包裹體；同位素

新疆昭蘇卡拉蓋雷銅鈷金礦床是新疆那拉提成礦帶內(nèi)的一個具代表性的礦床，是那拉提成礦帶內(nèi)首例以Cu為主，伴生Mo、Co、Au、Pb、Zn的火山巖型熱液礦床。礦區(qū)初步圈定了6個銅（鈷、金）礦體，產(chǎn)狀與圍巖基本一致，呈近東西向展布，直接賦礦圍巖主要為下石炭統(tǒng)的綠泥石化片巖。筆者于2009～2011年間對該礦床進行了詳細研究，特別是對礦床的流體包裹體均一溫度、鹽度、密度和H、O、S同位素進行了系統(tǒng)研究，為探討礦床成因提供了新的依據(jù)。

1 礦床地質(zhì)概況

卡拉蓋雷銅鈷金礦床位于那拉提成礦帶西段。研究區(qū)內(nèi)主要出露一套下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組（C1d）火山巖地層（圖1），整體上偏基性巖石分布于礦區(qū)南側，偏酸性巖石分布于礦區(qū)北側。礦區(qū)由南向北沿20°方向巖層出露狀況可以大致反映出四次噴發(fā)。巖性依次為玄武質(zhì)凝灰?guī)r－玄武巖，玄武質(zhì)凝灰?guī)r、含角礫安山質(zhì)凝灰?guī)r－安山巖、礫巖，安山質(zhì)凝灰?guī)r－安山巖和凝灰?guī)r。

礦區(qū)處于環(huán)形構造邊緣，區(qū)內(nèi)以北西－南東向斷裂為主，與地層走向基本一致。礦區(qū)侵入巖主要有花崗閃長巖和閃長巖，主要分布于礦區(qū)北部。

礦區(qū)初步圈定了6個銅（鈷、金）礦體，主要產(chǎn)在隱爆角礫巖筒及構造破碎帶裂隙或片理、劈理微裂隙中，主要賦礦圍巖為大哈拉軍山組綠泥石化片巖及玄武質(zhì)凝灰?guī)r。礦體呈近東西向展布，礦化在淺部分布于近東西向產(chǎn)出的片理化巖帶內(nèi)，在深部分布于南傾的隱伏的隱爆角礫巖筒內(nèi)。礦化體在上部主要表現(xiàn)為Au-Pb-Zn組合，下部為原生伴有Au、Co的Cu礦床。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦體地表有出露，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ號礦體均為隱伏礦。

礦石主要為硫化物型礦石，氧化礦較少。礦石構造以浸染狀、角礫狀和脈狀為主。礦石結構主要包括他形粒狀、自形－半自形粒狀、交代充填、假像、包含、環(huán)帶結構等。礦化類型主要有隱爆角礫巖型、石英－電氣石脈型、石英－綠泥石脈型等。金屬礦物主要有黃銅礦、黃鐵礦，其次有毒砂、輝鈷礦、輝鉬礦、鉛鋅礦、藍銅礦、孔雀石等。脈石礦物主要有石英、電氣石、綠泥石、方解石、絹云母等。

礦床存在多期次、多階段的成礦特征，根據(jù)礦石結構構造、礦物共生組合及相互穿插關系，可初步劃分為三個成礦期：Ⅰ.火山－沉積成礦期；Ⅱ.熱液成礦期；Ⅲ.表生期。其中熱液成礦期為主成礦期，分為五個成礦階段：a.黃銅礦－黃鐵礦－毒砂－輝鈷礦階段；b.輝鉬礦－黃銅礦－黃鐵礦階段；c.黃銅礦－黃鐵礦階段；d.黃銅礦－黃鐵礦－磁鐵礦階段；e.方鉛礦－閃鋅礦－黃鐵礦－磁鐵礦階段。黃銅礦－黃鐵礦階段為主成礦階段。

圖1 新疆昭蘇縣卡拉蓋雷銅鈷金礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geo logicm ap o of the Ka lagaileiCu-Co-Au Mine in Zhaosu County,Xin jiang

2 流體包裹體研究

礦物中流體包裹體是研究成礦流體特征的直接證據(jù)。為了探討成礦熱液流體特征及性質(zhì)，進而研究熱液成礦物化條件，此次主要在Ⅰ號和Ⅴ號礦體采集了18件熱液成礦期的含黃銅礦、黃鐵礦的石英－電氣石脈、石英－綠泥石脈及石英－碳酸鹽－綠泥石脈樣品，對石英和方解石顆粒中的原生流體包裹體特征進行了研究。

2.1 包裹體巖相學特征

熱液成礦期形成的石英、方解石顆粒內(nèi)原生、次生、假次生流體包裹體普遍發(fā)育（圖2），主要類型以氣液包裹體為主，約占95%，少量為富液相包裹體。在石英或方解石礦物顆粒內(nèi)均隨機分布，包裹體形態(tài)一般較為規(guī)則，多為橢圓形、長條形、四邊形，少量為菱形、三角形，偶見不規(guī)則形狀包裹體。包裹體普遍偏小，長徑一般為2～10μm，多數(shù)在3～5μm之間。氣液兩相包裹體由氣相和液相組成，氣相百分數(shù)為5%～35%，最高達70%，主要集中在10%左右。富液相包裹體相對較為少見，主要由液態(tài)NaCl-H2O和少量氣相組成，氣相百分數(shù)小于5%。

2.2 包裹體的均一溫度和鹽度

對石英、方解石中的氣液兩相包裹體及富液相包裹體進行了冷凍法及均一法測溫研究，共獲得包裹體均一溫度值197個，冰點值140個。測溫結果見表1（表里沒有的參數(shù)值是由于沒有測到冰點值），包裹體均一溫度值變化在89.0℃～297.6℃，集中在120℃～180℃，峰值為140℃～150℃（圖3）。其均一溫度范圍較寬廣，說明了成礦過程和階段較復雜。

圖2 卡拉蓋雷銅鈷金礦床流體包裹體顯微照片()Fig.2 M icrophotographs o of the ofluid inclusions in Ka lagaileiCu-Co-Au Deposit

流體包裹體的鹽度主要通過測定包裹體的冰點獲得。測得冰點值變化在-17.2℃～-1.0℃（表1）。根據(jù)鹽度計算公式[1]

式中，θ為冰點下降溫度（℃）；W為NaCl質(zhì)量百分數(shù)。

利用該公式計算得出相應鹽度區(qū)間為1.74%～20.37%（表1），集中在10%～15%，峰值為12%～13%（圖4）。

2.3 成礦流體密度及成礦壓力、成礦深度的估算

溶液的密度、溫度和鹽度之間存在著一定關系，在濃度不變時，溶液的密度與溫度成反比。根據(jù)Na-Cl-H2O溶液包裹體的密度式[2]：

D為流體密度（g/cm3）；t為均一溫度（℃）；A，B，C為無量綱參數(shù)，它們又是含鹽度的函數(shù)：A=A0+A1W+ A2W2；B=B0+B1W+B2W2；C=C0+C1W+C2W2

W為含鹽度（NaCl質(zhì)量百分數(shù)）；A0、A1、A2、B0、B1、B2、C0、C1、C2為無量綱參數(shù)，其數(shù)值如下：

A0＝0.993 531，A1=8.721 47×10-3，A2=-2.439 75×10-5；B0＝7.116 52×10-5，B1=-5.220 8×10-5，B2= 1.266 56×10-6；C0＝-3.499 7×10-6，C1=2.121 24× 10-7，C2=-4.523 18×10-9；適用范圍：均一溫度≤500℃；含鹽度≤30%（wt）。

計算結果（表1）表明，各樣品的密度頗為接近（圖5），范圍為0.855 1～1.083 4 g/cm3，集中在0.95～1.05 g/cm3，平均值為0.996 8 g/cm3。

本文對成礦壓力的計算，采用的是邵潔漣的經(jīng)驗公式。邵潔漣等[3]認為：成礦壓力（Pt）與成礦溫度（T t）及流體鹽度（N）有一定關系，即：

圖3 流體包裹體均一溫度分布直方圖Fig.3 Homogenization tem perature o of the ofluid inc lusions distribution histogram

表1 卡拉蓋雷礦區(qū)流體包裹體測溫數(shù)據(jù)及相關參數(shù)計算結果表Table 1 Tem perature data and re lated param eters ca lcu lation resu lts o of ofluid inc lusions in Ka lagaileiMine

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

圖4 流體包裹體鹽度分布直方圖Fig.4 Fluid inc lusions sa linity distribution histogram

圖5 流體包裹體密度分布直方圖Fig.5 Fluid inc lusion density distribution histogram

式中，P1為成礦壓力（105Pa），P0為初始壓力（105Pa），Tt為實測溫度（℃），T0為初始溫度（℃），W為鹽度（wt%）。

由上述方法計算獲得卡拉蓋雷銅鈷金礦床成礦壓力在71.04～345.17×105Pa（表1），主要集中在100～200×105Pa，峰值在150～200×105Pa，平均為164.25×105Pa。

礦床形成深度的計算采用T.J.Sheperd等[4]所列出的成礦深度H（m）和成礦壓力P（105Pa）的通式：P= 2.7×0.0981×H計算得到。其成礦深度為268.22～1 303.16m（表1），集中在377.54～755.09m，平均為620.13m。

需指出的是，本次流體包裹體觀察中未發(fā)現(xiàn)從沸騰流體中捕獲的證據(jù)，因而實際成礦壓力當比該計算值更高[5]。在對成礦深度估算的公式中，未考慮構造應力的影響。因礦區(qū)斷裂極為發(fā)育，故成礦深度遠比該理論值大。

3 同位素研究

3.1 氫、氧同位素特征

卡拉蓋雷礦區(qū)石英氧同位素和包裹體水氫同位素分析結果列于表2。石英δ18O值范圍為﹢12.9‰～﹢15.2‰，包裹體水δD值范圍為-88.1‰～-71.3‰；與石英平衡的水的氧同位素組成是根據(jù)包裹體均一溫度和石英-水氧同位素分餾方程1000lnα石英-水= 3.42×106T2-2.86[6-7]來計算的，其結果為-4.0‰～﹢1.5‰?？梢钥闯?，石英δ18O值范圍與巖漿巖中石英δ18O值（﹢8.9‰～﹢10.3‰）接近，包裹體水δD值范圍與巖漿水的δD值范圍接近（-45‰～-85‰）。正常巖漿水的δ18O水值為6‰～9‰[4-6]，考慮到熱液在遷移過程中的同位素變化，以及成礦后期雨水的混合，出現(xiàn)δ18O水值為負數(shù)也屬正常現(xiàn)象[8]。

在δ18O-δD組成圖（圖6）上也可以看出，卡拉蓋雷礦區(qū)成礦流體氫氧同位素組成落在巖漿水左側并有向雨水線漂移的趨勢，并且從成礦階段來看，隨著成礦溫度的降低，從樣品K7到K82，明顯顯示出這種漂移趨勢。即是說，早期成礦流體有巖漿水參與，隨著成礦過程演化，后期混入了不同程度的雨水。

3.2 硫同位素特征

礦區(qū)硫同位素分析結果見表3。由表可以看出，礦床中主要礦石礦物δ34S值介于-11.7‰～8.1‰，極差為19.8‰，均值為0.9‰；其中黃鐵礦的δ34S值變化于-11.7‰～8.1‰，極差為19.8‰，均值為1.5‰；黃銅礦的δ34S值變化于-6.2‰～4.9‰，極差為11.1‰，均值為2.3‰；閃鋅礦的δ34S值為-10‰。

礦區(qū)中未發(fā)育硫酸鹽礦物，代表整個成礦環(huán)境是趨于還原性的，并且各礦脈中黃鐵礦、黃銅礦占硫化物總量的90%以上，Ohmoto和Rye[9]認為在礦物組合簡單的情況下，礦物δ34S的平均值可代表熱液的總硫值。因此可用δ34SV-CDT均值代表礦床熱液的總硫同位素組成。金屬硫化物的硫同位素組成分析結果表明，δ34S值離散性較大，絕大多數(shù)為正值，其均值為0.9‰，表現(xiàn)出較強的幔源硫特點。礦區(qū)硫化物硫同位素的均值有δ34SPy＜δ34SCp，說明本區(qū)礦化硫化物未達到完全平衡分餾。硫同位素的大范圍分布，可能由細菌和還原所致；或者意味著與成礦流體的氧逸度、pH值及開放程度改變有關；或者是由于硫的來源不一致所致[10]。

根據(jù)野外采樣位置可知，距離斷裂F7、F9較近的樣品K66-2、K88、K89、K90，其δ34S值在4‰附近。而淺地表坑道內(nèi)的樣品硫同位素值反應出兩種特征，一種是火山巖中原生自形黃鐵礦樣品PD03-5和PD08-1，其值約為7.5‰，比深部和斷裂附近δ34S值稍高，反映了原始火山巖地層中的δ34S值；另一種是出現(xiàn)負值，樣品PD03-1、PD04-2、PD04-4的δ34S值平均約為-9‰，反映出成礦后期（黃鐵礦－鉛鋅礦階段）由于地表雨水的加入從而富集32S的特征?？偟貋碚f，隨成礦深度增加，硫同位素組成離散性變小且δ34S值愈趨近于隕石硫，說明礦床越趨深部，幔源硫組分越大，流體在沿斷裂遷移上升過程中受到上部地層硫的混染，使得δ34S均一性被擾亂。在成礦后期，由于成礦環(huán)境相對開放，地表雨水加入、流體氧逸度增加，晚期階段表現(xiàn)出富集32S的特征。

表2 卡拉蓋雷礦區(qū)的氫、氧同位素組成表Table 2 Com position o of Hyd rogen,oxygen isotope in Ka lagaileiMine

圖6 卡拉蓋雷礦床成礦流體δ18O-δD圖解（底圖據(jù)Sheppard，1979）Fig.6 O re-oform ing ofluid o ofδ18O-δD diagram in the Ka lagaileideposit

表3 卡拉蓋雷銅礦硫同位素組成Table 3 Com position o of Su lofur isotope in Ka lagailei Copper Deposit

綜上所述，卡拉蓋雷礦床的硫源主要來自上地幔，在流體沿斷裂遷移上升過程中受到上部火山巖地層硫的混染，使得δ34S均一性被擾亂，并且在成礦后期，由于成礦環(huán)境的相對開放，地表雨水加入、流體氧逸度增加，從而在鉛鋅礦階段表現(xiàn)出富集32S的特征[11-12]。

卡拉蓋雷銅鈷金礦床成礦溫度分布在89.0℃～297.6℃，δ34S值介于-11.7‰～8.1‰，與阿吾拉勒成礦帶瓊布拉克火山熱液型銅銀礦具有可比性，其方解石中流體包裹體均一溫度為92～129℃，δ34S值為-10.6‰～6.4‰[13-14]。氫、氧同位素特征顯示早期成礦流體有巖漿水參與，隨著成礦過程演化，后期有天水加入。結合礦床主要地質(zhì)特征、控礦因素、流體包裹體特征及H、O、S同位素分析認為，卡拉蓋雷銅鈷金礦床屬火山－巖漿熱液型成因。

4 結論

(1)卡拉蓋雷銅鈷金礦床石英、方解石中的流體包裹體分為氣液包裹體、富液相包裹體,且以前者為主,約占95%。流體成分主要為NaCl-H2O。礦床均一溫度為89.0℃～297.6℃，范圍較寬廣反映出成礦過程和階段的復雜性；成礦流體的鹽度為1.74%～21.33%，密度為0.8550～1.0851g/cm3，成礦壓力大于164.45×105Pa，成礦深度大于620.87m。據(jù)此可知該礦床成礦流體為中低溫、中－低鹽度、較高密度流體，成礦深度較淺。

(2)氫、氧同位素組成表明，卡拉蓋雷銅鈷金礦床成礦流體早期有巖漿水參與，后期隨著成礦環(huán)境的開放，有不同程度的雨水加入；硫同位素組成特征顯示硫源主要來自上地幔，并有火山巖地層硫的混入。

(3)綜合礦床主要地質(zhì)特征、控礦因素、流體包裹體特征及H、O、S同位素分析，筆者初步研究認為卡拉蓋雷銅鈷金礦床屬火山－巖漿熱液型成因。

致謝：本課題研究，從資料收集、采樣、分析到數(shù)據(jù)整理過程得到了中國地質(zhì)大學（北京）、天津華北地質(zhì)勘查局和天津華勘礦業(yè)投資有限公司、新疆大山礦業(yè)有限公司的支持，在課題研究過程中得到了學校老師和單位評審專家的寶貴意見，在此一并表示感謝！最后，謹以此文獻給天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所建所50周年！

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Abstract:Kalagailei Cu-Co-Au deposit is the volcanic hydrothermal deposits in Nalatim ineralized belt.The elements in it aremainly Cu and Mo、Co、Au、Pb、Zn.We studied unioform temperature,salinity ofluid density and pressure oof the ore ofluid inclusion,and researched the S、O、D isotope characteristicsoof the deposit.It is suggested that the deposit show ofeature oofmedium-low temperature,medium-low salt and relatively high density.Depth oof mineralization（theoretical depth）is relatively shallow.H-O isotopes composition shows thatmatallogenic liquid ismainly magma water in early stage,and later rain water participates w ith the open oofmatallogenic environment.S isotopes composition shows that source oof sulofur ismainly ofrom the uppermantle,w ith somem ixture oof strata sulofur.thisstudy would provide certain guiding signioficance on such kind oof Cu-Co-Au deposits.

Keywords:KalagaileiCu-Co-Aum ine;Nalatim ineralized belt;ofluid inclusions;isotope

Study on the Fluid Inclusion and Isotope oof the KalagaileiCu-Co-Au Deposit in Zhaosu County,Xinjiang

GUOPeng-zhi1,SHEN Li-xia1,GEWen-sheng2,XUEYun-qing1,LIWen-sheng3
(1.Tianjin North China Geological Exploration Bureau,Tianjin 300170;2.China University oofGeosciences,Beijing 100083,China; 3.InnerMongoliaM ining Exploitation Co.LTD,Huhehot010020)

P618.51

A

1672－4135（2012）02－0146-08

2012-5-14

天津華北地質(zhì)勘查局項目：新疆昭蘇卡拉蓋雷銅鈷金礦床成礦特征及成礦模式研究

郭鵬志(1971-)，男，河南商丘人，高級工程師，2007年獲中國地質(zhì)大學地質(zhì)工程碩士學位，主要從事地質(zhì)找礦工作，Email：bjslx136@163.com。