新疆阿勒泰烏拉斯溝鉛鋅銅礦床的富CO2流體及其地質(zhì)意義

邊春靜， 徐九華， 張　輝， 成曦暉

新疆阿勒泰烏拉斯溝鉛鋅銅礦床的富CO2流體及其地質(zhì)意義

邊春靜， 徐九華*， 張輝， 成曦暉

（北京科技大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院， 北京 100083）

烏拉斯溝鉛鋅銅礦床位于新疆阿爾泰南緣克蘭火山-沉積盆地。本礦床分為銅、鉛-鋅兩個礦化帶， 礦體賦存在下泥盆統(tǒng)康布鐵堡組上亞組， 容礦巖石為大理巖、綠泥石英片巖等。礦床內(nèi)角礫狀鉛鋅礦石反映了早期海相沉積成礦作用， 礦床變形變質(zhì)特征明顯， 其礦化石英脈可分為兩個階段： 早階段順層石英脈和晚階段切層硫化物石英脈。石英脈中流體包裹體分為富 CO2包裹體、碳質(zhì)流體包裹體和部分水溶液包裹體， 含子晶包裹體。顯微測溫結(jié)果顯示， 早階段石英脈中富CO2包裹體， CO2相的三相點溫度（Tm，CO2）范圍在-62.3～ -58.5 ℃， CO2籠合物熔化溫度（Tm，clath）為0.5～7.5 ℃， 部分均一溫度（Th，CO2）集中在 5.0～21.0 ℃， 均一溫度（Th，total）集中在 285～378 ℃， 所計算的鹽度變化于 4.9%～15.1%NaCleqv之間，密度為0.84～0.97 g/cm3， 最低捕獲壓力為260～360 MPa。晚階段石英脈中， 富CO2包裹體的CO2三相點的溫度（Tm，CO2）為-61.9～ -56.9 ℃， Tm，clath為0.4～9.5℃， Th，CO2為9.0～28.0 ℃， Th，total范圍為242～389 ℃， 鹽度分布于1.0%～15.5%NaCleqv之間， 密度為0.55～0.98 g/cm3， 最低捕獲壓力范圍為180～370 MPa。激光拉曼探針測試顯示包裹體除含CO2外， 還含有不定量的CH4和N2。銅礦化石英脈的流體以富CO2為特征， 為中高溫、低鹽度、中低密度的H2O-NaCl-CO2±CH4±N2變質(zhì)流體， 與造山-變質(zhì)成因有關(guān)。

烏拉斯溝； 鉛鋅銅礦； 富CO2流體； 變質(zhì)熱液改造

烏拉斯溝鉛鋅銅礦床位于新疆阿爾泰南緣泥盆紀(jì)克蘭火山-沉積盆地的北西段， 早期的研究者將其作為海相火山噴流沉積礦床的典型礦床之一（尹意求等， 2005； 焦學(xué)軍等， 2005； 李思強(qiáng)等， 2006）。由于克蘭盆地的很多鉛鋅銅多金屬礦床都賦存于下泥盆統(tǒng)康布鐵堡組的變質(zhì)火山沉積巖系中， 如鐵木爾特、大東溝、塔拉特， 多數(shù)學(xué)者將它們歸為VMS型礦床或SEDEX型礦床（王京彬等， 1998； 萬博和張連昌， 2006）。近年來， 在克蘭火山-沉積盆地的鐵木爾特、大東溝等鉛鋅銅礦床中發(fā)現(xiàn)大量的富CO2包裹體或碳質(zhì)流體包裹體（褚海霞等， 2010； Xu et al.，2011）， 具有變質(zhì)特征的流體、礦床中存在的礦石變形變質(zhì)現(xiàn)象， 以及一些穩(wěn)定同位素證據(jù)， 支持了與造山-變質(zhì)有關(guān)的熱液疊加成礦作用觀點（徐九華等，2011； 耿新霞等， 2010； 王琳琳等， 2012； 楊蕊等，2013）。對于烏拉斯溝鉛鋅銅礦床， 仍有一些不同的觀點， 如馬忠美等（2001）提出為矽卡巖型銅金礦床，Zheng et al. （2012）則認(rèn)為該礦床是由變質(zhì)流體作用形成， 屬于造山型銅礦。

本文試圖通過對烏拉斯溝鉛鋅銅礦床內(nèi)礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征， 以及對不同礦化階段的石英脈中流體包裹體， 特別是富CO2包裹體和碳質(zhì)包裹體的研究，來探討礦床成因及變質(zhì)熱液疊加改造作用。

1　地質(zhì)背景

1.1區(qū)域地質(zhì)

阿爾泰南緣處于西伯利亞板塊和哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊接合部位， 中石炭世基本形成了阿爾泰造山帶的構(gòu)造格架（秦克章， 2000）。中國境內(nèi)的阿爾泰山南緣分布著阿舍勒、沖乎兒、克蘭和麥茲 4個泥盆紀(jì)火山-沉積盆地， 是銅、鉛鋅礦主要分布區(qū)。烏拉斯溝鉛鋅銅礦床位于克蘭盆地內(nèi)， 其結(jié)晶基底為古-中元古界克木齊群和新元古界富蘊(yùn)群變質(zhì)巖系， 其上覆中上志留統(tǒng)庫魯姆提群（S2-3KL）、下泥盆統(tǒng)康布鐵堡組（D1k）和中泥盆統(tǒng)阿勒泰鎮(zhèn)組（D2a）?？挡艰F堡組為重要的賦礦層位， 柴鳳梅等（2009）對康布鐵堡組變質(zhì)流紋巖進(jìn)行了研究， 獲得鋯石SHRIMP U-Pb年齡412.6±3.5 Ma、408.7±5.3 Ma和406.7±4.3 Ma， 主要巖性為黑云石英片巖、變質(zhì)流紋巖、變質(zhì)晶屑凝灰?guī)r等， 其原巖為流紋質(zhì)、英安質(zhì)火山噴發(fā)沉積、溢流所形成的火山碎屑巖、熔巖等。該區(qū)域構(gòu)造發(fā)育， 巖漿巖、變質(zhì)帶和成礦帶的分布受構(gòu)造控制。構(gòu)造線呈NW-SE向， 以阿勒泰復(fù)式向斜為主體， 次級褶皺及斷裂均發(fā)育。阿勒泰復(fù)式向斜， 軸向NW-SE， 軸長＞50 km， 軸面傾向NE， 北東翼倒轉(zhuǎn)。主要的大斷裂有克因?qū)m斷裂、阿巴宮斷裂、阿克巴斯套斷裂等， 均走向NW-SE（圖1）。侵入巖主要為海西期花崗巖。

1.2礦床地質(zhì)

烏拉斯溝鉛鋅銅礦床位于克蘭盆地的西北段，賦礦地層為下泥盆統(tǒng)康布鐵堡組上亞組的變質(zhì)巖系（圖1）， 以含綠泥石英片巖、大理巖、變鈣質(zhì)粉砂巖、變質(zhì)晶屑凝灰?guī)r為特征。礦化分為銅、鉛鋅兩個帶，銅礦化帶長1200 m， 寬500～100 m， 分為溝東和溝西兩個礦化群， 所處層位一致， 并沿走向相接。

銅礦體產(chǎn)出于康布鐵堡組大理巖與英安質(zhì)凝灰?guī)r的分界處。烏拉斯溝西為含錳鐵帽型Cu-Pb-Zn礦化（李思強(qiáng)等， 2006）， 控制鐵帽長＞150 m， 寬4～28.6 m，鐵帽內(nèi)整體為接近邊界品位的Cu-Pb-Zn礦化， 其中鉛鋅礦體長＞150 m， 寬2.9～9.65 m。Cu品位0.15%～0.45%， Pb品位0.13%～0.46%， Zn品位0.52%～1.65%。烏拉斯溝以東為磁鐵石英巖型銅礦化， 長800 m， 有兩個銅礦體： 1號銅礦體長50 m， 寬8.7 m， Cu品位0.57%～5.90%； 2號銅礦體長325 m， 寬2.1～31.90 m，Cu品位 0.22%～6.86%， 銅礦體中伴生金， Au品位0.35～1.10 g/t。

鉛鋅礦體產(chǎn)于大理巖中， 與鐵米爾特鉛鋅礦床處于同一層位（李思強(qiáng)等， 2006）。方鉛礦、閃鋅礦在大理巖中呈條紋狀和順層細(xì)脈狀分布， 礦化體長1250 m， 寬0.8～5.90 m。Pb品位0.28%～2.70%， Zn品位1.55%～ 10.66%。

圖 1 阿爾泰南緣克蘭泥盆紀(jì)火山盆地及礦床地質(zhì)略圖（據(jù)新疆第四地質(zhì)隊 1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)圖資料及徐九華等，2009）Fig.1 Sketch map showing the distribution of ore deposits in the Kelan Devonian volcanic basin in the southern margin of the Altay orogenic belt

2　礦床變形變質(zhì)研究

2.1成礦期和成礦階段

根據(jù)烏拉斯溝礦床鉛鋅、銅礦所在層位， 含礦石英脈體之間的穿插關(guān)系以及圍巖、礦石的變形變質(zhì)特征， 并結(jié)合區(qū)域上類似礦床的對比， 烏拉斯溝鉛鋅銅礦床可劃分出兩個成礦期（圖2）：

（1） 海相火山沉積噴流成礦期， 主要表現(xiàn)為在變質(zhì)流紋巖的上部， 產(chǎn)出層紋狀、條帶狀、角礫狀鉛鋅礦石， 中間夾層狀黃鐵礦（圖3a、b）。另在與變質(zhì)流紋斑巖接觸處， 見角礫狀鉛鋅礦石， 角礫大小懸殊， 定向分布， 由閃鋅礦膠結(jié)變質(zhì)火山碎屑巖形成角礫（圖3b）。在烏拉斯溝1140中段所采礦石中也可見層紋狀黃鐵礦化礦石、層紋狀含閃鋅礦石， 被后期的順層和切層石英脈穿插（圖3c）。

（2） 變質(zhì)熱液成礦期， 主要表現(xiàn)為對層紋狀礦石的疊加和各種硫化物石英脈的形成， 可包括 2個階段：

1） 早階段順層石英脈（QI）， 主要為透鏡狀順層石英脈沿著含礦層位中的綠泥石片巖、層狀黃鐵礦等分布， 黃銅礦、閃鋅礦等呈浸染狀分布（圖3c、d）。

2） 晚階段切層石英脈（QII）， 表現(xiàn)為斜切早期形成的綠泥片巖、層狀黃鐵礦或早階段順層石英脈（圖3e）。切層石英脈中可能又有兩個亞階段： 灰白色的切層石英脈呈角礫狀（QII-1）被更晚的煙灰色黃鐵礦-石英脈（QII-2）穿切。同時在礦區(qū)外圍流紋斑巖中也可見切層石英脈（圖 3f）。切層石英脈中石英顆粒被拉長變形， 形成眼球狀、透鏡狀（圖4a）， 也說明更晚階段的構(gòu)造活動。黃鐵礦、黃銅礦呈粗晶狀， 黃鐵礦自形程度好、顆粒粗大， 沿石英脈分布， 閃鋅礦較少為浸染狀分布。

圖 2 烏拉斯溝鉛鋅銅礦床的成礦期次及主要礦物生成順序Fig.2 Paragenetic sequence of the Wulasigou Pb-Zn-Cu deposit

2.2礦石變形組構(gòu)

海相沉積期的閃鋅礦-方鉛礦沿大理巖層分布，因具有較大的塑性， 受擠壓后常呈定向分布。在礦石中可見部分海相沉積期形成的閃鋅礦、黃銅礦呈浸染狀分布在與變鈣質(zhì)粉砂巖互層的大理巖中， 閃鋅礦邊緣圓滑（圖 4b）， 方鉛礦與閃鋅礦共生沿大理巖定向分布（圖 4c）。黃鐵礦晶體發(fā)生脆性變形被拉斷， 拉斷后的黃鐵礦呈現(xiàn)可拼性， 并沿變質(zhì)片巖的片理方向定向排列， 黃鐵礦由于其較強(qiáng)的自生能力，?？沙蔀樽儼呔Мa(chǎn)出（圖 4d）。變質(zhì)熱液期形成的一部分黃銅礦在生長過程中受到擠壓作用發(fā)生塑性變形呈長條狀， 沿著片巖中的黑云母、綠泥石等礦物的片理方向分布， 或在圍巖變形過程中沿著裂隙面沉淀， 脈狀黃銅礦交代黃鐵礦變斑晶和海相沉積期形成的浸染狀分布的閃鋅礦， 而黃銅礦又被白云母等礦物交代（圖4e、f）， 常見變質(zhì)作用形成的綠泥石、黑云母、白云母等交代切割早期形成的閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦等， 使與金屬礦物的接觸邊界平直（圖4d～f）。

3　流體包裹體研究

3.1研究方法

在詳細(xì)的流體包裹體巖相學(xué)研究基礎(chǔ)上， 進(jìn)行包裹體顯微測溫， 包括CO2三相點溫度（Tm，CO2）、CO2籠合物消失溫度（Tm，clath）、CO2的部分均一溫度（Th，CO2）、鹽水溶液包裹體冰點溫度（Tm，ice）和包裹體的完全均一溫度（Th，total）。顯微測溫實驗在北京科技大學(xué)資源工程系包裹體實驗室進(jìn)行， 冷熱臺型號為 LinKam THMS-600。冷熱臺采用液氮制冷， 電爐絲加熱， 溫度范圍ˉ196～600 ℃， 測溫過程由Linksys軟件控制，Tm，CO2、Th，CO2和Tm，clath的測試精度為±0.1 ℃， Th，total的測試精度為±1 ℃。

包裹體成分分析采用激光拉曼探針法， 測試在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所包裹體實驗室進(jìn)行。測試儀器為法國 Jobin Yevon公司生產(chǎn)的LabRam HR可見顯微共焦拉曼光譜儀， 使用 Ar+離子激光器， 波長為 532 nm， 輸出功率為 44 mV，所測光譜計數(shù)時間是5 s， 每1 cm-1（波數(shù)）計數(shù)一次，500～4000 cm-1全波段一次取峰， 激光束斑大小約為1 μm， 光譜分辨率為0.65 cm-1。測試前采用單晶硅片進(jìn)行校正， 校正后單晶硅片的拉曼位移對應(yīng)520.7 cm-1。

圖3　烏拉斯溝鉛鋅銅礦床野外露頭特征Fig.3 Photos of outcrops of the Wulasigou Pb-Zn-Cu deposit

3.2包裹體巖相學(xué)

用于包裹體研究的樣品分別采自烏拉斯溝銅礦1140 m中段， 及烏拉斯溝西1150 m平峒口， 包括早階段順層石英脈和晚階段切層石英脈， 以及早期角礫狀閃鋅礦， 共磨制了 24件包裹體光薄片， 其中早階段順層石英脈樣品 7件， 晚階段切層石英脈17件。

3.2.1流體包裹體類型

根據(jù)包裹體顯微鏡下的特點、顯微測溫過程中的相變行為， 石英中包裹體主要有四種類型：

圖4　烏拉斯溝鉛鋅銅礦床礦石結(jié)構(gòu)特征Fig.4 Microphotographs of ores from the Wulasigou Pb-Zn-Cu deposit

（1） 富 CO2包裹體（LH2O-LCO2）（WC型）： 占包裹體總數(shù)的 70%， 分為兩相富 CO2包裹體（LH2O-LCO2）和三相富CO2包裹體（LH2O-LCO2-VCO2）（圖5a、b）。其中三相富CO2包裹體只是在室溫下， 氣相CO2和液相 CO2未達(dá)到均一， 這類包裹體約占 20%； 兩相富CO2包裹體在冷凍過程中 CO2相內(nèi)出現(xiàn)氣相 CO2，變?yōu)槿喟w， 并在31.1 ℃以下達(dá)到均一狀態(tài)。WC型包裹體直徑一般在3～20 μm， 個別直徑＞20 μm，形態(tài)有圓形、橢圓形、負(fù)晶型和不規(guī)則形態(tài)， CO2充填度為 10%～60%。大部分的 WC型包裹體為原生成因， 孤立分布； 一部分 WC型包裹體為假次生成因， 帶狀分布， 但是未穿過石英顆粒邊界； 有些包裹體為次生成因， 帶狀分布并穿過顆粒邊界， 這類包裹體所存在的石英顆粒大多碎裂嚴(yán)重， 發(fā)生糜棱巖化（圖 4a）。WC型包裹體在石英的各個階段都有發(fā)現(xiàn)， 但是在進(jìn)行顯微測溫時因內(nèi)壓太大發(fā)生爆裂，只得到少量有效的均一溫度。

圖5　烏拉斯溝鉛鋅銅礦床流體包裹體特征Fig.5 Characteristics of fluid inclusions from the Wulasigou Pb-Zn-Cu deposit

（2） 碳質(zhì)流體包裹體（LCO2±CH4±N2）（C型）： 這里指不含水的 CO2-CH4-N2型的流體包裹體（Van den Kerkhof and Thiéry， 2001； Bodnar， 2003； 池國祥和盧煥章， 2008）， 占總數(shù)的10%， 直徑2～15 μm， 個別可達(dá)到20 μm， 顏色較黑， 主要形態(tài)為橢圓形、圓形，較大者成不規(guī)則形狀。大部分C型包裹體在室溫下為單相， 在降溫過程中出現(xiàn)氣相CO2（氣泡）， 變?yōu)閮上啵?繼續(xù)快速降溫至-100 ℃以下， 液相 CO2凝固，回溫后在-56.6 ℃以下固相融化， 在31.1 ℃以下達(dá)到均一狀態(tài)。包裹體成定向排列或面狀分布， 未穿過石英顆粒表現(xiàn)為假次生成因， 可觀察到C型包裹體與WC型包裹體共存現(xiàn)象（圖5c）， 這兩種類型的包裹體均為原生成因。

（3） 水溶液包裹體（LH2O-VH2O）（W型）： 包裹體數(shù)量較少， 約為 10%～20%， 尤其在一些透鏡狀的石英脈中很少出現(xiàn)。直徑為3～25 μm， 為橢圓形、不規(guī)則形狀。表現(xiàn)為兩種成因， 大部分W型包裹體呈帶狀、面狀分布， 穿過石英顆粒， 為次生成因； 少量W型包裹體在石英顆粒內(nèi)孤立存在， 為原生成因（圖5d、e）。

（4） 含子晶的包裹體（S型）： 在早階段順層石英脈中發(fā)現(xiàn)少量含石鹽子晶的包裹體（＜5%）， 直徑6～15 μm（圖5e）。分為兩種類型： S1型為LH2O-VH2O-S；S2型為LH2O-LCO2-S， 在降溫過程中液相CO2中出現(xiàn)氣相CO2。極少量S1型包裹體呈帶狀分布， 在早階段順層石英脈中出現(xiàn)。S2型包裹體孤立分布， 為原生成因（圖5e）， 個別含子晶包裹體直徑達(dá)20 μm左右， 但發(fā)生變形， 呈不規(guī)則形狀。

海相火山噴流沉積期的角礫狀、層狀閃鋅礦顆粒較小， 因鐵含量較多顏色較深， 為紅褐色， 透明度較差， 包裹體較難觀察。閃鋅礦中的包裹體主要為水溶液型包裹體（LH2O-VH2O）（圖5f）， 直徑5～15 μm，圓形或者橢圓形。大部分“包裹體”未觀察到內(nèi)部有氣泡， 可能是受到后期的流體作用導(dǎo)致包裹體破裂成為空洞。

3.2.2流體包裹體組合

流體包裹體組合（Fluid Inclusion Assemblage，F(xiàn)IA）是巖相學(xué)上能夠分清的、能代表最細(xì)分的包裹體捕獲事件的一組包裹體（Goldstain and Reynolds，1994； 池國祥和盧煥章， 2008）。本次對切層石英脈QII（樣品WL339）進(jìn)行了初步研究， 該樣品的石英顆粒內(nèi)可識別出幾組FIA（圖5b）， 包裹體組合a以較大的早期富 CO2包裹體群為主， 包裹體變形嚴(yán)重， 數(shù)量較多， CO2/H2O體積比大致相近， CO2相所占比例較大可達(dá)50%。包裹體組合b為帶狀分布的富CO2包裹體， 在整個樣品中可見其穿過石英顆粒的愈合裂隙， 包裹體為長柱狀、圓形、負(fù)晶形， 尺寸小于包裹體組合a， CO2/H2O體積比也基本一致， 包裹體組合 b切過無序分布的包裹體組合 a。包裹體組合 c主要由水溶液包裹體組成， 常為渾圓狀細(xì)小的包裹體群， 包裹體組合c穿切包裹體組合b， 表現(xiàn)為最晚的捕獲事件。

包裹體組合 a中包裹體的 Tm，CO2為-59.8～-59.7 ℃， Th，CO2為 10.5～12.1 ℃， 大多在未均一時就發(fā)生爆裂， 爆裂溫度低于 213 ℃， 說明包裹體組合a中的捕獲壓力較大。包裹體組合b中包裹體測得的Tm，CO2為-58.5～ -58.3℃， Th，CO2為12.4～22.7 ℃，說明密度相對于包裹體組合 a要小一些， 在均一前也發(fā)生爆裂， 但爆裂溫度較高， 集中在266～274 ℃，說明其捕獲壓力比包裹體組合a的低。

3.3顯微測溫

進(jìn)行包裹體顯微測溫的樣品包括變質(zhì)熱液時期早階段的順層白色石英脈（QI）和晚階段切層石英脈（QII）， 獲得278組數(shù)據(jù)， 見表1。

（1） 早階段順層石英脈階段

原生兩相 WC型（LH2O-LCO2）包裹體在降溫過程中出現(xiàn)氣相CO2， -90 ℃以下液相CO2冷凝。一般冷卻至-120 ℃后在升溫過程中記錄數(shù)據(jù)。原生 WC型包裹體， 測得的 Tm，CO2為-62.3～ -58.5 ℃（12， 包裹體個數(shù)）， 集中在-59.5～-58.5 ℃（圖6a）， Tm，clath為0.5～7.5 ℃（18）， 集中分布在3.5～7.5 ℃之間。Th，CO2為3.3～30.2 ℃（22）， 集中在5～21 ℃（圖6b）， 均一為液相 CO2； 在測量 Th，total的過程中， 90%的包裹體發(fā)生爆裂， 爆裂溫度范圍 228～382 ℃， 個別包裹體最后達(dá)到均一狀態(tài)， Th，total范圍為285～378 ℃（6）（圖6c）。

只測得了一組C型流體包裹體的相關(guān)溫度， Tm，CO2為-56.8 ℃； Th，CO2為22.6 ℃。

W 型包裹體（LH20-VH2O）的 Tm，ice范圍為-7.4～-0.3 ℃ （12）， 集中在-3.5～ -0.5 ℃， Th，total為240～369 ℃（15）， 為原生成因。

S1型包裹體的子晶熔化溫度（Tm，NaCl）范圍是148～156 ℃（2）， 子晶熔化后達(dá)到均一狀態(tài)， Th，total范圍為177～301 ℃（2）， 其中一個包裹體的子晶在385 ℃時熔化在420 ℃以下未均一； S2型包裹體的Tm，NaCl范圍為190～282 ℃（4）， 包裹體在子晶熔化后， 達(dá)到均一前爆裂， 爆裂溫度范圍380～421 ℃（4）。

（2） 晚階段切層石英脈

原生WC型包裹體， 測得Tm，CO2為-61.9～ -56.9 ℃（120）， 90%的溫度集中在-59.5～ -57.5 ℃（圖6a）， Tm，clath為 0.4～9.5 ℃（102）， 集中在 3.5～7.5 ℃； Th，CO2為-0.9～28.7 ℃（131）， 集中在 9.0～28.0 ℃（圖 6b）， 均一為液相 CO2； 90%的包裹體在未均一前發(fā)生爆裂（113～384 ℃）， 少量包裹體最后達(dá)到均一狀態(tài)， Th，CO2為242～389 ℃（13）（圖6c）。

C型流體包裹體的Tm，CO2為-59.8～ -57.2 ℃（13），集中在-59.5～ -57.5 ℃； Th，CO2為 1.6～29.9 ℃（16），集中分布在22.0～29.0 ℃。

圖6　烏拉斯溝鉛鋅銅礦床WC型包裹體Tm，CO2-Th，CO2-Th，total直方圖Fig.6 Histogram of Tm，CO2-Th，CO2-Th，totalfor WC-type fluid inclusions from the Wulasigou Pb-Zn-Cu deposit

據(jù)巖相學(xué)顯微觀察， W 型包裹體（LH20-VH2O）中次生成因的Tm，ice范圍為-9.4～ -0.4 ℃， 在118～240 ℃之間達(dá)到均一狀態(tài)； 原生包裹體 Tm，ice集中在-8.6～-4.0 ℃， Th，total為240～416 ℃。

3.4流體鹽度、密度和壓力的計算

WC型包裹體（LH2O-LCO2）的鹽度（W）采用Roedder （1984）公式： W=15.52022-1.02342T-0.05286T2（T為籠合物熔化溫度℃）求出。

W 型包裹體（LH2O-VH2O）鹽度通過 Hall et al.（1988）提出的 公 式： W=0.00+1.78Tm-0.0442Tm2+ 0.000557Tm3（Tm為冰點下降的溫度℃）求出。

根據(jù)Thiéry et al. （1994）提出的CO2-CH4體系的V-X相圖可以求得WC型包裹體中CO2相中CH4的摩爾分?jǐn)?shù)， 然后根據(jù)Swanenberg （1979）的CO2-CH4體系的ρ-XCH4-Th關(guān)系圖， 求得CO2相的密度。流體的總密度是通過選取其中圓柱形或者球形包裹體進(jìn)行計算的，L1代表液相CO2直徑， L2代表包裹體長度。圓柱形包裹體液相CO2占整個包裹體的體積分?jǐn)?shù)ψCO2采用公式： ψCO2=2L1/3L2； 球形包裹體ψCO2采用公式：ψCO2=L13/L23。然后根據(jù)所求CO2的體積分?jǐn)?shù)， 應(yīng)用公式： ρ=ρCO2×ψCO2+ρH2O×（1-ψCO2）， 計算出流體密度。

W型包裹體的密度采用Bodnar （1983） NaCl-H2O體系溫度-鹽度-密度關(guān)系圖解求得， 結(jié)果如表2。

壓力估算， 首先應(yīng)用 Thiéry et al. （1994）和Swanenberg （1979）的相圖求 CO2密度， 然后應(yīng)用Brown （1989）H2O-CO2-NaCl體系的P-X相圖計算流體最低捕獲壓力。結(jié)果如下： 早階段順層石英脈在WL302樣品中得到3組有效數(shù)據(jù)260～360 MPa； 晚階段石英脈在WL303、WL310、WL317、WL337中得到6組有效數(shù)據(jù)， 最低捕獲壓力為180～370 MPa。

3.5激光拉曼探針分析

激光拉曼譜圖分析表明， 烏拉斯溝鉛鋅銅礦的變質(zhì)成因脈體， 早階段順層石英脈（QI）（WL302）、晚階段切層石英脈（QII）（包括綠泥石片巖中的石英脈WL316、含浸染狀黃銅礦的石英脈 WL341， 以及地層中灰白色切層石英脈WL339）中WC型包裹體中的 CO2相主要成分為 CO2（圖 7a～c）， 激光拉曼譜圖位移1280 cm-1、1384 cm-1附近有明顯的CO2譜峰，3449 cm-1附近存在H2O的譜峰。 CO2相中同時還含有少量CH4（2913 cm-1）或/和N2（2327 cm-1）（圖7a、c）， 部分 WC型的包裹體未檢測到 CH4或者 N2（圖7b）。單相C型包裹體的主要成分為CO2， 含少量N2、CH4（圖 7d）， 這與在測溫過程中Tm，CO2低于-56.6 ℃的結(jié)果一致。對閃鋅礦中包裹體進(jìn)行激光拉曼檢測，大部分包裹體未檢測到有效氣液成分。

4　討 論

4.1富CO2流體的成因及來源

根據(jù)包裹體巖相學(xué)和顯微測溫研究， 早階段的順層石英脈和晚階段的切層石英脈中WC型包裹體都占主要地位， 屬CO2-H2O-NaCl流體體系， CO2相中還含少量的CH4、N2。早階段石英脈中WC型包裹體， 均一溫度較高， 集中在 285～378 ℃， 鹽度集中在 4.9%～15.1%NaCleqv， 密度為 0.84～0.97 g/cm3，可觀察到沿愈合裂隙分布的并穿過石英顆粒的次生包裹體， 它們是在晚階段流體活動中被捕獲的； 晚階段石英脈中 WC型包裹體的均一溫度也較高， 范圍為242～389 ℃， 鹽度1.0%～15.5%NaCleqv， 密度相對低些， 為0.55～0.98 g/cm3。單相C型包裹體的Tm，CO2低于-56.6 ℃， 含少量CH4、N2。這兩種類型的包裹體在變質(zhì)石英脈中共存并具有相似的Tm，CO2、Th，CO2，說明存在CO2-H2O流體的局部不混溶。Phillips and Powell （1993）認(rèn)為低鹽度、較高溫度和還原條件的CO2-H2O流體是變質(zhì)成礦流體的共同特征， 而且許多學(xué)者研究認(rèn)為區(qū)域變質(zhì)作用峰期變質(zhì)流體的特征是富CO2， 而且流體中普遍存在CH4和N2。對早晚階段石英脈中WC型和C型包裹體的CO2相Tm，CO2和 Th，CO2相關(guān)性進(jìn)行研究（圖 8）， 結(jié)果表明早階段石英脈中WC型和C型包裹體的CH4的摩爾分?jǐn)?shù)（XCH4）主要集中在 0.1～0.15之間， 而晚階段石英脈中的WC型和 C型包裹體 CO2相的 XCH4分布稍寬在0.05～0.15之間， 說明晚階段流體的 CH4含量變化更大。由于流體中還存在N2， 使得變化規(guī)律更為復(fù)雜。

表2　烏拉斯溝鉛鋅銅礦床流體包裹體鹽度、密度統(tǒng)計表Table 2 Salinities and densities of the fluid inclusions from the Wulasigou Pb-Zn-Cu deposit

圖7　烏拉斯溝礦床流體包裹體激光拉曼探針譜鋒圖Fig.7 Representative Raman spectra of fluid inclusions from the Wulasigou Pb-Zn-Cu deposit

N2包裹體被認(rèn)為存在于高級變質(zhì)巖中如含柯石英榴輝巖， 認(rèn)為是云母或長石中的NH4+分解形成的（Andersen et al.， 1993； 傅斌等， 2000）。本礦床內(nèi)WC型包裹體中的 N2可能是黑云母受到變質(zhì)作用形成綠泥石的過程中由NH4+分解形成。CH4被認(rèn)為是低級變質(zhì)巖中存在的揮發(fā)分， CH4的來源可能為含碳沉積巖在變質(zhì)過程中發(fā)生 2C+2H2O=CO2+CH4（Roedder， 1984）， 產(chǎn)生CO2和CH4， QI中包裹體CH4含量比大部分 QII中包裹體 CH4含量高， 表明區(qū)域變質(zhì)作用形成大量 CH4， 而發(fā)展到晚階段， 流體中CH4含量有所降低。CO2的流體來源主要有： 幔源、巖漿的脫揮發(fā)分、下地殼的麻粒巖化（Andersen et al.，1997； Ertan et al.， 1999； Lowenstern， 2001）， 該礦床WC型包裹體的均一溫度范圍為 242～389 ℃， 晚階段流體中 CO2摩爾體積總體大于早階段流體中的CO2摩爾體積。本區(qū)下泥盆統(tǒng)康布鐵堡組廣泛分布，大理巖層發(fā)育， 晚階段流體中 CO2含量增大可能是因為在區(qū)域變質(zhì)中大理巖層受到鈣硅質(zhì)交代釋放CO2。因此烏拉斯溝礦區(qū)的富 CO2流體可能與造山變質(zhì)作用有關(guān)。

從前述QII的FIA研究中可看出， 該區(qū)域經(jīng)過了多期流體活動。包裹體組合 a應(yīng)為切層石英脈形成過程中最早捕獲的富 CO2包裹體。包裹體組合 a中的包裹體發(fā)生嚴(yán)重變形， 并且包裹體的 Th，total變化范圍較大， 可能是包裹體形成以后流體活動對其改造導(dǎo)致的。包裹體組合b， 穿切了大部分石英顆粒，說明該組合是在切層石英脈形成以后的構(gòu)造事件中被捕獲的， 其密度相對于包裹體組合 a的密度低，反映壓力降低， 說明其捕獲環(huán)境相對于石英脈形成時有一定的抬升。包裹體組合c為QII中最晚一期的流體活動， 主要成分為水， 可能為大氣降水的加入。

4.2富CO2流體圈閉的溫壓條件

前文所述， 早階段石英脈中包裹體最低捕獲壓力 260～360 MPa， 晚階段石英脈最低捕獲壓力為180～370 MPa。在測溫過程中， 大部分WC型包裹體在未均一前爆裂， 這是因為石英中包裹體在升溫過程中內(nèi)壓急劇增大， 當(dāng)其內(nèi)壓超過石英的機(jī)械強(qiáng)度， 即內(nèi)外壓差達(dá)到85 MPa就會引起爆裂（Roedder， 1984）。

鄭常青等（2005）研究得到阿勒泰紅柱石-矽線石型遞增變質(zhì)帶屬于典型的中-低壓過渡型遞增變質(zhì)帶， 根據(jù)石榴子石-斜長石-黑云母-白云母-石英內(nèi)部一致地質(zhì)溫壓計估算的變質(zhì)峰期溫度 T=580～670 ℃，壓力 P=400～500 MPa， 變質(zhì)峰期后， 發(fā)生降溫降壓退變質(zhì)演化， 期后T=500～580 ℃、P=200～300 MPa。該礦床變質(zhì)礦物組合屬于變質(zhì)程度相對較低的綠片巖相變質(zhì)帶， 變質(zhì)礦物組合主要為黑云母-石榴子石、綠泥石-黑云母， 為變質(zhì)峰期后的礦物組合。由以上得到的溫壓數(shù)據(jù)可以看出， 烏拉斯溝鉛鋅銅礦變質(zhì)熱液期兩階段流體包裹體被捕獲的溫壓條件略低于變質(zhì)峰期的溫度、壓力范圍， 而略高于變質(zhì)峰期后的壓力值， 這是因為用來計算壓力的均一溫度是捕獲溫度的最低溫度， 而由此估算的壓力亦為最低捕獲壓力。烏拉斯溝鉛鋅銅礦床的變質(zhì)流體為變質(zhì)峰期后的產(chǎn)物， 所以溫度壓力條件處于變質(zhì)期后降低過程， 可以認(rèn)為其富 CO2包裹體形成的溫壓條件與該地區(qū)造山帶區(qū)域變質(zhì)期后的P-T演化基本一致。同時， 區(qū)域內(nèi)的其他礦床， 如薩熱闊布金礦（271～446 ℃、90～330 MPa， 秦雅靜等， 2012）、恰夏銅礦含銅石英脈（230～310 ℃、300～350 MPa， 楊蕊等， 2013）、大東溝鉛鋅礦（216～374 ℃、130～340 MPa，褚海霞等， 2010）測得的流體包裹體捕獲溫壓范圍與烏拉斯溝礦床P-T條件基本一致（圖9）。

圖8　烏拉斯溝銅鉛鋅礦床不同階段石英脈中WC型和C型包裹體 Tm，CO2-Th，CO2圖（底圖據(jù) Thiéry et al.，1994）Fig.8 Tm，CO2vs. Th，CO2of WC- and C-type fluid inclusions in the different stages of the Wulasigou Cu-Pb-Zn deposit

因礦區(qū)內(nèi)出露地層的巖性主要為變晶屑凝灰?guī)r、變質(zhì)流紋斑巖、火山碎屑巖等， 其密度應(yīng)相當(dāng)于中酸性巖的密度（2.7 g/cm3）， 若按靜巖壓力梯度（27.9 MPa/km）， 根據(jù) QI中包裹體最低捕獲壓力260～360 MPa， 推斷其形成深度為10～13.6 km； QII中包裹體最低捕獲壓力 180～370 MPa， 估算其形成深度為7～13.7 km。這與造山變質(zhì)環(huán)境相符合。Zheng et al. （2012）估算烏拉斯溝銅礦床的形成深度為 13～15.5 km， 與本文由最低捕獲壓力估算的深度相近。

4.3烏拉斯溝鉛鋅銅礦床成因

VMS礦床在形成后， 由于俯沖造山或碰撞造山運動等， 經(jīng)常經(jīng)歷變形變質(zhì)過程。而其礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造承載著重要的礦床成因信息， 是研究探討VMS礦床變質(zhì)過程的重要手段（Stanton， 1972； Tiwary，1998）。顧連興等（2004）重點研究了遼寧紅透山銅礦礦石變形變質(zhì)特點證明硫化物礦床經(jīng)歷沉積-成巖過程后又經(jīng)歷了變質(zhì)作用使金屬礦物發(fā)生重結(jié)晶和化學(xué)再活化， 同時部分礦石還遭受韌性剪切作用形成礦石糜棱巖。

圖 9 烏拉斯溝鉛鋅銅礦床富 CO2流體包裹體圈閉的PˉT軌跡（底圖據(jù)Brown et al.， 1989； 圖中變質(zhì)峰期溫壓、峰期后溫壓范圍據(jù)鄭常青等（2005）變質(zhì)礦物地質(zhì)溫壓計估算的數(shù)據(jù)）Fig.9 Pressure-temperature evolution of CO2-rich fluid inclusions in the Wulasigou Pb-Zn-Cu deposit

烏拉斯溝鉛鋅銅礦床遭受了強(qiáng)烈的變形變質(zhì)作用， 硫化物礦石被改造。礦床內(nèi)海相沉積期形成的黃鐵礦被拉斷， 呈現(xiàn)可拼性， 擠壓后定向分布， 被磁鐵礦交代呈港灣狀、孤島狀結(jié)構(gòu)等； 磁鐵礦變質(zhì)后呈網(wǎng)脈狀、碎裂狀； 早期閃鋅礦、方鉛礦沿大理巖層層狀分布。變質(zhì)熱液期形成的黃銅礦在構(gòu)造作用下發(fā)生塑性變形， 沿片巖片理分布， 或沿裂隙沉淀， 交代海相沉積期的磁鐵礦等； 而變質(zhì)作用所形成的綠泥石、黑云母等礦物交代、切割早期的黃鐵礦等。這些礦物的變形變質(zhì)特征都與動力變質(zhì)作用有關(guān)。研究表明由構(gòu)造變形和動力變質(zhì)作用形成的礦石， 變形變質(zhì)作用可以導(dǎo)致成礦物質(zhì)的再活化和富集（Marshall and Gilligan， 1987 ）。變形變質(zhì)作用對脈石礦物的壓溶作用可以使原礦石變富， 從烏拉斯溝鉛鋅銅礦床的礦石顯微結(jié)構(gòu)可觀察到變質(zhì)熱液時期形成的硫化物（黃銅礦、閃鋅礦）疊加原礦體。

阿爾泰南緣克蘭盆地內(nèi)的脈狀金銅礦床包裹體中都富含 CO2包裹體， 徐九華等（2011）認(rèn)為成礦熱液來源與區(qū)域變質(zhì)及相關(guān)的巖漿活動有關(guān)。王琳琳等（2012）和耿新霞等（2010）認(rèn)為克蘭盆地鐵木爾特鉛鋅（銅）礦床的的噴流沉積期流體為中低溫、低鹽度、中低密度的H2O-NaCl體系， 而疊加改造期的流體為中高溫、中低鹽度、中低密度的H2O-NaCl-CO2± CH4±N2體系。烏拉斯溝鉛鋅銅礦床順層、切層硫化物-石英脈中包裹體也以 WC型和單相CO2包裹體為主， 流體具中高溫、中低鹽度、中低密度特征， 與區(qū)域上類似礦床的晚期脈狀礦化流體相同（如大東溝， 褚海霞等， 2010； 鐵木爾特， Xu et al.， 2011； 塔拉特， Zhang et al.， 2015）， 應(yīng)屬變質(zhì)熱液流體。

Zheng et al. （2012）重點研究了烏拉斯溝的脈狀銅礦， 認(rèn)為烏拉斯溝銅礦床是造山型礦床， 與變質(zhì)流體有關(guān)。但是我們不排除烏拉斯溝鉛鋅銅礦床中存在層紋狀、角礫狀的與海相火山沉積有關(guān)的早期閃鋅礦-方鉛礦礦石。這類礦石與該區(qū)域內(nèi)鐵木爾特鉛鋅礦床（徐九華等， 2009）VMS型礦石的特征一致，為層紋狀、條帶狀， 并在層狀鉛鋅礦體底部發(fā)育角礫狀礦石， 角礫為變晶屑凝灰?guī)r等火山碎屑巖類。烏拉斯溝礦床閃鋅礦中包裹體多已破壞， 殘留少量包裹體主要為W型包裹體（圖5f）， 與VMS型礦床的成礦流體以簡單鹽-水體系為主的特征相符（倪培，2005； 陳衍景等， 2007）， 并且與該區(qū)域內(nèi)其他礦床（如鐵木爾特、塔拉特鉛鋅礦床等）VMS期閃鋅礦中的包裹體特征相似。但因數(shù)量太少未得到可靠的測溫數(shù)據(jù)， 通過激光拉曼檢測和顯微鏡觀察未得到有效氣液成分的譜峰， 未發(fā)現(xiàn) CO2譜峰， 應(yīng)不是在區(qū)域變質(zhì)成礦期形成。很多學(xué)者也認(rèn)為多數(shù)VMS礦床變質(zhì)程度達(dá)到綠片巖相其原生包裹體已無法保存（Marshall et al.， 2000）， 所以閃鋅礦中的包裹體可能受變質(zhì)作用后被破壞。

烏拉斯溝銅礦硅化礦石的2個鋯石裂變徑跡年齡分別為312±39 Ma和247±24 Ma（袁萬明等， 2007），代表了2個成礦期： 312 Ma左右代表石炭紀(jì)晚期新疆北部三大板塊的會聚碰撞（沈曉明等， 2013）， 導(dǎo)致區(qū)域發(fā)生強(qiáng)烈而頻繁的火山-巖漿活動、變質(zhì)作用及金-銅成礦作用； 而247 Ma代表了與晚二疊世-早三疊世新疆北部的隆起及非造山花崗巖形成有關(guān)的事件。Zheng et al. （2012）測得金屬硫化物-石英脈中蝕變白云母的40Ar/39Ar坪年齡為220 Ma， 認(rèn)為烏拉斯溝銅礦的銅礦化持續(xù)到三疊紀(jì)。以上研究說明烏拉斯溝鉛鋅銅礦床的變形改造與石炭紀(jì)-二疊紀(jì)造山變質(zhì)作用有關(guān)。

5　結(jié) 論

（1） 烏拉斯溝礦床與變質(zhì)有關(guān)的順層（QI）、切層（QII）石英脈中發(fā)育富 CO2包裹體和碳質(zhì)包裹體， 屬中高溫、低鹽度、中低密度的 H2O-NaCl-CO2± CH4±N2流體體系。QI中WC型包裹體， Tm，CO2范圍為-62.3～ -58.5 ℃， Th，CO2集中在5.0～21.0 ℃， Th，total為285～378 ℃， 鹽度范圍4.9%～15.1%NaCleqv， 密度為0.84～0.97 g/cm3； QII中 WC型包裹體的Tm，CO2為-61.9～ -56.9 ℃， Th，CO2為9.0～28.0 ℃， Th，total為242～389 ℃， 鹽度分布于 1.0%～15.5%NaCleqv之間，密度為0.55～0.98 g/cm3。富CO2流體中含有一定量的CH4和N2， 為變質(zhì)流體。

（2） 早階段順層石英脈中 WC型包裹體的最低捕獲壓力為 260～360 MPa， 晚階段切層石英脈中WC型包裹體最低捕獲壓力為 180～370 MPa， 所估測的溫壓數(shù)值與區(qū)域變質(zhì)的P-T演化軌跡吻合。

（3） 烏拉斯溝鉛鋅銅礦床中早泥盆世海相火山沉積礦化遭受了強(qiáng)烈的后期變形變質(zhì)作用。常見早期黃鐵礦碎裂， 定向分布。變質(zhì)熱液期形成的黃銅礦沿片巖片理分布， 或沿著裂隙沉淀， 交代海相沉積期的磁鐵礦和黃鐵礦變斑晶等； 而變質(zhì)作用形成的綠泥石、黑云母等交代早期閃鋅礦、黃鐵礦等礦物。這些特點進(jìn)一步說明了烏拉斯溝鉛鋅銅礦床的變形改造與石炭紀(jì)-二疊紀(jì)造山變質(zhì)作用有關(guān)。

致謝： 本文野外工作得到新疆有色地質(zhì)勘查局七〇六隊及郭旭吉總工、烏拉斯溝銅礦有關(guān)技術(shù)人員的幫助。中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所盧煥章研究員、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所范宏瑞研究員對本文提出了建設(shè)性的寶貴意見， 在此一并表示衷心感謝。

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CO2-rich Fluids and Their Geological Significance of the Wulasigou Pb-Zn-Cu Deposit， Altay， Xinjiang

BIAN Chunjing， XU Jiuhua*， ZHANG Hui and CHENG Xihui
（School of Civil and Environmental Engineering， University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083，China）

The Wulasigou Cu-Pb-Zn deposit is one of the Cu-Pb-Zn polymetal deposits in the Devonian kelan volcanicsedimentary basin of Southern Altaids. The origin of the deposits in the basin is still controversial yet. They were considered as volcano-sedimentary-related in many early literatures. Recently， metamorphic fluids were recognized by some authors. The Wulasigou Cu-Pb-Zn deposit occurs in the Lower Devonian Kangbutiebao Formation， which is composed of metamorphosed rhyolite， quartz schist， and metamorphic crystal tuff. There are two stages of vein-type Cu mineralization， the lentoid or streaked early quartz veins （QI） and the later sulfide-quartz veins （QII）. Microthermometric studies show that solid CO2melting temperatures （Tm，CO2） of LH2O-LCO2inclusions in （QI） are mostly in the range of -62.3～ -58.5 ℃， clathrate melting temperatures （Tm，clath） are in the range of 0.5～7.5 ℃， partial homogenization temperatures （Th，CO2） vary from 5.0-21.0℃， and the total homogenization temperatures （Th，total） are in the range of 285～378 ℃， with the salinities and densities of 4.9%～15.1% NaCleqvand 0.84～0.97 g/cm3respectively. The later quartz veins （QII） have -61.9～ -56.9 ℃ of Tm，CO2， 0.4～9.5 ℃ of Tm，clath， 9.0～28.0 ℃ of Th，CO2， and 242～388 ℃ of Th，total， with the salinities of 1.0%～15.5%NaCleqvand densities of 0.55～0.98 g/cm3. The lowest trapping pressures of fluid inclusions in QI are 180～370 Mpa and 260～360 MPa in QII. Laser Raman spectroscopy revealed that the CO2-rich fluid inclusion contains major contents of CO2and a little variable component of CH4and/or N2in CO2phases. The fluids of Cu-bearing veins from the Wulasigou deposit are characterized by CO2-rich， medium-high temperatures， low salinities， medium-low densities， and can be considered as H2O-CO2-NaCl±CH4±N2system. The ore-forming fluids should be related to orogenic and metamorphic hydrothermal fluids.

Wulasigou； Pb-Zn-Cu deposit； CO2-rich fluids； metamorphic overprints

P611

A

1001-1552（2016）04-0716-015

2014-09-02； 改回日期： 2015-03-18

項目資助： 國家自然科學(xué)基金（41372096）資助。

邊春靜（1987-）， 女， 博士研究生， 礦床學(xué)專業(yè)。Email： bianjing0314@163.com

徐九華（1951-）， 男， 博士生導(dǎo)師， 從事礦床學(xué)方向研究。Email： jiuhuaxu@ces.ustb.edu.cn