哈圖金礦帶成礦流體組分、硫同位素分析及礦床成因

李 晶，許英霞，申 萍，潘鴻迪，鐘世華，李昌昊，郭勃巍

(1.華北理工大學，河北唐山 063009；2.中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029；3.長安大學地球科學與資源學院，陜西西安 710054)

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哈圖金礦帶成礦流體組分、硫同位素分析及礦床成因

李 晶1,2，許英霞1，申 萍2，潘鴻迪3，鐘世華2，李昌昊2，郭勃巍1

(1.華北理工大學，河北唐山 063009；2.中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029；3.長安大學地球科學與資源學院，陜西西安 710054)

成礦流體成分 硫同位素 造山型金礦 哈圖金礦帶 新疆

0 引言

造山型金礦床作為世界上最重要的金礦床類型，其黃金儲量在世界范圍內(nèi)可達30%(Weatherleyetal., 2013)，目前23個超大型金礦(>500t)屬造山型金礦(Bierleinetal., 2006)。造山型金礦這一概念最早是由B?hlke(1982)提出的，隨后在Grovesetal.(1998)和Goldfarbetal.(1998，2001)系統(tǒng)論證下得到了極其廣泛的應(yīng)用。石英脈型、韌性剪切帶型、構(gòu)造蝕變巖型及網(wǎng)脈型金礦均屬造山型金礦(Grovesetal., 1998; Kerrichetal., 2000; 陳衍景，2006，2007)。

新疆西準噶爾地區(qū)作為中亞成礦域的重要組成部分(沈遠超等，1993；Jahnetal.，2004；Wangetal., 2004；李光明等，2008；肖文交等，2008)，蘊藏了金、鉬、銅等豐富的礦產(chǎn)資源，其中包括哈圖金礦(沈遠超等，1993；范宏瑞等，1998；朱永峰等，2013；Shenetal.，2015a)、包古圖銅礦(Shenetal.，2009，2010，2013，2015b)、蘇云河鉬礦(鐘世華等，2015)、宏遠鉬礦(李永軍等，2012；鄢瑜宏等，2014)等。哈圖成礦帶位于西準噶爾南部，地理坐標為東經(jīng)84°19′17″-84°32′00″，北緯45°54′25″-45°59′42″，是新疆北部最重要的金成礦帶。分布有哈圖(齊Ⅰ)、齊Ⅱ、齊Ⅲ、齊Ⅳ以及齊Ⅴ五個金礦床(點)(圖1)，其中哈圖金礦屬大型金礦床，目前探明金資源量可達56t(肖飛等，2010)。眾多學者對哈圖金礦成礦流體、礦體特征、成礦物質(zhì)、成礦機理等方面投入了大量的研究工作(沈遠超等，1993；范宏瑞等，1998；王莉娟等，2005，2006；安芳等，2007；朱永峰等，2013；Shenetal., 2015a)，但有關(guān)成礦帶中其它金礦床(點)的研究相對甚少(王玉山， 1984；閻士俊，1988；王磊等，2013；林彩香等，2014)。本文從流體包裹體成分分析、S同位素等方面對成礦帶中的哈圖、齊Ⅱ、齊Ⅴ三個主要金礦床進行了研究，以對哈圖成礦帶乃至西準噶爾地區(qū)金礦床研究提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

西準噶爾地區(qū)出露地層主要為下石炭系希貝庫拉斯組(C1x)、中-上石炭系包古圖組(C1b)和太勒古拉組(C1t)，其次為中生界地層。其中，希貝庫拉斯組及包古圖組巖性以凝灰質(zhì)粉砂巖和凝灰?guī)r為主，太勒古拉組巖性為凝灰?guī)r-凝灰質(zhì)泥巖-玄武巖-硅質(zhì)巖。區(qū)內(nèi)斷裂十分發(fā)育，區(qū)內(nèi)三大斷裂—哈圖斷裂、安齊斷裂和達拉布特斷裂呈NEE向平行分布，區(qū)內(nèi)寶貝、一把火、鴿子溝、灰綠山等多個金礦床均受斷裂帶或其次級斷裂嚴格控制(王瑞等，2007；謝樨，2009；黃琴等，2012；張彭召，2014)。哈圖成礦帶中金礦床(點)均沿安齊斷裂分布，嚴格受安齊斷裂及其次級斷裂控制。區(qū)內(nèi)發(fā)育鐵廠溝、阿克巴斯套、克拉瑪依等較大巖體，其次為宏遠巖體、包古圖Ⅰ-Ⅴ號巖體及蘇云河巖體等小規(guī)模酸性巖體(金成偉等，1993；高睿等，2013；尹繼元等，2013；潘鴻迪等，2014)。

圖1 新疆西準噶爾地區(qū)哈圖成礦帶區(qū)域地質(zhì)圖(朱永峰等，2013)Fig.1 Map of reginoal geology of Hatu metallogenic belt in West Junggar, Xinjiang(modified after Zhu et al., 2013) 1-第四系；2-希貝庫拉斯組；3-包古圖組；4-太勒古拉組；5-泥盆系；6-花崗巖；7-花崗閃長巖；8-超基性巖；9-斷裂；10-金礦； 11-古板塊構(gòu)造縫合線；12-成礦域1-Quaternary; 2-Xibeikulasi Fm.; 3-Baogutu Fm.; 4-Tailegula Fm.; 5-Devonian; 6-granite; 7-granodiorite; 8-ultrabasic rocks; 9-fracture; 10-gold deposit; 11-ancient plate tectonic sutures; 12-metallogenic domain

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

哈圖成礦帶內(nèi)金礦床(點)具相似的地質(zhì)特征(朱永峰等，2013)。本區(qū)地層以中-上石炭系包古圖組和太勒古拉組為主，且哈圖成礦帶自西向東地層主要巖性由凝灰質(zhì)泥巖-凝灰?guī)r向凝灰?guī)r-玄武巖過渡變化(林彩香等，2014)。礦區(qū)主構(gòu)造為安齊斷裂及其伴生的次級斷裂，主斷裂向為NEE向、NW向和NEE-EW向，區(qū)內(nèi)金礦體與斷裂構(gòu)造關(guān)系密切。成礦帶內(nèi)金礦床均發(fā)育石英脈型和蝕變巖型礦石(圖2)。礦化組合主要為自然金-黃鐵礦-毒砂-石英。

根據(jù)脈體穿切關(guān)系和礦物交代關(guān)系，哈圖、齊Ⅱ和齊Ⅴ金礦成礦階段分為早、中、晚3個階段，且三者具相似的成礦流體特征。哈圖金礦富液相包裹體、富氣相包裹體和CO2-H2O包裹體，齊Ⅱ和齊Ⅴ金礦均發(fā)育富液相包裹體、富氣相包裹體(圖3)。成礦從早至晚階段，哈圖金礦均一溫度分別介于295℃～381℃、213℃～285℃、125℃～209℃；齊Ⅱ金礦均一溫度分別介于322℃～348℃、240℃～306℃、153℃～227℃；齊Ⅴ金礦床均一溫度分別集中在335℃～406℃、225℃～319℃、147℃～218℃。哈圖成礦帶上從南至北即哈圖金礦至齊Ⅴ金礦，成礦溫度顯示逐漸升高的趨勢。哈圖金礦流體包裹體氣相成分為NaCl-H2O±CO2±CH4±N2，齊Ⅱ及齊Ⅴ金礦流體包裹體氣相成分NaCl-H2O±CH4±CO2。哈圖、齊Ⅱ和齊Ⅴ金礦成礦流體均屬中-低溫、低鹽度、低密度體系(上述內(nèi)容另文發(fā)表)。

圖2 齊Ⅴ金礦地質(zhì)簡圖(據(jù)Wang et al.,2015)Fig.2 Geological map of QⅤ gold deposit(modified after Wang et al.,2015) 1-凝灰?guī)r；2-凝灰質(zhì)粉砂巖夾層和含礫砂巖；3-含礫砂巖；4-凝灰質(zhì)粉砂巖；5-石英脈；6-鈉長石白云母脈；7-斷裂；8-蝕變巖型礦脈；9-石英脈型礦脈1-tuff; 2-interlayer of tuffaceous siltstone and conglomeratic sandstone; 3-conglomeratic sandstone; 4-tuffaceous siltstone; 5-quartz vein; 6-albite-muscovite vein; 7-fault; 8-alteration-type orebodies; 9-quartz vein-type orebodies

3 流體包裹體成分分析

3.1 樣品來源及實驗方法

實驗選取16件各階段不同石英脈礦石樣品(其中哈圖6件，齊Ⅱ4件，齊Ⅴ6件)進行了流體包裹體成分分析，實驗在中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所流體包裹體實驗室完成。

流體包裹體成分分析是將石英脈樣品粉碎至40目～60目，經(jīng)篩選、清洗晾干、磁選后，挑選出純度大于99%的石英單礦物樣品，進行氣相及液相成分分析。其中，氣相成分分析采用加熱爆裂法提取氣體，測試儀器為Prisma TM QMS200型四極桿質(zhì)譜儀，液相成分分析采用離子質(zhì)譜法，測試儀器為日本島津公司生產(chǎn)的離子色譜儀。

圖3 哈圖金礦帶流體包裹體顯微特征Fig.3 Microscopic features of fluid inclusion of quartz veins in Hatu gold metallogenic belt,Xinjiang a-H2O溶液包裹體(石英)，充填度5%；b-H2O溶液包裹體(石英)，充填度50%；c-H2O溶液包裹體(方解石)；d-CO2-H2O包裹 體(石英)；V-氣相；L-液相a-H2O-type fluid inclusion(quartz), packing density is 5%; b-H2O-type fluid inclusion(quartz), packing density is 50%; c-H2O-type fluid inclusion(calcite); d-CO2-H2O-type fluid inclusion(quartz)；V-vapour；L-liquid

3.2 四極桿質(zhì)譜分析結(jié)果

哈圖金礦帶三個礦床包裹體的氣相和液相成分分析結(jié)果見表1。

哈圖金礦床中流體包裹體的氣相成分主要為H2O(83.27mol%～94.16mol%)，CO2和CH4含量也較高(分別為3.74mol%～10.38mol%和0.24mol%～3.44mol%)，此外還含有一定的N2和C2H4(<1%)。從圖4上可以看出，從早階段到晚階段，除CH4含量較穩(wěn)定外，哈圖金礦床流體包裹體中的氣體成分均呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。H2O的含量顯著增加(圖4a)，CO2和N2含量顯著降低(圖4b，圖4d)，而H2O/CO2則顯著升高(圖4e)。齊Ⅱ和齊Ⅴ金礦床包裹體中的氣相成分總體上與哈圖金礦類似，亦以H2O為主(為81.71mol%～92.48mol%)，含有一定的CO2、CH4、N2和少量的C2H4等，并且從早階段到晚階段，流體成分亦具有與哈圖金礦床類似的變化趨勢(圖4)。但與哈圖和齊Ⅱ金礦床相比，齊Ⅴ金礦床中階段和晚階段的流體包裹體中H2O的含量較高(表1)，而CO2的含量較低，這在晚階段的包裹體中表現(xiàn)尤為明顯(CO2<2.84mol%)。

圖4 哈圖成礦帶不同成礦階段流體包裹體的成分特征Fig.4 Component features of fluid inclusions in different ore-forming stages of the Hatu metallogenic belt, Xinjiang

表1 哈圖金礦帶流體包裹體四極桿質(zhì)譜氣相和液相成分測定Table 1 Gaseous and liquid compositions of fluid inclusions of Hatu gold metallogenic belt by quadrupole mass spectrometry

表2 哈圖金礦帶硫化物的硫同位素組成Table 2 Sulfur isotopes of sulfides from the Hatu gold metallogenic belt

4 硫同位素分析

4.1 樣品來源及實驗方法

實驗對10件礦石樣品(其中哈圖4件、齊Ⅱ3件、齊Ⅴ3件)中的黃鐵礦進行了硫同位素分析，實驗在中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所穩(wěn)定同位素實驗室完成。

將黃鐵礦單礦物樣品研磨至200目，采用V2O5法，將黃鐵礦與V2O5在高溫下反應(yīng)生成SO2，用質(zhì)譜儀測定其中的S同位素。S同位素測定使用儀器型號為Delta-S，分析精度±0.2‰。δS相對于CDT。

4.2 硫同位素分析結(jié)果

哈圖金礦帶三個礦床硫化物的硫同位素結(jié)果見表2，為便于比較，表2中同時列出了前人所做的數(shù)據(jù)。

哈圖礦床硫化物的δ34S=0.1‰～1.6‰，齊Ⅱ金礦床硫化物的δ34S=﹣2.0‰～0.7‰，齊Ⅴ金礦床硫化物的δ34S=﹣1.9‰～3.7‰；從成礦早階段到晚階段，δ34S值變化并無規(guī)律，表明在成礦過程中δ34S值基本保持不變。從圖5可以看出，不同礦床的硫同位素值總體上也并無差異，均集中于±0‰附近。

圖5 哈圖金礦帶硫化物的δ34S直方圖Fig.5 Histograms of δ34S values of sulfides from theHatu gold metallogenic belt

5 討論

5.1 成礦流體特征和來源

5.1.1 成礦流體成分特征

越來越多的證據(jù)表明，哈圖成礦帶的三個礦床應(yīng)屬于造山型金礦，而對造山型金礦床而言，其成礦流體來源廣泛，復雜多樣。主要包括：(1)源自基底火山-沉積巖中的變質(zhì)流體(Fuetal., 2012；Pitcairnetal., 2015)，這種流體通常由綠片巖相-角閃巖相的進變質(zhì)脫水反應(yīng)產(chǎn)生，如新西蘭的Macraes金礦(Pitcairnetal., 2015)；(2)地表流體，即大氣水，它經(jīng)?？梢酝ㄟ^水巖反應(yīng)將上覆沉積物中的物質(zhì)帶入到流體中( Nesbittetal., 1989；Fuetal., 2012)，如加拿大Cordillera地區(qū)的造山型金礦(Nesbittetal., 1989) ；(3)源自花崗質(zhì)殼源熔體中的巖漿流體，其中可以有地幔物質(zhì)的加入(De Rondeetal., 2000；Fuetal., 2012)；(4)混合流體，即由兩種以上的流體混合而成，目前的地質(zhì)證據(jù)表明，很多造山型金礦床的成礦流體均具有混合流體的特征，如澳大利亞的Bendigo金礦和Ballarat金礦(Fuetal., 2012)。Shenetal.(2015a)對哈圖金礦床的H-O-C同位素分析認為，其流體主要為變質(zhì)流體。但結(jié)合本文流體包裹體成分、S同位素特征以及王莉娟等(2006)的研究，筆者認為哈圖金礦床成礦流體同時具有巖漿成因的特點。由于哈圖金礦與齊Ⅱ、齊Ⅴ金礦床具有類似的流體特征，因此哈圖金礦帶的成礦流體可能均為由變質(zhì)流體和巖漿流體相互作用形成的混合流體。

5.1.2 硫同位素特征和來源

熱液礦床的硫同位素比值取決于流體來源以及含硫礦物從流體中沉淀時的物理化學條件(Ohmoto.,1972, 1979；Shenetal., 2015b)。在哈圖金礦帶中，S通常僅存在于黃鐵礦、毒砂等硫化物中，這表明礦床形成于相對還原的條件下(Shenetal., 2015b)。在這種情況下，S主要以HS-和S2-的形式存在，因此硫化物的δ34S值能夠代表成礦流體中S的δ34S值(Ohmoto, 1972, 1979)。

哈圖金礦帶三個礦床的δ34S值為-2.0‰～3.7‰，均集中于±0‰附近，表明它們具有相同的硫同位素來源。一般來說，金屬硫化物的同位素組成接近零意味著硫為巖漿成因(Ohmoto, 1979)。但是在哈圖金礦床，容礦巖石主要為玄武巖、晶屑-巖屑凝灰?guī)r以及凝灰質(zhì)粉砂巖，而Shenetal.(2015b)指出這些玄武巖的中S的δ34S值與源自巖漿成因的熱液硫化物中S的δ34S值位于同一范圍內(nèi)。這表明，哈圖成礦帶三個礦床的S既可能為巖漿成因(即來源于巖漿流體)，也可能來源于容礦巖石-玄武巖。

5.2 礦床成因類型

陳衍景等(2007)指出不同熱液金礦床的流體包裹體具有明顯的差異，因此根據(jù)流體包裹體的特征可以用來判定礦床成因類型。Fuetal.(2012)對澳大利亞東南部的Lachlan褶皺帶的造山型金礦床研究后指出，造山型金礦床的成礦流體與其他類型的金礦床顯著不同。對造山型金礦床，其成礦流體大都為低鹽度、富水、含CO2的流體，鹽度通常<10%NaCleqv (Ridleyetal., 2000；陳衍景等，2007；Fuetal., 2012)。這種低鹽度、富水、富二氧化碳的特征與基底火山-沉積序列以及流體與沉積蓋層之間的相互作用密切相關(guān)(Fuetal., 2012)。

流體包裹體成分分析顯示，哈圖金礦帶流體包裹體的主要成分為H2O，富含CO2；對流體包裹體進行顯微測溫顯示，其鹽度集中于0.88%NaCleqv～7.73%NaCleqv，為典型的低鹽度流體。來自哈圖金礦帶的低鹽度、富水、含CO2流體指示金礦床應(yīng)屬于造山型金礦。此外，造山型金礦床流體包裹體的均一溫度通常<500℃(Ridleyetal., 2000；Fuetal., 2012)，而哈圖金礦帶礦床的主成礦階段鹽度為213℃～319℃，也均位于造山型金礦床的范圍之內(nèi)。除流體包裹體方面的特征外，哈圖金礦帶在賦礦圍巖、控礦構(gòu)造、礦石類型和熱液蝕變等方面與造山型金礦床亦有類似之處(表3)，這進一步證明哈圖金礦帶中的三個礦床應(yīng)屬于造山型金礦床。

表3 哈圖成礦帶礦床與典型造山型金礦特征對比Table 3 Comparisons between deposits of the Hatu gold metallogenic belt and typical orogenic gold deposits

6 結(jié)論

(2)哈圖金礦帶三個礦床的δ34S值為-2.0‰～3.7‰，均集中于±0‰附近，表明它們具有相同的硫同位素來源，這種硫既可能來源于巖漿流體，也可能來源于容礦巖石-玄武巖。

(3)綜合本文流體包裹體成分特征和前人研究表明，哈圖金礦帶的三個金礦床為造山型金礦床。

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Ore-forming Fluid Composition, Sulfur Isotope Analysis of and Genesis of the Hatu Gold Metallogenic Belt in Xinjiang

LI Jing1,2,XU Ying-xia1,SHEN Ping2,PAN Hong-di3,ZHONG Shi-hua2,LI Chang-hao2,GUO Bo-wei1

(1.NorthChinaUniversityofScienceandTechnologyUniversity,Tangshan,Hebei063000;2.InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029;3.CollegeofEarthSciences,Chang’anUniversity,Xi’an,Shaanxi710054)

ore-forming fluid composition, sulfur isotope, orogenic gold deposit, Hatu gold metallogenic belt, Xinjiang

2015-09-04；

2016-01-25；[責任編輯]陳偉軍。

國家自然科學基金項目(U1303293,41390442,41272109)、國家305項目(2011BAB06B01)、中國科學院重點部署項目(KJZD-EW-TZ-G07)、國際科技交流與合作專項(2010DFB23390)聯(lián)合資助。

李 晶(1991年-)，女，碩士研究生，地質(zhì)工程專業(yè)。E-mail：nialijing@163.com。

許英霞(1973年-)，女，博士，副教授，研究方向為礦床礦物學。E-mail：xuyx516319@163.com。

P612

A

0495-5331(2016)02-0199-10

Li Jing, Xu Ying-xia, Shen Ping, Pan Hong-di, Zhong Shi-hua,Li Chang-hao, Guo Bo-wei. Ore-forming fluid composition, sulfur isotope analysis and genesis of the Hatu gold metallogenic belt in Xinjiang [J]. Geology and Exploration, 2016,52(2):0199-0208