新疆西天山托克賽鉛鋅礦床疊加成礦作用

李金秘 李順達 陳川 李天慧 高玲玲 夏芳

摘? 要：托克賽中型鉛鋅礦位于西天山成礦帶賽里木微地塊。礦床成礦過程劃分為噴流沉積、變質(zhì)改造和巖漿熱液3個時期。噴流沉積期具典型SEDEX礦床特征，“巖控性”與“層控性”明顯，成礦流體以海水為主;變質(zhì)改造期發(fā)育富液相包裹體，包裹體均一溫度210℃～271℃，w（NaCleq）為12.7%～13.6%，成礦流體主要來源于變質(zhì)熱液;巖漿熱液期發(fā)育富氣相、富液相和含子礦物包裹體，包裹體均一溫度190℃～341℃、w（NaCleq）為4.8%～40.8%，成礦流體主要為巖漿水與大氣水的混合。礦床的礦源層形成于古元古代的海底噴流沉積環(huán)境，后期經(jīng)歷了變質(zhì)改造和巖漿熱液疊加成礦作用。

關(guān)鍵詞：流體包裹體;H-O同位素;SEDEX型礦床;托克賽;西天山

托克賽鉛鋅礦位于新疆溫泉縣境內(nèi)，2005年新疆有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院開展1∶5萬化探普查工作時發(fā)現(xiàn)該礦床，現(xiàn)已探明鉛鋅儲量10×104? t，是繼東天山彩霞山鉛鋅礦之后[1]，在新疆天山成礦帶找礦的又一重大成果。礦床自發(fā)現(xiàn)起，諸多學者對其進行了各項研究。成勇等認為礦床為沉積-變質(zhì)成因[2-4]，并建立相應(yīng)的找礦模型;邵勤國通過地球化學特征研究[5]，識別出有利的找礦標志;李永等認為成礦后期可能發(fā)生了熱液疊加改造[6]，礦床具有SEDEX型鉛鋅礦特征。目前，對于礦床發(fā)育的多種礦化類型及可能經(jīng)歷的多種成礦作用仍認識不足，對礦床的成因機制仍存在分歧。

成礦流體特征是揭示礦床成因和研究成礦過程的重要途徑，本文旨在通過詳細的地質(zhì)調(diào)研，重新厘定成礦期次，并通過包裹體及H-O同位素研究，探討其成礦流體來源與性質(zhì)，分析成因類型及成礦過程，探索托克賽鉛鋅礦床疊加成礦作用，以期為西天山金屬礦床找礦勘查提供理論依據(jù)。

1? 區(qū)域地質(zhì)概況

新疆西天山位于中亞造山帶南部，自太古代以來經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化[7]。區(qū)域上出露地層有古元古界溫泉群、中元古界長城系哈爾達坂群、中元古界薊縣系庫松木切克群、青白口系開爾塔斯群、晚泥盆系、早石炭系、二疊系和第四系。溫泉群上亞群與哈爾達坂群為區(qū)域鉛鋅礦產(chǎn)的主要賦存層位[2-8]。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，以EW向及NWW向斷裂為主，如博爾塔拉河斷裂、托克賽斷裂等。巖漿侵入活動強烈，早元古代晚期、古生代中、晚期均有出露（圖1）。

2? 礦床地質(zhì)概況

2.1? 礦區(qū)地質(zhì)

礦床位于西天山別珍套山一帶。礦區(qū)地層主要有下元古界溫泉群上亞群、中元古界長城系哈爾達坂群和第四系沖洪積物。溫泉群上亞群呈近EW向展布，從北向南，分為3個巖性段，分別為含角閃黑云斜長片麻巖，薄層狀大理巖及二云母石英片巖，其中大理巖為礦區(qū)主要的賦存層位。哈爾達坂群分布于礦區(qū)南部，主要巖性為灰?guī)r。第四系主要沿溝谷分布，由沙、礫石等組成（圖2）[5-6，9]。礦區(qū)主要斷裂為托克賽斷裂，傾向178°，傾角55°～75°，主體被第四系覆蓋，局部可見糜棱巖化帶，沿斷裂有閃長巖脈侵入。礦區(qū)僅見小規(guī)模侵入巖脈，主要為細粒花崗巖、花崗閃長巖等，脈巖附近普遍發(fā)育綠泥石化，絹云母化，高嶺土化等蝕變。

2.2? 礦化特征

礦區(qū)圈定出2個含礦層（I，II）、4條鉛鋅礦體。I-4與II-1號礦體規(guī)模較大（圖3）。I-4號礦體位于礦區(qū)東部，長約500 m，平均厚度4.81 m，鉛平均品位0.25%，鋅平均品位1.52%;II-1號礦體位于礦區(qū)東部，長700 m，平均厚度 3.93 m，鋅平均品位1.13%，伴生鉛含量0.24%[6]。

據(jù)礦床地質(zhì)、礦體、礦石及蝕變特征（圖4），將成礦過程歸納為3個時期。

噴流沉積期? 礦體與地層走向一致，呈層狀、似層狀賦存于溫泉群中，“層控性”與“巖控性”明顯。礦石呈層紋-條帶狀、細脈浸染狀構(gòu)造。小顆粒閃鋅礦、方鉛礦等呈紋層狀和條帶狀分布于大理巖間（圖4-A），具沉積成因特征。呈同心環(huán)狀構(gòu)造的膠狀黃鐵礦的出現(xiàn)證實礦物形成于沉積環(huán)境（圖4-G）。圍巖為中-深變質(zhì)碳酸鹽巖夾碎屑巖建造，伴隨熱水沉積的硅質(zhì)巖產(chǎn)出，礦化可能形成于被動大陸邊緣環(huán)境[9]。

變質(zhì)改造期? 由于經(jīng)受強烈的變質(zhì)作用，礦體與地層發(fā)生同步變形，礦體發(fā)生揉皺變形，礦物定向排列形成條帶狀構(gòu)造（圖4-B，C）。沉積成因的膠狀黃鐵礦發(fā)生破碎，部分閃鋅礦晶形被擠壓變形，保存較好的閃鋅礦與自形程度較好的黃鐵礦共生（圖4-G-I），并有方解石、輝石、透閃石等變質(zhì)礦物產(chǎn)生，礦化時期與區(qū)域變質(zhì)-變形事件相對應(yīng)。

巖漿熱液期? 古生代中晚期巖漿侵入頻繁，富含金屬元素的熱液交代圍巖，形成大量脈狀結(jié)構(gòu)閃鋅礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦，自形程度高，不同礦物發(fā)生交代溶蝕（圖4-J-L）。石英硫化物脈與方解石硫化物脈相互穿切（圖4-D-F），礦石品位提高。

3? 樣品及實驗方法

石英樣品采集自礦區(qū)地表與鉆孔，選取各成礦期的代表性石英樣品用于研究，樣品特征見表1。流體包裹體顯微測溫實驗在新疆大學地質(zhì)與礦業(yè)工程學院流體實驗室采用Linkam THMSDG600冷熱臺完成。測溫區(qū)間-196℃～600℃，精度±1℃。同位素分析由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心采用MAT251EM質(zhì)譜儀測定。H同位素采用高溫下爆裂法取水，用鋅還原法測定，O同位素分析采用常規(guī)的BrF5法[10]，精度±2‰。流體的δ18OH2O值通過Clayton et al.（1972）石英-水的氧同位素平衡分餾方程進行換算[11]。

4? 實驗結(jié)果

4.1? 包裹體巖相學

礦區(qū)石英顆粒中的包裹體發(fā)育，據(jù)成因分為原生與次生包裹體。本次實驗僅針對變質(zhì)改造期與巖漿熱液期發(fā)育的原生包裹體開展。這些包裹體多成群或束狀分布，少數(shù)呈孤立或平行成帶分布。據(jù)室溫及升降溫過程的相態(tài)變化，包裹體類型分為3類：富氣相（VL型）、富液相（LV型）及含子礦物包裹體（S型）（圖5）。LV型包裹體室溫下由液相水溶液和氣相水溶液組成，呈長條狀、橢圓狀成群廣泛分布于各成礦期。氣液比5%～30%，大小5～12 μm（圖5-A-C）。VL型包裹體室溫下由氣相水和液相水組成，呈扁圓狀或橢圓狀孤立分布，數(shù)量較少，僅在巖漿熱液期出現(xiàn)。氣液比50%～70%，大小8～12 μm（圖5-E，F(xiàn)）。S型包裹體室溫下由氣相、液相和NaCl子晶（S）組成，呈不規(guī)則狀孤立分布，僅在巖漿熱液期出現(xiàn)，數(shù)量較少。氣液比5%～20%，大小3～10 μm（圖5-D）。

4.2? 包裹體顯微測溫

本次試驗分別對變質(zhì)改造期和巖漿熱液期的16個測溫片，97個包裹體進行顯微測溫實驗（表2，圖6）。變質(zhì)改造期石英中包裹體均一溫度為210℃～271℃，均值238℃;w（NaCleq） 為12.7%～13.6%（Hall et al，1988）。巖漿熱液期石英中LV型包裹體均一溫度190℃～311℃，w（NaCleq）為9.0%～11.8%;VL型包裹體均一溫度294℃～336℃，w（NaCleq）為4.8%～6.8%;S型包裹體均一溫度284℃～341℃，子礦物消失溫度300～332℃，w（NaCleq）為38.1%～40.8%。

4.3? H-O同位素

H-O同位素能夠有效指示成礦流體來源[11]。測試結(jié)果顯示（表3），變質(zhì)改造期δ18OH2O為10.16‰～12.7‰，δD值為-86.2.16‰～-72.4‰;巖漿熱液期δ18OH2O值為3.44‰～9.26‰，δD值為-79.9‰～-77.0‰。

5? 討論

5.1? 流體性質(zhì)及流體來源

噴流沉積期，溫泉群的碎屑巖夾碳酸鹽巖地層形成于被動陸緣發(fā)育的淺海環(huán)境[14]，盆地流體來源于下滲海水，同典型的捷克利SEDEX型鉛鋅礦在地質(zhì)背景、礦床特征、同位素組成等方面有諸多相似之處[15]。該期發(fā)育氣液兩相包裹體，個體較小，充填度小。這類礦床的流體普遍為蒸發(fā)海水，流體均一溫度、鹽度變化范圍較大，整體呈現(xiàn)低溫、中低鹽度特征。變質(zhì)改造期，賽里木地區(qū)發(fā)生大規(guī)模構(gòu)造運動，地層發(fā)生破裂與變形。石英中主要發(fā)育富液相包裹體，其大小較為一致，H-O投圖接近變質(zhì)水（圖7），有向與含碳有機質(zhì)反應(yīng)過的水方向偏移的趨勢，指示流體主要來源于變質(zhì)水，可能有地層含碳有機質(zhì)參與。成礦流體為具中溫、中鹽度的NaCl-H2O體系。巖漿熱液期，巖漿侵入活動強烈，出現(xiàn)大量脈狀礦石。石英中發(fā)育VL，LV，S型包裹體。H-O投圖位于巖漿水附近（圖7），呈巖漿水向大氣水“漂移”的趨勢，指示早期巖漿水為主要來源，受地表水影響增大，晚期大氣降水的比例逐漸增大。包裹體最高均一溫度達341℃，表明巖漿熱液在成礦流體中扮演重要角色，而溫差大也表明大氣水逐漸占據(jù)主導(dǎo)。成礦流體為具中高溫、中高鹽度的NaCl-H2O體系。

5.2? 疊加成礦作用及成礦過程

疊加成礦作用是復(fù)雜地質(zhì)過程中的一個具體表現(xiàn)，是在不同地質(zhì)演化階段，同一個空間發(fā)生不同的成礦作用疊加復(fù)合而形成[16]。

早期海底環(huán)境下，發(fā)生噴流沉積作用，金屬元素被從深部帶入海底，豐富的物源與海底的沉積物一起形成圍巖地層，多金屬元素聚集形成初始礦源層;蒸發(fā)的海水為成礦提供了初始流體，并沿著斷裂向淺部運移，隨著溫度、壓力等物理條件的變化，礦物沉淀構(gòu)成條紋狀礦石[17-18]。區(qū)域變質(zhì)作用下，巖石遭受進化變質(zhì)，地層發(fā)生褶皺變形，礦物在變質(zhì)作用下發(fā)生脫水反應(yīng)。變質(zhì)熱液在大規(guī)模的構(gòu)造活動形成的斷層等通道運移，使成礦元素得到一次富集。巖漿侵位作用使得成礦流體在封閉空間運移，流體進入碳酸鹽巖地層，交代早期形成的大理巖與脈巖等，圍巖物質(zhì)的加入使流體中硫化物再次富集，循環(huán)大氣水加速了成礦元素的富集。

6? 結(jié)論

（1） 礦床成礦過程先后經(jīng)歷了噴流沉積、變質(zhì)改造期、巖漿熱液疊加期3個時期。

（2） 變質(zhì)改造期流體主要來源于變質(zhì)水，巖漿熱液疊加期流體為巖漿水與大氣水混合熱液。

（3） 噴流沉積作用使多金屬元素聚集形成礦源層，變質(zhì)作用下地層發(fā)生變質(zhì)變形，巖漿熱液萃取深部金屬物質(zhì)進入圍巖。

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