新疆西天山哈爾達坂鉛鋅礦床流體來源及演化

古麗菲娜·吾麻爾江，李順達，陳川，高玲玲，夏芳

摘? 要：哈爾達坂鉛鋅礦位于西天山賽里木湖鉛鋅成礦帶。哈爾達坂鉛鋅礦床經(jīng)歷了3期成礦作用：同生沉積期、成巖變質(zhì)期、熱液成礦期。同生沉積期石英中主要發(fā)育富液相包裹體，包裹體均一溫度為143.8℃～208.4℃，鹽度w（NaCl eq）為5.7%～8.0%.，成礦流體主要來源于海相碳酸鹽巖;成巖變質(zhì)期變質(zhì)石英脈中主要發(fā)育富液相（LV）型、富氣相（VL）型和CO2三相包裹體（C）型，包裹體均一溫度為170.4℃～310.5℃，鹽度w（NaCl eq）為-5.26 %～-15.76 %，成礦流體主要來源于地幔包體。熱液成礦期熱液石英中主要發(fā)育富液相（LV）、富氣相（VL）型包裹體，包裹體均一溫度為276.9℃～347.5℃，鹽度w（NaCl eq）為-5.1%～-11.1%，成礦流體主要來源于巖漿巖。哈爾達坂鉛鋅礦屬典型的多成因礦床，早期形成于古元古代海底同生沉積環(huán)境，后期經(jīng)歷了變質(zhì)與熱液成礦作用的疊加。

關(guān)鍵詞： 哈爾達坂;西天山;C-O同位素;流體包裹體;鉛鋅礦床

SEDEX型礦床為全球提供了約50%的鉛和60%的鋅資源[1]。礦床平均礦石量為6000×104? t，平均品位11.9%。SEDEX型礦床占世界超大型鉛鋅礦床總數(shù)的36.2%，占總儲量的42.3%[2]。世界上許多著名的大-超大型鉛鋅礦床均屬SEDEX型鉛鋅礦床，如加拿大西部Sullivan鉛鋅礦床、澳大利亞Broken Hill鉛鋅礦床、美國Red Dog鉛鋅礦床、中國東升廟鉛鋅礦床等[3-6]。

哈爾達坂鉛鋅礦床發(fā)現(xiàn)以來，很多專家對該礦床進行了一系列的研究，并取得了一定的認(rèn)識。成勇等人基于野外觀察推理得出哈爾達坂鉛鋅礦床是以碳酸鹽巖為容礦巖石的鉛鋅礦床，礦床成因類型屬沉積改造型鉛鋅礦床[7];段士剛對哈爾達坂鉛鋅礦床的稀土元素和同位素進行了研究，確定了礦床圍巖程度等[8]。盡管前人對該礦床進行了一系列的研究，但總體來說，礦區(qū)研究程度較低，缺少地球化學(xué)、成礦流體等方面的研究。

本文旨在通過對西天山哈爾達坂鉛鋅礦床流體包裹體巖相學(xué)、顯微測溫及C-O同位素特征的研究，探討其成礦流體來源、性質(zhì)及成礦過程，進一步證實后期熱液在哈爾達坂鉛鋅礦床成礦過程中的作用，并揭示礦床成因，闡述成礦過程。

1? 區(qū)域地質(zhì)

新疆西天山是我國重要成礦帶。整體位于中亞造山帶西南部，北接哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾古板塊，南鄰塔里木古板塊。大致經(jīng)歷了前寒武紀(jì)古陸形成，古生代洋-陸俯沖增生，晚古生代末期陸-陸碰撞和中—新生代陸內(nèi)成盆等構(gòu)造演化過程[9-10]。

區(qū)域上出露地層主要為下元古界、中元古界長城系、泥盆系、石炭系、二疊系及新生界（圖1）。其中下元古界主要為溫泉群，中元古界為哈爾達坂群和薊縣系庫松木切克群。其中哈爾達坂群是該區(qū)重要的含礦地層[11]。區(qū)域內(nèi)褶皺構(gòu)造在下元古界和中元古界內(nèi)較發(fā)育，主要斷裂為博爾塔拉河斷裂[12]。巖漿侵入活動在早元古代晚期、華力西中—晚期均有發(fā)育。

2? 礦區(qū)地質(zhì)

哈爾達坂鉛鋅礦床位于溫泉縣城西南部。礦區(qū)內(nèi)出露地層有中元古界長城系哈爾達坂群上亞群及下亞群、下石炭統(tǒng)阿恰勒河組下亞組和第四系[12]。（圖2）。哈爾達坂上亞群巖性主要為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、微晶灰?guī)r、含碳質(zhì)粉晶灰?guī)r等，為主要賦礦圍巖。下亞群巖性屬淺變質(zhì)巖，主要巖性為片巖、板巖、大理巖等;下石炭統(tǒng)阿恰勒河組分布于礦區(qū)南部。第四系沉積物分布在礦區(qū)南北兩側(cè)，沉積物包括冰磧物和殘坡積物[13-14]。

區(qū)內(nèi)主要發(fā)育鋅礦化和鉛礦化，共圈出63條鉛鋅礦體（圖3）。礦體長度8～800 m，厚度1.0～14.0 m，Pb平均品位為0.7%～12.3%，Zn平均品位為1.0%～25.7%。礦體呈似層狀、透鏡體狀產(chǎn)出，自西到東成群分布[14]。

據(jù)礦床的地質(zhì)現(xiàn)象及礦物學(xué)研究，可將哈爾達坂鉛鋅礦床成礦過程分為同生沉積期、成巖變質(zhì)期及熱液成礦期3個成礦階段：①同生沉積期：是哈爾達坂鉛鋅礦形成的基礎(chǔ)，灰?guī)r等大量圍巖沉積的同時還出現(xiàn)細粒層紋狀的閃鋅礦（粒徑小于1 mm）（圖4-A，C）。礦體以層狀和透鏡狀產(chǎn)出，礦石結(jié)構(gòu)為塊狀、層狀。小顆粒閃鋅礦呈細粒狀賦存于灰?guī)r和白云巖中（圖4-B），該時期還可見呈環(huán)狀構(gòu)造的膠狀黃鐵礦（圖4-I）。②成巖變質(zhì)期：同生沉積期在海底形成的大量松散堆積物在該階段發(fā)生成巖作用，在壓實作用、重結(jié)晶作用等影響下形成巖層，礦物定向排列形成條帶狀構(gòu)造（圖4-D）。同生沉積期形成的膠狀黃鐵礦與自形程度較好的黃鐵礦共生（圖4-K）。③熱液成礦期：在古生代中晚期構(gòu)造運動及巖漿侵入的作用下，成礦物質(zhì)的再遷移與富集形成大量脈狀閃鋅礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦（圖4-E，J，L，F(xiàn)）。熱液規(guī)模減小，流體溫度降低，形成了具典型黑三角特征的方鉛礦，與閃鋅礦共生（圖4-G）。

3? 樣品分析

本次流體包裹體顯微測溫實驗主要以哈爾達坂鉛鋅礦成礦變質(zhì)期與熱液成礦期的石英脈為對象，研究礦床流體來源及演化。顯微測溫試驗在新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院流體包裹體實驗室完成，采用Linkam THMSDG600冷熱臺儀器完成，流體包裹體顯微測溫實驗儀器測溫區(qū)間為-196℃～600℃，測試精度控制在±0.1℃。

C-O同位素組成分析樣品采自哈爾達坂成巖變質(zhì)期鉛鋅礦主礦段。由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成。O同位素測試分析采用 BrF5法，精度為±2‰[15]。流體的δ18OH2O值通過石英-水的氧同位素平衡分餾方程進行換算[16]。C同位素采用磷酸處理石英中的FI水（含微量碳）轉(zhuǎn)化為CO2。石英樣品的δ18OPDB值和δ13CV-PDB由CO2直接測得[16]。

3.1? 包裹體巖相學(xué)

通過對哈爾達坂鉛鋅礦包裹體巖相學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，礦石中原生和次生包裹體皆有發(fā)育。本次實驗避開次生和假次生包裹體，僅針對原生包裹體展開測溫研究。原生包裹體成群成帶分布，部分孤立，包裹體形狀為近圓形、橢圓形、正方形和不規(guī)則形。通過包裹體室溫下（20℃）的物理相態(tài)，可將礦區(qū)流體包裹體劃分為3種類型：富氣液相包裹體（L+V）和含CO2三相包裹體（C型）。①同生沉積期：包裹體為富液相型（LV）水溶液，以近圓形、橢圓狀、矩形狀的形態(tài)成群分布，大小為5～12 μm，氣液比例為10%～25%（圖5-E）。②成巖變質(zhì)期：包裹體包括富液相型（LV）、富氣相型（VL）和CO2三相型（C）包裹體。以橢圓狀形態(tài)成群分布，大小為5～15 μm，氣液比例為10%～30%（圖5-C，D，F(xiàn)）。③成礦熱液期：包裹體包括富液相型（LV）水溶液和富氣相型（VL）水溶液。不規(guī)則狀分布，大小為6～18 μm，氣液比例為30%～50%（圖5-A，B）。

3.2? 包裹體顯微測溫

本次試驗主要針對同生沉積期、成巖變質(zhì)期和熱液成礦期的主要寄主礦物石英進行研究，對30個測溫片，118個氣液兩相包裹體和CO2三相包裹體進行均一溫度和冰點溫度測試，運用公式計算出對應(yīng)鹽度。測試結(jié)果見（表1）。

從圖6中可看出，同生沉積期石英中LV型流體包裹體均一溫度為143.8℃～208.4℃，均值176.1℃;鹽度為5.70%～8.0%，均值6.85%;冰點溫度為-5.1℃～-3.5℃，均值4.3℃。

成礦變質(zhì)期石英中LV型流體包裹體均一溫度為170.4℃～310.5℃，均值240.5℃;鹽度為6.59%～15.76%，均值11.17%，冰點溫度為-11.8℃～ -7.2℃，均值9.5℃;VL型流體包裹體均一溫度為200.2℃～261.6℃，均值230.9℃，鹽度為5.26%～15.50%，均值10.38%，冰點溫度為-9.6℃～ -3.2℃，均值6.4%;C型流體包裹體均一溫度為291.1℃～309.6℃，均值301.2℃，CO2消失溫度為300.2℃～330.9℃，均值313.2℃，鹽度為6.11%～11.7%，均值8.4%，水合物熔化（籠熔）為-3.2℃～ -6.8℃，均值5℃;

成礦熱液期石英中LV型流體包裹體均一溫度為300.5℃～322.2℃，鹽度為7.57%～11.11%，平均9.34%，冰點溫度為-8.0℃～ -6.6℃，均值7.3℃;VL型包裹體均一溫度為276.9℃～335.5℃，平均306.2℃;鹽度為3.5%～5.8%，平均4.7%，冰點溫度為-3.6℃～ -2.1℃，均值為-2.9℃。

3.3? C-O同位素

本次對與鉛鋅硫化物共生的石英進行了C-O同位素組成分析（表2，圖7），同生沉積期石英的δ13 CPDB平均值為9.66%;δ18 OSMOW平均值為20.92‰。成巖變質(zhì)期石英的 δ13CPDB平均值為 -3.6‰;δ18 OSMOW平均值為7.55‰。熱液成礦期石英的 δ13CPDB平均值0.75‰;δ18 OSMOW平均值10.5‰。

4? 討論

4.1? 流體性質(zhì)與流體來源

同生沉積期石英中主要發(fā)育富液相包裹體。據(jù)顯微測溫結(jié)果得出，該成礦流體為低溫、低鹽度的NaCl-H2O體系。C-O同位素圖解顯示，C-O投影點落入海相碳酸鹽巖附近，指示同生沉積期石英的成礦流體來源于海相碳酸鹽巖，與地質(zhì)事件相符。

成巖變質(zhì)期? 石英中發(fā)育氣、液兩相包裹體、CO2三相包裹體，大小不一。據(jù)顯微測溫結(jié)果，該期成礦流體為中溫、低鹽度的NaCl-H2O體系。C-O投影點落入地幔多相體系中，指示成礦流體來源于地幔包體，且有向與基性-超基性巖漂移的趨向，指示該時期巖石可能受了大氣水的影響。

成礦熱液期? 石英中發(fā)育氣、液兩相流體包裹體。據(jù)顯微測溫結(jié)果，該期成礦流體為具中-高溫、低鹽度的NaCl-H2O體系。C-O投影點落入花崗巖巖漿區(qū)，指示了成礦流體來源于深部巖漿。

4.2? 成礦作用與成礦過程

哈爾達坂鉛鋅礦成礦作用分為3個階段：①第一階段為同生沉積期，形成礦源層;②第二階段為成巖變質(zhì)期，松散礦體發(fā)生壓實與變質(zhì)作用形成巖層;③第三階段為成礦熱液期，提升了礦石品位。同生沉積時期，西天山賽里木地塊處于伸展構(gòu)造背景，哈爾達坂群就處于這一環(huán)境中，沉積了一系列海相粗碎屑巖，如膠狀和多孔狀黃鐵礦，并將大量的金屬元素從深部帶入了海底，與海底的沉積物經(jīng)沉積作用形成圍巖地層及成礦源層，為后期成礦提供物質(zhì)來源。

同生沉積時期結(jié)束后，在區(qū)域變質(zhì)環(huán)境下，巖石經(jīng)壓實、變質(zhì)等成巖作用形成巖石，地層發(fā)生變形，沉積階段形成的沉積物被壓實而脫水。區(qū)域內(nèi)發(fā)育有大量的變質(zhì)巖，如灰?guī)r，碳質(zhì)板巖等。此時區(qū)域內(nèi)發(fā)育同時在同生沉積時期形成的海相粗碎屑巖，使流體一直在封閉空間內(nèi)移動，不斷富集金屬成礦元素，形成高壓熱水流體儲庫。

成礦熱液期，賽里木地區(qū)發(fā)生了大規(guī)模構(gòu)造活動，伴隨著脆性變形發(fā)生了巖漿侵位作用，使得成礦流體在封閉空間運移，流體進入碳酸鹽巖地層，給巖漿熱液的運移提供了通道。海水與成礦流體在底部的循環(huán)對流運動反復(fù)萃取圍巖中的金屬成礦元素，形成富含大量金屬成礦元素的流體。

5? 結(jié)論

（1） 成巖變質(zhì)期流體來自于深部巖漿，成礦熱液期流體來自于地幔多相體系。

（2） 成礦熱液期流體主要來源于花崗巖巖漿區(qū)，指示了成礦流體來源于深部巖漿。

（3） 同生沉積期，海底沉積物經(jīng)沉積作用形成圍巖地層及礦源層;成巖變質(zhì)期，巖石經(jīng)壓實、變質(zhì)等成巖作用形成大量變質(zhì)巖，地層發(fā)生變形;成礦熱液期，海水與成礦流體在底部循環(huán)，萃取圍巖中的金屬元素，富集大量金屬成礦元素。

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The Origin and Evolution of Fluids in the Hardaban Lead-Zinc Deposit in the Western Tianshan Mountains， Xinjiang： Constraints from Fluid Inclusions and C-O Isotopes

Gulifeiya·Wumaerjiang1， Li Shunda1， Chen Chuan1， Gao Lingling1， Xia Fang1

（Xinjiang Key Laboratory for Geodynamic Processes and Metallogenic Prognosis of the Central Asian Orogenic Belt， College of Geology and Mining Engineering， Xinjiang University， Urumqi，Xinjiang，830047，China）

Abstract：The Haerdaban lead-zinc deposit is located in the Sayram Lead-zinc metallogenic belt in the West Tianshan Mountains.? Haerdaban Pb-Zn deposit has experienced three stages of mineralization： syngenetic sedimentary stage， diagenetic metamorphic stage and hydrothermal metallogenic stage.? The homogenization temperature is 143.8℃～208.4℃， the salinity is 5.7～8.0 wt.% NaCl eq.， and the mineral fluids are mainly from Marine carbonate rocks.? In diagenetic metamorphic period， the metamorphic quartz veins mainly develop the liquid-rich （LV） type， gas-rich （VL） type and CO2 three-phase inclusions （C） type. The homogenization temperature of the inclusions is 170.4℃～310.5℃， and the salinity is -5.26～-15.76 wt.% NaCl eq. The ore-forming fluids are mainly derived from mantle inclusions.? In the hydrothermal ore-forming period， liquid-rich （LV） and gas-rich （VL） type inclusions are mainly developed in the hydrothermal quartz. The homogenization temperature of the inclusions is 276.9℃～347.5℃， and the salinity is -5.1～-11.1 wt.% NaCl eq. The ore-forming fluids are mainly from magmatic rocks.? Hardaban Pb-Zn deposit is a typical multi-genetic deposit， which was formed in the paleoproterozoic syngenetic sedimentary environment in the early stage and underwent the superposition of metamorphism and hydrothermal mineralization in the later stage.

Key words： Hardaban; Western Tianshan;C-O isotopes; fluid inclusions; Lead-zinc mine