新疆西天山库尔尕生铅锌矿床成因

柳晨雨 章永梅 顾雪祥 王佳琳 彭义伟 郑少华 徐劲驰

摘   要：库尔尕生铅锌矿床位于新疆西天山赛里木地区，矿体赋存于上泥盆统托斯库尔他乌组上亚组，矿体受断裂构造控制，呈脉状充填于围岩裂隙中。成矿阶段依次为无矿石英阶段（Ⅰ）;石英-多金属硫化物阶段（Ⅱ）;方解石阶段（Ⅲ）。流体包裹体显微测温显示，成矿流体为中低温（97℃～205℃）、低盐度（0.4%～3.1%）、低密度（0.9～1.0 g·cm-3）的H2O-NaCl体系。从Ⅰ阶段到Ⅲ阶段，成矿流体大体呈均一温度和盐度降低趋势。主成矿阶段（Ⅱ）中闪锌矿、黄铁矿和黄铜矿的原位δ34S值为4.1‰～14.2‰，表明矿床硫来源于中酸性岩浆与地层硫的混合硫。库尔尕生铅锌矿床为与邻近达巴特铜钼矿床伴生的、矿化相对较浅的远源中低温热液脉型矿床，与达巴特铜钼矿床构成一套与中酸性岩浆有关的斑岩型铜钼-热液脉型铅锌成矿系统。

关键词：新疆西天山;S同位素;流體包裹体;库尔尕生铅锌矿床;斑岩型铜钼-热液脉型铅锌成矿系统

新疆西天山赛里木微地块发育以Cu，Mo，Pb，Zn等金属为主的矿床。近年来，前人从矿床地质特征和稳定同位素等方面对库尔尕生铅锌矿床进行研究，将其划分为热液脉型铅锌矿床。通过西天山区域构造演化和成矿动力学背景，判断矿床形成于晚古生代晚石炭—早二叠世板块碰撞后板内伸展环境[1-6]。目前该矿床成矿阶段划分尚不明确，与邻近同时期形成的达巴特铜钼矿床之间的联系尚不清楚。

1  区域地质背景

研究区位于新疆西天山赛里木地区，大地构造处于哈萨克斯坦-准噶尔板块（Ⅰ级）、伊犁–伊赛克湖微板块（Ⅱ级）、赛里木微地块（Ⅲ级）。赛里木微地块以北为博尔塔拉大断裂，以南为博罗科努阿奇克库都克断裂，为晚元古代后长期隆起的构造单元。区内地层复杂，形成时代跨度大，具地台双层结构特征，主要由一系列元古宙基底及晚古生代盖层组成（图1）[3]❶。区内断裂构造广泛发育，多呈NNE向、NW向。与成矿有关的为小温泉-四台褶皱断裂束，走向呈NW向300°左右，断层面较陡，为区内重要控矿断裂。区内发育褶皱构造，与成矿有关的为达巴特穹隆，库尔尕生矿床和达巴特矿床分别位于达巴特穹隆两翼（图2-a）❶。区内出露以新太古代、古元古代及中生代为主的侵入岩，中生代脉岩较发育。火山活动始于晚泥盆世，到早二叠世结束，以喷发活动为主，伴有少量次火山岩侵入。

2  矿床地质特征

库尔尕生铅锌矿床位于赛里木湖北东10 km左右的库尔尕生布拉克沟口。矿体赋存于上泥盆统托斯库尔他乌组上亚组泥质粉砂岩、岩屑砂岩和长石岩屑砂岩中。矿区发育3条近于平行的NW向断裂（F6、F7、F8）和1条稍晚形成的NNE向断裂（F9）。区内岩浆岩不发育（图2-b）[1-2]，矿体受断裂控制，沿断裂呈脉状、透镜状分布。矿区共发现5条矿体，其中Ⅴ号矿体规模较小。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ号矿体受NW向（F6、F7、F8）断裂控制，沿断裂呈脉状产出，平面上近于平行排列，3条矿体倾角较陡，为45°～70°;Ⅳ号矿体受NNE向断裂（F9）控制，矿体产状与断裂近乎一致，矿体沿断裂呈透镜状产出。矿体地表出露长30～200 m，厚1～7 m。区内矿石品位Pb为0.2%～7.9%，Zn为0.5%～8.9%。

矿石以硫化物为主，金属矿物主要为方铅矿和闪锌矿，见少量黄铜矿和黄铁矿。非金属矿物主要为石英和方解石，次生矿物可见蓝铜矿、孔雀石和少量铅矾（图3-a-c）。矿石构造以浸染状构造为主，次为块状构造、团块状构造和稠密浸染状构造。矿石中可见六方柱状石英沿围岩裂隙呈晶洞状、晶簇状和梳状产出，局部可见自形程度良好、粒径粗大的方解石充填于石英形成的晶洞和梳状构造中，石英、方解石脉体与围岩间接触带清晰可见（图3-d-f）。据脉体间穿插关系及矿物组合，将成矿过程划分为3个阶段（图3-g-i）：①无矿石英阶段（Ⅰ）。仅发育白色石英，自形程度良好，结晶粗大;②石英-多金属硫化物阶段（Ⅱ）。为主成矿阶段，特征矿物组合为石英、方铅矿、闪锌矿±黄铜矿±黄铁矿;③方解石阶段（Ⅲ）。仅发育自形程度良好、粒径粗大的方解石。

3  样品及测试方法

3.1  流体包裹体

选取各热液阶段石英和方解石中代表性原生流体包裹体进行岩相学观察和显微测温。显微测温工作在中国地质大学（北京）地球科学与资源学院流体包裹体实验室完成。测试所用冷热台型号为LinkamTHMSG-600，测温范围-196～

+600℃，测试精度±0.1℃。

3.2  原位S同位素

选取石英-多金属硫化物阶段（Ⅱ）硫化物（闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿）进行测试。原位S同位素组成分析在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。采用仪器为激光剥蚀多接收杯等离子体质谱（LA-MC-ICP-MS），激光束斑直径约为40 µm，频率4 Hz，激光能量密度2.5 J/cm2，采用氦气为载气。S同位素比值采用天然黄铁矿标样PPP-1（参考值δ34SV-CDT=5.40‰±0.16‰）为外标进行校正[7-10]。

4  结果

4.1  流体包裹体岩相学

成矿阶段寄主矿物中原生包裹体较发育，呈星散状、孤立状分布，类型单一，主要为气液H2O两相包裹体，可见少量纯液相包裹体，包裹体较小，为2～6 µm。Ⅰ阶段和Ⅱ阶段流体包裹体形态以椭圆状，似圆状为主，Ⅲ阶段流体包裹体主要呈长条状，包裹体气液较低，为10%～20%（图4）。

4.2  流体包裹体测温

对矿体不同成矿阶段寄主矿物石英和方解石中体积较大的原生气液H2O两相包裹体进行显微测温，流体盐度和密度据前人经验公式计算获得[11-13]。流体包裹体测温及计算结果见表1，图5-a-e[14-17]。

4.3  S同位素

石英-多金属硫化物阶段（Ⅱ）中闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿的18个原位S同位素数据及前人已发表的方铅矿单矿物S同位素数据见表2和图5-f。库尔尕生铅锌矿床成矿阶段（Ⅱ）闪锌矿的原位δ34S值介于4.6‰～5.2‰，平均4.8‰;黄铜矿原位δ34S值介于7.1‰～14.2‰，平均11.3‰;黄铁矿原位δ34S值介于4.1‰～8.7‰，平均6.7‰;6件方铅矿单矿物δ34S值介于4.1‰～8.4‰，平均6.3‰。

5  讨论

5.1  成矿流体性质

从Ⅰ阶段到Ⅲ阶段，库尔尕生铅锌矿床成矿流体大体呈均一温度降低、盐度降低、密度略升高特点（图5-c）。各阶段寄主矿中原生包裹体主要为富液相气液H2O两相包裹体，均一温度跨度较大，为97℃～205℃，处于中-低温热液范围。包裹体盐度较低，為0.4%～3.1%，属低盐度流体。包裹体密度为0.9～1.0 g·cm-3，属低密度流体。矿床主要发育金属硫化物，硫酸盐矿物不发育。因此，库尔尕生矿床成矿流体为还原性中低温、低盐度、低密度的H2O-NaCl体系。

5.2  硫来源

库尔尕生铅锌矿床硫化物主要为方铅矿、闪锌矿、黄铜矿和黄铁矿，矿石中未见硫酸盐矿物，反映成矿流体中溶解硫以H2S占绝对优势，此时成矿流体处于低氧逸度还原环境。因此，从溶液中沉淀的硫化物（方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿）的δ34S值可近似代表热液中的δ34S值[19-21]。库尔尕生铅锌矿床硫化物矿石的δ34S值均为正值，硫化物矿石中δ34S值范围较宽，未出现明显峰值。通过对比分析发现，该同位素组成范围与自然界已有的地质储库的硫同位素组成范围均不同（图5-f，g），反映其具混合硫特征。

野外实地勘查发现，库尔尕生矿区岩浆活动微弱，岩浆岩不发育。与本矿床临近且近乎同时形成的达巴特铜钼矿床岩浆活动频繁，发育大量中酸性岩浆岩，如流纹斑岩、花岗斑岩等。前人研究结果显示，达巴特矿区硫化物δ34S值范围为4.9‰～7.9‰[18]，两处矿体距离较近，均受断裂控制，断裂可为成矿流体运移提供良好通道。推测库尔尕生矿体硫来源于达巴特矿区岩浆热液，前者更富集重硫（34S），可能是岩浆热液在迁移过程中混入了地层硫，使库尔尕生矿床δ34S值的范围变宽。前人通过Pb同位素研究发现，库尔尕生铅锌矿床Pb来源于围岩地层[3-4]。表明托斯库尔他乌组上亚组为矿床形成提供了S和Pb等成矿物质，与矿床形成密切相关。综上，库尔尕生铅锌矿床硫源为达巴特矿区中酸性岩浆与托斯库尔他乌组上亚组硫的混合硫。

5.3  矿床成因浅析

库尔尕生铅锌矿床目前尚缺少成矿年龄相关数据。前人通过西天山区域构造演化和成矿动力学研究，认为矿床形成于晚石炭—早二叠世北天山洋向哈萨克斯坦-伊犁地块北缘俯冲后经历的短期碰撞后板内伸展环境[6]，与达巴特铜钼矿床形成时代辉钼矿Re-Os等时线年龄（（300.3±2.1）Ma）一致[18]。从空间上看，库尔尕生铅锌矿床与达巴特铜钼矿床分布较近，约10 km。库尔尕生铅锌矿体与达巴特铜钼矿体分别位于达巴特穹隆两翼，由NW向小温泉-四台褶皱断裂束将两处矿体联系在一起，两处矿体形成均受断裂构造控制，断裂为成矿流体的运移提供了良好通道。

S同位素特征显示，库尔尕生铅锌矿床硫源是达巴特矿区中酸性岩浆与托斯库尔他乌组上亚组的混合硫。结合前人对达巴特矿床流体包裹体测温数据分析[22]，成矿流体从斑岩型铜钼矿体到热液脉型铅锌矿体演化过程中，温度和盐度逐渐降低。表明达巴特斑岩型铜钼矿体和库尔尕生热液脉型铅锌矿体成矿流体具同源性，演化过程是连续不间断的。该矿床的形成可能是达巴特铜钼矿区中酸性岩浆向上侵位过程中，派生出的岩浆热液沿小温泉-四台褶皱断裂束运移到库尔尕生矿区，此时岩浆热液温度为200℃左右。岩浆热液从托斯库尔他乌组上亚组中溶解硫酸盐，通过有机还原作用生成与地层硫酸盐具近乎一致δ34S值的H2S。随着岩浆热液近一步上移，与大气降水发生混合，使温度和压力迅速降低，导致方铅矿、闪锌矿等硫化物沉淀成矿。

前人在位于矿区南部博罗科努成矿带中发现一套与中酸性侵入岩有关的矽卡岩-斑岩-热液脉型铁-铜-钼-铅-锌多金属成矿系统[24-26]，并对其中典型矿床（莱历斯高尔-3571斑岩型铜钼矿床和七兴热液脉型银铅锌矿床）进行了研究[25-26]。对比发现，达巴特斑岩型铜钼矿床和库尔尕生热液脉型铅锌矿床在时空框架上具一致性，两类矿化之间通过构造断裂联系在一起，成矿流体及成矿物质显示同源性和连续演化特点。推测库尔尕生铅锌矿床为与达巴特铜钼矿床伴生的、矿化相对较浅的远源中低温热液脉型矿床，并与达巴特铜钼矿床构成一套与中酸性岩浆有关的斑岩型铜钼-热液脉型铅锌成矿系统。

6  结论

（1） 库尔尕生铅锌矿体呈脉状赋存于上泥盆统托斯库尔他乌组上亚组围岩裂隙中，成矿受断裂构造控制。成矿阶段划分为：无矿石英阶段（Ⅰ）;石英-多金属硫化物阶段（Ⅱ）;方解石阶段（Ⅲ）。

（2） 库尔尕生铅锌矿床成矿流体为还原性中低温、低盐度、低密度的H2O-NaCl体系。从Ⅰ阶段到Ⅲ阶段，成矿流体大体具均一温度降低、盐度降低、密度略升高特点。库尔尕生铅锌矿床成矿物质来源于岩浆硫及地层硫的混合硫。

（3） 库尔尕生铅锌矿床为达巴特斑岩型铜钼矿床远源的中低温热液脉型铅锌矿床，与达巴特铜钼矿床构成一套与中酸性岩浆有关的斑岩型铜钼-热液脉型铅锌成矿系统。

参考文献

[1]    戴玉林.库尔尕生布拉克铅锌矿床地质特征及成因探讨[J].矿产与地质，1994（5）：326-329.

[2]    刘凤鸣.库尔尕生铅锌矿床地质特征及成因浅析[J].新疆有色金  属，2007（3）：4-6.

[3]    段士刚.新疆西天山赛里木微地块区域成矿规律与找矿方向[D].中国地质大学（北京），2011.

[4]    段士刚，薛春纪，李野，等.新疆库尔尕生铅锌矿床地质、流体包裹体和同位素地球化学[J].矿床地质，2012，31（5）：1014-1024.

[5]    伊其安，邸晓辰，卞翔，等.新疆博乐市库尔尕生铅锌矿地质特征[J].新疆有色金属，2013，36（4）：30-33.

[6]    薛春纪，赵晓波，莫宣学，等.西天山巨型金铜铅锌成矿带构造成矿演化和找矿方向[J].地质学报，2014，88（12）：2490-2531.

[7]    Hu， Z.C.， Zhang， W.， Liu， Y.S.， et al. "Wave" signal-smoothing and mercury-removing device for laser ablation quadrupole and multiple collector ICPMS analysis： application to lead isotope analysis[J]. Analytical Chemistry， 2015， 87 （2）： 1152-1157.

[8]    Fu， J.L.， Hu， Z.C.， Li， J.W.， et al. Accurate determination of sulfur isotopes （δ33S and δ34S） in sulfides and elemental sulfur by femtosecond laser ablation MC-ICP-MS with non-matrix matched calibration[J]. Journal of Analytical Atomic Spectrometry， 2017， 32 （12）： 2341-2351.

[9]    Li， R.， Xia， X.， Yang， S.， et al. Off-mount calibration and one new potential pyrrhotite reference material for sulfur isotope measurement by secondary ion mass spectrometry. Geostandards and Geoanalytical Research， 2019， 43 （1）： 177-187.

[10]  Zhang， W.， Hu， Z.C.， Liu， Y.S. Iso-Compass： new freeware software for isotopic data reduction of LA-MC-ICP-MS[J]. Journal of Analytical Atomic Spectrometry， 2020， 35， 1087-1096.

[11]  Potter， R.W.， Clynne， M.A.， Brown， D.L. Freezing point depression of aqueous sodium chloride solutions[J]. Economic Geology， 1978， 73： 284-285.

[12]  顧雪祥，李葆华，章永梅，等.矿床学研究方法及应用[M].北京：地质出版社，2019.

[13]  Bodnar， R.J. A method of calculating fluid inclusion volumes based on vapor bubble diameters and PVTX properties of inclusion fluids[J]. Economic Geology， 1983， 78 （3）： 535-542.

[14]  Wilkinson， J.J. Fluid inclusions in hydrothermal ore deposits[J]. Lithos， 2001， 55， 229-272.

[15]  Zheng， S.H.， Gu， X.X.， Peng， Y.W.， et al. Hydrothermal evolution and ore genesis of the Jiamante Au deposit in Western Tianshan， Xinjiang， China： Evidence from the geology， fluid inclusions， and C-H-O-S-Pb isotopes[J]. Geological Journal， 2021， 1-17.

[16]  Hoefs， J. Stable isotope geochemistry[M]. 6th ed. Berlin Heidelberg： Springer-Verlag， 2009.

[17]  Allegre， C.J. Isotope geology[M]. Cambridge University Press， 2008.

[18]  李野.新疆西天山达巴特铜钼矿地质地球化学及成因[D].中国地质大学（北京），2012.

[19]  Ohmoto， H. Systematics of sulfur and carbon isotopes in hydrothermal ore deposits[J]. Economic Geology， 1972， 67 （5）： 551-578.

[20]  Ohmoto， H.， Rye， R.O. Isotopes of sulfur and carbon[M]//Barnes， H.L. Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits. 2nd ed. New York： John Wiley and Sons， 1979： 509-611.

[21]  章永梅，顧雪祥，摆祥，等.云南富宁者桑金矿床硫铅同位素地球化学特征与成矿物质来源[J].地学前缘，2013，20（01）：32-39.

[22]  刘畅.西天山达巴特铜钼成矿流体性质及演化[D].中国地质大学（北京），2015.

[23]  张作衡，毛景文，王志良，等.新疆西天山达巴特铜矿床地质特征和成矿时代研究[J].地质论评，2006（5）：683-689.

[24]  顾雪祥，章永梅，彭义伟，等.西天山博罗科努成矿带与侵入岩有关的铁铜钼多金属成矿系统：成岩成矿地球化学与构造-岩浆演化[J].地学前缘，2014，21（5）：156-175.

[25]  王新利.新疆西天山博罗科努成矿带与侵入岩有关的铁铜钼多金属成矿系统研究[D].中国地质大学（北京），2015.

[26]  Peng， Y.W.， Gu X.X.， Chi G.X.， et al. Genesis of the Nailenggele Mo-Cu-Pb-Zn polymetallic orefield in the Boluokenu Metallogenic Belt， Western Tianshan， China： Constraints from geochronology， fluid inclusions and isotope geochemistry[J]. Ore Geology Re     views， 2020， 103940.

Abstract： The Kuergasheng Pb-Zn deposit is located in the Sailimu area， Western Tianshan， Xinjiang. The ore body occurred in the upper Devonian Tuosikuertawu formation. The ore body was controlled by the fault structure and filled in the wall rock fissure as quartz-sulfides veins. The metallogenic stages were divided into quartz stage （I）， quartz-polymetallic sulfides stage （II） and calcite stage （III）. Fluid inclusion study indicates that the ore-forming fluid was a H2O-NaCl system with medium to low homogenization temperature （97℃～205℃）， low salinity （0.4%～3.1%） and low density （0.9～1.0 g·cm-3）. From stage I to stage III， the ore-forming fluid shows decreasing trends of homogenization temperature and salinity. The δ34S value of the sulfides ranged from 4.1 to 14.2‰， indicating that the source of sulfur was the mixed sulfur of intermediate to felsic magma and strata sulfur. The Kuergasheng Pb-Zn deposit is a distal medium to low temperature hydrothermal vein deposit associated with the adjacent Dabate Cu-Mo deposit and relatively shallow mineralization， which together with the Dabate Cu-Mo deposit constituted a set of porphyry Cu-Mo-hydrothermal vein-style Pb-Zn metallogenic systems related to intermediate to felsic magma.

Key words： Western Tianshan;Sulfur isotope; Fluid inclusion; Kuergasheng Pb-Zn deposit; Porphyry Cu-Mo-hydrothermal vein-style Pb-Zn metallogenic system