青海省祁漫塔格地区牛苦头铅锌矿成矿流体特征

蒋斌斌，祝新友，王新雨，李加多，吴锦荣，蔡亚伟，郭天军

（1.北京矿产地质研究院有限责任公司，北京 100083；2.青海鸿鑫矿业有限公司，格尔木 816099）

0 引言

牛苦头铅锌矿位于青海省格尔木市以西260 km，隶属于格尔木市乌图美仁乡，目前探明333以上铅+锌储量超过100 万t（王新雨等,2020），是近年来在祁漫塔格地区取得的重要找矿成果之一。牛苦头铅锌矿是一典型的夕卡岩型铅锌矿床（蒋成伍,2013;姚磊等,2016;王新雨等,2020），矿体主要产在奥陶系滩间山群大理岩中以及大理岩与成矿岩体的接触带上。目前矿山已经在投产运营中，但该矿的科研工作相对滞后，已有的研究内容主要关于矿床地质特征（白洪溪等,2020;蔡亚伟和郭天军,2020;阮菊华等,2012）、矿物学（李加多等,2019a,2019b;王新雨等,2020）和矿区花岗岩（姚磊等,2016）以及矿床成因（李加多等,2013,2019a;范增林等,2012;蒋成伍,2013;贾建团等,2015）方面，对于矿床的成矿流体特征研究尚属于空白，矿床的成矿流体演化机制尚不明确。本文在野外调查基础上，通过岩相学观察及实验对成矿各阶段的流体包裹体开展研究，探讨牛苦头铅锌矿的成矿流体特征和成矿作用过程。

1 区域地质

牛苦头铅锌矿地处青海祁漫塔格地区，位于东昆仑造山带西段，西北以阿尔金走滑断裂为界，东北以昆北断裂为界，南部以昆中断裂为界，为夹持于三者之间的楔状区域（图1a）。区内出露的地层主要有古-中元古界—上三叠统。其中，金水口群白沙河组、蓟县系狼牙山组、奥陶系—志留系滩间山群、石炭系缔敖苏组和大干沟组是本区多金属矿床的主要赋矿围岩（丰成友等,2012;赵一鸣等,2013）。区内受昆北和昆中两断裂控制，主构造线为NW或近EW向，褶皱以NWW向的复式背斜和向斜构造为主，NWW向、NW向和近EW向断裂的交汇聚合部位是成岩成矿的有利部位。区内岩浆侵入活动频繁，主要以泥盆纪—二叠纪和三叠纪为主（图1-b）。泥盆纪—二叠纪侵入岩呈NWW向展布，岩性包括英云闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩等。三叠纪侵入岩呈NW向展布，与区内夕卡岩型多金属矿床关系密切相关（毛景文等,2012;赵一鸣等,2013;图1b），主要岩性有石英二长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、花岗斑岩和闪长岩等。祁漫塔格是我国重要的夕卡岩型多金属成矿带（毛景文等,2012;杨宝凯等,2019;钟世华等,2017），区内已发现多个大中型矿床，其矿床成因类型以夕卡岩型为主，包括野马泉、肯德可克铁矿，卡而却卡铜矿，虎头崖、四角羊-牛苦头铅锌矿。

图1 东昆仑地区大地构造简图（a）与祁漫塔格地区地质矿产图（b）（据丰成友等,2012;钟世华,2018）

2 矿床地质特征

牛苦头铅锌矿矿区出露的地层主要为滩间山群，岩性为一套浅变质碎屑岩、火山岩及碳酸盐岩，碳酸盐岩主要为灰白色-深灰色大理岩、结晶灰岩，是矿区重要的含矿围岩。受区域构造影响，矿区构造以NWW向为主，其次为NE向和EW向。矿区地表大面积出露海西期花岗闪长岩（396～401 Ma，未发表数据），钻孔揭露深部存在海西期花岗闪长岩（姚磊等,2016）和印支期二长花岗岩（250 Ma，未发表数据）两期花岗岩（图2）。

图2 牛苦头铅锌矿矿区地质简图

矿区根据磁异常分为M1～M7等7个异常区，目前M1、M4已探明资源储量已>100 万t，达到了大型规模，M1已露天开采。M1圈出不同规模的铁铅锌矿体共22条，M4磁异常区内共圈出铁铅锌矿体7条，矿体多为透镜状或似层状产在岩体和大理岩的接触带上，为夕卡岩型矿体，矿石分为致密块状、稠密浸染状、稀疏浸染状和条带状矿石。金属矿物主要有磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、毒砂、黄铁矿、黄铜矿等，非金属矿物主要为石榴子石、透辉石、黑柱石、绿帘石、阳起石、石英和方解石。

根据野外调研以及室内镜下鉴定，将M1、M4成矿作用划分为4个阶段（图3、图4），即进变质阶段（干夕卡岩阶段）、退变质氧化物阶段（湿夕卡岩阶段）、硫化物阶段和碳酸盐阶段。进变质阶段阶段主要生成石榴子石、透辉石等无水矿物；退变质氧化物阶段主要生成阳起石、黑柱石、透闪石等含水夕卡岩矿物，并开始出现磁铁矿和少量的磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿等，以及少量的石英；硫化物阶段是金属硫化物大量沉淀的主成矿阶段，大量生成闪锌矿、方铅矿、磁黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿、石英等；碳酸盐阶段主要生成方解石。

图3 牛苦头铅锌矿床主要矿物镜下特征

图4 牛苦头铅锌矿床主要矿物生成顺序图

3 采样位置及测试方法

样品采自M1和M4地表和钻孔，共8件夕卡岩及矿石样品。具体研究方法：首先将这些样品磨制成厚度约为0.3 mm双面抛光的薄片，然后在高倍光学显微镜镜下观察不同类型流体包裹体的岩相学特征，最后分别对不同寄主矿物中的流体包裹体进行均一温度、冰点温度和子晶消失温度等测试，根据均一温度计算包裹体冷却盐度。

流体包裹体的均一温度、冰点温度测试在北京矿产地质研究院有限责任公司流体包裹体实验室进行，仪器为英国生产的Linkam-THMS600冷热台（温度范围：-190～600 ℃；分析精度为：±0.2（<30 ℃），±1（<300 ℃），±2（<600 ℃）），该仪器利用美国FLUID Inc公司提供的人工合成包裹体标样进行温度校正。

4 分析结果

4.1 流体包裹体镜下特征

牛苦头地区各矿区夕卡岩及铅锌矿石中，可观测流体包裹体的矿物包括石榴子石、透辉石、绿帘石、阳起石、石英、方解石、萤石。本次测温实验对象主要为石榴子石、透辉石、阳起石、石英中的包裹体，基本涵盖了主成矿的三个阶段，获得了大量的分析测试数据。

本文主要对M1和M4的流体包裹体开展研究工作，镜下研究可以看到包裹体类型可分为两大类，一类为纯液相包裹体，另一类为气液包裹体。气液包裹体形状不一，呈长条形、方形、椭圆形以及不规则形状。其中气液两相包裹体又可以分为富气相包裹体和富液相包裹体两种：富气相包裹体气液比大于80%，大小4～6 μm，包裹体颜色较深，这类包裹体数量占比较少；富液相包裹体气液比一般小于20%，大小2～15 μm，主要为4～6 μm。由于包裹体较小，对冰点温度的观察制造了很大困难。

根据该矿床成矿阶段的划分，结合研究区实际情况，按照寄主矿物的不同，分别从成矿作用的先后顺序阐述成矿流体的变化规律。

（1）进变质阶段

该阶段观察对象主要为石榴子石、透辉石中的包裹体，包裹体数量相对较少，晶型较好且环带明显的石榴子石中包裹体含量很少，晶型不好的相对多一些，透辉石中包裹体数量较石榴子石稍多，包裹体类型基本为气液两相包裹体。其中石榴子石（图5a-b）中的包裹体一般显示长条形，2～6 μm，气液比一般小于20%。透辉石中的包裹体（图5c）大多呈方形，少数呈不规则状，大小2～6 μm。

（2）退变质氧化物阶段

该阶段观察对象主要为阳起石中的包裹体（图5d-e）。包裹体数量较多，透明度较好，沿解理分布较多，形态多样，不规则椭圆形、三角形、长条形、不规则形等。包裹体类型以富液相包裹体为主。

（3）硫化物阶段

该阶段观察对象主要为石英中的包裹体。石英（图5f-g）中的包裹体分布广泛包裹体形态多样，石英中可见纯液相包裹体、富气相包裹体和富液相包裹体，同一视域下气液比差距如此之大反映流体可能经历了沸腾作用，包裹体以不规则椭圆形、长方形居多，大小差异较大，2～15 μm不等。

（4）碳酸盐阶段

该阶段观察对象为方解石，方解石（图5h-i）中包裹体主要沿解理分布，类型为纯液相包裹体和富液相包裹体，包裹体以长方形、三角形居多，大小多为4～8 μm，因包裹体数量较少且体积小，未获得有效的测温实验数据，且碳酸盐阶段已经接近成矿的尾声，该阶段基本不形成金属硫化物，后文不再详述。

图5 牛苦头铅锌矿流体包裹体岩相学特征

4.2 流体包裹体均一温度、盐度

对牛苦头地区M1、M4矿区不同寄主矿物进行流体包裹体均一温度、冰点温度测试，测试结果见表1，受限包裹体体积较小，仅获得少量冰点温度。由于实验冷热台的最高温度为600 ℃，石榴子石中部分流体包裹体加热至600 ℃仍未均一，未获得均一温度值，故成图时取其温度为600 ℃。结合表1以及温度直方图（图6），各矿带、矿物空间、时间分布和演化存在规律性，并与矿化组合相对应。

表1 牛苦头铅锌矿流体包裹体均一温度测试结果

按不同寄主矿物统计流体包裹体的均一温度特征（图6），石榴子石中流体包裹体均一温度最高，获得的数据均大于350 ℃，分布范围为384～600 ℃，主要集中于400～600 ℃，通过少量的冰点温度数据得到盐度10.24%～23.18% NaCl eqv.，显示中高盐度的特征。

图6 牛苦头铅锌矿流体包裹体均一温度特征

辉石中流体包裹体均一温度数据分布和石榴子石相似，稍低于石榴子石，均一温度范围308～550 ℃，集中在400～550 ℃。

阳起石中流体包裹体均一温度集中于300～450 ℃，仅测得一个冰点温度数据显示盐度为1.4% NaCl eqv.，阳起石形成于退变质氧化物阶段，这个阶段成矿过程中开始有大气降水的加入，引起温度和盐度的下降。

石英中流体包裹体均一温度133～422 ℃，其高温段（300～420 ℃）与退变质氧化物阶段对应，低温段（200～300 ℃）代表硫化物阶段。显示石英自退变质氧化物阶段晚期开始结晶，延续至硫化物阶段。虽未获得准确的冰点温度数据，但通过测温过程中的观察认为其盐度较低，表明大气降水已大量进入成矿体系，成矿流体被稀释，导致硫化物大量沉淀。

5 讨论

成矿流体特征

（1）进变质阶段

石榴子石和透辉石是此阶段的产物，石榴石中的包裹体类型主要为气液两相包裹体。气液两相包裹体的均一温度范围384～600 ℃，盐度为10.24%～23.18% NaCl eqv.，显示中高盐度特征；透辉石中包裹体类型也以气液两相包裹体为主，均一温度308～550 ℃，因此该阶段温度范围为308～600 ℃，盐度为中高盐度，显示该阶段流体高温高盐度的特征。

（2）退变质氧化物阶段

该阶段主要形成阳起石，黑柱石其中包裹体类型主要为气液两相包裹体，其均一温度范围346～458 ℃，推测该阶段是由于大气降水的加入导致流体温度和盐度的降低，该阶段开始形成磁铁矿、少量磁黄铁矿和石英。

（3）硫化物阶段

石英中的包裹体类型主要为气液两相包裹体，其均一温度范围133～422 ℃。该阶段基本未见到含石盐子晶的包裹体，测温过程中观察推断其盐度应较低，可见该阶段的温度为133～422 ℃，推测是由于该阶段发生了大气降水的大量加入导致流体温度和盐度的进一步降低，该阶段出现了大量的金属硫化物，磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿等都于该阶段形成。

6 结论

（1）牛苦头铅锌矿矿床成矿期经历了从早阶段到晚阶段温度降低的过程。进变质阶段的流体包裹体均一温度范围384～600 ℃，盐度为中高盐度，退变质氧化物阶段流体包裹体均一温度范围346～458 ℃，硫化物阶段流体包裹体均一温度范围为133～422 ℃。

（2）牛苦头铅锌矿成矿流体演化过程可描述为早阶段主要为岩浆热液，到晚阶段大气降水加入混合导致金属矿物沉淀富集成矿。