新疆西天山托克赛铅锌矿床叠加成矿作用

李金秘 李顺达 陈川 李天慧 高玲玲 夏芳

摘  要：托克赛中型铅锌矿位于西天山成矿带赛里木微地块。矿床成矿过程划分为喷流沉积、变质改造和岩浆热液3个时期。喷流沉积期具典型SEDEX矿床特征，“岩控性”与“层控性”明显，成矿流体以海水为主;变质改造期发育富液相包裹体，包裹体均一温度210℃～271℃，w（NaCleq）为12.7%～13.6%，成矿流体主要来源于变质热液;岩浆热液期发育富气相、富液相和含子矿物包裹体，包裹体均一温度190℃～341℃、w（NaCleq）为4.8%～40.8%，成矿流体主要为岩浆水与大气水的混合。矿床的矿源层形成于古元古代的海底喷流沉积环境，后期经历了变质改造和岩浆热液叠加成矿作用。

关键词：流体包裹体;H-O同位素;SEDEX型矿床;托克赛;西天山

托克赛铅锌矿位于新疆温泉县境内，2005年新疆有色地质矿产勘查院开展1∶5万化探普查工作时发现该矿床，现已探明铅锌储量10×104  t，是继东天山彩霞山铅锌矿之后[1]，在新疆天山成矿带找矿的又一重大成果。矿床自发现起，诸多学者对其进行了各项研究。成勇等认为矿床为沉积-变质成因[2-4]，并建立相应的找矿模型;邵勤国通过地球化学特征研究[5]，识别出有利的找矿标志;李永等认为成矿后期可能发生了热液叠加改造[6]，矿床具有SEDEX型铅锌矿特征。目前，对于矿床发育的多种矿化类型及可能经历的多种成矿作用仍认识不足，对矿床的成因机制仍存在分歧。

成矿流体特征是揭示矿床成因和研究成矿过程的重要途径，本文旨在通过详细的地质调研，重新厘定成矿期次，并通过包裹体及H-O同位素研究，探讨其成矿流体来源与性质，分析成因类型及成矿过程，探索托克赛铅锌矿床叠加成矿作用，以期为西天山金属矿床找矿勘查提供理论依据。

1  区域地质概况

新疆西天山位于中亚造山带南部，自太古代以来经历了复杂的构造演化[7]。区域上出露地层有古元古界温泉群、中元古界长城系哈尔达坂群、中元古界蓟县系库松木切克群、青白口系开尔塔斯群、晚泥盆系、早石炭系、二叠系和第四系。温泉群上亚群与哈尔达坂群为区域铅锌矿产的主要赋存层位[2-8]。区内构造发育，以EW向及NWW向断裂为主，如博尔塔拉河断裂、托克赛断裂等。岩浆侵入活动强烈，早元古代晚期、古生代中、晚期均有出露（图1）。

2  矿床地质概况

2.1  矿区地质

矿床位于西天山别珍套山一带。矿区地层主要有下元古界温泉群上亚群、中元古界长城系哈尔达坂群和第四系冲洪积物。温泉群上亚群呈近EW向展布，从北向南，分为3个岩性段，分别为含角闪黑云斜长片麻岩，薄层状大理岩及二云母石英片岩，其中大理岩为矿区主要的赋存层位。哈尔达坂群分布于矿区南部，主要岩性为灰岩。第四系主要沿沟谷分布，由沙、砾石等组成（图2）[5-6，9]。矿区主要断裂为托克赛断裂，倾向178°，倾角55°～75°，主体被第四系覆盖，局部可见糜棱岩化带，沿断裂有闪长岩脉侵入。矿区仅见小规模侵入岩脉，主要为细粒花岗岩、花岗闪长岩等，脉岩附近普遍发育绿泥石化，绢云母化，高岭土化等蚀变。

2.2  矿化特征

矿区圈定出2个含矿层（I，II）、4条铅锌矿体。I-4与II-1号矿体规模较大（图3）。I-4号矿体位于矿区东部，长约500 m，平均厚度4.81 m，铅平均品位0.25%，锌平均品位1.52%;II-1号矿体位于矿区东部，长700 m，平均厚度 3.93 m，锌平均品位1.13%，伴生铅含量0.24%[6]。

据矿床地质、矿体、矿石及蚀变特征（图4），将成矿过程归纳为3个时期。

喷流沉积期  矿体与地层走向一致，呈层状、似层状赋存于温泉群中，“层控性”与“岩控性”明显。矿石呈层纹-条带状、细脉浸染状构造。小顆粒闪锌矿、方铅矿等呈纹层状和条带状分布于大理岩间（图4-A），具沉积成因特征。呈同心环状构造的胶状黄铁矿的出现证实矿物形成于沉积环境（图4-G）。围岩为中-深变质碳酸盐岩夹碎屑岩建造，伴随热水沉积的硅质岩产出，矿化可能形成于被动大陆边缘环境[9]。

变质改造期  由于经受强烈的变质作用，矿体与地层发生同步变形，矿体发生揉皱变形，矿物定向排列形成条带状构造（图4-B，C）。沉积成因的胶状黄铁矿发生破碎，部分闪锌矿晶形被挤压变形，保存较好的闪锌矿与自形程度较好的黄铁矿共生（图4-G-I），并有方解石、辉石、透闪石等变质矿物产生，矿化时期与区域变质-变形事件相对应。

岩浆热液期  古生代中晚期岩浆侵入频繁，富含金属元素的热液交代围岩，形成大量脉状结构闪锌矿、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿，自形程度高，不同矿物发生交代溶蚀（图4-J-L）。石英硫化物脉与方解石硫化物脉相互穿切（图4-D-F），矿石品位提高。

3  样品及实验方法

石英样品采集自矿区地表与钻孔，选取各成矿期的代表性石英样品用于研究，样品特征见表1。流体包裹体显微测温实验在新疆大学地质与矿业工程学院流体实验室采用Linkam THMSDG600冷热台完成。测温区间-196℃～600℃，精度±1℃。同位素分析由核工业北京地质研究院分析测试研究中心采用MAT251EM质谱仪测定。H同位素采用高温下爆裂法取水，用锌还原法测定，O同位素分析采用常规的BrF5法[10]，精度±2‰。流体的δ18OH2O值通过Clayton et al.（1972）石英-水的氧同位素平衡分馏方程进行换算[11]。

4  实验结果

4.1  包裹体岩相学

矿区石英颗粒中的包裹体发育，据成因分为原生与次生包裹体。本次实验仅针对变质改造期与岩浆热液期发育的原生包裹体开展。这些包裹体多成群或束状分布，少数呈孤立或平行成带分布。据室温及升降温过程的相态变化，包裹体类型分为3类：富气相（VL型）、富液相（LV型）及含子矿物包裹体（S型）（图5）。LV型包裹体室温下由液相水溶液和气相水溶液组成，呈长条状、椭圆状成群广泛分布于各成矿期。气液比5%～30%，大小5～12 μm（图5-A-C）。VL型包裹体室温下由气相水和液相水组成，呈扁圆状或椭圆状孤立分布，数量较少，仅在岩浆热液期出现。气液比50%～70%，大小8～12 μm（图5-E，F）。S型包裹体室温下由气相、液相和NaCl子晶（S）组成，呈不规则状孤立分布，仅在岩浆热液期出现，数量较少。气液比5%～20%，大小3～10 μm（图5-D）。

4.2  包裹体显微测温

本次试验分别对变质改造期和岩浆热液期的16个测温片，97个包裹体进行显微测温实验（表2，图6）。变质改造期石英中包裹体均一温度为210℃～271℃，均值238℃;w（NaCleq） 为12.7%～13.6%（Hall et al，1988）。岩浆热液期石英中LV型包裹体均一温度190℃～311℃，w（NaCleq）为9.0%～11.8%;VL型包裹体均一温度294℃～336℃，w（NaCleq）为4.8%～6.8%;S型包裹体均一温度284℃～341℃，子矿物消失温度300～332℃，w（NaCleq）为38.1%～40.8%。

4.3  H-O同位素

H-O同位素能够有效指示成矿流体来源[11]。测试结果显示（表3），变质改造期δ18OH2O为10.16‰～12.7‰，δD值为-86.2.16‰～-72.4‰;岩浆热液期δ18OH2O值为3.44‰～9.26‰，δD值为-79.9‰～-77.0‰。

5  讨论

5.1  流体性质及流体来源

喷流沉积期，温泉群的碎屑岩夹碳酸盐岩地层形成于被动陆缘发育的浅海环境[14]，盆地流体来源于下渗海水，同典型的捷克利SEDEX型铅锌矿在地质背景、矿床特征、同位素组成等方面有诸多相似之处[15]。该期发育气液两相包裹体，个体较小，充填度小。这类矿床的流体普遍为蒸发海水，流体均一温度、盐度变化范围较大，整体呈现低温、中低盐度特征。变质改造期，赛里木地区发生大规模构造运动，地层发生破裂与变形。石英中主要发育富液相包裹体，其大小较为一致，H-O投图接近变质水（图7），有向与含碳有机质反应过的水方向偏移的趋势，指示流体主要来源于变质水，可能有地层含碳有机质参与。成矿流体为具中温、中盐度的NaCl-H2O体系。岩浆热液期，岩浆侵入活动强烈，出现大量脉状矿石。石英中发育VL，LV，S型包裹体。H-O投图位于岩浆水附近（图7），呈岩浆水向大气水“漂移”的趋势，指示早期岩浆水为主要来源，受地表水影响增大，晚期大气降水的比例逐渐增大。包裹体最高均一温度达341℃，表明岩浆热液在成矿流体中扮演重要角色，而温差大也表明大气水逐渐占据主导。成矿流体为具中高温、中高盐度的NaCl-H2O体系。

5.2  叠加成矿作用及成矿过程

叠加成矿作用是复杂地质过程中的一个具体表现，是在不同地质演化阶段，同一个空间发生不同的成矿作用叠加复合而形成[16]。

早期海底环境下，发生喷流沉积作用，金属元素被从深部带入海底，丰富的物源与海底的沉积物一起形成围岩地层，多金属元素聚集形成初始矿源层;蒸发的海水为成矿提供了初始流体，并沿着断裂向浅部运移，随着温度、压力等物理条件的变化，矿物沉淀构成条纹状矿石[17-18]。区域变质作用下，岩石遭受进化变质，地层发生褶皱变形，矿物在变质作用下发生脱水反应。变质热液在大规模的构造活动形成的断层等通道运移，使成矿元素得到一次富集。岩浆侵位作用使得成矿流体在封闭空间运移，流体进入碳酸盐岩地层，交代早期形成的大理岩与脉岩等，围岩物质的加入使流体中硫化物再次富集，循环大气水加速了成矿元素的富集。

6  结论

（1） 矿床成矿过程先后经历了喷流沉积、变质改造期、岩浆热液叠加期3个时期。

（2） 变质改造期流体主要来源于变质水，岩浆热液叠加期流体为岩浆水与大气水混合热液。

（3） 喷流沉积作用使多金属元素聚集形成矿源层，变质作用下地层发生变质变形，岩浆热液萃取深部金属物质进入围岩。

参考文献

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