東天山成礦帶典型銅、金礦床成礦流體與成礦作用研究

趙玉京，代俊英，陳曄

（新疆維吾爾自治區地質調查院，新疆 烏魯木齊 830000）

東天山成礦帶位于天山成礦帶東部，西起小熱泉子，東至甘新交界，是我國重要的銅、鎳、金、鐵、鉛鋅等大型礦床集中區[1]。近年來，區內相繼發現大量礦床，前人對該區成礦類型、礦床控礦因素（地層-構造-巖漿巖）等基礎地質研究已較成熟，但對東天山成礦帶上流體成礦機制的研究略滯后。地質流體是一定地質作用的產物，礦床的形成過程與特定地質構造背景下地質流體的產生、運移和聚集具密切聯系，不同的成礦機制指示著不同的成礦流體[2]。東天山地區礦床密集產出于晚古生代早中石炭世—早二疊世，從時間上看，屬同期板塊活動產物。前人對新疆東天山地區部分金礦床成礦流體進行了研究[3-6]，該區典型金礦床礦石流體包裹體小，以氣液兩相包裹體為主，未見含子礦物包裹體，含CO2包裹體相對小、少，流體的鹽度低，流體的溫度主要是中低溫。相同類型金礦床成礦流體水的來源相近，不同類型金礦床水的來源差異顯著。目前對該區銅礦床成礦流體的研究相對較少[7-9]，缺乏不同類型銅礦成礦流體特征的對比研究。成礦流體的研究，可為礦床成因研究和成礦地質環境及區域找礦潛力提供依據。因此，筆者在前人研究的基礎上，選取東天山成礦帶上小熱泉子銅鋅礦、土屋銅礦、紅石金礦、石英灘金礦、康古爾金礦等典型礦床，進行成礦流體研究，以期從成礦帶角度探究東天山地區地質流體與成礦關系，進一步豐富該區成礦系統研究。

1 區域地質背景

東天山大地構造上位于古亞洲洋南緣，是哈薩克斯坦-準噶爾板塊和塔里木板塊聚合地區，經歷了極其復雜的裂解和拼合的構造演化歷史。區內礦產成礦時代的高峰集中在晚古生代早中石炭世—早二疊世，與該區碰撞造山作用發生的時代相吻合。前人根據地層-構造體系將東天山分為北、中、南3條地層構造帶（圖1）[10]，其中北帶位于吐哈盆地南緣，地層出露齊全，主要包括中奧陶統荒草坡群大柳溝組海相鈣堿性系列的鈉質中酸性火山碎屑巖-熔巖建造，中—上志留統紅柳峽組海相晶屑巖屑凝灰巖、凝灰質砂巖等及石炭系海相火山-沉積巖建造。中帶為康古爾剪切帶，夾于康古爾斷裂與雅滿蘇斷裂之間，為一套變形變質強烈的無序地層-構造巖片。南帶位于雅滿蘇大斷裂與阿齊克庫都克大斷裂之間，出露下石炭統雅滿蘇組火山巖和上石炭統土古土布拉克組陸相玄武巖。

東天山成礦帶礦床類型眾多，空間上具明顯分帶性（圖1）[1]。其中鐵礦多集中在南帶，銅鎳礦床多集中在北帶（小熱泉子、土屋、延東等銅礦在西部，土墩、黃山東、圖拉爾根等銅礦在東部），金礦多集中在北緯42°地區。

圖1 東天山地區構造格架及典型礦床Fig.1 Simplified geologic map showing the tectonic framework and distribution of ore deposits in Eastern Tianshan

2 典型礦床成礦流體特征

1.2 成礦流體溫度、鹽度特征

據前人研究資料，整理出典型礦床流體特征（表1）。從表1看出[4,9,12,13]，東天山地區典型銅、金礦床流體包裹體寄主礦物主要為石英，除此之外，小熱泉子銅鋅礦床和紅石金礦分別又選取了螢石和方解石作為包裹體的寄主礦物進行流體研究，流體包裹體整體較小。

小熱泉子銅礦流體包裹體類型以氣液兩相為主，成礦共分兩個主要階段，噴流期完全均一溫度為87℃～126℃，熱液期完全均一溫度為120℃～225℃，鹽度為6.34%～14.55%，密度為0.920～1.001 g/cm3。土屋銅礦流體包裹體類型以氣液兩相為主，均一溫度范圍為125℃～363℃，峰值為140℃～200℃，鹽度0.18%～15.37%，峰值范圍在2%～10%。紅石金礦流體包裹體類型主要為氣液兩相，少量為含CO2三相包裹體，完全均一溫度為113℃～353℃，具兩個峰值范圍：140℃～150℃和200℃～250℃，鹽度為1.05%～10.73%，密度0.72～0.97 g/cm3?？倒艩柦鸬V流體包裹體以氣液兩相為主，少量為含CO2三相包裹體，完全均一溫度為130℃～310℃，峰值為120 ℃～220 ℃，鹽度4.2%～9.1%，密度0.80～0.86 g/cm3。石英灘金礦流體包裹體類型主要為氣液兩相，完全均一溫度為129℃～236℃，鹽度為1.9%～2.74%，密度為0.85～0.96 g/cm3。

表1 東天山成礦帶典型銅、金礦床流體特征Table 1 Cu and Au deposits fluid charateristics in Eastern Tianshan

通過對比發現，包裹體在物相上大致相似，多以氣液兩相包裹體為主，含CO2三相包裹體較少、較小，未見含子礦物三相包裹體。流體包裹體均一溫度測試結果顯示，小熱泉子銅鋅礦成礦流體均一溫度具兩個范圍，在噴流沉積期具典型低溫成礦特點，而熱液期成礦流體均一溫度略高。小熱泉子銅鋅礦屬典型VMS型礦床，熱液期成礦溫度明顯高于噴流沉積期成礦溫度，這一結論與前人對于VMS型礦床的研究成果一致，即VMS型礦床中通道相流體溫度較高，而沉積相溫度較低。土屋銅礦流體包裹體均一溫度峰值為140℃～200℃。紅石金礦流體包裹體均一溫度具兩個峰值范圍，指示成礦具不同期次互相疊加特點?？倒艩柦鸬V和石英灘金礦成礦流體均一溫度峰值范圍基本相同。3個金礦床成礦流體均一溫度具紅石金礦（113℃～353℃）＞康古爾金礦（130℃～310℃）＞石英灘金礦（129℃～236℃）特征。流體包裹體測溫結果顯示，成礦流體均一溫度總體上為中低溫，金礦成礦流體均一溫度略高于銅礦。

鹽度對比顯示，小熱泉子銅鋅礦成礦流體鹽度6.34%～14.55%，土屋銅礦成礦流體鹽度為0.15%～15.37%，紅石金礦成礦流體鹽度為1.05%～10.73%，康古爾金礦流體鹽度為4.2%～9.1%，石英灘金礦流體鹽度為1.9～2.74%?？傮w上看，不同礦種之間差異明顯，小熱泉子銅鋅礦、土屋銅礦成礦流體鹽度明顯高于3個金礦流體鹽度。這種差異可能與成礦體系構造發育有關，銅礦床成礦環境相對開放，與鹵水發生交換程度高，成礦熱液鹽度高，因此包裹體捕獲流體鹽度也相對偏高。流體密度計算結果顯示，小熱泉子銅鋅礦流體密度明顯高于3個金礦床流體密度。銅礦流體與金礦流體對比顯示，二者流體均一溫度大致相當，而前者具更高的鹽度、密度。陳衍景等將金礦床的成礦流體分為改造熱液、變質熱液和巖漿熱液3個端元性成分[11]，并指出改造熱液以低溫、低鹽度、低CO2含量為特征，主要來自大氣降水；變質熱液以中溫、低鹽度、高CO2含量為特征；巖漿熱液以高溫、高鹽度、高CO2含量為特征。因此，據石英灘金礦、紅石金礦和康古爾金礦溫度、鹽度及CO2含量特征，這3類金礦成礦流體明顯屬于改造熱液。

2.2 成礦流體H-O同位素特征

成礦流體與其他流體之間的關系，常用σD-σ18OH2O圖解表示[14]。測試結果顯示（表2），土屋銅礦石英包裹體H2O的σD值組成為-70‰～-66‰，屬正常巖漿水值范圍（-85‰～-50‰）[15]，石英的σ18OH2O值為9.4‰～12.3‰。小熱泉子銅鋅礦石英包裹體H2O的σD值為-105‰～-52.2‰，石英的σ18OH2O組成6.5‰～9.5‰。小熱泉子銅鋅礦石英包裹體H2O的σD明顯低于巖漿水。

一般引起δD值降低的主要因素有[15]：①氧逸度的改變；②氫同位素的分離作用，如CH4或H2的溢出；③巖漿脫氣作用；④大氣降水或海水的混合。主成礦階段大量硫化物的沉淀，表明氧逸度未發生改變。小熱泉子銅鋅礦流體包裹體氣相成分為CH4、H2和N2[12]，因此氫同位素的分離作用是導致δD值降低的因素之一。

小熱泉子銅鋅礦、土屋銅礦成礦流體水的σD-σ18OH2O圖解中（圖2），氫氧同位素投圖落點具遠離變質水，偏向大氣水和巖漿水之間，成礦流體具大氣水和巖漿水混合的特點。因此，大氣降水的混合是小熱泉子銅鋅礦成礦流體水的δD值降低的另一重要因素。

康古爾金礦石英包裹體H2O的δD組成為-66‰～-45‰，石英的δ18OH2O組成11.5‰～13.2‰，紅石金礦石英包裹體H2O的δD值變化范圍較大，同位素組成為104‰～-63‰，石英單礦物δ18O組成為13.8‰～15.5‰。兩類金礦對比顯示，紅石金礦床石英包裹體中H2O的δD值變化范圍更大，而石英的δ18O值較集中，均大于巖漿水的氧同位素范圍（氫同位素：-85‰～-50‰，氧同位素：5.5‰～10‰）[15]。整體上金礦床比銅礦床氫同位素變化范圍更大，且氧同位素的值更高。

圖2 東天山地區典型銅、金礦床成礦流體δ18OH2O-δD關系圖Fig.2 δD-δ18O correlation map of the mineralizing fluid from typical Au and Cu deposits in eastern Tianshan

表2 東天山地區典型銅、金礦床流體包裹體H-O同位素測試數據Table 2 Oxygen and hydrogen isotopic compositions of fluid inclusion from typical Au and Cu deposits in eastern Tianshan

σD-σ18OH2O圖解顯示（圖2），紅石金礦成礦流體H-O同位素值除一個點落于正常巖漿水的范圍，其余6個落點均位于張理剛劃定的金-銅和鐵鈷系列花崗巖初始混合巖漿水附近[16]?？倒艩柦鸬V氫氧同位素3個落點位于變質水附近，2個落點位于巖漿水和大氣降水之間，還有1個落點位于大氣降水線上。兩類金礦的氫氧同位素對比結果表明，成礦流體落點均位于大氣水與巖漿水之間，康古爾金礦成礦流體落點范圍更廣，σ18OH2O漂移的特征更明顯，指示水-巖反應造成流體的氧同位素向富含σ18OH2O的方向“漂移”,而氫同位素則基本保持不變，且其成礦流體在演化過程中受大氣水的影響比紅石金礦更顯著。

銅、金礦床氫氧同位素投圖具有明顯的差異，整體上看，金礦床流體氫氧同位素落點更靠近巖漿水，二者明顯具有不同的成礦流體形成機制。

3 成礦作用研究

東天山成礦帶礦產種類多樣，就金礦、銅礦而言，又有多種成因類別。通過流體包裹體研究發現，同一大地構造背景下，不同種類的礦床流體包裹體在巖相學上具有一定的相似性。東天山地區包裹體類型多為氣液兩相，包裹體小且形態不規則，這與該區復雜的構造演化背景有關，更與康古爾韌性剪切帶的發育直接相關。

趙澤南等獲得的土屋斑巖銅礦含礦閃長玢巖鋯石U-Pb測年結果為(335.1±3.1)Ma，顯示土屋閃長玢巖侵位于石炭紀[17]。李華芹等對小熱泉子銅鋅礦噴硫沉積期多金屬硫化物石英細脈和巖漿熱液疊加期含銅石英細脈石英流體包裹體的Rb-Sr年代學研究表明[18]，早期礦化時代為（298±14）Ma，即火山噴流沉積期成礦作用發生于晚石炭世；晚期礦化時代為（264±20）Ma，即后期巖漿熱液疊加（改造）成礦作用發生在早中二疊世。東天山地區金礦成礦年齡具有295～280 Ma和240～260 Ma兩個時期[5]，前人對于康古爾韌性剪切帶的糜棱巖研究表明，其形成于261～256 Ma[19]，這與康古爾金礦、紅石金礦成礦年齡（260 Ma左右）基本一致。

東天山造山帶在奧陶—泥盆紀，發育廣泛的溝-弧-盆體系，在晚泥盆世逐漸演變為安第斯型大陸邊緣；早石炭世初，洋殼向北俯沖關閉，中天山地塊拼貼增生到吐哈地塊南緣，成為哈薩克斯坦-準噶爾板塊的組成部分，碰撞拼貼后發生巖石圈拆沉-幔源巖漿上涌作用，形成土屋-延東斑巖銅礦帶，新形成的陸殼在早石炭世沿康古爾縫合帶再次拉張裂陷，形成與裂隙槽-火山沉積有關的小熱泉子VMS型銅鋅礦床。早二疊世裂陷槽封閉過程使區內新陸殼初步固結為一個整體，隨著地殼剛性程度的增加，變形作用集中在康古爾等線性構造薄弱部位，幔源巖漿的內侵作用為剪切帶型金礦床的形成提供了熱和部分成礦物質來源[10]。金的析出，即沉淀作用的原因是體系對成礦區域局部環境流體物理化學條件改變的響應[19]。該區金礦形成的重要原因是在脆性及脆性-韌性構造應力體系內，由于斷裂破碎過程的演化引發局部巨大的壓力梯度差?？倒艩柦鸬V、紅石金礦床位于康古爾剪切帶西段形成于剪切帶由NS向擠壓環境轉換至右行走滑剪切變形階段之后，該區在261～263 Ma的右行走滑階段發生快速抬升，之后冷卻。剪切帶既能為成礦流體的運移提供通道,又能為金的沉淀提供空間，成礦作用一般不受圍巖性質和變質程度的控制。因此，該區韌性剪切帶型金礦形成與該區由擠壓向拉張走滑環境轉換，抬升作用導致的壓力、溫度降低具有密切的成因聯系。

4 結論

（1）東天山地區典型銅礦、金礦床成礦流體總體具有中低溫、低鹽度、低CO2特征，小熱泉子銅鋅礦兩期成礦作用具有明顯的兩期成礦流體?？傮w上，銅礦比金礦具有更大的鹽度變化范圍，略低的成礦溫度。

（2）氫氧同位素特征表明，兩類礦床成礦流體均有大氣水和巖漿水混合的特點。其中金礦對比顯示，康古爾金礦大氣水混合的程度較紅石金礦更高；而銅礦對比顯示，小熱泉子銅鋅礦流體氫同位素值范圍更大，包裹體成分中CO2、N2含量更高，且大氣水混合程度更高。

（3）東天山造山帶演化與銅、金礦床具有密切的成因聯系。銅、金礦床流體包裹體較小且具有明顯剪切形態，指示康古爾韌性剪切帶限制了帶上銅、金礦床形成的時間和空間位置。

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