新疆彩霞山鉛鋅礦流體包裹體三維數值模型

孫 莉，肖克炎，高 陽，張長青

(1．中國地質科學院礦產資源研究所，北京 100037;2．中國地質大學(北京)，北京 100083;3．核工業北京地質研究院，北京 100029;4．長江大學地球科學學院，湖北 荊州 434023)

新疆彩霞山鉛鋅礦流體包裹體三維數值模型

孫 莉1，2，肖克炎1，4，高 陽3，張長青1

(1．中國地質科學院礦產資源研究所，北京 100037;2．中國地質大學(北京)，北京 100083;3．核工業北京地質研究院，北京 100029;4．長江大學地球科學學院，湖北 荊州 434023)

彩霞山鉛鋅礦是新疆東天山地區的熱液型鉛鋅礦床。在典型鉆孔中系統地采集了流體包裹體樣品，通過建立流體包裹體的溫度、鹽度和成分等三維數值模型研究流體包裹體各參數的空間分布特征。對這些參數模型與礦化的關系進行了研究。礦體產在溫度異常和鹽度異常的邊緣，并與F－和NO－3離子濃度異常相關。這些特征可用來進行礦床成因的研究并指導本區的礦產勘查。

流體包裹體;鉛鋅礦;三維模型;彩霞山;新疆

0 引言

流體包裹體研究可被用在礦床成因研究和礦產勘查研究中(Kun，1991)，是研究熱液礦床及其蝕變作用的物理化學條件的重要工具(Leyl et al，2009)。成礦流體中的溫度、鹽度和物質組分對研究礦床成因和重建成礦過程有重要的意義。多年來，將流體包裹體的研究作為一種勘查手段也受到了不同程度的關注(Roedder，1984)。如：Stephen等(1986)將流體包裹體中的CO2成分用于在Pueblo Viejo金銀礦的選區中。Graney等(1991)應用對流體包裹體中的氣體的分析來對金礦進行勘查。

在流體包裹體研究中常用的參數為溫度、鹽度和流體成分。通過對溫度和鹽度的研究，可以得出有利的成礦溫度和鹽度。對物質成分的研究可提供成礦元素在流體中的化學形式。另外，研究流體包裹體中的溫度，可以提供流體運移路徑方面的信息，這對于熱液礦床勘查相當重要。

長期以來，對于流體包裹體的研究僅限于若干個離散點或者二維空間中的若干個面，很難對不同點之間或者不同面之間的關系進行直觀的研究。采用三維數據處理技術可對這些參數進行三維建模并可對這些參數與成礦元素的關系進行直觀研究。

1 地質背景

彩霞山礦床是東天山地區的大型鉛鋅礦床。礦區內出露的地層為長城系卡瓦布拉克群的白云質大理巖和碎屑巖。卡瓦布拉克群可被分為兩段(圖1)。第一段主要由灰白色粉砂巖、硅質泥巖和透鏡狀白云質大理巖組成;第二段由石英砂巖和透鏡狀大理巖構成。地層的走向為近東西向。

本區內的斷裂根據走向可分為3組：NEE向、NNE—NE向和NE向。斷裂不僅為流體運移提供通道，也可以為礦質提供沉淀空間。

礦區內發育的巖漿巖為閃長巖、石英閃長巖、閃長斑巖、花崗巖和花崗閃長巖。石英閃長巖為成礦提供了熱量和成礦熱液。

礦區內共有5個礦化帶：Ⅰ號礦帶、Ⅱ號礦帶、Ⅲ號礦帶、Ⅳ號礦帶和Ⅴ號礦帶。礦區內發育的蝕變有碳酸鹽化、硅化、滑石化、透閃石化和綠泥石化等。

圖1 彩霞山地區地質圖

2 流體包裹體特征

在彩霞山礦床Ⅱ號礦體的鉆孔中系統采集了流體包裹體樣品。所有的流體包裹體都是在礦物生長期間捕獲得原生流體包裹體。少部分包裹體為單相的，大部分為液相－氣相包裹體(L+V)，表明在被捕獲時流體是沸騰的。

分析了流體包裹體的均一溫度、鹽度和組分，結果表明，有利成礦溫度為190°～240°(圖2)。鹽度通常在0% ～6%NaCl，表明流體的鹽度較低。流體的主要物質成分為：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Al3+、

圖2 流體包裹體均一溫度(Th)直方圖

3 成礦元素的三維數值模型

傳統的二維數據處理依靠于人對二維圖件的顯示方法的選擇和對其結果解釋推斷，需要經驗豐富的技術人員來對二維圖件進行可視化和人機交互解釋，對計算機系統而言也不易于提取代表性的可視化，傳統的二維圖件限制了人們認識三維世界復雜性的能力。三維地質建模技術的進步使得在可視化的三維空間內分析復雜的地質數據成為可能，將三維建模技術與地質統計學方法結合起來，可使地質學家在未取樣的位置來預測可能的數值，從而拓寬地質研究的空間，為深刻研究地下三維空間的地學信息提供了新的有力手段。

在彩霞山Ⅱ號礦體的鉆孔中從上到下采集了樣品，并對成礦元素Pb、Zn進行了分析。采用空間距離反加權的方法圈定了鉛、鋅的三維地球化學異常(圖3)。發現了2個較大的和3個較小的地球化學異常體。異常體與圈定的礦體在空間上緊密相伴，礦體即是特殊的異常體。當用異常下限定位礦化品位時，異常體即為礦體。

圖3 彩霞山鉛鋅礦Ⅱ號礦體Pb+Zn異常體三維模型

4 流體包裹體三維模型

首先建立數據庫來存儲采樣位置(X、Y、Z坐標)和流體包裹體相關參數(均一溫度、鹽度和流體包裹體成分)。數據庫字段包括：樣品號、X坐標、Y坐標、Z坐標、均一溫度后采用三維反距離加權方法對數據進行插值。第四維數據(流體包裹體的參數值，如溫度、鹽度等)可以不同的顏色或者等值面來顯示。

4．1 均一溫度和鹽度三維模型

如上所述，對溫度的數值建模可用來進行流體熱流填圖并模擬流體運移通道。研究成礦流體通道可為成礦過程研究提供信息并可用來指導熱液礦床的勘查。流體包裹體的均一溫度被用于韓國Sandong鎢礦隱伏礦體的發現中(Kun，1991)。不同位置的均一溫度不同，通過在三維空間內對這些數據進行插值，可以看出溫度的分布趨勢，進而推斷熱液流動的路徑。

對彩霞山鉛鋅礦Ⅱ號礦體的均一溫度數據采用三維距離反加權的方法進行了插值，模擬出三維熱流場的分布形態(圖4)。圖中暖色表示較高的均一溫度，冷色表示較低的均一溫度。有利的成礦溫度區間在190°～240°之間，在圖4中以藍色—綠色來表示。較高的溫度和較低的溫度占據的三維空間較小。顏色從紅色變到藍色表明流體從暖色區域流動到冷色區域。黃色和紅色暈對應于Ⅱ號礦體附近的閃長斑巖。在礦體最東邊緊鄰著閃長斑巖巖體。高溫暈與較低溫度暈的突變接觸表明溫度的迅速變化。這種溫度的突變對成礦物質從流體中沉淀出來是必要的。因此，在高溫區域附近的帶是有利的找礦位置。將溫度模型與鉛鋅異常體模型進行對比發現，異常體在高溫區域的邊界附近，表明流體包裹體中的熱流量分布是礦產勘查的有利指標。

圖4 彩霞山鉛鋅礦Ⅱ號礦體均一溫度三維模型

采用了同樣的方法對鹽度數據進行處理，結果見圖5。對比研究表明，Pb、Zn元素異常體在高鹽度地區的邊界附近。

圖5 彩霞山鉛鋅礦Ⅱ號礦體鹽度三維模型

4．2 流體包裹體成分的三維數值模型

流體包裹體成分不僅能提供流體組成的信息，也可以用來研究成礦流體金屬元素之間空間相關性。采用距離反加權方法對流體包裹體離子組分數據進行空間插值并建立了三維數值模型(圖6)。

圖6 彩霞山鉛鋅礦Ⅱ號礦體流體包裹體成分的三維模型

將流體包裹體離子成分的三維數值模型與成礦元素的地球化學異常體進行比較可用來研究其空間相互依存關系。對比研究表明，陽離子Al3+、Ca2+、K+、Li+、Mg2+、Na+和陰離子Cl－、SO的分布于Pb+Zn異常的空間分布相關性不強。但是，F－和NO的分布則與Pb+Zn異常分布一致。鉛和鋅可以溶解在流體中形成鹵化物、硝酸鹽和硫酸鹽等物質。Cl－和SO2－4比F－和NO－3更易于被S2－交代。在礦物生長捕獲流體時，由于S2－和Cl－已經隨著礦質的沉淀而析出，流體中S2－和SO2－4的含量變少。因此，流體包裹體中的F－和NO－3在礦化帶周圍形成異常暈，并可用來作為找礦標志。Mg2+異常在研究區廣泛分布，這是由于礦區大量碳酸鹽巖存在的結果，因此意義不大。

5 結論

根據對彩霞山鉛鋅礦床流體包裹體溫度和鹽度數據的統計，該礦床為一中低溫熱液礦床，其有利的成礦溫度為190～240℃，其含礦流體中的鹽度也較低。對流體包裹體溫度和鹽度的三維數值模擬表明，成礦元素沉淀在較高溫度和較高鹽度區的邊界位置，特別是在溫度和鹽度梯度變化較大的部位。溫度和鹽度梯度變化大的位置是礦體賦存的有利空間。

流體中的主要物質成分為 K+、Na+、Ca2+、成礦元素Pb、Zn在運移過程中可能與Cl－、F－等陰離子組成絡合物，以絡合物的形式遷移。當物理化學條件變化時，絡合物分解，Pb、Zn與S2－組成更為穩定的硫化物而沉淀，而F－、NO官能團的活動能力小于Cl－，得以保存在包裹體中，使得在成礦元素異常與F－和NO濃度異常空間位置緊密。

對溫度、鹽度、F－和NO濃度的三維數值模擬可清楚地反映出這些參數與成礦元素之間的關系，可為本區礦床成因研究、礦床外圍和深部勘查提供有價值的參考信息。因此，對流體包裹體的三維數值模擬研究值得進一步的探索。

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3D data modeling of fluid inclusion in Caixiashan Lead-zinc Deposit

SUN Li1，2，XIAO Ke-yan1，4，GAO Yang3，ZHANG Chang-qing1

(1．Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Seiences，Beijing 100037，China;2．China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083;3．Beijing Geological Research Institute of Nuclear Industry，Beijing 100029，China;4．School of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou 434023，Hubei)

Caixiashan Lead-zinc Deposit was a hydrothermal type located in the east Tianshan area．The authors collected systematical fluid inclusions from top to bottom of typical drilling holes to study the spatial characteristics of all the parameters in the fluid inclusions and the relationship between the parameters and mineralization through the building of a 3D model of temperature，salinity and compositions of fluid inclusions．The ore bodies were occurred along the margins of the temperature anomaly and salinity anomaly，and were well correlated with F－and NO－3anomalies．The above properties could be used in the study of ore genesis and mineral exploration in the area．

Fluid inclusion;Lead-zinc deposit;3D modeling;Caixiashan;Xinjiang

TP391;P618．42;P618．43

A

1674－3636(2012)03－0296－05

10．3969/j．issn．1674-3636．2012．03．296

2012－05－20;編輯：陸李萍

中國地質調查局地質調查項目“區域礦產資源調查三維地質建模應用示范研究”(1212011120446)和肖克炎長江大學“楚天學者”項目資助

孫莉(1981— )，女，助理研究員，主要從事礦產資源評價研究，E-mail：sunli0727@163．com