西天山成礦帶熱液型金礦成礦地質條件及成礦物質來源對比

楊鑫朋,余心起,王宗秀,肖偉峰,周 翔

(1.中國地質大學(北京) 地球科學與資源學院,北京 100083;2.中國地質科學院 地質力學研究所,北京100081)

0 引言

中亞天山是世界上著名的金成礦帶,已發現諸多大型、超大型金礦床,被稱之為“亞洲金腰帶”(薛春紀等,2014)。中國西天山緊鄰中亞天山,雖已發現許多金礦床,但金礦床的數量和儲量都無法與境外中亞天山相比,因此對西天山金礦床的成礦地質背景、控礦條件及成礦規律的研究顯得十分重要。近些年來許多學者及單位對西天山金礦床進行了大量的研究工作,然而大部分是圍繞著某個具體的金礦床進行研究(Chen et al.,2003;楊富全等,2005;Xiao et al.,2005;Yang et al.,2006;楊建國等,2006;董新豐等,2011;Chen et al.,2012;陳華勇等,2013;安芳等,2014),對整體西天山地區金礦床的對比研究相對薄弱。本文旨在對比西天山地區南部成礦帶穆龍套型與北部成礦帶淺成低溫熱液型金礦床特點,并以金礦床的地質特征對比為基礎,開展薩瓦亞爾頓、大山口及布隆金礦床主成礦期流體包裹體顯微測溫,以及這些礦床和伊爾曼德、阿希金礦的S、H、O穩定同位素測試,以便研究這些主要金礦床的成礦流體及成礦物質來源,進一步揭示西天山熱液型金礦床成礦規律,探討西天山區域構造環境演化與金成礦作用的關系。

1 西天山區域構造背景

中國天山山脈以 E88°線為分界線,分為東天山和西天山(李錦軼等,2006)。西天山位于中亞造山帶的南部,經歷了復雜的增生造山過程,區域構造背景及構造單元的劃分至今仍存在著爭議。 多數學者將西天山劃分為準噶爾-哈薩克斯坦、伊犁-中天山和塔里木板塊,其大地構造單元自北向南依次為北天山弧增生體、伊犁地塊北緣活動陸緣、伊犁地塊、伊犁地塊南緣活動陸緣、塔里木北陸緣及塔里木地塊(圖1),其增生造山過程與古生代南天山洋和晚古生代北天山洋的演化相關(肖序常等,1992;何國琦,1994;高俊等,2009)。寒武紀-早奧陶世,元古宙形成的新疆大克拉通開始裂解,形成大小不等的洋盆,其中北天山洋分割準噶爾板塊與伊犁-中天山板塊。前寒武紀開始北天山洋打開并持續擴張,奧陶紀北天山洋開始向伊犁地塊俯沖,在泥盆紀-石炭紀為俯沖高峰,并引發了一系列的鈣堿性巖漿活動。對于北天山洋閉合的時間并沒有準確的年代學數據,有學者認為其閉合于早二疊世(王新利等,2013)。南天山洋位于塔里木板塊與伊犁-中天山板塊之間,寒武紀洋盆開始打開,志留紀末或泥盆紀初南天山洋開始向伊犁地塊俯沖,早石炭世末洋盆開始縮小并在石炭紀末-早二疊世發生碰撞造山作用。碰撞過程中形成了大面積帶狀分布的碰撞花崗巖及韌性剪切帶。二疊紀西天山至整個中亞地區進入后碰撞演化階段。

2 西天山地區金礦床主要類型及分布特征

西天山地區經歷了十分復雜的構造演化過程,特別是海西期強烈的構造巖漿活動為金礦的形成創造了有利的條件(沙德銘等,2003)。中亞天山是世界上著名的金成礦帶,現已發現了烏茲別克斯坦穆龍套金礦床、吉爾吉斯斯坦庫姆托爾金礦床、塔吉克斯坦吉拉烏金礦床等。中國境內西天山是中亞天山的東延部分,與其有著相似的區域構造背景,現已發現薩瓦亞爾頓、薩恨托亥、布隆、阿希、伊爾曼德、卡特巴阿蘇等金礦床。因此西天山地區具有很好的找礦前景,也意味著這條“中亞金腰帶”向中國境內西天山的延續,這將對今后的找礦工作提供新的方向。

圖1 西天山地區大地構造簡圖(據Gao et al.,2009修改)Fig.1 Sketch tectonic map of the western Tianshan area

西天山地區分布諸多金礦床和金礦(化)點(圖2)。對于金礦床類型的劃分有多種分類原則,至今沒有通用的分類標準。一些學者將容礦巖系、礦體形態、構造環境、溫度、礦床成因等作為劃分原則,提出了多種劃分方案。筆者通過研讀前人資料,根據礦床地質特征、產出特點、控礦因素和成礦機制,將新疆西天山金礦床主要劃分為穆龍套型、淺成低溫熱液型、斑巖型、石英-重晶石脈型,如圖2顯示了西天山金礦床的分布特征。西天山北部成礦帶即伊犁-中天山板塊北緣主要分布著與火山巖有關的淺成低溫熱液型礦床及斑巖型礦床。淺成低溫熱液型礦床中的金礦床是在地殼淺部(一般小于 1.5 km)較低溫度(一般為 100~300 ℃,少數情況下可以大于350 ℃)和較低壓力(一般為 n×106Pa)條件下形成的熱液金礦床,主要指產于陸相火山巖中的淺成低溫熱液金礦床,部分淺成低溫熱液金礦床可能產于非火山巖中(Henley,1991)。淺成低溫熱液型金礦又可進一步劃分為冰長石-絹云母型和硅化巖型金礦(沙德銘等,2004)。然而,在西天山南部成礦帶即塔里木板塊與伊犁-中天山板塊的碰撞縫合帶主要分布著穆龍套型金礦床,此類金礦床主要賦存于含碳質碎屑巖建造中,脆韌性剪切破碎帶是主要的控礦構造及容礦場所。成礦與變質作用、構造變形和巖漿活動密切相關,熱液活動貫穿整個成礦期,為金礦的富集沉淀提供了條件,成礦物質及成礦流體具有多來源性。

圖2 西天山成礦帶金礦分布圖Fig.2 Map showing the distribution of gold deposits in the western Tianshan orogenic belt

3 典型金礦床地質特征

3.1 薩瓦亞爾頓金礦床

薩瓦亞爾頓金礦床位于西天山造山帶西南端的東阿賴山北部,行政區隸屬于新疆烏恰縣烏魯克恰提鄉,是我國發現的首個“穆龍套型”金礦,其大地構造位置位于塔里木板塊與伊犁-中天山板塊的交接部位,費爾干納大斷裂西側(圖3c)。礦床賦存于中上石炭統含碳淺變質碎屑巖中,巖性主要為含碳千枚巖、變質砂巖和變質粉砂巖(圖3a),賦礦地層與區域構造線方向大體一致,總體以NE-SW向呈帶狀展布,此外地層中可見小褶曲和揉皺現象(圖3b)。礦區內斷裂構造特別是脆韌性剪切帶較為發育,礦體和礦化帶受次級脆韌性剪切帶控制。礦區及外圍的巖漿活動較弱。礦區內分布著數十條礦化破碎帶,其展布方向與地層走向大體一致,礦體呈板狀、似層狀或透鏡狀賦存于破碎蝕變帶內。礦石類型以石英細脈和網脈型為主,主要金屬礦物為黃鐵礦、輝銻礦、毒砂、自然金等。圍巖蝕變沿礦化破碎帶呈線狀分布,主要類型為硅化、黃鐵礦化、毒砂化等。對于金礦成礦時代仍存在著爭議,多數學者認為成礦作用發生在三疊紀(劉家軍等,2002;陳富文和李華芹,2003;楊富全,2005;Liu et al.,2007)。

3.2 大山口金礦床

大山口金礦床位于西天山造山帶東段伊犁-中天山板塊與塔里木板塊縫合帶附近,行政區隸屬于新疆和靜縣巴潤哈爾莫墩鄉。礦床賦存于上志留統-下泥盆統大山口組含碳變質碎屑巖中(圖4a),巖性主要為含碳糜棱巖、泥質粉砂巖及變質細砂巖組成的不均勻互層,巖石經受了區域低溫變質作用且發生了片理化以及糜棱巖化。地層呈NWW 向帶狀展布,在大山口組地層中可見受韌性剪切形成的小褶皺(圖4b)。海西中晚期的閃長斑巖脈和英安斑巖脈侵位于礦區大山口組內的韌性剪切帶中,并遭受了韌性剪切變形作用。礦區內構造活動較為發育,主要控礦構造為發育在大山口組中的韌性剪切帶,礦化帶及礦體全部位于韌性剪切帶中。礦體主要分布在大山口組含碳變質碎屑巖、閃長斑巖脈和英安斑巖脈中,與圍巖的界線不清晰。礦體展布方向與韌性剪切帶走向一致,傾角較陡。礦體形態以脈狀為主,少數為不規則狀。礦石類型為蝕變巖型和石英脈型(圖4c),主要金屬礦物為黃鐵礦、黃銅礦、自然金等。圍巖蝕變有硅化、黃鐵礦化、絹云母化、碳酸鹽化等。劉家軍等(2004)測得含礦石英脈中石英40Ar/39Ar 坪年齡為 212~207 Ma,據此認為金成礦時代為晚三疊世中期。

圖3 薩瓦亞爾頓金礦礦區地質圖Fig.3 Geological map of the Sawayaerdun gold deposit

圖4 大山口金礦礦區地質圖Fig.4 Geological map of the Dashankou gold deposit

3.3 布隆金礦床

布隆金礦床位于塔里木板塊北緣柯坪古生代陸棚區,喀拉鐵克區域大斷裂南東側,行政區隸屬于新疆阿合奇縣哈拉奇鄉。礦床賦存于晚泥盆世石英砂巖、粉砂巖等淺變質細碎屑巖中(圖5a),巖石普遍發生千枚巖化及片理化。礦區內斷裂活動較發育,但規模較小,礦體普遍受控于次級 NE向緩傾斜順層破碎帶。礦區及周圍未見大規模侵入體。金礦體受層間破碎帶控制,主要分布于順層的石英脈、石英重晶石復脈中,與地層產狀基本一致(圖5b、c)。礦石類型主要為石英重晶石脈型、石英脈型及角礫巖型。金屬礦物有黃鐵礦、菱鐵礦、自然金等,非金屬礦物以重晶石、石英為主。圍巖蝕變類型主要有黃鐵礦化、硅化、重晶石化、絹云母化等。楊建國等(2006)測得含金石英脈 Rb-Sr等時線年齡為258±15 Ma,成礦時代為晚二疊世早期。

圖5 布隆金礦礦區地質圖Fig.5 Geological map of the Bulong gold deposit

3.4 阿希金礦床

阿希金礦床位于新疆伊寧縣境內,其大地構造位置處于伊犁-中天山板塊北部大陸邊緣的吐拉蘇火山斷陷盆地內。礦床賦存于下石炭統大哈拉軍山組安山質火山巖和火山碎屑巖中,地層與構造線走向大體一致,呈NW向展布(圖6a、c)。礦區構造以火山斷裂為主,且多為傾角較大的張裂性斷裂(圖6b)。礦體受破火山口斷裂控制,主要產于古火山口外圍的環形斷裂中。礦體形態以脈狀為主,傾向大致呈E-NE向,傾角較陡,在地表呈帶狀分布。礦石類型可分為石英脈型、蝕變巖型及角礫巖型。金屬礦物有黃鐵礦、白鐵礦、毒砂、自然金等;非金屬礦物以石英、玉髓、絹云母、方解石為主。圍巖蝕變較發育,并且具有明顯的蝕變分帶現象,主要有硅化、絹云母化、青磐巖化、碳酸鹽化等。翟偉等(2006)測得阿希金礦成礦時代為晚古生代早期,介于晚泥盆世(363.2±5.7 Ma)到早石炭世之間。

3.5 伊爾曼德金礦床

伊爾曼德金礦床位于新疆伊犁縣境內,大地構造位置處于伊犁-中天山板塊北部吐拉蘇火山斷陷盆地西北緣。礦床的賦礦圍巖主要為早石炭世火山沉積巖,其巖性為凝灰質砂巖及蝕變凝灰巖。礦區斷裂構造十分發育,各次級斷裂及盆地基底與蓋層的不整合面控制礦體的分布(圖7c)。礦區內侵入巖不發育。礦體主要呈透鏡狀、層狀或脈狀產出,與圍巖產狀基本一致,部分礦體已發生氧化而呈紅褐色(圖7a)。礦石類型以熱液角礫巖型為主(圖7b),金屬礦物有黃鐵礦、自然金、黃銅礦等,非金屬礦物以石英、重晶石及方解石為主。圍巖蝕變較發育,并具有明顯的分帶現象,主要類型為絹云母化、黃鐵礦化、碳酸鹽化等。朱億廣(2011)測得金礦的鉛等時線年齡為327 Ma,其結果可能代表著金礦容礦地層的形成年齡,因此可大致限制金礦成礦年齡在 330~300 Ma 左右。

圖6 阿希金礦礦區地質圖Fig.6 Geological map of the Axi gold deposit

圖7 伊爾曼德金礦礦區地質圖Fig.7 Geological map of the Yelmand gold deposit

4 典型金礦床流體包裹體特征

4.1 樣品采集及實驗方法

本次實驗樣品主要采自薩瓦亞爾頓、大山口及布隆金礦床主成礦期含礦石英脈或礦化蝕變巖中。將樣品磨制成厚度為0.3 mm雙面拋光的包裹體片,用于流體包裹體巖相學觀察及顯微測溫分析。流體包裹體顯微測溫分析在中國地質大學(北京)地球化學實驗室完成,所用儀器為LINKAM THMSG600冷熱臺,工作溫度范圍為–196~600 ℃,測試精度在30 ℃以下時為±0.1 ℃,30 ℃以上時為±1 ℃。氣液兩相包裹體的鹽度根據冰點溫度和Bodnar給出的鹽度-冰點關系表查出,密度及壓力根據 MacInnis給出的Excel表格求得(Bodnar,1993;MacInnis et al.,2012)。

4.2 流體包裹體巖相學

本次實驗所測薩瓦亞爾頓、大山口以及布隆金礦床的流體包裹體主要發育在石英中,多為原生包裹體,也可見部分呈線狀分布的次生包裹體。三個礦床所測的包裹體類型均較為單一,以 H2O+NaCl型為主,其他類型包裹體在本次實驗中極為少見。包裹體在室溫下為氣、液兩相的鹽水溶液,即由H2O+NaCl(液相)和 H2O(氣相)構成,加熱均一到液相。包裹體的氣液比變化于10%~20%之間,屬于富液型包裹體。薩瓦亞爾頓金礦包裹體多為負晶形、橢圓形和長條形,長軸長為 4~9 μm,呈孤立、成群或不定向分布(圖8a,8b);大山口金礦包裹體形態多為負晶形或不規則形,長軸長為 4~8 μm,多呈群狀或孤立狀分布(圖8c,8d);布隆金礦包裹體多為負晶形、橢圓形和不規則形,長軸長為4~10 μm,呈群狀或孤立狀分布(圖8e,8f)。

圖8 金礦床流體包裹體巖相學特征Fig.8 Photomicrographs of fluid inclusions from the gold deposit

4.3 顯微測溫

薩瓦亞爾頓、大山口以及布隆金礦的流體包裹體顯微測溫結果如表1、圖9所示。

測得薩瓦亞爾頓109個流體包裹體均一溫度變化于130~320 ℃之間,集中在150~240 ℃。測得68個包裹體的冰點溫度,依據氣液兩相包裹體的鹽度-冰點關系表算出流體鹽度值為0.4%~ 13.7%NaCleq,集中在3.0%~8.0%NaCleq。根據MacInnis et al.(2012)給出的Excel表格求得密度范圍為 0.8~1.0 g/cm3。

大山口金礦 38個包裹體樣品的均一溫度變化于137~212 ℃,主要集中在140~190 ℃。測得36個包裹體的冰點溫度,計算出流體鹽度值為 0.5%~11.5%NaCleq,主要集中在 6.0%~9.0%NaCleq。流體密度范圍為0.9~1.0 g/cm3。

布隆金礦88個樣品的均一溫度變化于111~325 ℃,集中在150~230 ℃。測得61個包裹體的冰點溫度,計算出流體鹽度值為 1.9%~17.8%NaCleq,集中在4.0%~10.0%NaCleq。流體密度范圍為 0.84~1.0 g/cm3。4.4 成礦壓力及深度估算

前人研究顯示流體沸騰時其內外壓力一致,流體包裹體的均一溫度代表著流體形成時的溫度,而從均勻流體中捕獲的流體包裹體的均一溫度只代表流體溫度的下限,需進行壓力校正(Roedder and Bodnar,1980;Roedder,1984)。本次實驗所測試的三個金礦床均未發現沸騰包裹體組合(氣液比不同的包裹體共存且具有相似的均一溫度),暗示成礦流體未發生明顯的沸騰作用,因此在計算其成礦壓力時需要進行壓力校正。本文采用所測得三個金礦床較高的有效包裹體均一溫度進行壓力校正,并利用MacInnis et al.(2012)給出的Excel表格估算出成礦壓力。由于本次測試包裹體樣品均采自與成礦密切相關的含礦石英脈或礦化蝕變巖中,并未對成礦期次進行具體劃分,因此只能估算出各個礦床成礦期的成礦壓力值范圍。其中薩瓦亞爾頓金礦成礦壓力約為70~180 MPa,大山口金礦約為30~110 MPa,布隆金礦約為 40~160 MPa(圖9)。礦床的成礦深度多是

根據流體包裹體的成礦壓力來計算,本文假設流體包裹體在靜巖壓力條件下被捕獲。根據相關文獻資料(董新豐等,2011;張德會等,2011),本文采用26 MPa/km的靜巖壓力來估計流體包裹體捕獲的古深度。計算得出薩瓦亞爾頓金礦成礦深度約為 2.7~6.9 km,大山口金礦成礦深度約為 1.2~4.2 km,布隆金礦成礦深度約為1.5~6.2 km。

表1 流體包裹體顯微測溫結果Table 1 Microthermometric results of the fluid inclusions

圖9 薩瓦亞爾頓、大山口、布隆金礦床流體包裹體參數分布直方圖Fig.9 Temperature,salinity,and pressure histograms of the fluid inclusions from the Sawayaerdun,Dashankou and Bulong gold deposits

5 典型金礦床穩定同位素特征

5.1 樣品采集及實驗方法

用于S同位素測試的13件金屬硫化物樣品采自大山口、薩瓦亞爾頓、伊爾曼德和阿希金礦與成礦有關的石英脈、礦脈以及礦化圍巖中。選取代表性樣品手工破碎、過篩至 40~60目,在雙目鏡下挑選得到純度大于 99%的黃鐵礦樣品。將挑選好的單礦物樣品研磨至200目以下送至實驗室分析。樣品分析測試在核工業北京地質研究院分析測試中心完成,所用質譜儀型號為MAT253,以VCDT為標準,測試精度±0.2‰,分析結果見表2。

用于測試H、O同位素的10件樣品采自于大山口、布隆、薩瓦亞爾頓和阿希金礦成礦期的石英脈以及礦石中。將采集好的樣品逐級破碎、過篩,選取粒級在 40~60目的樣品在雙目鏡下挑選石英,使其純度達到 99%以上。樣品經清洗、去吸附水和次生包裹體后進行上機分析。測試工作在核工業北京地質研究院分析測試中心完成,所用質譜儀型號為MAT253,以 VCDT為標準,測試精度±0.2‰。石英O同位素分析采用BrF5法,石英H同位素分析采用鋅氫還原法,H-O同位素以SMOW為標準,分析結果見表3。

5.2 S同位素組成

所測試的四個礦床的金屬硫化物的S同位素變化范圍較窄。在S同位素組成頻率直方圖中(圖10),各礦床硫同位素分布相對集中,除 1件阿希金礦樣品 δ34S值為 7.3‰外,其余樣品 δ34S值均分布在–2.6‰~3.6‰之間。

5.3 H、O同位素組成

流體包裹體的O同位素是根據寄主礦物石英的O同位素,利用不同成礦階段、不同礦區流體包裹體均一溫度和石英-水體系 O同位素平衡分餾公式,計算得到與石英達到分餾平衡的流體 δ18O水值(Clayton et al.,1972):δ18O=δ18OV-SMOW–1000lnO石英–水=δ18OV-SMOW–3.38×106T–2+3.40。式中 δ18O 為石英分餾平衡時流體水δ18O值,δ18OV-SMOW為根據標準平均大洋水測得的石英 δ18O 值,1000lnO石英-水=3.38×106 T–2–3.40為石英-水氧同位素平衡分餾方程,T為氧同位素平衡溫度。將成礦流體的δD與δ18O值投于氫氧同位素圖解中,如圖11所示。

6 討論

6.1 礦床地質特征對比

前文詳細描述了西天山地區典型金礦床的地質特征,通過對比不同金礦床的成礦地質條件及時空分布規律,可以看出西天山地區熱液型金礦床存在許多相似之處。首先,金礦床的形成是區域上多期構造-熱事件作用的結果,與不同板塊間的俯沖及碰撞造山運動有著緊密的聯系。礦床的分布多受區域構造控制,多產于次級斷裂破碎帶或韌性剪切帶中。此外,礦床受地層控制較為明顯,多賦存于志留紀、泥盆紀和石炭紀的古生代地層中。成礦時代主要集中在海西-印支期,這段地質時期西天山地區構造運動較為活躍,因此為金礦床的形成提供了有利的成礦背景。

表2 西天山典型金礦床S同位素組成Table 2 S isotopic composition of the western Tianshan gold deposits

表3 西天山典型金礦床H、O同位素組成Table 3 H、O isotopic compositions of the western Tianshan gold deposits

圖10 西天山典型金礦床S同位素組成頻率直方圖Fig.10 Histogram of S isotope of the western Tianshan gold deposit

圖11 西天山典型金礦床H、O同位素投影圖Fig.11 δ18O vs.δD plot for the western Tianshan gold deposits

通過對若干典型金礦床的詳細描述還可以發現,西天山熱液型金礦床在南北兩個成礦帶存在著一些差異。其中分布在伊犁北緣成礦帶的金礦床,包括阿希、伊爾曼德金礦,這些金礦床的形成都與石炭系大哈拉軍山組火山巖有著密切的關系。礦體主要賦存于火山巖中,并受火山機構所控制,多為產于火山斷裂中的脈狀礦體。礦石類型為石英脈型或熱液角礫型,圍巖蝕變較為發育。此類金礦床的形成與火山活動有著必然的聯系,為與火山巖有關的淺成低溫熱液型金礦床;而分布在塔里木板塊與伊犁-中天山板塊縫合帶附近的金礦床,包括有薩瓦亞爾頓、大山口、布隆金礦,這些礦床普遍產于古生代含碳質淺變質細碎屑巖中,受構造控制顯著,主要賦存于斷裂帶及韌性剪切帶內或其附近。礦體多成層狀或脈狀產于構造蝕變破碎帶內。礦石類型為石英脈型、網脈型或蝕變巖型,圍巖蝕變較發育。根據對此類礦床地質特征的總結以及相關資料的研讀,認為薩瓦亞爾頓金礦和大山口金礦均為穆龍套型金礦床,而布隆金礦為石英重晶石脈型金礦床。綜上認為西天山南北兩個金成礦帶在具體礦床類型、成礦地質條件及成礦規律上存在著一定的差異。

6.2 成礦流體性質對比

綜合前人獲得的阿希金礦和伊爾曼德金礦流體包裹體測試數據(表4),可以對這些金礦的成礦流體特征進行整體對比。通過顯微測溫數據可知薩瓦亞爾頓金礦床成礦流體具有低溫、低鹽度及低密度的特點,成礦深度約為 2.7~6.9 km;大山口金礦床成礦流體具有低溫、低鹽度、低密度的特點,成礦深度約為1.2~4.2 km;布隆金礦床成礦流體具有中-低溫、低鹽度、低密度特點,成礦深度約為1.5~6.2 km。根據前人對阿希金礦流體包裹體的研究測試,一致認為成礦流體具有淺成、低溫、低鹽度的特點,成礦溫度集中在 120~200 ℃之間,鹽度主要集中在2%~3%NaCleq之間,成礦深度約為 0.3~0.9 km,沸騰作用是引起成礦流體中礦質發生沉淀的主要機制(沙德銘,1998;賈斌和毋瑞身,2001;張作衡等,2007;翟偉等,2010)。伊爾曼德金礦成礦流體具有淺成、低溫、低鹽度的特征,成礦溫度集中在180~ 270℃之間,成礦流體呈酸性,并認為具有高硫化型淺成低溫熱液礦床的特征(肖龍,2002)。根據成礦壓力估算成礦深度約 0.4~0.8 km(馮娟萍和王居里,2005)。

通過對比可發現低溫、低鹽度及低密度是西天山地區不同類型熱液型金礦床成礦流體的普遍特征。但分布于伊犁-中天山板塊北緣的淺成低溫熱液型金礦床成礦深度在1 km以內,而分布在塔里木板塊與伊犁-中天山板塊縫合線附近的熱液型金礦床成礦深度在1.2~6.9 km之間。因此西天山南部成礦帶熱液型金礦床普遍要比北部成礦帶分布的淺成低溫熱液型金礦床的成礦深度大。

6.3 成礦物質來源對比

在礦床學研究中,成礦物質來源是一個基本問題(翟裕生,2001)。闡明成礦物質及成礦流體的來源是認識礦床成因的基礎,其中對硫同位素的研究有助于判斷成礦物質來源。礦物組合為簡單金屬硫化物的情況下,礦物中的 δ34S的平均值可代表熱液中的總硫值(Ohmoto and Rye,1979)。本次研究的四個金礦床含硫礦物主要為硫化物,因此所測得黃鐵礦中的δ34S值可代表熱液中的δ34S值。測試結果顯示各個礦床的硫同位素分布較為集中,主要分布在–2.6‰~3.6‰之間。根據測試結果可以看出本次所測試的金礦床的δ34S值主要分布在0值附近。Ohmoto and Rye (1979)對世界上一些著名的熱液型金礦床的S同位素統計研究顯示,成礦熱液的δ34S值在 0附近說明礦床在成因上與深部的巖漿熱液有關,包括巖漿直接釋放出來的硫或從巖漿硫化物中淋濾出來的硫,因此我們推測所測試的四個金礦床的硫主要來源于地幔的深源硫。

水是成礦流體的重要組成部分,H、O同位素常被用來示蹤熱液礦床的成礦流體來源。本次研究發現西天山不同類型金礦床具有不同的 H、O同位素特征。(1)薩瓦亞爾頓金礦床樣品在 δD-δ18O圖上主要投在巖漿水以及巖漿水與大氣降水之間的區域,顯示出成礦流體主要來自于巖漿水等深部流體,隨著成礦過程的演化后期有大氣降水的混入;(2)大山口金礦床樣品的δ18D值為–66.2‰~–61.6‰,符合巖漿水的δ18D值特征,而樣品的δ18O值為2.1‰~3.0‰,低于標準巖漿水的δ18O值,其原因可能為后期大氣降水增多,水/巖比升高,導致 δ18O 值降低。在δD-δ18O 圖解上主要投在巖漿水與大氣降水之間的區域,并有向大氣降水演化的趨勢,分析認為其成礦流體主要為巖漿水,后期混入有部分大氣降水;(3)布隆金礦床兩個樣品的氫氧同位素其中一個樣品投圖落入到變質水的范圍內,另一樣品位于大氣降水線附近,結合前人資料認為布隆金礦床成礦流體主要為變質水,后期混入了大量的大氣降水;(4)阿希金礦床的 δD 值–115.3‰~–105.2‰,δ18O 值為–1.55‰~–1.35‰,在 δD-δ18O 圖解上投影點遠離巖漿水與變質水區域,其成礦流體具有循環大氣降水的特征,因此推斷阿希金礦床的成礦流體以大氣降水為主。

通過對比可以發現,所測試的各個金礦床的硫均為來源于地幔的深源硫。然而不同類型礦床成礦流體來源卻有著很大的差異,北部成礦帶的阿希金礦的成礦流體主要為循環的大氣降水,具有與火山巖有關的淺成低溫熱液型金礦的流體特征。南部成礦帶薩瓦亞爾頓及大山口金礦的成礦流體早期主要來源于深部的巖漿熱液,隨著成礦作用的進行混入了大氣降水。布隆金礦為一種新型的石英重晶石脈型金礦床,其成礦流體早期主要為變質熱液,后期混入了大量的大氣降水。

表4 阿希和伊爾曼德金礦流體包裹體前人測試數據Table 4 Published results of the fluid inclusions from the Axi and Yelmand gold deposits

6.4 地球動力學演化與金成礦作用

礦床的形成與區域構造演化有著密切的聯系,因此造成西天山熱液型金礦床在南北兩個成礦帶差異的原因與西天山區域構造演化有關。西天山位于中亞造山帶的南部,經歷了復雜的增生造山過程,其中早古生代晚期-晚古生代南天山洋的演化對西天山地區金礦床的形成起了決定性的作用。伊犁地塊北緣的淺成低溫熱液型金礦床主要賦存在大哈拉軍山組火山巖中,這組火山巖在伊犁中天山地區廣泛分布,是南天山洋動態消減的產物(周翔等,2015)。因此認為此類金礦床的形成與南天山洋盆在俯沖過程中形成的火山巖有著密切的聯系;而西天山南部的金礦床多位于塔里木板塊與伊犁-中天山板塊的縫合帶附近,晚古生代開始南天山洋向北側伊犁-中天山板塊俯沖并最終發生碰撞,在碰撞過程中形成了一系列區域上的深大斷裂和韌性剪切帶,隨后由擠壓環境轉變為伸展環境并伴隨著強烈的火山活動。因此該地區較為活躍的構造運動及巖漿熱液活動為金礦床的形成提供了有利的地球動力學背景。西天山南部成礦帶是世界著名的中亞南天山金成礦帶的東延部分,二者的成礦地質背景、構造環境和演化過程具有很大的相似性,所以具備了中亞南天山大型“穆龍套型”金礦的形成條件,有很好的尋找大型金礦床的前景。

7 結論

(1) 西天山地區熱液型金礦床多受區域構造控制,且多賦存于古生代地層中,成礦時代主要集中在海西-印支期。成礦流體普遍具有低溫、低鹽度及低密度的特征,成礦物質中的硫主要為深源硫。

(2) 西天山熱液型金礦床在南北兩個成礦帶存在一定的差異。北部成礦帶淺成低溫熱液型金礦床賦存于石炭紀火山巖中,礦床的形成與火山活動有著必然的聯系,成礦深度在1 km以下,成礦流體主要為循環大氣降水;南部成礦帶穆龍套型金礦床多賦存于含碳質淺變質細碎屑巖中,礦床的形成與區域上的大斷裂或韌性剪切帶有著密切的聯系,成礦深度約為 1.2~6.9 km,成礦流體主要為巖漿水與大氣降水的混合熱液。

(3) 西天山地區復雜的區域構造演化歷史是造成南北兩個成礦帶金礦床特征差異的主要原因。西天山北部淺成低溫熱液型金礦床與南天山洋盆俯沖時形成的島弧火山巖有關;南部穆龍套型金礦床主要形成于南天山洋俯沖后塔里木板塊與伊犁-中天山板塊碰撞及碰撞后的構造環境。

致謝:中國地質大學(北京)薛春紀教授在審稿過程中提出了建設性的評審意見和修改建議,使作者受益匪淺;流體包裹體測試得到了中國地質大學(北京)地球化學實驗室諸慧燕老師的支持和幫助;硫、氫、氧同位素分析得到了核工業北京地質研究院分析測試中心相關工作人員的協助。在此一并表示衷心感謝！

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