新疆南天山阿沙哇義金礦床的成因與找礦啟示：來自流體和硫化物成分的限定*

陳博 侯泉林 馮宏業 郭虎 許英霞

1. 中國科學院計算地球動力學重點實驗室，中國科學院大學地球與行星科學院, 北京 1000492. 中國地質調查局天津地質調查中心，天津 3001703. 華北理工大學礦業學院地質系, 唐山 063009

位于烏茲別克斯坦、吉爾吉斯坦和中國境內的南天山是中亞重要的金成礦帶(Wildeetal., 2001; Maoetal., 2004; Graupneretal., 2006; Abzalov, 2007; Liuetal., 2007; Morellietal., 2007; Yangetal., 2007; Frimmel, 2008; Bierlein and Wilde, 2010； Biske and Seltmann, 2010; Pa?avaetal., 2010, 2013；Goldfarbetal., 2014; 薛春紀等, 2014；Goldfarb and Groves, 2015；Kempeetal., 2015, 2016; Zhangetal., 2017)，也是世界著名的成礦帶之一。該帶由西向東已發現幾十個巨型(金儲量250t以上)、世界級/超大型(金儲量100～250t)和大型(金儲量20～100t)金礦床，構成了舉世矚目的“亞洲金腰帶”(薛春紀等, 2014)。目前，在中國鄰區的南天山造山帶相繼發現了烏茲別克斯坦的穆龍套(Muruntau)金礦(Au 6137t; Frimmel, 2008)、道吉茲套(Daugyztau)金礦(Au 186t；Bierlein and Wilde, 2010)、阿曼泰套(Amantaitau)金礦(Au 120t; Pa?avaetal., 2010)、扎爾米坦(Zarmitan)金礦(Au 314t; Abzalov, 2007)，塔吉克斯坦吉老(Jilau)金礦(Au 110t; Coleetal., 2000)，吉爾吉斯斯坦的庫姆托爾(Kumtor)金礦(Au 1100t；Maoetal., 2004)等一大批巨型、超大型金礦(圖1)。新疆南天山是中亞南天山的東延部分，與境外南天山成礦地質條件相似，在此區先后發現了薩瓦亞爾頓、大山口、薩恨托亥、布隆等金礦床和一些金礦(化)點(楊富全等, 2005, 2007; Yangetal., 2006, 2007; Liuetal., 2007)，其中，薩瓦亞爾頓金礦儲量已超過100t，遠景資源量約300噸(Ruietal., 2002; 薛春紀等，2014)，是目前中國南天山最大的金礦(Ruietal., 2002; Chenetal., 2012a, b; 薛春紀等, 2014; Zhangetal., 2017)。這些金礦(點)的發現，顯示出中國南天山具有良好的找礦前景，不過就其礦床數量及規模來說，尚無法與境外西南天山相比，其礦產資源開發和研究程度尚顯不足。

阿沙哇義金礦，位于薩瓦亞爾頓金礦的東延部分，北東側緊鄰吉爾吉斯坦的庫姆托爾(Kumtor)世界級金礦。近年來隨著地質勘查工作的投入，阿沙哇義金礦儲量已由原來的金礦點增大至中型規模，已成為境內西南天山地區繼薩瓦亞爾頓金礦之后的第二大金礦床。但目前有關該礦床的基礎研究工作極其有限(陳奎等, 2007)，且礦石Au品位總體較低(1.00～3.00g/t)，基于礦山后續開發的經濟效益考慮，需探尋本區富礦(指礦石品位高于礦區平均品位的礦石)的關鍵標志特征。

本文試圖通過對阿沙哇義金礦的巖相學、礦相學、成礦流體溫壓條件、成礦流體組分、硫化物成分的綜合研究，為深入認識該金礦成因類型、成礦機制提供約束，并揭示本區尋找富礦的關鍵標志特征。

1 區域及礦區地質背景

圖1 中亞造山帶構造簡圖 (a,據Gao et al., 2009修改)和西天山阿沙哇義金礦位置示意圖(b,據薛春紀等, 2014; Zhang et al., 2017修改)Fig.1 Tectonic map of Central Asia Orogenic Belt (a, modified after Gao et al., 2009) and sketch map of West Tianshan showing the location of the Ashawayi gold deposit (b, modified after Xue et al., 2014; Zhang et al., 2017)

圖2 阿沙哇義金礦區域地質簡圖(據陳奎等, 2007)Fig.2 The geological in Ashawayi area (modified after Chen et al., 2007)

天山造山帶由北向南劃分為北天山、中天山、南天山3個構造單元(圖1b)，北天山位于Nikolaev-那拉提北緣斷裂以北，主體為哈薩克斯坦-伊犁板塊及其南、北活動邊緣；中天山介于Nikolaev-那拉提北緣斷裂與Atbash-Inylchek-那拉提南緣斷裂之間；南天山主體為卡拉庫姆-塔里木板塊北緣，處在Atbash-Inylchek-那拉提南緣斷裂的南側(圖1b; Gaoetal., 2009; Zhaoetal., 2014, 2015; 薛春紀等, 2014; Zhangetal., 2017)。上述3個構造單元被北西走向的Talas-Fergana斷裂橫切。其中：在南天山，前寒武變質結晶基底多有出露，蓋層為寒武紀-石炭紀海相碳酸鹽、碎屑巖及火山巖夾層(Allenetal., 1993; Gaoetal., 2009)。在南天山的中部區域，二疊紀的河流相沉積物和火山巖不整合在石炭紀碳酸鹽層上(Carrolletal., 1995; Huangetal., 2012)。沿Atbash-Inylchek-那拉提南緣斷裂帶斷續出露蛇綠巖和低溫高壓變質巖(圖1b; 高俊等, 2006; Xiaoetal., 2013)。來自蛇綠巖里的藍閃石獲得K-Ar年齡為360±10Ma,認為這些蛇綠巖形成于南天山洋向北俯沖的過程中(Gaoetal., 2009)。來自低溫高壓變質巖中多硅白云母和變質鋯石分別獲得了331～310Ma的40Ar-39Ar年齡和320Ma的U-Pb年齡(Klemdetal., 2005; Suetal., 2010; Gaoetal., 2011)，代表了塔里木板塊與中天山在晚石炭世發生了碰撞(Gaoetal., 2009; Huangetal., 2012)。侵入巖出露較少，約占整個南天山面積的5%，時代主要集中在早二疊世到晚石炭世(Huangetal., 2012)。后碰撞花崗巖的年齡分布在298～260Ma之間(Konopelkoetal., 2007; Solomovich, 2007; Longetal., 2008; Gaoetal., 2011)，與南天山洋在晚石炭世閉合相一致(Zhangetal., 2017)。

圖3 阿沙哇義金礦地質簡圖Fig.3 Simplified geological map of the Asawayi gold deposit

阿沙哇義金礦大地構造位置屬于南天山造山帶塔里木板塊北緣活動帶，位于區域上北東向卡拉鐵克大斷裂和喀勒鐵別克大斷裂之間的買當他烏復向斜上，該復向斜由一系列向斜夾背斜組成(圖2)。礦區主要位于東南側的次級背斜上，表現為軸面傾向北西的倒轉背斜，主要礦化破碎蝕變帶發育在背斜的南翼和背斜軸部附近。礦區主要出露上石炭統含炭絹云千枚巖、變砂巖、粉砂巖。巖漿巖出露有限，僅見幾條規模較小的閃長玢巖脈出露。巖石普遍遭受淺變質作用，發育硅化、黃鐵礦化(次生褐鐵礦化)、絹云母化、碳酸鹽化、綠泥石化、高嶺土化等，局部有千糜巖化現象，并常伴有金礦化，其中硅化、黃鐵絹英巖化與金礦化關系最為密切。

2 礦體、礦石特征及成礦階段劃分

礦(化)體嚴格受NNE-NE(30°～50°)走向的斷裂破碎蝕變帶控制，后期NW走向斷裂橫切這些礦化破碎蝕變帶(圖3)，礦化破碎蝕變帶主要發育在背斜軸部附近或背斜南翼，礦體總體傾向北西，局部傾向南東，在近地表由于重力坍塌作用，或處于皺褶轉折端附近，或由于后期南東向北西的推覆作用，導致礦體局部常呈現南東傾向，但向深部逐漸轉為近直立或北東傾向。

礦體主要賦存于上石炭統碳質千枚巖和灰色變粉砂巖(圖4c, d)接觸帶附近靠近含炭千枚巖一側，其次賦存于含炭千枚巖或變粉砂巖中。礦(化)體在淺表為氧化礦石(圖4a, b)，十分破碎，褐鐵礦化強烈，向深部逐漸轉變為原生黃鐵礦化礦石，破碎程度也具有減弱趨勢。礦化破碎蝕變帶與區域構造方向一致，斷續延長約7000m，寬約500m，共計圈定礦體51條，其中主礦體7條。7條主礦體控制長度在300～1100m之間，真厚度多為0.55～8.91m之間，局部厚度達21m。礦體主要受地表探槽、平硐、淺部鉆孔控制，礦體在走向及傾向上均未封閉，目前主礦體控制最大斜深一般在80～160m之間，局部控制斜深達300m，Au品位一般介于0.77～4.36g/t之間，平均品位為1.31～2.14g/t，少數礦石品位達10g/t以上，最高可達14g/t。

圖4 阿沙哇義礦區地表氧化礦、原生礦及賦礦圍巖特征(a)地表氧化礦(產于層間滑脫面F0以及稍晚期的逆沖推覆斷裂F1); (b)地表氧化礦(角礫巖帶金礦品位2.89g/t，劈理化帶金礦品位1.31g/t)；(c)礦體圍巖粉砂巖；(d)礦體圍巖千枚巖; (e)早階段無礦或貧礦石英；(f)晚階段石英膠結中階段煙灰色石英角礫，煙灰色石英角礫含黃鐵礦；(g)晚階段白色石英交代成礦主階段的煙灰色石英脈；(h)角礫狀礦石(礦石經歷了韌性變形和脆性破裂)；(i)塊狀銻礦石. Py-黃鐵礦；Sb-輝銻礦Fig.4 The characteristics of oxidized ores and primary ores, and wall-rock samples in the Ashawayi gold deposit(a) surface oxidized ore (produced from interlayer slip plane F0 and a little late thrust fault F1); (b) surface oxidized ore (the gold grade of the ore collected from breccia zone is 2.89g/t and 1.31g/t from cleavage zone); (c) siltite of wall-rock; (d) phylite of wall-rock; (e) no or poor mineralization quartz vein sample produced from early stage; (f) late stage quartz cemented smoky grey quartz breccia produced in the middle stage, the breccia contains pyrite; (g) late stage white quartz replaced the smoky quartz produced from the main stage of mineralization; (h) breccias ore (experienced through ductile and brittle deformation); (i) massive stibnite ore. Py-pyrite; Sb-stibnite

根據脈體穿插關系、礦石組構和礦物組合，可以將成礦作用分為以下3個階段：

Ⅰ階段為無礦或貧礦石英階段，為早期成礦階段，無礦石英脈多呈脈狀或透鏡狀順層產出，礦物組合簡單，主要由粗粒(0.5～1mm)乳白色石英組成(圖4e)，石英脈一般厚1～3cm，最厚可達30cm。本階段石英脈中含少量立方晶型的黃鐵礦分布，基本不含礦或弱礦化。這一階段與穆龍套金礦最早期石英脈特征相似(Wildeetal., 2001)

Ⅱ階段為石英-多金屬硫化物階段，為金礦化主要階段，含礦石英脈與無礦石英脈相比，含礦石英脈遭受強烈的構造變形、破碎和熱液作用的疊加。含礦石英脈呈細脈或網脈產于蝕變破碎帶中，石英為煙灰色、灰色或灰白色，晶體較小(0.05～0.2mm)，含較多金屬硫化物(圖4f-i)，主要金屬硫化物以自形-半自形黃鐵礦為主，其次為毒砂、輝銻礦，偶見方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦等(圖5a-f)，黃鐵礦和毒砂為主要載金礦物，金屬硫化物常沿著早期礦化石英脈裂隙分布或交代早期礦化石英角礫(圖4f-h)，且黃鐵礦常發育環帶特征(圖5c, e)，顯示出多期熱液疊加的特征。銻礦體常在金礦體相對上部呈雞窩狀獨立產出，局部輝銻礦含量高時呈塊狀(圖4i)，但產出規模較小，基本不含金，生成時間可能略晚于金礦化。

Ⅲ階段為石英-碳酸鹽階段，為成礦的晚期階段，以發育石英-碳酸鹽細脈為特征，多形成毫米至厘米寬的網脈，可見石英碳酸鹽集合體交代Ⅱ階段石英硫化物細脈(圖4g)以及充填于破碎蝕變帶中。石英碳酸鹽細脈寬0.2～3cm，其中石英脈發育晶洞、梳狀構造，碳酸鹽礦物主要是方解石，其次是鐵白云石。該階段幾乎不含硫化物，金礦化也很微弱。

3 樣品采集和分析方法

由于地表礦石均已氧化且風化破碎嚴重，為了保證樣品的代表性，本次采集的樣品主要取自礦區鉆孔深部巖芯，僅有極少部分相對新鮮樣品取自地表和平硐，共采樣品92件。經流體包裹體巖相學觀察后，從中挑選主成礦階段的具有不同Au含量的樣品8件，進行石英群體流體包裹體成分分析；挑選各成礦階段代表性樣品15件、不同圍巖地層2件及巖體1件，對其中所含的黃鐵礦和毒砂進行電子探針Au、As、Fe元素面分析，并對不同晶型的黃鐵礦和毒砂進行了主量、微量元素點分析。

流體包裹體成分測試分析工作在中國科學院地質與地球物理研究所進行，氣相成分在日本真空技術株式會社生產的RG202四極質譜儀(QMS)上測定，液相成分在日本SHIMADZU公司HIC-6A型離子色譜儀上測定，儀器重復測定的精度均為<5%(朱和平和王莉娟, 2001)。

電子探針測試分析工作在中國地質調查局天津地質調查中心實驗室完成。測試儀器為日本島津公司制造EPMA-1600，工作條件為：加速電壓為15kV；電流為20nA；束斑直徑5μm。峰值計算時間20～60s。采用ZAF法修正數據，定量分析精度：含量>5%時精度好于1%，含量1%～5%時精度好于5%，總量100%±1.5%，標準樣品為：SPI硫化物標樣和金銀標樣。分析元素為As、Fe、S、Cu、Pb、Zn、Se、Co、Ni、Sb、Te、Ag、Au，各元素平均檢測限為0.01%。

圖5 阿沙哇義金礦巖相學特征(a)他形、半自形黃鐵礦化金礦石；(b)黃鐵礦化毒砂化金礦石；(c)自形、半自形黃鐵礦化金礦石(黃鐵礦環帶特征發育，顯示出多期熱液成因的特點)；(d)在黃鐵礦邊界見自然金顆粒；(e)清晰的黃鐵礦環帶特征；(f)塊狀輝銻礦礦石. Apy-毒砂Fig.5 The petrographic characters of the Ashawayi gold deposit(a) anhedral, subhedral pyritized gold ore; (b) pyritized and arsenopyritized gold ore; (c) hedral, subhedral pyritized gold ore (developed zonal texture shows multi-period genesis); (d) native gold grains are at the end of pyrite; (e) clear zonal texture of pyrite; (f) massive stibnite ore. Apy-arsenopyrite

4 流體包裹體研究

4.1 流體包裹體巖相學和分類

各類礦石的原生流體包裹體可劃歸為3種類型：NaCl-H2O型包裹體、含CO2水溶液包裹體、純CO2包裹體。

I型：NaCl-H2O型包裹體，室溫下由兩相(LNaCl-H2O+VH2O)組成(圖6a-d)，約占包裹體總數的90%，由氣相和液相組成，該類包裹體均為富液相包裹體，氣液比區間范圍5%～30%，多數在5%～10%左右，包裹體形態有橢圓形、近圓形、不規則形，一般橢圓形和近圓形的包裹體偏小，長軸長4～12μm，不規則形的包裹體要大一些，可達30μm。該類包裹體分布最廣泛，在各成礦階段的石英中均有分布。

圖6 阿沙哇義金礦流體包裹體顯微照片(a)早階段共存于同一樣品中的I型、II型、III型包裹體(顯示不混溶特征)；(b)中階段共存的I型、II型包裹體(顯示不混溶特征)；(c)中階段共存同一樣品中的I型、II型、III型包裹體(顯示不混溶特征)；(d)晚階段I型、II型包裹體. 縮寫：VH2O-氣相H2O；LH2O-液相H2O；VCO2-氣相CO2；LCO2-液相CO2Fig.6 Microphotographs of fluid inclusions of the Ashawayi gold deposit(a) inclusions of I type, II type and III type in one sample (unmixing); (b) I type and II type co-existed in the middle stage (unmixing); (c) I type, II type and III type co-existed in the middle stage (unmixing); (d) I type and II type inclusions in the late stage. Abbreviations: VH2O-Vapor H2O; LH2O-Liquid H2O; VCO2-Vapor CO2; LCO2-Liquid CO2

II型：含CO2水溶液包裹體，約占包裹體總數的10%，室溫下多表現為兩相(LH2O-NaCl+LCO2)，偶見三相(LH2O-NaCl+LCO2±VCO2)(圖6b)。該類型包裹體主要出現在成礦早、中期階段，其中早期階段比中期階段更發育，晚期階段不發育。根據CO2相(LCO2+VCO2)在包裹體總體積的所占比例，可進一步劃分為貧CO2包裹體(II1型，圖6b)和富CO2包裹體(II2型，圖6c)，其中前者CO2相占包裹體總體積的10%～50%，主要集中在20%～30%；后者CO2相(LCO2+VCO2)占包裹體總體積的50%～90%，主要集中在80%。該類型包裹體(II型)長軸長5～35μm，相對大于H2O溶液包裹體(I型)。形狀多為橢圓形、不規則形，偶有卡脖子現象。

III型：純CO2包裹體，該類型包裹體較少，不足包裹體總數的1%，主要出現在成礦早、中期階段，晚期階段未見此類包裹體。室溫下表現為單相或兩相(圖6c)，前者冷凍過程中出現CO2氣相；多呈橢圓形、長條形或不規則形產出，大小為5～25μm。

4.2 流體包裹體均一溫度和鹽度

通過對礦區16件流體包裹體樣品共147個包裹體顯微測溫，獲得了成礦早、中、晚三個階段的流體包裹體均一溫度、鹽度等參數，現將各階段石英流體包裹體測試分析結果總結于均一溫度、鹽度直方圖(圖7)。

各階段流體包裹體類型及占比存在明顯變化，在成礦早期的無礦石英階段，H2O-NaCl包裹體(I型)約占75%，其次為CO2-H2O包裹體(II型)，純CO2包裹體(III型)不足1%；在成礦中期的石英-多金屬硫化物階段，即主成礦階段，與成礦早期少硫化的無礦石英階段相比，H2O-NaCl包裹體(I型)所占比例增加，約占90%，CO2-H2O包裹體(II型)所占比例明顯減少，約占10%；在成礦晚期的石英-碳酸鹽階段，主要以H2O-NaCl包裹體(I型)為主，偶見CO2-H2O包裹體(II型)。從早階段到晚階段，總體呈現出CO2-H2O包裹體(II型)數量逐漸減少的趨勢。

圖7 不同階段流體包裹體鹽度和均一溫度直方圖Fig.7 Histograms of salinities and homogenization temperatures of fluid inclusions from different mineralization stages

各階段流體包裹體的均一溫度都出現了兩個峰值(圖7)，且不同階段石英包裹體的均一溫度峰值集中范圍存在大體一致的疊加現象，如早階段的低溫峰、中階段低溫峰以及晚階段高溫峰三者的重疊，顯示了中晚階段流體對早階段礦物的疊加作用。因此，在剔除各階段流體相互疊加影響因素外，早期階段石英包裹體的均一溫度范圍集中在320～360℃，晚期階段石英包裹體的均一溫度范圍集中在180～200℃，中階段的石英包裹體存在兩個峰值(220～250℃，280～300℃)的原因可能不是由于不同階段脈體疊加作用所致，因為這兩個峰值分別對應不同的包裹體類型，其低溫峰值(220～250℃)是H2O-NaCl包裹體(I型)的均一溫度，而高溫峰值(280～300℃)主要是CO2-H2O包裹體(II型)的均一溫度，因此，造成這一結果的原因可能與流體包裹體被捕獲于不混溶體系有關。

各階段流體包裹體的鹽度總體較低，早階段石英流體包裹體的鹽度峰值范圍(3%～5%NaCleqv)最低，集中在4%NaCleqv左右，中階段石英的流體包裹體鹽度總體較早階段流體包裹體呈現隨溫度降低鹽度增高的現象，并出現了兩個峰值，II型包裹體主要分布在低鹽度區，高鹽度區均為I型包裹體。晚階段石英的流體包裹的鹽度峰值范圍總體較中階段的流體包裹體鹽度降低。

圖8 阿沙哇義金礦黃鐵礦和毒砂背散射(BSE)影像和電子探針(EMPA)As、Fe、Au面分析組合圖Fig.8 BSE images and EMPA element images of As, Fe and Au in the pyrite and arsenopyrite of ores and magmatic rock from the Ashawayi gold deposit

4.3 流體包裹體氣、液相成分

不同Au品位礦石中石英的群體流體包裹體成分分析結果見表1，成礦流體中陽離子以Na+為主，含少量K+、Ca2+離子，陰離子以Cl-為主，SO2-次之，未檢測到F-；氣相成分以H2O為主，摩爾含量為75%～93%，其次為CO2，摩爾含量為6%～25%，其余為CH4、C2H6、H2S、N2和Ar，這些氣體的量雖然很少，但它們的存在反映了成礦環境為還原環境。值得注意的是，Au品位較高的礦石與相對較低的CO2含量、較低的O/R值以及較高的K+含量密切相關。

5 硫化物電子探針分析

選擇礦區巖體、代表性圍巖地層以及各成礦階段代表性礦石，磨制成探針片，對其中所含的黃鐵礦、毒砂進行電子探針(EMPA)面分析(圖8)和點分析(數據見表2)，分析結果總結如下：

表2阿沙哇義金礦代表性黃鐵礦和毒砂電子探針(EMPA)分析結果(wt%)

Table 2 Representative EMPA analytical results (wt%) of pyrite and arsenopyrite from the Ashawayi gold deposit

樣品號礦物AsFeSCuPbZnSeCoNiSbTeAgAuTotalAs22-apy-1毒砂42.9234.8720.820.000.000.070.140.070.080.010.020.020.0799.08As22-py-1黃鐵礦4.4844.7251.450.060.000.000.000.050.000.000.000.020.02100.80As22-py-2黃鐵礦3.1245.4251.910.000.000.040.000.030.000.010.020.000.02100.57As22-py-3黃鐵礦4.8044.4350.050.000.000.000.020.080.040.000.000.000.0499.46As22-py-4黃鐵礦3.4444.6050.870.050.000.070.000.080.000.000.020.000.0099.14As22-py-5黃鐵礦3.7144.5450.470.000.000.090.010.050.030.010.000.000.0898.99As22-py-6黃鐵礦1.2145.7553.210.030.000.050.040.050.010.000.020.010.00100.37As22-py-7黃鐵礦1.3845.8952.720.020.000.020.000.060.000.000.000.010.02100.12As22-py-8黃鐵礦2.7744.8951.520.040.000.070.020.010.000.020.010.000.0299.37As22-py-9黃鐵礦3.3945.3551.500.000.000.010.010.080.050.000.020.000.00100.41As37-apy-1毒砂38.8235.7124.150.060.000.040.000.020.000.040.010.000.0298.87As37-apy-2毒砂42.0235.4521.930.040.000.000.000.040.040.000.000.010.0099.52As37-apy-3毒砂42.0435.4221.750.000.000.060.210.030.040.000.020.000.1699.74As37-apy-4毒砂38.6936.2624.290.000.000.000.160.040.020.010.000.020.0099.49As37-apy-6毒砂41.9534.8622.320.000.000.000.150.040.010.000.010.010.2899.64As37-apy-7毒砂38.6936.2123.850.010.000.000.130.060.010.020.020.000.0499.04As37-apy-8毒砂40.9535.5322.180.040.000.030.150.030.000.000.000.000.0498.93As37-apy-10毒砂43.4335.1921.690.000.000.010.150.040.030.000.030.010.02100.59As37-apy-11毒砂42.9534.8121.930.000.000.070.180.040.040.020.020.000.03100.09As37-apy-13毒砂43.5735.0621.230.020.000.090.140.040.010.000.000.020.09100.26As37-apy-14毒砂42.3534.7022.630.040.000.050.160.070.000.000.010.010.11100.13As37-apy-15毒砂41.3935.0023.640.040.000.010.200.050.000.020.030.000.08100.46As37-apy-16毒砂40.3235.8323.570.000.000.000.120.040.000.040.000.000.0199.94As37-apy-18毒砂38.9935.3823.800.010.000.030.150.030.000.000.000.000.0298.40As37-apy-20毒砂39.4635.7623.790.000.000.010.160.060.020.030.010.020.0799.39As37-apy-21毒砂38.9435.9724.100.020.000.000.180.030.000.020.010.000.0999.35As37-apy-23毒砂39.9536.0623.150.000.000.030.130.070.010.030.030.010.0099.47As37-apy-24毒砂41.8035.4821.420.030.000.030.190.020.020.000.000.020.0399.03As37-apy-25毒砂41.4934.7021.420.010.050.080.150.020.000.020.000.040.1098.06As37-apy-27毒砂41.4435.2622.270.060.000.000.160.010.020.000.000.000.0299.25As37-apy-28毒砂41.8435.5622.650.010.000.040.140.040.000.000.000.020.05100.35As37-apy-29毒砂42.8835.5422.070.000.000.000.150.040.020.000.010.020.13100.85As37-apy-30毒砂42.5535.8522.120.020.000.090.140.040.000.000.000.000.08100.87As37-apy-31毒砂41.8436.1922.420.030.000.000.130.030.010.010.010.020.01100.69As37-apy-32毒砂43.5635.4421.740.020.000.000.110.020.050.000.000.010.11101.03As37-apy-33毒砂41.6536.0522.720.000.000.000.160.050.010.010.010.010.03100.70As37-apy-34毒砂43.6335.2621.270.000.000.000.170.040.030.000.000.010.00100.41As37-apy-35毒砂42.6135.6521.630.050.000.000.170.060.000.000.000.000.06100.23As37-apy-36毒砂41.6735.7022.160.040.000.040.160.030.050.020.040.000.0799.99As37-apy-37毒砂39.4035.9422.200.070.000.000.200.040.000.010.000.030.1598.04As37-apy-38毒砂41.9335.9022.860.030.000.010.160.000.020.020.000.000.02100.96As37-apy-40毒砂40.2935.5322.550.060.000.000.210.050.000.000.000.000.0198.69As37-apy-41毒砂42.3235.3922.320.050.000.080.170.040.000.020.000.000.18100.57As37-apy-42毒砂41.3935.4322.850.030.030.010.110.050.010.030.000.010.19100.13As37-apy-43毒砂41.3934.5722.160.050.000.000.170.080.000.000.000.000.1898.59As37-apy-44毒砂40.9235.7023.160.010.000.000.220.040.000.000.000.010.13100.20As37-apy-46毒砂42.2835.2122.150.050.000.000.160.060.010.020.000.010.0399.98As37-apy-47毒砂38.6636.4824.550.050.000.030.150.090.000.000.020.040.11100.18As37-apy-48毒砂36.8136.6926.490.040.000.000.160.050.000.020.000.010.00100.26As37-apy-49毒砂41.9735.4622.940.060.000.000.150.050.000.000.010.000.00100.64As37-py-1黃鐵礦1.1345.5753.650.070.000.000.030.070.000.000.000.010.00100.54

續表2

Continued Table 2

樣品號礦物AsFeSCuPbZnSeCoNiSbTeAgAuTotalAs37-py-2黃鐵礦0.9645.7253.740.000.000.020.000.080.000.000.000.000.00100.53As37-py-4黃鐵礦0.6845.8053.770.030.000.080.000.070.010.000.000.040.00100.49As37-py-6黃鐵礦1.1245.6353.860.000.000.020.010.030.000.000.000.010.02100.70As37-py-7黃鐵礦0.9945.8853.710.010.000.000.000.040.040.000.000.010.04100.71As37-py-8黃鐵礦1.1344.5452.810.080.000.080.000.070.060.060.010.020.0098.86As37-py-9黃鐵礦0.8045.6353.810.000.000.030.030.080.020.000.000.000.01100.40As37-py-10黃鐵礦0.8846.0853.990.000.000.030.010.030.000.010.000.010.06101.08As37-py-11黃鐵礦25.9239.2833.470.000.000.000.110.050.010.000.020.020.0998.95As37-py-12黃鐵礦1.0945.3653.540.000.000.040.000.050.030.000.010.000.05100.17As37-py-13黃鐵礦1.5045.2153.480.000.000.060.030.040.040.000.000.000.00100.35As37-py-14黃鐵礦1.1644.9353.130.000.000.060.010.050.000.020.000.000.0599.42As56-py-1黃鐵礦0.9545.7052.270.000.000.000.000.040.010.000.000.020.0799.06As56-py-2黃鐵礦0.7145.7153.460.010.000.000.000.010.010.000.020.000.0299.94As56-py-3黃鐵礦4.2244.4550.160.030.000.000.000.040.000.000.030.000.0498.97As56-py-6黃鐵礦0.6846.1453.970.020.000.030.020.100.020.030.000.000.03101.04As56-py-7黃鐵礦0.4846.0153.120.000.000.010.010.040.010.010.000.010.0099.70As56-py-8黃鐵礦2.5544.9651.120.000.000.040.020.040.000.000.000.000.0298.74As56-py-12黃鐵礦1.3145.6152.780.020.000.000.010.100.050.000.010.030.0399.96

圖9 阿沙哇義金礦代表性黃鐵礦、毒砂礦物電子探針(EMPA)Au含量對比圖Fig.9 Representative EMPA Au comparison of pyrite and arsenopyrite from the Ashawayi gold deposit

(1)巖體中黃鐵礦幾乎不含金(圖8d)，而圍巖地層和各類礦石中的黃鐵礦、毒砂含金明顯，金礦化明顯受黃鐵礦和毒砂控制(圖8h, i, p, t, x)，以包體金或裂隙金形式產出。

(2)毒砂以自形晶為主，其次為他形晶；黃鐵礦晶型以他形為主，其次為自形(立方體和五角十二面體)，黃鐵礦、和毒砂的Au含量與其自形程度沒有明顯的相關性。

(3)部分黃鐵礦(圖8v)和毒砂(圖8n)可見環帶結構，環帶狀黃鐵礦多見于成礦主階段，環帶狀黃鐵礦(圖8x)較其它均質黃鐵礦(圖8l, p, t)具有更為明顯的Au異常(背景均為石英長石礦物)，如：As56-1較其它樣品，即環帶狀黃鐵礦較其它均質黃鐵礦具有更高的Au含量，但不同環帶Au含量幾乎均一分布，沒有明顯區別(圖8x)。

(4)黃鐵礦和毒砂共存于同一礦石時，從電子探針面分析(圖8p, t)發現，毒砂中Au含量總體略高于黃鐵礦Au含量，電子探針點分析數據也顯示同樣的特點(表2、圖9)，黃鐵礦Au含量分布范圍為0～0.09%，平均值為0.03%；毒砂Au范圍為0～0.28%，平均值為0.07%。

6 討論

6.1 礦床成因類型

造山型金礦床是指那些在時空上與造山作用有關的，主要受構造控制的金礦床(Grovesetal., 1998; Kerrichetal., 2000)。這類礦床具有相似的地球動力學背景，且具有相似的地球化學特征，產于匯聚板塊邊緣的增生體以及碰撞造山帶的擠壓和轉換擠壓變形構造環境(Grovesetal., 2000; Goldfarbetal., 2001)。這類礦床可形成于自地表向下2～20km的不同深度，Groves等(1998)將造山型金礦劃分為3個亞型，即淺層(<6km)、中層(6～12km)和深層(>12km)。造山型金礦作為重要的成礦類型，全球已有23個儲量大于500t的金礦屬于此類型(Bierleinetal., 2006)。自該礦床類型提出后，就掀起了廣泛的研究和討論熱潮，眾多學者對其產出構造背景、成礦特征、形成時代、成礦流體特征及成礦機制等方面開展了大量的卓有成效的研究(Bierleinetal., 2001; Goldfarbetal., 2001; Wildeetal., 2001; Maoetal.,2002; 毛景文等, 2002; Grovesetal., 2003; Chenetal., 2004; 陳衍景, 2006)，同時伴隨著此類型金礦的不斷被發現和識別。我們將阿沙哇義金礦與造山型金礦的地質和成礦流體特征做綜合對比(表3)后發現，在構造環境、賦存巖性、控礦構造、礦體形態、礦石類型、礦石礦物組合、礦化元素組合、包裹體類型、流體標志特征、主成礦溫度以及流體演化等方面均具有一致性，因此我們認為阿沙哇義金礦成因類型應屬于造山型金礦。

表3阿沙哇義金礦與造山型金礦主要特征對比表

Table 3 Comparison of key characteristics between the Ashawayi gold deposit and typical orogenic deposits

對比項目造山型金礦阿沙哇義金礦構造環境俯沖增生楔或碰撞造山帶造山帶賦礦圍巖變質地體,任意巖性含炭千枚巖、砂板巖控礦構造韌脆性剪切帶韌脆性剪切帶礦體形態、產狀脈狀,垂向延伸大脈狀、似層狀,垂直高差1300m范圍內均有礦體分布,單礦體垂向延伸未控制典型結構構造大脈狀、角礫狀、網脈狀細脈狀、網脈狀、角礫狀圍巖蝕變側向分帶清楚,垂向分帶不明顯側向分帶:硅化、絹云巖化、碳酸鹽化、綠泥石化,垂向分帶不明顯礦石類型石英脈,蝕變巖石英細脈,硅化黃鐵礦化千枚巖、粉砂巖礦石礦物組合黃鐵礦為主黃鐵礦為主,見毒砂、輝銻礦主要礦化元素組合Au、Ag、(±As,Sb,Te,W,Mo,Bi,B)Au-As-Sb流體包裹體類型CO2、含CO2、水溶液水溶液(I型)、含CO2(II型)、CO2(III型)流體標志特征低鹽度、富含CO2低鹽度、富含CO2初始成礦流體性質變質流體主成礦階段為變質流體±大氣水主成礦溫度200～500℃220～250℃流體壓力系統靜巖-靜水靜巖-靜水共存和交替流體演化由富含CO2演變為水溶液,以CO2逸失為特征的不混溶或沸騰,殘余流體鹽度增高含CO2包裹體在早階段占25%,中階段占10%,晚階段偶見,中階段殘余流體鹽度較早階段明顯增高,到晚階段降低

注：造山型金礦特征主要參考資料：Grovesetal., 1998; Kerrichetal., 2000; Goldfarbetal., 2001; 陳衍景, 2006; 陳衍景等, 2007

6.2 流體不混溶與金的富集沉淀

成礦熱液中金主要以Au-S絡合物和Au-Cl絡合物形式遷移(Benning and Seward, 1996; Ilchik and Barton, 1997; Mikucki, 1998)，高溫時金以Au-Cl絡合物形式遷移，低溫時以Au-S絡合物形式遷移。實驗研究表明，在中低溫熱液金礦床中金主要以Au(HS)2-絡合物形式遷移(Benning and Seward, 1996; Ilchik and Barton, 1997; Mikucki, 1998; Wilkinson, 2001)。前人研究表明，造山型金礦床中的金主要以Au(HS)2-絡合物形式運移(Grovesetal., 2003; Goldfarbetal., 2005)，考慮到阿沙哇義金礦為造山型金礦，Au的沉淀與金屬硫化物密切相關，且成礦流體為中低溫，綜合流體包裹體成分分析結果，認為本區金主要以Au(HS)2-絡合物形式運移。

阿沙哇義金礦流體包裹體不均一捕獲現象普遍，且出現I型、II型、III型同時共存于同一樣品的現象(圖6c)，特征迥異的兩類包裹體出現在同一樣品中，并緊密相臨，屬于同時被捕獲，礦物同時捕獲性質迥異的流體最可能是不均一捕獲所致，是流體不混溶或混合的重要標志(Rambozetal., 1982; Roedder, 1984)。各成礦階段流體包裹體鹽度及均一溫度演化特征也說明流體經歷了不混溶作用，如：①從成礦早期到成礦中期，流體鹽度隨溫度降低而增高和分散，這與物質溶解度隨溫度降低而降低的普遍規律相矛盾，且高鹽度主要出現在I型包裹體中，而II型包裹體主要位于低鹽度范圍(圖7)，可能為流體氣相逸失導致流體濃縮的結果，即沸騰；②部分流體包裹體在近似相同的溫度范圍內具有不同的鹽度。因此，阿沙哇義金礦成礦過程與世界多數脈狀中溫熱液礦床一樣，在金礦形成過程中發生了流體不混溶作用(Sibsonetal., 1988; Cox et at., 1995; McCuaig and Kerrich, 1998; Jiaetal., 2000; Chenetal., 2005, 2006, 2012a, b)。

圖10 不同品位礦石中Au含量與其流體包裹體中CO2(a)和O/R值(b)相關圖Fig.10 Plots of Au (×10-6) vs. CO2 (a) and vs. O/R (b) within fluid inclusions from different grade ores

流體包裹體巖相學觀察表明，成礦中期的石英-多金屬硫化物階段，即主成礦階段，與成礦早期少硫化物的無礦石英階段相比，CO2-H2O包裹體(II型)所占比例明顯減少，說明從成礦早期階段到主成礦階段，CO2不斷逃離成礦流體系統，同時伴隨著Au的富集和沉淀。流體包裹體成分分析結果也得到了進一步的佐證：較高Au品位礦石的流體包裹體具有較低的CO2含量，礦石Au含量與其流體包裹體的CO2和O/R值大體呈負相關(圖10a，b)，CO2的逃逸會破壞Au(HS)2-絡合物在流體中的穩定性，促使Au(HS)2-絡合物分解，形成Au的富集和沉淀，反應式如下：

① 4Au(HS)2-+C+4H++2H2O=4Au+CO2+8H2S (Craw, 2002; Crawetal., 2007; Zoheiretal., 2008; Huetal., 2015, 2017)

② 2HCO3-+Au(HS)2-+Fe3+=Au+FeS2+2H2O+2CO2(Zhangetal., 2012)

因此，金礦成礦作用與流體不混溶作用有重大關系的認識(Goldfarbetal., 1989, 1997; Naden and Shepherd, 1989; Guhaetal., 1990, 1991; Craw, 1992; McCuaig and Kerrich, 1998; Jiaetal., 2000; 胡芳芳等, 2005; 盧煥章, 2008a, b)，對于阿沙哇義金礦同樣適用。

6.3 流體混合與金的富集沉淀

圖11 不同品位礦石中Au 與其流體包裹體中K+相關圖Fig.11 Plot of Au vs. K+ within fluid inclusions from different grade ores

盡管流體不混溶(沸騰)是本區Au的主要富集和沉淀機制，但一些成礦流體特征不能用單一的流體不混溶機制解釋，如：在同一樣品中流體鹽度的異常變化、復雜的氣、液相組分(CO2、CH4、N2、H2S、K+)，這些流體特征均暗示了流體混合機制對金的富集和沉淀也發揮了作用。流體包裹體成分分析結果顯示，Au品位較高的礦石的流體包裹體具有較高的K含量(圖11)，已有數據表明，礦區閃長玢巖相對富Na貧K，K含量極低，且低于圍巖地層的K含量，而擁有相對富Na貧K流體的礦石的Au含量卻相對較低，如：表1中樣品As35、As36、As57均具有此特征。因此，這種相對富K的流體是流體與圍巖反復作用而形成，與礦區巖體無關。考慮到賦礦圍巖多是含炭的碎屑巖，有利于流體萃取CH4等有機質成分和K、S等組分，因此認為，循環于賦礦建造的大氣降水熱液在與圍巖的反復作用下，其K、S、CH4等含量較高，在成礦階段混入到流體成礦系統，導致流體成分改變，誘發金、硫化物等成礦物質沉淀，當然，圍巖含炭物質的作用不僅如此，含炭物質同樣會促使Au(HS)2-絡合物分解和流體的濃縮，進而導致金的富集和沉淀，如前述①式及下式：C+2H2O=CO2+2H2(Coxetal., 1995; Naden and Shepherd, 1989)。顯然，水巖反應不僅可以從圍巖中萃取成礦物質促使流體成分發生改變，誘發金沉淀，也會因為流體與圍巖作用過程中H2O的消耗，以及CO2逃逸進一步促使H2O的消耗而導致流體濃縮，可見，流體混合與流體不混溶成礦機制在本區并不是獨立存在的。

事實上，流體混合也是諸多造山型金礦的成礦機制，在中國西南天山的薩瓦亞爾頓金礦也是如此(Brown, 1998; Bierlein and Maher, 2001; Chenetal., 2012a)，值得說明的是，這種流體混合成礦機制與本區賦礦斷裂多次開合、壓扭性向張扭性轉變、成礦深度較淺等事實可以相互支持印證。

圖12 黃鐵礦電子探針Au和As含量相關圖Fig.12 Plot showing relationship of As and Au contents in pyrite by EMPA

6.4 硫化物振蕩環帶對金的成因指示

EMPA面分析結果(圖8v)顯示，含砷黃鐵礦中各振蕩環帶間As含量存在突變，但Au、Fe幾乎均一分布，并沒有呈現出相應的環帶特征，盡管諸多學者基于所獲數據得出了含砷黃鐵礦中的Au和As含量呈現正相關(Cook and Chryssoulis, 1990; Simonetal., 1999; Reichetal., 2005; Largeetal., 2009; Deditiusetal., 2014)的認識，但本區含砷黃鐵礦中Au和As的含量并沒有顯著相關性(圖8)。EMPA點分析結果同樣顯示Au和As的含量沒有顯著相關性(圖12)。但仔細對比觀察發現，環帶狀黃鐵礦較其它均質結構黃鐵礦具有相對明顯的Au異常(不同結構的黃鐵礦背景相同，均以石英長石礦物為主)，即Au含量相對較高。

黃鐵礦和毒砂的成分環帶可能由兩個獨立的機制引發：①相分離作用使得流體被分離成兩種不同的組分；②兩種不同組分流體的混合(Deditiusetal., 2009)。

由于本區的黃鐵礦環帶呈現周期性循環，且各環帶之間成分突變，缺少中間組分過渡，這種成分突變環帶最可能原因是：流體壓力波動引發相分離所形成的結果，這種流體壓力的波動是由斷層裂-合作用而造成的(Hazarikaetal., 2017)。

我們利用流體包裹體均一時的壓力估算成礦流體的最小捕獲壓力，將主成礦階段包裹體的均一溫度剔除晚期階段流體帶來的干擾因素后(剔除均一溫度<200℃的包裹體)，利用其它所有I型和II型包裹體作為最小捕獲壓力進行估算。其中I型包裹體的壓力估算據Bodnar and Vityk (1994), II型包裹體壓力利用Flincor(Brown, 1989)程序，選擇H2O-CO2-NaCl體系進行計算。所有包裹體求得的壓力形成兩個明顯不同的壓力范圍，即低壓范圍(16.21～36.72MPa)和高壓值范圍(75.04～103.57MPa)。在流體沉淀過程中成礦深度基本不變，壓力的波動實際上是不同壓力類型的改變所致，斷裂閉合和張開過程中靜巖壓力與靜水壓力頻繁轉換，當被捕獲的流體包裹體所記錄下來的壓力值中同時包括了兩種壓力類型時，可以考慮將求得的流體捕獲壓力的兩個區間端元近似看做壓力類型的端元，由于在相同深度上，靜巖壓力大于靜水壓力，故低壓值端元接近靜水壓力，高壓值端元接近靜巖壓力(徐啟東等, 1995)。阿沙哇金礦化主要賦存在逆沖的斷裂系統中，礦石組構特征也表明成礦過程曾經歷過壓性向張性應力的轉換以及多階段多期次活動的特點，說明斷裂系統存在多次裂-合作用，造成流體壓力出現持續波動變化是完全可能的。據此，我們假設高壓范圍和低壓范圍流體分別處于靜巖壓力和靜水壓力系統下，利用壓力與深度關系的通式P=ρgh進行估算，在流體處于靜巖壓力系統時取ρ為礦區平均巖石密度2.6g/cm3，在流體處于在靜水壓力系統時，ρ為各類包裹體當時計算得到的密度，分別對應的流體深度范圍為1.84～4.24km和2.94～4.18km，前后兩者深度范圍的高值接近，因此，流體可能在1.84～4.24km深度范圍內，由于靜巖壓力和靜水壓力狀態的共存和交替而發生的復雜的不混溶過程，造成了流體成分的波動，形成了黃鐵礦和毒砂的振蕩環帶結構，同時伴隨著金的沉淀。

前人研究也表明，這種靜巖壓力和靜水壓力的共存和交替現象是造山型礦床之賦礦斷裂振蕩性愈合-破裂的結果(Sibsonetal., 1988; Kerrichetal., 2000; Coxetal., 2001)，流體由(超)靜巖壓力突變為靜水壓力時會起流體減壓沸騰，成礦流體濃縮，表現為流體鹽度增加，金發生富集和沉淀(程南南等, 2018)。因此，硫化物振蕩環帶進一步佐證了流體不混溶作用是本區金富集和沉淀的重要機制。

6.5 硫化物含金對找礦的意義

諸多學者認為造山型金礦床中金的沉淀過程與先存含鐵礦物的硫化作用有關(Phillips and Groves, 1984; Grovesetal., 2003; Goldfarbetal., 2005; Huetal., 2015, 2017)，認為金和硫在流體中是同時搬運的(Changetal., 2008)，黃鐵礦的析出伴隨著金的沉淀，這個過程可用如下反應式(Largeetal., 2011)表示：

Fe2++2Au(HS)2-+2H2=FeS2+Au0+2H2S

本次EMPA分析結果顯示，黃鐵礦和毒砂為主要載金礦物也支持了這一觀點。流體包裹體成分分析結果顯示，Au品位較高的礦石的流體包裹體具有較低的O/R值(表1)，礦石Au含量與其流體包裹體的O/R值(表1)大體呈負相關(圖10b)，這與在相對還原環境更有利于硫化物(黃鐵礦、毒砂)富集沉淀，且黃鐵礦和毒砂是主要載金礦物的研究結果相一致。

圖13 黃鐵礦與含炭物質(CM)共生反射光顯微照片Fig.13 Microphotographs showing the coexistence of pyrite and carbonaceous material (CM) under reflecting microscope

基于上述認識，在本區后續的勘查找礦過程中，含炭物質較高的地質區域應作為勘查重點區域。鑒于本區黃鐵礦和毒砂是主要載金礦物，且毒砂中的Au含量總體高于黃鐵礦的Au含量(表2、圖9)，因此，黃鐵礦、毒砂發育及含炭物質較高三者組合共存應是本區尋找富礦的關鍵標志。

7 結論

(1)南天山阿沙哇義金礦的礦體嚴格受韌脆性剪切帶控制，成礦階段從早到晚可分為3個階段：早期無礦或貧礦石英階段、中期石英多金屬硫化物階段、晚期石英-碳酸鹽階段，中期階段為成礦主要階段。成礦流體屬于NaCl-H2O-CO2體系，總體顯示低鹽度、富CO2特征，成礦溫度范圍為180～360℃，主成礦階段溫度集中在220～250℃，從早到晚，流體鹽經歷了先增高后降低的過程，流體可能在1.84～4.24km深度范圍內存在靜巖壓力和靜水壓力狀態的共存和交替，發生了復雜的不混溶過程，最終導致了金富集和沉淀。鑒于該礦成礦構造背景、成礦流體特征及演化、金礦富集機制、成礦溫壓條件等方面，與世界上大多數造山型金礦具有相似特征，識別出阿沙哇義金礦床屬于淺剝蝕的造山型金礦。

(2)斷層閥作用控制的斷層愈合-破裂導致的流體不混溶作用是本區金富集、沉淀的最重要機制，但一些成礦流體特征不能用單一的流體不混溶機制解釋，這些流體特征暗示了流體混合機制對金的富集沉淀也發揮了作用。

(3)含炭物質較高的地質區域應作為本區找金的重點區域，黃鐵礦、毒砂發育及含炭物質較高三者組合出現應是尋找富礦的關鍵標志。

致謝野外工作中得到阿沙哇義金礦所屬的阿合奇縣合得利礦業有限公司相關工作人員的支持與幫助；在實驗測試分析過程中得到中國地質調查局天津地質調查中心周紅英教授級高工、中國科學院地質與地球物理研究所朱和平高級工程師大力協助；論文寫作過程中得到中國科學院地質與地球物理研究所秦克章研究員的啟發和指導；二位審稿人提出了寶貴的修改意見；特致謝意！