新疆彩霞山铅锌矿流体包裹体三维数值模型

孙 莉，肖克炎，高 阳，张长青

(1．中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037;2．中国地质大学(北京)，北京 100083;3．核工业北京地质研究院，北京 100029;4．长江大学地球科学学院，湖北 荆州 434023)

新疆彩霞山铅锌矿流体包裹体三维数值模型

孙 莉1，2，肖克炎1，4，高 阳3，张长青1

(1．中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037;2．中国地质大学(北京)，北京 100083;3．核工业北京地质研究院，北京 100029;4．长江大学地球科学学院，湖北 荆州 434023)

彩霞山铅锌矿是新疆东天山地区的热液型铅锌矿床。在典型钻孔中系统地采集了流体包裹体样品，通过建立流体包裹体的温度、盐度和成分等三维数值模型研究流体包裹体各参数的空间分布特征。对这些参数模型与矿化的关系进行了研究。矿体产在温度异常和盐度异常的边缘，并与F－和NO－3离子浓度异常相关。这些特征可用来进行矿床成因的研究并指导本区的矿产勘查。

流体包裹体;铅锌矿;三维模型;彩霞山;新疆

0 引言

流体包裹体研究可被用在矿床成因研究和矿产勘查研究中(Kun，1991)，是研究热液矿床及其蚀变作用的物理化学条件的重要工具(Leyl et al，2009)。成矿流体中的温度、盐度和物质组分对研究矿床成因和重建成矿过程有重要的意义。多年来，将流体包裹体的研究作为一种勘查手段也受到了不同程度的关注(Roedder，1984)。如：Stephen等(1986)将流体包裹体中的CO2成分用于在Pueblo Viejo金银矿的选区中。Graney等(1991)应用对流体包裹体中的气体的分析来对金矿进行勘查。

在流体包裹体研究中常用的参数为温度、盐度和流体成分。通过对温度和盐度的研究，可以得出有利的成矿温度和盐度。对物质成分的研究可提供成矿元素在流体中的化学形式。另外，研究流体包裹体中的温度，可以提供流体运移路径方面的信息，这对于热液矿床勘查相当重要。

长期以来，对于流体包裹体的研究仅限于若干个离散点或者二维空间中的若干个面，很难对不同点之间或者不同面之间的关系进行直观的研究。采用三维数据处理技术可对这些参数进行三维建模并可对这些参数与成矿元素的关系进行直观研究。

1 地质背景

彩霞山矿床是东天山地区的大型铅锌矿床。矿区内出露的地层为长城系卡瓦布拉克群的白云质大理岩和碎屑岩。卡瓦布拉克群可被分为两段(图1)。第一段主要由灰白色粉砂岩、硅质泥岩和透镜状白云质大理岩组成;第二段由石英砂岩和透镜状大理岩构成。地层的走向为近东西向。

本区内的断裂根据走向可分为3组：NEE向、NNE—NE向和NE向。断裂不仅为流体运移提供通道，也可以为矿质提供沉淀空间。

矿区内发育的岩浆岩为闪长岩、石英闪长岩、闪长斑岩、花岗岩和花岗闪长岩。石英闪长岩为成矿提供了热量和成矿热液。

矿区内共有5个矿化带：Ⅰ号矿带、Ⅱ号矿带、Ⅲ号矿带、Ⅳ号矿带和Ⅴ号矿带。矿区内发育的蚀变有碳酸盐化、硅化、滑石化、透闪石化和绿泥石化等。

图1 彩霞山地区地质图

2 流体包裹体特征

在彩霞山矿床Ⅱ号矿体的钻孔中系统采集了流体包裹体样品。所有的流体包裹体都是在矿物生长期间捕获得原生流体包裹体。少部分包裹体为单相的，大部分为液相－气相包裹体(L+V)，表明在被捕获时流体是沸腾的。

分析了流体包裹体的均一温度、盐度和组分，结果表明，有利成矿温度为190°～240°(图2)。盐度通常在0% ～6%NaCl，表明流体的盐度较低。流体的主要物质成分为：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Al3+、

图2 流体包裹体均一温度(Th)直方图

3 成矿元素的三维数值模型

传统的二维数据处理依靠于人对二维图件的显示方法的选择和对其结果解释推断，需要经验丰富的技术人员来对二维图件进行可视化和人机交互解释，对计算机系统而言也不易于提取代表性的可视化，传统的二维图件限制了人们认识三维世界复杂性的能力。三维地质建模技术的进步使得在可视化的三维空间内分析复杂的地质数据成为可能，将三维建模技术与地质统计学方法结合起来，可使地质学家在未取样的位置来预测可能的数值，从而拓宽地质研究的空间，为深刻研究地下三维空间的地学信息提供了新的有力手段。

在彩霞山Ⅱ号矿体的钻孔中从上到下采集了样品，并对成矿元素Pb、Zn进行了分析。采用空间距离反加权的方法圈定了铅、锌的三维地球化学异常(图3)。发现了2个较大的和3个较小的地球化学异常体。异常体与圈定的矿体在空间上紧密相伴，矿体即是特殊的异常体。当用异常下限定位矿化品位时，异常体即为矿体。

图3 彩霞山铅锌矿Ⅱ号矿体Pb+Zn异常体三维模型

4 流体包裹体三维模型

首先建立数据库来存储采样位置(X、Y、Z坐标)和流体包裹体相关参数(均一温度、盐度和流体包裹体成分)。数据库字段包括：样品号、X坐标、Y坐标、Z坐标、均一温度后采用三维反距离加权方法对数据进行插值。第四维数据(流体包裹体的参数值，如温度、盐度等)可以不同的颜色或者等值面来显示。

4．1 均一温度和盐度三维模型

如上所述，对温度的数值建模可用来进行流体热流填图并模拟流体运移通道。研究成矿流体通道可为成矿过程研究提供信息并可用来指导热液矿床的勘查。流体包裹体的均一温度被用于韩国Sandong钨矿隐伏矿体的发现中(Kun，1991)。不同位置的均一温度不同，通过在三维空间内对这些数据进行插值，可以看出温度的分布趋势，进而推断热液流动的路径。

对彩霞山铅锌矿Ⅱ号矿体的均一温度数据采用三维距离反加权的方法进行了插值，模拟出三维热流场的分布形态(图4)。图中暖色表示较高的均一温度，冷色表示较低的均一温度。有利的成矿温度区间在190°～240°之间，在图4中以蓝色—绿色来表示。较高的温度和较低的温度占据的三维空间较小。颜色从红色变到蓝色表明流体从暖色区域流动到冷色区域。黄色和红色晕对应于Ⅱ号矿体附近的闪长斑岩。在矿体最东边紧邻着闪长斑岩岩体。高温晕与较低温度晕的突变接触表明温度的迅速变化。这种温度的突变对成矿物质从流体中沉淀出来是必要的。因此，在高温区域附近的带是有利的找矿位置。将温度模型与铅锌异常体模型进行对比发现，异常体在高温区域的边界附近，表明流体包裹体中的热流量分布是矿产勘查的有利指标。

图4 彩霞山铅锌矿Ⅱ号矿体均一温度三维模型

采用了同样的方法对盐度数据进行处理，结果见图5。对比研究表明，Pb、Zn元素异常体在高盐度地区的边界附近。

图5 彩霞山铅锌矿Ⅱ号矿体盐度三维模型

4．2 流体包裹体成分的三维数值模型

流体包裹体成分不仅能提供流体组成的信息，也可以用来研究成矿流体金属元素之间空间相关性。采用距离反加权方法对流体包裹体离子组分数据进行空间插值并建立了三维数值模型(图6)。

图6 彩霞山铅锌矿Ⅱ号矿体流体包裹体成分的三维模型

将流体包裹体离子成分的三维数值模型与成矿元素的地球化学异常体进行比较可用来研究其空间相互依存关系。对比研究表明，阳离子Al3+、Ca2+、K+、Li+、Mg2+、Na+和阴离子Cl－、SO的分布于Pb+Zn异常的空间分布相关性不强。但是，F－和NO的分布则与Pb+Zn异常分布一致。铅和锌可以溶解在流体中形成卤化物、硝酸盐和硫酸盐等物质。Cl－和SO2－4比F－和NO－3更易于被S2－交代。在矿物生长捕获流体时，由于S2－和Cl－已经随着矿质的沉淀而析出，流体中S2－和SO2－4的含量变少。因此，流体包裹体中的F－和NO－3在矿化带周围形成异常晕，并可用来作为找矿标志。Mg2+异常在研究区广泛分布，这是由于矿区大量碳酸盐岩存在的结果，因此意义不大。

5 结论

根据对彩霞山铅锌矿床流体包裹体温度和盐度数据的统计，该矿床为一中低温热液矿床，其有利的成矿温度为190～240℃，其含矿流体中的盐度也较低。对流体包裹体温度和盐度的三维数值模拟表明，成矿元素沉淀在较高温度和较高盐度区的边界位置，特别是在温度和盐度梯度变化较大的部位。温度和盐度梯度变化大的位置是矿体赋存的有利空间。

流体中的主要物质成分为 K+、Na+、Ca2+、成矿元素Pb、Zn在运移过程中可能与Cl－、F－等阴离子组成络合物，以络合物的形式迁移。当物理化学条件变化时，络合物分解，Pb、Zn与S2－组成更为稳定的硫化物而沉淀，而F－、NO官能团的活动能力小于Cl－，得以保存在包裹体中，使得在成矿元素异常与F－和NO浓度异常空间位置紧密。

对温度、盐度、F－和NO浓度的三维数值模拟可清楚地反映出这些参数与成矿元素之间的关系，可为本区矿床成因研究、矿床外围和深部勘查提供有价值的参考信息。因此，对流体包裹体的三维数值模拟研究值得进一步的探索。

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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;编辑：陆李萍

中国地质调查局地质调查项目“区域矿产资源调查三维地质建模应用示范研究”(1212011120446)和肖克炎长江大学“楚天学者”项目资助

孙莉(1981— )，女，助理研究员，主要从事矿产资源评价研究，E-mail：sunli0727@163．com