乌兹别克斯坦Uchkulach铅锌矿流体包裹体特征及矿床成因分析

郜臻臻，张招崇，程志国，MIRZAEV A U，NURTAEV B S，KODIROV O

(1.中国地质大学(北京) 地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 100083；2.乌兹别克斯坦科学院 地质与地球物理研究所，塔什干 100041)

0 引 言

西天山分布有众多的大—中型铅锌矿床，如乌兹别克斯坦的Kurgashinkan铅锌矿床(Zn+Pb 1.5 Mt)[1]、哈萨克斯坦Tekeli铅锌矿床(Zn+Pb 7 Mt)[2]、中国乌拉根铅锌矿床(Zn+Pb >3 Mt)[3-4]、霍什布拉克铅锌矿床(Zn+Pb 0.45 Mt)[5]等。我国新疆西南天山目前已发现的铅锌矿床(点)达200余处[6]，其中有大量铅锌矿床产出于泥盆系碳酸盐岩地层中，如霍什布拉克铅锌矿床、沙里塔什铅锌矿床、喀尔勇库勒铅锌矿床等[7-8]。但对这类铅锌矿床成因认识的分歧仍然较大[9]，存在诸如SEDEX型(CD型)、沉积-改造型、岩浆热液型、MVT型等多种认识。因此，对比境外南天山同类型矿床，有助于了解区域成矿特征，并且对指导我国境内南天山铅锌矿床的找矿具有重要意义。

图1 西天山金铜铅锌成矿带区域构造矿产简图[5,7,10-15]Fig.1 Sketch tectonic map showing Au, Cu, Pb-Zn deposits in the western Tianshan [5,7,10-15]

Uchkulach大型铅锌矿床位于乌兹别克斯坦中部，大地构造上属于中亚造山带南天山部分。矿体顺层产出于中泥盆统白云岩和灰岩地层中。总体上，目前对该矿床的研究较少，少数学者根据矿体下伏酸性火山岩，推断Uchkulach铅锌矿床受酸性火山岩控制，通过岩浆热液将成矿物质带入沉积盆地，成矿作用和火山活动具有密切联系，属于火山-沉积型铅锌矿床[1]。因此他们提出成矿物源主要是来自大洋盆地，同时有少量岩浆来源，并认为火山活动频繁的时期，也正是矿石沉积作用最强烈的时期[1]。然而，上述观点缺乏其他方面的证据。众所周知，区分铅锌矿床是和岩浆活动有关还是和盆地流体有关，成矿温度是一个重要参数，所以本文拟通过对Uchkulach铅锌矿床的流体包裹体研究，测定均一温度，再结合其他特征，为该矿床成矿类型提供流体包裹体的证据，并为我国西南天山铅锌矿床的找矿提供重要信息。

1 地质背景

中亚造山带是全球最大的显生宙增生型造山带，北临东欧克拉通和西伯利亚克拉通，南面是塔里木克拉通和华北克拉通(图1(b))[5,7,10-15]。中亚造山带由许多微陆块和地体碎片拼合而成，地质过程极为复杂。其中，主要的地质事件包括古亚洲洋的闭合和其后形成的特提斯洋演化以及晚石炭世—早二叠世特提斯洋的闭合，其复杂的地质过程形成了丰富的金铜铅锌矿床。

乌兹别克斯坦Nuratau地区隶属于境外南天山的阿赖微陆块，是一个褶皱逆冲带，区域内发育NW向断层和大量平行于断层的透镜状岩石。这些透镜体直径范围在数十至数百米之间，延伸可达数百米。在每个透镜体内，其地层学和岩石学上都具有一定程度的相似性和可对比性。区域地层和透镜体时代分布从奥陶纪到石炭纪。奥陶纪从早到晚分别为含燧石条带灰岩、白云岩，薄层状硅质岩夹少量砂岩，砂岩夹硅质岩、泥岩。奥陶纪地层缺乏生物化石记录，发育有平行层理和交错层理，燧石与灰岩的比例随着层位的上升而增加。志留纪以碳酸盐岩为主，夹有硅质岩和砂岩，其中底部为泥晶灰岩，中部出现大量内碎屑灰岩、泥晶灰岩，顶部则主要为亮晶生屑灰岩。泥盆纪地层出现更多的生物化石，地层层理通常不发育，地层岩石以碳酸盐岩为主，夹有少量碎屑岩，生物化石种类繁多，包括海百合碎屑、龙介虫属生物、横板珊瑚和藻类化石等[16]。石炭纪主要是气孔杏仁状玄武岩，夹凝灰岩、薄层状灰岩和薄层状硅质岩。

2 矿床地质特征

乌兹别克斯坦Uchkulach铅锌矿区的地理坐标为：N39°10.804′-40°23.566′，E67°12.735′-67°44.558′[16]。矿区内主要出露的地层有中泥盆统流纹岩-英安岩以及粗面流纹质凝灰岩，中泥盆统(D2gv)白云岩、灰岩，中—上泥盆统(D2gv-D3t)生物碎屑灰岩，上泥盆统(D3f)泥灰岩以及石炭系砂岩、粉砂岩(图2)。其中中泥盆统沉积岩分为上Uchkulach组和下Uchkulach组，上Uchkulach组主要为白云岩、含矿灰岩，夹有少量砂岩、粗砂岩，下Uchkulach组由灰岩、含矿白云岩、泥灰岩和泥砂岩、砂岩、粗砂岩的互层组成。矿体主要产出于中泥盆统下Uchkulach组的顶部和上Uchkulach组中部。前苏联学者通过地层接触关系，认为Uchkulach铅锌矿形成时代应为中泥盆世至中—上泥盆世的吉维期和弗拉斯期。另外，矿区主要发育有EW向和NW向断裂。

Uchkulach铅锌矿床主要的含矿构造是背斜翼部和转折端的穹窿构造。矿体可呈3种产状产出：顺层式、穿切式和复合式。东部矿体产出形态主要有层状、条带状和透镜状，为顺层式[1](图2)，而西部以穿切式为主。矿体规模从数百米到千米不等，沿走向最长可达1 350 m，厚度可达500 m。铅的平均品位为1.71%，锌为1.88%，银为2.4～42.19 g/t，此外还有0.004～0.13 g/t的镉和9～11 g/t的钡[1]。

矿石主要呈交代结构，金属矿物交代早期形成的白云石。矿石构造主要为浸染状构造，其中矿石矿物含量为15%～20%。主要矿石矿物有方铅矿、闪锌矿，脉石矿物主要为白云石、方解石，还有少量的黄铁矿和重晶石。方铅矿粒径变化范围为0.75～2 mm，多呈自形—半自形粒状，可见方铅矿交代白云石或充填白云石缝隙(图3a,b)。闪锌矿颗粒较小，粒径变化范围为50～200 μm，多呈半自形粒状产出(图3c,d)。白云石则主要呈自形—半自形，明显经历过重结晶作用。重晶石可呈单晶和集合体产出，其中单晶呈自形板状，集合体呈放射状，显示出热液矿物的特征。重晶石常与方铅矿共生，闪锌矿则更多地产出于白云石的粒间孔隙之中。围岩蚀变的主要类型有白云石化、碧玉化、硅化、赤铁矿化和泥化。

图2 Uchkulach铅锌矿矿区地质简图[1]Fig.2 Schematic geological map of the Uchkulach lead-zinc deposit[1]1.石炭纪砂岩、粉砂岩;2. 晚泥盆世泥灰岩;3.中—晚泥盆世生物碎屑灰岩; 4.中泥盆世上Uchkulach组白云岩、含矿灰岩; 5.中泥盆世下Uchkulach组灰岩、含矿白云岩; 6.中泥盆世流纹-英安岩; 7.矿体;8.断层;9.矿区范围

图3 Uchkulach铅锌矿石显微镜下照片Fig.3 Photomicrographs of selected samples from the Uchkulach lead-zinc ore deposita.单偏光下方铅矿和重晶石共生;b.反射光下方铅矿和重晶石共生;c.单偏光下闪锌矿和白云石共生;d.反射光下闪锌矿和白云石共生

3 样品及测试方法

本次采集的样品为产于乌兹别克斯坦Uchukulach铅锌矿区中泥盆统(D2gv)含矿白云岩中的矿石，矿石呈明显的交代结构，浸染状构造，矿石矿物主要为方铅矿，含有少量闪锌矿，脉石矿物主要为白云石，含有少量重晶石、黄铁矿和黄铜矿。流体包裹体测温研究对象为矿石样品中的重晶石和闪锌矿。

流体包裹体显微测温研究在中国地质大学(北京)地球科学与资源学院流体包裹体实验室完成。显微冷热台为Linkam THMS600型，可测温度范围为-200～600 ℃，该冷热台在-80～-70 ℃的温度区间的测定精度为±0.5 ℃，-70～100 ℃区间为±2 ℃，在100～500 ℃区间为±2 ℃。分析对象全部为H2O-NaCl体系包裹体，测定均一温度和冰点温度。

本文对乌兹别克斯坦Uchukulach铅锌矿矿石中的方铅矿、闪锌矿和重晶石进行了电子探针分析。电子探针分析在中国地质大学(北京)科学研究院电子探针实验室进行，电子探针型号是日本岛津公司生产的EPMA-1600型，加速电压15 kV，束流1×10-7A，束斑直径1 μm。

4 流体包裹体特征

图4 Uchkulach矿石样品流体包裹体显微特征Fig.4 Photomicrographs of fluid inclusions from the Uchkulach lead-zinc oresa.重晶石流体包裹体; b.闪锌矿流体包裹体

Uchkulach铅锌矿流体包裹体主要分布于重晶石和闪锌矿中，在白云石中也发现少量流体包裹体。流体包裹体仅有两种类型：纯液相包裹体和气—液两相包裹体。本文主要选取重晶石和闪锌矿中的气—液两相包裹体进行分析测试。单个重晶石颗粒为自形板状，集合体呈放射状分布，晶体透明并且发育大量流体包裹体群。流体包裹体群为原生包裹体，在狭小的视域内，大量流体包裹体呈面状分布，包裹体形态较复杂，以椭圆形为主，也出现长条形、四方形和不规则状。其中，气液两相包裹体约占80%以上，粒径大小变化范围在1.6～6.3 μm×2.6～7.0 μm，气液比在5 %左右(图4a)。此外，本次研究还对闪锌矿中的流体包裹体进行分析测试，其包裹体一般较重晶石大，数量较少。闪锌矿中的包裹体形态不一，有三角形、四方形和椭圆形。其中只有50%左右为气液两相包裹体，粒径大小为3.6～6.8 μm×4.6～7.8 μm之间，气液比为5%左右(图4b)。

5 测试结果

5.1 流体包裹体

均一温度测试结果显示，Uchkulach铅锌矿的重晶石流体包裹体(n=80)均一温度在71～153 ℃之间，冰点温度在-8.8～-16.4 ℃之间，盐度范围为12.6%～19.8%[17]，其中69个流体包裹体温度区间为93～133 ℃。闪锌矿流体包裹体(n=10)均一温度为108～145 ℃，除1个样品外，其余流体包裹体的温度为108～128 ℃，冰点温度为-7.4～-16.9 ℃，盐度范围为11.0%～20.2%[17]。

5.2 矿物成分

5.2.1 方铅矿

Uchkulach铅锌矿方铅矿中铅含量为84.95%～86.38%，硫含量为13.11%～13.63%，其中有3个样品含有锌，锌的含量分别为0.27%、0.28%、0.34%。其多数样品的Pb/S值大于1，然而有2个样品的Pb/S值小于1，显示出Pb亏损和S富集的特征。

5.2.2 闪锌矿

闪锌矿中锌的含量为64.61%～65.81%，硫含量为32.87%～33.13%。其Zn/S值都小于1，具有Zn亏损S富集的特征。闪锌矿中铁含量为0.1%～0.39%，铅含量为0.48%～1.41%。其铁含量较低(<6%)，且变化范围较小，属于浅色闪锌矿。

表1 Uchkulach铅锌矿闪锌矿、方铅矿电子探针分析结果 (wB/%)

表2 Uchkulach铅锌矿重晶石电子探针分析结果(wB/%)

图5 Uchkulach铅锌矿围岩生物碎屑灰岩Fig.5 Bioclastic limestone from the Uchkulach lead-zinc deposita.生物碎屑灰岩显微特征；b.生物碎屑灰岩手标本

5.2.3 重晶石

重晶石的成分较为均一，BaO含量为60.97%～63.78%，SO3含量为35.69%～36.36%，SrO含量为0.59%～2.68%，此外部分重晶石还有少量MgO和FeO。

5.3 化石鉴定

图6 Uchkulach铅锌矿成矿流体均一温度直方图、均一温度与盐度协变图Fig.6 Histograms of homogenization temperature and salinity versus homogenization temperature of ore-forming fluid inclusions in the Uchkulach lead-zinc deposit

本次研究在中—上泥盆统地层(D2gv-D3t)中发现了生物碎屑灰岩(图5b)，并制作了光薄片。通过显微镜观察，虽然部分生物碎屑已经发生重结晶作用，破坏了生物的部分显微结构(图5a)，但是在单个生物化石中，仍然可以清晰地看到向中心生长的碳酸盐纤维，显示出腔肠动物的特征。对比McCann et al. 报道的区域生物化石，可知Nuratau地区主要发育有四射珊瑚和横板珊瑚两种腔肠动物[16]。而镜下生物化石不发育隔壁，因此排除了四射珊瑚的可能，与横板珊瑚的特点更为接近。

6 讨 论

6.1 成矿流体特征与来源

本次测得流体包裹体均一温度为71～153 ℃(图6)，集中分布在93～133 ℃的区间，盐度为11.0%～20.2%，其中有66个包裹体盐度在15%以上。因此，Uchkulach铅锌矿床的成矿流体具有低温中盐度的特征。

Fe和Zn具有相似的地球化学性质，离子半径也相近，可以形成类质同象，前人研究表明，闪锌矿中Fe元素的含量和成矿温度具有一定的正相关性[18-19]，因此当矿床中出现了闪锌矿+黄铁矿的矿物组合时，闪锌矿可以作为一种潜在的地质温度计：当闪锌矿中铁含量大于6%，亦即闪锌矿为铁闪锌矿时，成矿温度主要属于中温(200～300 ℃)；而当闪锌矿中铁含量小于6%时，成矿温度为低温(低于200 ℃)。Uchkulach铅锌矿的闪锌矿铁含量都很低(0.1%～0.39%)，说明成矿温度很低，这也与流体包裹体测温结果(<200 ℃)一致。

图7 Uchkulach铅锌矿床流体包裹体均一温度与盐度散点图解(底图据Beane[21])Fig.7 Salinity versus homogenization temperature of fluid inclusions in the Uchkulach lead-zinc deposit (base map after Beane[21])

Leach et al. 认为MVT型铅锌矿床的流体包裹体均一温度范围为50～250 ℃，少部分可达300 ℃，但主要分布区间为90～150 ℃，其盐度变化范围在10%～30%之间，流体来源主要是浓缩的海水[20]。而Uchkulach矿床具有典型的低温中盐度的流体特征[21](图7)，与MVT型矿床成矿流体的特征是一致的，而与高温的岩浆流体特征差别较大[22-23]。这与前苏联学者“Uchkulach是由岩浆热液将成矿物质带入沉积盆地”的认识不一致。同时，成矿流体不含CO2，也说明其与变质流体不同[24]。这些特征都指示成矿流体可能是一种盆地卤水，而并非岩浆流体。

6.2 Uchkulach铅锌矿与MVT型矿床的对比

Leach et al. 对MVT型铅锌矿床的主要特点有过较详尽的描述，并归纳了MVT型铅锌矿床的主要特征[20](表3)。本文根据已有数据和资料，将Uchkulach铅锌矿床与典型MVT型铅锌矿床进行对比分析。

McCann et al. 通过对Nuratau区域奥陶纪至早二叠世的地层分析，认为奥陶纪至早石炭世Nuratau地区处于被动大陆边缘下稳定伸展的碳酸盐岩台地的沉积环境[16,25]。本次研究中横板珊瑚的发现进一步反映Uchkulach铅锌矿床产出于浅海碳酸盐岩台地，甚至与生物礁台地也具有成因上的关系。

Uchkulach铅锌矿床赋矿地层为中泥盆世灰岩、白云岩，成矿时期为吉维期(中泥盆世晚期)至弗拉斯期(中—晚泥盆世早期)。显微镜下可见方铅矿充填白云石孔隙，交代白云石(部分白云石交代不完全，残留在方铅矿颗粒中)，方铅矿和放射状重晶石、闪锌矿具有共生关系。此外，早期形成的白云石，被晚期形成的闪锌矿交代后，呈不规则形状残留于闪锌矿中，也表明Uchkulach是后生成矿的。Uchkulach的矿石矿物和脉石矿物都与典型的MVT型矿床一致。

表3 Uchkulach铅锌矿与MVT型矿床的对比

本次对Uchkulach铅锌矿石中重晶石和闪锌矿的流体包裹体测试数据(均一温度主要分布在93～133 ℃之间，盐度为10.98%～20.15%)落在典型的MVT型矿床范围内。通过流体包裹体温度—盐度协变图以及未发现含CO2流体包裹体的特征，排除了其成矿流体来源为盆地卤水以外的可能性。

7 结 论

(1)乌兹别克斯坦Uchkulach铅锌矿床的重晶石和闪锌矿流体包裹体，仅有纯液相和气液两相。其中重晶石流体包裹体(n=80)均一温度为71～153 ℃，集中分布在93～133 ℃之间，冰点温度为-8.8～-16.4 ℃，盐度为12.6%～19.8%。闪锌矿流体包裹体(n=10)均一温度为108～145 ℃，冰点温度为-7.4～-16.9 ℃，盐度为11.0%～20.2%，成矿流体具有低温中盐度的特征，为盆地卤水(或浓缩的海水)。

(2)在Uchkulach铅锌矿围岩中发现了横板珊瑚化石，结合前人分析，认为泥盆纪该区域的大地构造背景为被动大陆边缘的碳酸盐岩台地。

(3)Uchkulach铅锌矿的矿床地质特征和成矿流体特征与MVT型铅锌矿具有可对比性，因此认为Uchkulach铅锌矿为MVT型矿床。

致谢：在野外工作过程中乌兹别克斯坦地质与地球物理研究所相关工作人员给予了大量帮助，中国地质大学(北京)高金汉教授和张海军博士在化石鉴定工作中给予了指导，审稿专家提出了宝贵的建议，在此一并表示衷心感谢。

参考文献：

[1] TURAMUTRATOV I B, ISOKOV M U, HODJAEV N T, et al. Atlas of Ore Deposits Models of Uzbekistan[M]. Tashkent: State Committee of Republic of Uzbekistan on Geology and Mine-ral Resources,Scientific Research Institute of Mineral Resources, 2011: 1-100.

[2] 彭守晋. 对苏联捷克利等矿床的考察 [J]. 新疆有色金属, 1990(3): 51-58.

[3] 李志丹, 薛春纪, 董新丰, 等. 新疆乌恰县乌拉根铅锌矿床地质特征S-Pb同位素组成[J]. 地学前缘, 2013, 20(1): 40-54.

[4] XUE C J, CHI G X, LI Z D, et al. Geology, geochemistry and genesis of the Cretaceous and Paleocene sandstone and conglome-rate-hosted Uragen Zn-Pb deposit, Xinjiang, China: a review[J]. Ore Geology Review, 2014, 63: 328-342.

[5] 李志丹, 薛春纪, 董新丰, 等. 新疆霍什布拉克铅锌矿床微量元素地球化学[J]. 岩石矿物学杂志, 2014, 33(3): 540-550.

[6] 叶庆同, 吴一平, 傅旭杰, 等. 西南天山金和有色金属矿床成矿条件和成矿预测[M]. 北京: 地质出版社, 1999:129-140.

[7] 王宏运, 吴新忠, 董雷杰, 等. 新疆西南天山喀尔勇库勒地区铅锌矿类型及成矿机理探讨[J]. 矿产与地质, 2014, 28(6): 674-678.

[8] 张舒, 张招崇, 黄河, 等. 南天山沙里塔什铅锌矿床地质特征及S、Pb同位素特征研究 [J]. 现代地质, 2010, 24(5): 856-865.

[9] 李志丹, 薛春纪, 张舒, 等. 新疆西南天山霍什布拉克铅锌矿床同位素地球化学及成因[J]. 矿床地质, 2010, 29(增刊): 468-469.

[10] XIAO W J, ZHANG L C, QIN K Z. Paleozoic accretionary and collisional tectonics of the eastern Tianshan (China): implications for the continental growth of central Asia [J]. American Journal of Science, 2004, 304: 370-395.

[11] 何国琦, 朱永峰. 中国新疆及其邻区地质矿产对比研究 [J]. 中国地质, 2006, 33(3): 451-460.

[12] ABZALOV M. Zarmitan granitoid-hosted gold deposit, Tian Shan belt, Uzbekistan[J]. Economic Geology, 2007, 102(3): 519-532.

[13] GAO J, LONG L L, KLEND R, et al. Tectonic evolution of the South Tianshan orogen and adjacent regions, NW China: Geochemical and age constraints of granitoid rocks [J]. International Journal of Earth Sciences, 2009, 98(6): 1221-1238.

[14] 薛春纪, 赵晓波, 莫宣学, 等. 西天山“亚洲金腰带”及其动力背景和成矿控制与找矿 [J]. 地学前缘, 2014, 21(5): 128-155.

[15] BISKE Y S, SELTMANN R. Paleozoic Tian-Shan as a transitional region between the Rheic and Urals-Turkestan oceans [J]. Gondwana Research, 2010, 17(2/3): 602-613.

[16] MCCANN T, NURTAEV B, KHARIN V, et al. Ordovician-Carboniferous tectono-sedimentary evolution of the North Nuratau region, Uzbekistan (Westernmost Tien Shan) [J]. Tectonophy-sics, 2013, 590: 196-213.

[17] BODNAR R J. Revised equation and table for determining the freezing point depression of H2O-NaCl solutions[J]. Geochimca et Cosmochimca Acta, 1993, 57: 683-684.

[18] 刘铁庚, 叶霖, 周家喜, 等. 闪锌矿的Fe, Cd关系随其颜色变化而变化 [J]. 中国地质, 2010, 37(5): 1457-1468.

[19] KULLERUD G. The FeS-ZnS system, a geological thermometer [J]. Norsk Geologisk Tidsskrift, 1953, 32: 61-147.

[20] LEACH D L, BRADLEY D C, HUSTON D, et al. Sediment-hosted lead-zinc deposits in earth history [J]. Economic Geology, 2010, 105(3): 593-625.

[21] BEANE R E. The magmatic-meteoric transition[M]//Geothermal Resources Council.The Role of Heat in the Development of Energy and Mineral Resources in the Northern Basin and Range Province.Davis,California:Geothermal Resources Council, 1983: 245-253.

[22] 韩朝辉, 宋玉财, 刘英超, 等. 伊朗Emarat铅锌矿床成矿特征及矿床成因研究 [J]. 地质学报, 2015, 89(6): 1595-1606.

[23] 刘英超, 侯增谦, 杨竹森, 等. 青海玉树东莫扎抓铅锌矿床流体包裹体研究 [J]. 岩石学报, 2010, 26(6): 1805-1819.

[24] 涂光炽. 论改造成矿兼评现行矿床成因分类中的弱点[M]//中国科学院地球化学研究所. 地球化学文集. 北京: 科学出版社, 1986: 1-7.

[25] PICKERING K T, KOREN T N, LYTOCHKIN V N, et al. Silurian-Devonian active-margin deep-marine systems and palaeoeography, Alai Range, Southern Tien Shan, Central Asia [J]. Journal of the Geological Society of London, 2008, 165(1): 189-210.