东天山成矿带典型铜、金矿床成矿流体与成矿作用研究

赵玉京，代俊英，陈晔

（新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830000）

东天山成矿带位于天山成矿带东部，西起小热泉子，东至甘新交界，是我国重要的铜、镍、金、铁、铅锌等大型矿床集中区[1]。近年来，区内相继发现大量矿床，前人对该区成矿类型、矿床控矿因素（地层-构造-岩浆岩）等基础地质研究已较成熟，但对东天山成矿带上流体成矿机制的研究略滞后。地质流体是一定地质作用的产物，矿床的形成过程与特定地质构造背景下地质流体的产生、运移和聚集具密切联系，不同的成矿机制指示着不同的成矿流体[2]。东天山地区矿床密集产出于晚古生代早中石炭世—早二叠世，从时间上看，属同期板块活动产物。前人对新疆东天山地区部分金矿床成矿流体进行了研究[3-6]，该区典型金矿床矿石流体包裹体小，以气液两相包裹体为主，未见含子矿物包裹体，含CO2包裹体相对小、少，流体的盐度低，流体的温度主要是中低温。相同类型金矿床成矿流体水的来源相近，不同类型金矿床水的来源差异显著。目前对该区铜矿床成矿流体的研究相对较少[7-9]，缺乏不同类型铜矿成矿流体特征的对比研究。成矿流体的研究，可为矿床成因研究和成矿地质环境及区域找矿潜力提供依据。因此，笔者在前人研究的基础上，选取东天山成矿带上小热泉子铜锌矿、土屋铜矿、红石金矿、石英滩金矿、康古尔金矿等典型矿床，进行成矿流体研究，以期从成矿带角度探究东天山地区地质流体与成矿关系，进一步丰富该区成矿系统研究。

1 区域地质背景

东天山大地构造上位于古亚洲洋南缘，是哈萨克斯坦-准噶尔板块和塔里木板块聚合地区，经历了极其复杂的裂解和拼合的构造演化历史。区内矿产成矿时代的高峰集中在晚古生代早中石炭世—早二叠世，与该区碰撞造山作用发生的时代相吻合。前人根据地层-构造体系将东天山分为北、中、南3条地层构造带（图1）[10]，其中北带位于吐哈盆地南缘，地层出露齐全，主要包括中奥陶统荒草坡群大柳沟组海相钙碱性系列的钠质中酸性火山碎屑岩-熔岩建造，中—上志留统红柳峡组海相晶屑岩屑凝灰岩、凝灰质砂岩等及石炭系海相火山-沉积岩建造。中带为康古尔剪切带，夹于康古尔断裂与雅满苏断裂之间，为一套变形变质强烈的无序地层-构造岩片。南带位于雅满苏大断裂与阿齐克库都克大断裂之间，出露下石炭统雅满苏组火山岩和上石炭统土古土布拉克组陆相玄武岩。

东天山成矿带矿床类型众多，空间上具明显分带性（图1）[1]。其中铁矿多集中在南带，铜镍矿床多集中在北带（小热泉子、土屋、延东等铜矿在西部，土墩、黄山东、图拉尔根等铜矿在东部），金矿多集中在北纬42°地区。

图1 东天山地区构造格架及典型矿床Fig.1 Simplified geologic map showing the tectonic framework and distribution of ore deposits in Eastern Tianshan

2 典型矿床成矿流体特征

1.2 成矿流体温度、盐度特征

据前人研究资料，整理出典型矿床流体特征（表1）。从表1看出[4,9,12,13]，东天山地区典型铜、金矿床流体包裹体寄主矿物主要为石英，除此之外，小热泉子铜锌矿床和红石金矿分别又选取了萤石和方解石作为包裹体的寄主矿物进行流体研究，流体包裹体整体较小。

小热泉子铜矿流体包裹体类型以气液两相为主，成矿共分两个主要阶段，喷流期完全均一温度为87℃～126℃，热液期完全均一温度为120℃～225℃，盐度为6.34%～14.55%，密度为0.920～1.001 g/cm3。土屋铜矿流体包裹体类型以气液两相为主，均一温度范围为125℃～363℃，峰值为140℃～200℃，盐度0.18%～15.37%，峰值范围在2%～10%。红石金矿流体包裹体类型主要为气液两相，少量为含CO2三相包裹体，完全均一温度为113℃～353℃，具两个峰值范围：140℃～150℃和200℃～250℃，盐度为1.05%～10.73%，密度0.72～0.97 g/cm3。康古尔金矿流体包裹体以气液两相为主，少量为含CO2三相包裹体，完全均一温度为130℃～310℃，峰值为120 ℃～220 ℃，盐度4.2%～9.1%，密度0.80～0.86 g/cm3。石英滩金矿流体包裹体类型主要为气液两相，完全均一温度为129℃～236℃，盐度为1.9%～2.74%，密度为0.85～0.96 g/cm3。

表1 东天山成矿带典型铜、金矿床流体特征Table 1 Cu and Au deposits fluid charateristics in Eastern Tianshan

通过对比发现，包裹体在物相上大致相似，多以气液两相包裹体为主，含CO2三相包裹体较少、较小，未见含子矿物三相包裹体。流体包裹体均一温度测试结果显示，小热泉子铜锌矿成矿流体均一温度具两个范围，在喷流沉积期具典型低温成矿特点，而热液期成矿流体均一温度略高。小热泉子铜锌矿属典型VMS型矿床，热液期成矿温度明显高于喷流沉积期成矿温度，这一结论与前人对于VMS型矿床的研究成果一致，即VMS型矿床中通道相流体温度较高，而沉积相温度较低。土屋铜矿流体包裹体均一温度峰值为140℃～200℃。红石金矿流体包裹体均一温度具两个峰值范围，指示成矿具不同期次互相叠加特点。康古尔金矿和石英滩金矿成矿流体均一温度峰值范围基本相同。3个金矿床成矿流体均一温度具红石金矿（113℃～353℃）＞康古尔金矿（130℃～310℃）＞石英滩金矿（129℃～236℃）特征。流体包裹体测温结果显示，成矿流体均一温度总体上为中低温，金矿成矿流体均一温度略高于铜矿。

盐度对比显示，小热泉子铜锌矿成矿流体盐度6.34%～14.55%，土屋铜矿成矿流体盐度为0.15%～15.37%，红石金矿成矿流体盐度为1.05%～10.73%，康古尔金矿流体盐度为4.2%～9.1%，石英滩金矿流体盐度为1.9～2.74%。总体上看，不同矿种之间差异明显，小热泉子铜锌矿、土屋铜矿成矿流体盐度明显高于3个金矿流体盐度。这种差异可能与成矿体系构造发育有关，铜矿床成矿环境相对开放，与卤水发生交换程度高，成矿热液盐度高，因此包裹体捕获流体盐度也相对偏高。流体密度计算结果显示，小热泉子铜锌矿流体密度明显高于3个金矿床流体密度。铜矿流体与金矿流体对比显示，二者流体均一温度大致相当，而前者具更高的盐度、密度。陈衍景等将金矿床的成矿流体分为改造热液、变质热液和岩浆热液3个端元性成分[11]，并指出改造热液以低温、低盐度、低CO2含量为特征，主要来自大气降水；变质热液以中温、低盐度、高CO2含量为特征；岩浆热液以高温、高盐度、高CO2含量为特征。因此，据石英滩金矿、红石金矿和康古尔金矿温度、盐度及CO2含量特征，这3类金矿成矿流体明显属于改造热液。

2.2 成矿流体H-O同位素特征

成矿流体与其他流体之间的关系，常用σD-σ18OH2O图解表示[14]。测试结果显示（表2），土屋铜矿石英包裹体H2O的σD值组成为-70‰～-66‰，属正常岩浆水值范围（-85‰～-50‰）[15]，石英的σ18OH2O值为9.4‰～12.3‰。小热泉子铜锌矿石英包裹体H2O的σD值为-105‰～-52.2‰，石英的σ18OH2O组成6.5‰～9.5‰。小热泉子铜锌矿石英包裹体H2O的σD明显低于岩浆水。

一般引起δD值降低的主要因素有[15]：①氧逸度的改变；②氢同位素的分离作用，如CH4或H2的溢出；③岩浆脱气作用；④大气降水或海水的混合。主成矿阶段大量硫化物的沉淀，表明氧逸度未发生改变。小热泉子铜锌矿流体包裹体气相成分为CH4、H2和N2[12]，因此氢同位素的分离作用是导致δD值降低的因素之一。

小热泉子铜锌矿、土屋铜矿成矿流体水的σD-σ18OH2O图解中（图2），氢氧同位素投图落点具远离变质水，偏向大气水和岩浆水之间，成矿流体具大气水和岩浆水混合的特点。因此，大气降水的混合是小热泉子铜锌矿成矿流体水的δD值降低的另一重要因素。

康古尔金矿石英包裹体H2O的δD组成为-66‰～-45‰，石英的δ18OH2O组成11.5‰～13.2‰，红石金矿石英包裹体H2O的δD值变化范围较大，同位素组成为104‰～-63‰，石英单矿物δ18O组成为13.8‰～15.5‰。两类金矿对比显示，红石金矿床石英包裹体中H2O的δD值变化范围更大，而石英的δ18O值较集中，均大于岩浆水的氧同位素范围（氢同位素：-85‰～-50‰，氧同位素：5.5‰～10‰）[15]。整体上金矿床比铜矿床氢同位素变化范围更大，且氧同位素的值更高。

图2 东天山地区典型铜、金矿床成矿流体δ18OH2O-δD关系图Fig.2 δD-δ18O correlation map of the mineralizing fluid from typical Au and Cu deposits in eastern Tianshan

表2 东天山地区典型铜、金矿床流体包裹体H-O同位素测试数据Table 2 Oxygen and hydrogen isotopic compositions of fluid inclusion from typical Au and Cu deposits in eastern Tianshan

σD-σ18OH2O图解显示（图2），红石金矿成矿流体H-O同位素值除一个点落于正常岩浆水的范围，其余6个落点均位于张理刚划定的金-铜和铁钴系列花岗岩初始混合岩浆水附近[16]。康古尔金矿氢氧同位素3个落点位于变质水附近，2个落点位于岩浆水和大气降水之间，还有1个落点位于大气降水线上。两类金矿的氢氧同位素对比结果表明，成矿流体落点均位于大气水与岩浆水之间，康古尔金矿成矿流体落点范围更广，σ18OH2O漂移的特征更明显，指示水-岩反应造成流体的氧同位素向富含σ18OH2O的方向“漂移”,而氢同位素则基本保持不变，且其成矿流体在演化过程中受大气水的影响比红石金矿更显著。

铜、金矿床氢氧同位素投图具有明显的差异，整体上看，金矿床流体氢氧同位素落点更靠近岩浆水，二者明显具有不同的成矿流体形成机制。

3 成矿作用研究

东天山成矿带矿产种类多样，就金矿、铜矿而言，又有多种成因类别。通过流体包裹体研究发现，同一大地构造背景下，不同种类的矿床流体包裹体在岩相学上具有一定的相似性。东天山地区包裹体类型多为气液两相，包裹体小且形态不规则，这与该区复杂的构造演化背景有关，更与康古尔韧性剪切带的发育直接相关。

赵泽南等获得的土屋斑岩铜矿含矿闪长玢岩锆石U-Pb测年结果为(335.1±3.1)Ma，显示土屋闪长玢岩侵位于石炭纪[17]。李华芹等对小热泉子铜锌矿喷硫沉积期多金属硫化物石英细脉和岩浆热液叠加期含铜石英细脉石英流体包裹体的Rb-Sr年代学研究表明[18]，早期矿化时代为（298±14）Ma，即火山喷流沉积期成矿作用发生于晚石炭世；晚期矿化时代为（264±20）Ma，即后期岩浆热液叠加（改造）成矿作用发生在早中二叠世。东天山地区金矿成矿年龄具有295～280 Ma和240～260 Ma两个时期[5]，前人对于康古尔韧性剪切带的糜棱岩研究表明，其形成于261～256 Ma[19]，这与康古尔金矿、红石金矿成矿年龄（260 Ma左右）基本一致。

东天山造山带在奥陶—泥盆纪，发育广泛的沟-弧-盆体系，在晚泥盆世逐渐演变为安第斯型大陆边缘；早石炭世初，洋壳向北俯冲关闭，中天山地块拼贴增生到吐哈地块南缘，成为哈萨克斯坦-准噶尔板块的组成部分，碰撞拼贴后发生岩石圈拆沉-幔源岩浆上涌作用，形成土屋-延东斑岩铜矿带，新形成的陆壳在早石炭世沿康古尔缝合带再次拉张裂陷，形成与裂隙槽-火山沉积有关的小热泉子VMS型铜锌矿床。早二叠世裂陷槽封闭过程使区内新陆壳初步固结为一个整体，随着地壳刚性程度的增加，变形作用集中在康古尔等线性构造薄弱部位，幔源岩浆的内侵作用为剪切带型金矿床的形成提供了热和部分成矿物质来源[10]。金的析出，即沉淀作用的原因是体系对成矿区域局部环境流体物理化学条件改变的响应[19]。该区金矿形成的重要原因是在脆性及脆性-韧性构造应力体系内，由于断裂破碎过程的演化引发局部巨大的压力梯度差。康古尔金矿、红石金矿床位于康古尔剪切带西段形成于剪切带由NS向挤压环境转换至右行走滑剪切变形阶段之后，该区在261～263 Ma的右行走滑阶段发生快速抬升，之后冷却。剪切带既能为成矿流体的运移提供通道,又能为金的沉淀提供空间，成矿作用一般不受围岩性质和变质程度的控制。因此，该区韧性剪切带型金矿形成与该区由挤压向拉张走滑环境转换，抬升作用导致的压力、温度降低具有密切的成因联系。

4 结论

（1）东天山地区典型铜矿、金矿床成矿流体总体具有中低温、低盐度、低CO2特征，小热泉子铜锌矿两期成矿作用具有明显的两期成矿流体。总体上，铜矿比金矿具有更大的盐度变化范围，略低的成矿温度。

（2）氢氧同位素特征表明，两类矿床成矿流体均有大气水和岩浆水混合的特点。其中金矿对比显示，康古尔金矿大气水混合的程度较红石金矿更高；而铜矿对比显示，小热泉子铜锌矿流体氢同位素值范围更大，包裹体成分中CO2、N2含量更高，且大气水混合程度更高。

（3）东天山造山带演化与铜、金矿床具有密切的成因联系。铜、金矿床流体包裹体较小且具有明显剪切形态，指示康古尔韧性剪切带限制了带上铜、金矿床形成的时间和空间位置。

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