西准噶尔哈西金矿成矿物质来源的S-Pb同位素证据

蒋磊 汪滢 曾祥武 聂晓勇

摘  要：哈西金矿位于新疆西准噶尔哈图-萨尔托海金成矿带西延部分，矿体受NE向断裂控制，产于石炭系太勒古拉组中，与玄武岩关系密切。为示踪成矿物质来源，结合前人研究成果，对哈西金矿主要金属硫化物中黄铁矿、毒砂的S，Pb同位素组成进行测定。结果表明，哈西金矿金属硫化物的δ34S变化于0.3‰～1.8‰，平均1.2‰，组成较稳定，硫同位素频率直方图具明显塔式分布特征;矿石中金属硫化物206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值分别为18.021～18.13、15.525～15.59和37.923～38.123，均值分别为18.059、15.547和37.996，组成稳定，为正常普通铅;综合铅同位素μ值（9.36～9.48）、ω值（35.74～36.66）及构造环境演化图投图，认为哈西金矿床中成矿物质主要来自深源地幔，可能受到地壳物质的轻微混染。

关键词：新疆;哈西金矿;S-Pb同位素;成矿物质来源

新疆西准噶尔地区是新疆北部主要产金区，其中哈图-萨尔托海成矿带金矿密集分布，是最大的金矿聚集区。哈西金矿位于哈图-萨尔托海成矿带西延部分，行政区划属新疆托里县，是近期发现的具较大成矿潜力的金矿。前人对成矿带内较大金矿研究较多，如哈图、宝贝、鸽子沟、满硐山等，主要包括矿床成因、成矿作用、岩石地球化学、矿石矿物等方面[1-6]。目前对哈西金矿的研究较少，王治华等提出该金矿成矿规律及找矿标志[7]，王长青探讨了金矿成矿地质特征及成因[8]。本文在野外地质调查基础上，对哈西金矿硫化物进行硫、铅同位素测试，结合该区其他金矿（哈图、包古图）的研究数据，探讨哈西金矿成矿物质来源，为研究金矿成矿机制提供有效依据。

1  区域地质背景

哈西金矿位于准噶尔西北部，属哈萨克斯坦古板块与西准噶尔-吐鲁番古板块交接地带（图1）❶，主要由晚古生代褶皱山系组成，西南部出露少量早古生代中晚期褶皱带，属典型增生造山带，由板块经聚合-俯冲-增生作用形成。地层为古生界一套厚度巨大的浅海相细-极细的火山碎屑岩-陆源碎屑沉积岩。NE向断裂构造极发育，岩浆活动频繁，达尔布特深大断裂从本区通过，沿该断裂有基性、超基性岩分布，形成蛇绿岩套[9-17]。

2  矿床地质特征

哈西金矿区出露地层以石炭系太勒古拉组、包古图组为主。区内构造非常发育，断裂构造以NEE向为主，其中，安齐断裂是通过矿区内的区域性大断裂，是区内控矿断裂，亦是矿区的赋矿构造。矿区出露岩浆岩主要为玄武岩，地表上呈NE向条带状或孤岛状分布。矿区受区域变质作用影响，变质地质体以葡萄石-绿纤石相为特征，主要表现在东矿段安齐断裂上盘与玄武岩中间区段出现的一条片理化带，为片理化硅质粉砂岩，变质程度局部为片岩，地表出露明显，界线清楚。哈西金矿矿体主要赋存在安齐断裂上盘玄武岩内，共圈定金矿脉7条。矿体长短不一，呈中间宽两端窄的不规则似透镜体，地表呈分枝状，到地下复合为一条板状矿体。矿体围岩为玄武岩，矿体厚0.1～3.42 m，Au品位0.17×10-6～64.6×10-6。该矿带长9 km，宽约20～50 m，走向65°～70°，倾向NW向，倾角70°～85°，分东、西两段（图1）❶。

矿石构造主要有脉（网脉）状构造、条带状构造、角砾状构造、浸染状构造等。矿石结构主要有包含结构、自形粒状结构、半自形粒状结构、填隙结构、压碎结构等;矿石中金属矿物主要为黄铁矿、毒砂，次为黄铜矿、辉砷镍矿、自然金等。黄铁矿多呈自形-半自形结构、斑状压碎结构或与毒砂共生（图2-D，F，G）;毒砂多为自形-半自形结构，含少量黄铜矿，稀疏分布在石英中（图2-E，H，I）。非金属矿物主要有石英、方解石、斜长石、绿泥石等。其中黄铁矿、毒砂为主要载金矿物，石英、方解石及硫化物矿物次之。据矿物共生组合和穿插关系，将金矿形成过程划分为热液期、表生期，前者为石英-硫化物阶段、石英-硫化物-自然金阶段、碳酸盐阶段。其中石英-硫化物-自然金阶段有大量金属硫化物生成，自然金在本阶段形成，为金矿主要成矿阶段。

3  样品及测试方法

用于S，Pb同位素分析测试的4件样品采自哈西金矿I号矿带西段斜井和钻孔岩心中新鲜的、具代表性的矿石样品。矿石中可见自然金，主要硫化物为黄铁矿和毒砂。分析方法及步骤如下：选取具代表性样品，经手工逐级破碎、过筛，在双目镜下挑选40～60目、纯度大于99%的单矿物样品5 g以上，再在玛瑙钵里研磨至200目以下。样品分析測试在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。硫同位素通过测定SO2获得，生成的SO2用冷冻法收集用于测试，所用仪器为MAT-251质谱仪，测量结果以V-CDT为标准，分析精度优于±0.2‰。矿石硫化物铅同位素用热表面电离质谱法进行测量，仪器型号为ISOPROBE-T，测试温度为20℃，相对湿度20%，检测方法据GB/T17672-1999《岩石中铅、锶、钕同位素测定方法》，对1μg的208Pb/206Pb测量精度小于等于0.005%。

4  结果

4.1  硫同位素

本文得到的4件硫同位素结果与前人实验数据一同列入表1中。哈西金矿4件硫化物样品的δ34S值变化于0.3‰～1.8‰，均值1.2‰。其中2件黄铁矿和2件毒砂的δ34S值分别为1.6‰～1.8‰和0.3‰～1.1‰，均值分别为1.7‰和0.7‰。据前人研究[18]，如同一矿床的δ34S值变化范围低于10‰，表明该矿床矿石的硫源组成是均一、稳定的。

4.2  铅同位素

4件硫化物铅同位素测试分析结果显示（表2），哈西金矿铅的同位素比值较稳定，变化范围较小。206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb变化范围分别为18.021～18.13、15.525～15.59和37.923～38.123，极差分别为0.109、0.065和0.2，均值分别为18.059、15.547和37.996。

5  讨论

5.1  硫的来源

张理刚和Hoefs研究发现[22-23]，成矿热液总硫同位素根据组成的不同反应来源的差异性：（1）当δ34SΣs值接近于0‰时，代表该成矿热液总硫为地幔或幔源岩浆起源硫;（2）当δ34SΣs值近于20‰时，代表该成矿热液总硫来源于海水硫酸盐、硫酸盐岩或变质岩;（3）当δ34SΣs值近于-50‰～50‰时，代表该成矿热液总硫来源于沉积岩地层中硫酸盐还原硫化氢。哈西金矿成矿热液δ34SΣs在0值附近变化范围小，具明显的塔式分布效应。在硫同位素直方图上（图3）[24]，与西准噶尔地区其他金矿床硫化物的δ34S值分布一致，硫的来源为深部或地幔。

5.2  铅的来源

前人研究表明[25]，铅同位素源区的μ值、Th/U比值等特征参数值能反映铅的来源，通常高μ值的铅被认为是来自上地壳，低μ值的铅被认为是来自幔源和下地壳。哈西金矿矿石铅μ值为9.36～9.48，平均9.40，高于7.3～8.0（地幔原始铅的μ值）[26]，小于Doe提出的上地壳μ值（>9.58），表明来自下部地壳或上地幔铅。哈西金矿矿石铅的ω值为35.74～36.66，平均36.12，低于地壳平均值36.84[27];哈西金矿矿石铅的Th/U比值为3.70～3.74，平均3.72，大于3.47（中国大陆上地壳的Th/U比值）[28]，揭示成矿物质可能为上地幔与下部地壳物质混合。将哈西金矿铅同位素数据投到Zartman构造模式图上（图4）[29]，在208Pb/204Pb～206Pb/204Pb图解上，硫化物铅同位素投点落在造山带铅与地幔铅之间;在207Pb/204Pb～206Pb/204Pb图解上也显示类似结果，铅同位素投点大部分落于造山带铅和地幔铅附近，偏向造山带。由于造山带内壳幔作用强烈，常与深部作用过程有关，因此，这种落于地幔与造山带之间的铅应为深源铅。哈西金矿床中铅主要来自地幔，并在成矿过程中受到壳源铅的混染。朱炳泉等研究大量铅同位素数据[30]，提出矿石铅同位素的“△γ-△β成因分类图解”，并使用△α、△β、△γ分别表示铅的3种同位素组成与同时代原始地幔铅的相对偏差，该图解消除了时间因素的影响，显示出铅同位素组成间的变化关系，相对全球性演化模式具有更好的示踪意义。本文将哈西金矿矿石铅计算出的△β、△γ，投到△β-△γ成因分类图解上（图5）[30]，4个投影点集中分布于地幔铅源和上地壳与地幔混合的俯冲带（3a.岩浆作用）区域之间，这与Zartman的铅构造模式图投图结果一致。因此认为哈西金矿中的铅可能来源于深部地幔，同时受到地壳铅轻微混染。

由于哈西金矿成矿物质主要来自深源地幔，仅发生了轻微混染，因此，可用豪特曼斯公式计算的年龄探讨对比区域成矿因素。经计算得到哈西金矿矿石铅模式年龄为347～365 Ma，平均357 Ma（表3），表明成矿金属可能来源于泥盆—石炭纪地层，这与该区大地构造背景较相符。据前人资料[31-32]，泥盆纪西准噶尔地区伴随着西缘深大断裂带的多次间歇活动，开始转入准噶尔边缘裂陷拉伸环境，形成多期叠加的火山沉积凹陷带。由于火山活动频繁，时而强烈爆发喷出，时而宁静喷溢活动，交替形成多期多旋回的火山沉积作用。期间形成的中、基性火山岩含金丰度是地壳平均丰度的30倍以上，为本区提供了丰富的成矿物质基础。

6  结论

（1）哈西金矿硫化物δ34S值介于0.3‰～1.8‰，极差为1.5‰，平均1.2‰，具明显塔式分布效应，与地幔硫相近。

（2）硫化物中的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb平均数值分别为18.059、15.547和37.996，组成较稳定，为正常普通铅。

（3）综合S-Pb同位素示踪，哈西金矿床中成矿物质主要来自深源地幔，可能受到地壳物质的轻微混染。

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Ore-forming Materials of the Haxi Gold Deposit in Western junggar： Evidences from Sulfur and Lead Isotopes

Jiang Lei1，2，Wang Ying3，Zeng Xiangwu2，Nie Xiaoyong2

（1.China University of Geosciences，Wuhan，Hubei，430074，China;2.Urumqi Center of Natural Resources Comprehensive Survey，CGS，Urumqi，Xinjiang，710100，China;3.Earthquake Agency of Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi，Xinjiang，830011，China）

Abstract：The Haxi gold deposit is located in the western extension of the gold metallogenic belt of hatu-sartohai in western junggar， xinjiang. The ore body is controlled by the north-east fault， mainly occurs in the strata of Carboniferous Telegula and closely related to basalt. In order to investigate the source of ore-forming materials， this study union the father research results， systematically analyses the characteristics of sulfur and lead isotopic compositions of sulfides including pyrite， arsenopyrite to discuss the source of ore-forming materials. The results show that the δ34S values of sulfides range from 0.3‰ to 1.8‰， averaging 1.2‰. The sulfur isotopic compositions are stable and with the tower distribution features. The206Pb/204Pb ratios of sulfides vary from 18.021 to 18.13， averaging 18.059; 207Pb/204Pb ratios range from 15.525 to 15.59， averaging 15.547; 208Pb/204Pb ratios are between 37.923 and 38.123 averaging 37.996. The lead isotopic compositions are stable and belong to the normal lead. Combining the μ（9.36～9.48）values、ω（35.74～36.66） values with the tectonic evolution diagram of lead isotope， concluded that the lead is primarily sourced from the deep mantle and maybe minor involvement of crust.

Key words： XinJiang;Haxi gold deposit;Sulfur and lead isotope;Ore-forming material source