内蒙古乌兰拜其铅锌矿床成因探讨：流体包裹体及矿石矿物S-Pb同位素、微量元素证据*

王新雨 祝新友 朱政坤 臧文栓 周志广 姚图 闫鹏程

1. 北京矿产地质研究院，有色金属矿山深部资源勘查工程技术研究中心, 北京 1000122. 云南冶金资源股份有限公司, 昆明 6500003. 中国地质大学(北京)，北京 100083

大兴安岭地区属于古亚洲洋与环太平洋成矿造山带复合叠加区域，多期次构造-岩浆演化使该地区成为我国重要的金属矿产基地(刘建明等，2004；葛文春等，2007；Zengetal., 2011；祝新友等，2017)。进入中生代以后，随着太平洋板块向西的持续俯冲，该区域经历了长期的伸展及减薄作用(吴福元等，2003；毛景文等，2005)，与此同时，区域性深大断裂长期反复活动，引发强烈的构造-岩浆活动，大规模的成矿作用发育在大陆边缘弧后伸展部位。在大兴安岭中南段地区形成了一系列铅锌银、铜、锡铁矿床和特大型的铌-稀土矿床，这些矿床与中生代构造-岩浆活动关系，包括拜仁达坝、道伦达坝、花敖包特、维拉斯托、哈尔楚鲁图等多金属矿床，这些矿床的成因类型及成矿规律引起了学者们的广泛关注(王京彬等，2000；毛景文等，2005； 王长明等，2006； 祝新友等，2016，2017)。乌兰拜其铅锌银多金属矿床位于西乌珠穆沁旗中心南东东方向，距旗中心约35km，是近几年来在大兴安岭南段西坡新发现的中型铅锌银多金属矿床，位于大兴安岭南段西坡成矿带内。该矿床西北为花敖包特特铅锌银矿床、浩布高铜多金属矿床，西南为道伦达坝铜多金属矿床和拜仁达坝银铅锌矿床，西南为白音查干铅锌多金属矿床(图1)。区域复杂的成矿类型，优越的成矿地质条件，表明研究区成矿潜力优越，有极大可能发现更多的矿床(点)。目前，鲜有有关乌兰拜其矿床的报道，该矿床整体研究程度低，关于该矿床成矿物质来源及成因方面的研究不足，制约了矿床成矿机制、成矿规律的深入研究，也影响了区域勘查找矿工作的开展。因此，本文结合区域地质背景，通过对乌兰拜其铅锌多金属矿床地质特征的详细解剖，系统分析乌兰拜其矿床矿石、围岩的微量元素组成、以及S、Pb同位素组成和流体包裹体分析，并通过与邻区多金属矿床进行对比，初步确定该矿床成矿物质来源、成矿地质背景及矿床成因，进而提升对该矿床的研究程度，为矿区外围以及整个区域勘查找矿工作提供新的理论指导。

图1 大兴安岭地区大地构造简图(a，据Ren et al., 1999修改)及大兴安岭中南段地质矿产简图(b，据Ouyang et al., 2014)Fig.1 The geotectonic map of the Da Hinggan Mountains (a, modified after Ren et al., 1999) and the geological mineral map of the middle and southern segment of Da Hinggan Mountains (b, after Ouyang et al., 2014)

1 区域地质背景

研究区位于大兴安岭中南段西坡，属于中亚造山带东段，处于北部的贺根山蛇绿岩带与南部的西拉木伦河缝合带之间(图1)。区域内广泛发育古生界、中生界和新生界地层，其中中生界火山岩地层最为发育，以上侏罗统为主。古生界地层在该区域分布广泛，主要为二叠系地层，地层厚度较大，出露地层主要为下二叠统寿山沟组、下二叠统大石寨组和上二叠统林西组。中生界地层在区域内分布十分广泛，主要为侏罗系和白垩系地层，包括上侏罗统满克头鄂博组、玛尼吐组和上侏罗统白音高老祖(姚图，2017)。

本区位于大兴安岭南段的西坡带，是重要的铅锌银成矿带。目前已经发现了许多大中型的铅锌银多金属矿床(图1)，如拜仁达坝大型铅锌银多金属矿床、维拉斯托中型铜锌多金属矿床、浩布高大型铅锌银矿床、道伦达坝中型铜多金属矿床、双尖子山超大型铅锌银矿床、花敖包特大型铅锌银多金属、哈尔楚鲁图铜多金属矿床等(Ouyangetal., 2014)；近年来也相继发现了一些小型的金属矿床和矿化点，如东布拉格小型钼铅锌矿床、布嘎特乌兰小型钼铅铜锌矿床等。

2 矿区地质特征

2.1 矿区地质概况

受燕山期及燕山期后的构造活动影响，区域中生代岩浆岩主要呈北北东、北东向展布。区内断裂构造较为发育，主要划分为NNE-NE向、EW向、NW向、NS向四组，其中以NNE-NE向占主导地位，这些断裂构造控制了区内岩浆岩及矿床的空间分布。

矿区出露地层主要为下白垩统白音高老祖(K1b)，其余被第四纪亚砂土、砂土等松散沉积物覆盖(图2)。

矿区白音高老祖(K1b)地层倾向南东-南南东，倾角变化范围相对较大，为10°～53°。岩性较为复杂，根据矿区内所见岩性，结合本区火山活动事件，将本组岩性划分为三段：第一段即为第一期火山喷发的产物，岩性为以粗安质、粗面质晶屑岩屑熔结凝灰岩为主的中性火山碎屑岩；第二段为火山活动间歇期的一套沉积岩，岩性主要为灰绿色、深灰色、灰黑色泥质粉砂岩；第三段为第二期火山喷发形成，岩性主要为粗安岩、粗面岩、流纹质含角砾岩屑晶屑凝灰岩及粗安质含角砾岩屑晶屑凝灰岩(表1)。其中，第三段火山岩为主含矿层，赋矿围岩为流纹质含角砾岩屑晶屑凝灰岩。矿区内的岩浆岩较为发育，主要为下白垩统白音高老组的一套中酸性火山岩。而侵入岩规模较小，岩性为闪长岩和二长花岗斑岩，主要呈岩脉侵入白音高老组的火山岩中。矿区西北部发育规模不大的花岗岩(图2)。

表1 矿区下白垩统白音高老组地层分段表

图2 乌兰拜其矿区地质简图及勘探线布置图(据姚图，2017)Fig.2 Geological map and layout of exploration lines in the Wulanbaqi deposit (modified after Yao, 2017)

矿区构造简单，褶皱构造不发育，主要以断裂构造为主。构造对矿体的影响很小。断裂(破碎带)构造规模较小，地表主要以探槽揭露为主，走向NNE向和近EW向。钻孔揭露的断裂(破碎带)构造，在火山岩中见有一些挤压断裂破碎带，应为成矿后构造作用形成。

2.2 矿体、矿石特征及围岩蚀变特征

乌兰拜其铅锌多金属矿床由Ⅰ矿段和Ⅱ矿段组成，其中Ⅰ矿段主要赋存于早白垩世白音高老组流纹质岩屑晶屑凝灰岩中，局部矿(化)体赋存在泥质粉砂岩中。Ⅰ矿段矿体整体形态呈似层状(图3)，总体倾向南东。矿体中段被闪长岩截切。

矿石矿物主要由方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿、深红银矿、螺状硫银矿、黝锑银矿组成；脉石矿物主要由石英、长石、绿泥石、绢云母、毒砂等组成(图4a-h)。

图4 乌兰拜其铅锌多金属矿床矿石矿物特征(a)毒砂呈自形-半自形粒状嵌布在脉石矿物和黄铜矿中；(b)黄铜矿呈乳滴状包裹在闪锌矿中，闪锌矿、方铅矿交代黄铜矿；(c)闪锌矿交代溶蚀黄铜矿，黝锑银矿和黄铜矿交错共生，毒砂包裹在黝锑银矿和闪锌矿中；(d)方铅矿包裹在闪锌矿中；(e)黄铜矿包裹黝锑银矿和方铅矿，黝锑银矿和方铅矿共生；(f)黄铁矿呈自形粒状嵌布在脉石矿物粒间和黄铜矿中，闪锌矿交代黄铜矿；(g)螺状硫银矿、闪锌矿、黄铜矿共生嵌布在脉石矿物粒间及裂隙中；(h)深红银矿包裹在黄铜矿中Fig.4 Ore mineral characteristics of Wulanbaiqi Pb-Zn polymetallic deposit(a) arsenopyrite disseminated within the gangue minerals and chalcopyrite in the form of euhedral or subhedral grains; (b) chalcopyrite encapsulated in sphalerite in the form of milk drop, and sphalerite and galena replacing chalcopyrite; (c) chalcopyrite replaced and dissolved by sphalerite, while tetrahedrite intergrowthing with chalcopyritem and arsenopyrite wrapped in tetrahedrite and sphalerite; (d) galena is wrapped in sphlerite; (e)chalcopyrite wraps up tetrahedrite and galena, and tetrahedrite coexistes with galena; (f) pyrite disseminated particles between gangue minerals and chalcopyrite in the form of euhedral grains, and sphalerite replaces chalcopyrite; (g) acanthite, sphalerite coexisting with chalcopyrite, developing within or between the intergranular gangue minerals; (h) pyrargyrite wraped in chalcopyrite

乌兰拜其铅锌多金属矿床的矿石结构比较简单，常见的矿石结构有半自形-他形粒状结构、交代结构、包含结构、固溶体出溶结构。闪锌矿普遍含Fe，Fe含量一般为6%～10%，说明矿石中闪锌矿大部分为铁闪锌矿。部分闪锌矿内部可见乳滴状黄铜矿(图4a-d)。方铅矿，主要呈他形粒状嵌布在脉石矿物粒间及裂隙中或与闪锌矿呈复杂穿插、包裹接触关系，有时方铅矿中含黝锑银矿微粒包体(图4e)。黄铜矿化普遍发育，一般含量不高形状不规则，主要呈他形粒状嵌布在脉石矿物粒间及裂隙中或与闪锌矿呈复杂穿插(图4b，c)、包裹接触关系(图4g)，黄铜矿与黝锑银矿、深红银矿等银矿物共生关系十分密切，二者集合体往往被包裹在闪锌矿中(图4c, e, g, h)。

乌兰拜其铅锌多金属矿床的赋矿围岩主要为早白垩世白音高老组流纹质含角砾岩屑晶屑凝灰岩，岩石普遍发生蚀变，以绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化最为发育，其次泥质粉砂岩中，岩石蚀变主要发育碳酸盐化、黄铁矿化。硅化仅在矿化部位发育，与成矿关系密切。

2.3 成矿阶段划分

根据野外地质观察以及矿石镜下鉴定研究，根据矿石矿物的共生组合关系、结构构造以及矿物生成顺序，将乌兰拜其前铅锌矿矿床成矿过程分为三个阶段，各阶段矿物组合见图5。

图5 乌兰拜其铅锌多金属矿床成矿阶段及矿物生成顺序图Fig.5 Metallogenic stages and mineral formation sequence of the Wulanbaiqi Pb-Zn polymetallic deposit

Ⅰ毒砂-黄铁矿阶段：该阶段为成矿的早期阶段，主要金属矿物为毒砂、黄铁矿，毒砂、黄铁矿以自形-半自形产出，脉石矿物主要为石英、钾长石、斜长石。

Ⅱ多金属硫化物阶段：该阶段为成矿的主要阶段，主要金属矿物为黝锑银矿、深红银矿、螺状硫银矿等含银矿物和黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等，脉石矿物主要为石英、长石，矿石构造主要以团块状、脉状为主。

Ⅲ 绢云母-绿泥石阶段：该阶段发生在热液阶段的后期，属于热液成矿的晚期，成矿流体温度有所降低，矿物主要以绢云母、绿泥石为主，其次为方解石，绢云母、绿泥石以面状分布在金属矿物的表面。

3 流体包裹体研究

选取矿区Ⅰ矿段主成矿阶段(多金属硫化物阶段)的将所采样品送往河北省区域地质矿产调查研究所制备成双面抛光的包裹体片，共计11件，在显微镜下进行包裹体岩相学研究。其中观察闪锌矿样品中的包裹体需要通过借助投射红外线显微镜。

流体包裹体显微测温实验是在中国地质大学(北京)流体包裹体实验室完成，测试仪器为Linkam THMSG-600冷热台；仪器测定温度范围为-196～+600℃，测温精度为±1℃，冷冻法精度为±0.1℃。

3.1 流体包裹体岩相学特征

通过在显微镜下的观察研究，根据卢焕章等(2004)提出的流体包裹体在室温下相态分型准则，将乌兰拜其铅锌多金属矿床石英和闪锌矿中的流体包裹体可分为两类：气液两相包裹体(Ⅰ型)和含子晶多相包裹体(Ⅱ型)(图6)。其中Ⅰ型气液两相包裹体，包括Ⅰ1富液相和Ⅰ2富气相包裹体两个亚类。

图6 乌兰拜其铅锌多金属矿床石英及闪锌矿流体包裹体特征Fig.6 Characteristics of fluid inclusions from quartz and sphalerite in Wulanbaiqi Pb-Zn polymetallic deposit

Ⅰ1富液相包裹体：该类包裹体在石英和闪锌矿中都极为发育，呈群分布(图6a-c)，含量占包裹体总量的97%，液相颜色较浅，一般呈无色或浅灰色，气相颜色一般称灰色或灰黑色。包裹体大小一般介于2～10μm之间，气液比介于5%～40%之间，大多数在10%～15%左右。闪锌矿中包裹体主要为Ⅰ1富液相包裹体(图6g-i)

Ⅰ2富气相包裹体：该类包裹体较少，含量占包裹体总量的3%，气液比介于60%～75%之间，包裹体粒径较小，在3μm左右，呈椭圆状或三角状(图6d, e)。

Ⅱ型：含子晶多相包裹体，仅在样品ZK1401-b5中见到一个此类的包裹体(图6f)，其他样品中均未发现含子晶矿物的多相流体包裹体。室温下可见有气相、液相和固相子晶矿物，气液比在20%左右，包裹体大小约8μm， 呈椭球状，子矿物近似呈圆形，呈白色。由于测试仪器温度范围为-196～+600℃，在升温过程中，子晶一直没有融化，故推测子晶消失温度应>600℃。

乌兰拜其Ⅰ矿段矿床石英及闪锌矿流体包裹体类型及基本特征详见表2。

表2 乌兰拜其铅锌多金属矿床石英及闪锌矿流体包裹体类型及基本特征

3.2 流体包裹体测温结果及相关参数

本次研究共获得140个均一温度和126个冰点温度数据，其中，石英中包裹体均一温度数据107个、冰点温度数据95个，闪锌矿中的包裹体均一温度数据33个、冰点温度数据31个。将两种类型的包裹体所测得的均一温度、盐度和密度做统计分析(图7a-c)。

石英中气液两相包裹体的均一温度范围为125～481℃，平均254.57℃，多集中在210～250℃和290～320℃；冰点温度范围为-4.4～-1.6℃，平均-3.0℃；盐度为2.74%～7.02% NaCleqv，平均5.00%，多集中在4.00%～6.00% NaCleqv；密度为0.47～0.96g/cm3，平均0.81g/cm3。闪锌矿中气液两相包裹体的均一温度范围为110～327℃，平均238.58℃，多集中在150～200℃和250～310℃；冰点温度范围为-4.4～-1.7℃，平均-2.7℃；盐度为2.90%～7.02% NaCleqv，平均4.53%；密度为0.71～0.98g/cm3，平均0.84g/cm3。

4 矿床地球化学特征

4.1 围岩微量元素特征

为了查明矿区成矿元素以及其他各种成矿元素含量特征，通过对乌兰拜其矿区钻孔ZK4805、ZK4011、ZK4402、ZK4006等钻孔采集了新鲜、无矿化的岩石样品，对Ag、As、Cd、Cu、In、Mo、Pb、Sb、Sn、W、Zn、Bi、Hg进行分析；实验在北京核工业地质矿产研究院完成，其结果见表3。

表3 乌兰拜其矿区围岩微量元素特征(×10-6)

同时也对围岩的稀土元素进行了测定(表4)，围岩中稀土元素总量ΣREE含量57×10-6～250×10-6，表明围岩中稀土元素变化范围较大，ΣLREE值在38×10-6～223×10-6之间，轻重稀土含量比值ΣLREE/ΣHREE为1.89～10.0，(La/Yb)N在1.46～14.2之间，δEu范围0.16～0.77，属于中等亏损。

4.2 矿石微量元素特征

本次在廊坊物化探所挑选闪锌矿单矿物5件，黄铜矿单矿物1件，测试单位为北京核工业地质研究院，测试结果见表4。该矿区闪锌矿的稀土元素分析结果(表4)及配分型式表明，闪锌矿的稀土总量变化ΣREE变化较大(2×10-6～21×10-6)，不同样品的 REE 组成模式不太协调，但稀土元素整体组成形式为右倾型。轻重稀土元素含量比值(ΣLREE/ΣHREE)在 1.24～10.9之间，平均值为5.45，(La/Yb)N在1.6～17.2之间，δEu在0.29～1.09之间，平均值为0.67，属于轻度亏损，(La/Sm)N与(Gd/Yb)N大小相当且均大于1。

表4 乌兰拜其矿区围岩及矿石微量元素含量(×10-6)

4.3 矿石S、Pb同位素特征

4.3.1 硫同位素

在矿区采集了10件矿石样品，挑选黄铜矿和闪锌矿单矿物后，在中国地质大学(北京)稳定同位素实验室进行了硫同位素测试分析，所得数据均为国际标准化δ34S(CDT)值，分析结果见表5。由表5可知，乌兰拜其矿区δ34S值变化范围在-6.73‰～+0.17‰之间，平均值-3.96‰，其中部分落入-3‰～-1‰范围，且变化范围较小。所测试样品范围主要集中在-6‰～-4‰之间，其中黄铜矿中δ34S值整体略大于闪锌矿，分布范围为-4.83‰～-0.17‰，平均值为-3.14‰，闪锌矿中δ34S值分布范围-6.73‰～-1.77‰，平均值-5.05‰。

表5 乌兰拜其主要硫化物δ34S值(‰)

4.3.2 铅同位素

在矿区共采集铅同位素样品5件，其中单矿物挑选是在廊坊物化探所进行，由武汉地调中心同位素实验室测试其铅同位素组成，测试结果见表6。乌兰拜其矿区矿石铅同位素比值变化范围小，基本上分布在一个均一的范围，由表6可见黄铜矿铅同位素和闪锌矿中铅同位素组成大致一致，其中：206Pb/204Pb在18.128～18.273之间，207Pb/204Pb在15.486～15.549之间，208Pb/204Pb在37.914～38.114之间，μ值在9.27～9.37之间，Φ值在0.58～0.59之间。

表6 乌兰拜其主成矿阶段闪锌矿和黄铜矿 Pb同位素分析结果

5 讨论

5.1 成矿流体性质及演化

乌兰拜其铅锌多金属矿床流体包裹体按照其在室温下的形态分为两类，一类为气液两相包裹体，另一类为含子晶多相包裹体，其中第一类又可以分为富液相包裹体和富气相包裹体两个亚类。这些类型的包裹体中以富液相包裹体最为发育。

乌兰拜其铅锌多金属矿床石英的均一温度范围为125～481℃，峰值集中在210～250℃和290～320℃；闪锌矿的均一温度范围为110～327℃，峰值集中在150～200℃和250～310℃，表明成矿流体为多期次的热液流体共同作用的结果。通过Halletal.(1988)提出的NaCl-H2O体系盐度-冰点公式，计算得出该矿床石英中的流体包裹体盐度介于2.74%～7.02%NaCleqv之间，峰值集中在4.00%～6.00%NaCleqv；闪锌矿中包裹体的盐度介于2.90%～7.02%NaCleqv之间，与石英中的包裹体盐度相近。通过卢焕章等(2004)提出的密度计算公式，得出石英中流体包裹体的密度0.47～0.96g/cm3，平均0.81g/cm3；闪锌矿中包裹体的密度范围为0.71～0.98g/cm3，平均0.84g/cm3。综合均一温度(Th)-盐度(S)-密度(D)相图(图7)可知，乌兰拜其铅锌多金属矿床的成矿流体具有中低温、低密度、低盐度的特征。

图7 乌兰拜其铅锌多金属矿床流体包裹体均一温度直方图(a)、盐度直方图(b)、密度直方图(c)及成矿深度直方图(d)Fig.7 Homogeneous temperature histogram (a), salinity histogram (b), density histogram (c) and depth histogram (d) of fluid inclusions in Wulanbaiqi Pb-Zn polymetallic deposit

通过邵洁莲(1988)的经验公式估算成矿压力和成矿深度，得出该矿床的成矿压力介于8.27～37.43MPa之间，平均压力为21.26MPa，成矿深度为0.28～1.25km，平均深度为0.71km，表明该矿床在压力较低，深度较浅的环境下形成。

通过氧逸度和pH研究，估算出成矿流体的氧逸度(fO2)范围为10-36～10-38，氧逸度值相对较高，流体处于活跃的状态，有利于Pb、Zn等元素的迁移和沉淀；流体的pH值介于5.79～6.49之间，平均值6.03，呈弱酸性。

综合以上分析认为，乌兰拜其Ⅰ矿段主成矿阶段的成矿流体具有中低温、低密度、低盐度的特征，其形成于低氧逸度、弱酸性、压力较低，深度较浅的环境下，这种环境有利于Pb、Zn、Cu等元素的快速沉淀。

5.2 成矿物质来源

5.2.1 成矿物质与围岩的关系

岩石、矿物中的微量元素组成代表着一定的地球化学意义。矿体的围岩的地球化学特征的研究，对于整个矿床的研究意义重大。乌兰拜其铅锌矿其主要赋矿岩层为早白垩世白音高老组岩屑晶屑凝灰岩。由表3可知，本矿区赋矿围岩(岩屑晶屑凝灰岩)，与中国东部陆壳丰度相比，可见本区容矿围岩富集Ag、As、Bi、Cu、Mo、Pb、Zn，其富集系数≥2，因此可以推断矿区矿体的成矿元素部分可能来源于容矿围岩。并且，这些测试结果也说明矿区地层(早白垩世白音高老组岩屑晶屑凝灰岩)本身具有一定的成矿潜力。

另外， 闪锌矿ΣLREE/ΣHREE比值为1.2～10.9，(La/Yb)N比值为1.65～17.2。而围岩中ΣLREE/ΣHREE比值范围为1.89～10.0，(La/Yb)N比值为1.46～14.2。这表明闪锌矿与围岩的稀土元素分馏程度相当，同时二者稀土配分曲线非常相似(图8a，b)，这些均表明了闪锌矿的形成与围岩有关，即闪锌矿继承了围岩稀土元素性质。这与间接说明了矿床的硫化物的成矿元素可能来源于岩屑晶屑凝灰岩。

图8 乌兰拜其Ⅰ矿段赋矿围岩与闪锌矿、黄铜矿球粒陨石标准化稀土元素配分图(标准化值据Sun and McDonough, 1989)Fig.8 Chonrdite-normalized REE diagrams of sphalerite, chalcopyrite and host rocks in ore section I of the Wulanbaiqi deposit (normalization values from Sun and McDonough, 1989)

乌兰拜其闪锌矿矿石ΣREE含量约1.96×10-6～20.89×10-6，明显低于围岩ΣREE含量(57×10-6～250×10-6)。闪锌矿矿石中ΣREE含量的降低可能与成矿流体运移过程中，随着闪锌矿的结晶，闪锌矿中的REE逐渐被类质同象等作用带出。

闪锌矿δEu在0.294～1.085之间，平均值为0.67，属于轻度亏损。而围岩中δEu范围0.05～0.766，平均值0.41，属于中度亏损。闪锌矿矿石中这种δEu亏损程度的降低，可能是围岩受到了具有较高δEu值的岩浆热液交代作用的影响的缘故。

一般来说幔源的岩浆岩具有较高的δEu值(Wangetal., 2018)。同样地，幔源岩浆演化形成的岩浆热液也具有相似的性质。因此，乌兰拜其Ⅰ矿段闪锌矿的稀土元素性质可能为围岩受到具有幔源性质的岩浆热液交代的结果。

5.2.2 S的来源

一般认为，硫同位素主要有三个来源：(1)幔源硫，很多物质都来源于地幔，目前还无法直接测定幔源S同位素的组成，一般认为球粒陨石的S同位素组成接近于地幔，其δ34S值接近0，约为0±3‰(Chaussidon and Lorand, 1990)，变化范围较小；(2)现在的海水硫，其δ34S值约为+20‰；(3)还原(沉积)硫，其δ34S值具有较大的负值。

乌兰拜其铅锌多金属矿床矿石硫化物(表5)的δ34S值为-6.73‰～0.17‰，均值为-4.10‰，接近0±3‰，因此，推测该矿床的硫主要为幔源硫。但是虽然矿床中金属硫化物中的δ34S值接近0‰，但是变化范围较大(图9)，极值为6.90‰，且大部分的测试数据为负值。

图9 乌兰拜其闪锌矿、黄铜矿硫同位素组成直方图Fig.9 Histogram of S isotope compositions from sphalerites and chalcopyrites in the Wulanbaiqi deposit

在氧逸度较低时，流体中的S以S2-、HS-形式存在，所形成的金属硫化物的δ34S值比较接近整个流体中的δ34S值。由于乌兰拜其铅锌多金属矿床硫矿物矿物组合主要为方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿等，而未见到硫酸盐矿物，因此该矿床可以认为是在低氧逸度的环境下形成的，且矿物中的δ34S值近似于成矿热液中总硫同位素(δ34S∑S)的组成。

硫化物的δ34S值在硫同位素分馏达到平衡的条件下，δ34S黄铁矿>δ34S磁黄铁矿>δ34S闪锌矿>δ34S黄铜矿>δ34S方铅矿(郑永飞和陈江峰，2000)。在测试的11件样品中(表6)，乌兰拜其硫化物组成显示出δ34S黄铜矿>δ34S闪锌矿，表明S同位素未达到平衡状态，5件闪锌矿样品的δ34S值为-6.73‰～-1.77‰，均值为-5.06‰，5件黄铜矿样品的δ34S值为-4.83‰～0.17‰，均值为-3.14‰，1件毒砂的δ34S为-2.60‰，δ34S毒砂>δ34S黄铜矿>δ34S闪锌矿，表明乌兰拜其铅锌多金属矿床矿石中的硫同位素没有达到硫同位素分馏平衡(韩吟文和马振东，2003)，反映了成矿过程中成矿物质快速沉淀的特点(江思宏等，2010)。

此外，乌兰拜其矿床的S同位素组成，与邻区具有典型深部典型具有深部来源特征的铅锌多金属矿床的S同位素矿床基本一致(图10)，如花敖包特矿床硫化物δ34S同位素组成为-3.6‰～1.2‰(陈永清等，2014)，浩布高铅锌多金属矿床的δ34S范围为-5‰～0.6‰(牛吉芳等，2017)，拜仁达坝-维拉斯托多金属矿床的δ34S范围为-4‰～2.0‰(江思宏等，2010)，以及白音诺尔铅锌矿床的δ34S范围为-5.14‰～0.17‰(曾庆栋等，2007)。综合这些特征，进一步明确乌兰拜其矿床中的硫主要来自岩浆热液。

图10 乌兰拜其与大兴安岭地区多金属矿床硫同位素组成分布图浩布高数据据牛吉芳，2017；白音查干数据据聂凤军等，2007；白音诺尔数据引自曾庆栋，2007；拜仁达坝和维拉斯托数据引自江思宏等，2010；花敖包特数据引自陈永清等，2014Fig.10 S isotope distribution of the Wulanbaiqi deposit and polymetallic deposits in the Da Hinggan Mountains area The data of Haobugao deposit is from Niu, 2017; the data of Baiyinchagan deposit is from Nie et al., 2017; the data of Baiyinnuoer deposit is from Zeng et al., 2007; the data of Bairendaba and Weilasituo deposit is from Jiang et al., 2010; the data of Huaaobaote deposit is from Chen et al., 2014

区域上与具有壳幔混合来源、浅成低温热液脉型的花敖包特矿床的S同位素组成几乎一致，表明其与花敖包特矿床的成因可能一致(陈永清等，2014)。

5.2.3 Pb的来源

前人研究表明，铅同位素相对于其他元素具有更稳定的性质，可以作为化学指示剂。通过同位素的比值我们可以推测成矿物质的来源以及地壳的演化(翟德高等，2013)。

乌兰拜其矿床的Pb同位素组成均一稳定，变化范围很小，说明该矿床的Pb来源较为稳定。μ(238U/204Pb)值的变化可以反应铅的不同来源，μ值>9.58指示铅来源于上部地壳，μ值<9.58时，指示铅来源于地幔。由表6的μ值可知，乌兰拜其铅锌矿床金属硫化物中的铅同位素μ值变化范围介于9.27～9.28，平均值9.27且变化范围较小，均低于9.58，表明乌兰拜其铅锌多金属矿床金属硫化物中的铅主要来源于地幔。矿床的ω为33.46～34.02，ω均值为33.70，低于平均地壳铅的ω值(平均地壳铅的ω值为36.84)，显示为幔源铅的特征。乌兰拜其铅锌多金属矿床的矿石铅具有较低的μ值和ω值，总体上显示幔源铅的来源特征(Kamonaetal.，1999)。

然而，从Zartman铅构造模式增长曲线图解图解(图11a, b)中可以看出，乌兰拜其矿床中的金属硫化物铅同位素的数据均落于造山带和地幔的增长线之间，表明乌兰拜其矿床除了幔源铅的特点，还具有造山带铅的特征；在Zartman铅同位素源区判别图解(图11c, d)中，乌兰拜其金属硫化物样品落入地幔和成熟弧区内，主要位于成熟弧内，表明该矿床可能形成于洋壳俯冲消减作用有关的岛弧环境；在Δβ-Δγ图解(图略)，乌兰拜其矿床中的金属硫化物样品主要落入上地壳与地幔混合的俯冲带岩浆作用成因铅和地幔源铅同位素源区。表明乌兰拜其矿床的成矿物质主要来源于与俯冲造山作用有关的地幔与地壳物质的混合。以上均表明，乌兰拜其铅锌矿床的Pb同位素主要来源于地幔，并有造山带铅的混入，并且这些可能主要来自于深部岩浆。

图11 乌兰拜其矿床铅同位素构造模式图(a、b)和构造环境判别图(c、d)(底图据Zartman and Doe, 1981)大兴安岭南段矿床铅同位素区域数据引自张乾，1996；朱笑青，2004；张万益等，2007；张斌等，2011；陈永清等，2014；丛润祥等，2014Fig.11 Pb isotope tectonic model diagrams of (a, b) and Pb isotope tectonic environment discrimination diagrams of Wulanbaiqi deposit (c, d) (base map after Zartman and Doe, 1981)Pb isotope of in the southern part of Da Hinggan Mountains area from Zhang, 1996; Zhu, 2004; Zhang et al., 2007, 2011; Chen et al., 2014; Cong et al., 2014

综合邻区矿床，如花敖包特铅锌银多金属矿床(陈永清等，2014)、浩布高多金属矿床(牛吉芳等，2017)、拜仁达坝-维拉斯托多金属矿床(江思宏等，2010)、白音诺尔多金属矿床(江思宏等，2011)等也均表现出壳幔混染特点，显示出Pb同位素来源以深部岩浆来源为主，并混有上地壳或者造山带铅的特点。

研究区(大兴安岭中南段地区)普遍分布有大量燕山期花岗岩，这些花岗岩被认为是该地区矿床的主要成矿物质来源(王京彬等，2000；聂凤军等，2007；江思宏等，2010；姚图，2017；祝新友等，2017)。结合乌兰拜其矿区矿床Pb同位素组成落入大兴安岭中南段地区内(图11a-d)，暗示着燕山期花岗岩可能是乌兰拜其具有深部铅的来源。同时，姚图(2017)等对矿区西北部的花岗岩进行了测年，得出了136.4±0.6Ma的侵入年龄，并结合其地球化学性质认为，该岩体是乌兰拜其矿床主要矿质来源。然而，前人研究认为，矿区及外围的燕山期花岗岩明显富集放射性铅同位素(江思宏等，2010)，与乌兰拜其矿区的矿石明显贫放射性铅形成了鲜明的对比，这暗示着除了深部岩浆活动(燕山期花岗岩)提供了主要的矿质来源外，围岩地层可能也提供了部分的成矿物质来源。上述通过矿区围岩地层与闪锌矿微量元素的对比研究，认为闪锌矿的稀土元素性质可能为围岩受到具有幔源性质的岩浆热液交代的结果。这也进一步证明了乌兰拜其矿区的矿石的成矿物质来源以深部岩浆热液为主(燕山期红花岗岩)，部分来自于围岩地层。

5.3 成矿地质背景

乌兰拜其铅锌多金属矿床位于大兴安岭中南段锡林浩特-霍林郭勒多金属成矿亚带，该亚带上富铅、锌、银、铜等多金属矿产，产有拜仁达坝、维拉斯托、道伦达坝、浩布高、白音诺尔等铅、锌、银多金属矿床和铜多金属矿床等，是寻找铅、锌、银、铜等多金属矿的有利地段。

区内出露的早白垩世白音高老组岩屑晶屑凝灰岩是矿区主要的赋矿地层。矿区内构造和岩浆活动发育，自华力西晚期到燕山晚期均有构造岩浆活动，并伴有超基性和中性酸性岩浆侵入。区域上燕山期岩浆活动事件为主要的成矿事件，通过矿床地质、地球化学(S、Pb同位素及矿石微量元素)等特征的对比，乌兰拜其矿床特征与区域上矿床整体特征类似，表明乌兰拜其成矿时代也应为燕山期。

同时，通过对矿区西北部与成矿密切相关的燕山晚期花岗岩锆石 U-Pb定年结果显示，其加权平均年龄为136.4±0.6Ma(姚图，2017)，属于早白垩时期。同时，通过对矿区赋矿围岩(岩屑晶屑凝灰岩)及上覆粗安岩、粗面岩地层的测年，也得出该期次火山岩的形成时代为早白垩世。由此，推断其乌兰拜其成矿时代可能为早白垩世末。

自古生代以来，大兴安岭南段经历了两期大地构造演化：古生代及早侏罗世期间处于中亚碰撞造山环境，从中侏罗世到早白垩世则进入了伸展构造体制(陈永清等，2014)。华力西期晚期，大兴安岭中南段处于中亚碰撞造山挤压背景下，形成了一系列以挤压应力为主的构造岩浆活动。这一时期，形成最为显著的具有挤压性质的断裂便是梅劳特深断裂。自中生代以来，大兴安岭南段伸展造山过程具有明显的阶段演化性，并在晚侏罗世-早白垩世早期构造和岩浆作用尤为强烈，奠定了本区构造岩浆活动带的基本格局。伸展造山作用将引起地壳减薄及与之有关的热流补给，导致深部岩浆上侵，岩浆生成界面则不断抬升。另外，伸展作用引起的构造和岩浆活动频发，为成矿元素的活化、再富集提供了热源、矿源及赋矿空间，形成了构造-岩浆-成矿作用为一体的耦合体系。根据该区西北部花岗岩以及矿区白音高老组火山岩的定年结果，推测乌兰拜其铅锌多金属矿床是在该伸展造山构造背景下形成的。

结合矿区地质特征，认为区内NE向梅劳特深断裂的多期复活导致了岩浆与矿液的上升侵位，为典型的导矿构造。早白垩世形成的一系列北西向、北东向及近南北向次级断裂为早白垩世的岩体侵入、岩浆热液及成矿物质的运移、赋存提供了空间，为储矿构造。

5.4 矿床成因分析

闪锌矿的In含量与成矿温度具有明显的正相关性，乌兰拜其矿床Ⅰ矿段闪锌矿In含量80×10-6～231×10-6，平均值167×10-6，远低于中高温岩浆岩热液矿床的平均值。这表明，乌兰拜其铅锌矿矿床可能为低温成因。

另外，乌兰拜其铅锌多金属矿床石英的均一温度范围为125～481℃，峰值集中在210～250℃和290～320℃；闪锌矿的均一温度范围为110～327℃，峰值集中在150～200℃和250～310℃，表明成矿流体为多期次的热液流体共同作用的结果。石英中的流体包裹体盐度介于2.74%～7.02%NaCleqv之间，峰值集中在4.00%～6.00%NaCleqv；闪锌矿中包裹体的盐度介于2.90%～7.02%NaCleqv之间，与石英中的包裹体盐度相近。石英中流体包裹体的密度0.47～0.96g/cm3，平均0.81g/cm3；闪锌矿中包裹体的密度范围为0.71～0.98g/cm3，平均0.84g/cm3。结合均一温度(Th)-盐度(S)-密度(D)相图(图7)可知，乌兰拜其铅锌多金属矿床的成矿流体具有中低温、低密度、低盐度的特征。

通过估算成矿压力和成矿深度，得出该矿床的成矿压力介于8.27～37.43MPa之间，平均压力为21.26MPa，成矿深度为0.28～1.25km，平均深度为0.71km，表明该矿床在压力较低，深度较浅的环境下形成。

结合矿体形态及产状，可以确定乌兰拜其矿床为浅成低温热液脉型铅锌矿床。

综合以上分析研究，乌兰拜其矿床成因可以归纳为：早白垩世晚期，区域处于伸展背景下，伸展造山作用将引起地壳减薄及与之有关的热流补给，导致深部岩浆上侵，岩浆生成界面则不断抬升。同时，由于伸展作用，早期形成的断裂(梅劳特深断裂)进一步活化，形成浅部的次级断裂，深部岩浆形成具有幔源性质的含矿岩浆热液沿次级断裂运移，并萃取白音高老祖岩屑晶屑凝灰岩的成矿物质，待岩浆热液温度冷区，成矿流体最终沉淀下来，形成了乌兰拜其浅成低温热液脉型铅锌矿床。

6 结论

通过区域典型矿床对比、岩相学、矿相学研究，并结合地球化学数据，本次研究得出以下结论：

(1)乌兰拜其Ⅰ矿段的成矿流体具有中低温、低密度、低盐度的特征，其形成于其形成于低氧逸度、弱酸性、压力较低，深度较浅的环境下，这种环境有利于Pb、Zn、Cu等元素的快速沉淀。

(2)乌兰拜其Ⅰ矿段赋矿围岩富集成矿元素，并且闪锌矿与赋矿围岩地球化学特征类似，均表现出中等程度的分异，较强的δEu异常，表明闪锌矿继承了围岩稀土元素性质。这暗示着闪锌矿中的部分成矿物质可能来源于赋矿围岩。

(3)乌兰拜其闪锌矿、黄铜矿中S同位素变化范围小-6.73‰～+0.17‰，反映出矿区具有幔源硫的特征。测试样品范围主要集中在-6‰～-4‰之间，表明深部岩浆在成矿作用过程中受到了矿区地层的混染。206Pb/204Pb为18.130～18.267，207Pb/204Pb为15.488～15.545，208Pb/204Pb为37.920～38.104，上述结果显示其铅同位素组成稳定。μ值为9.27～9.28，ω值变化范围为33.46～34.02。这些特征指示乌兰拜其矿床铅具有壳幔混合来源特征。即深部岩浆活动(燕山期花岗岩)和围岩地层共同提供了乌兰拜其矿床成矿物质来源，其中深部岩浆活动提供主要成矿物质来源，深部岩浆上升侵位在萃取围岩中的成矿元素，使得围岩提供了部分成矿物质。

(4)乌兰拜其硫铅同位素组成与大兴安岭地区成矿物质为岩浆来源的金属矿床特征相似，与早白垩世火山岩浆活动密切，是深部岩浆流体逐步演化的产物。结合矿区与成矿关系密切的燕山晚期花岗岩，本次研究认为乌兰拜其铅锌多金属矿床是受燕山晚期的中酸性火山岩-次火山岩和断裂控制的，与岩浆活动有关的中低温热液铅锌多金属矿床。

致谢野外取样过程得到了中国地质大学(北京)夏波博士、和宜蒙硕士的帮助；论文成文过程中得到高德臻、杨郧城等老师的精心修改；审稿专家对论文提出了许多宝贵的意见和建议；在此一并致以衷心的感谢。