新疆昭苏卡拉盖雷铜钴金矿床成矿流体特征研究

郭鹏志，沈利霞，葛文胜，薛运清，李文圣

（1.天津华北地质勘查局，天津300170；2.中国地质大学（北京），100083；3.内蒙古矿业开发有限责任公司，呼和浩特010020）

新疆昭苏卡拉盖雷铜钴金矿床成矿流体特征研究

郭鹏志1，沈利霞1，葛文胜2，薛运清1，李文圣3

（1.天津华北地质勘查局，天津300170；2.中国地质大学（北京），100083；3.内蒙古矿业开发有限责任公司，呼和浩特010020）

新疆昭苏卡拉盖雷铜钴金矿床是新疆那拉提成矿带内首例以Cu为主，伴生Mo、Co、Au、Pb、Zn的火山岩型热液矿床。通过详细研究该矿床的流体包裹体均一法温度、盐度、流体密度、压力以及矿床S、O、H同位素特征，显示该矿床具有中低温、中－低盐度和较高密度流体特征，且成矿深度（理论深度）较浅。氢、氧同位素组成表明，卡拉盖雷铜钴金矿床成矿流体早期以岩浆水为主，后期随着成矿环境的开放，有不同程度的雨水加入；硫同位素组成特征显示硫源主要来自上地幔，并有地层硫的混入。这些数据对探讨矿床成因有重要意义。

卡拉盖雷铜钴金矿；那拉提成矿带；流体包裹体；同位素

新疆昭苏卡拉盖雷铜钴金矿床是新疆那拉提成矿带内的一个具代表性的矿床，是那拉提成矿带内首例以Cu为主，伴生Mo、Co、Au、Pb、Zn的火山岩型热液矿床。矿区初步圈定了6个铜（钴、金）矿体，产状与围岩基本一致，呈近东西向展布，直接赋矿围岩主要为下石炭统的绿泥石化片岩。笔者于2009～2011年间对该矿床进行了详细研究，特别是对矿床的流体包裹体均一温度、盐度、密度和H、O、S同位素进行了系统研究，为探讨矿床成因提供了新的依据。

1 矿床地质概况

卡拉盖雷铜钴金矿床位于那拉提成矿带西段。研究区内主要出露一套下石炭统大哈拉军山组（C1d）火山岩地层（图1），整体上偏基性岩石分布于矿区南侧，偏酸性岩石分布于矿区北侧。矿区由南向北沿20°方向岩层出露状况可以大致反映出四次喷发。岩性依次为玄武质凝灰岩－玄武岩，玄武质凝灰岩、含角砾安山质凝灰岩－安山岩、砾岩，安山质凝灰岩－安山岩和凝灰岩。

矿区处于环形构造边缘，区内以北西－南东向断裂为主，与地层走向基本一致。矿区侵入岩主要有花岗闪长岩和闪长岩，主要分布于矿区北部。

矿区初步圈定了6个铜（钴、金）矿体，主要产在隐爆角砾岩筒及构造破碎带裂隙或片理、劈理微裂隙中，主要赋矿围岩为大哈拉军山组绿泥石化片岩及玄武质凝灰岩。矿体呈近东西向展布，矿化在浅部分布于近东西向产出的片理化岩带内，在深部分布于南倾的隐伏的隐爆角砾岩筒内。矿化体在上部主要表现为Au-Pb-Zn组合，下部为原生伴有Au、Co的Cu矿床。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号矿体地表有出露，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ号矿体均为隐伏矿。

矿石主要为硫化物型矿石，氧化矿较少。矿石构造以浸染状、角砾状和脉状为主。矿石结构主要包括他形粒状、自形－半自形粒状、交代充填、假像、包含、环带结构等。矿化类型主要有隐爆角砾岩型、石英－电气石脉型、石英－绿泥石脉型等。金属矿物主要有黄铜矿、黄铁矿，其次有毒砂、辉钴矿、辉钼矿、铅锌矿、蓝铜矿、孔雀石等。脉石矿物主要有石英、电气石、绿泥石、方解石、绢云母等。

矿床存在多期次、多阶段的成矿特征，根据矿石结构构造、矿物共生组合及相互穿插关系，可初步划分为三个成矿期：Ⅰ.火山－沉积成矿期；Ⅱ.热液成矿期；Ⅲ.表生期。其中热液成矿期为主成矿期，分为五个成矿阶段：a.黄铜矿－黄铁矿－毒砂－辉钴矿阶段；b.辉钼矿－黄铜矿－黄铁矿阶段；c.黄铜矿－黄铁矿阶段；d.黄铜矿－黄铁矿－磁铁矿阶段；e.方铅矿－闪锌矿－黄铁矿－磁铁矿阶段。黄铜矿－黄铁矿阶段为主成矿阶段。

图1 新疆昭苏县卡拉盖雷铜钴金矿区地质图Fig.1 Geo logicm ap o of the Ka lagaileiCu-Co-Au Mine in Zhaosu County,Xin jiang

2 流体包裹体研究

矿物中流体包裹体是研究成矿流体特征的直接证据。为了探讨成矿热液流体特征及性质，进而研究热液成矿物化条件，此次主要在Ⅰ号和Ⅴ号矿体采集了18件热液成矿期的含黄铜矿、黄铁矿的石英－电气石脉、石英－绿泥石脉及石英－碳酸盐－绿泥石脉样品，对石英和方解石颗粒中的原生流体包裹体特征进行了研究。

2.1 包裹体岩相学特征

热液成矿期形成的石英、方解石颗粒内原生、次生、假次生流体包裹体普遍发育（图2），主要类型以气液包裹体为主，约占95%，少量为富液相包裹体。在石英或方解石矿物颗粒内均随机分布，包裹体形态一般较为规则，多为椭圆形、长条形、四边形，少量为菱形、三角形，偶见不规则形状包裹体。包裹体普遍偏小，长径一般为2～10μm，多数在3～5μm之间。气液两相包裹体由气相和液相组成，气相百分数为5%～35%，最高达70%，主要集中在10%左右。富液相包裹体相对较为少见，主要由液态NaCl-H2O和少量气相组成，气相百分数小于5%。

2.2 包裹体的均一温度和盐度

对石英、方解石中的气液两相包裹体及富液相包裹体进行了冷冻法及均一法测温研究，共获得包裹体均一温度值197个，冰点值140个。测温结果见表1（表里没有的参数值是由于没有测到冰点值），包裹体均一温度值变化在89.0℃～297.6℃，集中在120℃～180℃，峰值为140℃～150℃（图3）。其均一温度范围较宽广，说明了成矿过程和阶段较复杂。

图2 卡拉盖雷铜钴金矿床流体包裹体显微照片()Fig.2 M icrophotographs o of the ofluid inclusions in Ka lagaileiCu-Co-Au Deposit

流体包裹体的盐度主要通过测定包裹体的冰点获得。测得冰点值变化在-17.2℃～-1.0℃（表1）。根据盐度计算公式[1]

式中，θ为冰点下降温度（℃）；W为NaCl质量百分数。

利用该公式计算得出相应盐度区间为1.74%～20.37%（表1），集中在10%～15%，峰值为12%～13%（图4）。

2.3 成矿流体密度及成矿压力、成矿深度的估算

溶液的密度、温度和盐度之间存在着一定关系，在浓度不变时，溶液的密度与温度成反比。根据Na-Cl-H2O溶液包裹体的密度式[2]：

D为流体密度（g/cm3）；t为均一温度（℃）；A，B，C为无量纲参数，它们又是含盐度的函数：A=A0+A1W+ A2W2；B=B0+B1W+B2W2；C=C0+C1W+C2W2

W为含盐度（NaCl质量百分数）；A0、A1、A2、B0、B1、B2、C0、C1、C2为无量纲参数，其数值如下：

A0＝0.993 531，A1=8.721 47×10-3，A2=-2.439 75×10-5；B0＝7.116 52×10-5，B1=-5.220 8×10-5，B2= 1.266 56×10-6；C0＝-3.499 7×10-6，C1=2.121 24× 10-7，C2=-4.523 18×10-9；适用范围：均一温度≤500℃；含盐度≤30%（wt）。

计算结果（表1）表明，各样品的密度颇为接近（图5），范围为0.855 1～1.083 4 g/cm3，集中在0.95～1.05 g/cm3，平均值为0.996 8 g/cm3。

本文对成矿压力的计算，采用的是邵洁涟的经验公式。邵洁涟等[3]认为：成矿压力（Pt）与成矿温度（T t）及流体盐度（N）有一定关系，即：

图3 流体包裹体均一温度分布直方图Fig.3 Homogenization tem perature o of the ofluid inc lusions distribution histogram

表1 卡拉盖雷矿区流体包裹体测温数据及相关参数计算结果表Table 1 Tem perature data and re lated param eters ca lcu lation resu lts o of ofluid inc lusions in Ka lagaileiMine

续表1

续表1

续表1

图4 流体包裹体盐度分布直方图Fig.4 Fluid inc lusions sa linity distribution histogram

图5 流体包裹体密度分布直方图Fig.5 Fluid inc lusion density distribution histogram

式中，P1为成矿压力（105Pa），P0为初始压力（105Pa），Tt为实测温度（℃），T0为初始温度（℃），W为盐度（wt%）。

由上述方法计算获得卡拉盖雷铜钴金矿床成矿压力在71.04～345.17×105Pa（表1），主要集中在100～200×105Pa，峰值在150～200×105Pa，平均为164.25×105Pa。

矿床形成深度的计算采用T.J.Sheperd等[4]所列出的成矿深度H（m）和成矿压力P（105Pa）的通式：P= 2.7×0.0981×H计算得到。其成矿深度为268.22～1 303.16m（表1），集中在377.54～755.09m，平均为620.13m。

需指出的是，本次流体包裹体观察中未发现从沸腾流体中捕获的证据，因而实际成矿压力当比该计算值更高[5]。在对成矿深度估算的公式中，未考虑构造应力的影响。因矿区断裂极为发育，故成矿深度远比该理论值大。

3 同位素研究

3.1 氢、氧同位素特征

卡拉盖雷矿区石英氧同位素和包裹体水氢同位素分析结果列于表2。石英δ18O值范围为﹢12.9‰～﹢15.2‰，包裹体水δD值范围为-88.1‰～-71.3‰；与石英平衡的水的氧同位素组成是根据包裹体均一温度和石英-水氧同位素分馏方程1000lnα石英-水= 3.42×106T2-2.86[6-7]来计算的，其结果为-4.0‰～﹢1.5‰。可以看出，石英δ18O值范围与岩浆岩中石英δ18O值（﹢8.9‰～﹢10.3‰）接近，包裹体水δD值范围与岩浆水的δD值范围接近（-45‰～-85‰）。正常岩浆水的δ18O水值为6‰～9‰[4-6]，考虑到热液在迁移过程中的同位素变化，以及成矿后期雨水的混合，出现δ18O水值为负数也属正常现象[8]。

在δ18O-δD组成图（图6）上也可以看出，卡拉盖雷矿区成矿流体氢氧同位素组成落在岩浆水左侧并有向雨水线漂移的趋势，并且从成矿阶段来看，随着成矿温度的降低，从样品K7到K82，明显显示出这种漂移趋势。即是说，早期成矿流体有岩浆水参与，随着成矿过程演化，后期混入了不同程度的雨水。

3.2 硫同位素特征

矿区硫同位素分析结果见表3。由表可以看出，矿床中主要矿石矿物δ34S值介于-11.7‰～8.1‰，极差为19.8‰，均值为0.9‰；其中黄铁矿的δ34S值变化于-11.7‰～8.1‰，极差为19.8‰，均值为1.5‰；黄铜矿的δ34S值变化于-6.2‰～4.9‰，极差为11.1‰，均值为2.3‰；闪锌矿的δ34S值为-10‰。

矿区中未发育硫酸盐矿物，代表整个成矿环境是趋于还原性的，并且各矿脉中黄铁矿、黄铜矿占硫化物总量的90%以上，Ohmoto和Rye[9]认为在矿物组合简单的情况下，矿物δ34S的平均值可代表热液的总硫值。因此可用δ34SV-CDT均值代表矿床热液的总硫同位素组成。金属硫化物的硫同位素组成分析结果表明，δ34S值离散性较大，绝大多数为正值，其均值为0.9‰，表现出较强的幔源硫特点。矿区硫化物硫同位素的均值有δ34SPy＜δ34SCp，说明本区矿化硫化物未达到完全平衡分馏。硫同位素的大范围分布，可能由细菌和还原所致；或者意味着与成矿流体的氧逸度、pH值及开放程度改变有关；或者是由于硫的来源不一致所致[10]。

根据野外采样位置可知，距离断裂F7、F9较近的样品K66-2、K88、K89、K90，其δ34S值在4‰附近。而浅地表坑道内的样品硫同位素值反应出两种特征，一种是火山岩中原生自形黄铁矿样品PD03-5和PD08-1，其值约为7.5‰，比深部和断裂附近δ34S值稍高，反映了原始火山岩地层中的δ34S值；另一种是出现负值，样品PD03-1、PD04-2、PD04-4的δ34S值平均约为-9‰，反映出成矿后期（黄铁矿－铅锌矿阶段）由于地表雨水的加入从而富集32S的特征。总地来说，随成矿深度增加，硫同位素组成离散性变小且δ34S值愈趋近于陨石硫，说明矿床越趋深部，幔源硫组分越大，流体在沿断裂迁移上升过程中受到上部地层硫的混染，使得δ34S均一性被扰乱。在成矿后期，由于成矿环境相对开放，地表雨水加入、流体氧逸度增加，晚期阶段表现出富集32S的特征。

表2 卡拉盖雷矿区的氢、氧同位素组成表Table 2 Com position o of Hyd rogen,oxygen isotope in Ka lagaileiMine

图6 卡拉盖雷矿床成矿流体δ18O-δD图解（底图据Sheppard，1979）Fig.6 O re-oform ing ofluid o ofδ18O-δD diagram in the Ka lagaileideposit

表3 卡拉盖雷铜矿硫同位素组成Table 3 Com position o of Su lofur isotope in Ka lagailei Copper Deposit

综上所述，卡拉盖雷矿床的硫源主要来自上地幔，在流体沿断裂迁移上升过程中受到上部火山岩地层硫的混染，使得δ34S均一性被扰乱，并且在成矿后期，由于成矿环境的相对开放，地表雨水加入、流体氧逸度增加，从而在铅锌矿阶段表现出富集32S的特征[11-12]。

卡拉盖雷铜钴金矿床成矿温度分布在89.0℃～297.6℃，δ34S值介于-11.7‰～8.1‰，与阿吾拉勒成矿带琼布拉克火山热液型铜银矿具有可比性，其方解石中流体包裹体均一温度为92～129℃，δ34S值为-10.6‰～6.4‰[13-14]。氢、氧同位素特征显示早期成矿流体有岩浆水参与，随着成矿过程演化，后期有天水加入。结合矿床主要地质特征、控矿因素、流体包裹体特征及H、O、S同位素分析认为，卡拉盖雷铜钴金矿床属火山－岩浆热液型成因。

4 结论

(1)卡拉盖雷铜钴金矿床石英、方解石中的流体包裹体分为气液包裹体、富液相包裹体,且以前者为主,约占95%。流体成分主要为NaCl-H2O。矿床均一温度为89.0℃～297.6℃，范围较宽广反映出成矿过程和阶段的复杂性；成矿流体的盐度为1.74%～21.33%，密度为0.8550～1.0851g/cm3，成矿压力大于164.45×105Pa，成矿深度大于620.87m。据此可知该矿床成矿流体为中低温、中－低盐度、较高密度流体，成矿深度较浅。

(2)氢、氧同位素组成表明，卡拉盖雷铜钴金矿床成矿流体早期有岩浆水参与，后期随着成矿环境的开放，有不同程度的雨水加入；硫同位素组成特征显示硫源主要来自上地幔，并有火山岩地层硫的混入。

(3)综合矿床主要地质特征、控矿因素、流体包裹体特征及H、O、S同位素分析，笔者初步研究认为卡拉盖雷铜钴金矿床属火山－岩浆热液型成因。

致谢：本课题研究，从资料收集、采样、分析到数据整理过程得到了中国地质大学（北京）、天津华北地质勘查局和天津华勘矿业投资有限公司、新疆大山矿业有限公司的支持，在课题研究过程中得到了学校老师和单位评审专家的宝贵意见，在此一并表示感谢！最后，谨以此文献给天津地质矿产研究所建所50周年！

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Abstract:Kalagailei Cu-Co-Au deposit is the volcanic hydrothermal deposits in Nalatim ineralized belt.The elements in it aremainly Cu and Mo、Co、Au、Pb、Zn.We studied unioform temperature,salinity ofluid density and pressure oof the ore ofluid inclusion,and researched the S、O、D isotope characteristicsoof the deposit.It is suggested that the deposit show ofeature oofmedium-low temperature,medium-low salt and relatively high density.Depth oof mineralization（theoretical depth）is relatively shallow.H-O isotopes composition shows thatmatallogenic liquid ismainly magma water in early stage,and later rain water participates w ith the open oofmatallogenic environment.S isotopes composition shows that source oof sulofur ismainly ofrom the uppermantle,w ith somem ixture oof strata sulofur.thisstudy would provide certain guiding signioficance on such kind oof Cu-Co-Au deposits.

Keywords:KalagaileiCu-Co-Aum ine;Nalatim ineralized belt;ofluid inclusions;isotope

Study on the Fluid Inclusion and Isotope oof the KalagaileiCu-Co-Au Deposit in Zhaosu County,Xinjiang

GUOPeng-zhi1,SHEN Li-xia1,GEWen-sheng2,XUEYun-qing1,LIWen-sheng3
(1.Tianjin North China Geological Exploration Bureau,Tianjin 300170;2.China University oofGeosciences,Beijing 100083,China; 3.InnerMongoliaM ining Exploitation Co.LTD,Huhehot010020)

P618.51

A

1672－4135（2012）02－0146-08

2012-5-14

天津华北地质勘查局项目：新疆昭苏卡拉盖雷铜钴金矿床成矿特征及成矿模式研究

郭鹏志(1971-)，男，河南商丘人，高级工程师，2007年获中国地质大学地质工程硕士学位，主要从事地质找矿工作，Email：bjslx136@163.com。