新疆南天山阿沙哇义金矿床的成因与找矿启示：来自流体和硫化物成分的限定*

陈博 侯泉林 冯宏业 郭虎 许英霞

1. 中国科学院计算地球动力学重点实验室，中国科学院大学地球与行星科学院, 北京 1000492. 中国地质调查局天津地质调查中心，天津 3001703. 华北理工大学矿业学院地质系, 唐山 063009

位于乌兹别克斯坦、吉尔吉斯坦和中国境内的南天山是中亚重要的金成矿带(Wildeetal., 2001; Maoetal., 2004; Graupneretal., 2006; Abzalov, 2007; Liuetal., 2007; Morellietal., 2007; Yangetal., 2007; Frimmel, 2008; Bierlein and Wilde, 2010； Biske and Seltmann, 2010; Pašavaetal., 2010, 2013；Goldfarbetal., 2014; 薛春纪等, 2014；Goldfarb and Groves, 2015；Kempeetal., 2015, 2016; Zhangetal., 2017)，也是世界著名的成矿带之一。该带由西向东已发现几十个巨型(金储量250t以上)、世界级/超大型(金储量100～250t)和大型(金储量20～100t)金矿床，构成了举世瞩目的“亚洲金腰带”(薛春纪等, 2014)。目前，在中国邻区的南天山造山带相继发现了乌兹别克斯坦的穆龙套(Muruntau)金矿(Au 6137t; Frimmel, 2008)、道吉兹套(Daugyztau)金矿(Au 186t；Bierlein and Wilde, 2010)、阿曼泰套(Amantaitau)金矿(Au 120t; Pašavaetal., 2010)、扎尔米坦(Zarmitan)金矿(Au 314t; Abzalov, 2007)，塔吉克斯坦吉老(Jilau)金矿(Au 110t; Coleetal., 2000)，吉尔吉斯斯坦的库姆托尔(Kumtor)金矿(Au 1100t；Maoetal., 2004)等一大批巨型、超大型金矿(图1)。新疆南天山是中亚南天山的东延部分，与境外南天山成矿地质条件相似，在此区先后发现了萨瓦亚尔顿、大山口、萨恨托亥、布隆等金矿床和一些金矿(化)点(杨富全等, 2005, 2007; Yangetal., 2006, 2007; Liuetal., 2007)，其中，萨瓦亚尔顿金矿储量已超过100t，远景资源量约300吨(Ruietal., 2002; 薛春纪等，2014)，是目前中国南天山最大的金矿(Ruietal., 2002; Chenetal., 2012a, b; 薛春纪等, 2014; Zhangetal., 2017)。这些金矿(点)的发现，显示出中国南天山具有良好的找矿前景，不过就其矿床数量及规模来说，尚无法与境外西南天山相比，其矿产资源开发和研究程度尚显不足。

阿沙哇义金矿，位于萨瓦亚尔顿金矿的东延部分，北东侧紧邻吉尔吉斯坦的库姆托尔(Kumtor)世界级金矿。近年来随着地质勘查工作的投入，阿沙哇义金矿储量已由原来的金矿点增大至中型规模，已成为境内西南天山地区继萨瓦亚尔顿金矿之后的第二大金矿床。但目前有关该矿床的基础研究工作极其有限(陈奎等, 2007)，且矿石Au品位总体较低(1.00～3.00g/t)，基于矿山后续开发的经济效益考虑，需探寻本区富矿(指矿石品位高于矿区平均品位的矿石)的关键标志特征。

本文试图通过对阿沙哇义金矿的岩相学、矿相学、成矿流体温压条件、成矿流体组分、硫化物成分的综合研究，为深入认识该金矿成因类型、成矿机制提供约束，并揭示本区寻找富矿的关键标志特征。

1 区域及矿区地质背景

图1 中亚造山带构造简图 (a,据Gao et al., 2009修改)和西天山阿沙哇义金矿位置示意图(b,据薛春纪等, 2014; Zhang et al., 2017修改)Fig.1 Tectonic map of Central Asia Orogenic Belt (a, modified after Gao et al., 2009) and sketch map of West Tianshan showing the location of the Ashawayi gold deposit (b, modified after Xue et al., 2014; Zhang et al., 2017)

图2 阿沙哇义金矿区域地质简图(据陈奎等, 2007)Fig.2 The geological in Ashawayi area (modified after Chen et al., 2007)

天山造山带由北向南划分为北天山、中天山、南天山3个构造单元(图1b)，北天山位于Nikolaev-那拉提北缘断裂以北，主体为哈萨克斯坦-伊犁板块及其南、北活动边缘；中天山介于Nikolaev-那拉提北缘断裂与Atbash-Inylchek-那拉提南缘断裂之间；南天山主体为卡拉库姆-塔里木板块北缘，处在Atbash-Inylchek-那拉提南缘断裂的南侧(图1b; Gaoetal., 2009; Zhaoetal., 2014, 2015; 薛春纪等, 2014; Zhangetal., 2017)。上述3个构造单元被北西走向的Talas-Fergana断裂横切。其中：在南天山，前寒武变质结晶基底多有出露，盖层为寒武纪-石炭纪海相碳酸盐、碎屑岩及火山岩夹层(Allenetal., 1993; Gaoetal., 2009)。在南天山的中部区域，二叠纪的河流相沉积物和火山岩不整合在石炭纪碳酸盐层上(Carrolletal., 1995; Huangetal., 2012)。沿Atbash-Inylchek-那拉提南缘断裂带断续出露蛇绿岩和低温高压变质岩(图1b; 高俊等, 2006; Xiaoetal., 2013)。来自蛇绿岩里的蓝闪石获得K-Ar年龄为360±10Ma,认为这些蛇绿岩形成于南天山洋向北俯冲的过程中(Gaoetal., 2009)。来自低温高压变质岩中多硅白云母和变质锆石分别获得了331～310Ma的40Ar-39Ar年龄和320Ma的U-Pb年龄(Klemdetal., 2005; Suetal., 2010; Gaoetal., 2011)，代表了塔里木板块与中天山在晚石炭世发生了碰撞(Gaoetal., 2009; Huangetal., 2012)。侵入岩出露较少，约占整个南天山面积的5%，时代主要集中在早二叠世到晚石炭世(Huangetal., 2012)。后碰撞花岗岩的年龄分布在298～260Ma之间(Konopelkoetal., 2007; Solomovich, 2007; Longetal., 2008; Gaoetal., 2011)，与南天山洋在晚石炭世闭合相一致(Zhangetal., 2017)。

图3 阿沙哇义金矿地质简图Fig.3 Simplified geological map of the Asawayi gold deposit

阿沙哇义金矿大地构造位置属于南天山造山带塔里木板块北缘活动带，位于区域上北东向卡拉铁克大断裂和喀勒铁别克大断裂之间的买当他乌复向斜上，该复向斜由一系列向斜夹背斜组成(图2)。矿区主要位于东南侧的次级背斜上，表现为轴面倾向北西的倒转背斜，主要矿化破碎蚀变带发育在背斜的南翼和背斜轴部附近。矿区主要出露上石炭统含炭绢云千枚岩、变砂岩、粉砂岩。岩浆岩出露有限，仅见几条规模较小的闪长玢岩脉出露。岩石普遍遭受浅变质作用，发育硅化、黄铁矿化(次生褐铁矿化)、绢云母化、碳酸盐化、绿泥石化、高岭土化等，局部有千糜岩化现象，并常伴有金矿化，其中硅化、黄铁绢英岩化与金矿化关系最为密切。

2 矿体、矿石特征及成矿阶段划分

矿(化)体严格受NNE-NE(30°～50°)走向的断裂破碎蚀变带控制，后期NW走向断裂横切这些矿化破碎蚀变带(图3)，矿化破碎蚀变带主要发育在背斜轴部附近或背斜南翼，矿体总体倾向北西，局部倾向南东，在近地表由于重力坍塌作用，或处于皱褶转折端附近，或由于后期南东向北西的推覆作用，导致矿体局部常呈现南东倾向，但向深部逐渐转为近直立或北东倾向。

矿体主要赋存于上石炭统碳质千枚岩和灰色变粉砂岩(图4c, d)接触带附近靠近含炭千枚岩一侧，其次赋存于含炭千枚岩或变粉砂岩中。矿(化)体在浅表为氧化矿石(图4a, b)，十分破碎，褐铁矿化强烈，向深部逐渐转变为原生黄铁矿化矿石，破碎程度也具有减弱趋势。矿化破碎蚀变带与区域构造方向一致，断续延长约7000m，宽约500m，共计圈定矿体51条，其中主矿体7条。7条主矿体控制长度在300～1100m之间，真厚度多为0.55～8.91m之间，局部厚度达21m。矿体主要受地表探槽、平硐、浅部钻孔控制，矿体在走向及倾向上均未封闭，目前主矿体控制最大斜深一般在80～160m之间，局部控制斜深达300m，Au品位一般介于0.77～4.36g/t之间，平均品位为1.31～2.14g/t，少数矿石品位达10g/t以上，最高可达14g/t。

图4 阿沙哇义矿区地表氧化矿、原生矿及赋矿围岩特征(a)地表氧化矿(产于层间滑脱面F0以及稍晚期的逆冲推覆断裂F1); (b)地表氧化矿(角砾岩带金矿品位2.89g/t，劈理化带金矿品位1.31g/t)；(c)矿体围岩粉砂岩；(d)矿体围岩千枚岩; (e)早阶段无矿或贫矿石英；(f)晚阶段石英胶结中阶段烟灰色石英角砾，烟灰色石英角砾含黄铁矿；(g)晚阶段白色石英交代成矿主阶段的烟灰色石英脉；(h)角砾状矿石(矿石经历了韧性变形和脆性破裂)；(i)块状锑矿石. Py-黄铁矿；Sb-辉锑矿Fig.4 The characteristics of oxidized ores and primary ores, and wall-rock samples in the Ashawayi gold deposit(a) surface oxidized ore (produced from interlayer slip plane F0 and a little late thrust fault F1); (b) surface oxidized ore (the gold grade of the ore collected from breccia zone is 2.89g/t and 1.31g/t from cleavage zone); (c) siltite of wall-rock; (d) phylite of wall-rock; (e) no or poor mineralization quartz vein sample produced from early stage; (f) late stage quartz cemented smoky grey quartz breccia produced in the middle stage, the breccia contains pyrite; (g) late stage white quartz replaced the smoky quartz produced from the main stage of mineralization; (h) breccias ore (experienced through ductile and brittle deformation); (i) massive stibnite ore. Py-pyrite; Sb-stibnite

根据脉体穿插关系、矿石组构和矿物组合，可以将成矿作用分为以下3个阶段：

Ⅰ阶段为无矿或贫矿石英阶段，为早期成矿阶段，无矿石英脉多呈脉状或透镜状顺层产出，矿物组合简单，主要由粗粒(0.5～1mm)乳白色石英组成(图4e)，石英脉一般厚1～3cm，最厚可达30cm。本阶段石英脉中含少量立方晶型的黄铁矿分布，基本不含矿或弱矿化。这一阶段与穆龙套金矿最早期石英脉特征相似(Wildeetal., 2001)

Ⅱ阶段为石英-多金属硫化物阶段，为金矿化主要阶段，含矿石英脉与无矿石英脉相比，含矿石英脉遭受强烈的构造变形、破碎和热液作用的叠加。含矿石英脉呈细脉或网脉产于蚀变破碎带中，石英为烟灰色、灰色或灰白色，晶体较小(0.05～0.2mm)，含较多金属硫化物(图4f-i)，主要金属硫化物以自形-半自形黄铁矿为主，其次为毒砂、辉锑矿，偶见方铅矿、闪锌矿、黄铜矿等(图5a-f)，黄铁矿和毒砂为主要载金矿物，金属硫化物常沿着早期矿化石英脉裂隙分布或交代早期矿化石英角砾(图4f-h)，且黄铁矿常发育环带特征(图5c, e)，显示出多期热液叠加的特征。锑矿体常在金矿体相对上部呈鸡窝状独立产出，局部辉锑矿含量高时呈块状(图4i)，但产出规模较小，基本不含金，生成时间可能略晚于金矿化。

Ⅲ阶段为石英-碳酸盐阶段，为成矿的晚期阶段，以发育石英-碳酸盐细脉为特征，多形成毫米至厘米宽的网脉，可见石英碳酸盐集合体交代Ⅱ阶段石英硫化物细脉(图4g)以及充填于破碎蚀变带中。石英碳酸盐细脉宽0.2～3cm，其中石英脉发育晶洞、梳状构造，碳酸盐矿物主要是方解石，其次是铁白云石。该阶段几乎不含硫化物，金矿化也很微弱。

3 样品采集和分析方法

由于地表矿石均已氧化且风化破碎严重，为了保证样品的代表性，本次采集的样品主要取自矿区钻孔深部岩芯，仅有极少部分相对新鲜样品取自地表和平硐，共采样品92件。经流体包裹体岩相学观察后，从中挑选主成矿阶段的具有不同Au含量的样品8件，进行石英群体流体包裹体成分分析；挑选各成矿阶段代表性样品15件、不同围岩地层2件及岩体1件，对其中所含的黄铁矿和毒砂进行电子探针Au、As、Fe元素面分析，并对不同晶型的黄铁矿和毒砂进行了主量、微量元素点分析。

流体包裹体成分测试分析工作在中国科学院地质与地球物理研究所进行，气相成分在日本真空技术株式会社生产的RG202四极质谱仪(QMS)上测定，液相成分在日本SHIMADZU公司HIC-6A型离子色谱仪上测定，仪器重复测定的精度均为<5%(朱和平和王莉娟, 2001)。

电子探针测试分析工作在中国地质调查局天津地质调查中心实验室完成。测试仪器为日本岛津公司制造EPMA-1600，工作条件为：加速电压为15kV；电流为20nA；束斑直径5μm。峰值计算时间20～60s。采用ZAF法修正数据，定量分析精度：含量>5%时精度好于1%，含量1%～5%时精度好于5%，总量100%±1.5%，标准样品为：SPI硫化物标样和金银标样。分析元素为As、Fe、S、Cu、Pb、Zn、Se、Co、Ni、Sb、Te、Ag、Au，各元素平均检测限为0.01%。

图5 阿沙哇义金矿岩相学特征(a)他形、半自形黄铁矿化金矿石；(b)黄铁矿化毒砂化金矿石；(c)自形、半自形黄铁矿化金矿石(黄铁矿环带特征发育，显示出多期热液成因的特点)；(d)在黄铁矿边界见自然金颗粒；(e)清晰的黄铁矿环带特征；(f)块状辉锑矿矿石. Apy-毒砂Fig.5 The petrographic characters of the Ashawayi gold deposit(a) anhedral, subhedral pyritized gold ore; (b) pyritized and arsenopyritized gold ore; (c) hedral, subhedral pyritized gold ore (developed zonal texture shows multi-period genesis); (d) native gold grains are at the end of pyrite; (e) clear zonal texture of pyrite; (f) massive stibnite ore. Apy-arsenopyrite

4 流体包裹体研究

4.1 流体包裹体岩相学和分类

各类矿石的原生流体包裹体可划归为3种类型：NaCl-H2O型包裹体、含CO2水溶液包裹体、纯CO2包裹体。

I型：NaCl-H2O型包裹体，室温下由两相(LNaCl-H2O+VH2O)组成(图6a-d)，约占包裹体总数的90%，由气相和液相组成，该类包裹体均为富液相包裹体，气液比区间范围5%～30%，多数在5%～10%左右，包裹体形态有椭圆形、近圆形、不规则形，一般椭圆形和近圆形的包裹体偏小，长轴长4～12μm，不规则形的包裹体要大一些，可达30μm。该类包裹体分布最广泛，在各成矿阶段的石英中均有分布。

图6 阿沙哇义金矿流体包裹体显微照片(a)早阶段共存于同一样品中的I型、II型、III型包裹体(显示不混溶特征)；(b)中阶段共存的I型、II型包裹体(显示不混溶特征)；(c)中阶段共存同一样品中的I型、II型、III型包裹体(显示不混溶特征)；(d)晚阶段I型、II型包裹体. 缩写：VH2O-气相H2O；LH2O-液相H2O；VCO2-气相CO2；LCO2-液相CO2Fig.6 Microphotographs of fluid inclusions of the Ashawayi gold deposit(a) inclusions of I type, II type and III type in one sample (unmixing); (b) I type and II type co-existed in the middle stage (unmixing); (c) I type, II type and III type co-existed in the middle stage (unmixing); (d) I type and II type inclusions in the late stage. Abbreviations: VH2O-Vapor H2O; LH2O-Liquid H2O; VCO2-Vapor CO2; LCO2-Liquid CO2

II型：含CO2水溶液包裹体，约占包裹体总数的10%，室温下多表现为两相(LH2O-NaCl+LCO2)，偶见三相(LH2O-NaCl+LCO2±VCO2)(图6b)。该类型包裹体主要出现在成矿早、中期阶段，其中早期阶段比中期阶段更发育，晚期阶段不发育。根据CO2相(LCO2+VCO2)在包裹体总体积的所占比例，可进一步划分为贫CO2包裹体(II1型，图6b)和富CO2包裹体(II2型，图6c)，其中前者CO2相占包裹体总体积的10%～50%，主要集中在20%～30%；后者CO2相(LCO2+VCO2)占包裹体总体积的50%～90%，主要集中在80%。该类型包裹体(II型)长轴长5～35μm，相对大于H2O溶液包裹体(I型)。形状多为椭圆形、不规则形，偶有卡脖子现象。

III型：纯CO2包裹体，该类型包裹体较少，不足包裹体总数的1%，主要出现在成矿早、中期阶段，晚期阶段未见此类包裹体。室温下表现为单相或两相(图6c)，前者冷冻过程中出现CO2气相；多呈椭圆形、长条形或不规则形产出，大小为5～25μm。

4.2 流体包裹体均一温度和盐度

通过对矿区16件流体包裹体样品共147个包裹体显微测温，获得了成矿早、中、晚三个阶段的流体包裹体均一温度、盐度等参数，现将各阶段石英流体包裹体测试分析结果总结于均一温度、盐度直方图(图7)。

各阶段流体包裹体类型及占比存在明显变化，在成矿早期的无矿石英阶段，H2O-NaCl包裹体(I型)约占75%，其次为CO2-H2O包裹体(II型)，纯CO2包裹体(III型)不足1%；在成矿中期的石英-多金属硫化物阶段，即主成矿阶段，与成矿早期少硫化的无矿石英阶段相比，H2O-NaCl包裹体(I型)所占比例增加，约占90%，CO2-H2O包裹体(II型)所占比例明显减少，约占10%；在成矿晚期的石英-碳酸盐阶段，主要以H2O-NaCl包裹体(I型)为主，偶见CO2-H2O包裹体(II型)。从早阶段到晚阶段，总体呈现出CO2-H2O包裹体(II型)数量逐渐减少的趋势。

图7 不同阶段流体包裹体盐度和均一温度直方图Fig.7 Histograms of salinities and homogenization temperatures of fluid inclusions from different mineralization stages

各阶段流体包裹体的均一温度都出现了两个峰值(图7)，且不同阶段石英包裹体的均一温度峰值集中范围存在大体一致的叠加现象，如早阶段的低温峰、中阶段低温峰以及晚阶段高温峰三者的重叠，显示了中晚阶段流体对早阶段矿物的叠加作用。因此，在剔除各阶段流体相互叠加影响因素外，早期阶段石英包裹体的均一温度范围集中在320～360℃，晚期阶段石英包裹体的均一温度范围集中在180～200℃，中阶段的石英包裹体存在两个峰值(220～250℃，280～300℃)的原因可能不是由于不同阶段脉体叠加作用所致，因为这两个峰值分别对应不同的包裹体类型，其低温峰值(220～250℃)是H2O-NaCl包裹体(I型)的均一温度，而高温峰值(280～300℃)主要是CO2-H2O包裹体(II型)的均一温度，因此，造成这一结果的原因可能与流体包裹体被捕获于不混溶体系有关。

各阶段流体包裹体的盐度总体较低，早阶段石英流体包裹体的盐度峰值范围(3%～5%NaCleqv)最低，集中在4%NaCleqv左右，中阶段石英的流体包裹体盐度总体较早阶段流体包裹体呈现随温度降低盐度增高的现象，并出现了两个峰值，II型包裹体主要分布在低盐度区，高盐度区均为I型包裹体。晚阶段石英的流体包裹的盐度峰值范围总体较中阶段的流体包裹体盐度降低。

图8 阿沙哇义金矿黄铁矿和毒砂背散射(BSE)影像和电子探针(EMPA)As、Fe、Au面分析组合图Fig.8 BSE images and EMPA element images of As, Fe and Au in the pyrite and arsenopyrite of ores and magmatic rock from the Ashawayi gold deposit

4.3 流体包裹体气、液相成分

不同Au品位矿石中石英的群体流体包裹体成分分析结果见表1，成矿流体中阳离子以Na+为主，含少量K+、Ca2+离子，阴离子以Cl-为主，SO2-次之，未检测到F-；气相成分以H2O为主，摩尔含量为75%～93%，其次为CO2，摩尔含量为6%～25%，其余为CH4、C2H6、H2S、N2和Ar，这些气体的量虽然很少，但它们的存在反映了成矿环境为还原环境。值得注意的是，Au品位较高的矿石与相对较低的CO2含量、较低的O/R值以及较高的K+含量密切相关。

5 硫化物电子探针分析

选择矿区岩体、代表性围岩地层以及各成矿阶段代表性矿石，磨制成探针片，对其中所含的黄铁矿、毒砂进行电子探针(EMPA)面分析(图8)和点分析(数据见表2)，分析结果总结如下：

表2阿沙哇义金矿代表性黄铁矿和毒砂电子探针(EMPA)分析结果(wt%)

Table 2 Representative EMPA analytical results (wt%) of pyrite and arsenopyrite from the Ashawayi gold deposit

样品号矿物AsFeSCuPbZnSeCoNiSbTeAgAuTotalAs22-apy-1毒砂42.9234.8720.820.000.000.070.140.070.080.010.020.020.0799.08As22-py-1黄铁矿4.4844.7251.450.060.000.000.000.050.000.000.000.020.02100.80As22-py-2黄铁矿3.1245.4251.910.000.000.040.000.030.000.010.020.000.02100.57As22-py-3黄铁矿4.8044.4350.050.000.000.000.020.080.040.000.000.000.0499.46As22-py-4黄铁矿3.4444.6050.870.050.000.070.000.080.000.000.020.000.0099.14As22-py-5黄铁矿3.7144.5450.470.000.000.090.010.050.030.010.000.000.0898.99As22-py-6黄铁矿1.2145.7553.210.030.000.050.040.050.010.000.020.010.00100.37As22-py-7黄铁矿1.3845.8952.720.020.000.020.000.060.000.000.000.010.02100.12As22-py-8黄铁矿2.7744.8951.520.040.000.070.020.010.000.020.010.000.0299.37As22-py-9黄铁矿3.3945.3551.500.000.000.010.010.080.050.000.020.000.00100.41As37-apy-1毒砂38.8235.7124.150.060.000.040.000.020.000.040.010.000.0298.87As37-apy-2毒砂42.0235.4521.930.040.000.000.000.040.040.000.000.010.0099.52As37-apy-3毒砂42.0435.4221.750.000.000.060.210.030.040.000.020.000.1699.74As37-apy-4毒砂38.6936.2624.290.000.000.000.160.040.020.010.000.020.0099.49As37-apy-6毒砂41.9534.8622.320.000.000.000.150.040.010.000.010.010.2899.64As37-apy-7毒砂38.6936.2123.850.010.000.000.130.060.010.020.020.000.0499.04As37-apy-8毒砂40.9535.5322.180.040.000.030.150.030.000.000.000.000.0498.93As37-apy-10毒砂43.4335.1921.690.000.000.010.150.040.030.000.030.010.02100.59As37-apy-11毒砂42.9534.8121.930.000.000.070.180.040.040.020.020.000.03100.09As37-apy-13毒砂43.5735.0621.230.020.000.090.140.040.010.000.000.020.09100.26As37-apy-14毒砂42.3534.7022.630.040.000.050.160.070.000.000.010.010.11100.13As37-apy-15毒砂41.3935.0023.640.040.000.010.200.050.000.020.030.000.08100.46As37-apy-16毒砂40.3235.8323.570.000.000.000.120.040.000.040.000.000.0199.94As37-apy-18毒砂38.9935.3823.800.010.000.030.150.030.000.000.000.000.0298.40As37-apy-20毒砂39.4635.7623.790.000.000.010.160.060.020.030.010.020.0799.39As37-apy-21毒砂38.9435.9724.100.020.000.000.180.030.000.020.010.000.0999.35As37-apy-23毒砂39.9536.0623.150.000.000.030.130.070.010.030.030.010.0099.47As37-apy-24毒砂41.8035.4821.420.030.000.030.190.020.020.000.000.020.0399.03As37-apy-25毒砂41.4934.7021.420.010.050.080.150.020.000.020.000.040.1098.06As37-apy-27毒砂41.4435.2622.270.060.000.000.160.010.020.000.000.000.0299.25As37-apy-28毒砂41.8435.5622.650.010.000.040.140.040.000.000.000.020.05100.35As37-apy-29毒砂42.8835.5422.070.000.000.000.150.040.020.000.010.020.13100.85As37-apy-30毒砂42.5535.8522.120.020.000.090.140.040.000.000.000.000.08100.87As37-apy-31毒砂41.8436.1922.420.030.000.000.130.030.010.010.010.020.01100.69As37-apy-32毒砂43.5635.4421.740.020.000.000.110.020.050.000.000.010.11101.03As37-apy-33毒砂41.6536.0522.720.000.000.000.160.050.010.010.010.010.03100.70As37-apy-34毒砂43.6335.2621.270.000.000.000.170.040.030.000.000.010.00100.41As37-apy-35毒砂42.6135.6521.630.050.000.000.170.060.000.000.000.000.06100.23As37-apy-36毒砂41.6735.7022.160.040.000.040.160.030.050.020.040.000.0799.99As37-apy-37毒砂39.4035.9422.200.070.000.000.200.040.000.010.000.030.1598.04As37-apy-38毒砂41.9335.9022.860.030.000.010.160.000.020.020.000.000.02100.96As37-apy-40毒砂40.2935.5322.550.060.000.000.210.050.000.000.000.000.0198.69As37-apy-41毒砂42.3235.3922.320.050.000.080.170.040.000.020.000.000.18100.57As37-apy-42毒砂41.3935.4322.850.030.030.010.110.050.010.030.000.010.19100.13As37-apy-43毒砂41.3934.5722.160.050.000.000.170.080.000.000.000.000.1898.59As37-apy-44毒砂40.9235.7023.160.010.000.000.220.040.000.000.000.010.13100.20As37-apy-46毒砂42.2835.2122.150.050.000.000.160.060.010.020.000.010.0399.98As37-apy-47毒砂38.6636.4824.550.050.000.030.150.090.000.000.020.040.11100.18As37-apy-48毒砂36.8136.6926.490.040.000.000.160.050.000.020.000.010.00100.26As37-apy-49毒砂41.9735.4622.940.060.000.000.150.050.000.000.010.000.00100.64As37-py-1黄铁矿1.1345.5753.650.070.000.000.030.070.000.000.000.010.00100.54

续表2

Continued Table 2

样品号矿物AsFeSCuPbZnSeCoNiSbTeAgAuTotalAs37-py-2黄铁矿0.9645.7253.740.000.000.020.000.080.000.000.000.000.00100.53As37-py-4黄铁矿0.6845.8053.770.030.000.080.000.070.010.000.000.040.00100.49As37-py-6黄铁矿1.1245.6353.860.000.000.020.010.030.000.000.000.010.02100.70As37-py-7黄铁矿0.9945.8853.710.010.000.000.000.040.040.000.000.010.04100.71As37-py-8黄铁矿1.1344.5452.810.080.000.080.000.070.060.060.010.020.0098.86As37-py-9黄铁矿0.8045.6353.810.000.000.030.030.080.020.000.000.000.01100.40As37-py-10黄铁矿0.8846.0853.990.000.000.030.010.030.000.010.000.010.06101.08As37-py-11黄铁矿25.9239.2833.470.000.000.000.110.050.010.000.020.020.0998.95As37-py-12黄铁矿1.0945.3653.540.000.000.040.000.050.030.000.010.000.05100.17As37-py-13黄铁矿1.5045.2153.480.000.000.060.030.040.040.000.000.000.00100.35As37-py-14黄铁矿1.1644.9353.130.000.000.060.010.050.000.020.000.000.0599.42As56-py-1黄铁矿0.9545.7052.270.000.000.000.000.040.010.000.000.020.0799.06As56-py-2黄铁矿0.7145.7153.460.010.000.000.000.010.010.000.020.000.0299.94As56-py-3黄铁矿4.2244.4550.160.030.000.000.000.040.000.000.030.000.0498.97As56-py-6黄铁矿0.6846.1453.970.020.000.030.020.100.020.030.000.000.03101.04As56-py-7黄铁矿0.4846.0153.120.000.000.010.010.040.010.010.000.010.0099.70As56-py-8黄铁矿2.5544.9651.120.000.000.040.020.040.000.000.000.000.0298.74As56-py-12黄铁矿1.3145.6152.780.020.000.000.010.100.050.000.010.030.0399.96

图9 阿沙哇义金矿代表性黄铁矿、毒砂矿物电子探针(EMPA)Au含量对比图Fig.9 Representative EMPA Au comparison of pyrite and arsenopyrite from the Ashawayi gold deposit

(1)岩体中黄铁矿几乎不含金(图8d)，而围岩地层和各类矿石中的黄铁矿、毒砂含金明显，金矿化明显受黄铁矿和毒砂控制(图8h, i, p, t, x)，以包体金或裂隙金形式产出。

(2)毒砂以自形晶为主，其次为他形晶；黄铁矿晶型以他形为主，其次为自形(立方体和五角十二面体)，黄铁矿、和毒砂的Au含量与其自形程度没有明显的相关性。

(3)部分黄铁矿(图8v)和毒砂(图8n)可见环带结构，环带状黄铁矿多见于成矿主阶段，环带状黄铁矿(图8x)较其它均质黄铁矿(图8l, p, t)具有更为明显的Au异常(背景均为石英长石矿物)，如：As56-1较其它样品，即环带状黄铁矿较其它均质黄铁矿具有更高的Au含量，但不同环带Au含量几乎均一分布，没有明显区别(图8x)。

(4)黄铁矿和毒砂共存于同一矿石时，从电子探针面分析(图8p, t)发现，毒砂中Au含量总体略高于黄铁矿Au含量，电子探针点分析数据也显示同样的特点(表2、图9)，黄铁矿Au含量分布范围为0～0.09%，平均值为0.03%；毒砂Au范围为0～0.28%，平均值为0.07%。

6 讨论

6.1 矿床成因类型

造山型金矿床是指那些在时空上与造山作用有关的，主要受构造控制的金矿床(Grovesetal., 1998; Kerrichetal., 2000)。这类矿床具有相似的地球动力学背景，且具有相似的地球化学特征，产于汇聚板块边缘的增生体以及碰撞造山带的挤压和转换挤压变形构造环境(Grovesetal., 2000; Goldfarbetal., 2001)。这类矿床可形成于自地表向下2～20km的不同深度，Groves等(1998)将造山型金矿划分为3个亚型，即浅层(<6km)、中层(6～12km)和深层(>12km)。造山型金矿作为重要的成矿类型，全球已有23个储量大于500t的金矿属于此类型(Bierleinetal., 2006)。自该矿床类型提出后，就掀起了广泛的研究和讨论热潮，众多学者对其产出构造背景、成矿特征、形成时代、成矿流体特征及成矿机制等方面开展了大量的卓有成效的研究(Bierleinetal., 2001; Goldfarbetal., 2001; Wildeetal., 2001; Maoetal.,2002; 毛景文等, 2002; Grovesetal., 2003; Chenetal., 2004; 陈衍景, 2006)，同时伴随着此类型金矿的不断被发现和识别。我们将阿沙哇义金矿与造山型金矿的地质和成矿流体特征做综合对比(表3)后发现，在构造环境、赋存岩性、控矿构造、矿体形态、矿石类型、矿石矿物组合、矿化元素组合、包裹体类型、流体标志特征、主成矿温度以及流体演化等方面均具有一致性，因此我们认为阿沙哇义金矿成因类型应属于造山型金矿。

表3阿沙哇义金矿与造山型金矿主要特征对比表

Table 3 Comparison of key characteristics between the Ashawayi gold deposit and typical orogenic deposits

对比项目造山型金矿阿沙哇义金矿构造环境俯冲增生楔或碰撞造山带造山带赋矿围岩变质地体,任意岩性含炭千枚岩、砂板岩控矿构造韧脆性剪切带韧脆性剪切带矿体形态、产状脉状,垂向延伸大脉状、似层状,垂直高差1300m范围内均有矿体分布,单矿体垂向延伸未控制典型结构构造大脉状、角砾状、网脉状细脉状、网脉状、角砾状围岩蚀变侧向分带清楚,垂向分带不明显侧向分带:硅化、绢云岩化、碳酸盐化、绿泥石化,垂向分带不明显矿石类型石英脉,蚀变岩石英细脉,硅化黄铁矿化千枚岩、粉砂岩矿石矿物组合黄铁矿为主黄铁矿为主,见毒砂、辉锑矿主要矿化元素组合Au、Ag、(±As,Sb,Te,W,Mo,Bi,B)Au-As-Sb流体包裹体类型CO2、含CO2、水溶液水溶液(I型)、含CO2(II型)、CO2(III型)流体标志特征低盐度、富含CO2低盐度、富含CO2初始成矿流体性质变质流体主成矿阶段为变质流体±大气水主成矿温度200～500℃220～250℃流体压力系统静岩-静水静岩-静水共存和交替流体演化由富含CO2演变为水溶液,以CO2逸失为特征的不混溶或沸腾,残余流体盐度增高含CO2包裹体在早阶段占25%,中阶段占10%,晚阶段偶见,中阶段残余流体盐度较早阶段明显增高,到晚阶段降低

注：造山型金矿特征主要参考资料：Grovesetal., 1998; Kerrichetal., 2000; Goldfarbetal., 2001; 陈衍景, 2006; 陈衍景等, 2007

6.2 流体不混溶与金的富集沉淀

成矿热液中金主要以Au-S络合物和Au-Cl络合物形式迁移(Benning and Seward, 1996; Ilchik and Barton, 1997; Mikucki, 1998)，高温时金以Au-Cl络合物形式迁移，低温时以Au-S络合物形式迁移。实验研究表明，在中低温热液金矿床中金主要以Au(HS)2-络合物形式迁移(Benning and Seward, 1996; Ilchik and Barton, 1997; Mikucki, 1998; Wilkinson, 2001)。前人研究表明，造山型金矿床中的金主要以Au(HS)2-络合物形式运移(Grovesetal., 2003; Goldfarbetal., 2005)，考虑到阿沙哇义金矿为造山型金矿，Au的沉淀与金属硫化物密切相关，且成矿流体为中低温，综合流体包裹体成分分析结果，认为本区金主要以Au(HS)2-络合物形式运移。

阿沙哇义金矿流体包裹体不均一捕获现象普遍，且出现I型、II型、III型同时共存于同一样品的现象(图6c)，特征迥异的两类包裹体出现在同一样品中，并紧密相临，属于同时被捕获，矿物同时捕获性质迥异的流体最可能是不均一捕获所致，是流体不混溶或混合的重要标志(Rambozetal., 1982; Roedder, 1984)。各成矿阶段流体包裹体盐度及均一温度演化特征也说明流体经历了不混溶作用，如：①从成矿早期到成矿中期，流体盐度随温度降低而增高和分散，这与物质溶解度随温度降低而降低的普遍规律相矛盾，且高盐度主要出现在I型包裹体中，而II型包裹体主要位于低盐度范围(图7)，可能为流体气相逸失导致流体浓缩的结果，即沸腾；②部分流体包裹体在近似相同的温度范围内具有不同的盐度。因此，阿沙哇义金矿成矿过程与世界多数脉状中温热液矿床一样，在金矿形成过程中发生了流体不混溶作用(Sibsonetal., 1988; Cox et at., 1995; McCuaig and Kerrich, 1998; Jiaetal., 2000; Chenetal., 2005, 2006, 2012a, b)。

图10 不同品位矿石中Au含量与其流体包裹体中CO2(a)和O/R值(b)相关图Fig.10 Plots of Au (×10-6) vs. CO2 (a) and vs. O/R (b) within fluid inclusions from different grade ores

流体包裹体岩相学观察表明，成矿中期的石英-多金属硫化物阶段，即主成矿阶段，与成矿早期少硫化物的无矿石英阶段相比，CO2-H2O包裹体(II型)所占比例明显减少，说明从成矿早期阶段到主成矿阶段，CO2不断逃离成矿流体系统，同时伴随着Au的富集和沉淀。流体包裹体成分分析结果也得到了进一步的佐证：较高Au品位矿石的流体包裹体具有较低的CO2含量，矿石Au含量与其流体包裹体的CO2和O/R值大体呈负相关(图10a，b)，CO2的逃逸会破坏Au(HS)2-络合物在流体中的稳定性，促使Au(HS)2-络合物分解，形成Au的富集和沉淀，反应式如下：

① 4Au(HS)2-+C+4H++2H2O=4Au+CO2+8H2S (Craw, 2002; Crawetal., 2007; Zoheiretal., 2008; Huetal., 2015, 2017)

② 2HCO3-+Au(HS)2-+Fe3+=Au+FeS2+2H2O+2CO2(Zhangetal., 2012)

因此，金矿成矿作用与流体不混溶作用有重大关系的认识(Goldfarbetal., 1989, 1997; Naden and Shepherd, 1989; Guhaetal., 1990, 1991; Craw, 1992; McCuaig and Kerrich, 1998; Jiaetal., 2000; 胡芳芳等, 2005; 卢焕章, 2008a, b)，对于阿沙哇义金矿同样适用。

6.3 流体混合与金的富集沉淀

图11 不同品位矿石中Au 与其流体包裹体中K+相关图Fig.11 Plot of Au vs. K+ within fluid inclusions from different grade ores

尽管流体不混溶(沸腾)是本区Au的主要富集和沉淀机制，但一些成矿流体特征不能用单一的流体不混溶机制解释，如：在同一样品中流体盐度的异常变化、复杂的气、液相组分(CO2、CH4、N2、H2S、K+)，这些流体特征均暗示了流体混合机制对金的富集和沉淀也发挥了作用。流体包裹体成分分析结果显示，Au品位较高的矿石的流体包裹体具有较高的K含量(图11)，已有数据表明，矿区闪长玢岩相对富Na贫K，K含量极低，且低于围岩地层的K含量，而拥有相对富Na贫K流体的矿石的Au含量却相对较低，如：表1中样品As35、As36、As57均具有此特征。因此，这种相对富K的流体是流体与围岩反复作用而形成，与矿区岩体无关。考虑到赋矿围岩多是含炭的碎屑岩，有利于流体萃取CH4等有机质成分和K、S等组分，因此认为，循环于赋矿建造的大气降水热液在与围岩的反复作用下，其K、S、CH4等含量较高，在成矿阶段混入到流体成矿系统，导致流体成分改变，诱发金、硫化物等成矿物质沉淀，当然，围岩含炭物质的作用不仅如此，含炭物质同样会促使Au(HS)2-络合物分解和流体的浓缩，进而导致金的富集和沉淀，如前述①式及下式：C+2H2O=CO2+2H2(Coxetal., 1995; Naden and Shepherd, 1989)。显然，水岩反应不仅可以从围岩中萃取成矿物质促使流体成分发生改变，诱发金沉淀，也会因为流体与围岩作用过程中H2O的消耗，以及CO2逃逸进一步促使H2O的消耗而导致流体浓缩，可见，流体混合与流体不混溶成矿机制在本区并不是独立存在的。

事实上，流体混合也是诸多造山型金矿的成矿机制，在中国西南天山的萨瓦亚尔顿金矿也是如此(Brown, 1998; Bierlein and Maher, 2001; Chenetal., 2012a)，值得说明的是，这种流体混合成矿机制与本区赋矿断裂多次开合、压扭性向张扭性转变、成矿深度较浅等事实可以相互支持印证。

图12 黄铁矿电子探针Au和As含量相关图Fig.12 Plot showing relationship of As and Au contents in pyrite by EMPA

6.4 硫化物振荡环带对金的成因指示

EMPA面分析结果(图8v)显示，含砷黄铁矿中各振荡环带间As含量存在突变，但Au、Fe几乎均一分布，并没有呈现出相应的环带特征，尽管诸多学者基于所获数据得出了含砷黄铁矿中的Au和As含量呈现正相关(Cook and Chryssoulis, 1990; Simonetal., 1999; Reichetal., 2005; Largeetal., 2009; Deditiusetal., 2014)的认识，但本区含砷黄铁矿中Au和As的含量并没有显著相关性(图8)。EMPA点分析结果同样显示Au和As的含量没有显著相关性(图12)。但仔细对比观察发现，环带状黄铁矿较其它均质结构黄铁矿具有相对明显的Au异常(不同结构的黄铁矿背景相同，均以石英长石矿物为主)，即Au含量相对较高。

黄铁矿和毒砂的成分环带可能由两个独立的机制引发：①相分离作用使得流体被分离成两种不同的组分；②两种不同组分流体的混合(Deditiusetal., 2009)。

由于本区的黄铁矿环带呈现周期性循环，且各环带之间成分突变，缺少中间组分过渡，这种成分突变环带最可能原因是：流体压力波动引发相分离所形成的结果，这种流体压力的波动是由断层裂-合作用而造成的(Hazarikaetal., 2017)。

我们利用流体包裹体均一时的压力估算成矿流体的最小捕获压力，将主成矿阶段包裹体的均一温度剔除晚期阶段流体带来的干扰因素后(剔除均一温度<200℃的包裹体)，利用其它所有I型和II型包裹体作为最小捕获压力进行估算。其中I型包裹体的压力估算据Bodnar and Vityk (1994), II型包裹体压力利用Flincor(Brown, 1989)程序，选择H2O-CO2-NaCl体系进行计算。所有包裹体求得的压力形成两个明显不同的压力范围，即低压范围(16.21～36.72MPa)和高压值范围(75.04～103.57MPa)。在流体沉淀过程中成矿深度基本不变，压力的波动实际上是不同压力类型的改变所致，断裂闭合和张开过程中静岩压力与静水压力频繁转换，当被捕获的流体包裹体所记录下来的压力值中同时包括了两种压力类型时，可以考虑将求得的流体捕获压力的两个区间端元近似看做压力类型的端元，由于在相同深度上，静岩压力大于静水压力，故低压值端元接近静水压力，高压值端元接近静岩压力(徐启东等, 1995)。阿沙哇金矿化主要赋存在逆冲的断裂系统中，矿石组构特征也表明成矿过程曾经历过压性向张性应力的转换以及多阶段多期次活动的特点，说明断裂系统存在多次裂-合作用，造成流体压力出现持续波动变化是完全可能的。据此，我们假设高压范围和低压范围流体分别处于静岩压力和静水压力系统下，利用压力与深度关系的通式P=ρgh进行估算，在流体处于静岩压力系统时取ρ为矿区平均岩石密度2.6g/cm3，在流体处于在静水压力系统时，ρ为各类包裹体当时计算得到的密度，分别对应的流体深度范围为1.84～4.24km和2.94～4.18km，前后两者深度范围的高值接近，因此，流体可能在1.84～4.24km深度范围内，由于静岩压力和静水压力状态的共存和交替而发生的复杂的不混溶过程，造成了流体成分的波动，形成了黄铁矿和毒砂的振荡环带结构，同时伴随着金的沉淀。

前人研究也表明，这种静岩压力和静水压力的共存和交替现象是造山型矿床之赋矿断裂振荡性愈合-破裂的结果(Sibsonetal., 1988; Kerrichetal., 2000; Coxetal., 2001)，流体由(超)静岩压力突变为静水压力时会起流体减压沸腾，成矿流体浓缩，表现为流体盐度增加，金发生富集和沉淀(程南南等, 2018)。因此，硫化物振荡环带进一步佐证了流体不混溶作用是本区金富集和沉淀的重要机制。

6.5 硫化物含金对找矿的意义

诸多学者认为造山型金矿床中金的沉淀过程与先存含铁矿物的硫化作用有关(Phillips and Groves, 1984; Grovesetal., 2003; Goldfarbetal., 2005; Huetal., 2015, 2017)，认为金和硫在流体中是同时搬运的(Changetal., 2008)，黄铁矿的析出伴随着金的沉淀，这个过程可用如下反应式(Largeetal., 2011)表示：

Fe2++2Au(HS)2-+2H2=FeS2+Au0+2H2S

本次EMPA分析结果显示，黄铁矿和毒砂为主要载金矿物也支持了这一观点。流体包裹体成分分析结果显示，Au品位较高的矿石的流体包裹体具有较低的O/R值(表1)，矿石Au含量与其流体包裹体的O/R值(表1)大体呈负相关(图10b)，这与在相对还原环境更有利于硫化物(黄铁矿、毒砂)富集沉淀，且黄铁矿和毒砂是主要载金矿物的研究结果相一致。

图13 黄铁矿与含炭物质(CM)共生反射光显微照片Fig.13 Microphotographs showing the coexistence of pyrite and carbonaceous material (CM) under reflecting microscope

基于上述认识，在本区后续的勘查找矿过程中，含炭物质较高的地质区域应作为勘查重点区域。鉴于本区黄铁矿和毒砂是主要载金矿物，且毒砂中的Au含量总体高于黄铁矿的Au含量(表2、图9)，因此，黄铁矿、毒砂发育及含炭物质较高三者组合共存应是本区寻找富矿的关键标志。

7 结论

(1)南天山阿沙哇义金矿的矿体严格受韧脆性剪切带控制，成矿阶段从早到晚可分为3个阶段：早期无矿或贫矿石英阶段、中期石英多金属硫化物阶段、晚期石英-碳酸盐阶段，中期阶段为成矿主要阶段。成矿流体属于NaCl-H2O-CO2体系，总体显示低盐度、富CO2特征，成矿温度范围为180～360℃，主成矿阶段温度集中在220～250℃，从早到晚，流体盐经历了先增高后降低的过程，流体可能在1.84～4.24km深度范围内存在静岩压力和静水压力状态的共存和交替，发生了复杂的不混溶过程，最终导致了金富集和沉淀。鉴于该矿成矿构造背景、成矿流体特征及演化、金矿富集机制、成矿温压条件等方面，与世界上大多数造山型金矿具有相似特征，识别出阿沙哇义金矿床属于浅剥蚀的造山型金矿。

(2)断层阀作用控制的断层愈合-破裂导致的流体不混溶作用是本区金富集、沉淀的最重要机制，但一些成矿流体特征不能用单一的流体不混溶机制解释，这些流体特征暗示了流体混合机制对金的富集沉淀也发挥了作用。

(3)含炭物质较高的地质区域应作为本区找金的重点区域，黄铁矿、毒砂发育及含炭物质较高三者组合出现应是寻找富矿的关键标志。

致谢野外工作中得到阿沙哇义金矿所属的阿合奇县合得利矿业有限公司相关工作人员的支持与帮助；在实验测试分析过程中得到中国地质调查局天津地质调查中心周红英教授级高工、中国科学院地质与地球物理研究所朱和平高级工程师大力协助；论文写作过程中得到中国科学院地质与地球物理研究所秦克章研究员的启发和指导；二位审稿人提出了宝贵的修改意见；特致谢意！