新疆北准噶尔成矿带赋矿地层稳定同位素研究

（新疆地矿局第一区调大队，新疆 乌鲁木齐 830013）

稳定同位素是成矿带赋矿地层的重要组成，且能够敏感响应成矿带的环境变化，且稳定同位素的丰度与成矿原因密切相关，能在一定程度上反映成矿带的地质特征。国外对成矿带赋矿地层稳定同位素的研究较早，利用同位素分循机理，质谱测定监测成矿带中的稳定同位素，国内对同位素研究起步较晚，先后建立稳定同位素的测定方法，开展了稳定同位素的环境变化、演化过程、成矿作用等应用研究[1]。为此，对新疆北准噶尔成矿带赋矿地层稳定同位素进行研究。新疆北准噶尔成矿带的地质特征为东西向展布，区域内多期次变形强烈，矿体呈层状和透明镜状产出，受层间破碎带和区域构造双重控制，沿走向和倾向具有分支复合和膨胀狭缩的特征，产出金矿山主要有三种，分别为含金铁白云石石英脉、破碎带强蚀变岩以及含金石英脉，其石英脉型矿化分别为脆性剪切石英小脉、早期石英脉，成矿带内有一些中酸性脉岩。新疆北准噶尔成矿带的稳定同位素体系包括氧、碳、氢等，由于稳定同位素在地质化学方面的特殊性质，其与矿化关系密切，为此，追踪矿地层稳定同位素，分析其组成特点和化学特征，探讨北准噶尔成矿带的成矿原因，并为矿地层的形成环境提供可靠信息。

1 样品采集获取同位素特征

首先采集成矿带赋矿地层的矿石样品，分析其稳定同位素特征。使用地质锤采集新鲜矿石，测试矿物为石英、白云石以及方解石，将矿石样品在自然条件风干。存入自封袋密封，然后利用人工敲打方法，将大块样品敲成若干小块，采用盘式振动研磨仪研磨至200目以下，干燥保存。

矿石样品的稳定同位素测定中，阳离子采用M AT251质谱计，阴离子采用离子色谱仪，分析矿石样品的质谱同位素，精度为0.1mg/L，其参考标准为GBW-04416和GBW-04417，离子电荷守恒误差在5%以内，微量元素采用电感耦合等离子体质谱仪测定。除此之外，钼、镁、铜等采用原子荧光光谱仪测定，两者测试精度都为0.0001mg/L[2]。设稳定同位素的元素符号为，样品同位素比值为R样品，GBW-04416和GBW-04417标准的同位素比值为R标准，同位素质量数为a，则稳定同位素测试结果δE的计算公式为：

测试结果如下表所示：

表1 赋矿地层同位素测试结果

采样位置分别为矿层顶板和矿层底板，由上表可知，新疆北准噶尔成矿带13C等值基本无变化，即稳定同位素没有发生位置交换，只有δ18O和2H值随标高的增加而变化。

2 示踪矿物包裹体的H、O同位素

由表1可知，新疆北准噶尔成矿带的成矿流体，主要与H、O两种同位素密切相关，为此示踪赋矿地层的H、O同位素，检测H、O同位素的分布位置。将三种矿石样品与正常灰岩进行比较，结果表明，石英和白云石的δ18O平均值，都在正常海相碳酸盐范围内，只有方解石的δ18O值较高，由此表明，成矿流体中的H、O主要来自方解石，为此进行方解石H、O同位素示踪。选择赋矿地层内部较纯的矿物样品，利用矿物分离技术，将方解石与其他碎屑颗粒分离，通过放射性核素来示踪，检测其标记的18O、2H分布情况，示踪结果如下表所示：

表2 方解石的H、O同位素组成特征

由上表可知，方解石胶结物中δ18O的范围为10.8‰～13.6‰，平均为13.0‰，δ2H范围在-106.7‰～-88.1‰，平均为-106.1‰，统计同位素组成特征，带入水和方解石在17℃条件下的分馏系数。之后结合方解石的风化成因与雨水线方程，其中雨水线方程取决于绝对温度、经验常数以及0℃～500℃范围内方解石的平衡水溶液，由此推导出风化方解石δ18O和δ2H的关系方程，得到与雨水线方程平行的风化方解石分界线，并将H、O同位素的示踪结果投在分界线中，如下图所示：

图1 方解石中氢氧同位素组成判别图

由图1可知，氢氧同位素追踪数据落在大气降水范围内，其δ18O值与δ2H值均具有变化范围小的特点，因此新疆北准噶尔成矿带的成矿作用流体水，不具备岩浆水和变质水的性质，由此可以判断，初始来源可能主要是沿深断裂下渗的古海水。

而成矿流体则主要来自于大气降水，常温大气降水背景下的低温热液作用，决定了新疆北准噶尔成矿带的最终形成，形成了低温气-水混合热液，导致了新疆北准噶尔成矿带矿物的富集效应，即成矿流体为热卤水。由此可以判断，该矿床的成矿金属物质大部分来自前寒武纪地层。

3 示踪矿物包裹体的C、S同位素

由表1可知，新疆北准噶尔成矿带的稳定同位素中，C、S等同位素值无变化，由此可知，C、S等同位素为北准噶尔成矿带的形成，提供了碳源，使其能够进行有机质作用。将三种矿石样品与正常灰岩进行比较，结果表明，石英中δ13C、δ34S值较高，由此进行石英C、S同位素示踪，选取分布于赋矿地层的石英脉及其晶体作为示踪对象，使其能够破碎分离而选纯，示踪结果如下表所示：

表3 石英的C、S同位素组成特征

由上表可知，石英中δ13C范围在-14.5‰～-3.1‰，δ2H范围在-102.7‰～-108.9‰之间，C、S同位素整体为负值，石英样品的C、S同位素组成特征基本一致。使所有样品的C、S同位素组成特征，均按PDB标准进行判别，分析整体样品的形成环境与成矿关系，则北准噶尔成矿带的C、S同位素特征，可划分为3个类型，分别为成岩碳酸盐、与有机质矿物有关的碳酸盐、与生物气有关的碳酸盐，表明了成矿过程中稳定同位素作用的参与，其碳酸盐化在地层沉积成矿。

为确认北准噶尔成矿带赋矿地层的C、S同位素来源，对石英脉各有机质源区的C同位素数值进行对比，发现石英脉的δ13C值在-10‰～-5%之间，与上古生界气源岩的C同位素数值接近，且石英包裹体的有机地球化学参数，同样与上古生界气源岩相似，且从石英包裹体C、S同位素特征来看，其为低温气—水热液作用下的产物，是气源岩向北运移散失后，冷凝形成的金属有机物，与上古生界气源岩的金属富集—保存成因一致。由此可以判断，新疆北准噶尔成矿带的碳酸盐化时，其金属矿物烃类还原的形成过程中，其碳质来源于上古生界气源岩。

4 结束语

结合北准噶尔成矿带的地质特点，通过对稳定同位素的深入研究，对矿床的成矿作用进行探讨，从而得到该成矿带的成矿流体、金属物质及碳源，其结果可以作为多种能源相互作用的识别标志。但此次研究仍存在不足，只对H、O、S等同位素进行示踪，在今后的研究中，会对Sr、Hg等非传统稳定同位素，作进一步研究，为寻找多种能源及矿产资源提供地质指示。