新疆西天山哈尔达坂铅锌矿床流体来源及演化

古丽菲娜·吾麻尔江，李顺达，陈川，高玲玲，夏芳

摘  要：哈尔达坂铅锌矿位于西天山赛里木湖铅锌成矿带。哈尔达坂铅锌矿床经历了3期成矿作用：同生沉积期、成岩变质期、热液成矿期。同生沉积期石英中主要发育富液相包裹体，包裹体均一温度为143.8℃～208.4℃，盐度w（NaCl eq）为5.7%～8.0%.，成矿流体主要来源于海相碳酸盐岩;成岩变质期变质石英脉中主要发育富液相（LV）型、富气相（VL）型和CO2三相包裹体（C）型，包裹体均一温度为170.4℃～310.5℃，盐度w（NaCl eq）为-5.26 %～-15.76 %，成矿流体主要来源于地幔包体。热液成矿期热液石英中主要发育富液相（LV）、富气相（VL）型包裹体，包裹体均一温度为276.9℃～347.5℃，盐度w（NaCl eq）为-5.1%～-11.1%，成矿流体主要来源于岩浆岩。哈尔达坂铅锌矿属典型的多成因矿床，早期形成于古元古代海底同生沉积环境，后期经历了变质与热液成矿作用的叠加。

关键词： 哈尔达坂;西天山;C-O同位素;流体包裹体;铅锌矿床

SEDEX型矿床为全球提供了约50%的铅和60%的锌资源[1]。矿床平均矿石量为6000×104  t，平均品位11.9%。SEDEX型矿床占世界超大型铅锌矿床总数的36.2%，占总储量的42.3%[2]。世界上许多著名的大-超大型铅锌矿床均属SEDEX型铅锌矿床，如加拿大西部Sullivan铅锌矿床、澳大利亚Broken Hill铅锌矿床、美国Red Dog铅锌矿床、中国东升庙铅锌矿床等[3-6]。

哈尔达坂铅鋅矿床发现以来，很多专家对该矿床进行了一系列的研究，并取得了一定的认识。成勇等人基于野外观察推理得出哈尔达坂铅锌矿床是以碳酸盐岩为容矿岩石的铅锌矿床，矿床成因类型属沉积改造型铅锌矿床[7];段士刚对哈尔达坂铅锌矿床的稀土元素和同位素进行了研究，确定了矿床围岩程度等[8]。尽管前人对该矿床进行了一系列的研究，但总体来说，矿区研究程度较低，缺少地球化学、成矿流体等方面的研究。

本文旨在通过对西天山哈尔达坂铅锌矿床流体包裹体岩相学、显微测温及C-O同位素特征的研究，探讨其成矿流体来源、性质及成矿过程，进一步证实后期热液在哈尔达坂铅锌矿床成矿过程中的作用，并揭示矿床成因，阐述成矿过程。

1  区域地质

新疆西天山是我国重要成矿带。整体位于中亚造山带西南部，北接哈萨克斯坦-准噶尔古板块，南邻塔里木古板块。大致经历了前寒武纪古陆形成，古生代洋-陆俯冲增生，晚古生代末期陆-陆碰撞和中—新生代陆内成盆等构造演化过程[9-10]。

区域上出露地层主要为下元古界、中元古界长城系、泥盆系、石炭系、二叠系及新生界（图1）。其中下元古界主要为温泉群，中元古界为哈尔达坂群和蓟县系库松木切克群。其中哈尔达坂群是该区重要的含矿地层[11]。区域内褶皱构造在下元古界和中元古界内较发育，主要断裂为博尔塔拉河断裂[12]。岩浆侵入活动在早元古代晚期、华力西中—晚期均有发育。

2  矿区地质

哈尔达坂铅锌矿床位于温泉县城西南部。矿区内出露地层有中元古界长城系哈尔达坂群上亚群及下亚群、下石炭统阿恰勒河组下亚组和第四系[12]。（图2）。哈尔达坂上亚群岩性主要为白云岩、白云质灰岩、微晶灰岩、含碳质粉晶灰岩等，为主要赋矿围岩。下亚群岩性属浅变质岩，主要岩性为片岩、板岩、大理岩等;下石炭统阿恰勒河组分布于矿区南部。第四系沉积物分布在矿区南北两侧，沉积物包括冰碛物和残坡积物[13-14]。

区内主要发育锌矿化和铅矿化，共圈出63条铅锌矿体（图3）。矿体长度8～800 m，厚度1.0～14.0 m，Pb平均品位为0.7%～12.3%，Zn平均品位为1.0%～25.7%。矿体呈似层状、透镜体状产出，自西到东成群分布[14]。

据矿床的地质现象及矿物学研究，可将哈尔达坂铅锌矿床成矿过程分为同生沉积期、成岩变质期及热液成矿期3个成矿阶段：①同生沉积期：是哈尔达坂铅锌矿形成的基础，灰岩等大量围岩沉积的同时还出现细粒层纹状的闪锌矿（粒径小于1 mm）（图4-A，C）。矿体以层状和透镜状产出，矿石结构为块状、层状。小颗粒闪锌矿呈细粒状赋存于灰岩和白云岩中（图4-B），该时期还可见呈环状构造的胶状黄铁矿（图4-I）。②成岩变质期：同生沉积期在海底形成的大量松散堆积物在该阶段发生成岩作用，在压实作用、重结晶作用等影响下形成岩层，矿物定向排列形成条带状构造（图4-D）。同生沉积期形成的胶状黄铁矿与自形程度较好的黄铁矿共生（图4-K）。③热液成矿期：在古生代中晚期构造运动及岩浆侵入的作用下，成矿物质的再迁移与富集形成大量脉状闪锌矿、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿（图4-E，J，L，F）。热液规模减小，流体温度降低，形成了具典型黑三角特征的方铅矿，与闪锌矿共生（图4-G）。

3  样品分析

本次流体包裹体显微测温实验主要以哈尔达坂铅锌矿成矿变质期与热液成矿期的石英脉为对象，研究矿床流体来源及演化。显微测温试验在新疆大学地质与矿业工程学院流体包裹体实验室完成，采用Linkam THMSDG600冷热台仪器完成，流体包裹体显微测温实验仪器测温区间为-196℃～600℃，测试精度控制在±0.1℃。

C-O同位素组成分析样品采自哈尔达坂成岩变质期铅锌矿主矿段。由核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。O同位素测试分析采用 BrF5法，精度为±2‰[15]。流体的δ18OH2O值通过石英-水的氧同位素平衡分馏方程进行换算[16]。C同位素采用磷酸处理石英中的FI水（含微量碳）转化为CO2。石英样品的δ18OPDB值和δ13CV-PDB由CO2直接测得[16]。

3.1  包裹体岩相学

通过对哈尔达坂铅锌矿包裹体岩相学的研究发现，矿石中原生和次生包裹体皆有发育。本次实验避开次生和假次生包裹体，仅针对原生包裹体展开测温研究。原生包裹体成群成带分布，部分孤立，包裹体形状为近圆形、椭圆形、正方形和不规则形。通过包裹体室温下（20℃）的物理相态，可将矿区流体包裹体划分为3种类型：富气液相包裹体（L+V）和含CO2三相包裹体（C型）。①同生沉积期：包裹体为富液相型（LV）水溶液，以近圆形、椭圆状、矩形状的形态成群分布，大小为5～12 μm，气液比例为10%～25%（图5-E）。②成岩变质期：包裹体包括富液相型（LV）、富气相型（VL）和CO2三相型（C）包裹体。以椭圆状形态成群分布，大小为5～15 μm，气液比例为10%～30%（图5-C，D，F）。③成矿热液期：包裹体包括富液相型（LV）水溶液和富气相型（VL）水溶液。不规则状分布，大小为6～18 μm，气液比例为30%～50%（图5-A，B）。

3.2  包裹体显微测温

本次试验主要针对同生沉积期、成岩变质期和热液成矿期的主要寄主矿物石英进行研究，对30个测温片，118个气液两相包裹体和CO2三相包裹体进行均一温度和冰点温度测试，运用公式计算出对应盐度。测试结果见（表1）。

从图6中可看出，同生沉积期石英中LV型流体包裹体均一温度为143.8℃～208.4℃，均值176.1℃;盐度为5.70%～8.0%，均值6.85%;冰点温度为-5.1℃～-3.5℃，均值4.3℃。

成矿变质期石英中LV型流体包裹体均一温度为170.4℃～310.5℃，均值240.5℃;盐度为6.59%～15.76%，均值11.17%，冰点温度为-11.8℃～ -7.2℃，均值9.5℃;VL型流体包裹体均一温度为200.2℃～261.6℃，均值230.9℃，盐度为5.26%～15.50%，均值10.38%，冰点温度为-9.6℃～ -3.2℃，均值6.4%;C型流体包裹体均一温度为291.1℃～309.6℃，均值301.2℃，CO2消失温度为300.2℃～330.9℃，均值313.2℃，盐度为6.11%～11.7%，均值8.4%，水合物熔化（笼熔）为-3.2℃～ -6.8℃，均值5℃;

成矿热液期石英中LV型流体包裹体均一温度为300.5℃～322.2℃，盐度为7.57%～11.11%，平均9.34%，冰點温度为-8.0℃～ -6.6℃，均值7.3℃;VL型包裹体均一温度为276.9℃～335.5℃，平均306.2℃;盐度为3.5%～5.8%，平均4.7%，冰点温度为-3.6℃～ -2.1℃，均值为-2.9℃。

3.3  C-O同位素

本次对与铅锌硫化物共生的石英进行了C-O同位素组成分析（表2，图7），同生沉积期石英的δ13 CPDB平均值为9.66%;δ18 OSMOW平均值为20.92‰。成岩变质期石英的 δ13CPDB平均值为 -3.6‰;δ18 OSMOW平均值为7.55‰。热液成矿期石英的 δ13CPDB平均值0.75‰;δ18 OSMOW平均值10.5‰。

4  讨论

4.1  流体性质与流体来源

同生沉积期石英中主要发育富液相包裹体。据显微测温结果得出，该成矿流体为低温、低盐度的NaCl-H2O体系。C-O同位素图解显示，C-O投影点落入海相碳酸盐岩附近，指示同生沉积期石英的成矿流体来源于海相碳酸盐岩，与地质事件相符。

成岩变质期  石英中发育气、液两相包裹体、CO2三相包裹体，大小不一。据显微测温结果，该期成矿流体为中温、低盐度的NaCl-H2O体系。C-O投影点落入地幔多相体系中，指示成矿流体来源于地幔包体，且有向与基性-超基性岩漂移的趋向，指示该时期岩石可能受了大气水的影响。

成矿热液期  石英中发育气、液两相流体包裹体。据显微测温结果，该期成矿流体为具中-高温、低盐度的NaCl-H2O体系。C-O投影点落入花岗岩岩浆区，指示了成矿流体来源于深部岩浆。

4.2  成矿作用与成矿过程

哈尔达坂铅锌矿成矿作用分为3个阶段：①第一阶段为同生沉积期，形成矿源层;②第二阶段为成岩变质期，松散矿体发生压实与变质作用形成岩层;③第三阶段为成矿热液期，提升了矿石品位。同生沉积时期，西天山赛里木地块处于伸展构造背景，哈尔达坂群就处于这一环境中，沉积了一系列海相粗碎屑岩，如胶状和多孔状黄铁矿，并将大量的金属元素从深部带入了海底，与海底的沉积物经沉积作用形成围岩地层及成矿源层，为后期成矿提供物质来源。

同生沉积时期结束后，在区域变质环境下，岩石经压实、变质等成岩作用形成岩石，地层发生变形，沉积阶段形成的沉积物被压实而脱水。区域内发育有大量的变质岩，如灰岩，碳质板岩等。此时区域内发育同时在同生沉积时期形成的海相粗碎屑岩，使流体一直在封闭空间内移动，不断富集金属成矿元素，形成高压热水流体储库。

成矿热液期，赛里木地区发生了大规模构造活动，伴随着脆性变形发生了岩浆侵位作用，使得成矿流体在封闭空间运移，流体进入碳酸盐岩地层，给岩浆热液的运移提供了通道。海水与成矿流体在底部的循环对流运动反复萃取围岩中的金属成矿元素，形成富含大量金属成矿元素的流体。

5  结论

（1） 成岩变质期流体来自于深部岩浆，成矿热液期流体来自于地幔多相体系。

（2） 成矿热液期流体主要来源于花岗岩岩浆区，指示了成矿流体来源于深部岩浆。

（3） 同生沉积期，海底沉积物经沉积作用形成围岩地层及矿源层;成岩变质期，岩石经压实、变质等成岩作用形成大量变质岩，地层发生变形;成矿热液期，海水与成矿流体在底部循环，萃取围岩中的金属元素，富集大量金属成矿元素。

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The Origin and Evolution of Fluids in the Hardaban Lead-Zinc Deposit in the Western Tianshan Mountains， Xinjiang： Constraints from Fluid Inclusions and C-O Isotopes

Gulifeiya·Wumaerjiang1， Li Shunda1， Chen Chuan1， Gao Lingling1， Xia Fang1

（Xinjiang Key Laboratory for Geodynamic Processes and Metallogenic Prognosis of the Central Asian Orogenic Belt， College of Geology and Mining Engineering， Xinjiang University， Urumqi，Xinjiang，830047，China）

Abstract：The Haerdaban lead-zinc deposit is located in the Sayram Lead-zinc metallogenic belt in the West Tianshan Mountains.  Haerdaban Pb-Zn deposit has experienced three stages of mineralization： syngenetic sedimentary stage， diagenetic metamorphic stage and hydrothermal metallogenic stage.  The homogenization temperature is 143.8℃～208.4℃， the salinity is 5.7～8.0 wt.% NaCl eq.， and the mineral fluids are mainly from Marine carbonate rocks.  In diagenetic metamorphic period， the metamorphic quartz veins mainly develop the liquid-rich （LV） type， gas-rich （VL） type and CO2 three-phase inclusions （C） type. The homogenization temperature of the inclusions is 170.4℃～310.5℃， and the salinity is -5.26～-15.76 wt.% NaCl eq. The ore-forming fluids are mainly derived from mantle inclusions.  In the hydrothermal ore-forming period， liquid-rich （LV） and gas-rich （VL） type inclusions are mainly developed in the hydrothermal quartz. The homogenization temperature of the inclusions is 276.9℃～347.5℃， and the salinity is -5.1～-11.1 wt.% NaCl eq. The ore-forming fluids are mainly from magmatic rocks.  Hardaban Pb-Zn deposit is a typical multi-genetic deposit， which was formed in the paleoproterozoic syngenetic sedimentary environment in the early stage and underwent the superposition of metamorphism and hydrothermal mineralization in the later stage.

Key words： Hardaban; Western Tianshan;C-O isotopes; fluid inclusions; Lead-zinc mine