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    新疆东天山小石头泉地区琼库都克银多金属矿床成矿流体特征及其地质意义

    于明杰 王玉往 毛启贵 王京彬 张锐 程奋维 付王伟

    于明杰, 王玉往, 毛启贵, 王京彬, 张锐, 程奋维, 付王伟, 2018. 新疆东天山小石头泉地区琼库都克银多金属矿床成矿流体特征及其地质意义. 地球科学, 43(9): 3100-3111, 3125. doi: 10.3799/dqkx.2018.290
    引用本文: 于明杰, 王玉往, 毛启贵, 王京彬, 张锐, 程奋维, 付王伟, 2018. 新疆东天山小石头泉地区琼库都克银多金属矿床成矿流体特征及其地质意义. 地球科学, 43(9): 3100-3111, 3125. doi: 10.3799/dqkx.2018.290
    Yu Mingjie, Wang Yuwang, Mao Qigui, Wang Jingbin, Zhang Rui, Cheng Fenwei, Fu Wangwei, 2018. Characteristics of Ore-Forming Fluids and Their Geological Significance of Qiongkuduke Ag-Polymetallic Deposit in the Xiaoshitouquan Area of Eastern Tianshan Mountains, Xinjiang. Earth Science, 43(9): 3100-3111, 3125. doi: 10.3799/dqkx.2018.290
    Citation: Yu Mingjie, Wang Yuwang, Mao Qigui, Wang Jingbin, Zhang Rui, Cheng Fenwei, Fu Wangwei, 2018. Characteristics of Ore-Forming Fluids and Their Geological Significance of Qiongkuduke Ag-Polymetallic Deposit in the Xiaoshitouquan Area of Eastern Tianshan Mountains, Xinjiang. Earth Science, 43(9): 3100-3111, 3125. doi: 10.3799/dqkx.2018.290

    新疆东天山小石头泉地区琼库都克银多金属矿床成矿流体特征及其地质意义

    doi: 10.3799/dqkx.2018.290
    基金项目: 

    中国地质调查局基础性公益性矿产地质调查项目 DD20160071

    国家重点研发计划项目 2017YFC0601201-2

    国家重点基础研究发展计划(973计划)项目 2014CB440803

    详细信息
      作者简介:

      于明杰(1988-), 男, 博士后, 主要从事地质学、同位素地球化学以及岩石地球化学方面的工作

      通讯作者: 毛启贵
    • 中图分类号: P597;P611

    Characteristics of Ore-Forming Fluids and Their Geological Significance of Qiongkuduke Ag-Polymetallic Deposit in the Xiaoshitouquan Area of Eastern Tianshan Mountains, Xinjiang

    • 摘要: 琼库都克银多金属矿床位于新疆哈密地区的小石头泉矿区中部,是矿区目前为止最大的银多金属矿床,目前人们对该矿床的成矿机制研究有待深入.在详细矿床地质特征的研究基础上,开展了石英流体包裹体显微测温分析、群体包裹体的气液相成分分析以及稳定同位素(H、O同位素)分析.结果显示,琼库都克矿床的原生石英流体包裹体类型主要为富液相的水溶液包裹体,个体较小;成矿早期阶段(Ⅰ阶段)流体包裹体的均一温度变化于152~280 ℃,盐度ω(NaCleqv)变化范围为2.73%~13.50%;主成矿阶段(Ⅱ阶段)流体包裹体的均一温度变化范围为131~261 ℃,盐度ω(NaCleqv)变化范围为0.35%~9.59%,总体表现出中-低温、中-低盐度的成矿流体特征,从Ⅰ阶段到Ⅱ阶段,成矿流体的均一温度和盐度均有所降低,表明温度和盐度的降低可能为金属沉淀的成矿机制.流体包裹体的气相成分中绝大部分为H2O,其次含有一定的CO2,并含有少量N2以及CH4和C2H6等还原性气体;液相成分中阳离子主要为Na+、K+,阴离子以Cl-占绝大多数,部分含SO42-,表明琼库都克矿床的成矿流体富含挥发分,为H2O-NaCl型热液体系.主成矿阶段包裹体的δDH2O值范围为-89.5‰~-85.1‰,δ18OH2O值为-8.671‰~-5.94‰,结合包裹体成分分析,显示矿床主成矿阶段的成矿热液为大气降水与岩浆水的混合来源.矿床地质特征、流体包裹体的研究结果以及氢氧同位素特征显示,琼库都克矿床为浅成低温热液型矿床.
    • 图 1  东天山区域地质简图

      Figure 1.  Geological sketch of tectonic outline of the eastern Tianshan area

      王京彬等(2006)

      图 2  小石头泉地区区域地质图(a)和小石头泉矿区地质图(b)

      Figure 2.  Geological sketch of Xiaoshitouquan region (a) and the Xiaoshitouquan deposit (b)

      1.第四纪沉积;2.红色岩性建造;3.石炭纪上亚层:类磨拉石建造.4.石炭纪下亚层:含煤建造;5.上石炭统海相火山碎屑岩建造;6.下石炭统海相火山碎屑建造;7.中泥盆统头苏泉组:凝灰质砂岩、粉砂岩、砂砾岩、钙质砂岩、砾岩及硅质岩、霏细岩、杏仁状玄武岩;8.石炭纪辉长岩;9.石炭纪花岗岩;10.石炭纪钾质花岗岩;11.石炭纪闪长岩;12.石英闪长岩;13.钾长花岗岩;14.背斜;15.向斜;16.隐伏向斜;17.区域大断裂;18.逆断层;19.推测断层;20.平推断层;21.铅锌矿床(点);22.银矿床(点);23.铜矿床(点);24.铁矿床(点)

      图 3  琼库都克银多金属矿床矿区地质简图

      Figure 3.  Geological sketch of the Qiongkuduke Ag-polymetallic deposit

      图 4  琼库都克矿床10号槽探剖面

      Figure 4.  Trenching profiles along line No.10 of the Qiongkuduke deposit

      图 5  琼库都克矿床0号勘探线钻孔剖面

      Figure 5.  Exploration profiles along line No.0 of the Qiongkuduke deposit

      张锐等(2017)

      图 6  琼库都克矿床围岩及矿化照片

      Figure 6.  Field photos of the Qiongkuduke Ag-polymetallic deposit mineralization and host rocks

      a.成矿早阶段的梳状石英脉;b.成矿早阶段的细粒石英脉;c.成矿早阶段的硅化蚀变带;d.成矿早阶段的热液石英脉;e.石英脉中的晶洞构造;f.主成矿阶段的网脉状石英脉

      图 7  琼库都克矿床金属矿物组合显微照片

      Figure 7.  Photomicrographs of the Qiongkuduke deposit ore textures and mineral assemblage

      a.含黄铜矿、闪锌矿和方铅矿石英脉;b.呈自形-半自形结构的黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿共生;c.黄铜矿、闪锌矿、黝铜矿和方铅矿共生;d.辉银矿分布于方铅矿的边部;e.闪锌矿、黄铜矿和方铅矿共生;f.黄铜矿、闪锌矿和方铅矿共生.Ccp.黄铜矿;Py.黄铁矿;Sp.闪锌矿;Gn.方铅矿;Td.黝铜矿;Arg.辉银矿;Qz.石英

      图 8  琼库都克矿床包裹体显微照片

      Figure 8.  Photomicrographs of the Qiongkuduke fluid inclusions (FIs)

      LH2O.液相;VH2O.气相

      图 9  琼库都克矿床石英中流体包裹体均一温度和盐度直方图

      Figure 9.  Histogram of homogenization temperature and salinity for fluid inclusions in quartz from Qiongkuduke deposit

      图 10  琼库都克矿床石英流体包裹体均一温度-盐度与不同类型矿床包裹体的均一温度-盐度对比

      Figure 10.  Comparison between temperature-salinity of inclusions of the Qiongkuduke deposit and that of inclusions in different types of ore deposits

      底图据Wilkinson(2001)

      图 11  琼库都克矿床成矿流体的δD-δ18OH2O图解

      Figure 11.  δD-δ18OH2O diagram of fluid inclusions from the Qiongkuduke deposit

      Taylor(1979, 1997)、Ohmoto(1986)Sheppard(1986)Hedenquist et al.(1994)Nesbitt(1996)

      表 1  琼库都克银多金属矿床流体包裹体显微测温结果

      Table 1.  Microthermometric data of fluid inclusions of the Qiongkuduke Ag-polymetallic deposit

      成矿阶段 样号 均一温度(℃) 盐度(% NaCleqv)
      Ⅰ阶段 ZK002-1 160.2~280.1 2.73~9.86
      ZK002-19 151.6~261.5 5.41~13.50
      Ⅱ阶段 ZK001-9 154.9~200.8 1.90~4.80
      ZK001-11 131.0~217.3 1.05~9.59
      ZK001-12 139.9~201.0 0.35~3.71
      ZK001-17 172.4~245.9 5.26~6.30
      ZK001-22 150.3~201.6 2.73~5.11
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      表 2  琼库都克矿床石英流体包裹体气相成分分析结果(%)

      Table 2.  Gas components of fluid inclusions from the Qiongkuduke deposit (%)

      样品编号 H2O N2 Ar* O2 CO2 CH4 C2H6 H2S
      ZK001-4 99.27 0.021 662 75 0.028 677 - 0.536 165 0.039 630 0.102 370 -
      ZK001-5 99.28 0.031 649 76 0.015 749 - 0.615 792 0.030 311 0.025 134 -
      ZK001-14 99.18 0.043 067 22 0.025 500 - 0.676 944 0.044 980 0.029 509 -
        注:“-”表示未检出;“*”表示参考值.
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      表 3  琼库都克矿床石英流体包裹体液相成分分析结果(10-6)

      Table 3.  Liquid components of fluid inclusions from the Qiongkuduke deposit (10-6)

      样品编号 F- Cl- SO42- Na+ K+ Mg2+ Ca2+
      ZK001-4 - 0.345 2.400 0.825 1.290 - -
      ZK001-5 - 2.080 - 1.740 0.801 - -
      ZK001-14 - 1.540 - 1.130 0.978 - -
        注:“-”表示未检出.
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      表 4  琼库都克矿床石英流体包裹体的氢氧同位素测试结果

      Table 4.  Hydrogen and oxygen isotope data of fluid inclusions from the Qiongkuduke deposit

      样品编号 矿物 δ18Ov-SMOW
      (‰)
      δDv-SMOW
      (‰)
      δ18OH2O-SMOW
      (‰)
      T(℃)
      ZK001-23 石英 7.5 -89.538 -5.994 176
      ZK001-5 石英 5.5 -85.156 -8.671 170
      ZK001-14 石英 5.2 -85.738 -8.339 175
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    出版历程
    • 收稿日期:  2018-01-13
    • 刊出日期:  2018-09-01

    新疆东天山小石头泉地区琼库都克银多金属矿床成矿流体特征及其地质意义

      通讯作者: 毛启贵, qg_mao@sina.cn
      作者简介: 于明杰(1988-), 男, 博士后, 主要从事地质学、同位素地球化学以及岩石地球化学方面的工作
    • 1. 北京矿产地质研究院, 北京 100012
    • 2. 中国科学院地球化学研究所, 贵州贵阳 550081
    • 3. 中国地质大学地球科学与资源学院, 北京 100083
    • 4. 新疆维吾尔自治区有色地质勘查局七〇四队, 新疆哈密 839005
    • 5. 哈密市安全生产监督管理局, 新疆哈密 839000
    基金项目:  中国地质调查局基础性公益性矿产地质调查项目 DD20160071国家重点研发计划项目 2017YFC0601201-2国家重点基础研究发展计划(973计划)项目 2014CB440803

    摘要: 琼库都克银多金属矿床位于新疆哈密地区的小石头泉矿区中部,是矿区目前为止最大的银多金属矿床,目前人们对该矿床的成矿机制研究有待深入.在详细矿床地质特征的研究基础上,开展了石英流体包裹体显微测温分析、群体包裹体的气液相成分分析以及稳定同位素(H、O同位素)分析.结果显示,琼库都克矿床的原生石英流体包裹体类型主要为富液相的水溶液包裹体,个体较小;成矿早期阶段(Ⅰ阶段)流体包裹体的均一温度变化于152~280 ℃,盐度ω(NaCleqv)变化范围为2.73%~13.50%;主成矿阶段(Ⅱ阶段)流体包裹体的均一温度变化范围为131~261 ℃,盐度ω(NaCleqv)变化范围为0.35%~9.59%,总体表现出中-低温、中-低盐度的成矿流体特征,从Ⅰ阶段到Ⅱ阶段,成矿流体的均一温度和盐度均有所降低,表明温度和盐度的降低可能为金属沉淀的成矿机制.流体包裹体的气相成分中绝大部分为H2O,其次含有一定的CO2,并含有少量N2以及CH4和C2H6等还原性气体;液相成分中阳离子主要为Na+、K+,阴离子以Cl-占绝大多数,部分含SO42-,表明琼库都克矿床的成矿流体富含挥发分,为H2O-NaCl型热液体系.主成矿阶段包裹体的δDH2O值范围为-89.5‰~-85.1‰,δ18OH2O值为-8.671‰~-5.94‰,结合包裹体成分分析,显示矿床主成矿阶段的成矿热液为大气降水与岩浆水的混合来源.矿床地质特征、流体包裹体的研究结果以及氢氧同位素特征显示,琼库都克矿床为浅成低温热液型矿床.

    English Abstract

    • 小石头泉地区位于新疆东天山哈尔里克岛弧带的东段(曹福根等,2006靳刘圆等,2013汪晓伟等,2015),近年来随着新疆维吾尔自治区有色地质勘查局704队勘查工作的深入进行,取得了一系列的丰硕找矿成果,相继发现了多个矿床(点)(方同辉等,2002万博等,2006张锐等,2017),如铜山北铜矿床、琼库都克银多金属矿床、铜山银多金属矿床、黄草沟银多金属矿床以及白尖山铅锌矿床,成矿地质条件优越,显示出良好的找矿前景.

      琼库都克银多金属矿床是新疆维吾尔自治区有色地质勘查局704队于2011年发现的银多金属矿床,为小石头泉地区目前为止最大的银多金属矿床,银储量已达中型规模(300 t).前人对其成矿时代及岩石地球化学特征进行了相关研究(张锐等,2017),在成矿地质背景及矿床成因类型方面进行探讨,取得了一些成果,但在成矿流体特征方面并未有相关研究报道.

      本文在详细矿床地质特征研究基础上,开展了石英流体包裹体显微测温分析、群体包裹体的气液相成分分析以及稳定同位素(H、O同位素)分析,揭示成矿流体的特征和来源,为琼库都克银多金属矿床的成因研究提供流体方面的理论依据,并为探讨琼库都克银多金属矿床的成矿作用以及总结小石头泉铜银多金属矿区的成矿规律提供新证据.

      • 小石头泉地区位于新疆哈密东北200 km的沁城地区(图 1图 2a),20世纪90年代新疆维吾尔自治区有色地质勘查局704队对该区域进行了1:5万的区域化探工作,通过一系列的地质工作发现了Cu、Zn、Pb、Ag、Au、Fe等矿化点(图 2b吉蕴生,1994王旭东,1994).随着勘查工作的深入,前人在小石头泉矿区内发现了数个铜银多金属矿床/点,受当时地质工作条件的限制,只对其进行了成矿地质条件的初步探讨(丁玉学,1994郭德英;1995方同辉等,2002万博等,2006)和相关矿床类型的探讨(莫江平等,2001秦克章等,2003).

        图  1  东天山区域地质简图

        Figure 1.  Geological sketch of tectonic outline of the eastern Tianshan area

        图  2  小石头泉地区区域地质图(a)和小石头泉矿区地质图(b)

        Figure 2.  Geological sketch of Xiaoshitouquan region (a) and the Xiaoshitouquan deposit (b)

        小石头泉矿区主要发育下石炭统雅满苏组(C1y)火山岩、火山碎屑岩(图 2a),区内火山喷发作用强烈,以裂隙式线状火山机构内的中心式喷发为特点,古火山机构发育.其火山喷发厚度大、旋回多、分异作用明显,以海陆交互相、陆相中性-中酸性喷发为主,由凝灰岩-凝灰质砾岩-凝灰质砂岩建造组成,上部主要为灰色厚层状块状凝灰岩、凝灰质砂岩及砾岩等;下部主要是由黄绿色-灰绿色薄层状凝灰岩、凝灰质砂岩及黄绿色凝灰质细砂岩夹砂砾岩等组成(方同辉等,2002万博等,2006).

        小石头泉矿区大地构造归属于大南湖岛弧带东段(图 1),经历了多期构造作用后,形成了以逆冲断层为主,紧闭、线状和倒转褶皱为特征的区域构造格架.断层以北西和北东向为主,其中区域大断裂的北西向次级断裂以及与矿区内与之平行的断裂,是主要的控岩控矿断裂.矿区东西走向线性紧闭褶皱发育,由两个次一级背斜和向斜组成,背斜向东倾伏,叠加有火山穹隆和断裂构造,为主要的控矿构造(图 2a).

        小石头泉矿区内的晚古生代石炭纪岩浆活动较为强烈,侵入岩分布范围较为广泛,且岩性种类繁多,以浅成中-酸性的侵入岩最为发育.最明显的为分布于矿床西部、北部和南部的黑云母花岗岩、钾长花岗岩和花岗斑岩杂岩体(张锐等,2017);其次,在矿区内发育了大量的中酸性次火山岩脉,部分斑岩脉与区内的银铜矿化关系密切,如琼库都克银多金属矿床、铜山东和黄草沟银矿床内发育的英安斑岩、闪长玢岩和花岗斑岩(图 2b).

        小石头泉矿区矿化作用发育,到目前为止已发现了3个铜矿床(点),3个银矿床,1个铅锌矿床(图 2b).铜矿床主要分布于小石头泉铜山矿区,包括西段、北段、东段3个矿床(点);银矿床主要位于矿区南部,分别为琼库都克银多金属矿床、铜山银矿床和黄草沟银矿床;矿区东部还有白尖山矽卡岩型铅锌矿床,其中琼库都克银多金属矿床已达中型银矿床规模(300 t).

      • 琼库都克银多金属矿床位于小石头泉矿区中部,矿区内主要出露地层为下石炭统雅满苏组(C1y),为一套海陆交互相火山岩-火山碎屑岩建造,主要岩性为中酸性晶屑凝灰岩夹少量薄层灰岩(图 3).矿区内的火山岩为典型的岛弧火山岩,属钙碱性系列,具有高εNd(t)和低初始Sr的同位素地球化学特征(万博等,2006).

        图  3  琼库都克银多金属矿床矿区地质简图

        Figure 3.  Geological sketch of the Qiongkuduke Ag-polymetallic deposit

        矿区内岩浆岩较为发育,主要分布于矿区的西部、北部、南部,主要岩性为黑云母花岗岩、钾长花岗岩和花岗斑岩杂岩体,北部的钾长花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为314.3±1.5 Ma,属晚石炭世早期,南部的花岗斑岩杂岩体锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为320±2.8 Ma,属早石炭世晚期(张锐等,2017);其次,在矿区内还发育了大量的中酸性次火山岩岩脉,与区内的铜银矿化关系密切,如闪长玢岩脉、花岗斑岩脉等,其中黄草沟矿床内的闪长玢岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为312.1±1.7 Ma(张锐等,2017).

        矿区内发育褶皱构造,琼库都克银多金属矿床产于近东西向的背斜核部,沿背斜轴部发育次级断裂和裂隙(图 3).次级断裂、裂隙大致可分为两组,即平行于背斜轴部呈近东西走向/北西西向的一组和斜交背斜轴部呈南北向延伸的一组.南北向断裂基本控制了小石头泉矿区内铜、银多金属矿体的空间展布,沿断裂带地表往往形成褐黄色、灰白色蚀变带,蚀变带内普遍发育碳酸盐化、硅化、锰矿化、粘土化等,而近东西向断裂被次火山岩脉侵入,从构造特征来看这两组断裂是同一期次构造作用的产物.

        琼库都克银多金属矿床的矿体主要沿近南北向的断裂和裂隙发育,矿体为半隐伏矿体,产于背斜核部两侧,在地表可分为南北两段(图 3).北矿段位于褶皱北翼,矿体有两条呈“X/人”型交叉的矿脉组成,受硅化破碎带的控制断续延伸.矿体主要以透镜状和细脉/网脉状为主,主矿脉在南北向上长约200 m.钻孔工程显示深部为硅化破碎带,但局部富集成矿,形成了多个单独的相对富集的矿脉.矿体受硅化破碎带的控制断续延伸,总体走向近南北,宽1.2~12.0 m不等,平均厚度3.93 m,主要以透镜状和细脉/网脉状产出为特征,矿体倾向南东,倾角多在50°~80°之间(图 4图 5).笔者在矿床深部发现了多条脉状的铜铅锌矿体(图 5),伴生银.

        图  4  琼库都克矿床10号槽探剖面

        Figure 4.  Trenching profiles along line No.10 of the Qiongkuduke deposit

        图  5  琼库都克矿床0号勘探线钻孔剖面

        Figure 5.  Exploration profiles along line No.0 of the Qiongkuduke deposit

        银多金属矿化多伴有孔雀石化、硬锰矿化、软锰矿化、硅化、碳酸盐化,围岩蚀变组合主要为低温蚀变矿物,如梳状石英、方解石、绿帘石和绿泥石等(图 4图 5).带状硅化主要发生在破碎带及两侧围岩中(图 4图 6a~6c),一般呈细脉/网脉状、透镜状,这种硅化作用与银矿化作用密切相关,另一种重要的围岩蚀变为方解石化,呈方解石石英脉产出.硅化破碎带中发育有石英晶芽,并有薄膜状及粉末状的硬锰矿和软锰矿(图 6e),矿体深部发生石英硫化物脉状银铜铅锌矿化.

        图  6  琼库都克矿床围岩及矿化照片

        Figure 6.  Field photos of the Qiongkuduke Ag-polymetallic deposit mineralization and host rocks

        矿石中金属矿物组合以黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿及辉银矿等为主,脉石矿物主要为石英、方解石和长石等(图 6).其中,黄铁矿:多呈半自形-自形,颗粒较小,基本上在0.05 mm左右,偶见较大者粒径在0.4~0.7 mm(图 7b).方铅矿:多为他形,粒径多小于0.02 mm,偶见粗者粒径约为0.150 mm×0.075 mm,与其他硫化物及脉石矿物嵌生,且大多分布于其他硫化物的边部或石英间隙,有部分交代闪锌矿(图 7a7c~7f).闪锌矿:多呈他形粒状,颗粒较细,粗者约为0.075 mm,多与黄铜矿和方铅矿等共生(图 7a~7f).钻孔中所见集合体颜色变化较大,有褐红色、锡白色、黄褐色等,星点状、团块状的多金属硫化物集合体多以脉状产出.

        图  7  琼库都克矿床金属矿物组合显微照片

        Figure 7.  Photomicrographs of the Qiongkuduke deposit ore textures and mineral assemblage

        结合野外地质特征、矿物相互穿插关系、矿石结构构造特征,以及室内显微镜下各矿物共生组合和先后关系,笔者将琼库都克银多金属矿床的成矿阶段划分为3个阶段:石英阶段(Ⅰ阶段):成矿早阶段,该阶段矿化作用较弱,硫化物种类比较单一,主要形成了少量自形-半自形的黄铁矿,脉石矿物主要是石英(图 6a~6d);石英硫化物阶段(Ⅱ阶段):主成矿阶段,该阶段矿化作用强烈,硫化物种类较多,包括有黄铜矿、闪锌矿、黝铜矿、方铅矿以及辉银矿等,脉石矿物以石英为主(图 6f图 7);石英-碳酸盐阶段(Ⅲ阶段):成矿晚阶段,该阶段主要形成的是石英、方解石等矿物,同时有少量黄铁矿(部分被氧化成褐铁矿).

      • 本次研究所采样品来自琼库都克银多金属矿床0号勘探线钻孔岩心(图 5).

        流体包裹体显微测温分析的样品采自不同位置的含少量褐铁矿和黄铁矿的石英脉和含较多金属硫化物的石英脉,代表琼库都克银多金属矿床的前两个成矿阶段(即Ⅰ、Ⅱ阶段).先由廊坊岩拓地质服务有限公司将样品磨制成双面抛光的包裹体片(厚约0.2 mm),进行仔细的包裹体显微岩相学研究,然后选择具有典型性的包裹体片用于系统的显微测温分析.

        流体包裹体的显微测温分析在北京矿产地质研究院的流体包裹体实验室完成,所用仪器为英国Linkam THMS600型冷热台,测试温度范围是-196~600 ℃.测试过程中参照冷冻-加热法(Wilkinson, 2001)来记录相变温度点.显微测温过程中,测试包裹体均一温度时的升温速率一般为2~5 ℃/min,最后冰晶消失时的升温速率为0.1~0.2 ℃/min,利用流体包裹体计算程序MacFlincor(Brown and Hagemann, 1995)对测试结果进行数据处理.根据H2O-NaCl体系中的盐度-冰点公式(Hall et al., 1988)求得包裹体的盐度.

        流体包裹体的群体包裹体成分分析样品主要采自琼库都克矿床ZK001钻孔中的Ⅱ阶段的含硫化物石英脉.石英单矿物的挑选工作由廊坊岩拓地质服务有限公司来完成,分析测试工作由中国科学院地质与地球物理研究所完成.流体包裹体的气相成分测定的最低检出限为1×10-6,所用仪器为RG202四极质谱(QMS).流体包裹体液相成分的测定方法为加热爆裂法,所使用的Shimadzu HIC6A型离子色谱仪的最低检出限:阴离子为1×10-9,阳离子为1×10-6(朱和平和王莉娟,2001).

        流体包裹体的氢、氧同位素分析样品主要采自琼库都克矿床ZK001钻孔中的Ⅱ阶段的含硫化物石英脉,分析测试工作在核工业北京地质研究院地质测试分析中心完成.流体包裹体氢同位素分析测试方法为爆裂法取水,铬法制氢(万德芳等,2005),爆裂温度为550 ℃;氧同位素分析测试采用BrF5法.氢、氧同位素测定使用MAT253质谱计,氢、氧同位素使用的国际标准为SMOW.氧同位素分析精度为±0.2‰,氢同位素分析精度为±2‰.氧同位素测定的是石英中的氧同位素,石英与水的氧同位素平衡公式采用Sharp et al.(2016)总结的公式计算得出.

      • 系统的流体包裹体显微岩相学观察显示,琼库都克银多金属矿床的含硫化物石英脉中的流体包裹体类型较为简单,在室温下,根据前人提出的流体包裹体的相态分类方案(Roedder, 1984),笔者将琼库都克银多金属矿床的流体包裹体类型分为两类(图 8),现分述如下.

        图  8  琼库都克矿床包裹体显微照片

        Figure 8.  Photomicrographs of the Qiongkuduke fluid inclusions (FIs)

        Ⅰ型:纯液相包裹体,大小为1~3 μm,以长条状和不规则状为主,数量较多,多沿裂隙分布,多为次生包裹体.

        Ⅱ型:富液相的水溶液两相包裹体,气液比为3%~25%.依据包裹体成因类型(卢焕章等,2004),可分为原生两相包裹体(Ⅱa型)和次生两相包裹体(Ⅱb型).Ⅱa型:气液比为5%~25%,大小为5~15 μm,主要呈扁圆状产出,多孤立分布(图 8).Ⅱb型:气液比较小,为3%~10%,大小大多在5 μm以下,常成串珠状和线状分布,为典型的次生包裹体.

        岩相学观察结果显示,成矿阶段的Ⅰ阶段与Ⅱ阶段的包裹体类型并无明显的区别,Ⅰ阶段的Ⅰ型包裹体比例较Ⅱ阶段更高,数量上Ⅱ阶段的流体包裹体更为发育(图 8).

      • 笔者在详细岩相学观察基础上,对琼库都克矿床石英中富液相水溶液包裹体(Ⅱa型)进行了显微测温研究.测温结果显示(表 1),Ⅰ阶段石英流体包裹体的冰点温度为-6.5~-1.6 ℃,平均值为-3.9 ℃,均一温度为152~280 ℃(图 9),平均值为207 ℃.Ⅱ阶段石英流体包裹体的冰点温度为-6.40~-0.35 ℃,均一温度为131~261 ℃(图 9),平均值为178 ℃,利用Hall et al.(1988)总结的公式将冰点温度换算成流体的盐度,Ⅰ阶段石英流体包裹体的盐度ω (NaCleqv)和Ⅱ阶段石英流体包裹体盐度ω (NaCleqv)分别为2.73%~13.50%和0.35%~9.59 %.

        成矿阶段 样号 均一温度(℃) 盐度(% NaCleqv)
        Ⅰ阶段 ZK002-1 160.2~280.1 2.73~9.86
        ZK002-19 151.6~261.5 5.41~13.50
        Ⅱ阶段 ZK001-9 154.9~200.8 1.90~4.80
        ZK001-11 131.0~217.3 1.05~9.59
        ZK001-12 139.9~201.0 0.35~3.71
        ZK001-17 172.4~245.9 5.26~6.30
        ZK001-22 150.3~201.6 2.73~5.11

        表 1  琼库都克银多金属矿床流体包裹体显微测温结果

        Table 1.  Microthermometric data of fluid inclusions of the Qiongkuduke Ag-polymetallic deposit

        图  9  琼库都克矿床石英中流体包裹体均一温度和盐度直方图

        Figure 9.  Histogram of homogenization temperature and salinity for fluid inclusions in quartz from Qiongkuduke deposit

      • 本次测试分析工作,选择了3件采自琼库都克矿床的ZK001钻孔中的Ⅱ阶段的含硫化物石英脉样品进行群体包裹体成分分析.流体包裹体气相成分分析结果和液相成分分析结果分别见表 2表 3.琼库都克矿床石英流体包裹体的气相成分(表 2)中绝大部分为H2O,其次含有一定量的CO2,并含有少量N2、CH4和C2H6等还原性气体;液相成分(表 3)较为简单,阳离子主要为Na+、K+,阴离子以Cl-占绝大多数,有一个样品中含SO42-,F-、Mg2+、Ca2+未检测出,Na+/K+比值有1个样品小于1,2个样品大于1.

        样品编号 H2O N2 Ar* O2 CO2 CH4 C2H6 H2S
        ZK001-4 99.27 0.021 662 75 0.028 677 - 0.536 165 0.039 630 0.102 370 -
        ZK001-5 99.28 0.031 649 76 0.015 749 - 0.615 792 0.030 311 0.025 134 -
        ZK001-14 99.18 0.043 067 22 0.025 500 - 0.676 944 0.044 980 0.029 509 -
          注:“-”表示未检出;“*”表示参考值.

        表 2  琼库都克矿床石英流体包裹体气相成分分析结果(%)

        Table 2.  Gas components of fluid inclusions from the Qiongkuduke deposit (%)

        样品编号 F- Cl- SO42- Na+ K+ Mg2+ Ca2+
        ZK001-4 - 0.345 2.400 0.825 1.290 - -
        ZK001-5 - 2.080 - 1.740 0.801 - -
        ZK001-14 - 1.540 - 1.130 0.978 - -
          注:“-”表示未检出.

        表 3  琼库都克矿床石英流体包裹体液相成分分析结果(10-6)

        Table 3.  Liquid components of fluid inclusions from the Qiongkuduke deposit (10-6)

      • 本次研究挑选了3件琼库都克矿床Ⅱ阶段的石英单矿物样品进行氢-氧同位素分析测定,结果显示(表 4),琼库都克矿床含矿热液中δDv-SMOW值范围为-85.156‰~-89.538‰,平均值为-86.810‰,δ18Ov-SMOW范围为5.2‰~7.5‰,平均值为6.1‰.利用石英-水分馏方程公式103lnαquartz-H2O=4.20×106/T2-3.30×103/T(Sharp et al., 2016),计算出流体的δ18OH2O-SMOW值为-8.671‰~-5.994‰,平均值为-7.668‰.

        样品编号 矿物 δ18Ov-SMOW
        (‰)
        δDv-SMOW
        (‰)
        δ18OH2O-SMOW
        (‰)
        T(℃)
        ZK001-23 石英 7.5 -89.538 -5.994 176
        ZK001-5 石英 5.5 -85.156 -8.671 170
        ZK001-14 石英 5.2 -85.738 -8.339 175

        表 4  琼库都克矿床石英流体包裹体的氢氧同位素测试结果

        Table 4.  Hydrogen and oxygen isotope data of fluid inclusions from the Qiongkuduke deposit

      • 琼库都克矿床的石英流体包裹体以富液相的水溶液包裹体为主,缺乏水-二氧化碳包裹体(即含CO2三相包裹体),成矿阶段的Ⅰ阶段与Ⅱ阶段的包裹体类型并无明显的区别,Ⅰ阶段的Ⅰ型包裹体比例较Ⅱ阶段更高.主成矿阶段(Ⅱ阶段)的石英流体包裹体的液相成分分析结果(表 3)显示,阳离子富含Na+、K+,Na+/K+比值中两个样品略大于1,一个样品略小于1,总体呈现出Na+>K+的特征;未检测出其他阳离子.阴离子中富含Cl-,有一个样品检测出SO42-,2个样品未检测出SO42-,总体呈现Cl->SO42-的特征,因此笔者认为,琼库都克银多金属矿床的成矿流体属于H2O-NaCl热液体系.流体包裹体的气相成分以H2O为主,其次为CO2,再次为N2,并含有少量CH4、C2H6等还原性气体,表明主成矿阶段成矿流体富含一定挥发分.

        琼库都克矿床含银多金属石英脉Ⅱ阶段的包裹体均一温度范围变化较大(131~261 ℃),总体温度略低于Ⅰ阶段石英脉包裹体均一温度(152~280 ℃);Ⅱ阶段包裹体盐度变化范围也较大(0.35%~9.59%),但总体盐度略低于Ⅰ阶段的包裹体的盐度变化范围(2.73%~13.50%).显微测温研究结果表明,琼库都克矿床的成矿流体属于中-低温度和中-低盐度的成矿流体,从成矿早阶段(Ⅰ阶段)到主成矿阶段(Ⅱ阶段),流体均一温度和盐度均有所降低.

        琼库都克矿床的流体包裹体的均一温度集中在140~220 ℃,盐度ω(NaCleqv)集中在2%~6%,琼库都克矿床的数据投点在图 10中,绝大部分落入浅成低温热液型矿床区域内.综合包裹体显微岩相学观察、显微测温研究结果以及群体包裹体的成分分析,结果表明琼库都克矿床的成矿流体性质可能为浅成低温热液流体性质(Turner et al., 2001; Williams-Jones and Heinrich, 2005; Heinrich, 2007).

        图  10  琼库都克矿床石英流体包裹体均一温度-盐度与不同类型矿床包裹体的均一温度-盐度对比

        Figure 10.  Comparison between temperature-salinity of inclusions of the Qiongkuduke deposit and that of inclusions in different types of ore deposits

      • 流体包裹体液相组分中的离子和离子团,如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、F-、Cl-、SO42-等,是成矿流体极为重要的组成部分,成矿物质来源不同对液相组分含量会产生重要影响(Roedder, 1979),王莉娟等(2009)指出,Na+/K+、Ca2+/Mg2+、F-/Cl-等离子个数比值可以反映成矿流体来源差异.成矿热液来源可以通过流体包裹体的F-/Cl-比值和Na+/K+比值来判别(Roedder, 1984张德会,1992),并总结出:Na+/K+<2和F-/Cl->1为壳源岩浆流体,Na+/K+>10和F-/Cl-<1为来自幔源岩浆流体或变质流体.琼库都克矿床主成矿阶段石英流体包裹体中富含Na+、K+等阳离子和Cl-等阴离子,未检测出Mg2+、Ca2+、F-,分析测试结果显示F-/Cl-的比值较低,可能体现了地下热卤水或大气水成因(卢焕章等,1990),结合流体包裹体显微测温分析,笔者认为琼库都克矿床成矿流体可能为大气水成因;Na+/K+的比值较低,表明岩浆水可能参与了矿床成矿作用(Roedder, 1984张德会,1992熊索菲等,2016),因此琼库都克矿床的成矿流体具有混合来源.

        依据前人的研究成果,成矿热液体系中水的来源可以采用热液矿物流体包裹体中水的氢氧同位素组成特征进行判别(张理刚,1985郑永飞和陈江峰,2000),琼库都克矿床主成矿阶段(Ⅱ阶段)流体包裹体中δDH2O-SMOW值的变化范围为-89.538‰~-85.156‰,δDH2O-SMOW值变化于-8.671‰~-5.994‰,与标准岩浆水δD变化范围-80‰~-40‰和δ18ОH2O变化范围5.5‰~9.5‰(Taylor, 1979; Ohmoto, 1986; Sheppard, 1986)相比,琼库都克矿床成矿流体的δD接近于岩浆水范围,这可能是因为采用包裹体爆裂法测试的氢同位素存在次生包裹体成分干扰,因此其δD值接近岩浆范围,而氧同位素值不存在次生包裹体的干扰,δ18OH2O表现出了显著偏离岩浆水范围的现象.在图 11上,琼库都克矿床主成矿阶段(Ⅱ阶段)的样品投影点分布于大气降水与热液水范围内,靠近大气降水线一侧而偏离岩浆水范围,指示主成矿阶段(Ⅱ阶段)成矿流体为大气降水与岩浆水的混合.

        图  11  琼库都克矿床成矿流体的δD-δ18OH2O图解

        Figure 11.  δD-δ18OH2O diagram of fluid inclusions from the Qiongkuduke deposit

      • 琼库都克银多金属矿床位于小石头泉矿区中部,产自一套石炭纪的海陆交互相的火山岩中(图 3),矿体以脉状为主(图 5图 6),可见石英的梳状构造、晶洞构造等(图 6),与银矿化关系密切的硅化蚀变带在地表均有出露.围岩蚀变以发育硅化、碳酸盐化、青磐岩化等低温蚀变矿物为主要特征,显微测温研究同时显示包裹体以发育中低温度、中低盐度的富液两相包裹体为特征,反映出琼库都克矿床的成矿温度较低;包裹体成分分析显示成矿流体属于H2O-NaCl型热液流体,并富含一定的挥发分.从琼库都克矿床的成矿地质特征、成矿流体特征来看,其均与浅成低温热液型成矿系统(Cooke and Simmons, 2000; Hedenquist et al., 2000; Gemmell et al., 2004; Bethke et al., 2005; Chen et al., 2012)的特征相一致.

        前人对流体包裹体和稳定同位素(H、O、S、Pb等)的研究表明,浅成低温热液型矿床的成矿流体组成主要以大气降水为主,岩浆水或变质水的加入尚有异议,不过岩浆热液的参与对成矿元素的运移起到重要作用(Sillitoe, 1997; Scott and Watanabe, 1998; Cooke and Simmons, 2000; Cooke and McPhail, 2001; Sun et al., 2004; Heinrich, 2005, 2007周向斌等,2016).琼库都克矿床的群体包裹体成分分析及氢氧同位素分析结果显示,成矿流体为大气降水与岩浆水的混合流体,以大气降水为主,岩浆水对成矿作用起到了重要作用,张锐等(2017)对矿区内成矿地质体的相关研究结果也证明了这一点.

        综合琼库都克矿床的地质特征、成矿流体性质和成矿流体来源等研究结果,笔者认为琼库都克矿床为浅成低温热液型矿床.

      • (1) 琼库都克矿床的原生石英流体包裹体类型主要为富液相的水溶液包裹体,个体较小;成矿早阶段(Ⅰ阶段)流体包裹体的均一温度变化范围为152~280 ℃,盐度ω(NaCleqv)变化范围为2.73%~13.50%,主成矿阶段(Ⅱ阶段)流体包裹体的均一温度变化范围为131~261 ℃,盐度ω(NaCleqv)变化范围为0.35%~9.59%,总体表现出中-低温、中-低盐度的成矿流体特征.

        (2) 主成矿阶段流体包裹体的气液相成分显示成矿流体属于H2O-NaCl型热液体系,结合氢氧同位素特征分析,显示成矿热液为大气降水与岩浆水的混合来源.

        (3) 结合琼库都克矿床的地质特征、成矿流体性质和成矿流体来源等研究成果,笔者认为琼库都克矿床为浅成低温热液型矿床.

    参考文献 (71)

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