新疆哈图金矿成矿地球化学特征∗

地里夏提买买提，王人可，王勇，王俊林，刘波，林彩香

(1.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆乌鲁木齐830047；2.西部黄金克拉玛依哈图金矿有限责任公司，新疆克拉玛依834000)

0 引言

造山型金矿床是世界上最重要的金矿类型[1]，其包括石英脉型、韧性剪切带型、构造蚀变岩型及网脉型金矿．哈图金矿属典型的造山型金矿床，位于西准噶尔南部的扎依尔断裂-褶皱带内．众多学者对哈图金矿成矿流体特征、成矿物质来源和成矿机理等做了细致的工作[2−7]，其成果对金矿的成因探讨有较好的理论指导意义．但对于该地区的找矿预测，特别是深部找矿的研究还不多，还有以往的研究未能将深部的系统工作与地球化学找矿相结合．为此，本研究在矿山技术人员的大力协助下，系统采集了千米深隐伏矿体及围岩的样品，分析了石英包裹体成分、氧同位素组成以及成矿元素和共（伴）生元素组合特征，成果可为西准噶尔地区金矿床深部成矿预测提供参考．

1 区域地质

以安齐大断裂为界，南东侧出露地层为下石炭统包古图组，北西侧为下石炭统太勒古拉组．包古图组岩性以凝灰质砂岩、凝灰质泥质砂岩为主，太勒古拉组岩性以凝灰岩、凝灰质泥岩、玄武岩和硅质岩为主．区内出露铁厂沟、阿克巴斯套等海西期花岗岩岩体．

哈图金矿位于达拉布特断裂和哈图断裂所挟持的扎依尔构造块体上，该块体断裂构造发育．其中，哈图断裂、安齐断裂以及达拉布特断裂为研究区内主要的三大断裂，形成该区域构造的基本格架（图1），也控制着金矿床的分布．哈图金矿区位于安齐断裂上盘．矿区内与NE向大断裂伴生的NW、NE以及EW向次级断裂是主要含矿构造（图2）．

图1 哈图金矿(点)区域地质构造图（据范宏瑞等，1998年修编)

图2 哈图金矿区含（控）矿构造分布图

2 矿床地质特征

哈图金矿矿（脉）体的产出和分布主要受断裂控制[8−15]，含（控）矿断裂的产状如图2所示．矿区主要出露下石炭统太勒古拉组的含碳凝灰质泥岩、凝灰质砂岩、凝灰岩、玄武岩．基性侵入岩零星分布，主要为辉绿岩脉．矿体有石英脉型和细小石英脉+蚀变岩型两种，在0∼400 m浅部区域发育石英脉型矿体，在矿区深部和石英脉型矿体两侧的围岩中发育细小石英脉和蚀变岩型矿体．钻探资料表明，蚀变岩型矿体向下断续延伸到了1 200 m[16]．与金矿化密切相关的围岩蚀变主要是硅化，一般表现为细脉状、网脉状石英沿破碎带中裂隙充填，此外，毒砂化以及黄铁矿化也与金矿化密切相关．

矿脉的近矿围岩主要是蚀变的碳质泥质粉砂岩、硅质凝灰质粉砂岩、玄武岩等．早期人们一直认为这套地层的沉积环境属于海相[14]，近年有人提出为陆相，或是海陆交互相[7]．本研究在金矿外围采取了有明显沉积层理的碳质泥岩和碳质粉砂岩，对其中顺层分布的黄铁矿（图3）进行了硫同位素分析．三个样的δS34值分别为+0.4‰、-0.34‰和-10.77‰．与典型海相沉积硫化物的硫同位素组成[17]不相符，但尚不足以证明其属陆相成因．我们将在后续工作中收集其他证据综合判断．

3 矿床地球化学特征

3.1 样品采集与分析方法

本研究的包裹体样品取自地下450 m～1 000 m深处11个中段的隐伏矿体石英细脉．首先在显微镜下观察包裹体的特征，其后在Linkam-THMSG 600型冷热台上测定石英包裹体的均一温度等，测温前对冷热台进行了标准物质的校正(其中0～600◦C的温差范围为±1◦C，0～-198◦C的温差范围为±0.1◦C)．

图3 碳质泥岩和碳质粉砂岩中顺层分布的黄铁矿

从测温的石英样中挑选11件石英单矿物进行氧同位素测试．石英氧同位素测试在北京科荟测试分析技术有限公司完成，使用仪器为MAT-253plus气体稳定同位素质谱仪．在显微镜下选取200目左右石英单矿物，在高温真空环境中使BrF5与石英反应，对产生的氧气进行质谱分析，分析精度为±0.2%．

对3件层状碳质砂岩中的沉积型黄铁矿进行硫同位素分析．测试在北京科荟测试分析技术有限公司完成．将黄铁矿单矿物样品粉碎至200目，与V2O5在高温下反应生成SO2．硫同位素分析在MAT-253plus气体稳定同位素质谱仪上完成，使用的标准为CDT，分析精度为±0.2‰．

3.2 成矿温度与压力

3.2.1 流体包裹体类型与组合特征

通过流体包裹体的岩相学特征观察，将其分为3种类型（图4，表1），即富液相的气液两相包裹体、富气相的气液两相包裹体和含CO2的三相(VCO2+LCO2+LH2O)包裹体[18]．矿脉石英中主要为气液两相包裹体，含CO2的多相包裹体较少，没有观察到含子矿物包裹体．

图4 哈图金矿床流体包裹体显微特征图片

表1 金矿床流体包裹体类型及岩相学特征

3.2.2 哈图金矿显微测温

测温结果显示，富液相气液包裹体的均一温度为198◦C～329◦C，冰点温度范围为-0.6◦C～-2.0◦C，盐度为1.02%～3.35%NaClwt%．富气相气液包裹体的均一温度为259◦C～302◦C，冰点温度范围-0.4◦C～-2.1◦C，盐度0.7%～3.51%NaClwt%．含CO2三相包裹体初熔温度为-60.1～-58.1◦C，笼合物消失温度为5.1～6.7◦C，部分均一温度均值为24.5◦C左右，完全均一温度为288◦C～315◦C，冰点温度为-1.9◦C，水溶液相的盐度是3.18%NaClwt%．由此可知，成矿热液为中低温、低盐度流体．

3.2.3 成矿压力及深度

成矿压力是将包裹体显微测温和测盐度结果代入文献[19]经验公式计算所得，公式如下

式中：t为实测温度，◦C；p为成矿压力，105Pa；N为盐度，%．

将流体包裹体所测得的温度和盐度数值带入公式（1），哈图金矿成矿压力为57.57 MPa～103.5 MPa．

哈图金矿围岩的岩性及密度分别为：凝灰质砂岩、凝灰质粉砂岩、含碳泥质砂岩密度为2.68 g/cm3～2.71 g/cm3．玄武岩、辉绿岩和凝灰岩的密度为2.99 g/cm3～3.05 g/cm3．由于矿体围岩中凝灰岩类岩石占1/3，玄武岩类岩石占2/3，对二者加权平均，得密度2.91 g/cm3．根据成矿压力（即岩石围压）、围岩密度及深度三者的关系，推算出哈图金矿成矿深度为2.01～3.63 km．总体来看，哈图金矿形成于浅层深度．

3.3 成矿热液氧同位素特征

矿脉石英δ18OV−SMOW值为20.3‰～21.0‰（表2），根据石英-水体系氧同位素分馏系数103lnα石英-水=3.38×106/T2−3.40[20]，计算出流体δ18O值

由此求得平衡流体的δ18O值为8.6‰～14.8‰（表2）．

表2 哈图金矿床不同中段样品的氧同位素组成

根据氧同位素在自然界的分布（图5）[21]，可知哈图金矿成矿热液氧同位素δ18O（8.6‰～14.8‰）落在变质水和岩浆水的重叠范围．

3.4 成矿元素及共（伴）生元素组合特征

元素组合是元素本身性质和地球化学行为在地质体中的具体表现，其又与地质环境有关[22]．根据成矿元素及共（伴）生元素的组合规律和成矿时的物理化学条件，推断该金矿的成矿过程，本文应用Canoco 4.5软件对成矿有关元素进行了典型相关分析（CCA）．

图5 自然界氧同位素组成的分布

在成矿元素及共（伴）生元素与成矿条件（温度、压力、盐度和CO2）的关系图中（图6），温度和压力偏向F1因子（横轴），盐度和CO2相对偏向F2因子（纵轴），所以F1正向代表了温度、压力升高的成矿过程，F2代表了成矿热液所含盐度及CO2相对升高的过程．不难看出，W、Ni、Bi元素分布在较高温压区，表现为惰性，迁移能力较弱，常在金矿体的尾部沉淀富集，从而形成尾晕元素组合．在这个组合中，W、Bi是中酸性岩浆岩的标型元素，而Ni则是基性—超基性岩浆岩的代表性元素，二者的共存表明成矿物质的多来源性和成矿过程的叠加性．As和Hg元素分布在低温压区，因其迁移能力较强，常聚集在金矿体的前端，形成前缘晕组合，分布在地下浅部或出露于地表．Cu、Ag、Au、Zn、Sb、Pb元素分布在中高温压、低盐和较低CO2含量的区段，常作为亲硫的近矿指示元素共生在一起．这些元素基本可分为两个组合：Mo、Pb、Zn、Sb典型中温中压组合，Cu、Ag、Au中高温压组合．后一个组合中，Au表现出对矿液中盐度和CO2含量的强烈负相关，表明其沉淀富集在相对低盐的还原环境．

图6 哈图金矿床矿床地球化学指示元素与环境因子典型相关分析图

4 结论

（1）哈图金矿的成矿热液为中低温、低盐度流体．成矿温度198◦C～329◦C，压力57.57 Mpa～103.5 Mpa，成矿深度2.01～3.63 km．

（2）哈图金矿流体氧同位素δ18O为8.57‰～14.68‰，成矿热液是岩浆热液和变质水的混合流体．

（3）深部隐伏矿体中W、Ni、Bi元素集中在较高温压区，为尾晕元素组合．这个组合显示出成矿物质的多来源性．As和Hg元素分布在低温压区，常聚集在金矿体的前端，为前缘晕组合．Au在较低的盐度和还原环境中富集成矿．

总之，哈图金矿是混合型热液萃取流经的基性-中酸性岩浆岩及火山-沉积岩中成矿物质，在合适的构造部位富集而成的中-低温热液矿床．含矿热液在地下约3.6 km深度向上运移途中，随着降温和降压，成矿元素和共（伴）生元素按地球化学活性依次析出，形成了尾晕元素组合→近矿元素组合→前缘晕元素组合的分带序列．