南卡俄吾，贾群子，李金超，栗亚芝，孔会磊，王曙光，林兆丰

(1.长安大学土地工程学院，陕西 西安 710064；2.陕西省土地工程建设集团，陕西 西安 710075；3.中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710054)

近年来，随着青藏高原地质矿产调查与评价专项实施，青海省东昆仑祁漫塔格地区找矿成果显著，特别是一个与三叠纪中酸性侵入岩有关的矽卡岩成矿系列备受关注[1-4]，并以矿床分布广、资源量大为优势，使该地区成为我国西部最有找矿潜力的矽卡岩铁多金属成矿带。以往研究认为，该地区矽卡岩矿床赋矿地层为中元古界狼牙山组与奥陶-志留纪滩间山群，成矿时代集中于中、晚三叠世，成矿元素则以铁为主伴生锌、铅、铜等[5-6]。2011年，青海省核工业地质局在1∶50万航磁异常查证时发现了赋矿层位为金水口岩群的哈西亚图铁多金属矿床，成矿时代为早三叠世，成矿元素以铁为主伴生金，成矿地质特征与区域以往矽卡岩矿床研究认识差别较大。目前矿床规模已达中型，深刻认识该矿床成矿特征有助于指导区域找矿。

哈西亚图矿床地处东昆中构造带西段，距格尔木市西约120 km。至今，该矿床仅开展了岩石学、年代学、矿床地质特征等研究[7-8]，但对于成矿物质来源及岩浆岩深部富集过程等关键问题未有深入研究。本文拟通过氧、硫、铅同位素特征，结合地质学、岩石学、地球化学分析等，探讨哈西亚图矿床成矿物质来源及岩浆岩深部过程，在此基础上对比研究区域矽卡岩成矿特征，重点探讨金富集矿化机理，为进一步丰富区域成矿作用研究提供新资料。

1 地质背景

东昆仑造山带位于青藏高原东北部，属特提斯构造域。从元古代至今，地质演化经历多个造山旋回，主要有原特提斯、古特提斯、新特提斯3个演化阶段，同时形成了前寒武纪(元古宙)；早元古代；晚古生代-早中生代；晚中生代-新生代4个岩浆热事件活动峰值时段[9-10]。其中，古特提斯洋演化阶段介于晚古生代到早中生代期间，该时期受残余洋盆—阿尼玛卿洋盆俯冲作用影响，整个东昆仑处于陆缘弧环境，弧岩浆岩活动强烈，特别是中酸性岩浆岩十分发育，最终在早古生代末奠定的构造格架基础上形成了巨大的岩浆岩带。区域发育昆北、昆中、昆南3条近NW向的断裂(图1)，可将东昆仑从北到南划分为东昆北、中和南3个构造带[12]，区内各时期地层均有出露，主要包括古元古界金水口岩群、中元古界狼牙山组、寒武-奥陶纪(时代未定，待解决)滩间山群、上泥盆统牦牛山组、石炭系大干沟组和四羊角组、上三叠统鄂拉山组等。其中，金水口岩群和滩涧山群是本区矽卡岩矿床主要赋矿层位。

2 矿床地质

2.1 测试技术方法

本次样品均采自矿区探槽及钻孔中，样品表面新鲜，无蚀变风化。样品主量元素、稀土元素、微量元素分析、物相分析在西安地质矿产研究所实验测试中心完成。主量元素采用X荧光光谱(XRF)进行分析，分析精度优于1%，稀土和微量元素利用SX50型电感耦合等离子质谱仪进行测定，分析精度优于5%～10%，物相分析仪器型号为D/max-2500，编号为SX-65；氧同位素分析在核工业北京地质研究院同位素实验完成。仪器为MAT253-EM，分析方法为BrF5平衡法，分析精密度：δ18O为±0.2‰；硫、铅同位素分析在武汉地质矿产研究所测试中心完成。硫同位素组成在稳定同位素质谱仪MAT251上测定。分析过程采用标准LTB-2和NBS127进行质量监控，分析误差范围为±0.2‰。铅同位素分析在热电离同位素质谱仪MAT261仪器上进行，采用NBS981对质谱分析进行质量监控。

2.2 矿床地质特征

矿区出露地层主要为金水口岩群下岩组，为一套中深变质的杂岩岩系，可划分为3个岩性段：黑云斜长片麻岩段、大理岩段、矽卡岩段，其中大理岩段并不是厚层稳定的单一岩性，而是夹杂着很多薄层片麻岩类，地层总体产状南倾，倾角30°～65°。由于第四系覆盖以及工程揭露不足，断裂控制程度较低，矿床控矿构造以北东向或近东西向为主，矿区外围发育有北西向断裂。岩浆岩主要为矿区北部的石英闪长岩与东部的花岗闪长岩，根据矿区外围地质接触关系，花岗闪长岩和石英闪长岩与金水口岩群下岩组属侵入接触关系。

矽卡岩产于距石英闪长岩体800 m左右的外接触带，矿体与围岩的界线清晰，围岩蚀变类型主要有矽卡岩化、硅化、绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化等。其中，矽卡岩化作用是矿区最重要的蚀变作用，主要出现在矿体周围的大理岩层位中，是岩浆热液与围岩交代后的产物，规模取决于大理岩层位厚度及层间裂隙发育程度，主要产物有透辉石矽卡岩、石榴子石矽卡岩、绿帘石矽卡岩等无水岛状或链状硅酸盐矿物。矿区共圈定矿体54条，矿体呈层状、似层状、透镜状平行分布，主要成矿元素平均品位分别为：铁34.75%，锌1.99%，金3.92 g/t。矿石矿物主要有磁铁矿、闪锌矿和方铅矿、自然金等，多为块状构造、稠密侵染状构造、侵染状构造和条带状构造，磁铁矿中的脉石矿物主要为镁铁闪石-阳起石、白云母、透辉石和方解石，铅锌矿石中的脉石矿物主要有透辉石、透闪石、方解石、绿泥石等。矿带长1.4 km，厚200～350 m，倾向180°，倾角45°～75°，矿体总体沿金水口岩群下岩组顺层产出。

2.3 岩相学与标型矿物特征

矿体围岩黑云斜长片麻岩主要由斜长石(45%)、石英(35%)，暗色矿物为黑云母(20%)组成，部分岩石发生混合岩化作用，呈眼球状构造，眼球主要为钾长石，部分为斜长石(图2a)；并受热液作用影响，石英含量升高，呈弥漫型分布于矿物颗粒之间，表现出硅化特征(图2b)；大理岩为白云质，部分白云石发生橄榄石化，橄榄石内部裂理发育，少数橄榄石发生蛇纹石化或绿泥石化(图2c)。矽卡岩矿物类型多样，从低温闪石族到高温石榴子石族均有发育。矽卡岩阶段早期经历了岩浆热液与大理岩初步交代作用过程，形成了早期的石榴子石、透辉石、镁橄榄石等干矽卡岩矿物(图2f)；矽卡岩阶段晚期，由于热液温度下降出现了闪石族矿物，以镁铁闪石为主，并沉淀磁铁矿(图2d、h)；退化蚀变阶段以大量形成闪石族矿物为标志，并有绿帘石以及少量磁黄铁矿形成(图2e、g、i)；金属硫化物阶段以出现含硫金属矿物为特征，出现了大量的黄铁矿、闪锌矿、方铅矿等矿物。自然金形成于后期热液作用过程中，形成温度较低。

磁铁矿与黄铁矿X射线衍射分析结果列于表1。磁铁矿晶胞常数变化介于0.839 8～0.840 1 nm。丁俊等[13]在研究印度尼西亚塔里亚布铁矿时，总结出该类矿床矿浆型、接触交代型、热液脉型磁铁矿晶胞常数分别为0.839 2～0.839 9 nm、0.839 8～0.840 2 nm、0.840 1～0.840 7 nm，哈西亚图与塔里亚布接触交代型磁铁矿晶胞常数变化范围基本符合。黄铁矿晶胞常数变化介于0.541 9～0.542 1 nm，与理想值0.541 8 nm略有偏差，可能是因为Co、Ni等进入黄铁矿晶格，使a0值偏大。

2.4 岩石地球化学特征

矿床围岩与矽卡岩化学分析结果见表2，可以看出随着矽卡岩交代程度提高，样品CaO、MgO等含量逐渐下降，SiO2含量逐渐升高，表现出交代作用中化学组分变化的特征，而大理岩MgO含量较高，是镁矽卡岩形成的物质基础。黑云斜长片麻岩具有高SiO2、低MgO、中等Al2O3含量特征，结合镜下鉴定，推测原岩为泥质(砂)岩。

在稀土元配分图上，围岩与矽卡岩具有较一致的分布特征(图3)，都具有微弱δEu负异常，轻稀土富集，重稀土亏损，轻重稀土分异明显，微量元素蛛网图中黑云斜长片麻岩亏损Ba、Nb、Sr、Ti等元素，富集Rb、Th、La、Nd、Zr等元素，矽卡岩与黑云斜长片麻岩基本上有着类似的趋势，所不同的是，交代作用可能使矽卡岩在形成过程中部分大离子亲石元素亏损，但整体表现出一定的内在成因联系。空间上，距离矿体较远的黑云斜长片麻岩(12HXYT6-12HXYT10)Fe2O3、FeO含量值明显高于矿体围岩中的黑云斜长片麻岩(13HXH06-13HXH10)，可能是因为成矿热液在活动过程中遇到这些黑云斜长片麻岩，从中摄取出了铁质，并被动的提高了SiO2含量，而未被改造的黑云斜长片麻岩保持了自身固有的化学性质，成分未发生改变。

表2 哈西亚图铁多金属矿区矽卡岩、黑云斜长片麻岩主量元素和微量元素含量Table 2 Contents of major elements and trace elements of sharn and biotite plagioclase gneiss in the Haxiyatu Iron-polymetallic ore district

3 同位素地球化学特征

3.1 氧同位素特征

磁铁矿氧同位素分析结果见表3，磁铁矿δ18OV-SMOW均为正值，变化范围介于2.7‰～4.1‰，暗示矿石铁质的来源受相同成矿环境与地质条件控制。矽卡岩矿床中磁铁矿具有两种成因：① 岩浆流体中直接结晶，多为中基性岩浆岩在岩浆熔离、分异结晶过程中产生[13]。② 岩浆期后成矿流体中结晶，主要形成于矽卡岩交代作用过程中。因而，不同成因的磁铁矿其氧同位素组成差别较大，如前文所述，哈西亚图矿床磁铁矿与镁铁闪石共生，且δ18O平均为3.4‰，与典型岩浆成因的拉科铁矿的磁铁矿(δ18O=3.7‰)相比略低[14]，说明磁铁矿形成于岩浆期后矽卡岩阶段，并非是从岩浆流体中直接结晶而来。

3.2 硫同位素特征

黄铁矿及闪锌矿硫同位素分析结果见表4。数据显示矿区硫同位素均为正值，分布区间较为集中(3.99‰～6.30‰)，极差为2.25‰，说明硫的均一化程度很高，并且在后期结晶过程中，成矿流体没有明显的分馏作用。黄铁矿δ34S值为4.63‰～6.30‰，平均5.18‰，闪锌矿δ34S值为3.99‰～4.23‰，平均4.06‰。通常认为在硫同位素示踪应用前提是硫同位素分馏必须达到平衡，并且金属硫化物之间的δ34S关系是δ34S辉钼矿>δ34S黄铁矿>δ34S闪锌矿>δ34S黄铜矿>δ34S方铅矿[14]，从表4可以看出黄铁矿δ34S值略高于闪锌矿δ34S值，说明哈西亚图铁多金属矿硫化物中的黄铁矿、闪锌矿达到了平衡，并且在直方图中显示出单峰塔式分布特征(图4a)，峰值介于4‰～5‰之间。应用公式[15]：

1 000 lnαPy-Sph=3.0×105t-2

其中α为分馏系数，t为温度。计算得哈西亚图矿区黄铁矿与闪锌矿硫同位素对平衡温度范围介于307～351 ℃，与一般矽卡岩矿床中黄铁矿与闪锌矿形成温度一致。

图3 哈西亚图铁矿床矽卡岩与黑云斜长片麻岩微量元素蛛网图和稀土元素分布模式图Fig.3 Primitive mantle-normalized trace element spider diagrams and chondrite-normalized REE distribution patterns for skarn and biotite plagioclase gneiss in Haxiyatu iron-polymetallic deposit

表3 哈西亚图铁多金属矿床氧同位素分析结果1)Table 3 Oxygen isotopic composition of the Haxiyatu Iron-polymetallic deposit

1)PDB表示Pee Dee Belemnite，即美国南卡罗来纳州白垩纪皮狄组拟箭石化石；SMOW表示Standard Mean Ocean Water，即标准平均大洋水

表4 哈西亚图矿床硫同位素分析结果Table 4 Sulfur isotopic composition of the Haxiyatu iron-polymetallic deposit

为避免简单统计造成分析结果的片面性，此处利用同位素对图解法确定总硫值并佐证前述。表3中12HXYT-16(黄铁矿)与12HXYT-16-2(闪锌矿)是来自同一样品的一组矿物对，且黄铁矿与闪锌矿彼此共生，又无明显交代、穿插现象，本次共测得5组矿物对数据，利用矿物对δ34S值线性关系计算得出哈西亚图总硫同位素组成为δ34S∑S值为3.77‰(图4b)，计算方法及过程详见[16]。

3.4 铅同位素特征

黄铁矿铅同位素组成208Pb/204Pb、207Pb/204Pb、206Pb/204Pb分别为38.471～38.629、15.627～15.671和18.435～18.473(表5)，变化率<1%。地幔中μ为8.92，ω为31.844；造山带中μ为10.87，ω为39.567；上地壳μ为12.24，ω为41.861；下地壳μ为5.89，ω为35.222[16]。哈西亚图黄铁矿铅同位素μ(238U/204Pb)值为9.51～9.60，ω(232Th/204Pb)值为36.74～37.67，变化范围介于地幔与造山带之间。

4 成矿物质来源

一般认为，地幔δ34S值(0±2)‰的范围内[18]，大洋岛弧玄武岩硫化物δ34S值通常为(1.0±1.9)‰的范围内[19]，两端元硫混合后形成的混合岩浆硫δ34S值范围为(1±3.9)‰[20]，而下地壳物质的参与使该范围值总体略有升高，东昆仑造山带三叠纪岩浆岩δ34S值范围为(2.6±2.3)‰[21]，岩浆源区更可能接近于安山质成分。哈西亚图矿区总硫值为3.77‰，说明矿区硫来源于壳幔混合岩浆，并有下地壳物质硫的参与。Zartman and Doe[22]根据不同构造环境的显生宙岩石和矿床铅同位素特征建立了不同地质环境下铅同位素构造模式图。将哈西亚图黄铁矿铅同位素数据投影到图5中，结果显示出明显的线性分布，图5a中落入上地壳与造山带模式线之间，图5b中落入下地壳与造山带模式线之间。再结合朱炳泉[22]提出的铅同位素Δβ-Δγ图解，可以看出铅同位素点都落入地壳与地幔混合的俯冲铅范围内(图5c)，结果很好地印证东昆仑地区三叠纪板块俯冲与壳幔岩浆混合的事实，显示出矿区铅来源的壳幔混合特征。

图 4 哈西亚图铁多金属矿床硫同位素组成Fig.4 Sulfur isotopic composition of the Haxiyatu Iron-polymetallic ore district

表5 哈西亚图铁多金属矿床铅同位素分析结果Table 5 Pb isotopic composition of the Haxiyatu Iron-polymetallic deposit

不同成因磁铁矿氧同位素特征同样具有明显的差异，沉积变质型铁矿多形成于前寒武纪，矿床普遍遭受了强烈的变质、变形作用，故而磁铁矿δ18O值往往具有较大负值(-10‰)和较大的正值(>10‰)；沉积型铁矿磁铁矿δ18O同样具有较大正值，但很少出现负值；火山岩型铁矿(包括岩浆型)磁铁矿δ18O变化范围较小，介于2‰～6‰之间，平均4‰左右。相比与火山岩型铁矿，矽卡岩型矿床磁铁矿的δ18O值变化范围较宽，介于-1‰～9‰[14,23]，其中接近与零值附近的可能与“轻”的流体参入、围岩蚀变等相关。哈西亚图磁铁矿δ18OV-SMOW平均值为3.4‰，高于海水和大气降水δ18O值，但低于正常岩浆水δ18O值，说明成矿流体中除了岩浆水外，还有地层同生水。

5 成矿作用分析

硫、铅同位素表明哈西亚图矿区成矿物质来源于地壳与地幔混合岩浆，可能接近于安山质岩浆的成分，氧同位素则暗示成矿流体中有大气降水的混入。从区域大范围看，东昆仑地区矽卡岩矿床成矿相关岩浆岩、成矿时代、赋矿围岩、矿体形态等方面有诸多相似(表6)，但成矿元素特征类型差距明显，哈西亚图矿床具有规模较大的金成矿作用。

就地层建造而言，滩间山群是一套碎屑岩-火山岩-碳酸盐岩建造，金水口岩群是原岩为碎屑岩的中深变质岩与碳酸盐岩建造，这两种建造类型都具有良好的矽卡岩发育条件，特别是金水口岩群中的片麻岩段具有较高的铁质含量，此外，区内矽卡岩类型与成矿元素关系紧密，镁质矽卡岩、钙质矽卡岩常伴随铁、锌等元素成矿，而铅元素的富集成矿往往与锰质矽卡岩形成关系密切[5]。

从岩浆岩、成矿时代、产出背景来看，哈西亚图矿床产出背景为阿尼玛卿洋盆俯冲阶段，形成于早三叠世，而其他矽卡岩矿床更多的与板块碰撞关系紧密，产于晚三叠世期间。已有研究认为尕林格、野马泉等形成于晚三叠世的矿床产出背景为后碰撞构造阶段，并在“相对松弛”的应力环境下，加厚下地壳发生拆沉作用，后与幔源岩浆混合，再经侵位并成矿[4,24]。然而，哈西亚图矿床形成于早三叠世洋壳俯冲阶段，该时期并无加厚地壳的存在，因此，上述壳幔岩浆作用机制与成矿作用并不适用于解释哈西亚图矿床。

图5 哈西亚图铁多金属矿床矿石铅构造模式图(a，b)(底图据文献[17])；Δγ-Δβ成因分类图解(c)(底图据文献[22])Fig.5 Tectonic model for rocks and ores in Haxiyatu iron-polymetallic deposit(a，b)；Δα-Δβ diagram showing genetic classification(c)A-上地幔，B-造山带，C-上地壳，D- 下地壳1-地幔源铅，2-上地壳铅，3-上地壳与地幔混合的俯冲铅(3a-岩浆作用，3b-沉积作用)，4-化学沉积型铅，5-海底热水作用铅，7-深质下地壳铅，8-造山带铅，9-古老页岩上地壳铅，10-退变质铅

表6 祁漫塔格地区主要铁多金属矽卡岩矿床地质特征Table 6 The geological characteristics of skarn polymetallic iron deposits in Qimantage region

事实上，三叠纪东昆仑矽卡岩矿床与蚀变岩型金矿致矿岩浆岩都属安第斯型陆缘弧中酸性岩浆岩，以往研究已证实哈西亚图成矿岩体形成于早三叠世，岩浆来源于壳幔混合，对应的地球动力学背景是洋壳俯冲过程，强烈的俯冲作用致使东昆仑地区发展为弧后拉张环境，为后期岩浆岩上侵形成了良好的通道[28]，实验岩石学已证明，成熟(>50 Ma)或冷的俯冲板片是把水带到深部地幔的最好载体[29]，随着俯冲作用的持续，上升的软流圈物质加热俯冲板片，导致俯冲板片中的含水矿物(特别是镁硅酸盐相)变质脱水释放出大量水流体并迁移上升，这种迁移模式往往是较长距离的，在压力及温度的影响下，板片水流体交代过渡地壳的玄武岩底垫，并显著降低地幔岩石的固相线温度，从而使基性岩石发生部分熔融。造成来源较深的幔源岩浆与壳源岩浆混合，这种混合岩浆由于来源很深，往往能携带大量的金元素，利于后期金的成矿作用[30-31]。区域以五龙沟、沟里为代表的蚀变岩型金矿也多形成于早三叠世，成矿岩体普遍发育暗色微粒包体，同样暗示着早三叠世弧岩浆岩可能来源于壳幔混合岩浆。

从哈西亚图成矿元素中可以看出，矿床中金元素成矿作用明显，对应的地球动力学背景是早三叠世阿尼玛卿洋盆俯冲阶段，这种俯冲作用能够带来更深、更富集金元素的岩浆，而在此后的陆内作用时期，矽卡岩矿床中很少再有金元素富集矿化表现，暗示着哈西亚图矿床岩浆岩来源可能与区内其他矽卡岩矿床不同，具有更深、更富集金元素的岩浆岩来源[32]。微量元素配分图显示出矽卡岩与围岩的相似性以及磁铁矿氧同位素组成特征则表明成矿热液中有地层同生水或大气降水的混入，这可能是在岩浆侵位间隙大气降水或地层同生水沿昆中大断裂诱发的次级断裂带下渗与岩体分异出的成矿热液混合的结果，与此同时，在含矿热液运移过程中遇到金水口岩群片麻岩类地层，从中淋滤出铁质等金属物质并与含矿热液再次发生混合形成成矿流体。

5 结 论

1)矿区硫、铅同位素表明哈西亚图矿区成矿物质来源于地壳与地幔混合岩浆，可能接近于安山质岩浆的成分。磁铁矿δ18OV-SMOW值高于海水和大气降水δ18O值，但低于正常岩浆水δ18O值，说明磁铁矿并非是次生岩浆直接结晶形成，并且成矿流体中有部分大气降水的混入导致δ18O值降低。

2)哈西亚图矿床形成于洋壳俯冲阶段，与区域其他矽卡岩矿床相比，成矿物质具有更深、更富集金元素的特性。