新疆北準噶爾成礦帶賦礦地層穩(wěn)定同位素研究

（新疆地礦局第一區(qū)調(diào)大隊，新疆 烏魯木齊 830013）

穩(wěn)定同位素是成礦帶賦礦地層的重要組成，且能夠敏感響應(yīng)成礦帶的環(huán)境變化，且穩(wěn)定同位素的豐度與成礦原因密切相關(guān)，能在一定程度上反映成礦帶的地質(zhì)特征。國外對成礦帶賦礦地層穩(wěn)定同位素的研究較早，利用同位素分循機理，質(zhì)譜測定監(jiān)測成礦帶中的穩(wěn)定同位素，國內(nèi)對同位素研究起步較晚，先后建立穩(wěn)定同位素的測定方法，開展了穩(wěn)定同位素的環(huán)境變化、演化過程、成礦作用等應(yīng)用研究[1]。為此，對新疆北準噶爾成礦帶賦礦地層穩(wěn)定同位素進行研究。新疆北準噶爾成礦帶的地質(zhì)特征為東西向展布，區(qū)域內(nèi)多期次變形強烈，礦體呈層狀和透明鏡狀產(chǎn)出，受層間破碎帶和區(qū)域構(gòu)造雙重控制，沿走向和傾向具有分支復(fù)合和膨脹狹縮的特征，產(chǎn)出金礦山主要有三種，分別為含金鐵白云石石英脈、破碎帶強蝕變巖以及含金石英脈，其石英脈型礦化分別為脆性剪切石英小脈、早期石英脈，成礦帶內(nèi)有一些中酸性脈巖。新疆北準噶爾成礦帶的穩(wěn)定同位素體系包括氧、碳、氫等，由于穩(wěn)定同位素在地質(zhì)化學(xué)方面的特殊性質(zhì)，其與礦化關(guān)系密切，為此，追蹤礦地層穩(wěn)定同位素，分析其組成特點和化學(xué)特征，探討北準噶爾成礦帶的成礦原因，并為礦地層的形成環(huán)境提供可靠信息。

1 樣品采集獲取同位素特征

首先采集成礦帶賦礦地層的礦石樣品，分析其穩(wěn)定同位素特征。使用地質(zhì)錘采集新鮮礦石，測試礦物為石英、白云石以及方解石，將礦石樣品在自然條件風干。存入自封袋密封，然后利用人工敲打方法，將大塊樣品敲成若干小塊，采用盤式振動研磨儀研磨至200目以下，干燥保存。

礦石樣品的穩(wěn)定同位素測定中，陽離子采用M AT251質(zhì)譜計，陰離子采用離子色譜儀，分析礦石樣品的質(zhì)譜同位素，精度為0.1mg/L，其參考標準為GBW-04416和GBW-04417，離子電荷守恒誤差在5%以內(nèi)，微量元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定。除此之外，鉬、鎂、銅等采用原子熒光光譜儀測定，兩者測試精度都為0.0001mg/L[2]。設(shè)穩(wěn)定同位素的元素符號為，樣品同位素比值為R樣品，GBW-04416和GBW-04417標準的同位素比值為R標準，同位素質(zhì)量數(shù)為a，則穩(wěn)定同位素測試結(jié)果δE的計算公式為：

測試結(jié)果如下表所示：

表1 賦礦地層同位素測試結(jié)果

采樣位置分別為礦層頂板和礦層底板，由上表可知，新疆北準噶爾成礦帶13C等值基本無變化，即穩(wěn)定同位素沒有發(fā)生位置交換，只有δ18O和2H值隨標高的增加而變化。

2 示蹤礦物包裹體的H、O同位素

由表1可知，新疆北準噶爾成礦帶的成礦流體，主要與H、O兩種同位素密切相關(guān)，為此示蹤賦礦地層的H、O同位素，檢測H、O同位素的分布位置。將三種礦石樣品與正常灰?guī)r進行比較，結(jié)果表明，石英和白云石的δ18O平均值，都在正常海相碳酸鹽范圍內(nèi)，只有方解石的δ18O值較高，由此表明，成礦流體中的H、O主要來自方解石，為此進行方解石H、O同位素示蹤。選擇賦礦地層內(nèi)部較純的礦物樣品，利用礦物分離技術(shù)，將方解石與其他碎屑顆粒分離，通過放射性核素來示蹤，檢測其標記的18O、2H分布情況，示蹤結(jié)果如下表所示：

表2 方解石的H、O同位素組成特征

由上表可知，方解石膠結(jié)物中δ18O的范圍為10.8‰～13.6‰，平均為13.0‰，δ2H范圍在-106.7‰～-88.1‰，平均為-106.1‰，統(tǒng)計同位素組成特征，帶入水和方解石在17℃條件下的分餾系數(shù)。之后結(jié)合方解石的風化成因與雨水線方程，其中雨水線方程取決于絕對溫度、經(jīng)驗常數(shù)以及0℃～500℃范圍內(nèi)方解石的平衡水溶液，由此推導(dǎo)出風化方解石δ18O和δ2H的關(guān)系方程，得到與雨水線方程平行的風化方解石分界線，并將H、O同位素的示蹤結(jié)果投在分界線中，如下圖所示：

圖1 方解石中氫氧同位素組成判別圖

由圖1可知，氫氧同位素追蹤數(shù)據(jù)落在大氣降水范圍內(nèi)，其δ18O值與δ2H值均具有變化范圍小的特點，因此新疆北準噶爾成礦帶的成礦作用流體水，不具備巖漿水和變質(zhì)水的性質(zhì)，由此可以判斷，初始來源可能主要是沿深斷裂下滲的古海水。

而成礦流體則主要來自于大氣降水，常溫大氣降水背景下的低溫熱液作用，決定了新疆北準噶爾成礦帶的最終形成，形成了低溫氣-水混合熱液，導(dǎo)致了新疆北準噶爾成礦帶礦物的富集效應(yīng)，即成礦流體為熱鹵水。由此可以判斷，該礦床的成礦金屬物質(zhì)大部分來自前寒武紀地層。

3 示蹤礦物包裹體的C、S同位素

由表1可知，新疆北準噶爾成礦帶的穩(wěn)定同位素中，C、S等同位素值無變化，由此可知，C、S等同位素為北準噶爾成礦帶的形成，提供了碳源，使其能夠進行有機質(zhì)作用。將三種礦石樣品與正常灰?guī)r進行比較，結(jié)果表明，石英中δ13C、δ34S值較高，由此進行石英C、S同位素示蹤，選取分布于賦礦地層的石英脈及其晶體作為示蹤對象，使其能夠破碎分離而選純，示蹤結(jié)果如下表所示：

表3 石英的C、S同位素組成特征

由上表可知，石英中δ13C范圍在-14.5‰～-3.1‰，δ2H范圍在-102.7‰～-108.9‰之間，C、S同位素整體為負值，石英樣品的C、S同位素組成特征基本一致。使所有樣品的C、S同位素組成特征，均按PDB標準進行判別，分析整體樣品的形成環(huán)境與成礦關(guān)系，則北準噶爾成礦帶的C、S同位素特征，可劃分為3個類型，分別為成巖碳酸鹽、與有機質(zhì)礦物有關(guān)的碳酸鹽、與生物氣有關(guān)的碳酸鹽，表明了成礦過程中穩(wěn)定同位素作用的參與，其碳酸鹽化在地層沉積成礦。

為確認北準噶爾成礦帶賦礦地層的C、S同位素來源，對石英脈各有機質(zhì)源區(qū)的C同位素數(shù)值進行對比，發(fā)現(xiàn)石英脈的δ13C值在-10‰～-5%之間，與上古生界氣源巖的C同位素數(shù)值接近，且石英包裹體的有機地球化學(xué)參數(shù)，同樣與上古生界氣源巖相似，且從石英包裹體C、S同位素特征來看，其為低溫氣—水熱液作用下的產(chǎn)物，是氣源巖向北運移散失后，冷凝形成的金屬有機物，與上古生界氣源巖的金屬富集—保存成因一致。由此可以判斷，新疆北準噶爾成礦帶的碳酸鹽化時，其金屬礦物烴類還原的形成過程中，其碳質(zhì)來源于上古生界氣源巖。

4 結(jié)束語

結(jié)合北準噶爾成礦帶的地質(zhì)特點，通過對穩(wěn)定同位素的深入研究，對礦床的成礦作用進行探討，從而得到該成礦帶的成礦流體、金屬物質(zhì)及碳源，其結(jié)果可以作為多種能源相互作用的識別標志。但此次研究仍存在不足，只對H、O、S等同位素進行示蹤，在今后的研究中，會對Sr、Hg等非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素，作進一步研究，為尋找多種能源及礦產(chǎn)資源提供地質(zhì)指示。