青海省祁漫塔格地區(qū)牛苦頭鉛鋅礦成礦流體特征

蔣斌斌，祝新友，王新雨，李加多，吳錦榮，蔡亞偉，郭天軍

（1.北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限責(zé)任公司，北京 100083；2.青海鴻鑫礦業(yè)有限公司，格爾木 816099）

0 引言

牛苦頭鉛鋅礦位于青海省格爾木市以西260 km，隸屬于格爾木市烏圖美仁鄉(xiāng)，目前探明333以上鉛+鋅儲(chǔ)量超過100 萬t（王新雨等,2020），是近年來在祁漫塔格地區(qū)取得的重要找礦成果之一。牛苦頭鉛鋅礦是一典型的夕卡巖型鉛鋅礦床（蔣成伍,2013;姚磊等,2016;王新雨等,2020），礦體主要產(chǎn)在奧陶系灘間山群大理巖中以及大理巖與成礦巖體的接觸帶上。目前礦山已經(jīng)在投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中，但該礦的科研工作相對(duì)滯后，已有的研究?jī)?nèi)容主要關(guān)于礦床地質(zhì)特征（白洪溪等,2020;蔡亞偉和郭天軍,2020;阮菊華等,2012）、礦物學(xué)（李加多等,2019a,2019b;王新雨等,2020）和礦區(qū)花崗巖（姚磊等,2016）以及礦床成因（李加多等,2013,2019a;范增林等,2012;蔣成伍,2013;賈建團(tuán)等,2015）方面，對(duì)于礦床的成礦流體特征研究尚屬于空白，礦床的成礦流體演化機(jī)制尚不明確。本文在野外調(diào)查基礎(chǔ)上，通過巖相學(xué)觀察及實(shí)驗(yàn)對(duì)成礦各階段的流體包裹體開展研究，探討牛苦頭鉛鋅礦的成礦流體特征和成礦作用過程。

1 區(qū)域地質(zhì)

牛苦頭鉛鋅礦地處青海祁漫塔格地區(qū)，位于東昆侖造山帶西段，西北以阿爾金走滑斷裂為界，東北以昆北斷裂為界，南部以昆中斷裂為界，為夾持于三者之間的楔狀區(qū)域（圖1a）。區(qū)內(nèi)出露的地層主要有古-中元古界—上三疊統(tǒng)。其中，金水口群白沙河組、薊縣系狼牙山組、奧陶系—志留系灘間山群、石炭系締敖蘇組和大干溝組是本區(qū)多金屬礦床的主要賦礦圍巖（豐成友等,2012;趙一鳴等,2013）。區(qū)內(nèi)受昆北和昆中兩斷裂控制，主構(gòu)造線為NW或近EW向，褶皺以NWW向的復(fù)式背斜和向斜構(gòu)造為主，NWW向、NW向和近EW向斷裂的交匯聚合部位是成巖成礦的有利部位。區(qū)內(nèi)巖漿侵入活動(dòng)頻繁，主要以泥盆紀(jì)—二疊紀(jì)和三疊紀(jì)為主（圖1-b）。泥盆紀(jì)—二疊紀(jì)侵入巖呈NWW向展布，巖性包括英云閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖等。三疊紀(jì)侵入巖呈NW向展布，與區(qū)內(nèi)夕卡巖型多金屬礦床關(guān)系密切相關(guān)（毛景文等,2012;趙一鳴等,2013;圖1b），主要巖性有石英二長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、花崗斑巖和閃長(zhǎng)巖等。祁漫塔格是我國(guó)重要的夕卡巖型多金屬成礦帶（毛景文等,2012;楊寶凱等,2019;鐘世華等,2017），區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)多個(gè)大中型礦床，其礦床成因類型以夕卡巖型為主，包括野馬泉、肯德可克鐵礦，卡而卻卡銅礦，虎頭崖、四角羊-牛苦頭鉛鋅礦。

圖1 東昆侖地區(qū)大地構(gòu)造簡(jiǎn)圖（a）與祁漫塔格地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)圖（b）（據(jù)豐成友等,2012;鐘世華,2018）

2 礦床地質(zhì)特征

牛苦頭鉛鋅礦礦區(qū)出露的地層主要為灘間山群，巖性為一套淺變質(zhì)碎屑巖、火山巖及碳酸鹽巖，碳酸鹽巖主要為灰白色-深灰色大理巖、結(jié)晶灰?guī)r，是礦區(qū)重要的含礦圍巖。受區(qū)域構(gòu)造影響，礦區(qū)構(gòu)造以NWW向?yàn)橹鳎浯螢镹E向和EW向。礦區(qū)地表大面積出露海西期花崗閃長(zhǎng)巖（396～401 Ma，未發(fā)表數(shù)據(jù)），鉆孔揭露深部存在海西期花崗閃長(zhǎng)巖（姚磊等,2016）和印支期二長(zhǎng)花崗巖（250 Ma，未發(fā)表數(shù)據(jù)）兩期花崗巖（圖2）。

圖2 牛苦頭鉛鋅礦礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

礦區(qū)根據(jù)磁異常分為M1～M7等7個(gè)異常區(qū)，目前M1、M4已探明資源儲(chǔ)量已>100 萬t，達(dá)到了大型規(guī)模，M1已露天開采。M1圈出不同規(guī)模的鐵鉛鋅礦體共22條，M4磁異常區(qū)內(nèi)共圈出鐵鉛鋅礦體7條，礦體多為透鏡狀或似層狀產(chǎn)在巖體和大理巖的接觸帶上，為夕卡巖型礦體，礦石分為致密塊狀、稠密浸染狀、稀疏浸染狀和條帶狀礦石。金屬礦物主要有磁黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、毒砂、黃鐵礦、黃銅礦等，非金屬礦物主要為石榴子石、透輝石、黑柱石、綠簾石、陽起石、石英和方解石。

根據(jù)野外調(diào)研以及室內(nèi)鏡下鑒定，將M1、M4成礦作用劃分為4個(gè)階段（圖3、圖4），即進(jìn)變質(zhì)階段（干夕卡巖階段）、退變質(zhì)氧化物階段（濕夕卡巖階段）、硫化物階段和碳酸鹽階段。進(jìn)變質(zhì)階段階段主要生成石榴子石、透輝石等無水礦物；退變質(zhì)氧化物階段主要生成陽起石、黑柱石、透閃石等含水夕卡巖礦物，并開始出現(xiàn)磁鐵礦和少量的磁黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦等，以及少量的石英；硫化物階段是金屬硫化物大量沉淀的主成礦階段，大量生成閃鋅礦、方鉛礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦、石英等；碳酸鹽階段主要生成方解石。

圖3 牛苦頭鉛鋅礦床主要礦物鏡下特征

圖4 牛苦頭鉛鋅礦床主要礦物生成順序圖

3 采樣位置及測(cè)試方法

樣品采自M1和M4地表和鉆孔，共8件夕卡巖及礦石樣品。具體研究方法：首先將這些樣品磨制成厚度約為0.3 mm雙面拋光的薄片，然后在高倍光學(xué)顯微鏡鏡下觀察不同類型流體包裹體的巖相學(xué)特征，最后分別對(duì)不同寄主礦物中的流體包裹體進(jìn)行均一溫度、冰點(diǎn)溫度和子晶消失溫度等測(cè)試，根據(jù)均一溫度計(jì)算包裹體冷卻鹽度。

流體包裹體的均一溫度、冰點(diǎn)溫度測(cè)試在北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限責(zé)任公司流體包裹體實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，儀器為英國(guó)生產(chǎn)的Linkam-THMS600冷熱臺(tái)（溫度范圍：-190～600 ℃；分析精度為：±0.2（<30 ℃），±1（<300 ℃），±2（<600 ℃）），該儀器利用美國(guó)FLUID Inc公司提供的人工合成包裹體標(biāo)樣進(jìn)行溫度校正。

4 分析結(jié)果

4.1 流體包裹體鏡下特征

牛苦頭地區(qū)各礦區(qū)夕卡巖及鉛鋅礦石中，可觀測(cè)流體包裹體的礦物包括石榴子石、透輝石、綠簾石、陽起石、石英、方解石、螢石。本次測(cè)溫實(shí)驗(yàn)對(duì)象主要為石榴子石、透輝石、陽起石、石英中的包裹體，基本涵蓋了主成礦的三個(gè)階段，獲得了大量的分析測(cè)試數(shù)據(jù)。

本文主要對(duì)M1和M4的流體包裹體開展研究工作，鏡下研究可以看到包裹體類型可分為兩大類，一類為純液相包裹體，另一類為氣液包裹體。氣液包裹體形狀不一，呈長(zhǎng)條形、方形、橢圓形以及不規(guī)則形狀。其中氣液兩相包裹體又可以分為富氣相包裹體和富液相包裹體兩種：富氣相包裹體氣液比大于80%，大小4～6 μm，包裹體顏色較深，這類包裹體數(shù)量占比較少；富液相包裹體氣液比一般小于20%，大小2～15 μm，主要為4～6 μm。由于包裹體較小，對(duì)冰點(diǎn)溫度的觀察制造了很大困難。

根據(jù)該礦床成礦階段的劃分，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，按照寄主礦物的不同，分別從成礦作用的先后順序闡述成礦流體的變化規(guī)律。

（1）進(jìn)變質(zhì)階段

該階段觀察對(duì)象主要為石榴子石、透輝石中的包裹體，包裹體數(shù)量相對(duì)較少，晶型較好且環(huán)帶明顯的石榴子石中包裹體含量很少，晶型不好的相對(duì)多一些，透輝石中包裹體數(shù)量較石榴子石稍多，包裹體類型基本為氣液兩相包裹體。其中石榴子石（圖5a-b）中的包裹體一般顯示長(zhǎng)條形，2～6 μm，氣液比一般小于20%。透輝石中的包裹體（圖5c）大多呈方形，少數(shù)呈不規(guī)則狀，大小2～6 μm。

（2）退變質(zhì)氧化物階段

該階段觀察對(duì)象主要為陽起石中的包裹體（圖5d-e）。包裹體數(shù)量較多，透明度較好，沿解理分布較多，形態(tài)多樣，不規(guī)則橢圓形、三角形、長(zhǎng)條形、不規(guī)則形等。包裹體類型以富液相包裹體為主。

（3）硫化物階段

該階段觀察對(duì)象主要為石英中的包裹體。石英（圖5f-g）中的包裹體分布廣泛包裹體形態(tài)多樣，石英中可見純液相包裹體、富氣相包裹體和富液相包裹體，同一視域下氣液比差距如此之大反映流體可能經(jīng)歷了沸騰作用，包裹體以不規(guī)則橢圓形、長(zhǎng)方形居多，大小差異較大，2～15 μm不等。

（4）碳酸鹽階段

該階段觀察對(duì)象為方解石，方解石（圖5h-i）中包裹體主要沿解理分布，類型為純液相包裹體和富液相包裹體，包裹體以長(zhǎng)方形、三角形居多，大小多為4～8 μm，因包裹體數(shù)量較少且體積小，未獲得有效的測(cè)溫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，且碳酸鹽階段已經(jīng)接近成礦的尾聲，該階段基本不形成金屬硫化物，后文不再詳述。

圖5 牛苦頭鉛鋅礦流體包裹體巖相學(xué)特征

4.2 流體包裹體均一溫度、鹽度

對(duì)牛苦頭地區(qū)M1、M4礦區(qū)不同寄主礦物進(jìn)行流體包裹體均一溫度、冰點(diǎn)溫度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表1，受限包裹體體積較小，僅獲得少量冰點(diǎn)溫度。由于實(shí)驗(yàn)冷熱臺(tái)的最高溫度為600 ℃，石榴子石中部分流體包裹體加熱至600 ℃仍未均一，未獲得均一溫度值，故成圖時(shí)取其溫度為600 ℃。結(jié)合表1以及溫度直方圖（圖6），各礦帶、礦物空間、時(shí)間分布和演化存在規(guī)律性，并與礦化組合相對(duì)應(yīng)。

表1 牛苦頭鉛鋅礦流體包裹體均一溫度測(cè)試結(jié)果

按不同寄主礦物統(tǒng)計(jì)流體包裹體的均一溫度特征（圖6），石榴子石中流體包裹體均一溫度最高，獲得的數(shù)據(jù)均大于350 ℃，分布范圍為384～600 ℃，主要集中于400～600 ℃，通過少量的冰點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)得到鹽度10.24%～23.18% NaCl eqv.，顯示中高鹽度的特征。

圖6 牛苦頭鉛鋅礦流體包裹體均一溫度特征

輝石中流體包裹體均一溫度數(shù)據(jù)分布和石榴子石相似，稍低于石榴子石，均一溫度范圍308～550 ℃，集中在400～550 ℃。

陽起石中流體包裹體均一溫度集中于300～450 ℃，僅測(cè)得一個(gè)冰點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)顯示鹽度為1.4% NaCl eqv.，陽起石形成于退變質(zhì)氧化物階段，這個(gè)階段成礦過程中開始有大氣降水的加入，引起溫度和鹽度的下降。

石英中流體包裹體均一溫度133～422 ℃，其高溫段（300～420 ℃）與退變質(zhì)氧化物階段對(duì)應(yīng)，低溫段（200～300 ℃）代表硫化物階段。顯示石英自退變質(zhì)氧化物階段晚期開始結(jié)晶，延續(xù)至硫化物階段。雖未獲得準(zhǔn)確的冰點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，但通過測(cè)溫過程中的觀察認(rèn)為其鹽度較低，表明大氣降水已大量進(jìn)入成礦體系，成礦流體被稀釋，導(dǎo)致硫化物大量沉淀。

5 討論

成礦流體特征

（1）進(jìn)變質(zhì)階段

石榴子石和透輝石是此階段的產(chǎn)物，石榴石中的包裹體類型主要為氣液兩相包裹體。氣液兩相包裹體的均一溫度范圍384～600 ℃，鹽度為10.24%～23.18% NaCl eqv.，顯示中高鹽度特征；透輝石中包裹體類型也以氣液兩相包裹體為主，均一溫度308～550 ℃，因此該階段溫度范圍為308～600 ℃，鹽度為中高鹽度，顯示該階段流體高溫高鹽度的特征。

（2）退變質(zhì)氧化物階段

該階段主要形成陽起石，黑柱石其中包裹體類型主要為氣液兩相包裹體，其均一溫度范圍346～458 ℃，推測(cè)該階段是由于大氣降水的加入導(dǎo)致流體溫度和鹽度的降低，該階段開始形成磁鐵礦、少量磁黃鐵礦和石英。

（3）硫化物階段

石英中的包裹體類型主要為氣液兩相包裹體，其均一溫度范圍133～422 ℃。該階段基本未見到含石鹽子晶的包裹體，測(cè)溫過程中觀察推斷其鹽度應(yīng)較低，可見該階段的溫度為133～422 ℃，推測(cè)是由于該階段發(fā)生了大氣降水的大量加入導(dǎo)致流體溫度和鹽度的進(jìn)一步降低，該階段出現(xiàn)了大量的金屬硫化物，磁黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦等都于該階段形成。

6 結(jié)論

（1）牛苦頭鉛鋅礦礦床成礦期經(jīng)歷了從早階段到晚階段溫度降低的過程。進(jìn)變質(zhì)階段的流體包裹體均一溫度范圍384～600 ℃，鹽度為中高鹽度，退變質(zhì)氧化物階段流體包裹體均一溫度范圍346～458 ℃，硫化物階段流體包裹體均一溫度范圍為133～422 ℃。

（2）牛苦頭鉛鋅礦成礦流體演化過程可描述為早階段主要為巖漿熱液，到晚階段大氣降水加入混合導(dǎo)致金屬礦物沉淀富集成礦。