孫 莉，肖克炎，高 陽，張長青

(1．中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037;2．中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083;3．核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029;4．長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

新疆彩霞山鉛鋅礦流體包裹體三維數(shù)值模型

孫 莉1，2，肖克炎1，4，高 陽3，張長青1

(1．中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037;2．中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083;3．核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029;4．長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

彩霞山鉛鋅礦是新疆東天山地區(qū)的熱液型鉛鋅礦床。在典型鉆孔中系統(tǒng)地采集了流體包裹體樣品，通過建立流體包裹體的溫度、鹽度和成分等三維數(shù)值模型研究流體包裹體各參數(shù)的空間分布特征。對這些參數(shù)模型與礦化的關(guān)系進行了研究。礦體產(chǎn)在溫度異常和鹽度異常的邊緣，并與F－和NO－3離子濃度異常相關(guān)。這些特征可用來進行礦床成因的研究并指導(dǎo)本區(qū)的礦產(chǎn)勘查。

流體包裹體;鉛鋅礦;三維模型;彩霞山;新疆

0 引言

流體包裹體研究可被用在礦床成因研究和礦產(chǎn)勘查研究中(Kun，1991)，是研究熱液礦床及其蝕變作用的物理化學(xué)條件的重要工具(Leyl et al，2009)。成礦流體中的溫度、鹽度和物質(zhì)組分對研究礦床成因和重建成礦過程有重要的意義。多年來，將流體包裹體的研究作為一種勘查手段也受到了不同程度的關(guān)注(Roedder，1984)。如：Stephen等(1986)將流體包裹體中的CO2成分用于在Pueblo Viejo金銀礦的選區(qū)中。Graney等(1991)應(yīng)用對流體包裹體中的氣體的分析來對金礦進行勘查。

在流體包裹體研究中常用的參數(shù)為溫度、鹽度和流體成分。通過對溫度和鹽度的研究，可以得出有利的成礦溫度和鹽度。對物質(zhì)成分的研究可提供成礦元素在流體中的化學(xué)形式。另外，研究流體包裹體中的溫度，可以提供流體運移路徑方面的信息，這對于熱液礦床勘查相當(dāng)重要。

長期以來，對于流體包裹體的研究僅限于若干個離散點或者二維空間中的若干個面，很難對不同點之間或者不同面之間的關(guān)系進行直觀的研究。采用三維數(shù)據(jù)處理技術(shù)可對這些參數(shù)進行三維建模并可對這些參數(shù)與成礦元素的關(guān)系進行直觀研究。

1 地質(zhì)背景

彩霞山礦床是東天山地區(qū)的大型鉛鋅礦床。礦區(qū)內(nèi)出露的地層為長城系卡瓦布拉克群的白云質(zhì)大理巖和碎屑巖?？ㄍ卟祭巳嚎杀环譃閮啥?圖1)。第一段主要由灰白色粉砂巖、硅質(zhì)泥巖和透鏡狀白云質(zhì)大理巖組成;第二段由石英砂巖和透鏡狀大理巖構(gòu)成。地層的走向為近東西向。

本區(qū)內(nèi)的斷裂根據(jù)走向可分為3組：NEE向、NNE—NE向和NE向。斷裂不僅為流體運移提供通道，也可以為礦質(zhì)提供沉淀空間。

礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的巖漿巖為閃長巖、石英閃長巖、閃長斑巖、花崗巖和花崗閃長巖。石英閃長巖為成礦提供了熱量和成礦熱液。

礦區(qū)內(nèi)共有5個礦化帶：Ⅰ號礦帶、Ⅱ號礦帶、Ⅲ號礦帶、Ⅳ號礦帶和Ⅴ號礦帶。礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的蝕變有碳酸鹽化、硅化、滑石化、透閃石化和綠泥石化等。

圖1 彩霞山地區(qū)地質(zhì)圖

2 流體包裹體特征

在彩霞山礦床Ⅱ號礦體的鉆孔中系統(tǒng)采集了流體包裹體樣品。所有的流體包裹體都是在礦物生長期間捕獲得原生流體包裹體。少部分包裹體為單相的，大部分為液相－氣相包裹體(L+V)，表明在被捕獲時流體是沸騰的。

分析了流體包裹體的均一溫度、鹽度和組分，結(jié)果表明，有利成礦溫度為190°～240°(圖2)。鹽度通常在0% ～6%NaCl，表明流體的鹽度較低。流體的主要物質(zhì)成分為：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Al3+、

圖2 流體包裹體均一溫度(Th)直方圖

3 成礦元素的三維數(shù)值模型

傳統(tǒng)的二維數(shù)據(jù)處理依靠于人對二維圖件的顯示方法的選擇和對其結(jié)果解釋推斷，需要經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員來對二維圖件進行可視化和人機交互解釋，對計算機系統(tǒng)而言也不易于提取代表性的可視化，傳統(tǒng)的二維圖件限制了人們認(rèn)識三維世界復(fù)雜性的能力。三維地質(zhì)建模技術(shù)的進步使得在可視化的三維空間內(nèi)分析復(fù)雜的地質(zhì)數(shù)據(jù)成為可能，將三維建模技術(shù)與地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法結(jié)合起來，可使地質(zhì)學(xué)家在未取樣的位置來預(yù)測可能的數(shù)值，從而拓寬地質(zhì)研究的空間，為深刻研究地下三維空間的地學(xué)信息提供了新的有力手段。

在彩霞山Ⅱ號礦體的鉆孔中從上到下采集了樣品，并對成礦元素Pb、Zn進行了分析。采用空間距離反加權(quán)的方法圈定了鉛、鋅的三維地球化學(xué)異常(圖3)。發(fā)現(xiàn)了2個較大的和3個較小的地球化學(xué)異常體。異常體與圈定的礦體在空間上緊密相伴，礦體即是特殊的異常體。當(dāng)用異常下限定位礦化品位時，異常體即為礦體。

圖3 彩霞山鉛鋅礦Ⅱ號礦體Pb+Zn異常體三維模型

4 流體包裹體三維模型

首先建立數(shù)據(jù)庫來存儲采樣位置(X、Y、Z坐標(biāo))和流體包裹體相關(guān)參數(shù)(均一溫度、鹽度和流體包裹體成分)。數(shù)據(jù)庫字段包括：樣品號、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、Z坐標(biāo)、均一溫度后采用三維反距離加權(quán)方法對數(shù)據(jù)進行插值。第四維數(shù)據(jù)(流體包裹體的參數(shù)值，如溫度、鹽度等)可以不同的顏色或者等值面來顯示。

4．1 均一溫度和鹽度三維模型

如上所述，對溫度的數(shù)值建模可用來進行流體熱流填圖并模擬流體運移通道。研究成礦流體通道可為成礦過程研究提供信息并可用來指導(dǎo)熱液礦床的勘查。流體包裹體的均一溫度被用于韓國Sandong鎢礦隱伏礦體的發(fā)現(xiàn)中(Kun，1991)。不同位置的均一溫度不同，通過在三維空間內(nèi)對這些數(shù)據(jù)進行插值，可以看出溫度的分布趨勢，進而推斷熱液流動的路徑。

對彩霞山鉛鋅礦Ⅱ號礦體的均一溫度數(shù)據(jù)采用三維距離反加權(quán)的方法進行了插值，模擬出三維熱流場的分布形態(tài)(圖4)。圖中暖色表示較高的均一溫度，冷色表示較低的均一溫度。有利的成礦溫度區(qū)間在190°～240°之間，在圖4中以藍色—綠色來表示。較高的溫度和較低的溫度占據(jù)的三維空間較小。顏色從紅色變到藍色表明流體從暖色區(qū)域流動到冷色區(qū)域。黃色和紅色暈對應(yīng)于Ⅱ號礦體附近的閃長斑巖。在礦體最東邊緊鄰著閃長斑巖巖體。高溫暈與較低溫度暈的突變接觸表明溫度的迅速變化。這種溫度的突變對成礦物質(zhì)從流體中沉淀出來是必要的。因此，在高溫區(qū)域附近的帶是有利的找礦位置。將溫度模型與鉛鋅異常體模型進行對比發(fā)現(xiàn)，異常體在高溫區(qū)域的邊界附近，表明流體包裹體中的熱流量分布是礦產(chǎn)勘查的有利指標(biāo)。

圖4 彩霞山鉛鋅礦Ⅱ號礦體均一溫度三維模型

采用了同樣的方法對鹽度數(shù)據(jù)進行處理，結(jié)果見圖5。對比研究表明，Pb、Zn元素異常體在高鹽度地區(qū)的邊界附近。

圖5 彩霞山鉛鋅礦Ⅱ號礦體鹽度三維模型

4．2 流體包裹體成分的三維數(shù)值模型

流體包裹體成分不僅能提供流體組成的信息，也可以用來研究成礦流體金屬元素之間空間相關(guān)性。采用距離反加權(quán)方法對流體包裹體離子組分?jǐn)?shù)據(jù)進行空間插值并建立了三維數(shù)值模型(圖6)。

圖6 彩霞山鉛鋅礦Ⅱ號礦體流體包裹體成分的三維模型

將流體包裹體離子成分的三維數(shù)值模型與成礦元素的地球化學(xué)異常體進行比較可用來研究其空間相互依存關(guān)系。對比研究表明，陽離子Al3+、Ca2+、K+、Li+、Mg2+、Na+和陰離子Cl－、SO的分布于Pb+Zn異常的空間分布相關(guān)性不強。但是，F(xiàn)－和NO的分布則與Pb+Zn異常分布一致。鉛和鋅可以溶解在流體中形成鹵化物、硝酸鹽和硫酸鹽等物質(zhì)。Cl－和SO2－4比F－和NO－3更易于被S2－交代。在礦物生長捕獲流體時，由于S2－和Cl－已經(jīng)隨著礦質(zhì)的沉淀而析出，流體中S2－和SO2－4的含量變少。因此，流體包裹體中的F－和NO－3在礦化帶周圍形成異常暈，并可用來作為找礦標(biāo)志。Mg2+異常在研究區(qū)廣泛分布，這是由于礦區(qū)大量碳酸鹽巖存在的結(jié)果，因此意義不大。

5 結(jié)論

根據(jù)對彩霞山鉛鋅礦床流體包裹體溫度和鹽度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，該礦床為一中低溫?zé)嵋旱V床，其有利的成礦溫度為190～240℃，其含礦流體中的鹽度也較低。對流體包裹體溫度和鹽度的三維數(shù)值模擬表明，成礦元素沉淀在較高溫度和較高鹽度區(qū)的邊界位置，特別是在溫度和鹽度梯度變化較大的部位。溫度和鹽度梯度變化大的位置是礦體賦存的有利空間。

流體中的主要物質(zhì)成分為 K+、Na+、Ca2+、成礦元素Pb、Zn在運移過程中可能與Cl－、F－等陰離子組成絡(luò)合物，以絡(luò)合物的形式遷移。當(dāng)物理化學(xué)條件變化時，絡(luò)合物分解，Pb、Zn與S2－組成更為穩(wěn)定的硫化物而沉淀，而F－、NO官能團的活動能力小于Cl－，得以保存在包裹體中，使得在成礦元素異常與F－和NO濃度異?？臻g位置緊密。

對溫度、鹽度、F－和NO濃度的三維數(shù)值模擬可清楚地反映出這些參數(shù)與成礦元素之間的關(guān)系，可為本區(qū)礦床成因研究、礦床外圍和深部勘查提供有價值的參考信息。因此，對流體包裹體的三維數(shù)值模擬研究值得進一步的探索。

ANDRES A S，KLINGBEIL A D，TAYLOR E．2006．Three-dimensional mapping applications at the Delaware Geological Survey［J］．Geological Society of America Abstracts with Programs，38(7)：108．

BURLINSON K．1988．An instrument for fluid inclusion decrepitometry and examples of its application［J］．Bulletin de Mineralogie，111(3/4)：267－278．

GRANEY J R，KESLER S E，JONES H D．1991．Application of gas analysis of jasperoid inclusion fluids to exploration for micron gold deposits［J］．Journal of Geochemical Exploration，42(1)：91－106．

HAYNES F M，KESLER S E．1987．Fluid Inclusion Chemistry in the Exploration for Mississippi Valley-type Deposits：An Example from East Tennessee［J］．Applied Geochemistry，2(3)：321－327．

KUN J M．1991．Application of fluid inclusions in mineral exploration［J］．Journal of Geochemical Exploration，42(1)：205－221．

LEYL A K，AHMET S，SUMRU K．2009．Fluid Inclusion Studies in the Different Origin Quartz Associated with Cu-Pb-Zn Mineralizations at Kizildag and Koprucuk-Harput，East Anatolian District，Turkey［J］．Journal of Applied Science Studies，2(1)：127 －138．

ROEDDER E．1984．Fluid inclusions：Reviews in Mineralogy：12［M］．Chantilly：Mineralogical Society of America．

STEPHEN E K，PATRICIA S H，MICHAEL Z C，et al．1986．Application of fluid inclusion and rock-gas analysis in mineral exploration［J］．Journal of Geochemical Exploration，25(1/2)：201 －215．

WILKINSON J J．2001．Fluid inclusions in hydrothermal ore deposits［J］．Lithos，55(1/4)：229 －272．

3D data modeling of fluid inclusion in Caixiashan Lead-zinc Deposit

SUN Li1，2，XIAO Ke-yan1，4，GAO Yang3，ZHANG Chang-qing1

(1．Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Seiences，Beijing 100037，China;2．China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083;3．Beijing Geological Research Institute of Nuclear Industry，Beijing 100029，China;4．School of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou 434023，Hubei)

Caixiashan Lead-zinc Deposit was a hydrothermal type located in the east Tianshan area．The authors collected systematical fluid inclusions from top to bottom of typical drilling holes to study the spatial characteristics of all the parameters in the fluid inclusions and the relationship between the parameters and mineralization through the building of a 3D model of temperature，salinity and compositions of fluid inclusions．The ore bodies were occurred along the margins of the temperature anomaly and salinity anomaly，and were well correlated with F－and NO－3anomalies．The above properties could be used in the study of ore genesis and mineral exploration in the area．

Fluid inclusion;Lead-zinc deposit;3D modeling;Caixiashan;Xinjiang

TP391;P618．42;P618．43

A

1674－3636(2012)03－0296－05

10．3969/j．issn．1674-3636．2012．03．296

2012－05－20;編輯：陸李萍

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目“區(qū)域礦產(chǎn)資源調(diào)查三維地質(zhì)建模應(yīng)用示范研究”(1212011120446)和肖克炎長江大學(xué)“楚天學(xué)者”項目資助

孫莉(1981— )，女，助理研究員，主要從事礦產(chǎn)資源評價研究，E-mail：sunli0727@163．com