張志欣，楊富全，劉鋒，李強，耿新霞

1）中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所，新疆礦產(chǎn)資源研究中心，烏魯木齊，830011；

2）中國地質科學院礦產(chǎn)資源研究所，國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京，100037

內容提要：阿舍勒大型銅鋅礦是我國典型的海相火山巖塊狀硫化物（VHMS）型礦床，賦存于阿舍勒盆地早—中泥盆世阿舍勒組海相火山—沉積巖系中。1號主礦體呈似層狀或大透鏡體狀，礦石呈塊狀、浸染狀、條帶狀、層紋狀、細脈狀。本文對塊狀、浸染狀、條帶狀礦石的黃鐵礦中流體包裹體He和Ar同位素進行了研究。黃鐵礦中流體包裹體的4 He含量為（64.5～173.0）×10-7 cm3 STP/g，n（3 He）/n（4 He）值為（0.1358～0.379）Ra，幔源 He的含量為1.79%～5.55%，表明成礦流體中 He主要來源于地殼。40 Ar含量為（0.318～4.69）×10-7 cm3 STP/g，n（40 Ar）/n（36Ar）值變化于389.1～9425，40 Ar*含量為24.06%～96.89%，表明成礦流體中存在含有放射性成因Ar的海水加入。結合礦床的氫、氧、硫同位素特征，認為成礦流體來源為海水和幔源巖漿熱液。

新疆阿爾泰山南緣是我國重要的以海相火山巖為容巖的塊狀硫化物型（VHMS）銅多金屬成礦帶，為哈薩克斯坦礦區(qū)阿爾泰VHMS型銅多金屬成礦帶的東延部分，具有相似的成礦地質背景，已發(fā)現(xiàn)多個VHMS型礦床，如阿舍勒大型銅鋅礦床（葉慶同等，1997）、可可塔勒大型鉛鋅礦床（王京彬等，1998）、大東溝中型鉛鋅礦床（劉敏等，2008）、鐵木爾特中型鉛鋅銅礦床等（耿新霞等，2010）。阿舍勒銅鋅礦床發(fā)現(xiàn)于1986年，是我國最為典型的VHMS型礦床，近見來深部找礦工作又取得重要進展。前人對礦床地質特征、礦物學、含礦火山巖巖相學、地球化學、構造環(huán)境、年代學、成礦物質來源、成礦機制及成礦預測進行了詳細的研究工作（陳毓川等，1996；王登紅等，1996，2002；朱裕生等，2002；牛賀才等，2006；高珍權等，2010；Wan Bo et al.，2010），并取得了重要成果。對于成礦流體來源示蹤研究則相對薄弱，陳毓川等（1996）利用黃鐵礦及石英中氫氧同位素對成礦流體進行了示蹤（δDSMOW值為-142.3‰ ～ -39‰，δ18OH2O值 為 -12.3‰ ～-0.3‰），認為成礦流體主要來源于巖漿水和海水。牛賀才等（2006）認為氫、氧同位素變化較大，石英中氫、氧同位素特征反映的是重結晶作用的流體特征，重新計算成礦熱液δ18OH2O值0.5‰～5.5‰，表明有巖漿熱液的混入。

氦—氬同位素體系由于在地殼和地幔中組成差異較大，常被作為殼—幔相互作用過程極為靈敏的同位素示蹤劑。已有研究表明黃鐵礦是保存氦的理想礦物，在包裹體被圈閉的100 Ma內，即使是最容易擴散的氦也不容易發(fā)生明顯的丟失（Baptiste et al.，1996；胡瑞忠等，1999）。國內外學者利用黃鐵礦流體包裹中氦—氬同位素體系成功示蹤了金礦中成礦流體的幔源成分（毛景文等，1997；Burnard et al.，1999；Mao Jingwen et al.，2002，2003；張連昌等，2002；李曉峰等，2004；申萍等，2004；楊富全等，2004，2006）及現(xiàn)代海底熱水沉積硫化物的流體來源（Turner et al.，1992；Stuart et al.，1994；曾志剛等，2000；Hou Zenqian et al.，2005）。本文在前人研究基礎上，以阿舍勒VHMS型銅鋅礦床中噴流沉積作用形成的典型塊狀、浸染狀、條帶狀黃鐵礦礦石為研究對象，開展了黃鐵礦的氦、氬同位素地球化學研究，結合礦床的氫、氧、硫同位素特征，探討了成礦流體的來源，以期為深入認識新疆阿爾泰山南緣成礦作用提供依據(jù)。

1 礦床地質特征

阿舍勒大型銅鋅礦位于新疆哈巴河縣北西30 km，大地構造上位于西伯利亞板塊的南阿爾泰晚古生代活動陸緣中的大洋島弧環(huán)境（牛賀才等，2006）。礦區(qū)出露地層主要為早—中泥盆世阿舍勒組和晚泥盆世齊也組（圖1）。阿舍勒組分為二個巖性段：第一巖性段以凝灰?guī)r為主，夾沉（含角礫）凝灰?guī)r、凝灰質砂巖、流紋巖、灰?guī)r，向上火山物質增多，為遠火山口沉積。第二巖性段下部為凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、含角礫凝灰?guī)r，頂部夾玄武巖、灰?guī)r、重晶石巖；中部為凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r，頂部夾硅質巖、重晶石巖、灰?guī)r；上部為玄武巖、流紋巖，夾凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r，礦化主要產(chǎn)于該巖性段中。齊也組分為二個巖性段，第一巖性段為集塊巖、火山角礫巖、角礫凝灰?guī)r、集塊熔巖、凝灰質砂巖、凝灰質粉砂巖，少量流紋巖、角礫凝灰?guī)r、含鐵碧玉巖。第二巖性段為砂巖、粉砂巖、凝灰質（砂）粉砂巖、（含角礫）凝灰?guī)r、沉火山角礫巖、流紋巖。

礦區(qū)潛火山巖發(fā)育，主要有（石英）閃長巖、（石英）閃長玢巖、潛玄武安山巖、潛英安斑巖、潛流紋斑巖，少量輝長巖脈。楊富全等（2013）對阿舍勒組火山巖和礦區(qū)潛火山巖進行了LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb分析，獲得凝灰?guī)r年齡為387±4.2 Ma，玄武巖為388.2±3.3 Ma，潛英安巖為379.4±0.8 Ma，石英閃長巖為378.5±0.9 Ma，限定阿舍勒組時代為早—中泥盆世。

礦區(qū)構造為復背斜，褶皺軸走向近南北向，次級構造為2個背斜和3個向斜。斷裂主要呈近南北走向，其次是北西向、北東向、東西向，與區(qū)域構造線方向一致。礦區(qū)受瑪爾卡庫里大斷裂影響韌性剪切帶發(fā)育，巖石片理化強烈，發(fā)育糜棱巖、碎裂巖、石香腸、腸狀構造、拉伸線理等。

阿舍勒礦田范圍內已發(fā)現(xiàn)礦化蝕變帶14條，阿舍勒銅鋅礦床產(chǎn)于Ⅰ號礦化蝕變帶中。Ⅰ號礦化蝕變帶已發(fā)現(xiàn)4個礦體，主礦體（1號）為隱伏礦體，銅儲量占礦床總儲量的98%，其它礦體規(guī)模相對較小。1號礦體呈似層狀或大透鏡體狀產(chǎn)于玄武巖和凝灰?guī)r之間，與地層整合產(chǎn)出。礦體呈南北向展布，沿走向已控制長900 m，樞紐傾伏長1520 m。

礦石構造主要有（致密）塊狀、浸染狀、條帶狀、細脈狀、層紋狀、斑雜狀、斑點狀、等構造。礦石結構有自形—半自形晶粒結構、它形晶粒結構、填隙結構、反應邊結構、固溶體分離結構、假像結構、壓裂紋及碎裂結構、變晶結構、壓溶交代結構等。礦石中礦物主要為黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦，次為方鉛礦、鋅砷黝銅礦、含銀鋅銻黝銅礦、斑銅礦等。脈石礦物主要為石英、絹（白）云母、綠泥石、重晶石、方解石、白云石、長石等（陳毓川等，1996）。礦石成分以銅鋅為主，含少量銀、金、鉛，礦石平均品位為：Cu 2.46%，Zn 2.93%，Pb 0.41%，Ag 18.37×10-6，Au 0.36×10-6，S22.66%。

與主成礦期有關的圍巖蝕變主要為黃鐵絹英巖化、硅化、絹云母化和綠泥石化，成礦后期或期后的碳酸鹽化疊加在早期蝕變之上，青磐巖化主要發(fā)育于主礦體之上的玄武巖中，是主成礦期之后低溫熱液活動的產(chǎn)物（牛賀才等，2006）。

2 樣品及分析方法

本次用于He和Ar同位素測試的樣品采自阿舍勒銅鋅礦區(qū)1號礦體礦石堆及鉆孔（ZK1201）巖芯，所選樣品均為新鮮的未蝕變的噴流沉積期塊狀（圖2a、b）、浸染狀（圖 2c—e）及條帶狀（圖2e、f）黃鐵礦礦石。塊狀礦石（ASL-20、ASL-22）采于1號礦體礦石堆，礦物組合為黃鐵礦+閃鋅礦±黃銅礦。浸染狀礦石（ASL-23、ASL-30）和條帶狀礦石（ASL-19、ASL-28）采于鉆孔巖芯，礦物組合為黃鐵礦+黃銅礦，黃鐵礦結晶粒度較粗，粒徑2～7 mm，多呈半自形結構。

將上述樣品破碎，在雙目顯微鏡下挑選新鮮的黃鐵礦單礦物，純度達99%以上。He和Ar同位素分析在中國科學院油氣資源研究重點實驗室完成。測試儀器為英國Micromass公司生產(chǎn)的MM5400型稀有氣體同位素質譜儀，實驗條件為：It=800μA，高壓為9.000 kV。分析過程如下：將樣品稱重（約0.2 g）后用鋁箔包好置于樣品臺中，隨后密封抽真空。當壓力達到10μPa時，加熱樣品到130℃并烘烤10 h以上，以除去樣品表面吸附和次生包裹體中的氣體，之后用電阻爐加熱熔樣坩堝中的樣品至1500℃，釋放出的氣體被擴散至超高真空氣體凈化系統(tǒng)。樣品釋出氣被送入高溫海綿鈦爐中除去如O2、N2、CO2、SO2等活性氣體，進入 ZrAl吸氣泵去除H2。用液氮溫度下的活性炭冷阱將剩余的稀有氣體分離為He+Ne和Ar+Ke+Xe兩部分，并分別送進質譜儀測定其同位素組成。分析標樣為采自蘭州市皋蘭山頂?shù)拇髿猓ˋIRLZ2003）。樣品的分析結果進行了標準校正和熱本底校正，熱本底（1600℃）為：4He=2.46×10-10cm3STP，20Ne=4.08×10-10cm3STP，40Ar=1.39×10-8cm3STP，84Kr=3.07×10-12cm3STP，132Xe=1.26×10-13cm3STP。熱本底中各種稀有氣體的同位素組成接近于空氣值。詳細的測定過程參見文獻（Ye Xianren et al.，2007）。

圖1 阿舍勒銅鋅礦區(qū)地質圖（據(jù)新疆地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質大隊?修改）Fig.1 Geological sketch map of the Ashele copper—zinc deposit（modified after No.4 Geological Party of the Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development?）

圖2 阿舍勒銅鋅礦噴流沉積期礦石特征Fig.2 Characteristics of ores in exhalative—sedimentary period from the Ashele copper—zinc deposit

3 結果和討論

6件黃鐵礦中流體包裹體的He和Ar同位素分析結果見表1。黃鐵礦中流體包裹體的4He含量變化較小，為（64.5～173.0）×10-7cm3STP/g，3He含量為（1.890～4.492）×10-7cm3STP/g，n（3He）/n（4He）比值變化范圍較小，為0.1358～0.379 Ra（Ra為大氣的n（3He）/n（4He）值 1.40×10-6）。40Ar含量為（0.318～4.69）×10-7cm3STP/g，2件塊狀礦石（ASL-20、ASL-22）黃鐵礦中流體包裹體的n（40Ar）/n（36Ar）值為9515～9525，2件浸染狀礦石（ASL-23、ASL-30）黃鐵礦中流體包裹體的n（40Ar）/n（36Ar）值為782.2～810.3，2件條帶狀礦石（ASL-19、ASL-28）黃 鐵 礦 中 流 體 包 裹 體 的n（40Ar）/n（36Ar）值為393.7～389.1，40Ar/36Ar值呈現(xiàn)出塊狀 →浸染狀 →條帶狀逐漸降低的規(guī)律。

3.1 測試數(shù)據(jù)可靠性分析

阿舍勒銅鋅礦與黃鐵礦共生的石英中流體包裹體研究表明包裹體以原生為主，均一溫度主要集中在280～320℃（陳毓川等，1996），據(jù)此認為黃鐵礦中的流體包裹體也為原生包裹體。為了消除樣品表面吸附和次生包裹體中的氣體，將樣品加熱到130℃并烘烤10 h以上，排除了次生包裹體和礦物表面吸附的He和Ar同位素影響。樣品在分析測試中，大氣對流體中He的濃度影響程度，可以根據(jù)F4He來判斷（Kendrick et al.，2001）。F4He為樣品中的n（4He）/n（36Ar）與 大 氣 的n（4He）/n（36Ar）（0.165）比值。假如樣品中含有大氣He，則F4He=1。由表1可知，本文中樣品的F4He值遠遠大于1，有的甚至可達200多萬倍，表明不存在大氣的影響。胡瑞忠（1997）和李延河等（2002）認為無論是成礦時捕獲流體包裹體的過程中，還是用真空壓碎法獲取流體包裹體的過程中，He和Ar同位素同位素均不會發(fā)生明顯的分餾。He在黃鐵礦的擴散系數(shù)很低，黃鐵礦流體包裹體中的He在100 Ma內沒有大量丟失（Baptiste et al.，1996），而本文研究的阿舍勒銅鋅礦床形成時代為388～387 Ma（楊富全等，2013），黃鐵礦中的He是否有大量丟失呢？按照黃鐵礦中He的擴散系數(shù)為10-20cm2/s（Baptiste et al.，1996）計算，求得黃鐵礦晶格中He從形成時到迄今擴散了1.2×10-4cm2。由于礦物中流體包裹體He的擴散系數(shù)比礦物晶格中放射性成因He的擴散系數(shù)低幾個數(shù)量級，Ar的擴散系數(shù)相比He更低（Burnard et al.，1999；李延河等，2002），而流體包裹體中He的擴散丟失大于70%時才會對n（3He）/n（4He）比值產(chǎn)生可觀測的影響（Stuart et al.，1994），據(jù)此認為阿舍勒銅鋅礦床黃鐵礦中流體包裹體的He和Ar幾乎沒有擴散。

本文所采黃鐵礦礦石樣品取自從坑道下開采的礦石堆及鉆孔巖芯，不存在宇宙放射成因的3He。黃鐵礦為不含K和Li的礦物，樣品中由核反應生成的3He可以忽略不計。礦物和巖石形成后其中n（3He）/n（4He）比值的變化與 Th、U含量有關（Mamyrin et al.，1984），Th、U衰變而產(chǎn)生的4He可由以下公式計算（胡瑞忠，1997）：4He=0.2355×10-6U｛1+0.123（Th/U-4）｝cm3/（Ma·g）

阿舍勒銅鋅礦中黃鐵礦的U含量為8.53×10-6～9.20×10-6，Th/U值為 3.36～4.24（陳毓川等，1996），計算得流體包裹體中由于Th、U衰變產(chǎn)生的4He為（7.52～8.58）×10-10cm3STP/g，由此導致流體包裹體中n（3He）/n（4He）初始值降低（0.4～6.0）×10-5Ra，接近甚至小于誤差范圍，基本上可認為不影響流體包裹體中n（3He）/n（4He）初始值。

根據(jù)以上分析，認為阿舍勒銅鋅礦床黃鐵礦中流體包裹體中He和Ar同位素組成代表了成礦作用期間被圈閉礦物流體包裹體中成礦流體的初始He和Ar同位素組成，He和Ar同位素只可能有兩種來源，即地殼和地幔。

3.2 He和Ar同位素特征

阿舍勒銅鋅礦黃鐵礦中流體包裹體的n（3He）/n（4He）值為 0.1358～0.379 Ra，高于地殼的n（3He）/n（4He）值（0.01～0.05 Ra，Stuart et al.，1995）10余倍，但明顯低于地幔流體的n（3He）/n（4He）值（6～9 Ra）15～60多倍。在3He-4He同位素演化圖解（圖3）上，樣品點位于地幔端元和地殼端元之間，并靠近地殼組成一側。根據(jù)殼幔二元體系的He含量公式（Ballentine et al.，2002）計算：［n（3He）/n（4He）］地殼值為地殼巖石的平均產(chǎn)率0.02 Ra，［n（3He）/n（4He）］地幔值為大陸巖石圈的平均值6.5 Ra（Stuart et al.，1995），計算得樣品中幔源 He的含量為 1.79% ～5.55%，平均為3.29%，表明成礦流體中He主要來源于地殼。

表1阿舍勒銅鋅礦床黃鐵礦流體包裹體中He—Ar同位素分析結果Table 1 Helium and argon isotope compositions of fluid inclusions in pyrite from the Ashele copper—zinc deposit

6件黃鐵礦中流體包裹體的40Ar含量為（0.318～4.69）×10-7cm3STP/g，40Ar/36Ar比值變化于389.1～9425，介于大氣（295.5）和地幔柱（296～2780）（Hiyagon et al.，1992）之間，而低于大洋中脊玄武巖（MORB）（133000～25250）（Allegre et al.，1986）。在n（40Ar）/n（36Ar）—R/Ra圖解中（圖 4a）位于大氣氬與殼源或幔源氬之間。根據(jù)放射性成因40Ar*含量計算公式（Ballentine et al.，2002）：

計算得樣品中塊狀黃鐵礦中流體包裹體的放射性成因40Ar*含量為96.86%～96.89%，浸染狀黃鐵礦中流體包裹體的放射性成因40Ar*含量為62.22%～63.53%，條帶狀黃鐵礦中流體包裹體的放射性成因40Ar*含量為24.06%～24.94%，放射性成因40Ar*含量同樣呈現(xiàn)出塊狀→浸染狀→條帶狀逐漸降低的規(guī)律，表明成礦過程中存在大氣降水來源流體的稀釋作用。

3.3 成礦流體來源示蹤

圖3 阿舍勒銅鋅礦床黃鐵礦中流體包裹體的He同位素組成（底圖據(jù)Mamyrin et al.，1984）Fig.3 Helium isotope composition of fluid inclusions in pyrite from the Ashele copper—zinc deposit（modified from Mamyrin et al.，1984）

圖4 阿舍勒銅鋅礦床黃鐵礦中流體n（40 Ar）/n（36 Ar）—R/Ra（a）和 n（40 Ar*）/n（4 He）—R/Ra關系圖解（b）（改造型飽和大氣水據(jù)Stuart et al.，1995；大西洋中脊TAG熱液區(qū)硫化物據(jù)曾志剛等，2000；底圖據(jù)翟偉等，2012）Fig.4 Plot of n（40Ar）/n（36Ar）versus R/Ra（a）and n（40Ar*）/n（4He）versus R/Ra（b）of the fluids in pyrite from the Ashele copper—zinc deposit（data of reformation saturated meteoric water after Stuart et al.，1995；data of sulfide in hydrothermal fluid area from Mid-Atlantic Ridge after Zeng Zhigang et al.，2000；modified from Zhai Wei et al.，2012）

阿舍勒銅鋅礦黃鐵礦中流體包裹體的n（3He）/n（4He）值與被認為成礦流體來源于深循環(huán)大氣降水的青海駝路溝鈷（金）礦床n（3He）/n（4He）值0.10～0.31 Ra（豐成友等，2006）相近，而4件浸染狀和條帶狀黃鐵礦中流體包裹體的n（40Ar）/n（36Ar）比值與被認為Ar來源于海水的大西洋中脊TAG熱液區(qū)硫化物n（40Ar）/n（36Ar）比值 287～359（曾志剛等，2000）具有相似性，表現(xiàn)出大氣降水或海水的特征。n（40Ar*）/n（4He）值為 0.001～0.048，平均為 0.020，與地殼流體的n（40Ar*）/n（4He）值 0.156（Stuart et al.，1995；胡瑞忠，1997）較為接近，而與地幔流體的n（40Ar*）/n（4He）比值 0.33～0.56（Dunai et al.，1995）相差較遠，在n（40Ar*）/n（4He）—R/Ra圖解中（圖 4b）位于地殼He和地幔He之間。已有研究表明，流體流經(jīng)巖石時優(yōu)先富集4He會導致現(xiàn)代地質流體中n（40Ar*）/n（4He）比值的降低（Tongerson et al.，1988；Hu Ruizhong et al.，2004）。對于大多數(shù)礦物而言，He的封閉溫度較低（200℃），而氬的封閉溫度較高（＞200℃），地幔流體是一種高溫流體，溫度遠遠大于200℃。阿舍勒銅鋅礦成礦流體具有對地殼巖石中He的優(yōu)先富集的特點，結合后期改造過程中形成的包裹體均一溫度變化范圍很大，而且主要集中在200℃以下的低溫區(qū)（牛賀才等，2006），認為成礦過程中存在低溫（＜200℃）的流體的加入，而這種流體最有可能為大氣降水來源的流體。

阿舍勒銅鋅礦為一典型的與海底火山噴發(fā)有關的塊狀硫化物礦床，是同生成礦的產(chǎn)物，礦體與容礦火山沉積巖系同時形成于海底。已有的氫、氧同位素示蹤表明阿舍勒銅鋅礦床成礦流體主要來源于巖漿水和海水（陳毓川等，1996），硫同位素示蹤成礦流體中的硫主要來源于混合的巖漿和海水（陳毓川等，1996；Wan Bo et al.，2010），VHMS型礦床成礦流體主要來源于加熱的深循環(huán)海水，存在部分巖漿水的參與（Frankin et al.，2005）。以上研究均表明阿舍勒VHMS型銅鋅礦床成礦流體中存在巖漿水的參與，而本文研究的黃鐵礦流體包裹體中的He同位素表明成礦流體主要來源于地殼，對于礦區(qū)中是否存在殼源巖漿活動仍值得研究。王登紅（1995）認為阿舍勒銅鋅礦床容礦火山巖具有雙峰式火山巖特點，由富水洋殼重熔形成的基性巖漿房產(chǎn)生大量氣液，這些氣液導致了礦床的形成。牛賀才等（2006）認為阿舍勒組火山沉積巖為西伯利亞西南邊緣洋殼基底的增生產(chǎn)物，具有島弧火山巖的組合和巖石地球化學特征。Wan Bo et al.（2010）認為阿舍勒組中容礦玄武巖形成于島弧環(huán)境，巖石的物質來源為混合的海底沉積物和MORB。這與本文He和Ar同位素示蹤成礦流體得出的結論一致，均表明阿舍勒銅鋅礦床的成礦流體來源為受熱循環(huán)的海水，并存在幔源巖漿熱液的加入。

4 結論

阿舍勒VHMS型銅鋅礦床容礦巖系為早—中泥盆世阿舍勒組海相中酸性、基性火山巖、火山碎屑巖、火山碎屑沉積巖夾碳酸鹽巖建造。塊狀、浸染狀、條帶狀礦石的黃鐵礦流體包裹體中n（3He）/n（4He）值為（0.1358～0.379）Ra，幔源 He的含量為 1.79% ～5.55%，n（40Ar）/n（36Ar）比值變化于389.1% ～9425，40Ar*含量為 24.06% ～96.89%。He和Ar同位素特征表明成礦流體為含有一定放射性成因Ar的海水（＜200℃）和形成阿舍勒組的幔源巖漿熱液。

致謝：野外工作期間得到新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限公司王永春副總經(jīng)理以及采礦部的領導和技術人員的大力支持和幫助；氦、氬同位素樣品測試由中國科學院油氣資源研究重點實驗室葉先仁老師完成，在此一并致以衷心的感謝。

注 釋 / Note

?新疆地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質大隊.2010.新疆阿爾泰哈巴河火山盆地阿舍勒銅鋅礦區(qū)地質圖.