郜臻臻，張招崇，程志國，MIRZAEV A U，NURTAEV B S，KODIROV O

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.烏茲別克斯坦科學(xué)院 地質(zhì)與地球物理研究所，塔什干 100041)

0 引 言

西天山分布有眾多的大—中型鉛鋅礦床，如烏茲別克斯坦的Kurgashinkan鉛鋅礦床(Zn+Pb 1.5 Mt)[1]、哈薩克斯坦Tekeli鉛鋅礦床(Zn+Pb 7 Mt)[2]、中國烏拉根鉛鋅礦床(Zn+Pb >3 Mt)[3-4]、霍什布拉克鉛鋅礦床(Zn+Pb 0.45 Mt)[5]等。我國新疆西南天山目前已發(fā)現(xiàn)的鉛鋅礦床(點(diǎn))達(dá)200余處[6]，其中有大量鉛鋅礦床產(chǎn)出于泥盆系碳酸鹽巖地層中，如霍什布拉克鉛鋅礦床、沙里塔什鉛鋅礦床、喀爾勇庫勒鉛鋅礦床等[7-8]。但對這類鉛鋅礦床成因認(rèn)識的分歧仍然較大[9]，存在諸如SEDEX型(CD型)、沉積-改造型、巖漿熱液型、MVT型等多種認(rèn)識。因此，對比境外南天山同類型礦床，有助于了解區(qū)域成礦特征，并且對指導(dǎo)我國境內(nèi)南天山鉛鋅礦床的找礦具有重要意義。

圖1 西天山金銅鉛鋅成礦帶區(qū)域構(gòu)造礦產(chǎn)簡圖[5,7,10-15]Fig.1 Sketch tectonic map showing Au, Cu, Pb-Zn deposits in the western Tianshan [5,7,10-15]

Uchkulach大型鉛鋅礦床位于烏茲別克斯坦中部，大地構(gòu)造上屬于中亞造山帶南天山部分。礦體順層產(chǎn)出于中泥盆統(tǒng)白云巖和灰?guī)r地層中。總體上，目前對該礦床的研究較少，少數(shù)學(xué)者根據(jù)礦體下伏酸性火山巖，推斷Uchkulach鉛鋅礦床受酸性火山巖控制，通過巖漿熱液將成礦物質(zhì)帶入沉積盆地，成礦作用和火山活動具有密切聯(lián)系，屬于火山-沉積型鉛鋅礦床[1]。因此他們提出成礦物源主要是來自大洋盆地，同時(shí)有少量巖漿來源，并認(rèn)為火山活動頻繁的時(shí)期，也正是礦石沉積作用最強(qiáng)烈的時(shí)期[1]。然而，上述觀點(diǎn)缺乏其他方面的證據(jù)。眾所周知，區(qū)分鉛鋅礦床是和巖漿活動有關(guān)還是和盆地流體有關(guān)，成礦溫度是一個(gè)重要參數(shù)，所以本文擬通過對Uchkulach鉛鋅礦床的流體包裹體研究，測定均一溫度，再結(jié)合其他特征，為該礦床成礦類型提供流體包裹體的證據(jù)，并為我國西南天山鉛鋅礦床的找礦提供重要信息。

1 地質(zhì)背景

中亞造山帶是全球最大的顯生宙增生型造山帶，北臨東歐克拉通和西伯利亞克拉通，南面是塔里木克拉通和華北克拉通(圖1(b))[5,7,10-15]。中亞造山帶由許多微陸塊和地體碎片拼合而成，地質(zhì)過程極為復(fù)雜。其中，主要的地質(zhì)事件包括古亞洲洋的閉合和其后形成的特提斯洋演化以及晚石炭世—早二疊世特提斯洋的閉合，其復(fù)雜的地質(zhì)過程形成了豐富的金銅鉛鋅礦床。

烏茲別克斯坦Nuratau地區(qū)隸屬于境外南天山的阿賴微陸塊，是一個(gè)褶皺逆沖帶，區(qū)域內(nèi)發(fā)育NW向斷層和大量平行于斷層的透鏡狀巖石。這些透鏡體直徑范圍在數(shù)十至數(shù)百米之間，延伸可達(dá)數(shù)百米。在每個(gè)透鏡體內(nèi)，其地層學(xué)和巖石學(xué)上都具有一定程度的相似性和可對比性。區(qū)域地層和透鏡體時(shí)代分布從奧陶紀(jì)到石炭紀(jì)。奧陶紀(jì)從早到晚分別為含燧石條帶灰?guī)r、白云巖，薄層狀硅質(zhì)巖夾少量砂巖，砂巖夾硅質(zhì)巖、泥巖。奧陶紀(jì)地層缺乏生物化石記錄，發(fā)育有平行層理和交錯(cuò)層理，燧石與灰?guī)r的比例隨著層位的上升而增加。志留紀(jì)以碳酸鹽巖為主，夾有硅質(zhì)巖和砂巖，其中底部為泥晶灰?guī)r，中部出現(xiàn)大量內(nèi)碎屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r，頂部則主要為亮晶生屑灰?guī)r。泥盆紀(jì)地層出現(xiàn)更多的生物化石，地層層理通常不發(fā)育，地層巖石以碳酸鹽巖為主，夾有少量碎屑巖，生物化石種類繁多，包括海百合碎屑、龍介蟲屬生物、橫板珊瑚和藻類化石等[16]。石炭紀(jì)主要是氣孔杏仁狀玄武巖，夾凝灰?guī)r、薄層狀灰?guī)r和薄層狀硅質(zhì)巖。

2 礦床地質(zhì)特征

烏茲別克斯坦Uchkulach鉛鋅礦區(qū)的地理坐標(biāo)為：N39°10.804′-40°23.566′，E67°12.735′-67°44.558′[16]。礦區(qū)內(nèi)主要出露的地層有中泥盆統(tǒng)流紋巖-英安巖以及粗面流紋質(zhì)凝灰?guī)r，中泥盆統(tǒng)(D2gv)白云巖、灰?guī)r，中—上泥盆統(tǒng)(D2gv-D3t)生物碎屑灰?guī)r，上泥盆統(tǒng)(D3f)泥灰?guī)r以及石炭系砂巖、粉砂巖(圖2)。其中中泥盆統(tǒng)沉積巖分為上Uchkulach組和下Uchkulach組，上Uchkulach組主要為白云巖、含礦灰?guī)r，夾有少量砂巖、粗砂巖，下Uchkulach組由灰?guī)r、含礦白云巖、泥灰?guī)r和泥砂巖、砂巖、粗砂巖的互層組成。礦體主要產(chǎn)出于中泥盆統(tǒng)下Uchkulach組的頂部和上Uchkulach組中部。前蘇聯(lián)學(xué)者通過地層接觸關(guān)系，認(rèn)為Uchkulach鉛鋅礦形成時(shí)代應(yīng)為中泥盆世至中—上泥盆世的吉維期和弗拉斯期。另外，礦區(qū)主要發(fā)育有EW向和NW向斷裂。

Uchkulach鉛鋅礦床主要的含礦構(gòu)造是背斜翼部和轉(zhuǎn)折端的穹窿構(gòu)造。礦體可呈3種產(chǎn)狀產(chǎn)出：順層式、穿切式和復(fù)合式。東部礦體產(chǎn)出形態(tài)主要有層狀、條帶狀和透鏡狀，為順層式[1](圖2)，而西部以穿切式為主。礦體規(guī)模從數(shù)百米到千米不等，沿走向最長可達(dá)1 350 m，厚度可達(dá)500 m。鉛的平均品位為1.71%，鋅為1.88%，銀為2.4～42.19 g/t，此外還有0.004～0.13 g/t的鎘和9～11 g/t的鋇[1]。

礦石主要呈交代結(jié)構(gòu)，金屬礦物交代早期形成的白云石。礦石構(gòu)造主要為浸染狀構(gòu)造，其中礦石礦物含量為15%～20%。主要礦石礦物有方鉛礦、閃鋅礦，脈石礦物主要為白云石、方解石，還有少量的黃鐵礦和重晶石。方鉛礦粒徑變化范圍為0.75～2 mm，多呈自形—半自形粒狀，可見方鉛礦交代白云石或充填白云石縫隙(圖3a,b)。閃鋅礦顆粒較小，粒徑變化范圍為50～200 μm，多呈半自形粒狀產(chǎn)出(圖3c,d)。白云石則主要呈自形—半自形，明顯經(jīng)歷過重結(jié)晶作用。重晶石可呈單晶和集合體產(chǎn)出，其中單晶呈自形板狀，集合體呈放射狀，顯示出熱液礦物的特征。重晶石常與方鉛礦共生，閃鋅礦則更多地產(chǎn)出于白云石的粒間孔隙之中。圍巖蝕變的主要類型有白云石化、碧玉化、硅化、赤鐵礦化和泥化。

圖2 Uchkulach鉛鋅礦礦區(qū)地質(zhì)簡圖[1]Fig.2 Schematic geological map of the Uchkulach lead-zinc deposit[1]1.石炭紀(jì)砂巖、粉砂巖;2. 晚泥盆世泥灰?guī)r;3.中—晚泥盆世生物碎屑灰?guī)r; 4.中泥盆世上Uchkulach組白云巖、含礦灰?guī)r; 5.中泥盆世下Uchkulach組灰?guī)r、含礦白云巖; 6.中泥盆世流紋-英安巖; 7.礦體;8.斷層;9.礦區(qū)范圍

圖3 Uchkulach鉛鋅礦石顯微鏡下照片F(xiàn)ig.3 Photomicrographs of selected samples from the Uchkulach lead-zinc ore deposita.單偏光下方鉛礦和重晶石共生;b.反射光下方鉛礦和重晶石共生;c.單偏光下閃鋅礦和白云石共生;d.反射光下閃鋅礦和白云石共生

3 樣品及測試方法

本次采集的樣品為產(chǎn)于烏茲別克斯坦Uchukulach鉛鋅礦區(qū)中泥盆統(tǒng)(D2gv)含礦白云巖中的礦石，礦石呈明顯的交代結(jié)構(gòu)，浸染狀構(gòu)造，礦石礦物主要為方鉛礦，含有少量閃鋅礦，脈石礦物主要為白云石，含有少量重晶石、黃鐵礦和黃銅礦。流體包裹體測溫研究對象為礦石樣品中的重晶石和閃鋅礦。

流體包裹體顯微測溫研究在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院流體包裹體實(shí)驗(yàn)室完成。顯微冷熱臺為Linkam THMS600型，可測溫度范圍為-200～600 ℃，該冷熱臺在-80～-70 ℃的溫度區(qū)間的測定精度為±0.5 ℃，-70～100 ℃區(qū)間為±2 ℃，在100～500 ℃區(qū)間為±2 ℃。分析對象全部為H2O-NaCl體系包裹體，測定均一溫度和冰點(diǎn)溫度。

本文對烏茲別克斯坦Uchukulach鉛鋅礦礦石中的方鉛礦、閃鋅礦和重晶石進(jìn)行了電子探針分析。電子探針分析在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)科學(xué)研究院電子探針實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，電子探針型號是日本島津公司生產(chǎn)的EPMA-1600型，加速電壓15 kV，束流1×10-7A，束斑直徑1 μm。

4 流體包裹體特征

圖4 Uchkulach礦石樣品流體包裹體顯微特征Fig.4 Photomicrographs of fluid inclusions from the Uchkulach lead-zinc oresa.重晶石流體包裹體; b.閃鋅礦流體包裹體

Uchkulach鉛鋅礦流體包裹體主要分布于重晶石和閃鋅礦中，在白云石中也發(fā)現(xiàn)少量流體包裹體。流體包裹體僅有兩種類型：純液相包裹體和氣—液兩相包裹體。本文主要選取重晶石和閃鋅礦中的氣—液兩相包裹體進(jìn)行分析測試。單個(gè)重晶石顆粒為自形板狀，集合體呈放射狀分布，晶體透明并且發(fā)育大量流體包裹體群。流體包裹體群為原生包裹體，在狹小的視域內(nèi)，大量流體包裹體呈面狀分布，包裹體形態(tài)較復(fù)雜，以橢圓形為主，也出現(xiàn)長條形、四方形和不規(guī)則狀。其中，氣液兩相包裹體約占80%以上，粒徑大小變化范圍在1.6～6.3 μm×2.6～7.0 μm，氣液比在5 %左右(圖4a)。此外，本次研究還對閃鋅礦中的流體包裹體進(jìn)行分析測試，其包裹體一般較重晶石大，數(shù)量較少。閃鋅礦中的包裹體形態(tài)不一，有三角形、四方形和橢圓形。其中只有50%左右為氣液兩相包裹體，粒徑大小為3.6～6.8 μm×4.6～7.8 μm之間，氣液比為5%左右(圖4b)。

5 測試結(jié)果

5.1 流體包裹體

均一溫度測試結(jié)果顯示，Uchkulach鉛鋅礦的重晶石流體包裹體(n=80)均一溫度在71～153 ℃之間，冰點(diǎn)溫度在-8.8～-16.4 ℃之間，鹽度范圍為12.6%～19.8%[17]，其中69個(gè)流體包裹體溫度區(qū)間為93～133 ℃。閃鋅礦流體包裹體(n=10)均一溫度為108～145 ℃，除1個(gè)樣品外，其余流體包裹體的溫度為108～128 ℃，冰點(diǎn)溫度為-7.4～-16.9 ℃，鹽度范圍為11.0%～20.2%[17]。

5.2 礦物成分

5.2.1 方鉛礦

Uchkulach鉛鋅礦方鉛礦中鉛含量為84.95%～86.38%，硫含量為13.11%～13.63%，其中有3個(gè)樣品含有鋅，鋅的含量分別為0.27%、0.28%、0.34%。其多數(shù)樣品的Pb/S值大于1，然而有2個(gè)樣品的Pb/S值小于1，顯示出Pb虧損和S富集的特征。

5.2.2 閃鋅礦

閃鋅礦中鋅的含量為64.61%～65.81%，硫含量為32.87%～33.13%。其Zn/S值都小于1，具有Zn虧損S富集的特征。閃鋅礦中鐵含量為0.1%～0.39%，鉛含量為0.48%～1.41%。其鐵含量較低(<6%)，且變化范圍較小，屬于淺色閃鋅礦。

表1 Uchkulach鉛鋅礦閃鋅礦、方鉛礦電子探針分析結(jié)果 (wB/%)

表2 Uchkulach鉛鋅礦重晶石電子探針分析結(jié)果(wB/%)

圖5 Uchkulach鉛鋅礦圍巖生物碎屑灰?guī)rFig.5 Bioclastic limestone from the Uchkulach lead-zinc deposita.生物碎屑灰?guī)r顯微特征；b.生物碎屑灰?guī)r手標(biāo)本

5.2.3 重晶石

重晶石的成分較為均一，BaO含量為60.97%～63.78%，SO3含量為35.69%～36.36%，SrO含量為0.59%～2.68%，此外部分重晶石還有少量MgO和FeO。

5.3 化石鑒定

圖6 Uchkulach鉛鋅礦成礦流體均一溫度直方圖、均一溫度與鹽度協(xié)變圖Fig.6 Histograms of homogenization temperature and salinity versus homogenization temperature of ore-forming fluid inclusions in the Uchkulach lead-zinc deposit

本次研究在中—上泥盆統(tǒng)地層(D2gv-D3t)中發(fā)現(xiàn)了生物碎屑灰?guī)r(圖5b)，并制作了光薄片。通過顯微鏡觀察，雖然部分生物碎屑已經(jīng)發(fā)生重結(jié)晶作用，破壞了生物的部分顯微結(jié)構(gòu)(圖5a)，但是在單個(gè)生物化石中，仍然可以清晰地看到向中心生長的碳酸鹽纖維，顯示出腔腸動物的特征。對比McCann et al. 報(bào)道的區(qū)域生物化石，可知Nuratau地區(qū)主要發(fā)育有四射珊瑚和橫板珊瑚兩種腔腸動物[16]。而鏡下生物化石不發(fā)育隔壁，因此排除了四射珊瑚的可能，與橫板珊瑚的特點(diǎn)更為接近。

6 討 論

6.1 成礦流體特征與來源

本次測得流體包裹體均一溫度為71～153 ℃(圖6)，集中分布在93～133 ℃的區(qū)間，鹽度為11.0%～20.2%，其中有66個(gè)包裹體鹽度在15%以上。因此，Uchkulach鉛鋅礦床的成礦流體具有低溫中鹽度的特征。

Fe和Zn具有相似的地球化學(xué)性質(zhì)，離子半徑也相近，可以形成類質(zhì)同象，前人研究表明，閃鋅礦中Fe元素的含量和成礦溫度具有一定的正相關(guān)性[18-19]，因此當(dāng)?shù)V床中出現(xiàn)了閃鋅礦+黃鐵礦的礦物組合時(shí)，閃鋅礦可以作為一種潛在的地質(zhì)溫度計(jì)：當(dāng)閃鋅礦中鐵含量大于6%，亦即閃鋅礦為鐵閃鋅礦時(shí)，成礦溫度主要屬于中溫(200～300 ℃)；而當(dāng)閃鋅礦中鐵含量小于6%時(shí)，成礦溫度為低溫(低于200 ℃)。Uchkulach鉛鋅礦的閃鋅礦鐵含量都很低(0.1%～0.39%)，說明成礦溫度很低，這也與流體包裹體測溫結(jié)果(<200 ℃)一致。

圖7 Uchkulach鉛鋅礦床流體包裹體均一溫度與鹽度散點(diǎn)圖解(底圖據(jù)Beane[21])Fig.7 Salinity versus homogenization temperature of fluid inclusions in the Uchkulach lead-zinc deposit (base map after Beane[21])

Leach et al. 認(rèn)為MVT型鉛鋅礦床的流體包裹體均一溫度范圍為50～250 ℃，少部分可達(dá)300 ℃，但主要分布區(qū)間為90～150 ℃，其鹽度變化范圍在10%～30%之間，流體來源主要是濃縮的海水[20]。而Uchkulach礦床具有典型的低溫中鹽度的流體特征[21](圖7)，與MVT型礦床成礦流體的特征是一致的，而與高溫的巖漿流體特征差別較大[22-23]。這與前蘇聯(lián)學(xué)者“Uchkulach是由巖漿熱液將成礦物質(zhì)帶入沉積盆地”的認(rèn)識不一致。同時(shí)，成礦流體不含CO2，也說明其與變質(zhì)流體不同[24]。這些特征都指示成礦流體可能是一種盆地鹵水，而并非巖漿流體。

6.2 Uchkulach鉛鋅礦與MVT型礦床的對比

Leach et al. 對MVT型鉛鋅礦床的主要特點(diǎn)有過較詳盡的描述，并歸納了MVT型鉛鋅礦床的主要特征[20](表3)。本文根據(jù)已有數(shù)據(jù)和資料，將Uchkulach鉛鋅礦床與典型MVT型鉛鋅礦床進(jìn)行對比分析。

McCann et al. 通過對Nuratau區(qū)域奧陶紀(jì)至早二疊世的地層分析，認(rèn)為奧陶紀(jì)至早石炭世Nuratau地區(qū)處于被動大陸邊緣下穩(wěn)定伸展的碳酸鹽巖臺地的沉積環(huán)境[16,25]。本次研究中橫板珊瑚的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步反映Uchkulach鉛鋅礦床產(chǎn)出于淺海碳酸鹽巖臺地，甚至與生物礁臺地也具有成因上的關(guān)系。

Uchkulach鉛鋅礦床賦礦地層為中泥盆世灰?guī)r、白云巖，成礦時(shí)期為吉維期(中泥盆世晚期)至弗拉斯期(中—晚泥盆世早期)。顯微鏡下可見方鉛礦充填白云石孔隙，交代白云石(部分白云石交代不完全，殘留在方鉛礦顆粒中)，方鉛礦和放射狀重晶石、閃鋅礦具有共生關(guān)系。此外，早期形成的白云石，被晚期形成的閃鋅礦交代后，呈不規(guī)則形狀殘留于閃鋅礦中，也表明Uchkulach是后生成礦的。Uchkulach的礦石礦物和脈石礦物都與典型的MVT型礦床一致。

表3 Uchkulach鉛鋅礦與MVT型礦床的對比

本次對Uchkulach鉛鋅礦石中重晶石和閃鋅礦的流體包裹體測試數(shù)據(jù)(均一溫度主要分布在93～133 ℃之間，鹽度為10.98%～20.15%)落在典型的MVT型礦床范圍內(nèi)。通過流體包裹體溫度—鹽度協(xié)變圖以及未發(fā)現(xiàn)含CO2流體包裹體的特征，排除了其成礦流體來源為盆地鹵水以外的可能性。

7 結(jié) 論

(1)烏茲別克斯坦Uchkulach鉛鋅礦床的重晶石和閃鋅礦流體包裹體，僅有純液相和氣液兩相。其中重晶石流體包裹體(n=80)均一溫度為71～153 ℃，集中分布在93～133 ℃之間，冰點(diǎn)溫度為-8.8～-16.4 ℃，鹽度為12.6%～19.8%。閃鋅礦流體包裹體(n=10)均一溫度為108～145 ℃，冰點(diǎn)溫度為-7.4～-16.9 ℃，鹽度為11.0%～20.2%，成礦流體具有低溫中鹽度的特征，為盆地鹵水(或濃縮的海水)。

(2)在Uchkulach鉛鋅礦圍巖中發(fā)現(xiàn)了橫板珊瑚化石，結(jié)合前人分析，認(rèn)為泥盆紀(jì)該區(qū)域的大地構(gòu)造背景為被動大陸邊緣的碳酸鹽巖臺地。

(3)Uchkulach鉛鋅礦的礦床地質(zhì)特征和成礦流體特征與MVT型鉛鋅礦具有可對比性，因此認(rèn)為Uchkulach鉛鋅礦為MVT型礦床。

致謝：在野外工作過程中烏茲別克斯坦地質(zhì)與地球物理研究所相關(guān)工作人員給予了大量幫助，中國地質(zhì)大學(xué)(北京)高金漢教授和張海軍博士在化石鑒定工作中給予了指導(dǎo)，審稿專家提出了寶貴的建議，在此一并表示衷心感謝。

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