文章编号：1004-0609(2016)-06-1293-10

新疆铁克里克铜铅锌多金属矿床多因复成成矿作用

张辰光¹，赖健清¹，曹勇华^{1, 2}，刘印明¹，杨金明³，韩永生^{1, 3}

(1. 中南大学 有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室 地球科学与信息物理学院，长沙 410083；

2. Department of Earth Sciences, University of Western Ontario, London, Ontario N6A5B7, Canada；

3. 有色金属矿产地质调查中心 新疆地质调查所，乌鲁木齐830000)

摘  要：铁克里克铜铅锌多金属矿床位于中亚壳体塔里木地洼区，历经多期大地构造成矿阶段，是西昆仑地区库斯拉普成矿带上重要的铜铅锌矿床。在分析该矿床成矿地质条件的基础上，研究矿区流体包裹体以及硫、铅同位素组成特征，探讨成矿流体特征及成矿物质来源。矿区矿石硫样品δ³⁴(S_CDT)值分布较宽(+8.2×10^-3~-7.6×10^-3)，包裹体均一温度介于103~284 ℃，盐度介于0.18%~24.47%(NaCl)，表明流体来源不是单一的，存在至少两种流体的混合。对各类型矿石铅同位素示踪研究表明：研究区矿石铅主要为壳幔混合的俯冲铅，主要成矿物质来源于赋矿围岩和下伏基底。研究认为，铁克里克矿床表现出多大地构造成矿阶段、多物质来源、多成矿作用等特点，为较典型的同生沉积-后期热液改造型多因复成矿床。

关键词：流体包裹体；硫铅同位素；多因复成矿床；铁克里克

中图分类号：P611.1　　           文献标志码：A

库斯拉普成矿带位于西昆仑-帕米尔地区东北缘和塔里木盆地西南缘交界部位，铁克里克铜铅锌多金属矿床作为该成矿带已发现的重要矿床^[1]，受到广泛关注，前人对其矿床成因多有争议，提出矿床成因为密西西比河谷型^[2-3]、中低温热液脉型^[4]、海相热水沉积型等^[5]，不同的观点反映了成矿作用的复杂性和矿床成因的多面性。本文作者在地洼学说及多因复成成矿理论^[6]的指导下，通过对该矿床的流体包裹体和同位素研究，揭示成矿流体特征，成矿物质来源，探讨矿床成矿机制。

1  地质背景

铁克里克矿床大地构造位置属塔里木地洼区。塔里木地洼区在太古宙为前地槽阶段，元古宙进入地槽阶段，产生了一套具有复理石特征的陆屑砂泥质建造。震旦纪中期以后，该区地壳活动的强度逐渐减弱，进入地台阶段。由震旦纪贝义西组至二叠系构成地台构造层，自下而上分别为冰碛建造(Z₂)、碳酸盐建造(∈-O)、砂泥质建造(S-D)、含煤建造(C-P)。三叠纪区内未见沉积，可能处于剥蚀状态。印支运动使本区进入地洼初动期，强烈的挤压活动与大幅度差异升降运动，使研究区固结较深的地槽构造层组成的褶皱基底及地台构造盖层遭受大规模逆冲断裂(如主帕米尔—铁克里克断裂等)和推覆构造^[7]，目前研究区尚处于地洼激烈期^[8]。

矿区出露地层主要为中泥盆统克孜勒陶下亚组(D₂kz^a)含砾石英砂岩和上亚组(D₂kz^b)石英砂岩、粉砂岩和灰岩及下侏罗统莎里塔什组(J₁s)砾岩夹少量砂岩(见图1)。本区中泥盆世始终处于滨海—浅海相环境，早期以浅海相为主，形成一套含砾石英砂岩(D₂kz^a)。其后海水上升，物源丰富，形成一套中厚层状中粗粒石英砂岩(D₂kz^b-1)。此后，海水继续上升，物质来源相对稳定，沉积物以粉砂岩为主，沉积形成D₂kz^b-2地层。海水继续上升，且水温温暖，沉积形成一套富含珊瑚、腕足类生物化石的碳酸盐地层(D₂kz^b-3)。而后海水下降，又沉积形成了一套与D₂kz^b-2岩性差别不大的地层(D₂kz^b-4)。这一时期相对持续时间较长，沉积环境稳定。矿区南部出露的J₁s地层以低角度不整合的推覆构造上覆于D2kza地层之上。

图1  铁克里克矿床地质简图(据文献[10]修改，大地构造图据文献[6]修改)

矿区断裂构造发育，NNW向断裂(F1)为矿区主干断裂构造，控制矿区地层走向，具同生构造特征，对矿区矿化有直接的控制作用。NEE向断裂(F2)产于矿区南部，该断裂早期与F1断裂为一组配套构造，具先张后压扭的演化特征。矿区发育有铁克里克倒转向斜，形成了区内断裂加单斜层的构造格局。研究区无大规模岩浆活动，仅在矿区外围见少量辉绿岩脉出露。

铁克里克矿区主要以铜、铅矿化为主，均赋存于中泥盆统克孜勒陶上亚组第一岩性段(D₂kz^b-1)石英砂岩中，沿地层走向呈层状展布，层位控矿特征明显。层位空间上铅矿带在上，铜矿带在下，两者渐变过渡。矿带内圈出3条矿体，其中2号矿体为主矿体，矿体基本顺层产出，但受F1，F2断层控制，倾向240°左右，倾角43°~75°，延伸约1400 m，平均厚度20 m，平均品位3%，推算资源量可达5×10⁵ t^[9]。

矿区内矿石矿物主要有方铅矿、黄铜矿、黄铁矿，少量辉铜矿，表生氧化形成蓝铜矿。脉石矿物主要为石英、方解石。矿石的结构主要有交代残余结构、自形晶结构等。矿石的构造主要有浸染状、脉状、块状等。矿体的围岩蚀变主要有白云石化，方解石化和硅化，其中硅化与矿化关系紧密。

尽管前人多将铁克里克矿床归入密西西比河谷型，但其在控矿构造、矿石组构等方面存在明显差别。断裂构造不仅控制地层展布，同时也控制矿体分布，矿化沿断裂带发育，矿体呈脉状，似层状，与围岩整合接触。矿石矿物中大量出现MVT型矿床中少有的黄铜矿。矿石结构中交代残余结构也表现出后期改造的特征。

2  稳定同位素特征

硫铅同位素分析是示踪成矿物质来源，了解矿床成因的重要手段^[11]。本次研究工作在光片鉴定后选取铁克里克3件新鲜矿石样品破碎选取方铅矿单矿物送核工业北京地质研究院分析测试中心进行硫、铅同位素测试，并收集了公开发表的文献中7件样品的测试结果，一同进行研究。

2.1  硫同位素特征

表1所列为铁克里克矿床10件硫、铅同位素测试结果。由表1可知，研究区硫化物δ(³⁴S_CDT)的范围为+8.2×10^-3~-7.6×10^-3，在分布直方图上呈现出两个相对聚集区(见图2)。

硫同位素分析结果显示，方铅矿和黄铜矿的δ³⁴S正值集中区范围为0.53%~0.82%，硫可能来源于盆地热卤水或蒸发岩^[12]；另一个由方铅矿、黄铁矿和黄铜矿组成的集中区范围为-0.46%~-0.76%，可能反映硫来源于有机质^[13]。δ³⁴S值这种分布特征表明矿石中硫可能存在不同的来源，也反映成矿过程中可能存在两种不同的成矿环境，其一对应低δ³⁴S值、富轻硫、还原性的富有机质沉积成岩环境，其二对应较高δ³⁴S值、富含金属离子的地下热卤水环境。

2.2  铅同位素

铅同位素测试结果见表2。结果表明研究区²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb值介于38.106~38.474之间，平均值为38.294，标准差为0.136；²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb值介于15.597~ 15.693之间，平均值为15.641，标准差为0.027；²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb值介于17.944~18.141之间，平均值为18.018，标准差为0.031。

表1  铁克里克矿床矿石硫化物硫、铅同位素组成

图2  铁克里克矿床矿石硫化物的硫同位素直方图

利用H-H单阶段铅演化模式^[14]，根据Geokit软件^[15]计算出铅同位素各特征参数(见表3)计算值，使用的参数值为α₀=9.307，β₀=10.294，γ₀=29.476，地球年龄值T=4.43 Ga。整个矿区的铅模式年龄值介于379.0~561.0 Ma，平均值496.9 Ma。Th/U值范围3.84~3.96之间，变化范围很窄，表现出稳定铅同位素的特征。μ值(²³⁸U/²⁰⁴Pb)介于9.49~9.72之间，变化范围也很窄，这一范围位于地壳μ_c=9.81与原始地幔μ₀=7.80之间，反映出壳幔混合铅的特征，利用公式计算出地幔铅所占比例：μ=μ_c(1-X)+μ₀X。其中，X为地幔铅所占比例；1-X为地壳铅所占比例。计算结果见表中地幔组分和地壳组分，地幔组分为0.04~0.15，地壳组分为0.85~0.96(质量分数)。

利用铅稳定同位素比值，绘制铅同位素构造环境判别图(见图3)。²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb-208Pb/204Pb投点图中，研究区所有铅同位素数据组成投影点均位于上地壳铅演化线左上方和下地壳铅演化线右下侧。在²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb-²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb投点图中，铅同位素数据组成投影点在全部落在造山带演化线之上，并在上地壳演化线两侧分布。部分投影点落上地壳演化线上方，表明铅处于²³⁸U/²⁰⁴Pb、²³²Th/²⁰⁴Pb抬升环境中，暗示铅源不仅仅来源于上地壳，部分铅源可能来自结晶基底^[16]。样品投影点线性关系较好，但无等时线趋势，表明可能存在不同源区正常铅的不完全混合。造山带增长线(图3中B线)是划分源区的重要分界线，矿石铅同位素投点于其上方必定含有上地壳成分，而投点于其下方则表明源于地幔或下地壳，投点于其附近则表明是各储库的混合源区^[17]。在铅同位素源区判别图中(见图4)，部分样品密集地集中于下地壳靠近造山带边缘地带。根据上述判断标准可推测研究区铅主要源于各储库的混合，而且以地壳源区成分为主，含有少量的地幔成分。

朱炳泉等^[16]根据构造环境与成因不同，提出了将铅的3种同位素表示成同时代地幔的相对偏差Δα、Δβ、Δγ，并通过Δγ-Δβ成因分类图解，追踪矿石铅的源区，该模式消除了时间因素的影响，具有更好的示踪意义。

通过计算得到本区矿石铅与同时代地幔的相对偏差，投影到过Δγ-Δβ成因分类图解上(见图5)，样品投影到上地壳与地幔混合的俯冲铅的范围。然而，该区域未发现强烈岩浆活动，因此，该分布特征同样暗示了成矿过程中，部分铅来自于结晶基底。此外，所有10件硫化物样品的μ值为9.49~9.72(平均9.57)，其中，大部分样品的μ值小于9.58，表明样品中存在低放射性成因深源铅。同时，这些样品的模式Th/U值比为3.84~3.96，平均3.89，大于全球上地壳的平均值3.88，说明形成环境不局限于上地壳内^[19]。

表2 铁克里克矿床矿点铅同位素组成的相关参数

图3  矿石²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb-²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb和²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb-²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb构造模式图(底图据文献[18])

图4  矿石²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb-²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb和²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb-²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb源区判别图(底图据文献[15])

图5  铁克里克矿床Δβ-Δγ图解^[16]

3  流体包裹体特征

作为唯一封存在矿物晶格内的古成矿流体，流体包裹体研究是认识成矿流体物理化学性质的最直接手段^[20-21]。本次工作采集了铁克里克矿床矿石中12件乳白色含矿石英脉样品进行包裹体研究，研究工作在中南大学流体包裹体实验室完成。室内将样品磨制成双面抛光的厚片，厚度约0.06~0.08 mm。研究采用Linkam公司出产的THMS-600型地质用冷热台，温度范围在-196~600 ℃之间，经标准人工包裹体校准，温度范围为30~600℃时精度为1℃，-196~30 ℃时精度为0.1 ℃。测定了包裹体的均一温度，并通过水溶液包裹体的冰点温度的测定，根据Brown的FLINCOR计算机程序^[22]，采用Brown-Lamb的等式^[23]计算水溶液包裹体的盐度和密度。对于冰点温度低于-21.2 ℃的包裹体，采用H₂O_NaCl_CaCl₂.exe计算程序^[24]估算水溶液盐度。

3.1  流体包裹体岩相学分析

矿区内含矿石英脉中石英可见原生的气液两相水溶液包裹体。包裹体在室温下(20 ℃)由盐水溶液及气泡组成，常温下气相比(V/T)多在10%~25%，形态一般不规则状或椭圆状，大小多在3~6 μm，平均为3 μm，大部分随机孤立分布于主矿物(石英)中。

3.2  流体包裹体显微测温结果

本次研究共测得铁克里克矿床气液两相包裹体177个，测试结果汇总到表3，包裹体均一温度介于103~284 ℃，集中于160~240 ℃之间；盐度为0.18%~24.47%(NaCl，质量分数)，平均11.15%；估算流体密度介于0.758~1.120 g/cm³，平均0.960 g/cm³。

根据上覆地层厚度^[25](约4.5~5.5 km)，利用静岩压力估算当时成矿压力约121.5~148.5 MPa，平均135 MPa，根据不同浓度的NaCl溶液的均一温度与压力关系^[26]对所测得包裹体均一温度进行校正，校正值约120 ℃，由此估算捕获温度约222~406 ℃，集中于280~360 ℃之间。较高的温度可能与研究区盆地底部热对流或矿床基底岩石中深部流体循环上升导致地温梯度高异常有关^[27]。

表3  铁克里克矿床流体包裹体特征

根据铁克里克矿床的均一温度及盐度关系散点图(见图6)，发现研究区包裹体盐度有两个相对集中的区域，高盐度包裹体盐度值集中于18%~24%之间，而低盐度包裹体盐度值集中于4%~8%，相差悬殊的盐度区间说明矿区内至少存在两种成矿流体。高盐度的流体可能来源于蒸发环境中溶解了地层中硫酸盐的具还原性的地下水，在铁克里克矿床含矿建造中发现石膏层与膏盐假晶存在，印证了这一说法。而较低盐度的流体可能来源于相对封闭环境下的从沉积地层中萃取了金属离子的热卤水。厚层碎屑岩建造压实作用及华力西期逆冲推覆形成的断裂和褶皱作用产生的热异常使两种不同性质的流体沿断裂及岩石裂隙运移并混溶，导致流体物理化学性质发生急剧变化，使过饱和度激增，造成硫化物的快速沉淀。

图6  流体包裹体气液均一温度与盐度关系散点图

4  讨论

铁克里克矿床在一定程度上可与典型的密西西比河谷型(MVT)矿床相类比，但从区域地质背景、矿床特征和成矿作用看来，有较明显的差异。主要表现在以下几个方面：

形成环境不相同。铁克里克矿床成矿构造环境前期为稳定大陆台地环境，后期为盆山转换过程中的非变质环境。陆内活化造山作用及区域性断裂导致的破裂环境下，叠加在盆地碎屑岩沉积基础上的开放性构造活动产生的热异常，是成矿流体运移的主要动力条件。而典型的MVT型矿床多形成于造山带前陆盆地中，成矿流体的重要动力条件是相邻造山带的重力驱动^[28-30]。

矿床特征有差异。MVT型矿床矿体多与赋矿围岩呈不整合接触，矿体多充填于角砾岩的空隙中。矿石矿物少有黄铜矿出现^[31]。而铁克里克矿床的矿体产在局部的褶皱与断层中的层间破碎带中，并与构成矿源层的赋矿围岩整合接触，其矿石结构构造兼具沉积和后期改造特征(交代残余结构)。黄铜矿体位于铅矿体之下，具一定品位。

成矿作用不相似。铁克里克矿床以两期成矿作用为特色，前期为海相砂页岩夹碳酸盐岩地层容矿的同生沉积成矿作用。与铁克里克矿床处于同一成矿带的阿帕列克、塔木矿床中黄铜矿、闪锌矿Re-Os法、Rb-Sr法测年数据，等时线年龄集中于330 Ma左右^[32]，与赋矿地层时代吻合，认为具有同生成矿特征。后期的成矿作用与印支期地台活化有关，是在褶皱、断裂影响下的热液充填交代作用。铁克里克、喀依孜矿床中黄铜矿、辉钼矿Re-Os同位素测年数据给出的等时线年龄处于210~250 Ma之间^[32-33]，可以作为印支期热液改造成矿事件的解释。这种后期热液叠加的情况并不罕见，如美国Tintic矿床和广西泗顶铅锌矿床。由此可见，层状同生沉积成矿被后期热液叠加改造富集也是一种重要的成矿作用类型。

成矿流体特征有差异。铁克里克矿床成矿流体是一种混合流体，盐度变化较大(0.18%~24.47%)，高盐度的流体可能来源于蒸发环境中萃取了地层中硫酸盐的低δ³⁴S值、富轻硫、富有机质的地下水。较低盐度的流体可能来源于相对封闭环境下的从沉积地层中萃取了金属离子、具有较高δ³⁴S值的热卤水。虽然在本矿区未见大规模岩体出露，但在附近塔木矿床外围有矿化辉绿岩脉出露，包裹体较高的捕获温度(280~360 ℃)可能与深部小规模岩浆热液活动有关。而MVT型矿床成矿流体主要来自盆地热卤水，高盐度(一般大于15%)，捕获温度通常不超过150 ℃^[34]。

成矿物质来源不同。铁克里克矿床的成矿物质来源有差异，δ³⁴S组成在+8.2×10^-3~-7.6×10^-3之间，变化较大，铅同位素特征参数，铅构造模式示踪及Δγ-Δβ图解示踪表明，矿区矿石铅主要为壳幔混合的俯冲铅，赋矿围岩和下伏结晶基底均提供了成矿物质来源。而典型MVT型矿床δ³⁴S值多在+10×10^-3~+15×10^-3之间^[10]，铅同位素组成较单一，成矿物质主要来自于基底。

总体上，铁克里克矿床表现出多物质来源、多成矿作用、多成矿阶段、多成因类型等特点，为典型的多因复成矿床。其构造演化及成矿作用经历了如下阶段。

中泥盆世开始本区较古老的地槽构造层褶皱基底受分散式地幔蠕动拖曳力影响，拉张形成沉积海盆，早石炭世在此基础上，地壳进一步拉张，形成稳定的陆内沉积盆地。在拉张环境下，盆地中发育同沉积断层，金属元素随热液沿同生断裂上升发生喷流沉积作用。此外，地台阶段相对持续时间较长，沉积环境稳定，陆源碎屑源源不断的补给使盆地中沉积了一套砂页岩夹碳酸盐岩组合，沉积物富集铜铅等成矿元素。最终形成了成矿元素的初始矿源层。

三叠纪开始，地台活化，研究区进入地洼阶段。印支期造山运动使西昆仑构造带隆升导致塔南缘盆地发生盆山转换^[35]，汇聚式的地幔蠕动拖曳力造成地壳强烈挤压与大幅度差异升降运动，在研究区形成大规模逆冲走滑推覆构造和次级构造，并造成区域性较高的地热梯度。地热加温的地下水在侧向运移的过程中溶解了地层中的膏盐沉积形成地下热卤水，不仅带来了较高δ³⁴S值的硫酸盐，而且萃取了地层中的金属成矿元素，迁移到富含还原性有机质和低δ³⁴S值硫化物的层位，两种流体混合、温度骤降、硫酸盐还原，造成硫化物的快速沉淀，最终在构造连通浅部低盐度地下水的层间有利部位成矿。

5  结论

1) 铁克里克矿床隶属新疆库斯拉普铜铅锌成矿带，位于西昆仑-帕米尔地区东北缘和塔里木盆地西南缘交界部位，大地构造位置属中亚壳体塔里木地洼区，演化史漫长复杂。

2) 矿床成矿作用经历地台和地洼两个大地构造阶段，矿体受地层层位、岩性和构造的多重控制，主要的成矿作用划分为沉积成矿期及热液改造期。硫铅同位素特征和流体包裹体显微测温研究表明表明该区的成矿物质与成矿流体具有多来源性。

3) 铁克里克矿床在中泥盆世-二叠世沉积环境稳定，陆源碎屑的补给沉积富集了铜铅等成矿元素，形成了初始矿源层；印支期造山运动中，萃取了地层中的金属成矿元素的地下热卤水，沿断裂系统向上迁移，对原始矿源层进行叠加和改造，使成矿物质得以进一步富集。因此，该矿床具备多大地构造阶段、多成矿物质来源、多控矿因素、多成矿作用以及多种成因类型，具多因复成特点。

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Polygenetic compound mineralization of Tiekelike copper-lead-zinc deposit, Xinjiang

ZHANG Chen-guang¹, LAI Jian-qing¹, CAO Yong-hua^{1, 2}, LIU Yin-ming¹, YANG Jin-ming³, HAN Yong-sheng^{1, 3}

(1. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals, Ministry of Education,

School of Geoscience and Info-physics, Central South University, Changsha 410083, China;

2. Department of Earth Sciences, University of Western Ontario, London, Ontario N6A5B7, Canada;

3. Xinjiang Institute of Geological Survey, China Non-Ferrous Metals Resource Geological Survey, Urumqi 830000, China)

Abstract: The Tiekelike copper-lead-zinc polymetallic deposit is located in Tarim Diwa region, Central Asian Crustobody. It has experienced several continental tectonic and metallogenic stages, and belongs to the significant copper-lead-zinc deposit in the Kusilapu mineralizing belt of West Kunlun. Based on analysis of the geologic settings of Tiekelike deposits, the fluid inclusions were systematically researched, the features of sulfur and lead isotopes were studied, and the characteristics of mineralization fluids and the sources of minerals were discussed. The results show that the δ³⁴(S_CDT) values of ore minerals distribute widely (from +8.28×10^-3 to -7.6×10^-3). The homogenization temperatures of the fluid inclusions vary from 103 ℃ to 284 ℃. The salinities range from 0.18% to 24.47% (mass fraction, NaCl_equiv). The features of fluid inclusions and sulfur isotopes indicate that the ore-forming fluids has several sources. According to the lead isotope tracer analysis, the conclusion is draw that the lead is mostly subducting lead mixed by crustal and mantle material, the major mineralizing material comes from ore-bearing host rocks and the underlain basement. The Tiekelike copper-lead-zinc polymetallic deposit is a typical syndepositional -hydrothermal transforming complex deposit, which is characterized by the multiple mineralizing continental structural stages, the multiple ore-forming material and the multiple mineralizations.

Key words: fluid inclusions; sulfur and lead isotope; polygenetic compound deposit; Tiekelike

Foundation item: Project(2011BAB06B05-04) supported by the National 12th Five-year Plan of Science and Technology; Project(2015CX008) supported by the Grants from the Project of Innovation-driven Plan in Central South University, China

Received date: 2015-09-28; Accepted date: 2016-02-25

Corresponding author: LAI Jian-qing; Tel: +86-13875983805; E-mail: ljq@csu.edu.cn

(编辑  王  超)

基金项目：国家“十二五”科技支撑计划资助项目(2011BAB06B05-04)；中南大学“创新驱动项目”(2015CX008)

收稿日期：2015-09-28；修订日期：2016-02-25

通信作者：赖健清，博士，教授；电话：13875983805；E-mail: ljq@csu.edu.cn