新疆阿希金矿床地质特征及成因分析

新疆阿希金矿床地质特征及成因分析

在附近（约1.0km）的低温热液金矿床形成了一个几乎具有表面（<1.0km）的低温热液矿床。现在，这些矿床大部分分布在中新世陆地相火山岩中，尤其是太平洋周围的陆地相火山岩附近。例如，美国西部的浅冷温液金矿床[1,2,1,2,1,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2]。日本的灵丘金矿床和南萨的浅冷温液金矿床、新西兰的裁决金矿床、哈巴里地区的金-银矿、印度尼西亚的kelian金矿床和中国台湾的金陵石金矿床均位于新生界火山岩中。这些矿床的建造时间也发生在中国福建省的紫金山金矿床和北田金矿床[11、12、13、11、12和13]。这些矿床的采矿时间也通常是中新世。中生代以前的浅冷温液金矿床，由于地质作用和长期风化侵蚀，很难将其保存下来。新疆阿希金矿床是20世纪80年代末在新疆西天山地区发现的一个大型的低硫型浅成低温热液(冰长石-绢云母型)金矿床,也是目前国内同类型矿床中已发现的储量最大且最为典型的矿床。其赋矿围岩为古生界大哈拉军山组陆相火山岩,成矿时代为古生代。阿希金矿床的发现为我国在中、新生代以前的陆相火山岩地层中寻找同类型的金矿床提供了非常有益的借鉴。阿希之后在其外围同一地层中还相继发现了伊尔曼得、京希、恰布坎卓它等类似浅成低温热液金矿床[15,16,17,18,19,20,21,15,16,17,18,19,20,21],此外还在新疆天山东部发现了赋存于古生界火山岩中的西滩、双峰山、马庄山等浅成低温热液金矿床[22,23,24,22,23,24]。自阿希金矿发现以来,许多研究单位或学者对其成矿区域地质、地球物理、控矿地质条件、矿床地质和地球化学特征等进行了研究①②,[14,15,16,20,21,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,14,15,16,20,21,25,26,27,29,30,31,32,33,34,35],虽然大多数研究者认为阿希属低硫型或者冰长石-绢型母型,但对阿希金矿含金石脉中是否存在低硫型的标志性矿物冰长石尚无明确的报道,因此也有研究者认为阿希金矿不是冰长石-绢云母型,而属于次生石英岩型。此外对低硫型矿床的典型矿物组合及形成矿石的结构、构造的研究不够深入细致,对矿床形成后保存过程的研究尚未涉及。本文在前人已有研究资料的基础上,对阿希金矿床成矿区域地质特征、矿床地质、地球化学特征等进行了详细的综述研究,并对矿床成因、矿床形成后的保存过程以及找矿意义进行了探讨。1下德岩结构及岩石学特征阿希金矿床产于伊犁一中天山板块北部的古生代中天山北缘活动大陆边缘的吐拉苏断陷盆地中(图1,2),区域地层及构造线方向均呈北西西向展布。吐拉苏断陷盆地的基底由两套岩石组成,下部为中元古界蓟县系库木契克群和新元古界青白口系开尔塔斯组:库木契克群岩性为灰岩、钙质砂岩;开尔塔斯组岩性为泥质类岩、白云岩及大理岩。上部主要由古生界地层组成:下古生界中奥陶统奈楞格勒达坂组为一套海相石灰岩夹硅质岩、泥灰岩、泥质粉砂岩、砂岩;上奥陶统呼独克达坂组厚层状灰岩夹薄层状钙质粉砂岩;下志留统尼勒河组中酸性火山碎屑岩、陆源碎屑岩夹碳酸盐;上泥盆统托斯库尔塔吾组石英安山岩、砂质泥岩。吐拉苏盆地盖层为下石炭统大哈拉军山组和阿恰勒河组,下部为下石炭统大哈拉军山组陆相钙碱性中性、中酸性火山岩、火山碎屑岩,广泛分布于西天山地区,与下伏基底岩石呈不整合接触。在阿希金矿外围地区总厚度为1076～4514m,自下而上分为5个岩性段:第一岩性段为砾岩段,主要由砾岩夹砂砾岩组成,厚度大于150m;第二岩性段为酸性凝灰岩段,主要由酸性流纹质凝灰岩、石英霏细斑岩夹凝灰质砂砾岩组成,厚度大于156m;第三岩性段为安山岩段,主要由杏仁状安山岩、英安岩、安山质火山碎屑岩组成,局部夹玄武岩,厚度176～207m;第四岩性段为火山碎屑岩段,主要由中性安山质火岩碎屑岩组成,局部夹中基性熔岩;厚度为466～537m;第五岩性段为安山岩段,主要由杏仁状安山岩、英安岩、玄武岩、凝灰岩和角砾状凝灰岩组成,厚度大于531m。下石炭统阿恰勒河组主要由砾岩、含砾钙质岩屑砂岩、泥岩、生物灰岩、泥灰岩等组成,厚度977～1288m,呈不整合覆盖在大哈拉军山组之上;二叠系陆相紫红色砾岩在盆地内有零星分布。阿希金矿赋存于大哈拉军山组第五岩性段中,1989年由新疆地矿局第一区域地质调查大队进行1:5万区域地质矿产调查时发现,阿希金矿发现之后,在其西北部的大哈拉军山组第二岩性段地层中发现了热泉型的伊尔曼得金矿和高硫型的京希金矿,在阿希东部的大哈拉军山组第二岩性段酸性凝灰岩与第一岩性段砾岩接触带上发现了以强硅化为主的恰布坎卓它金矿和吐拉苏西南金矿①-②,,以及阿希南部与华力西中期浅成长石斑岩有关的塔吾尔别克金矿,低硫型的阿庇因迪金矿(图2)。2矿床的地质特征2.1岩体地质特征阿希金矿赋矿围岩为下石炭统大哈拉军山组第五岩性段火山岩、火山碎屑岩,包括火山喷发-溢流相和火山通道相火山岩。火山喷发-溢流相火山岩岩性自下而上分为4层:(1)下部为安山质火山角砾岩、凝灰岩,上部为杏仁状安山岩,局部夹有橄榄玄武安山岩,厚度大于700m。(2)含集块火山角砾岩、火山凝灰岩、角闪安山岩、橄榄玄武安山,岩厚度273m。(3)下部为火山角砾岩,上部为杏仁状安山岩,厚度109m。(4)下部为火山集块岩,上部为英安岩,厚度146m。火山通道相的岩性为英安质角砾熔岩、英安岩及凝灰岩,钻探控制深度达500m(图3、4)。矿体在地表呈一向西凸出的带状分布,出露长度大于1280m。矿体呈脉状产出,倾向东—北东,倾角60°～80°。单个矿体最大长度大于1000m,最大斜深450m,最大厚度35m,一般厚度为11～15m。矿床总体受破火山口构造控制,矿区发育一系列环形和放射状断裂,矿体产于破火山口外围的环形F2断裂中,受断裂带控制(图3、4)。在矿区的北部F2断裂产状倾向为100°,向南部倾向变为50°,倾角为55°～85°,局部倾角为90°。该断裂具多期活动的特征,早期具张性特征,成矿期后仍有长期活动迹象。在矿区北部下石炭统阿恰勒河组呈角度不整合覆盖在大哈拉军山组火山岩及矿体之上,阿恰勒河组沉积之后F2断裂活动具正断层性质,断裂西部由于下盘上升,使阿恰勒河组地层风化殆尽,而在断裂的东侧由于上盘下降,使其遭受风化蚀的速率相对降低,使阿恰勒河组地层得以保存。2.2德岩石矿物结构类型阿希金矿矿石中的主要金属矿物有自然金(或银金矿)、黄铁矿、白铁矿、毒砂、赤铁矿、褐铁矿,以及微量的含银矿物浓红银矿[Ag3SbS3]、硒银矿[Ag2Se]、硫锑铜银矿[(Ag11Cu2)20Sb2S11]、角银矿[AgCl]和闪锌矿、黄铜矿、黝铜矿、方铅矿、磁黄铁矿等。自然金或银金矿一般呈包体状赋存于石英和硫化物中或赋存于石英或硫化物的粒间、裂隙中,多呈微粒状,粒径为0.002～0.016mm,金成色较低,为(701～866)×10-6,平均为761×10-6(25个样品电子探针分析平均值)。矿石中主要的硫化物黄铁矿、白铁矿、毒砂等多为自形或半自形晶体,粒度细小,一般为0.008～0.16mm,这些硫化物常呈星散浸染状、稀疏浸染状或细脉浸染状分布于矿石中(图5A);或者硫化物共生形成片状、叶片状、纤维状或球状集合体(图5B、C)。脉石矿物主要为石英、玉髓、绢云母、方解石、菱铁矿、白云石、冰长石、高岭石、浊沸石等(图5D、E、F)。脉石矿物石英和碳酸盐矿物的粒度较粗,为0.05～0.15mm,其他矿物粒度一般均小于0.03mm。对于在典型低硫型浅成低温热液金矿床中经出现的标志性矿物冰长石,在阿希金矿矿石中的量很低,本文研究工作在采于1450m中段含金英脉样品的个别薄片中,在显微镜下发现了冰长石冰长石常呈矿物包体形式出现在结晶粒度较粗的英晶体中,其折射率低于石英,呈自形的信封状或菱面体状晶体,横截面呈菱形,粒度小于20μm,拉曼光谱分析显示其在512.9、156.7、283.0cm-1出现特征的冰长石峰(图5G、H、I)。阿希金矿床含金石英脉中发现冰长石为其矿床类型的确定提供了可靠的依据。矿石中出现的典型的结构类型有SiO2呈玉髓状和胶体状形成的玉髓状结构、胶状结构,黄铁矿等硫化物和脉石矿物呈自形、半自形及他形晶形成的自形一半自形微粒结构和半自形—他形微粒结构,以及在此类型矿床中特征的叶片状结构及角砾状结构。叶片状结构由石英或碳酸盐矿物呈叶片状或板状分布于矿石中而形成(图5D、E)。矿石中还发育角砾状结构,早期形成的火山岩、石英脉、硅化岩等的角砾被后期的玉髓、碳酸盐矿物、硫化物等胶结,角砾呈棱角状,粒径约2～30mm不等。角砾的成因既有断裂作用形成的角砾,也有热液爆发形成的角砾。矿石中发育的构造类型有黄铁矿、白铁矿及毒砂等硫化物聚合而形成的典型的呈叶片状、片状或板状形态的叶片状构造(图5B、C),玉髓沉淀充填形成的类似玛瑙纹状的皮壳状构结、条带状构造(图5F),在手标本及显微镜下均可见到的由石英充填晶洞形成的晶洞构造(图5F)等浅成低温热液型金矿床中出现的典型的构造类型,以及硫化物呈星散状或细脉状分布于矿石中形成的星散浸染状构造、稀疏浸染状构造和细脉浸染状构造等。2.3主矿地层及矿物学特征根据矿床野外观察及室内显微镜下分析研究,阿希金矿的成矿作用可分为热液成矿期和表生氧化期两个成矿期。热液成矿期可进一步划分为5个成矿阶段:(1)石英-玉髓脉阶段,形成石英、微晶状玉髓脉,同时在两侧的围岩中产生强烈的硅化蚀变作用,伴随有呈浸染状分布的硫化物;(2)石英脉阶段,形成沿裂隙分布的石英脉或晶洞石英,石英结晶较好,粒度较粗,一般大于0.05mm,并伴有硫化物的形成;(3)石英-碳酸盐脉阶段,形成石英碳酸盐脉,硫化物呈浸染状分布于其中;(4)硫化物脉阶段,形成呈细脉状或网脉状分布的含金硫化物脉;(5)碳酸盐脉阶段,形成方解石脉,穿切围岩及早期形成的矿体。其中成矿作用以前4个阶段为主,最后碳酸盐阶段形成的方解石脉无金矿化。形成的原生矿石有两类,一为石英脉型,另一类为蚀变岩型,以前者为主。表生氧化期主要形成氧化型矿石,分布于1450m中段以上的近地表,经历了不同程度的氧化淋滤作用,金属硫化物的含量大大降低,而褐铁矿、赤铁矿的含量显著增加。在矿区东北部,下石炭统阿恰勒河组呈不整合覆盖在大哈拉军山组地层及矿体之上(图3,4),表生氧化期由于风化剥蚀作用在阿恰勒河组底部形成由阿希金矿石英脉型矿石组成的底砾岩型金矿,砾石成分主要有英安岩、硅化英安质角砾熔岩、石英脉等,砾石呈棱角状-次棱角状,分选性差,砾径最大可达1.65m,一般为3～15cm,砾石含量50%～75%,其石英脉砾石的特征与氧化型石英脉矿石相似。阿希金矿主要的围岩蚀变作用有硅化、绢英岩化、碳酸盐化、青磐岩化、浊沸石化、冰长石化等。由主矿体石英脉向两侧围蚀变岩出现明显的分带,依次出现硅化带、黄铁绢英岩化带、青磐岩化带(图6)。上盘蚀变围岩较下盘发育,蚀变带较下盘宽。硅化带分布于石英脉两侧附近,包括石英脉宽度为约10～40m,并叠加有碳酸盐化。黄铁绢英岩化带出现在硅化带与最外侧的青磐岩化带之间,出现大量的蚀变矿物石英、玉髓、绢云母、黄铁矿,以及浊沸石、冰长石以及碳酸盐矿物,蚀变带宽约20～150m。而青磐岩化带分布于最外侧,出现新生的蚀变矿物绿泥石、绢云母、菱铁矿和白云石等。根据新疆地矿局第一地质大队勘探资料(1),由石英脉主矿体向两侧,随着矿化程度的降低,围岩蚀变作用减弱,SiO2含量逐渐降低,而Na2O、K2O含量逐渐升高。3采矿的地球化学3.1蚀变岩型矿石sio3、cao、ko3、平合射高、硫态金属含量sio3通过对两类矿石中常量元素及Au等伴生微量元素分析(表1),石英脉型矿石中SiO2含量高,为80.0%～94.31%,而Al2O3、CaO、Na2O、K2O含量较蚀变岩型低,其质量分数分别为0.28%～8.22%、0.04%～2.13%、0.01%～0.14%、0.09%～1.6%;而蚀变岩型矿石中SiO2含量明显偏低,其质量分数为47.49%～77.34%,而Al2O3、CaO、Na2O、K2O含量较高,质量分数分别为7.99%～26.09%、0.23%～6.93%、0.04%～0.42%、2.16%～7.30%。氧化型矿石较原生矿石相比,硫的含量显著降低。石英脉型矿石化学成分与典型的低硫型日本菱刈金矿床石英脉型矿石相比,其K2O含量明显偏低,菱刈金矿K2O质量分数为1.0%～10.82%,这主要与其矿物组成的差异有关,菱刈金矿床中冰长石的质量分数可达30%,而阿希金矿石英脉中冰长石的含量很低,显微镜下只能在个别薄片中见到。3.2金矿床含金区位矿石以富集Au、Ag、As、Sb、Bi、Hg、Se、Te元素组合为物征,而Cu、Pb、Zn等有色金属的含量低于或近似于地壳的克拉克值(其含量及富集系数如表2)。据阿希金矿床勘探报告①-②,北段矿体含金品位一般为(2～16)×10-6,最高品位可达338.0×10-6,平均为5.81×10-6,Ag的质量分数一般为(1～20)×10-6,平均为10.43×10-6;南段矿体含金品位主要集中在(2～6)×10-6,平均为4.38×10-6,Ag质量分数平均为5.1×10-6。根据对南段矿体362个样品分析资料统计,样品Ag/Au比值小,为0.46～11.1。产于阿恰勒河组底部的底砾岩型矿石含金品位多在(1.0～5.0)×10-6,最高可达25×10-6,平均为2.56×10-6。Hedenquist等将低硫型浅成低温热液金矿床划分为富金和富银两个类型,前者以Ag/Au比值低(1/10～10/1)为特征,有色金属的含量低;后者以Ag/Au比值高(大于40/1)为特征,同时富含Pb、Zn等有色金属。阿希金矿属于富金类型的浅成低温热液金矿床。3.3液体包体化学3.3.1流体包裹体类型根据翟伟等对采自阿希金矿床1530m至1430m中段的48个包裹体片中流体包裹体的分析研究,其中的流体包裹体大多为形成于热液成矿期第二个成矿阶段石英脉阶段的结晶较好的石英颗粒或晶洞石英中,少量为形成于石英-玉髓脉阶段的局部结晶较好的石英颗粒中的流体包裹体。流体包裹体多为原生或假次生,呈群状或孤立状分布于石英颗粒中,少量沿石英颗粒的晶内裂隙分布。根据流体包裹体中气液相比例分为以下3类:(1)液相水溶液包裹体。室温下为液相水溶液(L)一相,不出现气相(图7A)。(2)富液相气液两相水溶液包裹体。室温下有液相水溶液(L)和气相(G)两相,气相比例小于50%,一般为5%～40%,大多数包裹体气相比例约5%±,此类包裹体均一时为液相(图7A、B)。(3)富气相水溶液包裹体。室温下有液相水溶液(L)和气相(G)两相,但气相比例大于50%,一般气相比例大于70%,此类包裹体均一时为气相(图7C、D)。三类流体包裹体中以前二类为主,富气相水溶液包裹体较少。3.3.2流体包裹体温度特性在翟伟等以往阿希金矿流体包裹体显微测学研究的基础上,本文补充了部分显微测温数据。显微测温工作在中山大学地球科学系的LinkamTHMSG600型冷热台上进行,仪器精度为±0.1℃,测温前用合成CO2流体包裹体、纯水包裹体和重铬酸钾进行了温度校正,盐度和密度用Flincon软件计算。对于富液相气液两相水溶液包裹体,其全结冰温度为—29.5～—42℃,初熔温度为—19.0～—22.0℃,为近似的NaCl-H2O体系。测得154个流体包裹体的冰点温度一般为-0.3～—4.9℃,盐度为0.5%～7.7%NaCleqv,平均为2.2%NaCleqv;冰点峰值温度位于—0.4～—1.9℃,相应的盐度为0.7%～3.1%NaCleqv(图8)。个别包裹体的盐度可达10.48%NaCieqv和11.70%NaCleqv。由于流体包裹体中含有的微量CO2等气体也对冰点温度的降低有一定的贡献,因此实际的盐度可能更低。此类包裹体气液相比例变化范围大,为5%～40%,测得167个流体包裹体的均一温度变化范围也大,为106～335℃,平均值为190℃;均一温度峰值为120～240℃(图8),计算的流体密度为0.73～0.95。富气相水溶液包裹体加热均一时为气相,均一时以气相充满整个包裹体腔为特征,所以难以准确判定其均一温度,且此类包裹体分布较少,故获得的测温数据较少。测得两个呈孤立状分布的第(3)类包裹体的冰点温度为-1.3和—1.5℃,相应的盐度为2.2%NaCleqv和2.6%NaCleqv,与气液相包裹体相似;均一温度为390和356℃,密度为0.49和0.59,此类包裹体及富液相气液两相水溶液包裹体中具较高均一温度(>240℃)者可能反映了捕获于非均一介质条件,即流体包裹体捕获时就存在沸腾作用引起的不均一气相和液相。根据张作衡等对阿希金矿成矿阶段石英中流体包裹体成分气相色谱分析显示,流体包裹体组成以水为主,其摩尔分数为99.4%,其次为CO2,摩尔分数为0.17%～0.85%,以及微量的H2S、CH4、C2H6、N2和Ar。3.4单烷基地球化学3.4.1流体包裹体水的均一温度dh2o根据翟伟等对阿希金矿13件含金石英脉中石英单矿物样品的氢、氧同位素分析,其单矿物石英的δ180石英=11.1‰～13.3‰,石英中流体包裹体水的δDH2o=—98‰～—116‰;根据石英与水之间的氧同位素分馏方程,用流体包裹体的平均均一温度(190℃)计算的成矿流体的δ18OH2O=—1.8‰～0.4‰。成矿作用过程中形成的蚀变围岩强硅化火山碎屑岩和硅化蚀变英安岩的δ18O=12.3‰～14.5‰,与成矿阶段形成的单矿物石英相似,而英安岩和安山质火山碎屑岩的δ18O值为9.6‰和10.6‰,明显低于成矿阶段形成的单矿物石英和硅化蚀变火山岩。3.4.2成矿作用阶段通过对阿希金矿碳、硫同位素分析,其成矿作用阶段形成的石英碳酸盐脉中(第三成矿阶段)方解石碳同位素δ13C方解石=2.6‰～4.9‰,平均为δ13C方解石=3.4‰(6件样品),与地质历史时期海相碳酸盐的碳同位素相似,因而成矿作用阶段碳酸盐中的碳有可能来自矿区基底中元古界或奥陶系的石灰岩;矿石中11个黄铁矿单矿物样品和两件含金石英脉全岩样品的硫同位素σ34S=—4.0‰～3.1‰,平均值为σ34S=—0.45‰,与陨石硫相似,显示其物质来源可能为赋矿围岩下石炭统大哈拉军山组火山岩。3.4.3he/4he比根据阿希金矿成矿阶段形成的11个黄铁矿单矿物样品中流体包裹体氦、氩同位素分析结果,其4He质量分数为(6.634～45.277)×10-6,40Ar为(0.791～2.683)×10-6,3He/4He比值为0.0218～0.138Ra(Ra为大气中3He/4He比值,一般取1.399×10-6),平均0.044Ra,除一个样品的比值高于0.1Ra。外,其余均小于0.1Ra。40Ar/36Ar比值为317.7～866.0,平均467.3,略高于大气中40Ar/36Ar比值(295.5);38Ar/36Ar比值为0.192～0.230,也略高于大气中的38Ar/36Ar比值(0.188)。4钻床材料4.1阿希为寒武岩研究对象低硫型浅成低温热液金矿床中常出现由热水溶液中结晶形成的脉状冰长石,因此也常命名为冰长石-绢云母型,由此冰长石也成为鉴定低硫型浅成低温热液金矿床的标志性矿物。阿希金矿发现早期新疆地矿局实验测试研究中心①在配合新疆地矿局第一地质大队进行阿希金矿I号矿床矿石物质组分及元素赋存状态研究工作中,在两个钻孔的数个样品中发现有英安岩中的斜长石被冰长石化,并进行了X线衍射和电子探针分析,此后的研究者如沈阳地质矿产研究所②、杨芳林等、董连慧等均引用此数据认为阿希属冰长石-绢云母型,但并未在石英脉矿体中发现脉状成因的冰长石。而另有研究者结合流体包裹体的特征认为将阿希金矿划归冰长石-绢云母型是不合适的,而将阿希金矿称之为次生石英岩型。本文研究工作在阿希金矿含金石英脉中发现冰长石,因而可以确定阿希属于低硫型(冰长石-绢云母型)的浅成低温热液金矿床。此外阿希金矿床形成之后经历了一定时期的风化剥蚀作用,矿床的上部已被剥蚀掉,而沸腾作用一般在矿体的上部相对较发育,因此由沸腾作用形成的冰长石含量较高的矿石可能已被风化剥蚀掉了,目前见到的矿体只是中、下部。4.2岩浆流体成矿流体由于浅成低温热液金矿床一般形成于陆相火山活动区,矿床的形成与火山岩浆活动存在密切的关系。但是对于岩浆流体在浅成低温热液金矿床成矿中的作用,特别是岩浆流体在低硫型矿床成矿中的作用还存在不同的认识。目前一般普遍认为高硫型矿床是由岩浆水与天水混合成矿的结果。而对于低硫型矿床,有学者认为低硫型浅成低温热液金矿的成矿流体以岩浆流体为主,如罗马尼亚Apuseni山脉地区的低硫型金矿床;而与碱性岩有关的低硫型浅成低温热液金矿的成矿肯定与岩浆流体有关;一些研究者认为成矿流体主要为天水热液,流体在围岩中的循环流动不断汲取成矿物质[2,2,2,2,2,2,6,22,54,55,22];另一些研究者认为低硫型矿成矿流体中也存在岩浆流体,如Heald等认为冰长石-绢云型金矿床中至少存在5%～10%的岩浆流体;Matsuhisat等研究推测菱刈金矿床成矿流体是由45%的岩浆水(δ18OH2O=6‰)与55%的大气水(δ18OH2O=-7‰)的混合流体;此外像古巴的低硫型Jacinto浅成低温热液金矿和美国Creed矿区的OH脉也是由岩浆流体与天水混合成矿的结果;而Hedenquist等认为一些低品位的低硫型金矿床中岩浆流体成矿的信息可能被大规模的由岩浆热源引起的天水热液对流循环作用而抹掉了。4.2.1od投影图分析阿希金矿发现初期,刘洪林等和李本海等认为成矿流体为火山后期热液,成矿温度为中低温;沈阳地质矿产研究所毋瑞身等和沙德铭等研究认为阿希金矿床成矿流体以大气降水为主并有少量的岩浆水加入;而安芳等认为早期以火山热液为主,晚期有大气降水的加入。从阿希金矿已有的稳定同位素分析结果来看,阿希金矿成矿流体氢、氧同位素变化范围小,其δDH2O=—98‰～—116‰,=—1.8‰～0.4‰,在δ18O-δD投影图上均位于Hedenqueit等所划分的低硫型区(图9),显示其成矿流体主要为循环的大气降水,氧同位素的漂移是由于大气降水与围岩火山岩进行水岩交换反应的结果,不存在岩浆流体与大气水混合的信息。通常在成矿过程中如果出现两种流体(如岩浆水与大气水)的混合,则矿床中氢、氧同位素以及流体盐度等都将出现较大的变化范围。阿希金矿碳酸盐矿物的碳同位素δ13C方解石=2.6%～4.9‰,显示其基底碳酸盐地层的碳同位素信息,也说明成矿流体主要为循环的大气降水,天水在地层中不断循环而使成矿流体具有下伏沉积地层的碳同位素特征。δ34S=—4.0%～3.1‰,平均值为δ34S=—0.45‰,与岩浆硫相似,显示其物质来源可能为赋矿围岩下石炭统大哈拉军山组火山岩或岩浆热液或火山喷气。由于氢、氧同位素显示其成矿流体为循环的大气降水,因此硫可能主要来源于阿希金矿的赋矿围岩大哈拉军山组火山岩。4.2.2流体包裹体中气体同位素的含量根据对阿希金矿黄铁矿中流体包裹体稀有气体同位素研究结果,其3He/4He比值为0.0218～0.138Ra,平均为0.044Ra,位于壳源流体的范围之内,基本不含幔源He。而阿希金矿黄铁矿样品中4He的含量高出大气中的8000倍以上,是大气饱和水的40000倍以上,说明样品中含有的大气He基本可忽略不计,样品中流体包裹体3He/4He反映了流体来源主要为壳源。阿希金矿黄铁矿样品中流体包裹体40Ar/36Ar比值为317.7～866.0,略高于大气中40Ar/36Ar比值(295.5),说明除壳源或幔源的放射性成因40Ar*外,有大气Ar的参与。经计算样品中放射性成因的40Ar*的质量分数为7.0%～65.9%,平均为29.0%,大气40Ar的贡献可达43%～93%,平均为71.0%,说明成矿流体中Ar主要来自大气Ar,饱和大气水曾参与成矿。由于He同位素排除了幔源放射性成因40Ar*的可能,因而放射性成因的40Ar*应主要来自地壳岩石。这与成矿流体氢、氧同位素的示踪结果是一致的。在40Ar*/4He-3He/4He图上,阿希金矿样品投影点均位于壳源区范围之内(图10)。4.2.3各度的相对变化阿希金矿流体包裹体显微测温结果显示流体包裹体均一温度变化范围很大,为106～335℃,但其盐度的相对变化范围却相对较小,其冰点温度一般为一0.3～一4.4℃,盐度为0.5%～7.7%NaCleqv,平均为2.2%NaCleqv;冰点峰值温度位于一0.4～-1.9℃,相应的盐度为0.7%～3.1%NaCleqv,显示低盐度的特征,也支持成矿流体来自低盐度的循环大气降水。4.3流体包裹体成矿机制对于热液矿床,成矿流体中矿质的沉淀富集主要由不同性质流体的混合作用、流体的沸腾作用以及流体与围岩的水岩交代反应而引起。而沸腾作用一般被认为是引起浅成低温热液低硫型金矿床发生矿质富集沉淀的主要因素,如菱刈金矿床,美国的一些浅成低温热液金矿床,新西兰的GoldenCross金银矿床等,印尼的Kelian金矿床,古巴的Jacinto金矿床。此外根据对低硫型浅成低温地热系统的研究结果,也认为热水溶液的绝热降压沸腾作用是引起热水溶液中溶质发生富集沉淀的主要原因,而高温高盐度的热水溶液与低温富CO2气热流体发生混合,由于流体的稀释作用会阻止贵金属的富集沉淀。对于阿希金矿中的主要矿石类型石英脉型矿石,沸腾作用是引起成矿流体中矿质富集沉淀的主要成矿机制,其证据主要来自流体包裹体和矿石组构两个方面。阿希金矿含金石英脉中同时出现液相水溶液包裹体、富液相的水溶液包裹体、富气相的水溶液包裹体,且富液相水溶液包裹体气相比例变化大,一般为5%～40%,均一温度变化范围也大,为106～335℃,说明石英脉形成时流体发生了沸腾作用,沸腾作用使溶液中的溶质发生过饱和富集沉淀,同时在非均匀介质环境条件下,捕获不同比例气相和液相的液相水溶液包裹体、富液相气液两相水溶液包裹体以及富气相的水溶液包裹体。在流体包裹体均一温度-盐度关系图(图11)上,流体包裹体盐度有随均一温度升高而降低的趋势,也说明成矿过程中流体发生了沸腾作用,沸腾作用使富含气相的流体包裹体中盐度相对低,而液相或富液相气液两相包裹体中由于气相的损失而使盐度被动增加而变高。如果存在高温高盐度的岩浆流体与低温低盐度的大气水的混合作用,则在流体包裹体均一温度-盐度关系图上,盐度与均一温度会出现正相关关系,同时其H、O同位素也会出现较大的变化范围。根据阿希金矿床含金石英脉中H、O、C、S、稀有气体同位素以及流体包裹体的盐度特征,成矿流体主要来自于大气降水,排除了不同性质流体混合成矿的可能。此外,从阿希金矿的矿石组构来看,含金石英脉矿石中出现冰长石、叶片状方解石以及石英、黄铁矿等硫化物集合体呈叶片状方解石假象出现(图5)。根据对现代地热田和浅成低温热液金矿床的研究,冰长石和叶片状方解石形成于非平衡的热液过饱和体系中,是热液沸腾时从溶液中晶出的,它们的出现是沸腾作用直接的矿物学证据[58,64,65,66,67,68]。而叶片状石英的出现是由于先前形成的叶片状方解石在降温过程中溶解,二氧化硅充填结晶形成叶片状的石英,而在阿希金矿床中出现的黄铁矿等硫化物呈叶片状方解石假象出现,在已发现的此类型矿床中尚未见有报道,可能与叶片状石英有相似的成因。阿希金矿原生矿石类型有石英脉型和蚀变岩型两类,以石英脉型为主,而在石英脉两侧发育有以硅化蚀变为特征的蚀变岩型矿石(图6),此类矿石的形成以水岩交代反应为主。对于阿恰勒河组底部的底砾岩型矿石是由于矿床形成之后遭受了风化剥蚀作用,阿希金矿的原生矿受风化剥蚀在原地沉积形成。4.4阿希金矿床成矿深度从矿物组合来看,阿希金矿矿石中出现的黄铁矿、毒砂等硫化物以及玉髓、石英、方解石、冰长石、高岭石等脉石矿物均为低温的矿物组合,此外矿石中出现的玉髓状结构、胶状结构以及皮壳状构造等都显示低温成矿的特征。此外阿希金矿床成矿作用以沸腾作用为主,因此由流体包裹体所测得的120～240℃(平均为190℃)的均一温度不需压力校正,可以代表成矿温度,也显示其成矿温度为低温。由于阿希金矿的矿体受破火山口外围的环形张性断裂控制,且矿体产状较陡,局部近于直立,矿床的形成以热液充填张性裂隙为主,因而其成矿时的压力以静水压力为主,可以根据HaasNaCl-H2O溶液的深度-温度沸腾曲线关系图来确定成矿深度。对于热液矿床,所测得的流体包裹体均一温度只代表成矿温度的下限,而本文阿希金矿床的流体包裹体均一温度大多来自1530m中段的样品,因而根据1530m中段流体包裹体的均一温度峰值的上限240℃结合成矿流体盐度(平均为2.2%NaCleqv),根据NaCl-H2O溶液的深度-温度沸腾曲线关系图得到最大成矿深度约400m(图12)。由于此成矿深度是由1530m中段的流体包裹体均一温度获得,据勘探资料,阿希金矿最大延深可达1250m中段①-②,因此阿希金矿床最大成矿深度可达700m。此成矿温度和深度与环太平洋带日本、新西兰、以及美国西部地区典型的低硫型浅成低温热液金矿床相似[1,1,1,1,1,1,1,1,3,1,3,5,7,9,60]。在阿希的矿石中没有出现内生成因的硫酸盐等高硫型矿床的典型矿物,而矿石中同时出现绢云母、冰长石、大量的碳酸盐矿物以及黄铁矿等硫化物,说明成矿作用过程中流体处于近中性的还原环境[1,1,1,1,1,1,1,1,3,1,3,40]。4.5下石炭统及微量元素对世界各地浅成低温热液金矿床的野外地质调查及地质年代学研究显示,此类矿床的形成一般紧随其赋矿火山岩,其成矿年龄一般晚于火山岩0.5～1.0Ma,个别矿床晚于火山岩10～15Ma[1,2,1,2,1,1,1,1,2,1,2,1,2,3,1,2,3,4,5,70]。阿希金矿赋矿围岩为下石炭统大哈拉军山组火山岩,大哈拉军山组是新疆地矿局区域地质调查大队③进行昭苏幅1:20万区域地质调查时建立的一套以安山质陆相火山岩为主的地层单位,依据其中的石灰岩透镜体中的生物化石和上、下接触关系确定其为下石炭统。李华芹等用Rb-Sr等时线法测得阿希金矿赋矿围岩大哈拉军山组火山岩的年龄为(346±27)Ma,阿希金矿流体包裹体Rb-Sr等时线年龄为340～300Ma。翟伟等测得阿希金矿床一号矿体西侧约200m处大哈拉军山组最上部第五岩性段石英安山岩的锆石SHRIMP年龄为(363.2±5.7)Ma(16个测点加权平均值),为晚泥盆世晚期。在阿希金矿区,矿体及赋矿围岩大哈拉军山组火山岩又被下石炭统阿恰勒河组陆源碎屑岩、生物碎屑灰岩地层角度不整合覆盖(图3、4),阿恰勒河组地层中产早石炭世维宪期的Siphonodendronsp.、Caniniasp.、Gigatoproductussp.等生物化石,且在阿恰勒河组底部有阿希金矿含金石英脉砾石组成的底砾岩型矿石,因此阿希金矿成矿年龄被限定在晚泥盆世晚期((363.2±5.7)Ma)到早石炭世维宪期(根据美国地质学会1999年公布的地质年代表维宪期的下限为342Ma)。4.6成矿流体及剥蚀面特征在矿床成矿过程中的机制浅成低温热液型矿床一般形成于近地表的浅部,由于风化剥蚀作用以及后期地质作用的叠加改造,中、新生代以前的此类型矿很难保存下来。那么为什么阿希金矿床得以保存下来的呢?这主要与阿希金矿的形成与保存条件有关。Carlile等认为大多数产于岛弧环境的浅成低温热液金矿床形成于张性的构造环境条件下,而这种张性的构造环境往往出现于岛弧演化的晚期阶段,可能与板块的快速俯冲有关,且张性构造环境还伴随着沉积物的快速沉积,这可以保护形成的浅成低温热液矿脉不被风化剥蚀掉,如古巴中生代的低硫型Jacinto浅成低温热液金矿床,形成于岛弧演化晚期由压性构造机制向张性构造的沉积盆地过渡阶段。根据Gao等对我国天山造山带的构造演化研究,晚泥盆世由于准噶尔板块向南部的伊犁—中天山板块俯冲而形成伊犁-中天山板块北缘以大哈拉军山组为主的岛弧火山岩带,此火山岩带的走向为NWW方向,阿希金矿矿脉近于垂直火山岩带走向。在岛弧演化的晚期张性阶段形成沿阿希破火山口分布近南北向的F2张性断裂(图3、4),由于深部岩浆热的驱动使大气降水不断循环,热水溶液沿断裂沉淀充填形成石英脉矿体。由于矿床中大量出现的是细粒的石英、玉髓和碳酸盐矿物,硫化物主要为黄铁矿和白铁矿,同时还有叶片状碳酸盐矿物假象的石英和硫化物集合体,以及条带状构造和晶洞构造,而缺少内生的高岭石、明矾石、重晶石等酸性硫酸盐型矿物,这些特征反映出成矿流体为低温(流体包裹体平均均一温度190℃)、低盐度(流体包裹体平均盐度为2.2%NaCleqv)、近中性pH值的还原性流体,且流体富含CO2和H2S,CO2主要来自基底岩石(碳酸盐),H2S可能来自火山岩或火山喷气。成矿时流体发生了沸腾作用,沸腾作用导致CO2和H2S进行入气相,pH值升高,成矿流体过饱和而沉淀形成石英、玉髓、碳酸盐矿物、冰长石以及硫化物、自然金和银金矿。由于这些矿物的沉淀导致周期性的“裂隙封闭”作用,产生过压引起“热液爆发”形成热液爆发角砾岩以及网状脉,而这种“裂隙封闭”和“热液爆发”作用在现代地热田以及浅成低温热液矿床中是普遍存在的。沸腾作用还会导致富CO2水蒸汽进入上部低温的地下水,通过与围岩的反应或去气作用使富H2CO3的水溶液中和,沉淀形成方解石,形成成矿期后的方解石脉,这在美国的MuleCanyon以及新西兰的GoldenCross低硫型浅成低温热液型金矿区都存在此类型方解石脉,这种成矿期后的不含矿方解石可直接作为推断流体发生沸腾作用的证据,也可作为低硫型浅成低温热液矿床的找矿标志。阿希金矿形成之后,遭受了风化剥蚀作用,形成氧化型矿石。根据1530m中段流体包裹体获得的成矿深度是400m,而阿希金矿床金矿出露地表最大高程为1570m,所以矿床形成之后剥蚀深度为约360m(图12)。如果矿床形成之后遭受连续的风化剥蚀作用,按普遍引用的风化剥蚀速率100～500m/Ma的最小速率计算,其遭受剥蚀的时间为3～4Ma。White等指出浅成低温热液矿床一般形成于地壳的浅部,剥蚀较深的地区往往不是浅成低温热液金矿找矿远景区,而剥蚀深度可由火山岩的保存程度和侵入体的出露规模来估计,侵入体分布规模越大,剥蚀深度也越大。阿希金矿区及外围吐拉苏火山岩盆地内无深成侵入体出露,只有少量浅成斑岩脉发育,也说明阿希金矿床形成之后遭受的剥蚀深度不大。矿床在遭受短时间(3～4Ma)的风化剥蚀之后吐拉苏盆地进一步扩张,接受了下石炭统阿恰勒河组陆源碎屑岩、生物碎屑灰岩沉积,使矿床被沉积盖层快速覆盖。阿恰勒河组呈角度不整合覆盖在大哈拉军山组火山岩和阿希金矿之上,在其底部形成由阿希金矿石英脉型矿石组成的底砾岩型矿石。阿恰勒河组沉积之后,中、上石炭统海相陆表沉积呈角度不整合覆盖在下伏的老地层之上,早二叠世天山开始抬升,但是这种抬升在西天山地区不很强烈,因为晚二叠世的磨拉石沉积在西天山只有零星的分布,从中生代到中新世,天山造山带主要被形成于山间盆地的陆相碎屑岩不整合覆盖,如塔里木盆地、阿希金矿南部的伊犁盆地等。从上新世开始,由于