新疆阿克提什坎成矿区热液体系氢氧同位素研究.pdf

第 21 卷第 4 期合 肥 工 业 大 学 学 报 自然科学版Vol. 21№4 1998 年 8 月 JOURNAL OF HEFEI UNIVERSIT Y OF TECHNOLOGYAug. 1998 新疆阿克提什坎成矿区 热液体系氢氧同位素研究 袁 峰 摘要 成矿热液的氢、 氧同位素组成与其水的类型, 水/ 岩交换的岩石成分及同位素组成, 水/ 岩交换 时的温度及水/ 岩交换程度 W/ R 比值大小 等因素有关。应用水/ 岩交换理论, 对新疆阿尔泰诺尔特地区 阿克提什坎金-多金属成矿区成矿热液体系氢、 氧同位素组成进行了研究, 认为成矿热液早期既有岩浆水 又有大气降水参与, 随着温度降低 330℃→200℃ , 大气降水比重逐渐增大, 及至占主导地位。 关键词 成矿热液; 氢氧同位素组成; 水/ 岩交换; 阿克提什坎 中图分类号 P571 0 引 言 作为热液矿床最重要的组分, 成矿介质水的性质无疑是地质研究中的重要课题之一。 大量事实表明, 成矿热液可以是大气降水、 海水、 变质水、 建造水和岩浆水中的一种或几种 经与岩石化学反应获取金属物质而形成。 水/ 岩交换是形成各种热液矿床的重要前提。 作 者拟通过氢氧同位素的研究结合水/ 岩交换理论, 探讨新疆阿尔泰诺尔特地区阿克提什坎 金-多金属成矿区成矿热液的来源。 1 矿区地质概况 新疆阿尔泰诺尔特地区地处西伯利亚大陆板块南部活动边缘, 位于卓勒特河、 喀依尔 特河、 库额尔齐斯河和青格里河上游的高山区。阿克提什坎成矿区位于诺尔特南缘东段, 在红山嘴大断裂的次级层间逆断层与北北西向断裂及近东西向平移小断层的交汇处。矿 区出露地层主要为下石炭统红山嘴组, 岩性主要为酸性、 中酸性陆相火山岩、 火山沉积岩 和浅海-滨海相的碎屑岩、 生物灰岩, 这些岩石基本上已变成千枚岩、 片岩。赋矿围岩主要 为流纹质凝灰熔岩、 碎斑熔岩、 熔结凝灰岩。 岩石蚀变强烈, 主要有硅化、 毒砂化、 黄铁绢英 收稿日期 1997-06-25; 修改日期 1998-04-09 国家“ 九五” 科技攻关项目“ 库马苏矿带金-多金属找矿预测研究” 部分工作 编号 95-02-04, 类别A 岩化及冰长石化。 金-多金属矿石类型主要有石英-硫化物型和蚀变岩型。 金属矿物主要以 毒砂、 黄铁矿、 磁黄铁矿、 方铅矿为主; 非金属矿物以石英、 绢云母、 长石等为主。与金矿化 有关的石英有 4 种产出形式 与毒砂、 黄铁矿等多金属硫化物共生; 与金属硫化物组成具 梳状结构的脉; 与斜长石、 金属硫化物共生以及单纯的石英脉。 另外, 在矿区内出露有花岗 岩侵入体, 与红山嘴组呈侵入接触关系, 岩性为黑云母二长花岗岩 见图 1 。 图 1 阿克提什坎矿床地质略图 1. 第四系冰川堆积 2. 红山嘴组 3. 层凝灰岩 4. 粉砂岩夹灰岩 5. 粉砂岩 6. 凝灰质粉砂岩 7. 凝灰熔岩夹粉砂岩 8. 碎斑熔岩 9. 碎斑熔岩夹粉砂岩 10. 铁矿化 11. 褐铁矿化 12. 硫化物化 13. 黄铁绢英岩化及含矿层编号 14. 压扭性断裂 15. 扭性断裂 16. 地质界线 17. 地质产状 18. 探槽 2 成矿流体氢氧同位素组成 表 1 列出了矿区主成矿阶段石英-硫化物阶段矿石中石英的氢氧同位素测试结果。 石 英包裹体水测定的 DH2O值即为成矿流体的 DH2O值, 成矿流体的 18O H2O值则结合均一温 度, 采用石英-水之间氧同位素分馏方程 [ 5] 1 000ln石英- 水 3. 306106T - 2- 2. 71 计算得 到。可见成矿流体 DH2O值范围为- 84‰～- 99. 7‰, 18O H2O值范围为 0. 38‰～7. 75‰。 另外, 均一温度测定表明, 主成矿阶段成矿流体温度经历了由 330～200 ℃的演化过程。 38 合肥工业大学学报 自然科学版 1998 年第 21卷 4 表1 阿克提什坎矿区石英样品氢氧同位素组成 样 号样 品测试对象 18OSiO2 ‰18OH2O ‰ DH2O‰ 温度/ ℃ HAT -04石英硫化物矿石石英14. 17. 75- 90331 HAT - 3K3石英硫化物矿石石英13. 15. 19- 84285 HAT -26石英硫化物矿石石英15. 65. 24- 92230 NB-1金矿石石英15. 390. 38- 99. 7195 3 水/ 岩变换作用 目前所测定的热液氢、 氧同位素组成, 代表了不同来源的水与不同类型的岩石进行水 / 岩交换的结果。 除了受原始水的氢、 氧同位素组成影响外, 还受其他因素影响。 其中最主 要的包括水/ 岩作用的温度、 水/ 岩 W/ R 比值和主岩的氢、 氧同位素组成 3 个方面。 只有 对这些因素进行系统研究后, 才可能对成矿溶液中水的来源有较正确的了解。 依据物质平衡方程 W i H2O R i 岩石 W f H2O R f 岩石 令 f 岩石 - f H2O, 则可得 f H2O i 岩石- W/ R i H2O 1 W/ R 式中 i, f 分别代表初始值和终值; W/ R 为水岩比值 原子单位 ; 值与温度有关。 通常 近似取火成岩系统中 18O 岩石相当于 A n 30的斜长石的 18O 值, D 岩石相当于黑云母的 D 值, 即 18O 103ln 岩石- H2O 2. 68 10 6T- 2 - 3. 53 D 103ln黑云母- H2O - 21. 3 106T - 2 - 2. 8 这样, 将已知初始 18O 和 D 不同来源的水和岩石, 取不同的W/ R 值和某一温度, 则 可求得水岩反应后热液的同位素组成。采用质量单位表示 W/ R 比值, 就中酸性岩浆而 言, 有 [ 4] 对氧而言 W/ R质量≈0. 5 W/ R原子 对氢而言 W/ R质量≈0. 006 W/ R原子 4 成矿热液氢氧同位素演化 4. 1 初始参数的确定 考虑到矿区范围内有两种主岩, 一是黑云母二长花岗岩, 另一是赋矿围岩中酸性陆相 火山岩 作者考虑碎斑熔岩 , 同时区内有些岩石已经变为千枚岩和片岩。 因此理论计算时 考虑下面几种水岩体系 变质水与花岗岩, 变质水与火山岩; 岩浆水与花岗岩自演化, 岩浆 水与火山岩; 大气降水与花岗岩, 大气降水与火山岩相互作用。 39第 4 期 袁 峰 新疆阿克提什坎成矿区热液体系氢氧同位素研究 据南京地质矿产研究所资料, 变质水氢、 氧同位素初始值为 18Oi 变质水 6. 42‰, D i 变质水 - 47. 8‰ [ 1] , 大气降水初始值为 18Oi 大气水 - 18. 87‰, D i 大气水 - 112. 95‰。 作者分别测定了新鲜黑云母二长花岗岩及新鲜碎斑熔岩的氢氧同位素组成作为岩石氢氧 同位素初始值, 分别为 18Oi 花岗岩10. 6‰, D i 花岗岩 - 99‰, 18Oi 碎斑熔岩12. 2‰, D i 碎斑熔岩 - 89‰。 初始岩浆水的氧同位素组成依下式计算 [ 3] 103ln全岩- H2O 2. 64 0. 93 106T - 2 2. 80- 5. 51 式中 T 岩浆结晶温度 Si/ Si Al 原子比 根据黑云母二长花岗岩化学分析结果, 得到 T 740℃, 0. 82; 再根据测得的黑云 母二长花岗岩全岩氧同位素组成 18 O全岩 10. 6‰, 即可得到初始岩浆水的氧同位素组成 18Oi 岩浆水 10. 8‰ 。氢同位素组成采用 10 3ln 黑云母- H2O 0. 41 10 6T- 2 - 3. 10 计算 [ 2], 根据黑云母二长花岗岩中测得的黑云母氢同位素组成D黑云母 - 99‰, 可得到初始岩浆 水的氢同位素组成 D i 岩浆水 - 96. 3‰ 。即对于初始岩浆水, 有 18Oi 岩浆水 10. 8‰, D i 岩浆水 - 96. 3‰ 4. 2 成矿热液的氢、 氧同位素演化 图 2 是根据水/ 岩交换作用得到的不同温度条件下, 水/ 岩交换过程中热液的氢、 氧同 位素组成演化曲线。分别考虑了在 330℃、 280℃、 230℃及 200℃下变质水与花岗岩、 碎斑 熔岩交换; 大气降水与花岗岩、 碎斑熔岩交换; 岩浆水自演化及碎斑熔岩交换的情况。 图 2 阿克提什坎金-多金属矿成矿热液氢、 氧同位素组成 图 2 中 实曲线, 大气降水演化线, 左为大气降水与花岗岩交换演化线, 右为大气降水 与碎斑熔岩交换演化线; 虚曲线, 岩浆水演化线, 左为岩浆水自演化线, 右为岩浆水与碎斑 熔岩交换演化线; A 表示变质水与花岗岩交换演化线, A ′ 表示变质水与碎斑熔岩交换演 40 合肥工业大学学报 自然科学版 1998 年第 21卷 4 化线, 数字代表 W / R质量值, 虚线框表示正常岩浆水同位素组成, MWL 表示大气降水 线, SWDW 表示海水氢、 氧同位素组成, “ ” 表示石英-硫化物阶段成矿热液的投影点。 将阿克提什坎金-多金属矿床主成矿石英-硫化物阶段不同温度段成矿溶液氢、 氧同 位素组成在图 2 中投点。 投影点与变质水演化曲线相差甚远, 排除成矿溶液中水来源于变 质水的可能性。330℃时, 投影点位于大气降水与碎斑熔岩交换演化线和岩浆水自演化曲 线的交汇处, 反映此时成矿溶液中有大气降水和岩浆水的共同参与。 至 280℃和230℃时, 投影点依然反映出成矿溶液中大气降水和岩浆水共同参与的特征, 为大气降水和碎斑熔 岩交换作用的演化水和岩浆自演化水的共同参与。 明显可见, 由 330℃→280℃→230℃, 投影点已逐渐远离正常岩浆水范围, 向雨水线 方向移动, 反映出大气降水比重逐渐增大, 而岩浆水比重减小。 至 200℃时, 投影点位于大 气降水与花岗岩交换演化线和大气降水与碎斑熔岩交换演化线之间, 反映此时, 成矿热液 中水已经以大气降水为主。从水/ 岩比值 W/ R 反映的特征来看, 从 330℃→280℃→ 230℃→200℃, 水/ 岩比值的变化为下降→上升→上升, 同样反映出大气降水不断参与导 致其比重不断增大的特点。 5 结 论 通过上述对成矿溶液氢、 氧同位素组成的讨论认为 阿克提什坎金-多金属矿床主成 矿阶段成矿溶液早期为大气降水和岩浆水共同参与, 大气降水为其与碎斑熔岩交换的演 化水, 岩浆水为其自演化水; 随着温度的降低, 大气降水不断参与导致其比重不断增大及 至占主导地位, 此时大气降水为其与花岗岩、 碎斑熔岩交换的演化水。 参考文献 1 芮行健. 新疆阿尔泰金矿床论文集. 北京 地质出版社, 1994 2 沈渭洲. 稳定同位素地质. 北京 原子能出版社, 1987 3 翟建平, 胡 凯, 陆建军.应用氢氧同位素研究矿床成因的一些问题探讨. 地质科学, 1996 3 229～236 4 张理刚, 刘敬秀, 陈振胜等. 江西德兴铜厂铜矿水-岩体系氢氧同位素演化. 地质科学, 1996 3 250～263 5 Zhang Ligang,L iu Lingxiu,Chen Zhengsheng,et al.ox ygen isotope foractionation in quartz-water-salt system.e- con.Geot, 1989, 84 6 1643～1650 41第 4 期 袁 峰 新疆阿克提什坎成矿区热液体系氢氧同位素研究 H AND O ISOT OPE STUDY IN THE HYDROTHERMAL SYSTEM OF THE AKET ISHIKAN GOLD-MULTI-METAL MINE, NURT AREA OF ALT AY, XINJIANG Yuan Feng Abstract The hydrogen and oxygen isotopic compositions of water in the ore fluids are related with the initial isotopic compositions of waters and rocks, chemical composi- tions of rocks, and the ratio of exchangeable oxygen or hydrogen atoms in the water to those in the rock W/ R and the exchanging temperature. In this paper, we studied the H and O isotopic composition in the hydrothermal system of the Aketishikan Au- multi- metal deposit in the Nurt area of Altay, Xinjiang. The magmatic water is a prevailing component of ore ing hydrothermal water during the essential mineralization epoch. However, the meteoric water commonly participates in the last mineralization with the decrement of the temperature from about 330℃ to about 200℃. Key words ore ing hydrothermal water, hydrogen and oxygen isotopic compo- sition, Water/ Rock interchange process, Aketishikan 姓名 袁 峰 出生于 1971 年 8 月 学位 硕士 在 读博士生 主要研究方向 矿床地球化学 联系地址 合肥工业大学 315 号信箱 邮编 230009 本文责任编辑 朱华新 下期文章摘要预报 动态测试误差灰色预报精度及修正 于海玲 费业泰 针对动态测量具有随机性、 相关叠性、 动态性等特点, 借助灰色系统理论的方法建模, 提出了最优化系数修正法对模型加以修正, 较好地提高了模型的精度。 42 合肥工业大学学报 自然科学版 1998 年第 21卷 4