高永伟等-OGR:黄铁矿精细矿物学研究揭示西天山卡特巴阿苏大型金矿成矿过程及成因机制

　　中亚造山带（CAOB）是世界上最大的显生宙增生造山带，经历了古生代古亚洲洋洋壳俯冲增生及洋盆闭合碰撞造山等演化过程，形成了丰富的矿产资源。中亚造山带内发育了众多大型（超大型）斑岩型、造山型和矽卡岩型金及铜金矿床，包括Muruntau（金储量5300吨），Kumtor（金储量510吨），Kalmakyr（金储量1200吨），Makmal（金储量120吨），Zarmitan（金储量314吨）和Jilau（金储量110吨）等（图1）。但长久以来，作为中亚造山带的重要组成部分，我国境内的西天山金矿找矿工作一直未取得大的突破（图1）。近年来，新疆卡特巴阿苏大型金矿床（金储量89吨）的发现，显示我国西天山地区具有良好的金找矿潜力，更为开展境内外金成矿作用对比提供了理想对象。该矿床以两种截然不同的矿化类型（脉状金矿化和矽卡岩型铜金矿化）的共存为特征。前人对脉状金矿化的地质特征、成矿时代及成矿构造等进行了诸多研究，取得了系列成果，但对于矿床是否属于典型的造山型金矿仍存争议，以及矿床内发育的两种矿化类型之间的内在联系和矿床精细成矿过程仍缺乏详细了解。

　　图1 中亚造山带西段和中国西天山地质简图及金矿分布

　　针对上述问题，自然资源部中国地质调查局西安地质调查中心联合中国地质大学（武汉）、南华大学、西北大学、澳大利亚塔斯马尼亚大学和英国自然历史博物馆等对卡特巴阿金苏金矿床开展了详细的调查研究，将矿床划分为两个成矿期：矽卡岩型铜金成矿期和脉状金成矿期（图2），后者进一步划分为4个成矿阶段（图3）：①黄铁矿-石英阶段；②石英-黄铁矿阶段；③金-多金属硫化物阶段；④石英-碳酸盐阶段，基于系统的岩相学观察，重点开展了不同期次（阶段）载金黄铁矿的原位微量元素、原位S同位素和石英H-O同位素分析工作，取得主要认识如下：

图2 卡特巴阿苏金矿床成矿期次

图3 卡特巴阿苏金矿床脉状金成矿期矿化特征及矿物组合

　　（1）不同类型的黄铁矿均为均质，无成分分带，微量元素存在差异，但金的含量普遍较低。黄铁矿中的Au和As之间无相关性，而Au和Te、Au和Bi、Au和Cu以及Pb和Bi等元素之间具有较好的正相关性（图4），主成矿阶段黄铁矿中发育可见金，表明矿床中的金主要以微米/纳米尺度的包裹体金及可见金形式存在。水岩反应引起的硫化作用可能是矿床形成的关键机制。

　　（2）矽卡岩型矿化中的黄铁矿（Py0）δ34S值为0.8～4.3‰，具有岩浆硫特征（图5）。而脉状金矿化中不同阶段黄铁矿（Py1、Py2、Py3）的δ34S值分别为7.6～11.8‰、10.1～12.6‰、9.8～12.4‰，不同类型硫同位素组成较为均一，表明脉状金成矿期的硫主要来源于岩浆，并混合有围岩中的外部硫。

图4 卡特巴阿苏金矿床不同类型黄铁矿微量元素相关性

图5 卡特巴阿苏金矿床黄铁矿原位S同位素分布

　　（3）脉状金矿化期石英的氢氧同位素（δDH2O 为−84.1～−93.5‰；δ18OH2O 为 1.8～6.6‰）显示成矿流体主要来源于岩浆，并受到后期大气降水的影响。

　　（4）结合矿床地质特征、黄铁矿原位微区分析及前人研究成果，认为卡特巴阿苏金矿属于岩浆热液成矿体系，与典型的造山型金矿存在差异。在此基础上，建立了卡特巴阿苏金矿床的两阶段成矿模式（图6）：晚泥盆世至早石炭世洋壳俯冲与矽卡岩型铜金矿化形成和晚石炭世至早二叠世构造转换与大规模脉状金矿化形成。对比境内外金成矿作用差异性，西天山地区需要关注与晚石炭世至二叠纪后碰撞岩浆活动有关的脉状金矿找矿工作。

　　图6卡特巴阿苏金矿床成矿模式

　　该研究成果近期发表在矿床学领域国际权威期刊《Ore Geology Reviews》上，论文信息如下：Yongwei Gao, Bo Zu*, Xinfu Zhao, Qinglin Sui, Lejun Zhang, Reimar Seltmann, Kai Weng, Bo Chen, Wenlei Song, Xie Xie, Tao Zhu. Genesis of the Kateba’asu gold deposit, Western Tianshan, China: Constraints from pyrite trace element, sulfur isotope, and quartz H-O isotope. 2024, Ore Geology Reviews, 174, 106299. doi: https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2024.106299. 此次研究工作得到了新疆重大科技专项（2022A03010-2）、国家重点研发计划项目（2022YFC2903301, 2021YFC2901802）、国家自然科学基金项目（41602096，42372101）、陕西省自然科学研究计划项目（2023-JC-YB-256, 2022JQ-272）以及陕西省重点研发计划项目（2024GH-ZDXM-26）联合资助。