矿床往事：东准噶尔地区托斯巴斯陶南铜-金-铁矿床的形成和表生氧化过程

　　与单一成矿元素组成的矿床相比，富集多种成矿元素的多金属矿床倍受研究者关注。这不仅因为巨大的经济效益（主要金属和伴生金属），更因促使多种元素富集的成矿机制。铁－铜－金矿床是常见的多金属矿床类型，就成矿流体而言，该类矿床既可产生于岩浆-热液系统（如矽卡岩型矿床），也可形成于盆地卤水或混合流体系统（如IOCG矿床）；就成矿过程而言，该类矿床可通过单一地质过程（如岩浆-热液系统）形成，也可经历叠加成矿作用形成。因此，探讨多金属矿床的成矿流体演化与成矿过程，对理解多金属成矿作用具有重要意义。同时，多金属矿床形成后，由化学风化主导的表生氧化作用不可避免。在表生氧化过程中，矿物－流体相互作用会释放多种元素，这些元素随大气降水沿裂隙迁移，发生次生富集。阐明表生氧化过程中的元素迁移规律，是理解金属次生富集作用的关键。

　　阿尔泰-准噶尔成矿带是我国重要的多金属矿床产区，矿产资源丰富，成矿潜力巨大。托斯巴斯陶南铜-金-铁矿床是早年发现、近年重新评价的多金属矿床。西安地质调查中心矿产地质室对该矿床进行了细致的矿产地质调查和室内研究工作，揭示了该多金属矿床的形成和表生氧化过程，对于理解成矿元素的聚集和再分配具有借鉴意义。本研究的主要认识包括：

　　（1）东准噶尔地区托斯巴斯陶南铜-金-铁矿床的演化经历了两个阶段：多金属矿化期（主要形成了块状、浸染状及多金属脉状矿石）和表生氧化期（主要形成了氧化矿石）。

图1 托斯巴斯陶南铜-金-铁矿床野外露头和钻孔照片

　　（2）在多金属矿化期，磁铁矿和硫化物（包括黄铜矿和黄铁矿）大量形成，并不同程度伴生金。磁铁矿在早阶段形成，其结构与地球化学特征均指示热液成因。黄铁矿形成相对较晚，以高Co、Ni含量、高Co/Ni比值以及接近0‰的硫同位素组成为特征，指示了岩浆-热液流体。矿物温度计和热力学模拟表明，在多金属矿化期，随着温度降低、氧逸度降低、硫逸度升高，磁铁矿首先沉淀，硫化物和金紧随其后沉淀。

图2 多金属矿化期矿物温度计和矿物稳定域

　　（3）在表生氧化期，近地表的原生磁铁矿和硫化物在大气和水的影响下溶解殆尽。其中，硫化物经溶解－再沉淀作用或溶解－迁移－沉淀形成了在氧化矿石普遍分布的针铁矿（褐铁矿化的主要组分）。在黄铜矿溶解过程中，铜元素丢失，经迁移富集；在黄铁矿溶解过程中，晶格元素（如Co、Ni、As、Se）等难以丢失，趋于保留于黄铁矿中。热力学模拟表明，在表生氧化期，氧逸度升高（由于氧气和大气水的参与），硫逸度减低（硫的溶解和丢失），硫化物转变为针铁矿。

图3 表生氧化期矿物稳定域

　　（4）托斯巴斯陶南铜－金－铁矿床的形成与岩浆热液流体有着紧密的关系，特别是铜－金的富集，然而铁的来源仍有疑问（可能是火山－沉积地层，可能是岩浆热液，亦可能是二者的结合；这有待后续矿产地质调查和研究的深入）。在矿床形成后，在大气降水和大气氧的作用下，近地表原生矿石不断发生溶解，有益元素发生迁移，进而次生富集。

图4 托斯巴斯陶南铜-金-铁矿床的多金属矿化和表生氧化过程

　　该研究成果近期发表在矿床学期刊《Ore Geology Reviews》，论文信息如下：Sun C, Luo GG, He YK, Wang YL, Zhang ZW, Hei H, Zhao M, Liu L, Yang XY, Zhao Z, Faisal M (2025) The formation and supergene modification of the Tuosibasitao South Cu-Au-Fe deposit, East Junggar: Insights from ore deposit geology and mineral geochemistry. Ore Geology Reviews, 186, 106927. Doi: https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2025.106927. 本研究工作得到了中国地质调查局项目（DD20240203201, DD20243435, DD20230332）和国家自然科学基金（42402089）的联合资助。