Ore Geology Reviews：岛弧环境下VMS型矿床的精细成矿过程研究：以东天山黄土坡Cu-Zn矿床为例

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火山成因块状硫化物矿床 (VMS矿床) 通常与海底火山活动过程中成矿热液的金属沉淀有关。前人已对VMS矿床的形成过程及成因进行了详细的研究，但缺乏统一的地球化学方法来揭示VMS矿床精细的成矿过程。VMS成矿系统由于受火山机构、岩相、矿化类型、矿化部位、成矿流体来源、物理化学条件等因素影响，造成了成矿元素组合复杂。VMS矿床中特定的硫化物结构、地球化学组成和同位素特征蕴含丰富的热液流体和成矿过程的信息。因此，寻找一种或多种与VMS成矿系统有密切时空关系且贯穿于整个成矿过程的理想矿物，对揭示其成矿作用过程具有重要意义。

VMS矿床是中亚造山带的重要矿床类型，已经成为国际上该类矿床勘查和研究的热点地区(图1A)。新疆北部的天山造山带位于中亚成矿域的核心部位(图1B)。东天山卡拉塔格地区在早古生代时期发生了重要的构造演化和成矿事件，在该成矿带内及其外围相继发现了一系列重要的VMS型矿床(图1C)。这为认识增生造山带岛弧环境下VMS成矿作用提供了绝佳机会。

图1 东天山区域地质图(据Deng et al., 2016修绘)

(A)新疆北部大地构造位置图;(B)天山造山带大地构造图;(C)东天山主要矿床类型分布图以及卡拉塔格矿集区位置图

东华理工大学核资源与环境国家重点实验室的成曦晖博士联合中国地质科学院和中国科学院新疆生态与地理研究所科研人员，在国家自然科学基金(42072100;42362016)和国家重点研发计划深地资源项目(2017YFC0601201)的资助下，以黄土坡VMS型Cu-Zn矿床为研究对象，在详细划分黄土坡矿床成矿期次基础上，识别出上部块状矿体和下部网脉状矿体中不同世代的黄铁矿、闪锌矿和黄铜矿(图2)，并对其开展精细的矿相学和LA-ICP-MS原位微量元素研究，结合系统的原位S同位素特征，揭示黄土坡VMS矿床成矿流体来源和演化过程，阐明黄铁矿在垂直空间上的地球化学变化特征和黄铁矿沉淀的物理化学条件，精细刻画成矿过程。

图2 黄土坡矿床矿石显微特征

论文主要取得以下认识：

(1) 草莓状黄铁矿的显微结构和微量元素特征表明其形成于同沉积过程。

(2) 下部网脉状矿石中的黄铁矿具有低的Au、Ag、Cu、Zn、Pb、Sb、Tl含量和高Co、Se、Te、Ti含量以及高Co/Ni比值，指示其形成于中高温环境(图3)。

(3) 不同世代闪锌矿微量元素组成表明，Fe、Mn、Ag、Se、In、Ge和Ga以晶格形式存在。Sn、Pb、Tl、Bi以矿物微包裹体的形式存在。闪锌矿地温计 (GGIMFis)研究表明，成矿温度由下盘网脉状矿化向上盘块状矿化逐渐降低。

(4) 块状矿体下层黄铁矿具有高的Te、Ti、Sn含量和高的Co/Ni值，表明形成于高温的氧化条件(图4)。

(5) 上部块状矿石不同层位的黄铁矿具有较高的Au、Ag、Cu、Zn、Pb、Sb、Tl含量和较低的Co、Se、Te、Ti、Sn含量, 表明其形成于中高温、氧化性流体环境(图5)。

(6) 黄土坡矿床不同垂直层位中黄铁矿微量元素及比值在空间上有规律的变化特征可用于精细刻画岛弧环境下VMS成矿系统复杂的热液演化以及金属元素富集过程(图6)。

图3 不同世代黄铁矿微量元素箱式图

图4 不同世代黄铁矿微量元素比值指示成矿流体演化及沸腾过程

图5 上部块状矿体黄铁矿LA-ICP-MS mapping元素分布图

图6 硫化物微量元素变化规律及黄土坡成矿模式图

上述研究成果发表于矿床学国际期刊Ore Geology Reviews：Xihui Cheng(成曦晖), Zhijun Wang(王志军), Mingxing Ling(凌明星), Xinxia Geng*(耿新霞), FuquanYang(杨富全), Fangyue Wang (汪方跃), Zhixin Zhang* (张志欣), Ning Li(李宁). 2023. Microstructure, trace element systematics and in-situ sulfur isotopes of multistage sulfides in the Kalatag district (East Tianshan, NW China): Implications for formation of arc-hosted VMS deposit. Ore Geology Reviews, OREGEO_105762.https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2023.105762

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编辑：彭女佳

复审：冷成彪

终审：刘峙嵘

核资源与环境国家重点实验室

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