中国西北部天山西部Katbasu金矿床的形成：流体包裹体及氢-氧（H-O）、硫（S）和铅（Pb）同位素的约束作用

《Journal of Asian Earth Sciences》：Genesis of the Katbasu gold deposit in the western Tianshan, NW China: Constraints from fluid inclusions and H-O, S, and Pb isotopes

该研究通过地质调查、流体包裹体及稳定同位素分析，揭示喀什布苏金矿床成矿流体具有变质水与大气水混合特征，硫、铅同位素指示地层变质作用主导成矿物质来源，成矿分为石英-黄铁矿脉（早）、金-多金属硫化物石英脉（中）、石英-碳酸盐脉（晚）三阶段，最终确定其为早矽卡岩型岩浆热液金矿经造山带金矿叠加改造而成。

　　在新疆天山西部构造带的 Katbasu 黄金矿床，其成因一直存在争议。为了更准确地揭示其矿化过程和成因机制，本研究结合了现场地质调查、流体包裹体（FIs）分析以及稳定同位素（H-O、S 和 Pb）研究，系统整合了已有的研究成果，以追踪成矿流体和物质来源，并明确矿床的成因类型。研究结果表明，该矿床的成矿流体主要来源于变质水，并伴有少量大气降水的参与。矿床的成矿作用可以划分为三个阶段：早期阶段以石英-黄铁矿脉为主，中期阶段形成自然金-多金属硫化物-石英脉，晚期阶段则以石英-碳酸盐脉为主。流体包裹体的均一温度分别为 296.6–344.4℃、206.4–297.7℃ 和 146.7–199.2℃，对应的盐度范围为 9.74–12.55 wt%、5.26–11.61 wt% 和 3.71–5.56 wt%，密度则分别为 0.76–0.85 g/cm3、0.77–0.90 g/cm3 和 0.90–0.95 g/cm3。H-O 同位素分析显示，成矿流体的 δ1?O_fluid 值范围为 3.2 到 3.6 ‰，δD 值范围为 -93.4 到 -98.1 ‰，这些数据表明成矿流体主要来源于变质水，并受到一定程度的大气降水影响。S 同位素分析显示 δ3?S_H2S 值在 7.08 ‰ 到 9.78 ‰ 之间，而 Pb 同位素比值（2??Pb/2??Pb、2??Pb/2??Pb 和 2??Pb/2??Pb）分别为 18.26–19.38、15.60–15.65 和 38.17–38.49。这些同位素特征进一步支持了变质岩层在成矿过程中起到重要作用的观点。综合流体包裹体数据和同位素组成，研究认为 Katbasu 黄金矿床属于早期的夕卡岩型岩浆热液矿床，并在后期受到造山型黄金矿床的叠加影响。

天山构造带位于中亚造山带（CAOB）的南部边缘，是全球重要的增生型造山带之一。该构造带的形成与塔里木克拉通（TC）、叶尔羌-中天山地块（YCTT）和准噶尔地块（JB）之间的碰撞有关，这一过程是在南天山洋和北天山洋闭合之后发生的。长期的俯冲、碰撞和多阶段的增生作用，使得天山构造带形成了丰富的岩浆岩和高度富集的多金属矿化系统。天山构造带的复杂地质演化背景，使其成为中亚地区重要的成矿带之一。在这一构造背景下，Katbasu 黄金矿床位于天山构造带的东部，属于一个由区域地壳演化形成的大型金-铜多金属成矿带，是金矿勘探的重要目标区域。然而，与天山构造带西部的矿床相比，东部地区的矿床研究相对较少，这反映了天山构造带成矿资源的不对称分布。

Katbasu 黄金矿床的构造背景记录了南天山洋的形成、演化、俯冲和闭合过程，以及叶尔羌-中天山地块与塔里木克拉通之间的碰撞造山作用。区域内的复杂构造活动和岩浆作用，导致了多种成矿物质来源的形成。已有研究表明，该矿床的成矿年龄约为 334–268 Ma，而含矿岩石的结晶年龄约为 360–341 Ma。成矿岩石的岩浆成因与矿石矿物的特征表明，该矿床与俯冲相关的弧岩浆作用密切相关。此外，矿床的地质特征也得到了广泛研究，包括矿化带的分布、矿脉的形态以及与构造活动的关系等。尽管不同研究者在成矿年龄的确定上存在分歧，但普遍认为矿化作用发生在含矿岩石结晶之后。然而，关于成矿流体和物质来源的研究仍存在较大争议，尚未形成统一的认识。

在成矿流体来源的研究中，早期的研究认为 Katbasu 黄金矿床的成矿流体主要来源于变质水，这一观点基于流体包裹体和 H-O 同位素分析的结果。然而，后续研究提出不同的看法，认为成矿流体可能来源于岩浆，这与流体包裹体的特征相矛盾。此外，关于成矿物质来源的讨论也更加复杂，有研究认为矿石中的硫同位素特征表明其来源于海洋沉积岩，也有研究提出成矿硫可能来自于俯冲板片的交代作用，还有研究则认为初始的硫来源于岩浆，随后受到围岩的污染。这些不同的观点反映了成矿过程的复杂性，也使得矿床成因的准确确定变得困难。

为了更全面地了解 Katbasu 黄金矿床的成矿过程，本研究在现有研究的基础上，引入新的流体包裹体、H-O、S 和 Pb 同位素数据，系统整合了之前的研究成果，以更准确地追踪成矿流体和物质的来源，并明确矿床的成因类型。通过对流体包裹体的岩相学和微热测定分析，研究发现早期成矿流体主要为中温（296.6–344.4℃）的 H?O-CO?-NaCl 体系，具有中等盐度（9.74–12.55 wt% NaCl 等效）和较低密度（0.76–0.85 g/cm3）。在中期阶段，流体温度有所下降，盐度降低，密度增加，表明流体经历了演化过程。晚期阶段的流体温度进一步降低，盐度和密度均有所变化，可能与流体的进一步稀释或与其他流体的混合有关。这些流体包裹体的特征为理解成矿流体的演化提供了重要依据。

此外，同位素分析结果表明，成矿流体和金属物质的来源与区域地质演化密切相关。H-O 同位素数据显示，成矿流体主要来源于变质水，这一结果与区域变质作用的特征一致。S 同位素的分布范围较小，可能表明成矿硫主要来源于特定的地质层位或岩浆作用。Pb 同位素的比值特征则进一步支持了变质岩层在成矿过程中起到关键作用的观点。这些同位素数据的综合分析表明，Katbasu 黄金矿床的成矿过程受到多种地质因素的影响，包括区域变质作用、岩浆活动以及构造环境的变化。

通过对 Katbasu 黄金矿床的研究，不仅有助于理解该矿床的成因机制，还为天山构造带的成矿模式提供了新的视角。该矿床的成矿过程可能受到区域构造活动的控制，特别是在南天山洋闭合和叶尔羌-中天山地块与塔里木克拉通碰撞的过程中，流体的演化和物质的迁移可能与这些构造事件密切相关。因此，进一步研究该矿床的成矿过程，不仅有助于揭示天山构造带的成矿规律，还可能为其他类似构造带的成矿研究提供借鉴。

本研究的主要贡献在于引入新的流体包裹体和同位素数据，并结合已有研究成果，系统分析了 Katbasu 黄金矿床的成矿流体和物质来源。通过对流体包裹体的岩相学和微热测定分析，研究明确了成矿流体的演化路径，揭示了不同成矿阶段的流体特征。同时，H-O、S 和 Pb 同位素的综合分析进一步支持了变质水在成矿过程中起到主导作用的观点，并表明成矿物质可能来源于特定的地质层位或岩浆活动。这些研究结果不仅有助于理解 Katbasu 黄金矿床的成因，还可能为天山构造带乃至中亚地区的成矿模式提供新的依据。

此外，本研究还探讨了成矿流体与围岩之间的相互作用。在早期成矿阶段，流体可能通过裂隙进入围岩，与围岩发生反应，形成富含硫的流体体系。在中期阶段，流体可能进一步演化，与围岩发生更复杂的交代作用，导致硫化物矿物的形成。在晚期阶段，流体可能经历了稀释或与其他流体的混合，从而改变了其化学成分和物理性质。这些过程的综合分析表明，成矿流体的演化与围岩的性质密切相关，因此在成矿过程中，围岩的成分和结构可能对成矿作用起到关键作用。

研究还发现，Katbasu 黄金矿床的成矿作用可能受到区域构造活动的控制。例如，构造断裂带的发育可能为流体的运移提供了通道，而构造活动的强度和频率可能影响流体的演化和矿化作用的发生。因此，在成矿过程中，构造活动不仅是流体运移的通道，还可能对成矿流体的成分和温度产生影响。这种构造-流体-矿化作用的相互关系，是理解矿床成因的重要因素。

综上所述，Katbasu 黄金矿床的成因机制是复杂的，受到多种地质因素的影响。通过综合流体包裹体和同位素数据的分析，研究揭示了成矿流体的演化路径和物质来源，为该矿床的分类提供了新的依据。同时，研究结果也表明，该矿床可能属于早期的夕卡岩型岩浆热液矿床，并在后期受到造山型黄金矿床的叠加影响。这些发现不仅有助于进一步理解 Katbasu 黄金矿床的成因，还可能为天山构造带乃至中亚地区的成矿研究提供重要的参考价值。未来的研究可以进一步探讨不同成矿阶段的流体演化机制，以及构造活动与成矿作用之间的具体关系，以更全面地揭示该矿床的成因过程。