鐘日晨　李文博　陳衍景　皮橋輝

1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京　1000832.北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點實驗室，北京　1008713.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，桂林　5410041.

霍各乞(又稱“獲各琦”)大型Cu-Pb-Zn多金屬礦床位于內(nèi)蒙古西部烏拉特后旗境內(nèi)，是狼山-渣爾泰山成礦帶的典型礦床，為華北北緣重要的銅資源產(chǎn)地。目前對該礦成因還存有爭論，多數(shù)研究者認(rèn)為該礦為中元古代噴流沉積礦床(余金杰等，1993；耿明山，1997；金章東等，1997；費紅彩等，2004；彭潤民等，2006,2007)，其依據(jù)主要為礦床的宏觀特征，如礦體呈層狀、圍巖巖性對礦化類型有明顯控制作用、礦石具紋層狀、條帶狀組構(gòu)，礦區(qū)可見富重晶石、電氣石層位等。此外，賦礦的變質(zhì)沉積巖中偶見基性變質(zhì)火山巖夾層，其出現(xiàn)被認(rèn)為有利于噴流沉積成礦系統(tǒng)的發(fā)育(黃崇軻等，2001；彭潤民等，2007)。然而，部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)圍巖構(gòu)造變形對成礦有控制作用，提出該礦為受構(gòu)造控制的后生熱液礦床(牛樹銀等,1991; 任愛軍等,1992; 楊福新,1998; 張明華和王春增,2002; Zhongetal.,2012)?；舾髌虻V床位于角閃巖相變質(zhì)區(qū)，圍巖變質(zhì)變形強烈。區(qū)分變質(zhì)巖區(qū)內(nèi)受變質(zhì)改造的礦床(metamorphosed deposit)和變質(zhì)熱液礦床(metamorphic deposit)是極為重要的基本問題，但又是礦床學(xué)研究的難題。區(qū)分二者的關(guān)鍵在于厘清成礦、區(qū)域變質(zhì)、圍巖構(gòu)造變形間的時序，而達(dá)成這一目的的最有效手段是對礦石組構(gòu)和礦物組合系統(tǒng)的顯微觀察(Cartwright and Oliver,2000; Marshalletal.,2000)。本文基于顯微巖相學(xué)證據(jù)，結(jié)合熱力學(xué)模擬，系統(tǒng)提出了霍各乞礦化受剪切帶和圍巖巖性控制的后生熱液礦化模式。

1　區(qū)域地質(zhì)

圖1　狼山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)彭潤民等，2007修改)Fig.1　Regional geological map of the Langshan district (after Peng et al.,2007)

霍各乞大型Cu-Pb-Zn礦床位于內(nèi)蒙古西部狼山地區(qū)。該區(qū)為著名的Cu-Pb-Zn多金屬礦化帶，產(chǎn)出霍各乞、東升廟、炭窯口等大型-超大型Cu-Pb-Zn多金屬礦床，及十余個中型礦床(圖1)。狼山地區(qū)屬華北克拉通北緣西段，區(qū)內(nèi)出露華北克拉通太古宙基底烏拉山群(翟裕生等，2008；圖1)，其上覆蓋中元古代狼山群，為一套經(jīng)歷綠片巖至角閃巖相變質(zhì)的裂谷沉積(翟裕生等，2008；圖1)。古生代時該區(qū)除少量石炭-二疊紀(jì)海相沉積外，普遍缺沉積地層(圖1)。至侏羅-白堊紀(jì)，區(qū)內(nèi)大量沉積陸相紅層砂礫巖，不整合覆蓋于下伏地層之上(圖1)。Darby and Ritts (2002)認(rèn)為該套紅層砂礫巖為陸內(nèi)造山帶環(huán)境的前陸盆地、山間盆地沉積。狼山地區(qū)出露的巖漿巖主要為晚古生代中酸性侵入巖，及少量元古代、早古生代、中生代巖體(圖1)。狼山地區(qū)構(gòu)造活動強烈，普遍發(fā)育北東走向斷層(圖1)，及多條韌性剪切帶。楊福新(1998)在狼山地區(qū)識別出3條北東走向韌性剪切帶。每條韌性剪切帶延伸數(shù)十千米，寬數(shù)千米，剪切帶中的狼山群變質(zhì)巖及晚古生代花崗巖變形強烈，形成糜棱巖、千糜巖，區(qū)內(nèi)大型-超大型礦床均位于韌性剪切帶范圍內(nèi)。

2　礦區(qū)地質(zhì)

中元古代狼山群是霍各乞礦區(qū)內(nèi)唯一出露的地層，也是直接賦礦圍巖，其巖性主要包括云母片巖、變質(zhì)石英巖、碳質(zhì)千枚巖、含透輝石、透閃石的大理巖及綠片巖等(圖2)，變質(zhì)程度達(dá)到角閃巖相(約600～650℃)。礦區(qū)內(nèi)出露的巖漿巖包括中元古代角閃巖和晚古生代花崗巖、閃長巖(圖2)。

圖2　霍各乞礦區(qū)地質(zhì)圖及圍巖片理走向(據(jù)黃崇軻等，2001；張明華和王春增，2002繪制)Fig.2　Geologyof the Huogeqi deposit,also showing the orientations of host rock foliations (modified after Huang et al.,2001; Zhang and Wang,2002)

霍各乞礦區(qū)處于一條寬約3km的大型區(qū)域性剪切帶之內(nèi)，該剪切帶整體走向50°～60°，沿霍各乞至那仁寶力格一線斷續(xù)出露，產(chǎn)狀陡立(黃崇軻等，2001)。礦區(qū)內(nèi)狼山群普遍遭受糜棱巖化，呈現(xiàn)出“紋層狀”外觀，糜棱巖片理一致南傾(王春增等，1996)。張明華和王春增(2002)指出礦區(qū)內(nèi)圍巖片理多數(shù)為糜棱巖片理，并對片理走向進行填圖，勾勒出了礦區(qū)內(nèi)剪切帶的產(chǎn)狀(圖2)。礦區(qū)內(nèi)剪切帶順沉積層理發(fā)育(順層韌性剪切帶)，其產(chǎn)狀與地層界線大體一致(張明華和王春增，2002)。

霍各乞是以Cu為主的大型Cu-Pb-Zn多金屬礦床，礦石礦物主要包括黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、磁黃鐵礦和黃鐵礦。此外含有少量的毒砂、紅銻鎳礦、硫銻鈷礦、硫銻鐵礦、自然鉍等。該礦Cu金屬量71.73萬噸，平均品位1.35%；Pb 97.32萬噸，品位1.49%，Zn 78.16萬噸，品位1.46%(黃崇軻等，2001)。此外，狼山群中部分鐵建造被作為一小型鐵礦開采。Cu-Pb-Zn礦體多呈板狀、似層狀產(chǎn)出(圖3、圖4a)，少數(shù)呈透鏡狀、分枝狀、脈狀(圖3、圖4b；黃崇軻等，2001)。礦體集中分布于三個礦帶(圖2)，其中1號礦帶最具代表性和經(jīng)濟價值。該礦帶東西走向，長約1.5km(圖2)，其中礦體大致彼此平行，全部向南陡傾，傾角65°～80°(內(nèi)蒙古巴盟嶺原地質(zhì)礦產(chǎn)勘查有限責(zé)任公司,2002*內(nèi)蒙古巴盟嶺原地質(zhì)礦產(chǎn)勘查有限責(zé)任公司.2002.內(nèi)蒙古自治區(qū)烏拉特后旗霍各乞及外圍銅多金屬礦普查地質(zhì)報告)，在剖面圖上呈現(xiàn)為舒緩的Z字形(圖3)。本次研究樣品采自1號礦帶，地理坐標(biāo)41.2705°N，106.6668°E。

礦體具有較為明顯的巖控特征，礦化類型與圍巖巖性關(guān)系密切。由底板至頂板，賦礦圍巖依次為碳質(zhì)千枚巖、石英巖夾云母片巖、富含透輝石的大理巖、石英巖夾云母片巖。其中石英巖、云母片巖層位主要賦存Cu礦體(圖4c-e)，而碳質(zhì)千枚巖為Pb-Zn礦體的主要賦礦層位(圖4g)。盡管多數(shù)礦體受圍巖巖性控制，但局部可見同一礦體穿過不同巖性層(有色內(nèi)蒙古地勘局第1隊,1992*有色內(nèi)蒙古地勘局第1隊.1992.內(nèi)蒙古烏拉特后旗霍各乞銅多金屬礦區(qū)1號礦床3～16線(1630米標(biāo)高以上)勘探地質(zhì)報告)。

3　剪切帶控礦特征

Cu礦體多賦存于糜棱巖化的石英巖中，圍巖石英定向拉長且發(fā)生動態(tài)重結(jié)晶，邊緣細(xì)?；?圖4c)。黃銅礦等硫化物多平行于糜棱巖組構(gòu)分布(圖4c,d)， 但局部交代溶蝕圍巖中韌性變形的石英顆粒(如圖4c、d右下角黃銅礦顆粒)。常見黃銅礦細(xì)脈切穿圍巖糜棱巖組構(gòu)，且細(xì)脈兩側(cè)圍巖向不同方向彎折，呈拖曳構(gòu)造(圖4e)。黃銅礦整體平行、但又局部切穿糜棱巖組構(gòu)(圖4c-e)，表明Cu礦化受剪切帶控制，但礦化發(fā)生于剪切變形的晚期，滯后于圍巖韌性變形。含礦裂隙的拖曳構(gòu)造也表明含礦構(gòu)造形成于剪切應(yīng)力之下(圖4e)。含礦構(gòu)造兼具脆性(含礦細(xì)脈的存在表明圍巖發(fā)生破裂；圖4e)和韌性變形(拖曳構(gòu)造表明細(xì)脈兩側(cè)圍巖石英發(fā)生塑性變形；圖4e)的特征，表明成礦事件發(fā)生于脆韌性轉(zhuǎn)換帶深度，其溫壓范圍相當(dāng)于綠片巖相變質(zhì)條件，此類現(xiàn)象在剪切帶控制的熱液礦床中非常常見(McCuaig and Kerrich,1998; Sibsonetal.,1988)。含礦細(xì)脈中可見熱液石英伴隨硫化物沉淀(圖4e)，表明硫化物是從熱液流體中沉淀出的。在流體通量較大，含礦空間較大處，可形成石英脈型礦體(圖4b)。如前文所述，圍巖峰期變質(zhì)條件達(dá)到角閃巖相，石英巖發(fā)生韌性變形；而成礦過程發(fā)生于綠片巖相溫壓條件，成礦期構(gòu)造具有脆韌性變形特征，這也表明成礦發(fā)生圍巖抬升降溫、退變質(zhì)階段。

圖3　霍各乞1號礦帶剖面圖(據(jù)西部礦業(yè),私人通訊提供資料繪制)Fig.3　Cross section of the No.1 ore belt of the Huogeqi deposit

在糜棱巖化的石榴石黑云母片巖中，石榴石(峰期變質(zhì)礦物)變斑晶呈眼球狀，其中的石英包體呈S型排列(圖4f)，表明石榴石變斑晶的生長同步于圍巖剪切變形。硫化物及熱液脈石礦物沿糜棱巖片理方向沉淀，且局部交代溶蝕石榴石變斑晶(圖4f)，表明礦化受剪切帶控制，但晚于圍巖峰期變質(zhì)。

Pb-Zn礦體主要賦存于碳質(zhì)千枚巖。圍巖遭受剪切變形，絹云母、石英細(xì)?；⒍ㄏ蚺帕?，形成碳質(zhì)千糜巖(圖4g)。碳質(zhì)千糜巖富含絹云母等片狀礦物，在剪切變形晚期優(yōu)先沿片理方向破裂并沉淀硫化物及熱液脈石礦物，形成紋層狀礦石(圖4g)。相比于圍巖中強烈變形的絹云母和石英，熱液脈石礦物和硫化物變形微弱，僅見部分石英波狀消光，表明熱液成礦過程發(fā)生于圍巖剪切變形的晚期，熱液礦物沉淀之后僅遭受了微弱的遞進剪切變形。

綜上所述，成礦受剪切帶控制，但發(fā)生于圍巖剪切變形的晚期，滯后于圍巖的峰期變質(zhì)和韌性變形。當(dāng)圍巖由深部韌性域(相當(dāng)于角閃巖相溫壓范圍)抬升至脆韌性轉(zhuǎn)換帶(相當(dāng)于綠片巖相溫壓范圍)深度時，在剪切應(yīng)力下發(fā)生脆韌性破裂，成礦流體注入這些微裂隙中成礦。伴隨硫化物沉淀的熱液脈石礦物包括錳鋁榴石、綠色透閃石、綠簾石、綠泥石、鐵滑石、黑云母、白云母、水黑云母、磷灰石、石英、方解石等(圖4h)。該礦物組合與變質(zhì)巖中低綠片巖相(約300～500℃，2～4kbar)礦物組合相一致(Miyashiro,1994)。利用綠泥石溫度計和閃鋅礦壓力計計算礦化溫度為334～420℃，平均362±26℃(1σ，n=9)，壓力3.4～3.9kbar(Zhongetal.,2012,2013)。流體包裹體顯微測溫結(jié)果顯示成礦溫度為310～370℃(利用兩種包裹體等容線相交)或364±41℃(1σ，n=57，利用水溶液包裹體壓力校正)，成礦深度10～12km(Zhongetal.,2013)。上述成礦溫壓條件均與低綠片巖相溫壓條件和地殼深度一致，低于圍巖峰期變質(zhì)，進一步證明礦化發(fā)生于圍巖退變質(zhì)抬升階段。

宏觀上，礦體多呈似層狀、條帶狀(圖4a)，其“層面”實際多為糜棱巖的片理面，而非沉積層理。井下礦體可見剝露出的片理面，其上可見擦痕、階步等指示剪切變形的構(gòu)造，而硫化物則平行于這些片理面產(chǎn)出，表明成礦過程受圍巖剪切變形控制(圖4a)。對圍巖片理面走向的填圖也顯示礦體的空間分布與剪切帶產(chǎn)狀協(xié)調(diào)(圖2)，且礦體與剪切帶產(chǎn)狀一致，都向南陡傾。在礦體南側(cè)存在一條與礦體和剪切帶產(chǎn)狀相同的脆性破碎帶(圖3)，表明圍巖在由深部抬升至淺部的過程中一直伴隨著剪切帶活動，使脆性剪切變形疊加在韌性剪切變形之上。

(a)-井下礦體露頭，可見階步；(b)-石英脈型礦體；(c)-賦存于糜棱巖化石英巖的Cu礦石，正交偏光；(d)與圖4c同一視域，反射光；(e)-石英-硫化物細(xì)脈切穿圍巖糜棱巖組構(gòu),細(xì)脈兩側(cè)呈拖曳構(gòu)造，正交偏光；(f)-發(fā)生剪切變形石榴石黑云母片巖中，硫化物平行于糜棱巖片理方向沉淀并溶蝕交代石榴石變斑晶，單偏光；(g)-賦存于碳質(zhì)千糜巖中的紋層狀Pb-Zn礦石，硫化物沿剪切片理沉淀，單偏光；(h)-透閃石、綠簾石、綠泥石與硫化物共生，可見綠簾石-綠泥石-硫化物組合交代透閃石-硫化物組合，電子背散射圖像
Fig.4Ore fabrics of the Huogeqi deposits
(a)-outcrop of banded orebody; (b)-vein-type ore; (c)-mylonite-hosted Cu ore (+); (d)-the same filed of view as for Fig.4c,but in reflected light; (e)-a quartz-sulfide veinlet cut cross mylonite fabrics of the host rock,showing dragging structure (+); (f)-sulfides were precipitated along mylonite foliation of a shear-deformed garnet biotite schist,and locally replace garnet porphyroblasts (-); (g)-a carbonic shale-hosted Pb-Zn ore.The carbonic shale was mylonitized and sulfides were precipitated parallel to the mylonite foliation (-); (h)-tremolite was replaced by epidote-chlorite assemblages,and all these minerals are coeval with sulfide (backscatter electron image)

4　巖性控礦特征

霍各乞礦床具有較為明顯的巖性控礦特征，Cu礦體主要賦存于變質(zhì)石英巖、云母片巖層位，而Pb-Zn礦體主要賦存于碳質(zhì)千枚巖中。礦體的巖控特征曾被認(rèn)為是霍各乞礦床同生沉積的證據(jù)之一，但該現(xiàn)象亦可通過圍巖化學(xué)性質(zhì)的差異和Cu與Pb-Zn在流體中不同的行為加以解釋。

4.1　熱力學(xué)模擬

為定量驗證圍巖化學(xué)性質(zhì)對于成礦的控制作用，我們利用HCh軟件(Bastrakov,1999)對霍各乞礦床的成礦過程進行熱力學(xué)模擬。HCh軟件采用最小自由能方法，可以在廣大溫壓范圍內(nèi)(0～1000℃、0～5kbar)計算復(fù)雜多相體系的相平衡，特別適用于水巖平衡的計算。模擬采用HCh軟件內(nèi)置的Unitherm熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫，并將新近發(fā)表的金屬絡(luò)合物熱力學(xué)數(shù)據(jù)(Akinfiev and Zotov,2010)整合其中。

如圖5a所示，我們模擬霍各乞礦區(qū)的圍巖層序建立巖石柱子，底部為碳質(zhì)千枚巖，上部為石英二云母片巖(化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，模擬變質(zhì)石英巖和云母片巖層位)夾一層磁鐵石英巖(模擬富鐵層位，如鐵建造和富透輝石層)。初始成礦流體為與石英二云母片巖平衡的硫化物飽和溶液(設(shè)定流體含4.5% NaCl，與霍各乞成礦流體鹽度接近；Zhongetal.,2013)。當(dāng)硫化物飽和時，初始成礦流體中含2.6×10-6Cu、0.9×10-6Zn、1.4×10-6Pb。為限定體系自由度，初始成礦流體受黃鐵礦-磁黃鐵礦-磁鐵礦三相點控制，但實際自然界成礦體系中H2S(aq)活度通常高于此三相點，因此上述體Cu、Pb、Zn溶解度實際代表了自然界成礦流體的金屬含量下限。令初始含礦流體從下至上流過巖石柱子，并不斷降溫。含礦流體流經(jīng)巖石柱子時，由于流體降溫和水巖反應(yīng)，硫化物會不斷從流體中沉淀成礦。

模擬初始階段，當(dāng)初始含礦流體流入碳質(zhì)千枚巖層位時，流體被圍巖中的石墨還原，引發(fā)兩個重要變化：首先是流體氧逸度顯著降低(logfO2降低約3.5個單位)，其次是流體中部分的氧化性硫轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原性硫，導(dǎo)致H2S活度升高(logaH2S升高約0.3個單位)。模擬顯示Cu、Pb、Zn在流體中都是以硫氫化合物為主要存在形式，因而流體的還原性硫(包括S2-、HS-和H2S(aq))含量對于礦物搬運具有重要意義(圖5b)。

對Cu而言，其主要存在形式為CuHS(aq)，控制其溶解度反應(yīng)為：

CuFeS2(黃銅礦)+0.5H2O=CuHS(aq)+

FeS(磁黃鐵礦)+0.25O2(g)，

其溶解度受流體氧逸度控制，氧逸度降低將導(dǎo)致Cu溶解度顯著升高。對Pb和Zn而言，其在流體中主要以Pb(HS)2(aq)和Zn(HS)2(aq)形式存在，控制其溶解度的反應(yīng)為：

PbS(方鉛礦)+H2S(aq)=Pb(HS)2(aq)

和ZnS(方鉛礦)+H2S(aq)=Zn(HS)2(aq)。

從反應(yīng)方程看，流體氧逸度變化對其溶解度無直接影響，僅能通過改變流體中H2S(aq)活度間接影響Pb、Zn溶解度。由于流體氧逸度變化的幅度遠(yuǎn)大于H2S活度變化，水巖反應(yīng)所導(dǎo)致的Cu溶解度提升遠(yuǎn)比Pb、Zn溶解度提升顯著。因此，初始的Cu、Pb、Zn飽和含礦流體與碳質(zhì)千枚巖水巖反應(yīng)的最終結(jié)果是使流體轉(zhuǎn)化為Cu強烈不飽和，而Pb、Zn微弱不飽和的還原性流體。

由于流體Cu、Pb、Zn不飽和，流體流經(jīng)碳質(zhì)千枚巖的初期沒有發(fā)生礦化，僅有磁黃鐵礦的沉淀(圖5b,c)。隨著流體溫度降低和還原性硫含量逐漸降低，Pb、Zn很快達(dá)到飽和，閃鋅礦、方鉛礦沉淀(圖5c)。但是由于流體中Cu高度不飽和，在流經(jīng)碳質(zhì)千枚巖層位始終無Cu礦化，形成Pb-Zn礦石(圖5c)。

圖5　霍各乞礦床水巖反應(yīng)熱力學(xué)模擬，計算壓力3kbar(a)-水巖反應(yīng)模型，初始含礦流體由碳質(zhì)千枚巖、石英二云母片巖和磁鐵石英巖構(gòu)成的地層柱子，溫度逐漸降溫；(b)-流體中還原性硫含量和不同巖性層中磁黃鐵礦沉淀量；(c)-礦石礦物在不同巖性層中沉淀量Fig.5　Thermodynamic modeling the interaction between ore-fluids and host rocks under 3kbar(a)-sequence of rock types used for water-rock interaction modeling; (b)-concentration of reduced sulfur in ore-fluids and pyrrhotite deposited from the ore-fluid; (c)-ore minerals deposited from the ore-fluid

當(dāng)流體流經(jīng)石英二云母片巖層位時，圍巖化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無顯著的水巖反應(yīng)發(fā)生。流體溫度繼續(xù)下降，Cu最終達(dá)到飽和，黃銅礦開始大量沉淀。與此同時少量閃鋅礦、方鉛礦繼續(xù)沉淀，形成以Cu為主的礦化層位(圖5c)。

當(dāng)流體流經(jīng)磁鐵石英巖層位時，發(fā)生圍巖硫化作用，流體中還原性硫含量陡降(圖5b)，與此同時伴隨大量磁黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦沉淀，形成高品位礦石(圖5c)。

4.2　巖礦相學(xué)證據(jù)

熱力學(xué)模擬的結(jié)果顯示Pb-Zn礦體賦存于碳質(zhì)千枚巖層位，Cu賦存于石英巖及云母片巖層位，而富鐵層位形成高品位礦石，這與霍各乞礦床的地質(zhì)事實擬合較好。

礦區(qū)內(nèi)狼山群中存在由磁鐵礦和菱鐵礦構(gòu)成的鐵建造。部分鐵建造強烈剪切變形，磁鐵礦變斑晶呈眼球狀且定向排列，基質(zhì)由細(xì)粒化的、定向排列的菱鐵礦構(gòu)成。伴隨剪切變形發(fā)生同構(gòu)造流體活動，形成平行于剪切方向的熱液脈(圖6a)。熱液脈附近，鐵建造發(fā)生蝕變，基質(zhì)菱鐵礦重結(jié)晶(圖6a)，磁鐵礦變斑晶部分或全部被黃鐵礦、磁黃鐵礦交代(圖6b)；遠(yuǎn)離熱液脈的部分則未發(fā)生蝕變，仍由磁鐵礦變斑晶和細(xì)粒菱鐵礦基質(zhì)構(gòu)成(圖6b)。這表明同構(gòu)造流體流經(jīng)富鐵圍巖時流體中的S與圍巖中的Fe反應(yīng)，生成磁黃鐵礦、黃鐵礦，發(fā)生圍巖硫化蝕變，這與熱力學(xué)模擬結(jié)果相吻合(圖5b)。

熱力學(xué)模擬結(jié)果顯示Cu、Pb、Zn在流體中以硫氫化合物形式搬運，富鐵圍巖的硫化作用會導(dǎo)致流體中S含量的降低，引發(fā)閃鋅礦等硫化物沉淀。在由互層的透輝石(富鐵礦物)與石英構(gòu)成的圍巖中，硫化物優(yōu)先在透輝石晶體的微裂隙或晶間沉淀，而在以石英為主的圍巖中礦化微弱(圖6c，d)，宏觀上形成條紋狀礦石。上述現(xiàn)象說明富鐵圍巖確為礦化的有利圍巖，與熱力學(xué)模擬結(jié)果一致。值得注意的是圖6c，d所示圍巖中石英定向排列，且石英晶體長軸與石英排列方向呈一定角度，顯示出糜棱巖的S-C組構(gòu)(圖6d)。這表明圍巖經(jīng)歷了剪切變形和片理置換，其中的“層”早已不是原生的沉積層理。

圖6　霍各乞礦床富鐵圍巖控礦特征(a)-發(fā)生剪切變形的鐵礦石，由眼球狀磁鐵礦變斑晶和菱鐵礦基質(zhì)構(gòu)成，平行于剪切方向發(fā)育同構(gòu)造熱液脈.靠近熱液脈的鐵礦石發(fā)生蝕變，菱鐵礦晶體重結(jié)晶加粗；遠(yuǎn)離熱液脈的鐵礦石未蝕變，由細(xì)粒菱鐵礦和磁鐵礦變斑晶構(gòu)成(正交偏光)；(b)-蝕變帶中磁鐵礦變斑晶被黃鐵礦、磁黃鐵礦交代，而未蝕變部分仍未磁鐵礦變斑晶 (反射光，圖6a矩形區(qū)域放大)；(c)-在透輝石、石英互層的圍巖中，硫化物優(yōu)先在富鐵的透輝石層中沉淀，透射光；(d)與圖6c同一視域，注意圍巖石英定向排列，構(gòu)成S-C組構(gòu)，正交偏光Fig.6　Role of iron-rich host rock in mineralization(a)-a hydrothermal vein was developed parallel to mylonite foliation of a mylonitized iron ore.Iron ore adjacent to the vein was altered (crossed polars); (b)-the magnetite porphyroblasts were totally or partly replaced by pyrite or pyrrhotites (magnification of the box area in Fig.6a,reflected light); (c)-in a host rock composed of interlayered diopside and quartz,sulfides were preferentially deposited in diopside-domains of the host rock (plane-polarized light); (d)-the same filed of view as for Fig.6c,but in crossed polars

熱力學(xué)模擬結(jié)果顯示，流體冷卻是導(dǎo)致硫化物沉淀的主要機制之一，這與礦相學(xué)觀察一致。在礦石中常見透閃石等相對高溫的熱液礦物被綠泥石-綠簾石或綠泥石-白云母等相對低溫的熱液礦物組合交代，且二者都與硫化物共生(圖4g)。這表明硫化物沉淀過程伴隨著流體溫度的降低，流體冷卻是礦質(zhì)沉淀的機制之一。

熱力學(xué)模擬及巖礦相學(xué)觀察說明后生含礦流體與圍巖的水巖反應(yīng)可以形成具有層控、巖控特征的后生熱液礦床，而層控、巖控特征也未必是同生沉積成礦的鐵證。此外，礦區(qū)內(nèi)剪切帶順沉積層理和巖性界線發(fā)育(張明華和王春增，2002)，也導(dǎo)致了礦體的層控特征。

5　討論與結(jié)論

5.1　變質(zhì)流體形成Cu-Pb-Zn礦化的可能性

區(qū)域變質(zhì)流體被多數(shù)學(xué)者認(rèn)為是造山型金礦的成礦流體，但對于其是否可以形成賤金屬(Cu、Pb、Zn)礦床，許多學(xué)者持懷疑態(tài)度。部分學(xué)者認(rèn)為賤金屬在成礦流體中主要以氯化合物形式搬運，而變質(zhì)流體的低鹽度特征決定了它搬運賤金屬的能力非常有限(Cartwright and Oliver,2000; Phillips and Powell,2010)。相反，Au主要以硫氫化合物的形式存在，在富含還原性硫的變質(zhì)流體中可以大量溶解(Phillips and Evans,2004; Goldfarbetal.,2005)。然而，新近的實驗地球化學(xué)工作表明Cu等賤金屬的硫氫化合物在高溫下具有很好的穩(wěn)定性(Etschmannetal.,2010)，暗示賤金屬同樣具有以硫氫化合物搬運的潛力。我們利用新近發(fā)表的熱力學(xué)數(shù)據(jù)進行熱力學(xué)模擬，表明在霍各乞成礦條件下Cu、Pb、Zn主要以硫氫化合物搬運，而非氯絡(luò)合物(與Au類似)，因此變質(zhì)流體的低鹽度特征不成為其搬運賤金屬的障礙。這暗示通過區(qū)域變質(zhì)脫水有可能形成具有經(jīng)濟價值的Cu-Pb-Zn礦床。我們對區(qū)域變質(zhì)過程中金屬的萃取過程進行了更為具體的熱力學(xué)模擬，結(jié)果將另文發(fā)表。

除霍各乞外，國內(nèi)外大量的礦床典例研究已經(jīng)揭示了變質(zhì)熱液Cu-Pb-Zn礦床的存在，部分學(xué)者稱其為造山型礦床(陳衍景,2006; Bierleinetal.,2009; Pirajno,2009)，如美國Coeur d’Alene Ag-Pb-Zn-Cu-Au礦(Leachetal.,1988)， 挪威Kautokein綠巖帶中的Au-Cu礦(Ettneretal.,1993)，澳大利亞Cobar盆地中的CSA Cu-Pb-Zn礦(Giles and Marshall,2004)和 Elura Ag-Pb-Zn礦(De Roo,1989)，納米比亞Omitiomire Cu礦(未發(fā)表，具體資料見http://www.interbasemetals.com)；國內(nèi)的鐵爐坪Ag-Pb礦(Chenetal.,2004)，白乃廟Cu-Au礦(李文博等，2007，2008)，鐵木爾特Pb-Zn-Cu礦(Zhangetal.,2012),烏拉斯溝Cu礦等(Zhengetal.,2012)。上述礦床具有和造山型金礦類似的礦床地質(zhì)和成礦流體特征，表明變質(zhì)熱液確實是具有Cu-Pb-Zn礦化潛力的。

5.2　霍各乞Cu-Pb-Zn礦化模式

狼山地區(qū)經(jīng)歷角閃巖相區(qū)域變質(zhì)之時，區(qū)內(nèi)發(fā)育韌性剪切帶。流體包裹體工作顯示霍各乞成礦流體具有中溫、低鹽度、富CH4特征，為深源變質(zhì)流體與碳質(zhì)千枚巖水巖反應(yīng)的產(chǎn)物(Zhongetal.,2013)。含礦變質(zhì)流體沿韌性剪切帶向地殼淺部運移，當(dāng)流體運移至脆韌性轉(zhuǎn)換帶深度(10～12km)時，由于流體冷卻與H2S活度降低，礦質(zhì)在脆韌性剪切裂隙中沉淀成礦。礦化發(fā)生于圍巖退變質(zhì)抬升階段，其溫壓條件與低綠片巖相變質(zhì)相當(dāng)。在碳質(zhì)千枚巖層位，流體還原性較強，Cu強烈不飽和，發(fā)生Pb-Zn礦化；而在石英巖和云母片巖層位，Cu由于流體冷卻而大量沉淀，形成Cu礦石；在富鐵層位，發(fā)生圍巖硫化作用，流體中的H2S含量大幅度降低，促使金屬大量沉淀，形成富礦石。

霍各乞Cu-Pb-Zn為后生熱液礦化，但是否有可能在圍巖沉積成巖過程中發(fā)生了Cu-Pb-Zn同生礦化，而后區(qū)域變質(zhì)過程中Cu-Pb-Zn再活化形成新礦體呢？如前文所述，Cu-Pb-Zn礦化發(fā)生于圍巖退變質(zhì)抬升階段，此階段圍巖不可能產(chǎn)生變質(zhì)流體，因此霍各乞的Cu-Pb-Zn礦化不太可能是成礦物質(zhì)原地再活化遷移的產(chǎn)物。然而，在深部的變質(zhì)流體源區(qū)很有可能發(fā)生了同生沉積期Cu、Pb、Zn預(yù)富集，而后在區(qū)域變質(zhì)過程中成礦物質(zhì)的再次活化遷移，在地殼淺部重新富集成礦。前人(李兆龍等，1986；余金杰等，1993)對霍各乞礦床硫化物的鉛同位素研究表明其虧損放射性成因鉛，具有元古代的兩階段鉛模式年齡，表明成礦物質(zhì)最初很可能來自元古代的同生沉積預(yù)富集。此外，礦區(qū)內(nèi)存在同生Fe礦化，形成狼山群中的鐵建造。伴隨這次同生Fe礦化，可能存在海底熱液活動，形成了礦區(qū)內(nèi)含電氣石、重晶石、硅質(zhì)巖層位。

致謝巴彥淖爾西部銅業(yè)有限公司支持野外考察并提供部分圖件，楊永飛、曾亮博士，霍洪亮、岳德臣、鐘世杰工程師協(xié)助了野外工作；研究工作得到了魏春景、肖文交、劉樹文、宋述光、許成、祝新友等老師的指點；電子探針測試得到舒桂明老師幫助、激光拉曼測試得到任景秋老師幫助；在此一并表示感謝！

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