论文推荐｜内蒙古花敖包特银铅锌矿床硫同位素和黄铁矿微量元素特征及对成矿作用的指示

内蒙古西乌珠穆沁旗花敖包特银铅锌矿床作为一处大型矿床，相较于区域内其他大中型银铅锌多金属矿床，现有成果对该矿床的成因机制及成矿作用过程尚未形成统一认识，争议问题突出。本文在系统梳理该矿床地质特征、开展矿物学与矿相学精细研究的基础上，重点针对贯穿成矿作用的核心矿物黄铁矿的微量元素组成，以及系列金属硫化物的硫同位素特征展开专题研究，旨在为厘清矿床成矿过程提供关键地球化学约束。结果显示，黄铁矿δ³⁴S的值变化较大，在-0.87‰～+5.83‰之间，且呈现一定的升高趋势，与成矿作用相关的黄铁矿δ³⁴S的值明显高于围岩中的黄铁矿。此外闪锌矿的δ³⁴S值为+1.20‰～+4.88‰，方铅矿的δ³⁴S的值为+0.26‰～+2.41‰。黄铁矿的微量元素特征显示，成矿早期的黄铁矿（Py1）亏损As、Pb和Au，主成矿期的黄铁矿（Py2）富集As、Sb和Ag，而成矿晚期的黄铁矿（Py3）Sb和Ag相对亏损，而Au则呈现出富集的趋势。结合黄铁矿的硫同位素和微量元素变化特点，表明矿床的成矿物质来源从简单到复杂，且具有成矿早期、中期和晚期多期次沉淀特征和流体混合的特征。综合区域成岩成矿活动和矿区地质特征，认为花敖包特银铅锌多金属矿床属于浅成低温热液矿床，形成于早白垩世区域岩石圈伸展背景之下，流体混合作用是矿床沉淀的主要原因。

The Hua'aobaote Ag-Pb-Zn Deposit, located in Xi Ujimqin Banner, Inner Mongolia, is a large-scale polymetallic deposit.Compared with other large and medium-sized Ag-Pb-Zn polymetallic deposits in the region, no unified understanding has been formed regarding its genetic mechanism and mineralization process in existing studies, with prominent controversial issues.Based on systematically summarizing the geological characteristics of the deposit and conducting detailed mineralogical and mineralographic studies, this study focuses on investigating the trace element compositions of pyrite (the core mineral throughout the mineralization process) and the sulfur isotopic characteristics of a series of metal sulfides, aiming to provide key geochemical constraints for clarifying the ore-forming process of the deposit.The results indicate that the δ³⁴ S values of pyrite vary greatly, ranging from-0.87‰to+5.83‰, and exhibit a certain upward trend；the δ³⁴ S values of pyrite related to mineralization are significantly higher than those of pyrite in the surrounding rocks.Additionally, the δ³⁴ S val ues of sphalerite range from+1.20‰ to+4.88‰, and those of galena range from+0.26‰ to+2.41‰.The trace element characteristics of pyrite reveal that the early-mineralization pyrite (Py1)is depleted in As, Pb, and Au, main-mineralization pyrite (Py2)is enriched in As, Sb, and Ag.In contrast, the late-mineralization pyrite (Py3)is relatively depleted in Sb and Ag but exhibits an enrichment trend in Au.Combined with the variations in sulfur isotopes and trace elements of pyrite, it is indicated that the ore-forming material sources of the deposit evolved from simple to complex, and the deposit exhibits multi-stage precipitation (early, middle, and late mineralization stages)and fluid mixing characteristics.Considering regional diagenetic and mineralization activities as well as the geological characteristics of the mining area, it is concluded that the Hua'aobaote Ag-Pb-Zn Polymetallic Deposit is an epithermal deposit, which formed under the background of regional lithospheric extension in the Early Cretaceous, and fluid mixing is the main cause of ore deposition.

硫同位素; 微量元素; 成矿作用; 花敖包特矿床

sulfur isotope; trace element; mineralization; Hua'aobaote Ag-Pb-Zn deposit 

大兴安岭南段地处古亚洲构造成矿域与古太平洋构造成矿域的交汇带，作为我国重要的多金属矿产集中区，其独特的区位条件、丰富的矿产资源及典型的矿床地质现象，长期以来吸引了学界的广泛关注与深入研究[1-2]。该区域矿床多形成于中生代的大规模岩浆活动之下，经历了复杂的构造岩浆作用，例如白音诺尔、道伦达坝、边家大院等矿床[3-10]。包括上述在内的区域内部分矿床的成矿作用研究目前还存在分歧，制约了对区域总体成矿规律的进一步认识。

花敖包特银铅锌多金属矿床坐落于大兴安岭南段西坡，是区域内极具代表性的大型矿床，且展现出良好的勘探开发潜力[11]。受限于发现时间较晚，目前针对该矿床的系统性研究仍较为薄弱[12-16]。本文聚焦于该矿床金属硫化物的硫同位素组成特征及黄铁矿的微量元素赋存规律，通过精准解析上述地球化学信息，旨在深入探讨其成矿作用机制，厘清成矿流体的演化路径与成矿物质来源，明确矿床成因类型，进而为深化大兴安岭南段多金属矿床成矿规律的认识提供科学依据。

兴蒙造山带在显生宙主要受到古亚洲洋、古太平洋和蒙古-鄂霍茨克洋三大构造体系的控制，并经历了多个构造演化阶段，古生代古亚洲洋闭合（约260～250 Ma）致使兴蒙造山带与华北板块沿索伦—西拉木伦—长春缝合带（图1（a））拼合，并伴随兴安地块、松嫩—张广才岭地块、佳木斯地块等多个微地块的碰撞拼合[19-20]，中国东北构造格局初具雏形，此后兴蒙造山带内历经陆缘增生、后碰撞和陆内造山作用，广泛发育晚古生代岩浆弧及岩浆-流体成矿系统[20-21]；中生代早期主要受到蒙古鄂霍次克俯冲的影响，在蒙古鄂霍次克洋完全闭合（约170 Ma，[20]）后，古太平洋板块的俯冲运动控制了兴蒙造山带的构造演化，此时中国东北的构造格局基本形成，兴蒙造山带在经历一系列构造事件后，最终形成以北东、西北、东西向断裂为特点的格子状断裂格局，并产生一系列北东走向、东西走向相间排列的断陷-火山喷发岩带，也是在这一时期，兴蒙造山带内发育大规模的陆缘火山岩与陆缘增生杂岩，岩浆活动广泛而活跃，主导着中生代时期强烈的成矿作用以及大兴安岭成矿带的形成，大量金属元素如Cu、Mo、Pb和Zn的富集使得区内形成双尖子山、拜仁达坝、维拉斯托等矿床和花敖包特等大中型矿床[21-22]。

图1  （a）中国东北地质图（据文献[17]修改）；（b）大兴安岭南段地质与矿床分布图（据文献[18]修改）

Fig.1  （a）Geological map of northeastern China（revised from ref.[17]）；（b）Geologic and deposit distribution map of southern Great Xing'an Range（revised from ref.[18]）

大兴安岭成矿带主要受到贺根山断裂、西拉木伦断裂和嫩江断裂等区域大型断裂的控制（图1（b））[20-23]，区内岩浆岩广泛分布，且自东到西，花岗质岩浆侵入岩具有从中酸性到酸性-中酸性的演化趋势。成矿带南段发育有多种类型的矿床，主要有斑岩型钼铜矿、矽卡岩型铁锡矿、浅成低温热液型金银和银铅锌脉矿床等，区内矿产类型自东向西具有一定的分带特征，东坡林西—林东—天山—突泉铜多金属成矿带、主脊皇岗—甘珠尔庙稀有金属成矿带、西坡锡林浩特—锡林郭勒银铅锌成矿带各自有不同种类的优势矿产（图1（b））[1-4，11-12]。作为中国最大的银成矿省，区域内的银铅锌矿床达30多处，银总资源量达57000 t。锡林浩特—锡林郭勒银铅锌成矿带是大兴安岭南段银铅锌矿床的主要产出地区，发育众多银铅锌矿床，发现了包括双尖子山、拜仁达坝、维拉斯托、白音诺尔等多处中大型矿床[8，18，22，24]，其中双尖子山矿床的矿石储量超过145 Mt，平均银品位128.5 g/t，铅锌品位2.2%[25]，是亚洲最大的银矿床；维拉斯托矿床的总资源储量为881万t，银的品位为65～80 g/t，锌的平均品位为4.29%[22]；拜仁达坝矿床的总银储量为4237 t，总锌储量为139万t，总铅储量为46万t；白音诺尔矿床的总金属储量为3274万t，银的平均品位为31 g/t，锌的平均品位为5.44%，铅的平均品位为2.02%[4]，本研究中的花敖包特矿床也包含其中。

花敖包特银铅锌矿床属于大兴安岭成矿带中南段的锡林浩特—锡林郭勒银铅锌成矿亚带，地理位置在内蒙古自治区西乌珠穆沁旗北东约150 km处[11-12]，处于华北板块、西伯利亚板块和松辽板块三大板块的接合部位，是走向大致为北东—北北东向的华力西褶皱带的一部分；构造分带上属于中亚—蒙古—兴安巨型复合造山带东段的兴蒙造山带，北靠二连—贺根山断裂，南抵西拉木伦断裂带和嫩江断裂（图1（a），F2、F3、F5）[19-20，26-27]。矿区构造总体上呈现出北北东走向，主要的断裂为梅劳特断裂（图2（a），Fm），在华力西晚期形成，是北东向的压性断裂。区域内发现有一系列叠层-推覆构造，指示了长时间的构造运动作用。矿区出露地层由早到晚可分为：（1）古生界：二叠系寿山沟组砂岩、二叠系大石寨组凝灰岩及碎屑岩，（2）中生界：侏罗系上统满克头鄂博组、侏罗系上统玛尼吐组和白垩系白音高老组，其中，满克头鄂博组是矿区内覆盖面最广的中生界地层（图2（a）），分布在矿区附近，岩性为灰色含角砾凝灰岩、砂岩、角砾岩，与寿山沟组地层呈不整合接触。（3）新生界：新近系玄武岩和第四系沉积物，其中，新近系玄武岩主要为灰黑、砖红色气孔状玄武岩、致密块状玄武岩和杏仁状玄武岩，第四系沉积物在矿区内广泛覆盖，主要为冲洪积、冲坡积及残破碎石，风成砂。

图2  （a）（b）花敖包特矿区地质图；（c）花敖包特矿区A—A'钻孔线纵剖面图（据内蒙古玉龙矿业股份有限公司，2009，内蒙古自治区西乌珠穆沁旗花敖包特矿区银铅锌矿勘探报告修改）

Fig.2  （a）and（b）Geological maps of and the Hua'aobaote mining area；（c）Longitudinal profile of the A-A'drilling line in Hua'aobaote mining area（revised from Inner Mongolia Yulong Mining Co.，Ltd.，2009，Exploration Report on Ag-Pb-Zn Ore in Hua'aobaote Mining Area，Xi Ujimqin Banner，Inner Mongolia Autonomous Region）

矿区内的岩浆活动广布，多以侵入岩脉的形式产出，如花岗斑岩脉、正长斑岩脉、闪长斑岩脉、辉绿玢岩脉、花岗岩脉、石英脉及流纹岩脉等。火山岩主要发育长英质火山岩和少部分基性-超基性岩，其中长英质火山岩可分为早二叠世发育的一套花岗闪长斑岩（约295 Ma）和早白垩世（约133 Ma）发育的一套花岗斑岩和流纹岩，前者伴随少部分辉长岩沿梅劳斯特深断裂分布（图2（b））[14-15，28-29]。矿体形态受构造控制为主，呈现系列平行脉状产出，主要成矿期的矿体主要分布在蛇纹石化橄榄岩等超基性岩和闪长玢岩的接触带位置（图2（c））。

花敖包特矿床是一座大型银铅锌矿床，以银、铅、锌为主要矿化特征，并伴生铜、锡、锑等金属矿物，其截至2009年探明的银储量为6369 t，平均品位192 g/t，铅71万t，平均品位1.99%，锌92万t，平均品位2.37%，同时伴生有铜5.7万t、锡1.4万t、锑9.4万t（据内蒙古自治区西乌珠穆沁旗花敖包特矿区银铅锌矿勘探报告）。矿床的主要金属矿物有闪锌矿、方铅矿、锡石、黄铜矿、黄铁矿、银黝铜矿、黝铜矿、毒砂，少量深红银矿、辉银矿等含银矿物，以及赤铁矿、褐铁矿、黄钾铁矾等氧化物矿物。脉石矿物主要有石英、长石、萤石、方解石等（图3）。常见黄铁矿-黄铜矿、方铅矿-闪锌矿、黄铜矿-银黝铜矿-闪锌矿、黄铁矿-毒砂等矿物共生组合（图3（h）—（k））。成矿围岩以轻微绿泥石化的闪长玢岩（图3（a））和蛇纹石化的超基性岩（图3（b））为主，矿体多呈脉状产出于两种岩性的接触部位。矿床的矿石结构相对简单，以自形-半自形粒状结构、他形结构为主，同时有蜂窝状结构、交代残余结构、乳滴状结构、充填结构等（图3（g）—（k））。矿石构造类型主要为块状构造和细脉浸染状构造（图3（d）（e）），亦常见脉状构造和角砾状构造。此外可见硅化、绢云母化、碳酸盐化、绿泥石化和高岭土化蚀变，其中硅化和绿泥石化与成矿作用的关系密切。

图3  花敖包特矿床的手标本样品和显微镜下矿物照片

Fig.3  Bulk samples and microscopic mineral photographs of the Hua'aobaote Deposit

综合上述各种特征，花敖包特矿床受到区域内构造岩浆活动、火山活动以及多期次热液活动共同作用影响，成矿阶段复杂，不同期次的矿脉互相穿插，存在多期次矿化作用叠加的现象。结合野外和镜下的观察，可以将花敖包特矿床的成矿过程划分为四个阶段：锡石-毒砂-黄铁矿阶段（I阶段），该阶段属于中高温热液阶段，金属矿物主要为锡石、毒砂和黄铁矿，锡石呈自形-半自形粒状结构；黄铜矿-黄铁矿-磁黄铁矿阶段（II阶段），该阶段属于中温热液阶段，金属矿物主要为黄铜矿、黄铁矿和磁黄铁矿，I阶段的锡石和III阶段的闪锌矿以及含银矿物在这一阶段亦少量出现；闪锌矿-方铅矿-含银矿物阶段（III阶段），该阶段属于中低温热液阶段，也是矿床的主要成矿阶段，金属矿物主要为闪锌矿、方铅矿、银黝铜矿、黄铁矿，同时存在少量II阶段的黄铜矿；黄铁矿阶段（IV阶段），该阶段属于温度最低的低温热液阶段，金属矿物以黄铁矿为主，亦有少量辉银矿和深红银矿等含银矿物。花敖包特矿床的主要成矿阶段温度不高[12，16]，属于受构造控制的中低温热液矿床。

本研究用于金属硫化物的硫同位素分析和黄铁矿的微量元素分析的样品来自矿床的主矿区，分别选取含有来自I阶段、III阶段和IV阶段的黄铁矿（Py1、Py2、Py3）的8件样品以及钻孔ZK29从浅部至深部的18件样品进行了黄铁矿（Py-d）、方铅矿和闪锌矿的硫同位素测试（表1），并对其中的部分样品进行了黄铁矿的微量元素含量测试（表2）。在样品选择时为便于讨论，根据样品的矿物组合分别选取了来自早、中、晚三个成矿阶段的黄铁矿样品，由于在观察中I阶段和II阶段同属成矿早期，II阶段黄铜矿和磁黄铁矿在I阶段亦有少量出现，因此选择了对应成矿温度更高的I阶段黄铁矿样品代表早期成矿阶段。对于钻孔ZK29的样品，根据样品矿物组合等确定其对应成矿中期到晚期阶段，并进行单独讨论。

表1  花敖包特矿床硫化物硫同位素组成

Table 1  Sulfur isotope compositions of sulfides from the Hua'aobaote Deposit

表2  花敖包特矿床黄铁矿微量元素特征（bdl：低于检测限）

Table 2  The LA-ICP-MS data of pyrites from the Hua'aobaote Deposit（bdl：below detection limit）

硫化物的原位微区硫同位素组成在中国地质科学院矿产资源研究所利用激光剥蚀多接收杯电感耦合等离子质谱（LA-MC-ICP-MS）完成。测试仪器由Australian Scientific Instrument制造的RESOlution S155激光剥蚀系统和Thermo Fisher Scientific制造的Neptune Plus电感耦合等离子质谱仪组成。测试所用激光束斑直径为50 μm，频率为4 Hz，能量密度固定5.0 J/cm²。δ³⁴S分析精度在0.5‰以内。

黄铁矿的原位微区元素含量测试在武汉上谱分析科技有限责任公司完成，激光剥蚀系统为美国ESI公司的NWR 193准分子激光器，电感耦合等离子体质谱仪为德国Analytik Jena公司的PlasmaQuant MS。实验过程中采用He为载气，单点分析时间为105 s，其中20s空白背景采集，45 s连续剥蚀采集，40 s清洗进样系统。实验过程中采用的标准物质为MASS-1和NIST SRM610，每分析三个样品点分析一组标样；数据结果使用Glitter软件进行处理，根据不同矿物选择合适的内标元素。测试的精度（RSD）普遍优于10%，通常能达到5%左右，测试的准确度（与标准物质推荐值的相对偏差）普遍优于10%。

4.1 硫同位素组成

针对上述测试的结果，对各矿物硫同位素组成的频数分布总结如图4。黄铁矿的δ³⁴S数值变化较大，为-0.87‰～+5.83‰，这可能是多期次的成矿作用导致的。与成矿有关的黄铁矿的硫同位素组成具有较宽的变化范围，且部分δ³⁴S数值高于围岩中的黄铁矿，这说明围岩并非唯一的成矿物质来源。闪锌矿的δ³⁴S值为+1.20‰～+4.88‰，其中深色闪锌矿的δ³⁴S值相对浅色闪锌矿的δ³⁴S值偏低。方铅矿的δ³⁴S值变化范围相对集中，为+0.26‰～+2.41‰，与之对应的，深色闪锌矿的δ³⁴S值也集中在+1‰～+2‰之间，这表明这部分闪锌矿与方铅矿是在硫同位素组成均一的流体条件下沉淀的，且未经历明显的分馏过程。这一点与三种矿物在矿床中的整体分布也保持一致：黄铁矿在各成矿阶段均广泛存在，闪锌矿次之，而方铅矿的分布则相对集中。

图4  花敖包特矿床金属硫化物δ34S值频数分布直方图

Fig.4  Frequency distribution histogram of δ34 S values of metal sulfides from the Hua'aobaote Deposit

对于来自钻孔ZK29的黄铁矿样品，其δ34S值随钻孔深度的变化如图5。其中围岩中黄铁矿的δ³⁴S值介于+0.95‰～+4.04‰，均值为+2.61‰。与成矿有关的黄铁矿δ³⁴S值介于+2.50‰～+5.73‰，均值为+4.33‰，整体更高。另一方面，随着样品在钻孔中的位置由深至浅，黄铁矿的δ³⁴S值分布变得更加分散，这说明在主要的成矿阶段随着围岩、热液等多种不同来源的物质参与混合，以及可能的沸腾作用等，成矿流体中硫的物质组成由单一变得更加复杂。

图5  花敖包特矿床钻孔ZK29黄铁矿δ³⁴S值分布图（左图：钻孔岩性分布；右图：数据点对应黄铁矿样品显微特征）

Fig.5  Distribution map of δ³⁴ S values in pyrite from drill hole ZK29 in the Hua'aobaote Deposit（Left：Lithologic Distribution of the Drill Hole；Right：Microscopic Characteristics of Pyrite Samples Corresponding to Data Points）

4.2 黄铁矿微量元素特征

量级上下，部分微量元素的含量可达到较高水平，例如Ni、Cu、Zn、Mn、As、Pb等。其中成矿早期的黄铁矿（Py1）亏损As、Pb和Au；主成矿期的黄铁矿（Py2）富集As、Sb和Ag，这和主成矿期的多金属矿化过程是吻合的；成矿晚期的黄铁矿（Py3）Sb和Ag相较Py2亏损，而Au则呈现出富集的趋势，这可能暗示了晚期的成矿流体在各成矿物质减少的同时存在金的富集作用（图6）。

图6  花敖包特矿床黄铁矿样品微量元素分布图

Fig.6  Distribution of trace elements in pyrite samples from the Hua'aobaote Deposit

5.1 成矿物质来源

在硫化物金属矿床中，硫的富集和沉淀过程起着重要作用，硫同位素可以提供矿化物质来源的重要信息。Ohmoto的理论计算表明[31-32]，在硫酸盐不存在的低氧逸度体系下，黄铁矿-闪锌矿-方铅矿-黄铜矿的矿物组合的δ³⁴S值可以大致反映热液的总体硫同位素组成[33]。在花敖包特矿床中没有发现硫酸盐类矿物的存在，而黄铁矿-闪锌矿-方铅矿-黄铜矿矿物组合则普遍存在于主要的成矿阶段，且δ³⁴S值也接近。花敖包特矿床的各类金属硫化物硫同位素组成基本可以代表成矿热液的总体硫同位素组成。

花敖包特矿床中硫化物硫同位素组成变化范围相对集中，符合与岩浆活动相关的δ³⁴S值范围（-5‰～+5‰），集中分布与岩浆硫的δ³⁴S值范围（0～+3‰）吻合。与周边矿床相比，例如双尖子山、边家大院、维拉斯托、白音诺尔、哈什图、浩布高、黄岗梁，它们的δ³⁴S值范围在δ³⁴S值在-4‰～+4‰[24]。这预示着大兴安岭南段的系列矿床可能都具有类似的成矿物质来源。

黄铁矿的硫同位素组成从Py1到Py3具有一定上升的趋势（图7），其中Py3的δ³⁴S值为+4.58‰～+5.83‰，均值为5.34‰，相较Py1和Py2显著升高，这可能是由于成矿后期不同来源的流体混合的结果，例如可能存在的大气降水混合。与Py1和Py3相比，Py2具有最大的波动范围，这与在ZK29中观察到的现象一致，这可能是由于主成矿期物理化学条件变化剧烈导致。与围岩中的黄铁矿相比，矿体中的黄铁矿δ³⁴S值明显更为分散，这表明围岩不是成矿物质的来源，或不是成矿物质的唯一来源[34]。

图7  花敖包特矿床不同期次黄铁矿δ³⁴S值分布图（a）及其与围岩中黄铁矿的对照（（b）—（d）：Py1、Py2、Py3代表性黄铁矿样品的镜下图片；围岩中黄铁矿δ34S值来自钻孔ZK29，中位数由包括钻孔ZK29在内的所有黄铁矿数据计算得到）

Fig.7  Distribution map of δ³⁴ S values in pyrite from different mineralization stages in the Hua'aobaote Deposit（a）and distribution of δ34 S values（（b）-（d））microscopic images of representative Py1，Py2，and Py3 samples；δ34 S values of pyrite in surrounding rocks are from drill hole ZK29，and the median is calculated from all pyrite data including that from drill hole ZK29）

Seal曾经统计过不同硫化物矿物和储库的硫同位素分布范围[27]，与常见的硫同位素储库相比，花敖包特矿床主成矿期的硫同位素特征与MORB最为接近（0～3‰之间，图8），表明其主体具有幔源硫的特征，主要来源于地幔岩浆分异，说明花敖包特矿床的成矿作用于岩浆热液活动密切相关。同时其分布范围狭窄，暗示其成矿作用发生于相对封闭的岩浆-热液系统，硫化物沉淀时硫同位素的分流程度较低。在Py3阶段，硫同位素值发生显著升高（4.5‰～5.8‰），略微超出典型幔源硫的范围，这可能反映了晚期壳源物质的加入，例如矿物赋矿围岩的影响，此外成矿流体中混入大气降水也可能引发氧化反应，导致参与流体富集³⁴S，使得晚期沉淀的硫化物硫同位素值升高。与邻区典型的幔源硫矿床相比，花敖包特矿床的主成矿期具有相似的硫同位素范围，这一点支持区域深部岩浆活动的统一硫源背景。

图8  花敖包特矿床硫化物硫同位素组成分布图（底图据文献[27]）

Fig.8  Distribution of sulfur isotope compositions in sulfide minerals from the Hua'aobaote Deposit（base map from ref.[27]）

5.2 成矿作用过程

在热液体系中，硫化物硫同位素受多种因素调控，包括体系总硫同位素（δ³⁴ S∑）、氧逸度（f_o2）、pH值、离子强度和温度等[31]，因此硫化物硫同位素特征不仅反映源区物质的δ³⁴S本底值，还受成矿流体物理化学性质的显著影响。值得注意的是，热液系统中矿物间及矿物与流体间的同位素平衡状态，是同位素示踪应用的前提条件。在低温环境中，成矿流体沉淀的矿物之间达到平衡是一个漫长的过程，除了需要满足δ³⁴S值黄铁矿＞闪锌矿＞黄铜矿＞方铅矿的近平衡关系外，δ³⁴S值的分布范围也是一个重要的判断因素。基于此，本文选取Py1至Py2阶段硫同位素值进行分析，而Py3阶段和ZK29中的样品由于硫同位素分布范围太大不纳入考虑。

当热液体系以低氧逸度的H2S为主时，在平衡状态下存在δ³⁴S_∑≈δ³⁴S_H2S≈δ³⁴ S_fluid≈δ³⁴S_melt（分别代表总体硫、H2 S、流体、熔体）的近似平衡关系[32]。花敖包特矿床主成矿期发育的白（绢）云母作为中低温热液矿床的特征脉石矿物，指示成矿流体的pH值限定于3.5～6.5的范围[36-38]。结合镜下观察、硫同位素组成特征和δ³⁴S-pH-f_O2计算结果，参照不同的氧化程度对应的矿物组合特征[39-41]，可以确定该矿床的金属矿物形成于相对还原环境，处于近似同位素平衡状态，pH值为中性至弱酸性，体系中的硫以H₂S为主。

黄铁矿中微量元素的赋存形式主要有固溶体、纳米级矿物包体和独立矿物包体[42-43]，不同元素的赋存形式存在差异。与硫同位素类似，黄铁矿中微量元素含量受多种因素影响，包括成矿环境中微量元素的丰度和性质，成矿作用过程的影响（如沸腾作用、流体混合作用等），黄铁矿自身的物理化学性质，以及温度、pH、氧逸度等环境参数。成矿流体中的金属元素常与Cl^-和HS^-形成络合物而稳定存在，这些络合物的稳定性直接控制硫化物矿物的沉淀过程。通常导致金属元素沉淀的机制包括：（1）温度降低；（2）压力骤减；（3）相分离（如流体沸腾）；（4）流体稀释与混合；（5）水岩反应引发的pH和Eh变化等[44]。

在黄铁矿中，Co和Ni的丰度与温度呈正相关关系，而As的丰度则与形成温度呈负相关关系[45-47]。图6显示，在Py1阶段，高温元素组合（Co、Ni）富集，而随着成矿阶段的演进显著降低，指示此时的成矿作用以高温岩浆热液为主导；Py2阶段，中温金属元素组合（Zn+Pb、Ag）出现显著富集，这些元素在中温（200～300 ℃）环境中与硫化物的络合能力增强，可能暗示流体混合（如大气水混入）或沸腾作用导致的硫化物饱和度增加；Py3阶段的各主要金属元素均表现出降低，而As的浓度则表现出显著升高。总体来看，温度降低是花敖包特矿床成矿物质沉淀的一个重要因素。

将对沸腾敏感性低的As和Sb元素作为横坐标，纵坐标则使用对沸腾敏感的元素，如Cu、Tl、Ag等[48]（图9）。对比各阶段的特征可以发现，Cu和Tl/Cu的值没有明显的变化趋势，但在Py1和Py2阶段显示较大的波动。此外还可以用Ag/Co比值在热液系统中鉴别是否沸腾[42]，Py1到Py2阶段的Ag/Co比值轻微显示升高，Py2到Py3阶段的Ag/Co比值有下降趋势。由于沸腾作用通常会显著引发金属矿物的沉淀，因此这些沸腾敏感的而金属含量或比值在沸腾带与非沸腾带之间也许并不存在渐变式的过渡，具体判断是否存在沸腾作用还需要结合矿物结构的特征，在主成矿期和成矿后期的样品中分别可以观察到梳状石英（图3（d））和多孔状的硅帽（图3（c）），这表明期间发生过沸腾作用[49]。

图9  不同阶段黄铁矿的微量元素图解

Fig.9  Trace element diagrams of pyrite in different mineralization stages

前人对花敖包特矿床的H-O同位素结果显示[12，16]，花敖包特矿床成矿流体具有岩浆水和大气水混合的特征，因此流体混合作用也是该矿床的主要沉淀机制之一。和大兴安岭南段已有的侏罗纪矿床相比，花敖包特矿床成矿流体具有大气水比例更高的特征[22]，该特征与黄铁矿的硫同位素及微量元素含量变化也基本吻合。

5.3 矿床类型

花敖包特矿床的类型目前还存在争议，主要有两种观点，一种认为是海底热液喷流-沉积型矿床[43]。另外一种观点认为花敖包特矿床更类似岩浆热液型矿床[12，50]。前人总结了四类热液矿床的硫同位素组成特征[32]，其中斑岩型矿床的硫化物δ³⁴S值多接近0‰，硫酸盐的δ³⁴S值相比其稍高10‰，海底火山型矿床的硫化物δ³⁴S值比斑岩型矿床硫化物稍高，硫酸盐更是高20‰，MVT型矿床的硫化物δ³⁴S值更高，可达20‰，第四类为浅成低温热液矿床类型，具有如下特点：（1）成矿温度在350℃～140℃之间；（2）成矿作用和钙碱性侵入岩有关；（3）矿床缺乏硫酸盐矿物；（4）硫化物δ³⁴S值分布范围窄且多反映岩浆来源的特点；（5）δ³⁴S-pH-f_O2计算结果以H₂S为主。虽然花敖包特矿床硫化物的硫同位素组成特征与斑岩型矿床类似，但其特征蚀变、特征矿物组合、成矿流体来源和成矿温度等均不符合斑岩型矿床的特征：花敖包特不具备斑岩型矿床特征的蚀变分带结构[51-52]，而是多以黏土化、绿泥石化、碳酸盐化蚀变为主（图3（a）（b）），且晚期发育有水热系统的特征硅帽（图3（c））；矿床主成矿期矿物中普遍发育的环带结构（图3（f）（g））反映了活跃的热液活动，特征矿物组合闪锌矿-方铅矿-黄铜矿-银黝铜矿与斑岩型矿床也不一致；流体包裹体的δ³⁴O与δ³⁴D分别约处于-12‰～-6‰、-168‰～-70‰[12，16]，远离典型的原始岩浆热液区间（δ³⁴O约+5‰～+10‰，δ³⁴D约-90‰～-40‰）[53]，说明花敖包特矿床的成矿流体在演化过程中受到了相当量的大气混入；流体包裹体测温反映矿床的成矿温度在300～500℃之间，也低于典型斑岩型矿床或岩浆热液型矿床的范围。海水中的Mo浓度比典型热液流体高2～100倍，因此黄铁矿中的高Mo浓度（＞100×10^-6）可以作为海底热液的特征[54-55]，而花敖包特矿床中成矿相关的黄铁矿中Mo含量普遍小于1×10^-6，并不支持海底热液的观点。综合以上证据，花敖包特应属于浅成低温热液矿床。

基于花敖包特矿床中黄铁矿硫同位素和微量元素特征的研究，本文获得如下主要结论：

（1）花敖包特矿床中的硫主要为岩浆来源，成矿流体为中酸性还原流体。

（2）花敖包特矿床的主要成矿机制包括降温、流体沸腾和流体混合作用，其中降温过程在整个成矿作用中一直持续，沸腾作用主要发生于早期成矿阶段，而在中晚期成矿过程中则以流体混合为主。

（3）花敖包特为浅成低温热液矿床。

审稿人及期刊编辑提出了宝贵的修改意见，显著提高了本文质量，特此致谢！

基金项目：国家自然科学基金项目（42192500、42192503）。

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