The Formation Process and Metallogenic Implications of Carbonate Minerals in the Axi Low-Sulfidation Epithermal Gold Deposit in the Western Tianshan, Xinjiang
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摘要:
新疆西天山阿希金矿床是赋存于陆相火山岩中的低硫型浅成低温热液金矿床。该矿床成矿过程分为石英-绢云母-黄铁矿（I）、石英-黄铁矿（II）、石英-多金属硫化物-碳酸盐（III）、碳酸盐-石英（IV）和碳酸盐（V）5个阶段。碳酸盐矿物是金矿石中除石英外最主要的非金属矿物，其组构与成分特征记录了成矿物质来源及成矿流体演化信息。本文对阶段II皮壳状石英中自形粗粒白云石（Dol-I）、阶段III叶片状白云石（Dol-II）、阶段IV脉状白云石（Dol-III）和阶段V脉状方解石（Cal-IV）开展了岩相学观察、阴极发光拍摄、电子探针和C-O同位素分析。结果显示：Dol-I由白云石（Dol-Ia）和铁白云石（Dol-Ib）组成，二者的FeO含量（0.31wt%~0.68wt%、14.17wt%~14.66wt%）差异显著；Dol-II和Dol-III的FeO含量（0.63wt%~1.48wt%、1.57wt%~3.89wt%）相似，均属含铁白云石。Dol-III和Cal-IV的δ13CV-PDB均值分别为3.05‰、2.48‰，与海相碳酸盐的碳同位素组成相似，表明流体中碳可能源自矿区基底灰岩；二者的δ18OSMOW均值为15.72‰和15.68‰，呈负向飘移，可能是循环大气降水萃取赋矿大哈拉军山组火山岩所致。阶段II皮壳状矿石从脉壁向中心分别形成平行的含载金硫化物的石英微条带、梳状石英、胶状结构“球状”石英和Dol-I，表明它是成矿流体经历多次流体沸腾作用后，酸性气体逸失和硫化物大量沉淀的碱性条件下的产物。阶段III中Dol-II呈叶片状发育在烟灰色隐晶质石英中，表明它是流体初始沸腾过程中从非平衡过饱和热液体系中直接析出的产物。阶段IV中Dol-III呈自形粗粒的白云石脉穿切早期矿脉，它是在浅地表成矿环境稳定的条件下缓慢结晶形成的。阶段V中Cal-IV呈自形粗粒分布于成矿系统边缘，在温压降低的条件下，由热液中CO2、H2S逸失以及HCO3-解离产生的CO32-与Ca2+结合所形成。综合碳酸盐矿物组构学、主量元素和同位素地球化学特征，本文认为流体沸腾是阿希金矿床阶段II、阶段III矿质富集沉淀的关键机制。
Abstract:The Axi gold deposit in the western Tianshan of Xinjiang is a low-sulfidation epithermal gold deposit hosted in continental volcanic rocks. The ore-forming process of this deposit can be divided into five stages: quartz-sericite-pyrite (I), quartz-pyrite (II), quartz-polymetallic sulfide-carbonate (III), carbonate-quartz (IV), and carbonate (V). Carbonate minerals, apart from quartz, are the most important non-metallic minerals in gold ores. Their textural and compositional characteristics record information about the source of ore-forming materials and the evolution of ore-forming fluids. In this paper, petrographic observations, cathodoluminescence photography, electron probe analysis, and C-O isotope analysis were carried out on the euhedral coarse-grained dolomite (Dol-I) in the stage II crustiform quartz, the bladed dolomite (Dol-II) in stage III, the vein dolomite (Dol-III) in stage IV, and the vein calcite (Cal-IV) in stage V. The results show that Dol-I is composed of dolomite (Dol-Ia) and ankerite (Dol-Ib), with significant differences in FeO content (0.31wt%~0.68wt% and 14.17wt%~14.66wt%). The FeO contents of Dol-II and Dol-III (0.63wt%~1.48wt% and 1.57wt%~3.89wt%) are similar, and both belong to iron-bearing dolomite. The average δ13CV-PDB values of Dol-III and Cal-IV are 3.05‰ and 2.48‰ respectively, which are similar to the carbon isotope composition of marine carbonates, indicating that the carbon in the fluid may be derived from the limestone in the basement of the mining area. The average δ18OSMOW values of the two are 15.72‰ and 15.68‰, showing a negative shift, which may be due to the extraction of the volcanic rocks of the Dahalajunshan Formation hosting the ore by circulating meteoric water. In stage II, the crustiform ore formed parallel quartz micro-bands containing gold-bearing sulfides, comb quartz, colloform “spherical” quartz, and Dol-I from the vein wall to the center, indicating that it is a product of alkaline conditions after the ore-forming fluid experienced multiple episodes of fluid boiling, loss of acidic gases, and massive sulfide precipitation. In stage III, Dol-II developed as bladed crystals in smoky gray cryptocrystalline quartz, indicating that it is a product of direct precipitation from a non-equilibrium supersaturated hydrothermal system during the initial boiling of the fluid. In stage IV, Dol-III occurs as euhedral coarse-grained dolomite veins cutting through early-stage veins, formed by slow crystallization under stable shallow-surface mineralization conditions. In stage V, Cal-IV occurs as euhedral coarse-grained crystals distributed at the edges of the mineralization system, formed by the combination of CO32- and Ca2+ generated by the dissociation of HCO3- due to the loss of CO2 and H2S from the hydrothermal fluid under decreasing temperature and pressure conditions. Based on the comprehensive analysis of the textures, major elements, and isotopic geochemistry of carbonate minerals, this study concludes that fluid boiling is a key mechanism for the enrichment and precipitation of ore-forming materials in stages II and III of the Axi gold deposit.
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碳酸盐矿物作为重要的脉石矿物，广泛存在于各类热液矿床中，并在成矿过程中扮演着关键角色（Gorczyk et al.，2020；Qiu et al.，2023）。在沉积喷流型（SEDEX）和密西西比河谷型（MVT）铅锌矿床中，碳酸盐矿物的溶解和再结晶过程可为成矿提供钙、镁等元素并促进硫化物形成，成矿后碳酸盐充填胶结成矿空间，有利于矿石保存（梁峰等，2016；谭茂等，2022；Zhang et al.，2024）；卡林型金矿中碳酸盐矿物具有较高的化学反应活性，通过水岩反应使矿质元素高效沉淀为矿床提供成矿元素和成矿空间（丁坤等，2020；Xie et al.，2022）；造山型金矿内碳酸盐矿物能够调节流体的酸碱度、氧化还原电位和温度等物理化学性质促使矿质富集沉淀（张涛等，2023；Wang et al.，2024）；浅成低温热液金矿床中叶片状/格子状碳酸盐矿物指示流体沸腾过程中流体的pH值上升，造成金的硫氢络合物分解和沉淀（彭义伟等，2020）。目前对碳酸盐矿物的研究主要聚焦于流体包裹体、主微量元素、稳定同位素（C、O、Sr、Pb）分析和U-Pb测年，为研究成矿系统热液的演化过程和厘定矿床的成矿时代提供了重要信息（Carrillo-Rosúa et al.，2021；Mottram et al.，2024；王天齐等，2024）。
阿希金矿床是新疆西天山吐拉苏盆地中典型的低硫型浅成低温热液金矿床（贾斌和毋瑞身，1999；翟伟等，2006；Li et al.，2023）。矿石中石英的δ18OH2O范围是2.6‰～8.1‰，指示成矿流体可能来源于岩浆热液（Dong et al.，2018）。石英单矿物H-O同位素值较低（δDH2O=-98‰～-116‰，δ18OH2O=-0.55‰～1.65‰），表明成矿流体可能来源于循环大气降水（翟伟等，2007），流体包裹体具有低温、低盐度的特征（An and Zhu，2018），综合说明成矿物质主要来自赋矿大哈拉君山组火山岩和基底岩石（翟伟等，2007）。矿脉中出现了叶片状碳酸盐/石英，矿物中发育液相、富液相和富气相气液两相包裹体，表明矿床发生流体沸腾作用（Liu et al.，2018；Peng et al.，2018；An and Zhu，2018）。然而，被认为是流体沸腾产物的富气相包裹体在阿希金矿床较为少见，因此流体沸腾对金富集沉淀机制的作用，值得进一步深入研究。前人重点对阿希金矿床中载金硫化物开展了主微量元素和S-Pb同位素等研究，探讨了成矿物质来源、成矿流体演化和金富集沉淀机制等（毛先成等，2018；Zhang et al.，2018；Li et al.，2024）。作为矿石中重要的贯通性热液矿物，阿希金矿床中碳酸盐矿物和石英均记录了重要的成矿信息。矿石中石英组构类型丰富，基本涵盖了低硫型矿床中所有原生（块状玉髓、胶状、皮壳状、梳状等）、重结晶（马赛克、羽毛状等）和交代组构（格子状、叶片状等）（Peng et al.，2018；Liu et al.，2018；彭义伟等，2020）。碳酸盐矿物同样结构多样，包括皮壳状、叶片状、梳状和脉状（彭义伟等，2020）。因此，碳酸盐矿物和石英在不同阶段的矿石中所呈现的组构特征及矿化类型具有显著时空演化规律，是解译低硫型矿床成矿物质来源和沉淀机制的理想研究对象。
本文在野外地质调查和岩矿相鉴定的基础上，聚焦矿床中不同成矿阶段的碳酸盐矿物、石英等贯通性热液矿物，厘清矿物生成顺序，划分成矿阶段，并开展组构学、电子探针和C-O同位素分析，旨在精细刻画碳酸盐矿物的组构成因和形成过程，揭示成矿物质来源及成矿流体演化过程，讨论碳酸盐矿物对矿质富集沉淀的启示，以丰富和完善低硫型矿床成矿理论，为相关矿床和区域找矿提供理论支撑。
1. 区域地质背景
吐拉苏盆地位于新疆西天山造山带北缘，形成于北天山洋南向俯冲至伊犁地块之下的大陆弧背景中（图1a）（董连慧和田昌烈，2001；朱志新等，2011；顾雪祥等，2016）。区域地层由前寒武系、奥陶系-泥盆系的岩石基底和下石炭统大哈拉军山组火山岩、阿恰勒河组碎屑岩的盖层组成（高俊等，2009；Peng et al.，2022）。基底由变质程度不同的两个构造层组成，下部为前震旦系浅变质岩，由中元古界蓟县系库木契克群（Jxk）灰岩、钙质砂岩和新元古界青白口系开尔塔斯组（Qnk）泥质岩、白云岩及大理岩组成；上部为加里东期未变质沉积岩，包括中奥陶统奈楞格勒达坂组（O2nl）凝灰质钙质粉砂岩、上奥陶统呼独克达坂组（O3h）灰岩夹细碎屑岩、下志留统尼勒克河组（S1n）碳酸盐岩夹碎屑岩、上泥盆统吐乎拉苏组（D3t）石英砂岩和砂砾岩（图1b）。盖层主要为下石炭统大哈拉军山组（C1d）陆相钙碱性-中酸性火山岩、火山碎屑岩和不整合覆盖于其上的阿恰勒河组（C1a）砾岩、砂岩、泥岩、生物灰岩等（图1b）。大哈拉军山组自下而上主要由砾岩段、酸性凝灰岩段、下安山岩段、火山碎屑岩段和上安山岩段5个岩性段组成（Tang et al.，2013；顾雪祥等，2014；彭义伟等，2016）。
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Figure 1. Regional geological map (a); stratigraphic columnar section of the Tulasu Basin (b)区域断裂构造在整体上呈北西西、北西走向的分布态势，南北分别以伊犁盆地北缘断裂和科古琴山南坡断裂为界限。区域岩浆活动强烈，泥盆纪-石炭纪中酸性侵入岩和火山岩均广泛出露。盆地北部克峡希一带出露的花岗岩由辉石闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩和闪长斑长岩组成，侵入时代为357～348 Ma（Xue et al.，2013）。塔吾尔别克金矿区出露有面积不到1 km2的花岗斑岩体，侵入时代为355～349 Ma（Tang et al.，2013；Zhao et al.，2014）。大哈拉军山组火山岩喷发于417～347 Ma的泥盆纪至早石炭世（Tang et al.，2013；Zhao et al.，2014；彭义伟等，2016），其中发育一系列浅成低温热液金矿床，如阿希、京希-伊尔曼德和塔吾尔别克金矿等（图1a）（Chen et al.，2012；顾雪祥等，2016；Wang et al.，2018）。
2. 矿床地质特征
阿希金矿床位于吐拉苏盆地中部，代表了新疆西天山规模最大、品位最富的低硫型浅成低温热液金矿床。矿区地层主要是大哈拉军山组第五岩性段（C1d5）和阿恰勒河组（C1a）（图2a）。受古火山机构影响，矿区断裂构造主要发育了一系列环形和放射状断裂，控制着矿体的分布（鲍景新等，2002；沙德铭等，2003；翟伟等，2010）。其中规模最大的是I号矿体，具有多期次活动特点，矿体总长大于
1000 m，厚约11～15 m，延伸300～450 m，呈似板状，局部直立或倒转，上陡下缓，向深部变薄乃至分叉尖灭。I号矿体平均品位5.57 g/t，其资源量占矿床总资源量的90%以上（沙德铭等，2005；Chen et al.，2012）。矿床蚀变具有明显带状分布，从中心的石英矿脉向外依次为硅化、黄铁绢英岩化和青磐岩化（图2b）（Liu et al.，2018，2020；Zhang et al.，2018）。![]()
Figure 2. Simplified geological map (a); cross-section of the A-A' prospection line of the Axi deposit (b)阿希金矿床的矿石按照氧化程度划分为氧化型与原生型两类。氧化型矿石是表生期原生矿石在历经不同程度的氧化淋滤作用后所形成的。原生矿石可分为3种类型：（1）石英脉型矿石（图3c-g），主要由烟灰色石英、玉髓和载金硫化物组成；（2）蚀变岩型矿石（图3b），由近矿围岩经强烈硅化、绢云母化以及粘土化蚀变交代形成，常被烟灰色石英脉穿插；（3）角砾岩型矿石（图3a），由石英脉型矿石与蚀变岩型矿石经过构造活动破碎后形成的，常被晚期脉石矿物胶结。矿石的典型结构包括胶状、玉髓状、叶片状和“球状”结构等（图4a-i）。矿石的典型构造主要有脉状、浸染状、角砾状、皮壳状和梳状构造等（图3a-i）。其中，皮壳状矿石、叶片状/格子状白云石以及多期角砾状矿石是低硫型浅成低温热液金矿床特有的矿石组构。矿石中金属矿物主要有黄铁矿、毒砂、白铁矿、闪锌矿和黄铜矿等（图4k-m）；非金属矿物主要为石英、玉髓、白云石、方解石、绢云母、绿泥石等（图4a-j）。自然金或银金矿主要产于黄铁矿粒间及裂隙中（图4l），少量产于黄铁矿与毒砂粒间（魏佳林等，2014；徐伯骏等，2014；毛先成等，2018）。
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图 3 阿希金矿床不同类型矿石样品照片a. 角砾岩型矿石，乳白色石英常破碎成角砾被烟灰色石英胶结，两者同时被Dol-III胶结；b. 石英岩型矿石，烟灰色石英中发育的浸染状细粒黄铁矿；c. 皮壳状矿石，皮壳状石英沿围岩角砾顺层生长，Dol-I在皮壳状石英脉中心晶洞处生长；d. 皮壳状矿石，含有Dol-II的烟灰色石英脉明显穿切皮壳状石英；e. 皮壳状矿石，皮壳状矿石被Dol-III明显穿切；f. 皮壳状石英呈角砾状被烟灰色石英脉穿插，二者同时被晚期灰白色石英脉和Dol-III穿切；g. 石英岩型矿石，含Dol-II的石英角砾被Dol-III穿插，两者同时被烟灰色石英穿切；h. 鸡冠状矿石，脉状白云石环绕石英角砾生长；i. Dol-III穿插早期石英角砾，两者同时被Cal-IV穿切Figure 3. Photographs of different types of ore samples from the Axi deposit![]()
图 4 阿希金矿床碳酸盐矿物的物质组成和显微组构a. 皮壳状石英中心晶洞处发育的梳状石英、胶状结构的“球状”石英和Dol-I（阴极发光）；b. 皮壳状石英脉中顺层生长的烟灰色他形细粒石英、乳白色胶状石英和无色透明自形粗粒石英（阴极发光）；c. 皮壳状石英被含Dol-II的烟灰色石英脉穿切（单偏光）；d. Dol-II和他形细粒石英（阴极发光）；e. Dol-II被胶状石英交代，两者同时被Dol-III穿插（单偏光）；f. Dol-III和其中间位置发育的石英（阴极发光）；g. Dol-III穿切他形细粒石英中，中间发育更晚期的粗粒石英（单偏光）；h. 含硫化物细脉的白云石胶结物（单偏光）；i. Cal-IV穿切脉状白云石（阴极发光）；j. Dol-I中的铁白云石和白云石（背散射图像）；k. 针状/放射状硫化物集合体分布在皮壳状石英中（反射光）；l. 硫化物集合体粒间的自然金（反射光）；m. 烟灰色石英中的粗粒柱状黄铁矿，毒砂环绕黄铁矿生长或呈浸染状分布（反射光）；Dol. 白云石；Cal. 方解石；Q. 石英；Py. 黄铁矿；Apy. 毒砂；Au. 自然金Figure 4. Material composition and microtexture of carbonate minerals in the Axi deposit根据矿物组构、矿物共生组合以及脉体间的相互穿插、交代关系，阿希金矿床的热液成矿过程可划分为5个成矿阶段：石英-绢云母-黄铁矿阶段（I）、石英-黄铁矿阶段（II）、石英-多金属硫化物-碳酸盐阶段（III）、碳酸盐-石英阶段（IV）和碳酸盐阶段（V）（图5）。
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图 5 阿希金矿床成矿阶段及矿物生成顺序Figure 5. Metallogenic stages and mineral formation sequence of the Axi deposit石英-绢云母-黄铁矿阶段（I）：其典型特征是围岩中广泛发育石英-绢云母±黄铁矿细脉，与金矿化无关。该阶段安山岩中的角闪石和斜长石斑晶常被交代，形成石英和少量细粒黄铁矿（图3a、b）。此阶段形成的乳白色石英常破碎成角砾被后期烟灰色石英胶结（图3a），两者可同时呈角砾状被晚期碳酸盐±石英脉穿插（图3f-h）。
石英-黄铁矿阶段（II）：该阶段是角砾化作用和断裂活动的主要阶段，以发育大量皮壳状石英为特征（图3c-e、图4b、c），金矿化较好。其中黄铁矿和毒砂等硫化物形成针状/放射状硫化物集合体，主要分布在皮壳状石英中的他形细粒石英微条带中（图4k、l）。该阶段在皮壳状石英中心晶洞发育呈自形粗粒结构的白云石（Dol-I）（图3c、图4a）。
石英-多金属硫化物-碳酸盐阶段（III）：该阶段是角砾化作用和断裂活动的次要阶段，以发育烟灰色石英-多金属硫化物±碳酸盐为典型特征，为金的主要成矿阶段。烟灰色隐晶质石英脉常穿切皮壳状石英（图3d、图4c），其中发育了叶片状白云石（Dol-II）（图3d、图4c-e）和粗粒柱状黄铁矿，毒砂环绕黄铁矿生长或呈浸染状分布于石英中（图4m）。
碳酸盐-石英阶段（IV）：主要发育贫矿的碳酸盐矿物±石英脉，以形成大量石英、碳酸盐矿物和少量载金硫化物为特征。该阶段形成的碳酸盐矿物、灰白色石英常胶结早期的烟灰色石英±安山岩角砾，或穿切早阶段的石英-硫化物脉（图3e-h），其中脉状白云石（Dol-III）呈梳状穿切皮壳状石英（图3e-h、图4f-h）。
碳酸盐阶段（V）：其典型特征是发育无矿化的自形粗粒方解石（Cal-IV），常以细脉状穿切早阶段蚀变围岩±碳酸盐±石英±多金属硫化物脉，或以充填形式出现在早期矿物留存的空腔位置（图3i、图4i）。
3. 样品采集及分析方法
3.1 样品采集
样品主要采自阿希金矿床的露天采坑和平硐。本文选取4种典型的碳酸盐矿物，用于岩矿鉴定、电子探针和C-O同位素分析。它们分别是石英-黄铁矿阶段（II）的皮壳状石英中自形粗粒白云石（Dol-I）、石英-多金属硫化物-碳酸盐阶段（III）的叶片状白云石（Dol-II）、碳酸盐-石英阶段（IV）的脉状白云石（Dol-III）、碳酸盐阶段（V）的脉状方解石（Cal-IV）。
3.2 测试方法
光学显微阴极发光在成都理工大学地球与行星科学学院阴极发光实验室使用LEICA DM 2700P和阴极发光CITL8200 MK-5CL显微镜进行的。在10 kV和250 μA的工作条件下观测，使用徕卡相机系统在1～6 s的曝光时间下采集CL图像。所观测的矿物主要为白云石、方解石和石英。
电子探针成分分析和背散射图像是在西南石油大学地球科学与技术学院电子探针实验室中进行并完成的，所采用的实验仪器为JEOL-JXA-
8230 。具体工作条件如下：加速电压为15 kV，加速电流为10 nA，束斑直径则为10 μm。所有测试数据均进行了ZAF校正处理。所分析的矿物为白云石、方解石，分析元素包括Na、Mg、Mn、Ca、Fe、Sr、K、P、Si、Al和Ba。碳氧同位素分析在北京科荟测试技术有限公司完成，测试仪器为253 plus、Gas Bench，色谱柱（熔硅毛细管柱：规格为Poraplot Q，25 m*0.32 mm）温度为70 ℃。首先把白云石和方解石的样品进行破碎处理，过筛分选，在双目镜下挑选出60目的单矿物。其次使用玛瑙研钵把单矿物研磨至200目，称取约100 μg的绝对量，将其放入到12 ml的反应瓶中。随后用高纯氦气（氦气纯度为99.999%，流速是100 ml/min）对反应瓶进行600 s的排空处理，排空完成后，添加5滴100%的无水磷酸，再将其放置在72 ℃的加热盘上，促使样品与磷酸发生反应并达到平衡状态。最终样品与磷酸反应且平衡后产生的CO2气体，会通过70 ℃的熔硅毛细管柱，和其他杂质气体分离，进入稳定气体同位素质谱仪来进行测定。δ13C以PDB为标准，δ18O分别以PDB和SMOW为标准，测试精度均高于0.1‰。
4. 分析结果
4.1 碳酸盐矿物主量元素地球化学特征
不同阶段碳酸盐矿物电子探针分析结果见表1和图6：Dol-I的FeO含量变化范围较大，可进一步划分为白云石（Dol-Ia）和铁白云石（Dol-Ib）。Dol-Ia的FeO含量较低，为0.31wt%～0.68wt%，Dol-Ib较高，为14.17wt%～14.66wt%；MgO含量分别为20.08wt%～21.16wt%、9.04wt%～9.78wt%；MnO含量分别为0.00wt%～0.08wt%、1.94wt%～2.78wt%；CaO含量分别为29.52wt%～31.03wt%、28.31wt%～28.96wt%。Dol-II的FeO含量为0.63wt%～1.48wt%；MgO含量为19.71wt%～20.69wt%；MnO含量为0.24wt%～0.87wt%；CaO含量为29.09wt%～30.58wt%。Dol-III的FeO含量为1.57wt%～3.89wt%；MgO含量为18.12wt%～19.63wt%；MnO含量为0.26wt%～1.11wt%；CaO含量为29.31wt%～30.95wt%。Cal-IV的FeO含量为0.61wt%～1.34wt%；MgO含量为0.14wt%～0.35wt%；MnO含量为0.22wt%～1.21wt%；CaO含量为52.04wt%～53.87wt%。
表 1 阿希金矿床碳酸盐矿物电子探针分析结果（wt%）Table 1. The Electron Probe Micro-Analysis （EPMA） results of carbonate minerals from the Axi gold deposit （wt%）样号 样品类型 Na2O MgO MnO CaO FeO SrO K2O P2O5 SiO2 Al2O3 BaO CO2 Total 17AX-28-2B-1 Dol-Ia 0.03 20.68 0.03 31.03 0.68 0.06 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 47.43 99.98 17AX-28-2B-2 0.00 20.08 0.00 29.71 0.45 0.01 0.00 0.02 0.00 0.03 0.00 48.01 98.31 17AX-28-2B-3 0.00 20.57 0.06 30.71 0.31 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 47.70 99.36 17AX-28-2B-4 0.06 21.16 0.08 29.52 0.37 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04 47.87 99.11 17AX-28-2B-5 Dol-Ib 0.00 9.78 1.98 28.88 14.58 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 44.22 99.45 17AX-28-2B-6 0.02 9.55 1.94 28.96 14.58 0.06 0.00 0.00 0.03 0.01 0.04 44.20 99.39 17AX-28-2B-7 0.03 9.76 2.51 28.31 14.17 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 44.31 99.11 17AX-28-2B-8 0.04 9.04 2.78 28.61 14.66 0.00 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00 44.08 99.24 14AX-13T-1-1 Dol-II 0.00 20.03 0.42 29.47 1.29 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.03 47.64 98.92 14AX-13T-1-2 0.00 19.71 0.44 30.58 1.25 0.02 0.04 0.00 0.06 0.03 0.00 47.39 99.51 14AX-13T-1-3 0.02 20.69 0.24 29.85 0.63 0.03 0.00 0.00 0.05 0.03 0.00 47.73 99.26 14AX-13T-1-4 0.00 20.03 0.54 29.79 0.77 0.03 0.00 0.01 0.06 0.01 0.03 47.68 98.96 14AX-13T-1-5 0.00 20.04 0.58 29.15 1.42 0.00 0.01 0.02 0.05 0.02 0.00 47.64 98.92 14AX-13T-1-6 0.00 20.28 0.87 29.09 1.48 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 47.50 99.23 14AX-13T-1-7 0.00 20.24 0.43 30.27 1.30 0.03 0.02 0.05 0.02 0.02 0.00 47.39 99.75 14AX-13T-1-8 0.01 20.12 0.57 29.29 1.35 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 47.62 98.96 14AX-13T-2-1 Dol-III 0.04 19.44 0.26 30.95 1.98 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.00 47.16 99.84 14AX-13T-2-2 0.00 18.71 0.76 29.43 2.73 0.00 0.00 0.00 0.06 0.00 0.09 47.20 98.99 14AX-13T-2-3 0.00 19.04 0.47 30.72 1.61 0.00 0.02 0.03 0.02 0.00 0.00 47.33 99.23 14AX-13T-2-4 0.01 18.12 1.04 29.96 3.89 0.00 0.01 0.00 0.01 0.02 0.00 46.70 99.75 14AX-13T-2-5 0.00 18.45 1.11 29.74 3.02 0.08 0.01 0.00 0.05 0.04 0.01 46.94 99.45 14AX-13T-2-6 0.00 19.63 0.72 29.62 2.07 0.00 0.01 0.08 0.00 0.00 0.00 47.30 99.44 14AX-13T-2-7 0.01 19.31 0.80 29.45 2.36 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.07 47.24 99.23 14AX-13T-2-8 0.00 19.54 0.71 29.31 1.57 0.00 0.00 0.04 0.00 0.02 0.02 47.57 98.78 16AX-58J-1-1 Cal-IV 0.00 0.24 1.16 53.47 0.83 0.05 0.00 0.03 0.00 0.00 0.00 43.91 99.69 16AX-58J-1-2 0.01 0.31 1.21 53.47 0.91 0.00 0.01 0.03 0.02 0.00 0.04 43.87 99.87 16AX-58J-1-3 0.00 0.14 0.61 53.49 0.61 0.01 0.00 0.03 0.03 0.00 0.10 44.12 99.14 16AX-58J-1-4 0.00 0.17 0.79 53.65 0.70 0.07 0.01 0.00 0.02 0.00 0.02 44.01 99.45 16AX-58J-1-5 0.00 0.35 0.22 52.04 1.34 0.07 0.00 0.00 0.05 0.00 0.00 44.36 98.43 16AX-58J-1-6 0.00 0.25 0.24 53.17 0.99 0.05 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 44.21 98.94 16AX-58J-1-7 0.00 0.19 0.27 53.13 0.98 0.12 0.01 0.01 0.04 0.01 0.00 44.19 98.95 16AX-58J-1-8 0.03 0.21 0.44 53.87 0.89 0.10 0.00 0.05 0.00 0.02 0.00 44.00 99.60 ![]()
图 6 阿希金矿床碳酸盐矿物电子探针主量元素三元图Figure 6. Ternary diagram of major elements of carbonate minerals in the Axi deposit by electron probe4.2 碳酸盐矿物碳、氧同位素组成
阿希金矿床矿石中皮壳状石英中自形粗粒白云石（Dol-I）和叶片状白云石（Dol-II）的粒度较小，单矿物挑选过程中难以将其完全分离，样品不易制备，因此本文只测试Dol-III、Cal-IV的C-O同位素特征。
碳酸盐矿物C-O同位素地球化学分析结果见表2和图7：碳酸盐-石英阶段（IV）中Dol-III的δ13CV-PDB为2.54‰和3.56‰，均值为3.05‰；δ18OV-PDB为−15.61‰和−13.86‰，均值为−14.74‰。碳酸盐阶段（V）中Cal-IV的δ13CV-PDB为1.77‰和3.18‰，均值为2.48‰；δ18OV-PDB为−18.26‰和−11.29‰，均值为−14.78‰。根据公式δ18OV-PDB=（δ18OSMOW−30.91）/
1.0309 ，计算出Dol-III的δ18OSMOW为14.82‰和16.62‰，均值为15.72‰；Cal-IV的δ18OSMOW为12.09‰和19.27‰，均值为15.68‰。表 2 阿希、塔吾尔别克、塔北和京希-伊尔曼德矿床碳酸盐矿物的碳、氧同位素组成（‰）Table 2. The carbon and oxygen isotope compositions of carbonate minerals in the Axi, Tawuerbieke, Tabei and Jingxi-Yelmend deposits （‰）矿床 样品号 样品类型 δ13CV-PDB δ18OV-PDB δ18OSMOW 数据来源 阿希金矿 16AX-34 阶段IV脉状白云石 2.54 −15.61 14.82 本文 17AX-57 3.56 −13.86 16.62 16AX-58 阶段V脉状方解石 1.77 −18.26 12.09 本文 16AX-6 3.18 −11.29 19.27 塔吾尔别克金矿 ABYD-11 方解石 −2.90 −23.90 6.20 Peng et al.，2017 ABYD-12 方解石 −0.90 −17.10 13.30 ABYD-16 方解石 −2.80 −21.70 8.60 TWE IV-6 方解石 −0.30 −17.10 13.30 TWE I-2 方解石 −1.30 −20.10 10.10 塔北铅锌矿 TB-18 方解石 0.50 −22.50 7.80 Peng et al.，2018，2022 TB-22 方解石 1.30 −22.00 8.30 TB-35 方解石 1.50 −20.90 9.40 TB-40 方解石 1.10 −21.40 8.80 TB-50 方解石 1.00 −21.80 8.50 15TB-4 方解石 1.00 −23.70 6.50 15TB-6 方解石 1.00 −23.50 6.70 21TB-1 方解石 1.50 −24.50 5.60 21TB-1 方解石 1.50 −24.70 5.40 21TB-4-2 方解石 0.90 −24.50 5.60 京希-伊尔曼德金矿 JXQ12 方解石 −2.76 −12.24 18.24 朱亿广等，2011 JXQ14 方解石 2.14 −17.29 13.04 GM09 方解石 4.32 −16.70 13.64 GM21 方解石 6.26 −16.70 13.64 9-May-08 方解石 1.20 −10.15 20.40 9-May-10 方解石 2.72 −23.82 6.30 ![]()
4.3 碳酸盐矿物组构学特征
4.3.1 皮壳状石英中自形粗粒白云石（Dol-I）
Dol-I形成于石英-黄铁矿阶段（II），呈白色/黄褐色自形-半自形粗粒结构，粒度为0.1～0.5 mm，分布于皮壳状石英中梳状石英脉的中心晶洞处，阴极发光下呈橘红色（图4a）。阴极发光显示，皮壳状石英中乳白色胶状石英最亮，烟灰色他形细粒石英最暗，无色透明自形粗粒石英发光强度中等、具明显生长环带（图4b）。梳状石英脉的中心晶洞发育呈自形粗粒结构的Dol-I，含量较少，并非在皮壳状石英脉中心位置都可以形成白云石。胶状结构的“球状”石英分布在梳状石英和Dol-I之间（图3c、图4a）。梳状石英沿着中心向外生长的晶形方向，说明Dol-I是滞后于皮壳状石英微条带的形成（图4a）。结合背散射图像，Dol-I中铁白云石（Dol-Ib）沿着白云石（Dol-Ia）晶体边界生长（图4j），故Dol-Ib略晚于Dol-Ia的形成。
4.3.2 叶片状白云石（Dol-II）
Dol-II形成于石英-多金属硫化物-碳酸盐阶段（III），呈乳白色叶片状/针状结构，分布于烟灰色石英中，阴极发光下呈暗红色（图4d）。皮壳状石英被含Dol-II的烟灰色隐晶质石英脉明显穿切，其中Dol-II基本沿着皮壳状石英的边界发育（图3d、图4c），由此推测，叶片状/针状白云石形成时间晚于皮壳状石英中自形粗粒白云石，即Dol-II晚于Dol-I的形成。此外，烟灰色石英中的Dol-II被胶状石英交代形成了叶片状石英（图4e）。
4.3.3 脉状白云石（Dol-III）
Dol-III形成于碳酸盐-石英阶段（IV），呈乳白色自形-半自形梳状结构，粒度为0.2～2.0 mm，阴极发光下呈亮红色（图4f）。Dol-III常呈脉状明显穿插含Dol-II的烟灰色隐晶质石英（图3g、4e）和早期皮壳状石英（图3e、f），或胶结石英±安山岩形成鸡冠状白云石（图3h）。脉状白云石中有时还可能发育硫化物细脉（图4h）。由此推测，脉状白云石的形成明显晚于叶片状白云石（图3e-h、4e），故Dol-III形成时间晚于Dol-II。
4.3.4 脉状方解石（Cal-IV）
Cal-IV形成于碳酸盐阶段（V），呈白色自形-半自形粗粒结构，粒度0.5～2.0 mm，常呈细脉状产出，阴极发光下呈亮黄色（图4i）。该阶段方解石脉不含矿，穿切早期成矿阶段的石英±多金属硫化物±碳酸盐脉体，其形成时间晚于Dol-I、Dol-II和Dol-III（图3i）。
5. 讨论
5.1 碳酸盐矿物形成过程
白云石（CaMg（CO3）2）属于菱形碳酸盐矿物，其结构与方解石（CaCO3）存在显著差异，主要由Ca2+、Mg2+和CO32-离子有序交替排列构成。白云石按晶体形态可分为泥晶、粉晶、细晶、中晶和粗晶白云石等（崔广申等，2023）；按化学成分可分为铁白云石、含铁白云石、锰白云石、钙白云石等（Klein and Dutrow，2008；Gregg et al.，2015）。在自然界中，铁白云石或含铁白云石的形成通常与流体中富集的Ca2+、Fe2+、Mn2+等金属离子密切相关，这些离子通过置换白云石中的Mg2+进入晶格，这种替代过程影响了白云石的晶体结构、物理化学性质等方面（杨虎城等，2022；葛禹等，2023）。
根据国际矿物协会针对固溶体提出的“50%原则”，在Ca-Mg-Fe的矿物中，铁对镁的替代程度决定了矿物的种类（Nickel and Grice，1998）。若铁未替代白云石中半数以上的镁的位置时，该矿物被称为白云石；若铁替代超过半数镁的位置，被称为铁白云石；在白云石矿物范畴内，当铁含量较高，但又未达到替代半数镁的程度时，则被称作含铁白云石（由雪莲等，2018）。根据背散射图像和电子探针分析结果，阿希金矿床中Dol-I可细分为Dol-Ia、Dol-Ib（图4j、图6），二者CaO、MnO含量相似，Dol-Ia的FeO含量为0.31wt%～0.68wt%，FeO含量偏低，未超MgO含量的50%，属于白云石；Dol-Ib的FeO含量为14.17wt%～14.58wt%，FeO含量超过MgO的50%，属于铁白云石，说明Dol-I是由白云石和铁白云石构成。结合Dol-I因氧化呈黄褐色，间接证实其中Fe2+的存在（图3c）。Dol-II的FeO含量为0.627wt%～1.484wt%，MgO含量为19.706wt%～20.691wt%，属于含铁白云石；Dol-III的FeO含量为1.569wt%～3.885wt%，MgO含量为18.119wt%～19.626wt%，属于含铁白云石（图6）。
5.1.1 皮壳状石英中自形粗粒白云石（Dol-I）
皮壳状构造是低硫型矿床中普遍发育的一种原生成因的矿石构造，在澳大利亚昆士兰州Cracow矿床（Dong et al.，1996）、日本Hishikari矿床（Faure et al.，2002）、秘鲁Apacheta矿床（André-Mayer et al.，2002）中均有发现。新疆西天山阿希金矿床亦发现了大量高品位皮壳状矿石（彭义伟等，2020；McLeish et al.，2021）。
皮壳状石英由连续、狭窄和近平行的乳白色胶状石英、烟灰色含载金硫化物的他形细粒石英和无色透明自形粗粒石英微条带多次交替生长组成。石英微条带对称发育在裂隙两壁构成皮壳状结构（图3c、图4b、c），或包裹早期围岩/石英角砾呈同心环状生长形成鸡冠状结构（图3h）。其中，胶状石英是原生成因的“球状”或菱形矿物集合体（图4b、c），边缘呈羽毛状消光，表明其可能历经多个结晶过程，暗示石英与多金属成矿过程的连续性（Fournier，1985；Dong et al.，1995；Shimizu et al.，1998）。他形细粒石英具有高度不规则的晶体边界，可能是先前流体沸腾过程中沉淀的非晶质硅在热液中重结晶形成的（Lovering，1972）。针状/放射状硫化物集合体大多顺层产于他形细粒石英微条带中，少量分布于他形细粒和胶状石英之间（图4b），自然金主要分布于硫化物集合体粒间（图4l），该现象说明非晶质二氧化硅的形成和贵金属的沉淀可能是同时发生的。在他形细粒石英微条带生长过程中，CO2、HS-和S2-等酸性离子被大量消耗，形成载金硫化物，导致成矿流体从中酸性转变为碱性。伴随剧烈沸腾作用的减弱，温度与压力缓慢降低，热液在物理化学条件相对稳定或轻微变动的条件下，在皮壳状石英的矿脉中心，垂直于先前形成的自形粗粒梳状石英缓慢生长，沿自形晶一端的生长方向往矿脉中心延伸并形成空腔（图4a）（Yilmaz et al.，2013；Swinkels et al.，2021）。梳状石英的存在及其晶形生长方向表明阶段II晚期的成矿环境相对稳定，流体沸腾作用的强度由剧烈渐趋轻微，直至停止（Genna et al.，1996）。
“球状”石英生长在梳状石英和Dol-I之间（图4a），暗示梳状石英后流体可能再次发生相对轻微的沸腾作用。随后沸腾作用逐渐减弱，热液pH值逐渐上升，酸性离子再度被消耗，成矿流体呈碱性。当热液向上运移时与围岩反应，成矿流体中富含Ca2+、Fe2+和Mg2+，最终在皮壳状矿石中梳状石英脉中心，热液缓慢结晶形成自形粗粒白云石（Dol-I）（图3c、图4a）。梳状石英及其后续沉淀矿物中均无硫化物，结合电子探针分析和Dol-I被氧化成黄褐色的特征（图3c），可知反复发生的流体沸腾及大量硫化物的沉淀使热液中HS-和S2-耗尽，热液中残余Fe2+进入白云石晶格替代Ca2+，但因残余Fe2+含量不足以完全替代白云石中的Ca2+形成铁白云石，从而造成铁白云石和含铁白云石相互交代的结果。作为剧烈沸腾阶段收尾的产物，Dol-I出现阶段II晚期，指示成矿物理化学条件相对稳定。
5.1.2 叶片状白云石（Dol-II）
叶片状碳酸盐/石英是低硫型矿床中常见的交代成因的矿物（André-Mayer et al.，2002；Simmons and Browne，2006），通常形成于活跃的低温热液系统沸腾带附近，是流体沸腾时（CO2逸失和pH值升高）直接从非平衡的过饱和热液体系中晶出的（Marchev et al.，2004；Marinova，2014；Marinova，2019）。
CO2作为热液中溶解度最低的酸性气体成分，对压力变化十分敏感（Monecke，2019；史训立，2019）。当含矿热液从深部向浅部断裂空间运移过程中，发生初始流体沸腾，在由静岩压力向静水压力转变处，CO2率先大量逸出，使得Ca2+、Mg2+和CO32-达到饱和，进而沉淀形成叶片状白云石（图3d、图4c-e）（Simmons and Christenson，1994；Dong et al.，1995；Etoh et al，2002）。前人发现，二氧化硅过饱和后，先前形成的叶片状碳酸盐在降温过程中会发生溶解，二氧化硅充填白云石叶片/格子的空腔，在叶片状碳酸盐表面结晶形成晶形较好的叶片状石英（Simon et al.，1999；Etoh et al.，2002）。然而，阿希金矿床中的Dol-II的表面常被交代形成胶状石英（图4e），说明在由于初始沸腾作用形成的叶片状白云石沉淀后，热液可能持续沸腾甚至加剧，使二氧化硅达到过饱和状态，与Dol-II发生交代作用，并在其表面沉淀形成胶状石英（Simmons and Christenson，1994）。随着物理化学条件逐渐趋于稳定，胶状石英发生重结晶或者二氧化硅直接从热液中缓慢结晶形成他形细粒石英（图4d）。叶片状白云石周围的胶状石英的发育进一步证明剧烈流体沸腾的发生，叶片状白云石作为初始剧烈沸腾的产物，出现在阶段III早期，指示流体沸腾作用的开始。
5.1.3 脉状白云石（Dol-III）
梳状碳酸盐矿物呈自形粗粒结构，通常是在流体略微过饱和的条件下形成的，表明在晶体生长过程中，热液的物理化学性质，如温度、压力和pH值等，经历了缓慢变化或非常轻微的波动（Dong et al，1995；Moncada et al.，2017）。梳状结构是相邻晶体对空间有效的几何选择的结果（图4f-h），只有在开放空间中相对缓慢的变化条件下，最大生长速率方向垂直于生长表面的晶体才能形成（Simmons and Christenson，1994）。
阿希金矿区火山活动和环形断裂普遍发育，热液流体在浅地表开放空间中逐渐冷却，此时物理化学性质相对稳定，热液中Mg2+、Ca2+、CO32-等阳离子略微过饱和，最终缓慢结晶形成梳状结构的Dol-III。作为晚期成矿阶段的产物，Dol-III常穿插于早期矿脉之中。通过岩矿鉴定发现，部分脉状白云石中心发育有灰黑色硫化物细脉，主要为粒度约5～10 μm的浸染状细粒黄铁矿（图4h）。然而，从整个成矿流体性质的演化历程来看，阶段IV中成矿流体的物理化学条件相对稳定，且热液pH值有所升高。
5.1.4 脉状方解石（Cal-IV）
晚期方解石脉作为成矿后的产物，其形成机制可能与CO2逸失以及HCO3-解离产生的CO32-离子密切相关（Reed and Spycher，1985）。在成矿系统中，晚期方解石脉通常分布于成矿系统的边缘或浅层部位，反映了成矿后流体物理化学条件的空间变化（Yilmaz et al.，2013）。
阿希金矿床中，Dol-I和Dol-II形成于早期静岩压力向静水压力转换的深部沸腾面附近。当热液向上运移时，物理化学条件发生改变，流体沸腾作用逐渐减弱，Dol-III开始缓慢结晶，其结晶形态和生长方式受热液运移及周围介质条件的影响，常以穿插或者胶结早期矿脉的形式产出（图3e-h）。在热液体系中，方解石的形成是多种因素协同作用的结果（Li et al.，2023）。在早期成矿阶段，流体沸腾作用导致CO2、H2S等酸性气体逸出，这一过程打破了化学反应平衡，促使碳酸氢根离子发生分解，产生的碳酸钙为Cal-IV的形成提供了物质基础。随着热液持续向上运移至成矿系统的边缘或浅层部位，温度与压力逐渐降低，当温压降至临界值时，方解石在热液中的溶解度急剧减小，进而引发Cal-IV沉淀析出（图3i、图4i）。同时，成矿后的碱性环境为方解石的结晶过程提供了更优越的热力学与动力学条件。在这些条件的共同作用下，晚期Cal-IV得以缓慢结晶，最终形成自形粗粒结构。研究表明，方解石属于流体沸腾作用之后的产物，通常不发生矿化（Simon et al.，1999；John et al.，2003）。该阶段的成矿温度相对较低，成矿流体呈碱性，物理化学条件较为稳定，反映了成矿后热液体系的演化特征。
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图 8 阿希金矿床碳酸盐矿物组构学特征素描图Figure 8. Sketch diagrams showing the textural characteristics of carbonate minerals in the Axi gold deposit5.2 成矿物质来源
低硫型金矿床中的碳酸盐矿物通常是在热液演化的特定阶段形成的，主要形成的碳酸盐矿物是方解石，其次为白云石。不同类型的碳酸盐矿物主要是热液中的Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+等阳离子与CO32-结合形成的。在热液系统中，这些离子可能来源于围岩的溶解或热液与大气降水的混合（Burtner et al.，2013；Fu et al.，2020）。例如，在印度尼西亚的Pongkor金-银矿床中流体包裹体研究表明，热液温度范围为180～220 °C，流体起源于大气降水（盐度非常低，接近0wt% NaCl），碳酸钙容易沉淀形成方解石（Warmada et al.，2007）。在赣南会昌县年坑银矿床中，成矿具有中硫化型特征，热液中的锰离子浓度较高，可能导致含锰白云石的形成（吴胜华等，2021）。在阿希金矿床中，赋矿火山岩呈灰绿色、紫红色的斑状结构，斑晶占15%～40%，主要发育了斜长石、角闪石和辉石，以及少量黑云母和石英（Zhai et al.，2009；彭义伟，2020）。研究发现，赋矿火山岩的MgO含量为1.60%～9.72%，平均值为5.06%，Mg#值为29～84，平均值为58（Mg#=100×Mg2+/（Fe2++Mg2+）），FeOT/MgO比值为0.80～5.06，平均值为2.04，但绝大多数小于1.5（岳继宗，2021；Ma et al.，2023），具有典型高镁安山岩的地球化学属性，类似于日本赞岐岩类（Martin et al.，2005；Zhang et al.，2012；彭义伟，2015）。赋矿火山岩为热液提供了Mg2+、Fe2+、Ca2+等阳离子，特别是Mg2+的存在，导致阿希金矿床中主要形成的碳酸盐矿物是白云石（CaMg（CO3）2），其次是方解石（CaCO3）。由此推测，成矿物质可能主要来源于热液流经的赋矿火山岩。
阿希金矿床矿石中的碳酸盐矿物以白云石、方解石为主，主成矿阶段未见石墨与碳酸盐共生，因此碳酸盐矿物的碳同位素组成大致代表成矿热液的总碳同位素组成（Ohmoto and Rye，1979）。碳酸盐矿物的δ13CV-PDB值变化不大，阶段IV中Dol-III的δ13CV-PDB值为2.54‰、3.56‰，阶段V中Cal-IV的δ13CV-PDB值为1.77‰、3.18‰，与海相碳酸盐的碳同位素组成相似（图7）（Ohmoto，1972；Hoefs，2009），表明流体中的碳有可能来自矿区基底中元古界或奥陶系的灰岩。吐拉苏盆地中的塔吾尔别克金矿、塔北铅锌矿和京希-伊尔曼德金矿的δ13CV-PDB值平均为-1.64‰、1.30‰、2.31‰，与阿希金矿床的碳同位素组成相近，表明4个矿床之间具有共同的碳源（朱亿广等，2011；Peng et al.，2017，2018，2022）。δ18OSMOW值变化范围相对较宽，Dol-III的δ18OSMOW为14.82‰、16.62‰；Cal-IV为12.09‰、19.27‰，两者都介于地幔储库与海相碳酸盐岩之间，呈现负向飘移的趋势（图6）（Ohmoto，1972；Hoefs，2009）。在δ18OSMOW-δ13CV-PDB图解中，碳、氧同位素近水平分布，可能是CO2的脱气作用或水-岩反应所致（Zheng et al.，1993），但是CO2的脱气作用对氧同位素的影响小，对碳同位素影响大，导致碳酸盐的碳同位素组成显著变化（郑永飞，2001）。因此，δ18OSMOW值发生负向飘移可能是受大气降水的加入所致。
低硫型矿床成矿流体通常具有较低的温度（150～300 °C）和盐度（<3.5wt% NaCleq），其H-O同位素组成显示出循环大气降水的特征，Au、Ag等成矿物质主要萃取自循环过程中途经的火山岩（Drummond et al.，1985；Hedenquist et al.，2000； Shimizu et al.，2014）。阿希金矿床中含金石英H-O同位素变化范围较小（翟伟等，2007；Dong et al.，2018；An and Zhu，2018）。黄铁矿原位δ34S值为0.8‰～2.4‰，与陨石硫相似，说明成矿物质与赋矿围岩火山岩以及基底岩石存在紧密关联（Dong et al.，2018）。综合石英和碳酸盐矿物的组构学、成分和同位素组成特征，本文认为阿希金矿床成矿流体物质来源可能是循环大气降水萃取的赋矿大哈拉军山组火山岩（Zhai et al.，2009；Dong et al.，2018；An and Zhu，2018）。
5.3 沉淀机制
低硫型浅成低温热液金矿床的沉淀富集机制存在诸多争议，主要包括流体沸腾、流体混合、水岩反应、硫化作用和温度/压力降低等（Hedenquist et al.，2000；André-Mayer et al.，2002；Gao et al.，2018，2021）。长期以来，流体沸腾被视作低硫型金矿床最主要的沉淀机制，其证据主要包括矿床广泛发育角砾状/胶状/皮壳状矿石、玉髓和叶片状碳酸盐，矿物内存在富气相或纯气相包裹体（Hedenquist et al.，2000；Moncada et al.，2012，2017）。然而，部分矿床中这类特殊形态的石英和碳酸盐矿物，并未与金银或载金硫化物共/伴生。因此，有学者对流体沸腾是否能够引起金富集沉淀提出质疑，并认为流体混合或硫化作用才是更为重要的沉淀机制（Rottier and Cansanova，2021）。例如黑龙三道湾子碲金矿床矿质沉淀主要由深部岩浆与大气降水的流体混合形成的，流体沸腾反而促使金银进一步溶解（Gao et al.，2018）。相较于其他类型的浅成低温热液矿床，低硫型金矿床中矿质富集沉淀机制较为复杂。不同成矿阶段的矿石往往具有不同的矿物组合、组构特征、热液蚀变及金银品位，其形成是多种沉淀富集机制耦合的结果（Camprubí and Albinson.，2007）。
碳酸盐矿物和石英是低硫型金矿床中重要的脉石矿物，其丰富多变的组构特征和成分变化能够反应其形成时的热液成分、温度、压力、pH等信息，记录了成矿过程中不同阶段、不同空间流体的来源、成分和物理化学条件（Moncada et al.，2017；Rottier et al.，2021），是研究阿希金矿床矿质富集沉淀机制的理想研究对象。从微观尺度看，在阿希金矿床中，局部区域出现的胶状、“球状”、鸡冠状和皮壳状矿石，烟灰色石英脉和块状玉髓中发育的叶片状/格子状白云石，以及后期相继形成的交代结构和角砾岩，说明由于间歇性热液活动的影响，不同成矿阶段均发育有多种碳酸盐和石英组构，这些组构特征都是流体沸腾作用最直接的矿物学证据（Simmons et al.，1994；Hedenquist et al.，2000）。
阶段II发育的皮壳状石英是在剧烈沸腾作用下形成的高品位矿石（Dong et al.，1996；Sander et al.，1988；Etoh et al.，2002；Marinova，2019）。其组构特征暗示热液曾发生过多次、剧烈的沸腾作用，形成了交替生长的石英微条带，揭示了成矿环境由于裂隙反复开放和闭合，导致剧烈沸腾反复发生和静岩压力-静水压力的不断变化的现象（Marinova et al.，2014；彭义伟等，2020；Gao et al.，2021；Zeeck et al.，2021）。在浅成低温热液环境中，Au通常以Au（HS）2-络合物的形式，在还原且近中性的成矿流体中迁移（Heald et al.，1987；Peng et al.，2018）。研究发现，当成矿流体上升至沸腾面附近时，压力降低，引发剧烈流体沸腾，CO2、H2S等酸性挥发份迅速逸失。由于CO2的溶解度相对较低，它先于H2S从流体中逸出，导致流体pH值升高，此时Au溶解度略有上升，进而促使皮壳状矿石中胶状石英得以形成，该过程几乎不存在载金硫化物（McLeish et al.，2021）。随后受CO2、H2S等酸性气体大量逸出以及硫化物沉淀的双重影响，硫氢络合物发生分解，溶液中Au溶解度急剧下降，致使金银矿物和载金硫化物沉淀富集，最终在皮壳状石英中形成了含大量载金硫化物的烟灰色他形细粒石英（Frondel，1938；Fournier，1985；Saunders，1990）。低硫型矿床中非晶质二氧化硅的形成和贵金属富集沉淀过程，与近地表环境中热液系统的间歇性剧烈沸腾有关（Özbaş and Hanilçi，2024；Miladinovic et al.，2024）。在热液系统的特定条件下，非晶质二氧化硅的形成和贵金属的沉淀可能是同时发生的（Kaewpaluk et al.，2023；Miladinovic et al.，2024）。阿希金矿床中含载金硫化物的他形细粒石英带由非晶质二氧化硅重结晶形成，这为理解贵金属的富集机制提供了重要线索。然后，成矿物理化学条件逐渐趋于稳定，形成自形粗粒的梳状石英。最后，流体再次沸腾，消耗皮壳状石英中心剩余的Fe2+，先后形成“球状”石英和Dol-I。含他形细粒石英的致密块状矿石和皮壳状矿石的品位相差较大，可能是流体沸腾作用的早晚和强弱程度影响了Au的溶解度、沉淀速率和富集程度（André-Mayer et al.，2002）。
阶段III中烟灰色隐晶质石英广泛分布，硫化物以粗粒柱状黄铁矿为主，毒砂环绕黄铁矿生长，整体呈浸染状分布（图4m）。与阶段II相比，该阶段载金硫化物的含量有所降低，说明矿化强度随流体沸腾作用的减弱而降低。烟灰色石英中的Dol-II受轻微流体沸腾作用影响，其形成过程早于非晶质二氧化硅和载金硫化物，表明初始沸腾作用在阶段III的成矿过程中发挥了重要作用。皮壳状石英和叶片状碳酸盐的重复出现，说明两者主要与流体沸腾作用关系密切。由此可见，沸腾作用极有可能是阶段II、阶段III金矿化的主要原因（Simmons and Christenson 1994；Yilmaz et al.，2013）。
阶段IV发育大量脉状白云石、玉髓和石英，白云石脉中心有时发育灰黑色黄铁矿细脉（图4h），说明该阶段矿化程度较弱，属于成矿晚阶段。阶段I主要发育石英和绢云母，阶段V广泛发育的是自形粗粒的Cal-IV，说明两者都与金矿化无关。综上，阿希金矿床的矿化强度随流体沸腾的减弱而逐渐降低，矿石品位从阶段II演化到阶段IV逐渐降低。
6. 结论
（1）皮壳状石英中的白云石（Dol-I）在阶段II中受流体沸腾作用逐渐减弱的影响，由富含Ca2+、Mg2+和CO32-的热液缓慢结晶的；烟灰色隐晶质石英中的叶片状白云石（Dol-II）在阶段III中受初始沸腾作用直接从非平衡的过饱和热液体系中形成的；脉状白云石（Dol-III）在阶段IV中受流体冷却的影响，在浅地表缓慢结晶的；脉状方解石（Cal-IV）局限于成矿系统的边缘或浅层部分，在阶段V中温度和压力降低的条件下，由CO2逸失以及HCO3-解离产生的CO32-离子与Ca2+结合所形成的。
（2）电子探针分析结果显示，Dol-I由白云石和铁白云石构成，Dol-II与Dol-III则属于含铁白云石。C-O同位素分析结果显示Dol-III与Cal-IV的δ13CV-PDB组成相似，说明成矿物质中碳可能来自矿区基底中元古界或奥陶系的灰岩；δ18OSMOW负向飘移可能是受循环大气降水萃取赋矿大哈拉军山组火山岩的影响。
（3）综合皮壳状石英/叶片状碳酸盐矿物组构学特征、不同阶段碳酸盐矿物的成分特征和同位素分析，表明剧烈流体沸腾是阶段II中高品位皮壳状矿石和载金硫化物的主要沉淀机制，轻微流体沸腾是阶段III中浸染状矿石和硫化物的主要沉淀机制。
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图 1 吐拉苏盆地区域地质图（a）和地层柱状图（b）（据Zhao et al.，2014；Li et al.，2023修改）
Figure 1. Regional geological map (a); stratigraphic columnar section of the Tulasu Basin (b)
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图 2 阿希金矿床地质简图（a）和A-A'勘探线剖面图（b）（董连慧和沙德铭，2005；Zhai et al.，2009）
Figure 2. Simplified geological map (a); cross-section of the A-A' prospection line of the Axi deposit (b)
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图 3 阿希金矿床不同类型矿石样品照片
a. 角砾岩型矿石，乳白色石英常破碎成角砾被烟灰色石英胶结，两者同时被Dol-III胶结；b. 石英岩型矿石，烟灰色石英中发育的浸染状细粒黄铁矿；c. 皮壳状矿石，皮壳状石英沿围岩角砾顺层生长，Dol-I在皮壳状石英脉中心晶洞处生长；d. 皮壳状矿石，含有Dol-II的烟灰色石英脉明显穿切皮壳状石英；e. 皮壳状矿石，皮壳状矿石被Dol-III明显穿切；f. 皮壳状石英呈角砾状被烟灰色石英脉穿插，二者同时被晚期灰白色石英脉和Dol-III穿切；g. 石英岩型矿石，含Dol-II的石英角砾被Dol-III穿插，两者同时被烟灰色石英穿切；h. 鸡冠状矿石，脉状白云石环绕石英角砾生长；i. Dol-III穿插早期石英角砾，两者同时被Cal-IV穿切
Figure 3. Photographs of different types of ore samples from the Axi deposit
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图 4 阿希金矿床碳酸盐矿物的物质组成和显微组构
a. 皮壳状石英中心晶洞处发育的梳状石英、胶状结构的“球状”石英和Dol-I（阴极发光）；b. 皮壳状石英脉中顺层生长的烟灰色他形细粒石英、乳白色胶状石英和无色透明自形粗粒石英（阴极发光）；c. 皮壳状石英被含Dol-II的烟灰色石英脉穿切（单偏光）；d. Dol-II和他形细粒石英（阴极发光）；e. Dol-II被胶状石英交代，两者同时被Dol-III穿插（单偏光）；f. Dol-III和其中间位置发育的石英（阴极发光）；g. Dol-III穿切他形细粒石英中，中间发育更晚期的粗粒石英（单偏光）；h. 含硫化物细脉的白云石胶结物（单偏光）；i. Cal-IV穿切脉状白云石（阴极发光）；j. Dol-I中的铁白云石和白云石（背散射图像）；k. 针状/放射状硫化物集合体分布在皮壳状石英中（反射光）；l. 硫化物集合体粒间的自然金（反射光）；m. 烟灰色石英中的粗粒柱状黄铁矿，毒砂环绕黄铁矿生长或呈浸染状分布（反射光）；Dol. 白云石；Cal. 方解石；Q. 石英；Py. 黄铁矿；Apy. 毒砂；Au. 自然金
Figure 4. Material composition and microtexture of carbonate minerals in the Axi deposit
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图 5 阿希金矿床成矿阶段及矿物生成顺序
Figure 5. Metallogenic stages and mineral formation sequence of the Axi deposit
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图 6 阿希金矿床碳酸盐矿物电子探针主量元素三元图
Figure 6. Ternary diagram of major elements of carbonate minerals in the Axi deposit by electron probe
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图 8 阿希金矿床碳酸盐矿物组构学特征素描图
Figure 8. Sketch diagrams showing the textural characteristics of carbonate minerals in the Axi gold deposit
表 1 阿希金矿床碳酸盐矿物电子探针分析结果（wt%）
Table 1 The Electron Probe Micro-Analysis （EPMA） results of carbonate minerals from the Axi gold deposit （wt%）
样号 样品类型 Na2O MgO MnO CaO FeO SrO K2O P2O5 SiO2 Al2O3 BaO CO2 Total 17AX-28-2B-1 Dol-Ia 0.03 20.68 0.03 31.03 0.68 0.06 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 47.43 99.98 17AX-28-2B-2 0.00 20.08 0.00 29.71 0.45 0.01 0.00 0.02 0.00 0.03 0.00 48.01 98.31 17AX-28-2B-3 0.00 20.57 0.06 30.71 0.31 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 47.70 99.36 17AX-28-2B-4 0.06 21.16 0.08 29.52 0.37 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04 47.87 99.11 17AX-28-2B-5 Dol-Ib 0.00 9.78 1.98 28.88 14.58 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 44.22 99.45 17AX-28-2B-6 0.02 9.55 1.94 28.96 14.58 0.06 0.00 0.00 0.03 0.01 0.04 44.20 99.39 17AX-28-2B-7 0.03 9.76 2.51 28.31 14.17 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 44.31 99.11 17AX-28-2B-8 0.04 9.04 2.78 28.61 14.66 0.00 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00 44.08 99.24 14AX-13T-1-1 Dol-II 0.00 20.03 0.42 29.47 1.29 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.03 47.64 98.92 14AX-13T-1-2 0.00 19.71 0.44 30.58 1.25 0.02 0.04 0.00 0.06 0.03 0.00 47.39 99.51 14AX-13T-1-3 0.02 20.69 0.24 29.85 0.63 0.03 0.00 0.00 0.05 0.03 0.00 47.73 99.26 14AX-13T-1-4 0.00 20.03 0.54 29.79 0.77 0.03 0.00 0.01 0.06 0.01 0.03 47.68 98.96 14AX-13T-1-5 0.00 20.04 0.58 29.15 1.42 0.00 0.01 0.02 0.05 0.02 0.00 47.64 98.92 14AX-13T-1-6 0.00 20.28 0.87 29.09 1.48 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 47.50 99.23 14AX-13T-1-7 0.00 20.24 0.43 30.27 1.30 0.03 0.02 0.05 0.02 0.02 0.00 47.39 99.75 14AX-13T-1-8 0.01 20.12 0.57 29.29 1.35 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 47.62 98.96 14AX-13T-2-1 Dol-III 0.04 19.44 0.26 30.95 1.98 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.00 47.16 99.84 14AX-13T-2-2 0.00 18.71 0.76 29.43 2.73 0.00 0.00 0.00 0.06 0.00 0.09 47.20 98.99 14AX-13T-2-3 0.00 19.04 0.47 30.72 1.61 0.00 0.02 0.03 0.02 0.00 0.00 47.33 99.23 14AX-13T-2-4 0.01 18.12 1.04 29.96 3.89 0.00 0.01 0.00 0.01 0.02 0.00 46.70 99.75 14AX-13T-2-5 0.00 18.45 1.11 29.74 3.02 0.08 0.01 0.00 0.05 0.04 0.01 46.94 99.45 14AX-13T-2-6 0.00 19.63 0.72 29.62 2.07 0.00 0.01 0.08 0.00 0.00 0.00 47.30 99.44 14AX-13T-2-7 0.01 19.31 0.80 29.45 2.36 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.07 47.24 99.23 14AX-13T-2-8 0.00 19.54 0.71 29.31 1.57 0.00 0.00 0.04 0.00 0.02 0.02 47.57 98.78 16AX-58J-1-1 Cal-IV 0.00 0.24 1.16 53.47 0.83 0.05 0.00 0.03 0.00 0.00 0.00 43.91 99.69 16AX-58J-1-2 0.01 0.31 1.21 53.47 0.91 0.00 0.01 0.03 0.02 0.00 0.04 43.87 99.87 16AX-58J-1-3 0.00 0.14 0.61 53.49 0.61 0.01 0.00 0.03 0.03 0.00 0.10 44.12 99.14 16AX-58J-1-4 0.00 0.17 0.79 53.65 0.70 0.07 0.01 0.00 0.02 0.00 0.02 44.01 99.45 16AX-58J-1-5 0.00 0.35 0.22 52.04 1.34 0.07 0.00 0.00 0.05 0.00 0.00 44.36 98.43 16AX-58J-1-6 0.00 0.25 0.24 53.17 0.99 0.05 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 44.21 98.94 16AX-58J-1-7 0.00 0.19 0.27 53.13 0.98 0.12 0.01 0.01 0.04 0.01 0.00 44.19 98.95 16AX-58J-1-8 0.03 0.21 0.44 53.87 0.89 0.10 0.00 0.05 0.00 0.02 0.00 44.00 99.60 
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表 2 阿希、塔吾尔别克、塔北和京希-伊尔曼德矿床碳酸盐矿物的碳、氧同位素组成（‰）
Table 2 The carbon and oxygen isotope compositions of carbonate minerals in the Axi, Tawuerbieke, Tabei and Jingxi-Yelmend deposits （‰）
矿床 样品号 样品类型 δ13CV-PDB δ18OV-PDB δ18OSMOW 数据来源 阿希金矿 16AX-34 阶段IV脉状白云石 2.54 −15.61 14.82 本文 17AX-57 3.56 −13.86 16.62 16AX-58 阶段V脉状方解石 1.77 −18.26 12.09 本文 16AX-6 3.18 −11.29 19.27 塔吾尔别克金矿 ABYD-11 方解石 −2.90 −23.90 6.20 Peng et al.，2017 ABYD-12 方解石 −0.90 −17.10 13.30 ABYD-16 方解石 −2.80 −21.70 8.60 TWE IV-6 方解石 −0.30 −17.10 13.30 TWE I-2 方解石 −1.30 −20.10 10.10 塔北铅锌矿 TB-18 方解石 0.50 −22.50 7.80 Peng et al.，2018，2022 TB-22 方解石 1.30 −22.00 8.30 TB-35 方解石 1.50 −20.90 9.40 TB-40 方解石 1.10 −21.40 8.80 TB-50 方解石 1.00 −21.80 8.50 15TB-4 方解石 1.00 −23.70 6.50 15TB-6 方解石 1.00 −23.50 6.70 21TB-1 方解石 1.50 −24.50 5.60 21TB-1 方解石 1.50 −24.70 5.40 21TB-4-2 方解石 0.90 −24.50 5.60 京希-伊尔曼德金矿 JXQ12 方解石 −2.76 −12.24 18.24 朱亿广等，2011 JXQ14 方解石 2.14 −17.29 13.04 GM09 方解石 4.32 −16.70 13.64 GM21 方解石 6.26 −16.70 13.64 9-May-08 方解石 1.20 −10.15 20.40 9-May-10 方解石 2.72 −23.82 6.30
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