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0 引言
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祁漫塔格成矿带位于青藏高原北部，东昆仑造山带西段（丰成友等，2011，2012；高永宝等，2014； 钟世华，2018），该成矿带发育一系列斑岩-矽卡岩型多金属矿床。近年来，该成矿带引起了地质科研工作者们的高度重视，该地区发育的矽卡岩型矿床以铜、铁、铅锌为主（徐国端，2010；张爱奎，2012；刘建楠，2018；Zhong et al.，2018），矽卡岩规模大，金属品位高，是研究矽卡岩多金属矿床的重要成矿带 （王新雨等，2020，2021；王盘喜等，2021），该地区矽卡岩多金属成矿的研究对于推动矽卡岩多金属矿床成矿规律研究具有重要的意义（张爱奎，2012；吴锦荣等，2019，2021，图1）。
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前人研究主要集中在成岩成矿年代学、成矿岩体性质、矽卡岩矿物成因、流体包裹体、成矿系统等方面（李加多等，2019；吴锦荣等，2021）。然而矿区金属矿物地球化学特征及成因研究较少，制约了对主成矿阶段成矿地球物理、地球化学的认识。本次研究工作通过对牛苦头矿区典型矿床主要金属硫化物（黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿及磁铁矿）的野外观察，通过分析矿物的地球化学成分组成，进而研究多金属矿物形成温度，最终确定矿床成因类型。
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图1 东昆仑构造格架图（a）与祁漫塔格区域地质矿产图（b）（据王新雨等，2020①修编）
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1 矿床地质特征
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矿区地层主要为上奥陶统滩间山群、晚石炭统缔敖苏组，由于矿区地处柴达木盆地，除祁漫塔格山麓外，大部分地区为第四系风积砂土覆盖（图2）。上奥陶统滩间山群岩性包括大理岩、条带状灰岩、泥质粉砂岩、硅质岩、炭质灰岩、片岩等（赵一鸣和林文蔚，1990；赵一鸣等，2013），晚石炭统缔敖苏组主要由一系列细晶灰岩、含生物碎屑灰岩、粗晶大理岩、石英砂岩及泥质粉砂岩组成。矿区受昆中断裂影响，发育NWW向次级断层，其次为NE向断裂，研究认为 NE 向断裂为导矿构造（于淼等，2016；于淼，2017）。
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矿区出露岩浆岩类型复杂，包括闪长岩、辉长闪长岩、闪长玢岩、花岗闪长岩、二长花岗岩等。其中，牛苦头矿区直接成矿岩体主要为二长花岗岩 （王新雨等，2020，2021；吴锦荣等，2021），间接成矿母岩体为底部下伏的大面积花岗闪长岩-闪长岩系列。
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牛苦头矿区岩体与地层产状基本一致，呈桶状、鞘状、脉状以及层状。赋矿围岩为大理岩、角岩，这些矿体常沿断裂、硅钙面（尤其是大理岩与角岩之间的岩性界面）产出。
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矿石矿物主要为闪锌矿、磁黄铁矿、方铅矿、磁铁矿，其次为黄铜矿、黄铁矿、毒砂等。脉石矿物较为复杂，干矽卡岩矿物包括石榴子石、辉石，湿矽卡岩矿物包括黑柱石、阳起石、透闪石、绿帘石、绿泥石等。
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其矿石矿物组成较为复杂，包括闪锌矿、铁闪锌矿、黄铜矿、磁黄铁矿、方铅矿、黄铁矿，局部可见毒砂。脉石矿物为石英、方解石、绿帘石、绿泥石、石榴子石、锰阳起石、辉石、透闪石、黑柱石等。
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牛苦头矿区成矿作用可分为 4 个阶段：进化变质阶段、退化变质阶段、硫化物阶段及碳酸盐阶段。各阶段形成矿物组合特征及含量高低特征如图4。
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2 采样与测试
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本次样品均采自牛苦头 M1采坑以及钻孔岩心样品，电子探针薄片由广东拓岩地质服务有限公司磨制并完成。21件电子探针样品磨制完成后，在显微镜下对探针片进行观察，查明矿物结构、构造、矿物组合，及先后共生交代关系。其后对电子探针片进行喷碳，在中国地质科学院电子探针重点实验室进行分析测试。实验仪器型号为 JEOL JXA-8100，测试条件为加速电压 15 kV，电流 5 nA。分析测试金属硫化物矿物包括磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿以及方铅矿，金属氧化物仅有磁铁矿，测试分析结果最终采用ZAF校正法。
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3 矿物成分标型特征
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牛苦头矿区矿石按照构造类型可以划分为块状矿石、浸染状矿石、条带状矿石以及细脉状矿石。其中浸染状矿石多分布于矽卡岩外带（也称为矽卡岩型矿石），而块状矿石和条带状矿石多分布于靠近成矿岩体的内带（图3）。牛苦头矿区矿石种类组成较为复杂，金属矿物主要有磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、磁铁矿、黄铁矿，另有少量毒砂。非金属矿物主要有石榴子石、辉石、黑柱石、石英、阳起石、绿帘石及绿泥石等。
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图3 牛苦头矿区M1矿段剖面地质特征图
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图4 牛苦头矿区M1-M4成矿阶段划分图
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磁黄铁矿主要呈块状、浸染状构造、条带状构造，块状磁黄铁矿石多与闪锌矿、黄铜矿共生（图5a），浸染状磁黄铁矿石多与闪锌矿、方铅矿、黄铁矿共生（图5a，b）。条带状磁黄铁矿石主要与闪锌共生，互呈条带状产出（图5c，d）。磁铁矿主要呈块状或浸染状构造（图5c），自形—半自形粒状结构，表明形成环境一致。其常常交代石榴子石、黑柱石、方解石。此外，矽卡岩型矿石中，金属矿物多交代矽卡岩矿物，例如磁铁矿、磁黄铁矿交代石榴子石矽卡岩、黑柱石矽卡岩（图5c，d）。闪锌矿一般呈浸染状和方铅矿共生，交代方解石和辉石矽卡岩等 （图5e，f）。
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牛苦头矿区金属矿物电子探针分析数据详见表1，其中黄铁矿Fe、S含量分别为46.20%、52.84%～53. 00%，S/Fe 原子比为 2. 00，S、Fe 含量接近于理论值，且略低于理论值，表明 S、Fe 存在一定程度的亏损。Co、Ni 含量分别为 0. 05%～0. 03% 和 0. 02%，表现出明显的富 Co贫 Ni特征。磁黄铁矿 Fe/S原子比为0.926~0.942，Fe原子百分比为48. 05%~48.46%，均大于单斜磁黄铁矿 Fe 原子含量（46.5%～47. 0%），表明牛苦头矿区磁黄铁矿以六方磁黄铁矿为主。对比早期块状磁铁矿和晚期浸染状磁铁矿，发现早期块状磁铁矿相对富集 MnO、Al2O3、TiO2，晚期浸染状磁铁矿相对贫 MnO、Al2O3、TiO2。黄铜矿 Cu、Fe、S 含量理论值分别为 34.56%、30.52% 和 34.92%，牛苦头矿区黄铜矿 Cu 含量为 33.93%～33.98%，Fe 含量为 30.70%～30.78%，S 含量为 34.90%～35.24%。闪锌矿 Zn 含量（47.63%～50.64%）明显亏损（闪锌矿 Zn 理论值含量为 67.1%），S 含量为 33.62%～34.33%，与理论值接近；研究发现 Zn 与 Fe 含量、Zn 与 Mn 含量呈现出负相关关系，这是由于Fe、Mn与Zn具有类质同象的化学属性，两者可以替代Zn进入闪锌矿矿物中，铁、锰含量高时，会形成铁、锰闪锌矿。两件方铅矿样品的 S 含量与理论值接近（均值为 13.34%），Pb 为 85.50%～86.89%（均值 86.19），接近于理论值 86.6%。
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4 讨论
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4.1 成矿环境
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前人研究表明，岩浆热液矿床中的某些元素的比值具有一定的指示性（周学武等，2005）。例如黄铁矿 Fe/（S+As）比值具有重要的指示意义，该比值与成矿深度具有一定的相关性。
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牛苦头矿床两个黄铁矿样品矿 Fe/（S+As）均值为 0.873，指示其形成于中-浅成环境。一般来说，在高温条件下，As 较难替换 S（李洪梁和李光明， 2019）。牛苦头矿床中，黄铁矿 Fe、S 含量较理论值均较低，其 As 含量未检测出（低于检测下限），反映出其形成温度较低。
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通常来说，在斑岩型铜矿形成环境下，黄铜矿形成温度高，S较理论值亏损，（Fe+Cu）/S值较高，大于理论值 1.875（于娟等，2020）。牛苦头矿床两个黄铜矿样品（Fe+Cu）/S分析值均小于1.875，暗示了牛苦头矿床中黄铜矿可能形成于中温或低温环境，应排除斑岩型矿床成矿温度。
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在岩浆热液矿床中，磁黄铁矿在不同环境下会形成不同类型的磁黄铁矿类型。例如，高温环境下会形成六方磁黄铁矿，缓慢降温下，会有黄铁矿形式出溶与其共生。快速降温条件下（温度降低至 252℃以下），会有单斜磁黄铁矿形式出溶（郭维民等，2010；曹丽等，2020）。镜下鉴定可知，牛苦头矿床磁黄铁矿类型主要为六方磁黄铁矿，同时有黄铁矿与其共生。这暗示牛苦头磁黄铁矿形成于中温或高温环境下，其共生的黄铁矿是由于缓慢降温所形成，在磁黄铁矿 Fe-S 系统矿物相平衡简图中，位于六方磁黄铁矿+黄铁矿交生区（图6）。
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4.2 矿床成因类型
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黄铁矿的 Co/Ni 比值可指示其成因类型，一般来说，Co/Ni 比值＜1 代表沉积成因的黄铁矿（Bralia et al.，1979），Co/Ni比值＞1通常代表了热液成因类型。牛苦头矿区两件黄铁矿样品富Co贫Ni（Co/Ni= 2.5），Co/Ni 比值＞1 反映其形成于岩浆热液环境 （图7a）。
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由磁铁矿成因类型判别图解可见（图7a，b），两期磁铁矿显示出一致的过渡趋势：TiO2-Al2O3-MgO 判别图，指示牛苦头矿区早晚期磁铁矿均表现出沉积变质-接触交代磁铁矿成因类型。另外，在（Ca+Al+Mn）-（Ti+V）成因分类图解中，牛苦头矿区磁铁矿均指示矽卡岩成因（图7c）。由此说明早晚期磁铁矿均与矽卡岩、接触交代成因有关。
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图5 牛苦头矿区多金属矿显微镜下特征
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a—块状磁黄铁矿石；b—硅化闪锌矿、磁黄铁矿矿石；c—大理岩被磁铁矿、石榴子石交代；d—含铜磁黄铁矿石； e—闪锌矿矿石，含少量方解石；f—矽卡岩中的浸染状方铅矿、闪锌矿化，含少量方解石
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Cal—方解石；Po—磁黄铁矿；Q—石英；Sp—闪锌矿；Mt—磁铁矿；Grt—石榴子石；Px—辉石；Cp—黄铜矿；Gn—方铅矿
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牛苦头矿区闪锌矿属于铁闪锌矿（Fe含量范围 8.44%～16.98%，平均 14. 08%），一般来说，闪锌矿中 Fe 的含量一般与成矿温度呈正相关。表明其成矿温度较高，属于中高温型（刘英超等，2011）。研究表明，Zn/Fe比值一般指示矿物形成时的温度，牛苦头闪锌矿 Zn/Fe 比值为 2.81～6.68。一般来说，闪锌矿中 MnO 含量大于 0.15%，Fe 含量大于 5% 时多为斑岩型以及岩浆热液型矿床，而沉积和层控型矿床反之（于娟等，2020），由此可见，牛苦头矿床表现出了明显的矽卡岩岩型以及岩浆热液型成因。闪锌矿中FeS分子含量范围13.26%～26.68%。
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对于闪锌矿来说，Zn/Cd 比值有重要的地球化学指示意义（于娟等，2020）。研究发现，沉积型矿床的闪锌矿 Zn/Cd 值范围为 417～531，而岩浆热液矿床中Zn/Cd值较低，一般为104～214，VMS型矿床 Zn/Cd 值范围为 290～417。牛苦头矿区 6 件铁闪锌矿样品的Zn/Cd值区间范围为99.23～188. 07，属于较低的范围，与热液矿床Zn/Cd 范围值一致，指示了其岩浆热液成因。
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图6 牛苦头矿床磁黄铁矿Fe-S系统矿物相平衡简图（底图据Bralia et al.，1979）
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py—黄铁矿；mpo—单斜磁黄铁矿；hpo—六方磁黄铁矿；tr—陨铁矿
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5 结论
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（1）根据牛苦头矿床中磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿等标型地球化学特征，本文认为牛苦头铅锌矿床金属矿物形成于中温环境。
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（2）黄铁矿与磁黄铁矿均富 Co 贫 Ni，结合闪锌矿Zn/Cd特征，认为矿床属于岩浆热液成因类型；磁铁矿地球化学特征指示牛苦头矿床总体表现出接触交代-矽卡岩型矿床成因特征。
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致谢 青海鸿鑫矿业矿产资源部郭天军、王燕及北京矿产地质研究院有限责任公司牛苦头项目团队在资料获取及野外取样方面给予了帮助和支持，在此一并表示感谢！
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图7 牛苦头矿床磁铁矿成因判别图解（底图据张爱奎，2012）
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a—TiO2-Al2O3-MgO三角判别图解；b—TiO2-Al2O3-（MgO+MnO）三角判别图解；c—（Ca+Al+Mn）-（Ti+V）判别图解
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注释
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① 王新雨.2020. 青海牛苦头矿区两期矽卡岩型铅锌成作用与成矿预测[R]. 北京：北京矿产地质研究院有限责任公司，1-174.
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参考文献
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摘要
牛苦头矽卡岩型铅锌矿床是祁漫塔格成矿带最重要的铅锌多金属矿床之一。前人对牛苦头矿床的成岩成矿年代学、成矿岩体性质、矽卡岩矿物成因、流体包裹体、成矿系统以及矿床成因进行了研究，但对于成矿类型与成矿环境存在不同的认识。牛苦头矿区中典型矿物（磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿、闪锌矿及方铅矿）电子探针分析结果表明，黄铁矿与磁黄铁矿均富Co贫Ni，且磁黄铁矿以单斜磁黄铁矿为主，磁黄铁矿多与黄铜矿共生，代表了一种中温特征的矿床；黄铜矿、闪锌矿与方铅矿硫含量较高，且闪锌矿以铁闪锌矿为主，Zn/Cd 值较低，代表中高温矽卡岩型矿床成因；且早期磁铁矿较晚期磁铁矿更富集 MnO、 TiO2、Al2O3，均指示矽卡岩型以及岩浆热液型成因。综合各矿物标型特征认为，牛苦头铅锌矿床为具矽卡岩型和热液型特征的中温矿床。
Abstract
Niukutou Pb-Zn skarn type deposit is one of the most important Pb-Zn polymetallic deposits in Qimantagh metallogenic belt. Predecessors have studied the metallogenic chronology， the nature of metallogenic rock mass， the genesis of skarn minerals， fluid inclusions， metallogenic system and deposit genesis of of Niukutou deposit， but they have different understandings of metallogenic type and environment. The EPMA results of pyr- rhotite， pyrite， chalcopyrite， magnetite， sphalerite and galena in Niukutou ore district show that both pyrite and pyrrhotite are rich in Co and poor in Ni， and pyrrhotite is dominated by monoclinic pyrrhotite. Pyrrhotite mostly coexists with chalcopyrite， representing a deposit with medium temperature characteristics； Chalcopyrite， sphalerite and galena have high sulfur content， and sphalerite is dominated by marmatite， with low Zn / Cd values， which represents the genesis of medium high temperature skarn type deposits； Moreover， the early magnetite is more enriched in MnO， TiO2 and Al2O3 than the late magnetite， indicating the genesis of skarn type and magmatic hydrothermal type. According to the typomorphic characteristics of various minerals， Niukutou Pb-Zn deposit is a medium temperature deposit with skarn and hydrothermal characteristics.
