摘要
北巴尔喀什—西准噶尔成矿带是中亚成矿域的重要组成部分。石屋 Cu-Au矿床位于新疆西准噶尔巴尔鲁克地区，是近年来新发现的斑岩型 Cu-Au矿床。本研究通过矿床内电气石的结构和成分分析，探讨了电气石的成因和矿床的成矿过程。石屋矿床中的电气石可分为与Cu矿化相关的电气石（Tur I）和与Cu矿化无关的电气石（浸染状，Tur II；角砾岩中的胶结物，Tur Ⅲ）。不同类型电气石均属于碱性电气石中的黑电气石-镁电气石固溶体系列，引起电气石成分变化的机制为 FeMg-1、Fe2+ ，Fe3+ (Mg，Al)-1和X□，Al(Na， R2+ ) -1替换。Tur I 相比于另外两类电气石具有高 FeO 含量（平均值分别为 12.36%~18.55% 和 10.34%~ 13.87%）和Fe/(Fe+Mg)比值（平均值分别为0.57~0.65和0.45~0.56）以及低MgO含量（平均值分别为4.80%~ 5.49% 和 6.08%~6.97%）特征，并且分类上仅为黑电气石。本研究表明，成矿流体和围岩之间的水岩反应是导致石屋矿床中电气石成分变化的主要原因，但水岩反应对于矿床内Cu元素的沉淀仅起到次要作用。矿区内电气石的成分特征对于判断矿化类型具有指示意义，而Fe/(Fe+Mg)比值的变化则可以辅助判断电气石的形成期次。
Abstract
The North Balkhash-West Junggar metallogenic belt is an important section of the Central Asian Metallogenic Domain. The Shiwu Cu-Au deposit is located in the Barleik region, West Junggar, Xinjiang, and is a newly identified porphyry Cu-Au deposit. In this work, through the textural and compositional study of tourmaline from the deposit, we discussed the tourmaline genesis and the mineralization process of the deposit. Tourmaline in the Shiwu deposit can be classified into tourmaline related to Cu mineralization (Tur I) and tourmaline without Cu mineralization (dissemination, Tur II; cements in breccia, Tur Ⅲ). The different types of tourmaline are classified in the schorlite-dravite solid solution series of alkaline tourmalines, and the substitution mechanisms resulting in compositional changes in tourmalines are FeMg-1, Fe2+ , Fe3+ (Mg, Al)-1, and X □, Al(Na, R2+ )-1. Nevertheless, Tur I is characterized by high FeO concentrations (averages are 12.36%-18.55% and 10.34%-13.87%, respectively) and Fe/(Fe+ Mg) ratios (averages are 0.57-0.65 and 0.45-0.56, respectively) as well as low MgO concentrations (averages are 4.80%-5.49% and 6.08%-6.97%, respectively) compared to the other two types of tourmaline and are classified as schorlite. Based on this study, water-rock reactions between the mineralizing fluids and the host rock are the primary factor leading to compositional variations of tourmaline in the Shiwu deposit, but they play only a secondary role in the Cu precipitation. The compositional characteristics of tourmaline in the deposit are an indicator for the mineralization type, while the variation of tourmaline Fe/(Fe+Mg) ratios can help to determine the phase of the tourmaline.
0 引言
中亚成矿域是世界 3 大成矿域之一，蕴藏着丰富的 Cu、Mo 和 Au 资源（Seltmann et al.，2014；Gao et al.，2018；Shen et al.，2018）。北巴尔喀什—西准噶尔成矿带位于中亚成矿域核心区，是一条横跨哈萨克斯坦北巴尔喀什地区和中国新疆西准噶尔地区的重要斑岩型矿床成矿带（Shen et al.，2013）。目前，在该成矿带内的北巴尔喀什地区已发现包括 Aktogai （Cao et al.，2016；Li et al.，2025）和 Kounrad（Shen et al.，2017；Li et al.，2019）在内的多个大型—超大型斑岩型Cu-Au矿床；在西准噶尔地区，近年来同样陆续发现了包古图、汉哲尕能、吐克吐克、加曼铁列克德、灰绿山和吉尔吾沙克等多个 Cu、Au 矿床（张锐等， 2006；Shen et al.，2015；张广平等，2023），并且通过地球化学元素序结构特征研究发现与中低温热液矿床相关的元素组合异常强烈（吴德文等，2023），总体显示出良好的找矿前景。西准噶尔石屋Cu-Au矿床是由原新疆地质矿产勘查开发局第一区域地质调查大队发现的一个斑岩型矿床，前人已对矿区内的岩浆活动、成岩时代、岩浆性质和来源、构造背景等（Li et al.，2017；胡洋等，2018）、成矿阶段和流体演化（李昌昊等，2017）开展了研究，但是对于能够反映成矿流体信息的热液矿物的研究还较为薄弱。
电气石是一种常见的富硼硅酸盐矿物，广泛分布于各类岩浆和热液矿床中，如岩浆-热液型Sn多金属矿床（李真真等，2020）、斑岩-矽卡岩型Cu-Au矿床（唐攀等，2024）和伟晶岩型稀有金属矿床（Bai et al.，2023）。电气石化学成分复杂，理想化学式为 XY3Z6（T6O18）（BO3）3V3W，其中X包括Na+、K+、Ca2+ 和X （X位置空位），Y包括Fe2+、Mg2+、Mn2+、Al3+、Fe3+、Ti4+ 和 Li+，Z 包括 Al3+、Fe3+、Mg2+ 和 Fe2+，T 包括 Si4+、Al3+ 和 B3+，B包括B3+，V包括OH1- 和O2-，而W可为OH1-、F1- 和 O2- （Henry et al.，2011）。电气石的主微量成分受结晶时的物理化学条件以及外部围岩和流体的影响显著（Van Hinsberg et al.，2011a，2011b），是示踪成矿过程、流体来源和指示矿床类型的重要矿物。例如， Hong et al.（2025）通过对一系列岩浆-热液矿化系统和贫矿系统中电气石成分的对比，发现不同类型和地质背景下矿床中电气石的成分差异显著。与斑岩系统相关的蚀变带和角砾岩筒中，电气石成分从成矿中心向外围呈现规律性变化：电气石中过渡元素 （如 V、Zn等）的含量随着距离矿体中心距离的增加而增长，电气石中的As、Pb、Sr等元素在距离矿体中心1~1.5 km时含量最高（Hong et al.，2025）。本研究将通过不同产状电气石的结构和成分分析，初步厘定电气石成因，探讨其对成矿的指示意义。
1 区域和矿床地质特征
1.1 区域地质特征
西准噶尔成矿带位于新疆维吾尔自治区，其北部和南部分别与 Shaburt 岛弧和 Alatau 活动陆缘— Borohuolu岛弧—伊犁陆块相邻，东部和西部分别与准噶尔盆地和哈萨克斯坦陆块相邻（Xiao et al.， 2008）。西准噶尔地区以广泛发育离散的、由断裂控制的构造块体为特征，主要包括离散的古生代蛇绿岩、大洋岛弧和增生块体（Zhang et al.，2011）。西准噶尔地区构造断裂发育，以 NE向断裂为主，自东向西分布有达拉布特、玛依勒和巴尔鲁克 3 条大型左行走滑断裂，另外还有安齐、哈图和别鲁阿嘎希等断裂（图1）。这些断裂以及它们中间的花岗质岩体、蛇绿岩和晚古生代地层具有斜向挤压特征，但与中亚造山带总体构造线方向（NW）有所差异（陈宣华等，2016）。西准噶尔地区古生代火山岩出露广泛，早古生代地层主要沿玛依勒断裂出现，泥盆纪和石炭纪地层则分别出露于玛依勒断裂的西部和东部（图1）。尽管对于西准噶尔地区古生代构造环境已有大量研究工作，但是在 I 型和 A 型花岗岩类岩石的构造背景问题上仍存在争议，主要观点包括与俯冲相关的岛弧环境（肖文交等，2006）、后碰撞环境（韩宝福等，2006）和洋脊俯冲环境（Tang et al.，2010）。西准噶尔地区晚古生代侵入体及中基性岩脉发育，A型和I型花岗岩类以及紫苏花岗岩主要形成于 316~287 Ma。区域上的中基性岩为富 Nb 的铁镁质火山岩，形成时代在 320~284 Ma（尹继元等，2013），为软流圈上涌后的产物。A型和I型花岗岩可能来源于新生下地壳或亏损地幔的部分熔融，并指示着后碰撞环境（Zhou et al.，2008）。但是，近年的工作显示区域上的埃达克岩（316~304 Ma）和紫苏花岗岩（305~296 Ma）形成于洋脊俯冲环境 （Tang et al.，2010）。尽管构造背景尚存争议，但根据岩石的成矿特征，区域上中酸性侵入体可分为大的花岗岩基（侵位时代约300 Ma，如庙尔沟岩体）和小的中酸性岩株两类，成矿作用主要与小岩株密切相关。在西准噶尔地区大规模岩浆活动结束后，该地区又经历了复杂的热演化和抬升历史，主要分为 3个阶段（Yin et al.，2018）：（1）晚石炭世—早二叠世 （307~277 Ma），该时段具有快速冷却特征（冷却速率为94~667℃/Ma），可能由于侵入体与围岩发生热交换并最终达到热平衡所致；（2）中三叠世（241~232 Ma），该时段冷却速率和剥蚀速率分别为 2.24℃/Ma和0.09 km/Ma，与中国境内的天山地区相似，表明两者至少在三叠纪时已经相接，这一时段的冷却和剥蚀可能是由羌塘板块和昆仑板块碰撞所致；（3）早白垩世（145~120 Ma），该时段西准噶尔地区冷却速率和剥蚀速率分别为0.18~0.33℃/Ma和 0.007~0.013 mm/Ma，表明该地区已经趋于稳定，没有明显的冷却和剥蚀作用发生。
新疆西准噶尔巴尔鲁克地区位于新疆裕民县南部，与哈萨克斯坦巴尔喀什地区相邻，大地构造位置属于哈萨克斯坦—准噶尔板块中的巴尔鲁克古生代岛弧带（Xiao and Santosh，2014），是哈萨克斯坦北巴尔喀什成矿带和新疆西准噶尔成矿带对接的前哨站。区域上出露地层以晚古生代地层为主，主要由志留系玛依勒组，泥盆系库鲁木迪组、巴尔鲁克组、铁列克提组，石炭系恰勒巴依组、黑山头组、包古图组、太勒古拉组，以及少量的二叠系地层组成（图1）。其中，出露规模最大的泥盆纪—石炭纪的火山-沉积地层是一套陆源碎屑沉积地层，岩性包括层状凝灰岩、凝灰质粉砂岩、含生物碎屑灰岩的凝灰岩、多孔熔岩、中砂岩和砂砾岩。区域上构造断裂发育，主要为NE向巴尔鲁克断裂，次级断裂主要以NE 向和NW向为主（图1）。区域上侵入岩发育，主要呈小岩株形式出现，包括石炭纪和二叠纪花岗岩类岩石，石炭纪闪长质岩石、石英闪长质岩脉或侵入体以及二叠纪闪长岩、石英闪长岩和二长花岗岩。巴尔鲁克蛇绿岩由沿巴尔鲁克地区内的 NE向断裂展布的数十个大小不等的岩体组成。蛇绿混杂岩中玄武岩的地球化学特征表明其形成于弧后盆地的海山环境，一些切穿巴尔鲁克蛇绿岩的晚寒武纪（509~503 Ma）奥长花岗岩-闪长岩侵入体发生了变形（杨高学等，2012；Zhao et al.，2013）。
1.2 矿区地质特征
石屋 Cu-Au矿床位于巴尔鲁克断裂东南部（图1），矿区地层出露简单，主要为中泥盆统巴尔鲁克组和下石炭统包古图组（图2）。巴尔鲁克组主要由凝灰质粉砂岩、长石岩屑砂岩、晶屑岩屑凝灰岩、沉凝灰岩、安山岩、灰绿色安山质火山角砾岩等组成。包古图组主要由灰色细粒长石岩屑砂岩、灰色凝灰质粉砂岩、凝灰岩等组成。矿区内断裂构造发育，以 NE 向断裂为主（图2）。石屋杂岩体侵入到中泥盆统巴尔鲁克组，主要类型包括闪长岩、石英闪长岩、石英闪长斑岩、英云闪长斑岩、花岗闪长岩和花岗斑岩。其中，石英闪长斑岩和英云闪长斑岩为石屋 Cu-Au 矿床的成矿岩体（Li et al.，2017），矿化主要发育在闪长岩、石英闪长岩、石英闪长斑岩、英云闪长斑岩和地层中。矿区内的闪长岩主要由斜长石（70%~75%）、角闪石（10%）、黑云母（5%）和少量石英组成，副矿物包括锆石、磷灰石和榍石。石英闪长岩和闪长岩具有相似的矿物组成，但石英含量更高（可达 20%）而斜长石含量较少（60%~70%）。成矿岩体石英闪长斑岩出露在石屋矿区的中部和东北部（图2），具有典型的斑状结构。斑晶主要是斜长石（30%~40%）、角闪石（10%）、钾长石（10%）和少量黑云母（5%），基质则以石英（20%~25%）和斜长石（15%~20%）为主，副矿物包括锆石、磷灰石和榍石。斜长石和角闪石发育绢云母化和青磐岩化。石英闪长斑岩中存在闪长岩和安山岩捕虏体。英云闪长斑岩位于石屋地区南部（图2），具有典型的斑状结构，斑晶主要是斜长石（40%~45%）、角闪石 （10%）、黑云母（10%）和少量石英（5%），基质以石英（30%）和斜长石（10%）为主，副矿物包括锆石、磷灰石和榍石。矿区内岩石多遭受绿泥石化和绢云母化。对于成矿石英闪长斑岩和英云闪长斑岩的研究表明（Li et al.，2017），成矿母岩浆来源于岛弧背景下的地幔楔部分熔融，形成时代分别为（310.4± 2.3） Ma和（310.1±2.4） Ma，岩浆较为氧化。此外，矿区内还发育多条闪长岩脉和霏细岩脉（图2）。
从南到北目前共发现 3 条矿化带，矿化带最长延伸约 1.5 km，宽约 300 m（图2）。总体看来，石屋矿床的矿化类型以脉状、细网脉状和浸染状为主，矿石矿物主要为黄铜矿和黄铁矿，偶见闪锌矿和方铅矿，常见含硫化物脉体包括：石英-黄铜矿-黄铁矿脉、石英-黄铁矿-黄铜矿脉、石英-绿泥石-黄铜矿-黄铁矿脉、电气石-黄铜矿-黄铁矿脉、石英-电气石-黄铜矿-黄铁矿脉和石英-绿帘石（-黄铜矿） 脉。Cu 矿化主要发育在矿区北部，以孔雀石化、黄铜矿和黄铁矿化为主；矿区南部以 Au矿化为主，局部可达 2×10-6 （胡洋，2016），地表发育黑色电气石脉、黄铁矿和少量黄铜矿，黑色电气石脉与 Au矿化关系密切。
矿区围岩蚀变类型包括钾化、青磐岩化、绿泥石-绢云母化、电气石化和碳酸盐化。钾化包括钾长石化和黑云母化，钾长石主要以交代斜长石形式出现，但也有部分呈脉状产出，热液黑云母则主要以交代原生角闪石形式呈片状集合体出现，伴随着黑云母化常有磁铁矿析出。该阶段脉体主要为石英-钾长石脉和钾长石-石英脉（图3a）。青磐岩化的产物主要为绿泥石、绿帘石和碳酸盐，但以绿泥石为主；绿帘石常与绿泥石共生，以交代原生斜长石和暗色矿物的形式出现，但也有少数呈石英-绿帘石（-黄铜矿）脉产出。钾化和青磐岩化蚀变中的矿石矿物较少，主要为浸染状产出的黄铁矿和少量黄铜矿。绿泥石-绢云母化蚀变矿物主要为绿泥石和绢云母。绿泥石部分以交代形式出现，部分则沿矿物边缘或裂隙产出；而绢云母主要与斜长石蚀变有关，也可呈脉状产出。该类蚀变是石屋矿床的主要成矿期，以浸染状、脉状和细脉浸染状的黄铜矿化为特征（图3b），主要脉体类型包括石英-黄铜矿-黄铁矿脉、石英-绿泥石-黄铜矿-黄铁矿脉、石英-绿泥石脉、石英-绢云母脉、绿泥石（-石英-绢云母） 脉和绢云母（-石英-绿泥石）脉。电气石化以脉状和浸染状出现在岩体及相邻的围岩中（图3c，图4a、 b）。含电气石的脉体包括电气石（-石英）脉、石英-电气石脉、电气石（-绿泥石-绢云母）-黄铜矿-黄铁矿脉、石英（-绿泥石-绢云母）-电气石-黄铜矿-黄铁矿脉等，可见电气石-黄铜矿-黄铁矿脉被石英细脉穿切（图3c）以及电气石-绿泥石-黄铜矿脉被硬石膏-方解石脉穿切（图4e），并且含电气石脉中流体包裹体的均一温度普遍低于 400℃（李昌昊等， 2017），因此推测电气石化应该与绿泥石-绢云母化同时形成，并且早于碳酸盐化蚀变。此外，电气石也可出现在热液角砾岩中（图4c），角砾为蚀变的安山岩、闪长岩和石英块体，基质为黑色—墨绿色电气石。最晚期蚀变为碳酸盐化，蚀变矿物主要为方解石、石英和绿泥石。方解石主要呈脉状出现（图3d），绿泥石则主要以浸染状出现，硫化物在该阶段较少且以黄铁矿为主。该阶段脉体主要为石英-黄铁矿（-黄铜矿）脉、方解石（-石英）-绿泥石脉、方解石脉等。
图3西准噶尔石屋Cu-Au矿床典型脉体照片
a—钾化阶段的钾长石-石英脉；b—石英-绿泥石-黄铜矿-黄铁矿细脉；c—电气石-黄铜矿-黄铁矿脉被石英细脉穿切；d—方解石-石英-绿泥石大脉
2 测试方法和结果
测试样品来自石屋 Cu-Au矿床的地表、探槽以及钻孔中，从 30 余件含有电气石的薄片中进行筛选，最终对 7 件不同类型样品（15swp1-14、zk0401-267、tur3、tc3、zk1501-366、zk1501-339 和 zk1501-660）中的电气石进行了结构和成分分析。电气石的成分分析在中国科学院地质与地球物理研究所使用仪器型号为 JEOL JXA-8100的电子探针完成，加速电压为 15 kV，电流为 20 nA，束斑直径采用 5 μm。根据需要，电气石中不同元素的计数时间为 20~40 s。所有测试数据进行了 ZAF 处理。实验所用标样为自然矿物和合成氧化物，包括：透辉石（Ca 和 Si）、金红石（Ti）、硬玉（Na和 Al）、石榴石（Fe）、蔷薇辉石（Mn）、钾长石（K）、镁铝榴石（Mg）、NiO（Ni） 和Cr2O3（Cr）。测试结果见表1。
电气石在石屋 Cu-Au矿床内广泛发育，手标本呈黑色—墨绿色，从与硫化物的关系来看可分为两类。（1）与黄铜矿、黄铁矿共生的电气石，以脉状 （Tur IV；图4d、e）或浸染状（Tur ID）产出于闪长岩、石英闪长岩和石英闪长斑岩中，显微镜下脉体是由长柱状、针状和扇状电气石集合体组成，多色性从浅褐色—深褐色。（2）与 Cu 和 Au 矿化无关的电气石，可进一步分为两类：①浸染状电气石（Tur II；图4f），可与石英和黄铁矿共生，主要呈长柱状或针状集合体，出现在石英闪长斑岩及其附近的围岩中，多色性为浅褐色—墨绿色；②以胶结物形式出现在热液角砾岩中的电气石（Tur Ⅲ；图4g），可与黄铁矿和石英共生，主要呈短柱状颗粒或集合体，粒径小于 Tur II 但多色性与之相似，还可见多色性差的墨绿色电气石生长在短柱状电气石之上。BSE图像显示，Tur I 和 Tur II 普遍具有环带结构或者核幔边结构（图4h、i）；而在 Tur Ⅲ中，部分电气石无明显环带。角砾中出现含电气石的硫化物脉体表明 Tur Ⅲ晚于 Tur I 形成，但 Tur II 与另外两类电气石无明确的先后关系。考虑到角砾中未见 Tur II，以及 Tur II 和 Tur Ⅲ具有相似的矿物组合，本文认为 Tur II 和 Tur Ⅲ的形成均晚于Tur I。
电子探针成分分析显示，Tur I与另外两类电气石在成分上存在一定差异，且不同产状的Tur I成分同样存在波动（图5，表1）。Tur I相比于另外两类电气石，具有更高的TiO2（平均值分别为0.56%~1.11% 和 0.47%~0.70%；表1）和 FeO（平均值：12.36%~18.55% 和 10.34%~13.87%；表1）含量以及更低的 MgO（平均值分别为 4.80%~5.49% 和 6.08%~6.97%； 表1）含量（图5b、d、e）。Tur ID和Tur IV （以石英为主） 的成分没有明显差异，但是相比于 Tur IV （以电气石为主）具有更高的SiO2和Al2O3含量以及更低的FeO、 MgO 和 Na2O 含量（图5）。对于单个电气石颗粒，无论是具有环带结构还是核幔边结构的电气石，具有暗色BSE图像的部分普遍具有更高的Al2O3含量以及更低的 CaO 含量和 Fe/（Fe+Mg）比值（图6）。但是某个颗粒中的亮色（或暗色）BSE图像部分的成分可以与另一个颗粒中的暗色（或亮色）BSE图像部分相似。
图4石屋Cu-Au矿床典型电气石照片
a—石英-电气石（Tur IV）-硫化物脉；b—围岩中的浸染状电气石（Tur II）；c—热液角砾岩，胶结物以电气石（Tur Ⅲ）为主，无硫化物共生；d—硫化物-电气石（Tur IV）-石英脉；e—电气石（Tur IV）-绿泥石-黄铜矿脉被硬石膏-方解石脉穿切；f—蚀变岩中的浸染状电气石（Tur II）；g—热液角砾岩胶结物中的电气石（Tur Ⅲ）；h—围岩中与硫化物共生的具有核幔边结构的电气石（Tur ID）集合体；i—围岩中不与硫化物共生的具有生长环带的浸染状出现的电气石（Tur II）集合体；图a-c中的硬币直径为2.5 cm
表1西准噶尔石屋Cu-Au矿床电气石成分特征
续表1
注：B2O3 *基于B=3计算获得，总量*在计算得到B2O3 *后计算获得。
利用Yavuz et al.（2014）提供的电气石族矿物计算程序，获得各元素在电气石中的占位特征（表1）。 3类电气石均属于碱性电气石（图7a），但是 Tur I主要为黑电气石，Tur II也属于黑电气石但成分更靠近镁电气石范围，而Tur Ⅲ成分变化较大且主要为镁电气石（图7b、c）。总体来看，石屋Cu-Au矿床中不同类型电气石属于碱性电气石中的黑电气石-镁电气石固溶体系列，但是Tur I相比于另外两类电气石具有更高的 Fe/（Fe+Mg）比值（平均值分别为 0.57~0.65 和0.45~0.56；表1）。在元素替换方面，Y位置上不同类型电气石中的Mg和Fe原子数显示较好的负相关 （图7d），表明Fe-Mg相互替换是成分变化的重要机制，这与不同类型电气石都属于黑电气石-镁电气石固溶体系列（图7b、c）以及它们在FeO和MgO含量上表现明显差异（图5d、e）的特征一致。Altotal和Fetotal二元图解显示不同类型电气石沿 Fe2+，Fe3+（Mg，Al）-1替换机制的趋势变化（图7e），说明电气石中还存在一定含量的Fe3+。对比X位置上的Na和□以及Altotal和 Fetotal原子数，表明X位置上的□主要通过X □，Al（Na， R2+）-1的替换机制形成。因此，控制石屋Cu-Au矿床中电气石成分变化的主要替换机制为 FeMg-1、Fe2+， Fe3+（Mg，Al）-1和X □，Al（Na，R2+）-1替换。
图5西准噶尔石屋Cu-Au矿床电气石成分箱型图
3 讨论
3.1 电气石成因
前人研究显示，岩浆成因电气石成分均一且无明显环带，以高 Fe/Mg 比值和在 Y 位置上含有高 Al 原子数为特征；热液电气石则常呈现成分的周期性变化，以富 Mg 和在 Y 位置上低 Al 原子数或无 Al 为特征（London and Manning，1995）。石屋矿区中Tur I 和 Tur II 常出现生长环带，其 Fe/（Fe+Mg）比值在 0.45~0.74，Tur Ⅲ尽管只是部分存在生长环带，且 Fe/（Fe+Mg）比值变化较大，但也分布在0.27~0.66（表1）；但无论何种类型的电气石，绝大多数测点的Y Al 原子数为0（表1）。此外，前人研究发现与沉积岩和变质岩有关的电气石富镁，与花岗岩有关的电气石富铁（Henry and Guidotti，1985）；叶松等（1997）认为 FeO/（FeO+MgO）的比值可以较为准确地反应电气石寄主岩石类型及其成因：与花岗岩类有关的电气石 FeO/（FeO+MgO）比值最高（普遍大于 0.5），与变质沉积岩有关的电气石 FeO/（FeO+MgO）比值中等（0.4~0.6），而块状硫化物矿床中电气石的 FeO/（FeO+ MgO）比值最低。石屋矿床电气石的FeO/（FeO+MgO）比值集中在 0.45~0.80。另外，元素替换机制显示，电气石中存在一定量的 Fe3+（图7e），暗示其形成时处于相对氧化的环境，这与Li et al.（2017）根据锆石微量元素获得的相对氧化的岩浆性质的结论相似。因此，本次工作认为石屋 Cu-Au矿床中的不同类型电气石均为与矿区内中酸性岩浆相关的热液成因电气石。
3.2 电气石成分变化对成矿过程的指示
电气石的主微量成分受结晶时的物理化学条件以及外部围岩和流体的影响显著（Van Hinsberg et al.，2011a，2011b）。在低水岩比系统中（如呈浸染状产于围岩），围岩对电气石成分影响显著；流体对于电气石成分的控制则在高流体通量系统中（如呈脉状或角砾岩状产出）表现明显（Slack and Trum‐ bull，2011）。
石屋矿床中不同类型电气石普遍发育环带结构或核幔边结构。单一电气石颗粒中具有暗色BSE 图像的部分相比于具有亮色 BSE图像的部分，通常含有更高的 Al2O3含量以及更低的 CaO 含量和 Fe/（Fe+Mg）比值（图6）。Ti 和 Na 元素在不同 BSE 图像区域没有明显差异暗示成矿流体的温度和盐度没有显著改变（Van Hinsberg et al.，2011a；Ranta et al.， 2017），这与含电气石脉中流体包裹体的显微测温结果变化较小的特征相符（李昌昊等，2017）。已有研究显示，中酸性岩浆出溶流体无法在围岩中形成大量的电气石，因此需要围岩提供大量的 Ca、Fe 和 Mg等成分（London and Manning，1995；Codeço et al.， 2017；唐攀等，2024）。具有亮色 BSE 图像的部分中更高的CaO含量和Fe/（Fe+Mg）比值应该就与水岩反应相关，强烈的水岩反应导致围岩向流体中释放了大量的Ca、Fe和Mg元素，从而使得电气石中新形成的部分具有高 Ca 含量和趋近于围岩的 Fe/（Fe+Mg）比值；较低的Al2O3含量则可能与水岩反应过程中形成了大量的绿泥石和绢云母相关，它们消耗了流体中的Al元素（Yuguchi et al.，2021）。
图6西准噶尔石屋Cu-Au矿床典型电气石颗粒剖面成分分析
a—Tur IV的BSE图像及测试点位；b—Tur IV颗粒主要元素的含量变化特征；c—Tur ID的BSE图像及测试点位；d—Tur ID颗粒主要元素的含量变化特征
图a中斑岩型Cu±Au±Mo和Au矿床数据范围来自Baksheev et al.（2012）；伟晶岩型稀有金属矿床数据范围来自凤永刚等（2022）、Bai et al. （2023）、Sun et al.（2024）和Zhang et al.（2024），其中边缘带电气石的数据被剔除；与花岗岩有关的Sn多金属矿床数据范围来自李真真等（2020） 和Zhao et al.（2021）
本次测试的石屋 Cu-Au 矿床中电气石的寄主岩石为闪长岩、石英闪长岩和石英闪长斑岩，由于它们的全岩成分相似（Li et al.，2017），因此寄主岩石类型的差异对于矿床中电气石成分的影响有限。上述 3 类岩石的主要铁镁质矿物为角闪石和辉石，其 Fe/（Fe+Mg）比值分别为 0.32~0.35（平均值=0.33） 和 0.31~0.45（平均值=0.37），而不同类型岩石的全岩 Fe/（Fe+Mg）比值为 0.33~0.46（平均值=0.41）（Li et al.，2017）。由于矿床中不同类型电气石为与矿区内中酸性岩浆相关的电气石，假设电气石结晶的流体能够完全继承岩浆期后热液的性质（唐攀等， 2024），因此推测直接从岩浆-热液流体中结晶的电气石应该具有较高的 Fe/（Fe+Mg）比值（大约为 0.65），与Tur IV （以电气石为主）的Fe/（Fe+Mg）比值相似（0.65±0.05；表1）。但是，即使是 Tur IV （以电气石为主）也普遍发育环带结构或核幔边结构，并且硫化物主要沉淀在 Tur I 颗粒外（图4h和 6a），说明电气石 Fe/（Fe+Mg）比值的变化与硫化物沉淀无关，而是在其形成过程中流体成分发生了变化，暗示即使是高流体通量环境下形成的电气石的成分也会受到围岩成分影响。前人对于绿帘石的研究同样证实，脉体中矿物的成分根据距离脉壁的远近而不同程度地受到围岩成分的影响（Ahmed et al.，2020）。 Tur ID和Tur IV （以石英为主）相比于Tur IV （以电气石为主）具有更高的 SiO2 和 Al2O3 含量以及更低的 FeO、MgO、Na2O 含量和 Fe/（Fe+Mg）比值（图5），这可能与流体和寄主岩石（闪长岩、石英闪长岩和石英闪长斑岩）发生水岩反应导致绿泥石化和绢云母化蚀变有关。因为绿泥石化（以角闪石绿泥石化和脉体为主）将消耗流体中大量的 Fe 和 Mg 元素（Yugu‐ chi et al.，2021），而绢云母化（以斜长石或钾长石绢云母化为主）将向流体中释放 Si 元素（Reed et al.， 2013）。Tur ID和 Tur IV （以石英为主）的成分没有明显差异（图5），也表明围岩对于脉体中电气石成分的影响较为明显。
Tur II由于与另外两类电气石没有明显的先后关系，这里不做进一步讨论。但是，Tur II和Tur ID具有相似的化学成分和 Fe/（Fe+Mg）比值，表明其成分变化也是水岩反应的结果。Tur Ⅲ相比于Tur I具有低 FeO 含量和高 MgO 含量特征（图5d和 5e），Fe/（Fe+Mg）比值变化显著，且绝大部分属于镁电气石 （图7b、c）。值得注意的是，无明显环带的 Tur Ⅲ具有相对较高的Fe/（Fe+Mg）比值。斑岩矿床中的含电气石角砾岩常与岩浆的去气作用相关（Sillitoe， 2010），因此本次认为那些无明显环带且具有较高 Fe/（Fe+Mg）比值（大约为 0.65）的 Tur Ⅲ是岩浆去气作用的直接产物，而随后流体沿角砾岩裂隙灌入导致的水岩反应形成了具有环带结构的、Fe/（Fe+Mg）比值变化巨大的Tur Ⅲ。
总体来看，电气石的复杂结构以及成分变化清晰地反映了流体和围岩之间持续的水岩反应作用。但是，无论是 Tur IV还是 Tur ID，当黄铜矿等硫化物与电气石共生时（图3c，图4d、e、h 和图6a），黄铜矿均沉淀于电气石的最外侧而非 BSE 图像发生明暗变化的部位（图4h、图6a）。这种特征表明，至少对于部分Cu元素来说，水岩反应并不是导致其沉淀的决定性因素，因为水岩反应所导致的电气石 BSE图像发生明暗变化的部位并未伴有黄铜矿等含 Cu 硫化物的沉淀。流体包裹体研究显示，石英-电气石-硫化物脉和电气石-石英-硫化物脉中流体包裹体的均一温度普遍低于400℃（李昌昊等，2017），表明韧脆性转换导致的压力快速变化以及伴随的SO2歧化反应和降温作用可能是导致石屋矿床中 Cu 元素沉淀的主要原因（Richards，2011），而水岩反应可能仅起到次要作用。
3.3 电气石对找矿勘查的指示意义
电气石的成分特征对于找矿勘查具有重要意义。电气石的 Fe/Mg 和 Na/Ca 比值变化被认为与距离成矿中心的远近相关（Pirajno and Smithies，1992； 王进军和赵枫，2002）：高 FeO/（FeO+MgO）（大于约 0.8）和 Na2O/（Na2O+CaO）（大于约 0.8）比值指示电气石形成在成矿岩体内或近源脉体中，随着距离的增加，电气石中上述两个元素比值会逐渐降低。同时，电气石的 Fe/Mg 比值还被认为与是否存在矿化相关：Jiang et al.（2002）对脉状 Au 矿床的研究显示与成矿相关的电气石富Mg，而与成矿无关的电气石富 Fe；对 Sn 矿床的研究则获得了相反的结果，即成矿期电气石更富Fe（Mlynarczyk and Williams-Jones， 2006）。但是，无论是前人的研究成果还是本研究获得的认识，都表明电气石的 Fe/Mg 比值受围岩成分影响显著，即使是在脉体中。因此，笔者认为电气石的Fe/Mg比值可能更能反映电气石形成时间上的相对早晚，早期与成矿相关电气石的 Fe/Mg 比值应与成矿岩体中暗色矿物或全岩的 Mg/（Fe+Mg）比值相似，然后随着成矿过程中水岩反应的持续进行，电气石的 Fe/（Fe+Mg）比值逐渐趋近于围岩的 Fe/（Fe+Mg）比值。
在与岩浆-热液相关的矿床中，电气石的大量出现被认为是热液流体富硼的表现（Bai et al.， 2023）。已有研究表明，花岗质岩浆中硼含量的提升可以有效降低岩浆固相线，显著提升岩浆中的水含量，并促使熔体分异出不混溶的富硼等挥发分的气相流体（Pichavant，1981，1987；Schatz et al.， 2004）。作为斑岩系统中的重要伴生元素，Au 在岩浆-热液系统中随 S 在气相中迁移的特性使其可随气相大量运移（Zajacz et al.，2010）。石屋矿床中 Au 矿化便与黑色电气石脉密切相关（胡洋，2016）；前人对于哈达庙Au矿床和毕力赫Au矿床的研究同样认为电气石的出现对Au的沉淀具有重要意义（张明记，2019）。另外，图7a显示了与中—酸性岩浆相关的斑岩型 Cu±Au±Mo 矿床、斑岩型 Au 矿床、伟晶岩型稀有金属矿床和与花岗岩相关的 Sn 多金属矿床中电气石成分的变化范围。石屋矿床中电气石成分的变化与斑岩型 Au 矿床和斑岩型 Cu±Au±Mo 矿床中电气石的成分变化范围相似，但明显偏离了伟晶岩型稀有金属矿床和与花岗岩相关的 Sn 多金属矿床中电气石的成分范围（图7a）。这些特征都表明，电气石的成分特征可以用于判别岩浆-热液系统的矿化类型。
4 结论
（1）石屋 Cu-Au 矿床中的电气石可分为两大类：①与 Cu 矿化相关的 Tur I，可进一步分为脉状 （Tur IV）和浸染状（Tur ID）两类；②与 Cu矿化无关的浸染状电气石（Tur II）和角砾岩胶结物中的电气石 （Tur Ⅲ）。
（2）矿床中不同类型电气石均属于碱性电气石中的黑电气石-镁电气石固溶体系列，导致成分变化的替换机制主要为FeMg-1替换、Fe2+，Fe3+（Mg，Al）-1 替换和X □，Al（Na，R2+）-1替换。Tur I相比于 Tur II和 Tur Ⅲ，更多为黑电气石，具有更高的 FeO含量和更低的 MgO 含量。不同类型电气石的成分变化以及同一颗粒中环带结构和核幔边结构的出现都是成矿流体和围岩之间发生水岩反应的结果，但是水岩反应对于Cu矿化的发生可能仅起到次要作用。
（3）矿区内电气石成分的变化以及 Fe/（Fe+Mg）比值的变化分别对于判断矿化类型和指示电气石的形成期次具有重要意义。
致谢 感谢中国海洋大学钟世华副教授、华北理工大学曹冲副教授和中国科学院地质与地球物理研究所冯浩轩副研究员在野外和室内工作中的帮助。两位审稿人和编辑提出的宝贵意见让笔者受益匪浅，在此表示诚挚的感谢！
