东天山位于我国新疆北部,是中亚造山带的重要组成部分,在其长期的增生和改造过程中,形成了一系列重要的Cu、Au、Ni、Fe、Pb、Zn等多种成因类型的矿床。其中红海VMS铜锌矿床位于东天山大南湖-头苏泉岛弧带北部的卡拉塔格地区,是该岛弧带内重要的VMS矿床。红海矿床是一个埋深大于300m的隐伏矿床,块状硫化物矿体主要赋存在奥陶-志留系大柳沟组火山岩中。块状硫化物矿体具有明显的层控特征,呈透镜状、似层状发育在大柳沟组第二套和第三套火山岩之间。块状矿体下部发育脉状-网脉状矿化,具有VMS矿床的双层结构。红海矿床围岩蚀变强烈,块状矿体附近及下盘主要发育黄铁绢英岩化、绿泥石化;块状矿体上盘发育绿泥石化、绿帘石化、钠长石化等。自从红海矿床发现以来,前人已经对该矿床的地质背景、成矿物质来源和成矿时代等进行了一系列研究,取得了一些认识;但矿床的矿化蚀变期次划分、围岩蚀变分带、蚀变矿物的主量和微量元素及SWIR光谱特征的空间变化等仍有待进一步研究。本文基于详细的野外编录、系统的岩相学和矿相学工作,对红海矿床进行蚀变分带和成矿期次划分;并在此基础上对矿床主要蚀变矿物进行主量、微量元素成分分析和短波红外光谱分析,探讨不同期次蚀变矿物的元素空间变化规律,为矿区内的勘查工作提供科学指导。这项研究也将为蚀变矿物地球化学勘查方法在VMS型矿床上的系统应用提供范例。根据钻孔编录和镜下观察结果,红海矿床可划分为六个蚀变/矿化分带,自上而下依次包括:蚀变带Ⅰ(绿泥石-钠长石-绢云母-方解石蚀变带)、蚀变带Ⅱ(绿帘石-绿泥石-钠长石-绢云母-方解石蚀变带)、蚀变带Ⅲ(石英-绢云母-黄铁矿蚀变带)、矿化带Ⅳ(块状硫化物带)、蚀变带Ⅴ(绿泥石-黄铁矿±绢云母蚀变带)和蚀变带Ⅵ(绿泥石-石英-绢云母蚀变带)。根据矿物交代次序、脉体穿插关系和矿物共生组合类型,将红海矿床成矿过程划分为三个成矿期共七个成矿阶段,分别为:VMS成矿期、后期热液叠加期和表生期,其中VMS成矿期可进一步划分为黄铁矿阶段、黄铜矿-闪锌矿阶段和重晶石阶段,后期热液叠加期也可进一步划分为钠长石阶段、绿泥石-绿帘石阶段和石英-碳酸盐阶段。红海矿床主成矿阶段的矿化蚀变特征与典型的VMS矿床类似,但同时还表现出许多海底交代作用的特征,暗示海底交代作用在红海矿床的块状硫化物形成过程中起了重要作用。块状矿体上盘发育强烈的弥散状绿帘石化、绿泥石化及绿帘石-石英-黄铜矿-斑铜矿脉、石英-硫化物-氧化物脉、石英-碳酸盐脉等,这些蚀变与矿化可以与斑岩铜矿床的青磐岩化蚀变带进行对比,指示红海矿床可能处于后期斑岩铜矿系统的外围。电子探针分析表明,红海矿床绿泥石主要属于蠕绿泥石和密绿泥石,并且VMS期绿泥石(Chl1)比后期热液叠加期绿泥石(Chl2)更为富Mg。绿泥石温度计计算结果显示,红海绿泥石的形成温度在220~337℃之间,平均为282℃,两世代绿泥石温度没有明显差别,在空间上的变化也不明显。LA-ICP-MS分析结果显示,绿泥石中微量元素主要为Mn、Zn、Ti、V和Cr等过渡金属元素,而绿帘石中微量元素主要为Mn、Sr、Mg、Ti、P、V和REE等元素。其中,绿泥石的微量元素主要以类质同象方式进入八面体位置,而绿帘石的微量元素则可进入四面体位置(替代Si)、八面体位置(替代Fe或Al)以及空隙位置(替代Ca)。绿泥石微量元素中,Ti、V和Sc等在块状矿体下盘含量较高,Co、Ni、Li和Sr则在矿体上盘含量较高,矿体附近的Mn和Zn含量较低。由于绿泥石微量元素与温度没有明显的相关性,其微量元素的差别和变化很可能受到流体成分的影响。绿帘石微量元素中Zr、V、Sc和Sb在靠近块状矿体的钻孔含量较高,Ti则显示靠近黄铁绢英岩化带含量低,Ba则靠近黄铁绢英岩化带含量高。绿帘石微量元素变化规律可能由后期热液叠加期的流体侧向运移导致。绿帘石的Zr、Sn、Ti和Ba含量与延东和Baguio矿床类似,进一步表明后期斑岩系统的叠加作用。SWIR光谱分析在红海矿床中共识别出8种矿物,包括白云母族、绿泥石、绿帘石、蒙脱石、方解石、石膏、高岭石和葡萄石。白云母族AlOH吸收峰波长范围在2194~2221nm之间,表明红海白云母族具有较为广泛的成分变化,从弱的钠云母(<2194nm),到普通白云母(~2200nm),再到多硅白云母(>2216nm)。绿泥石FeOH吸收峰波长范围为2249~2261nm,指示绿泥石成分从富Mg到富Fe的变化。靠近块状矿体,白云母族AlOH吸收峰波长明显变小,从大于2210nm变化到小于2203nm,指示白云母六次配位Al(Alvi)升高,表明其形成温度更高。靠近矿体的蚀变带中,绿泥石FeOH吸收峰波长相对较小,但变化规律不如白云母族AlOH吸收峰明显。综合以上蚀变矿物地球化学工作,红海VMS矿床的勘查指示标志包括:低白云母AlOH吸收峰(<2203 nm)、绿泥石富Mg、贫Mn和Zn。这些标志对于该地区VMS型矿床的勘查工作具有一定的指示意义,也丰富和完善了当前蚀变矿物地球化学勘查标示体系。