南金山金礦穩(wěn)定同位素組成特征及成因意義

曹 亮,許榮科,陜 亮,張雨蓮

(1.武漢地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,湖北武漢 430023;2.中國地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院,湖北武漢 430074;3.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心,北京 100037;4.西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,陜西西安 710054)

南金山金礦穩(wěn)定同位素組成特征及成因意義

曹 亮1,許榮科2,陜 亮3,張雨蓮4

(1.武漢地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,湖北武漢 430023;2.中國地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院,湖北武漢 430074;3.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心,北京 100037;4.西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,陜西西安 710054)

南金山金礦產(chǎn)于北山北部晚古生代活動(dòng)大陸邊緣,次生石英巖化火山碎屑巖內(nèi),是受近東西向和北東向斷裂控制的淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V。礦床穩(wěn)定同位素地球化學(xué)特征表明,成礦熱液來源復(fù)雜,可能有巖漿水和大氣降水的混合作用。礦石硫同位素值與自然界中花崗巖、玄武巖相似,反映出與花崗質(zhì)巖漿有一定的親緣關(guān)系。礦石硫可能是來自于由地殼火成巖源區(qū)熔融形成的巖漿,在巖漿侵入地層后形成含礦氣水熱液。鉛同位素特征表明鉛來自于造山帶。同樣,礦區(qū)附近侵入巖體的鉛同位素投繪點(diǎn)也位于造山帶附近,反映了南金山金礦床的成礦作用與其附近侵入巖體之間可能具有內(nèi)在聯(lián)系,因此推斷成礦物質(zhì)主要來自于巖漿活動(dòng)。

穩(wěn)定同位素;成礦物質(zhì)來源;南金山金礦;甘肅

0 引言

南金山金礦位于北山北部晚古生代活動(dòng)大陸邊緣,產(chǎn)于次生石英巖化火山碎屑巖內(nèi),受近東西向和北東向斷裂控制的淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V。江思宏等[1]研究認(rèn)為:印支早期,伴隨著北山地區(qū)南部哈薩克斯坦與塔里木板塊的最終碰撞對接,本區(qū)再次處于構(gòu)造—巖漿活動(dòng)高峰期,中酸性巖漿侵入不僅可以帶來大量的成礦物質(zhì),而且還可促進(jìn)大氣降水的對流循環(huán),不斷萃取周圍火山—沉積巖地層中的金。在花崗巖類侵入巖體定位之后,含礦的巖漿熱液與大氣降水發(fā)生混合,并且最終沉淀形成金礦床。本文通過氫、氧、硫、鉛穩(wěn)定同位素地球化學(xué)特征對成礦物質(zhì)來源進(jìn)行探討。

圖1 北山地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造略圖(據(jù)甘肅地調(diào)院,2002)Fig.1 Schematic map of geological tectonics in North mountain area

1 礦床地質(zhì)特征

1.1 礦區(qū)地質(zhì)概況

南金山金礦位于甘肅省肅北蒙古族自治縣明水鄉(xiāng)。礦區(qū)東西長4.5 km,南北寬約2 km,面積約9.0 km2,產(chǎn)于北山北部晚古生代活動(dòng)大陸邊緣(圖1)。中—晚古生代時(shí)期,在掃子山—紅石山—百合山一線,形成大量的地縫合線的蛇綠巖,該構(gòu)造帶是西伯利亞板塊和中朝板塊的分界線[2]。

礦區(qū)出露地層均為下石炭統(tǒng)白山組上巖組淺變質(zhì)的海相火山碎屑沉積巖、火山碎屑巖[3]。白山組上巖組為礦區(qū)賦礦地層,下部主要為泥灰?guī)r、條帶狀灰?guī)r及千枚狀絹云母板巖等,與北側(cè)的侵入巖接觸有輕微的變質(zhì),中部主要為淺變質(zhì)凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)砂(礫)巖、英安質(zhì)凝灰?guī)r及花崗質(zhì)砂礫巖等,上部主要為細(xì)晶灰?guī)r。

圖2 南金山金礦床地質(zhì)圖(據(jù)酒泉地質(zhì)調(diào)查隊(duì),1990資料修編)Fig.2 Geologicalmap of the Nanjinshan gold deposit

1.2 礦體特征

金礦體主要在次生石英巖中或次生石英巖化火山碎屑巖內(nèi)產(chǎn)出。含礦巖石類型主要有變凝灰質(zhì)砂礫巖、變凝灰質(zhì)砂巖和變英安質(zhì)凝灰?guī)r,局部為灰?guī)r破碎帶。南金山金礦床按礦體產(chǎn)出部位和空間分布位置,可分為南、北2個(gè)含礦帶,均呈近EW向展布(圖2)。含礦地質(zhì)體為沿近東西向及北東向似環(huán)狀斷裂展布的硅化石英脈,硅化石英脈與圍巖之間呈漸變過渡或充填接觸,礦體形態(tài)依硅化石英脈的形態(tài)變化而變化,多為脈狀、透鏡狀等,局部有分枝現(xiàn)象,其規(guī)模大小不一,產(chǎn)狀一般為北傾,傾角15°～40°,在剖面上呈多層疊瓦狀排列(圖3),這是由于在不同地段斷裂發(fā)育程度及其所切穿巖石的滲透性所決定的。

圖3 南金山金礦4勘察線(A)剖面圖(據(jù)酒泉地質(zhì)調(diào)查隊(duì)資料修編)Fig.3 Geological sections alongNo.4(A)exploration lines of the Nanjinshan gold deposit

1.3 蝕變礦化特征

礦區(qū)內(nèi)蝕變類型主要為次生石英巖化、絹云母化,其次為葉蠟石化及黃鐵礦化。蝕變分帶通常呈環(huán)帶狀繞含礦巖體分布,自內(nèi)而外,依次為次生石英巖化→絹云母化→葉蠟石化。

1.3.1 次生石英巖化

次生石英巖化是中酸性火山巖,在火山熱液、噴氣的作用下,經(jīng)交代蝕變形成的一種以石英為主要成分并包含一組富鋁礦物為特征的蝕變類型,是本區(qū)最重要的與金礦化關(guān)系密切的氣—液蝕變類型之一。

1.3.2 絹云母化

絹云母化分布比較廣泛。在各類巖石中普遍存在,但絹云母的含量變化大。大部分巖石中絹云母很少,最高含量可達(dá)59%。在礦體內(nèi)或礦體附近的次火山巖內(nèi),絹云母化與葉蠟石化常呈正相關(guān)關(guān)系,在礦區(qū)北部、南部和東部的一些地段,絹云母化常與土化密切共生。絹云母化與金礦化的關(guān)系,目前尚不清楚。硅化蝕變同時(shí)伴有絹云母化,特征是原巖中的火山碎屑物質(zhì)及膠結(jié)物被大量磷片狀絹云母取代且在礦石中呈團(tuán)塊狀分布。

1.3.3 葉蠟石化

葉蠟石化僅在礦化地段內(nèi)發(fā)育,蝕變強(qiáng)度相對較弱,分布極不均勻。據(jù)薄片鑒定結(jié)果,大部分巖石中葉蠟石含量甚微或與絹云母難于區(qū)分。葉蠟石的富集有時(shí)與流紋巖有關(guān),有時(shí)與凝灰?guī)r有關(guān),有時(shí)與次生石英巖有關(guān),規(guī)律性不很強(qiáng)。在葉蠟石化強(qiáng)烈地段,礦石品位也有所增高,因此葉蠟石化與金礦化關(guān)系密切,是尋找金礦的重要標(biāo)志。

1.3.4 金屬硫化物蝕變

金屬硫化物蝕變是本區(qū)重要的蝕變類型之一。有些金屬硫化物本身就是成礦元素,具有較好的綜合利用價(jià)值,如S、Pb、Zn等。另外,絕大部分金屬硫化物礦物都是金的載金體,它們經(jīng)常以連晶和包晶的方式與自然金共生。

2 氫、氧同位素組成

包裹體研究表明,南金山金礦含金礦化體及石英脈中流體包裹體發(fā)育一般,且粒度偏小,>10μm所占比例較小,主要為CO2包裹體和氣液兩相包裹體(圖4)。南金山金礦床成礦流體以中低溫(160～240℃),中低鹽度(6%～11.93%NaCl)[4](表1),富含CO2為特征。

圖4 南金山金礦床含金石英脈中不同類型包裹體的鏡下特征Fig.4 Photomicrographs of fluid inclusion types from gold-bearing quartz veins of the Nanjinshan gold deposit

表1 南金山金礦床含金石英脈中兩相氣液包裹體測量結(jié)果表Table 1 Microthermometric data for two-phase H2O-rich inclusions in quartz and carbonates from the Nanjinshan gold deposit

注:D25-3、D25-8、D25-9、D25-13由筆者在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測試,測試時(shí)間2007年11月;NJS01-8數(shù)據(jù)引自江思宏,2006。

南金山金礦床含金石英脈中的包裹體較多。其南礦帶和北礦帶含金次生石英巖6件樣品氧同位素組成和包裹體測溫(均一法)數(shù)據(jù)見表2。

從南礦帶到北礦帶,δ18O值有逐漸減低的趨勢,這與成礦流體演化過程中氧同位素的分餾效應(yīng)有關(guān)。通過計(jì)算獲得的δ18OH2O值為-0.90‰～+7.44‰。前人對礦區(qū)內(nèi)的含金石英脈中氧同位素研究結(jié)果表明[5],成礦流體具有巖漿水與大氣降水混合流體氧同位素特征。因此推斷石英包裹體中的這種較高鹽度[>7.5%(NaCleq)]流體可能來自于巖漿水,而低鹽度[即<3%(NaCleq)]流體則可能源自大氣降水。因此,成礦過程中巖漿水與大氣降水的混合是控制成礦的一種重要機(jī)制。

3 硫同位素組成

本文共收集了礦石中黃鐵礦和毒砂的10個(gè)硫同位素?cái)?shù)據(jù)(見表3),由表3可知南金山金礦的δ34S值變化于+2.00‰～+8.4‰,峰值在+7‰～+9‰之間,平均值為7.11‰,均正向偏離隕石硫平均值,暗示復(fù)雜成因。雖然前人測得的南礦帶金礦石、圍巖中的黃鐵礦的δ34S的值和這些值相比,差別較大,但是與個(gè)別樣品值較為接近。從南礦帶到北礦帶硫化物δ34S值逐漸升高,可能與流體演化的階段性有關(guān),而這種演化可能直接受硫的來源及其形成時(shí)的物理化學(xué)條件所控制。

從南金山金礦硫同位素對比圖(圖5)來看,礦石硫同位素值與自然界中花崗巖、玄武巖相似,反映出與花崗質(zhì)巖漿有一定的親緣關(guān)系。一般認(rèn)為,如果一個(gè)金礦床的δ34S變化范圍<10‰,就能夠作為單一硫源來處理;如果一個(gè)礦床的δ34S值變化范圍較大(>10‰),可能有多種原因。例如,生物成因的硫同位素值變化于+20‰～+40‰;蒸發(fā)鹽的硫同位素值變化于+10‰～+30‰;在成礦作用過程中,隨著溫度的降低、氧化還原電位以及酸堿度的變化也會(huì)引起同位素的分餾作用而使硫同位素的比值有較大的變化。因此,本礦床的硫源是單一硫源。

表2 南金山金礦床石英氧同位素組成和包裹體測溫?cái)?shù)據(jù)Table 2 δ18O correlation and temperature data to fluid inclusions in quart from Nanjinshan gold deposit

表3 南金山金礦床硫同位素組成結(jié)果Table 3 S isotope analyses from Nanjinshan gold deposit

圖5 南金山金礦硫同位素對比圖Fig.5 S isotope contrast chart in Nanjinshan gold deposit

當(dāng)一個(gè)含硫礦物從流體相沉淀出來時(shí),在平衡的條件下共生礦物間硫同位素組成會(huì)出現(xiàn)一定的差異。在平衡共生的礦物中,有黃鐵礦>磁黃鐵礦>黃銅礦的硫同位素分配順序,可作為判斷成礦作用是否達(dá)到平衡的標(biāo)志[7]。由表2可以看出,南金山金礦成礦作用尚未完全達(dá)到平衡,因此本礦床的S同位素不能作為判斷成礦物質(zhì)來源的有效示蹤劑,但是,基本說明了S源為深成來源,如有一個(gè)黃鐵礦樣品的δ34S/‰為2.0,比較接近于隕石硫及幔源硫;結(jié)合本區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)來看,礦石硫可能是來自于由地殼火成巖源區(qū)熔融形成的巖漿,在巖漿侵入地層后形成含礦氣水熱液。

4 鉛同位素特征

本區(qū)鉛同位素的組成特征(表4)為:礦石中硫化物206Pb/204Pb值為18.365～18.540,平均值18.416;207Pb/204Pb值為15.538～15.636,平均值15.591;208Pb/204Pb值為38.087～38.434,平均值38.213。206Pb/Pb204、207Pb/Pb204、208Pb/204Pb值的變化范圍均較小,Pb模式年齡變化范圍為8～226 Ma之間,μ值為9.42～9.82之間,Pb的來源較為單一。

與金礦石中的硫化物相比,賦礦圍巖(包括礦化蝕變巖)和礦區(qū)外圍侵入巖體以相對富含放射性成因Pb為特征,207Pb/204Pb值分別為15.541～15.699和15.591～15.639,平均值為15.626和15.607,Pb模式年齡絕大多數(shù)為負(fù)值,火山巖地層中的μ值變化范圍為9.49～9.64,Pb的來源較為單一(見圖6)。

圖6 南金山金礦床鉛同位素構(gòu)造模式圖(據(jù)Zartman等,1988)Fig.6 Lead isotopic composition in Nanjinshan gold deposit

硫化物樣品的投繪點(diǎn)較為集中,均位于造山帶鉛演化線附近,說明礦石中Pb主要來自造山帶。同樣,礦區(qū)附近侵入巖體的鉛同位素投繪點(diǎn)也位于造山帶附近,反映了南金山金礦床的成礦作用與其附近侵入巖體之間具有密切的內(nèi)在聯(lián)系。

5 成礦物質(zhì)來源探討

綜上所述,根據(jù)氫、氧、硫、鉛同位素特征,推斷成礦熱液來源復(fù)雜,可能有巖漿水和大氣降水的混合作用,硫主要來自巖漿,鉛來自于造山帶。成礦物質(zhì)主要來自于巖漿活動(dòng)。早石炭世本區(qū)處于島弧環(huán)境,噴發(fā)—沉積形成了大量的火山—碎屑巖,這些火山碎屑巖金含量相對較高,構(gòu)成了原始礦源層。海西晚期,受哈薩克斯坦與西伯利亞板塊的碰撞對接影響,本區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈構(gòu)造活動(dòng),地層中出現(xiàn)大量褶皺和斷層,產(chǎn)生一系列的NE,NW向殼斷裂,為后期含金流體的上侵定位提供了通道和空間條件。印支早期,伴隨著研究區(qū)南部哈薩克斯坦與塔里木板塊的最終碰撞對接,本區(qū)再次處于構(gòu)造—巖漿活動(dòng)高峰期,中酸性巖漿侵入帶來大量的成礦物質(zhì),在花崗巖類侵入巖體定位之后,含礦的巖漿熱液與大氣降水發(fā)生混合,之后大氣降水大量加入,使成礦度(<200℃)、鹽度(<7%)更低,金礦床的成礦時(shí)代為(242.8±0.8)Ma[8],相當(dāng)于印支早期,遠(yuǎn)晚于其圍巖成巖時(shí)代,因此該礦床可能屬于與巖漿巖有關(guān)的中低溫?zé)嵋盒徒鸬V床。

表4 南金山金礦床硫化物、容礦圍巖和侵入巖的鉛同位素組成及特征比值Table 4 Pb isotope compositions and characteristic ratio of sulphide,ore-bearing rocks and intrusive rocks from Nanjinshan gold deposit

[1] 江思宏,聶鳳軍,等.北山地區(qū)南金山金礦床的40Ar-39Ar同位素年代學(xué)及其流體包裹體特征[J].地質(zhì)論評(píng),2006,52(2):266-275.

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(責(zé)任編輯:于繼紅)

Stable Isotopic Composition Characteristics and the Genesis Significance of NanJinshan Gold Deposit,Gansu Province

CAO Liang1,XU Rongke2,SHAN Liang3,ZHANG Yulian4
(1.Wuhan Institute of Geology andMineral Resources,Wuhan,Hubei443003;2.Faculty of Earth Resources,China University of Geosciences,Wuhan,Hubei430074;3.Development Research Center of China Geology Survey,Beijing100037;4.X i′an Institute of Geology andMineral Resources,X i′an,Shaanxi710054)

Nanjinshan gold deposit is an epither mal deposit in North mountain area,which was an active continental margin in late Paleozioc.The orebodies occur as in secondary pyroclastic rocks,mainly controlled by E-W and N-E trending fault.The results show that:ore-for ming fluid maybe originated from magmatic water and meteoric water;Ore sulfur isotope value is similar with nature of granite,basalt,reflects a certain relationship with the granitic magma.Ore sulfurmay be from molten magma which is the source area of crust igneous rock,aftermagma intrusion in the for mation,it can format ore-bearingwater and gas hydrother mal.The study of lead isotope indicates that Pb in ore is mainly from orogenic belt.As the same,the mining area nearby intrusive bodies’lead isotope throws draws also to be located at nearby the orogenic belt.It reflectes that metallization of Nanjinshan gold deposit may have the inner link with its nearby intrusive bodies.Thus,the authors consider that ore-for mingmaterials are from magmatic activity.

stable isotopes;origin of ore-formingmaterials;Nanjinshan gold deposit;Gansu Province

P618.51;P632+.7

A

1671-1211(2010)04-0348-06

2009-11-26;改回日期:2010-03-09

中國地質(zhì)調(diào)查局國土資源大調(diào)查項(xiàng)目,項(xiàng)目編號(hào):1212010531504。

曹亮(1982-),男,碩士,礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè),從事礦產(chǎn)規(guī)律與成礦預(yù)測工作。E-mail:okeyokok@163.com