甘肅-新疆北山成礦帶典型礦床成礦流體研究進展及成礦作用探討

潘小菲, 劉 偉

1)中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 北京 100037;

2)中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所礦產(chǎn)資源重點實驗室和巖石圈構(gòu)造演化國家重點實驗室, 北京 100029

甘肅-新疆北山成礦帶典型礦床成礦流體研究進展及成礦作用探討

潘小菲1), 劉 偉2)

1)中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 北京 100037;

2)中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所礦產(chǎn)資源重點實驗室和巖石圈構(gòu)造演化國家重點實驗室, 北京 100029

北山地區(qū)典型金礦床中常見H2O溶液包裹體、富CO2多相包裹體和富CH4包裹體, 成礦流體的揮發(fā)分主要為H2O-CO2-CH4。包裹體測溫結(jié)果顯示各類型金礦經(jīng)歷了多期流體活動, 屬于中高-中低溫、中-低鹽度流體成礦。CO2和CH4的 δ13C值表明前者來自巖漿脫氣, 后者來自圍巖地層。氫、氧同位素組成指示成礦流體主要來源于巖漿流體和大氣降水來源的地下水, 但部分礦床滲入了少量變質(zhì)水。大部分礦床成礦物質(zhì)來源具有多元性, 殼源和幔源均存在, 根據(jù)成礦物理化學條件殼幔成分有差別。金屬硫化物具巖漿硫和地層硫混合特點, 主要受賦礦圍巖控制; 鉛同位素組成反映主要來源于造山帶或成熟弧環(huán)境, 上地殼鉛也不同程度地提供了成礦物質(zhì)。綜合北山地區(qū)典型金礦床的包裹體測溫、成礦流體組分以及成礦流體C、H、O同位素和成礦物質(zhì)的S、Pb同位素特征, 我們認為各類型金礦床具有不同的成因控制因素。馬莊山、南金山、金窩子和210礦床都以不同組成流體混合作用控制成礦; 小西弓、新金廠及老金廠金礦成礦早期, 熱液流體圍繞著巖漿侵入體作對流循環(huán), 成礦晚期, 流體在圍巖中作大面積的滲透淋濾。

北山地區(qū); 成礦流體; 成礦物質(zhì); 混合作用; 沸騰作用

北山成礦帶地質(zhì)背景復雜, 巖漿活動頻繁, 成礦作用強烈, 找礦前景良好, 一直受到地質(zhì)工作者的高度關注。區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的金礦床不下百余處, 礦床的基礎地質(zhì)特征包括礦床產(chǎn)出狀態(tài)、礦床的控礦因素(構(gòu)造-巖漿-地層)及成礦類型等研究相當成熟(江思宏, 2006; 江思宏等, 2001; 聶鳳軍等, 2002),然而, 本區(qū)金礦床的流體成礦作用研究相對滯后,只有少數(shù)幾個礦床進行了成礦流體研究, 流體參與金礦床成礦機制有待進一步加強。本文對已進行了流體成礦作用研究的北山幾個重要金礦床, 包括北帶的馬莊山、中帶的金窩子和 210金礦床以及北山南帶的小西弓、新金廠、老金廠金礦床等, 進行成礦流體特征、成礦物質(zhì)來源對比研究, 結(jié)合成礦地球動力學背景, 初步探討北山地區(qū)流體參與成礦作用機制。

1 北山地區(qū)地質(zhì)概況及礦床分布規(guī)律

北山成礦帶位于哈薩克斯坦-準噶爾和塔里木坂塊交匯部位, 隸屬塔里木板塊東北部, 與北山古生代裂谷-造山帶疊合。區(qū)內(nèi)主要地質(zhì)體和主要構(gòu)造線呈近東西向(圖1和圖2)展布(周濟元, 1994; 聶鳳軍, 2002; 李春昱, 1983; 左國超, 1990; 劉雪亞和王荃, 1995; 崔惠文等, 1996)。該地區(qū)在經(jīng)歷了早古生代多島洋演化階段(Z-O)→俯沖造山演化階段(O-S)→弧-陸碰撞造山演化階段(O3-D)之后, 在晚古生代期間又經(jīng)歷了多個塊體間的碰撞造山以及早二疊世伸展和晚二疊世擠壓的構(gòu)造過程, 致使北山地區(qū)的地球動力學背景非常復雜。在該裂谷帶及其兩側(cè)基底巖系中分布著不同類型金礦床(點), 根據(jù)礦床成因可分為: 石英脈型熱液礦床、火山-次火山熱液型、變質(zhì)熱液層控型、構(gòu)造蝕變巖型及矽卡巖型金礦床(田爭亮, 2001)。該區(qū)金礦床、礦(化)點賦礦地層為上古生代火山-次火山巖、火山碎屑巖(周濟元, 1998, 1999); 賦礦及與礦有關的巖體主要有華力西、加里東、印支期花崗巖巖體, 個別可見前震旦系變質(zhì)火山巖。主要的控礦因素包括韌性、韌-脆性斷裂,火山巖-碎屑巖地層, 華力西、加里東期中酸性、中基性巖漿巖。成礦時代為華力西晚期、印支期和燕山期(陳柏林, 1999), 與該期構(gòu)造同或準同步。該區(qū)各類型代表性礦床特征如表1。

圖1 北山地區(qū)重要金礦床分布及構(gòu)造綱要圖(據(jù)田爭亮等, 2001)Fig. 1 Structure outline map of Beishan area, showing the distribution of important gold deposits (after TIAN Zheng-liang et al., 2001)

2 成礦流體特征

表 2綜合了最近幾年來關于北山地區(qū)部分典型金礦床成礦流體測溫和地球化學研究結(jié)果。

2.1 包裹體類型

從表 2可以看出, 各典型金礦床, 從淺成低溫型、巖漿熱液型、韌性剪切蝕變巖型和海相火成巖型, 它們的包裹體類型以水溶液為主, 均含有 CO2多相包裹體存在, 少量礦床偶見含NaCl子晶多相包裹體。另外, 除了馬莊山和新金廠金礦, 均存在含CH4的包裹體。

2.2 成礦流體的鹽度

各礦床流體包裹體鹽度分布在 0.7-18.6wt% NaCl eq., 顯示包裹體中－低鹽度特征。北山金礦床的鹽度對比發(fā)現(xiàn), 馬莊山淺成低溫熱液型金礦床(7.5-16.2 wt% NaCl eq.)和韌性剪切蝕變巖型礦床(小西弓和 210金礦)的包裹體鹽度高于海相火山巖型(新、老金廠)和石英脈型(金窩子金礦)。前二者成礦體系構(gòu)造發(fā)育, 成礦環(huán)境相對開放, 與鹵水發(fā)生交換程度高, 成礦熱液鹽度高, 致使包裹體捕獲流體鹽度也相對偏高。

2.3 流體包裹體氣相組分

配套的激光拉曼探針、四極桿質(zhì)譜分析結(jié)果表明, 除了新金廠以外, 北山各類型金礦成礦流體的揮發(fā)相組成均以 H2O、CO2、N2和 CH4為主, 占測定氣體組分的 99%。表明各金礦成礦流體中主要組分為H2O-NaCl-CO2-CH4。對比之下, 新金廠流體包裹體的CH4含量較少, CH4含量不超出全部氣體總量的 0.021%, CO2/CH4比值達到幾百倍, 具有相對強的氧化環(huán)境。

馬莊山金礦的 CO2/CH4-CO2/N2協(xié)變關系(李新俊等, 2002)顯示, CO2/CH4和CO2/N2呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢。與去氣作用模擬演化線趨勢相同, 而和飽和大氣水稀釋作用的流體演化線(沿水平方向演化)差異較大, 明顯不同于馬莊山金礦樣品的演化趨勢, 表明馬莊山金礦床成礦熱液流體中發(fā)生了大氣水混合作用。

圖2 小西弓金礦流體包裹體氣相成分的二元協(xié)變圖Fig. 2 Binary covariant diagram of gas components of fluid inclusions in the Xiaoxigong gold deposit

?

?

小西弓金礦的流體包裹體氣體成分二元協(xié)變圖顯示, 小西弓樣品的氣體組分除了CH4和N2分別與CO2表現(xiàn)出兩兩相關外, 其它氣體與N2基本無關。CH4/C2H6比值較高, 達到 11.61-35.37, 表明小西弓礦床沉積巖圍巖的有機質(zhì)降解溫度也比較高, 其變質(zhì)作用也較強烈。

圖3 新金廠－老金廠流體包裹體氣相成分的二元協(xié)變圖Fig. 3 Binary covariant diagram of gas components of fluid inclusions in the Xinjinchang and Laojinchang gold deposits

如圖3, 新金廠礦床樣品的N2與CO2、C2H6分別表現(xiàn)出相關性, 這些線性關系同樣可以用巖漿流體與大氣降水來源的地下水的混合作用解釋。因為上述三種氣體組分都有兩個來源: 一個是巖漿流體,另外一個為地下水。地下水在流經(jīng)富碳質(zhì)的沉積巖圍巖時會從有機質(zhì)中吸收這些組分。在平衡條件下,隨著溫度的降低, CH4/C2H6比值趨于降低。新金廠流體包裹體的氣體CH4/C2H6比值介于0.93-3.00, 顯示新金廠沉積巖圍巖中有機質(zhì)的熱降解溫度不高, 新金廠周圍沉積物的變質(zhì)作用微弱。

老金廠樣品的氣體組分 C2H6和 N2兩種氣體分別與CH4表現(xiàn)出兩兩相關性。表明了老金廠的包裹體甲烷和 C2H6可能從圍巖沉積物中有機質(zhì)熱降解而來。而且 CH4/C2H6比值較高, 達到 12.00-22.61,指示老金廠沉積巖圍巖的有機質(zhì)降解溫度相對高于新金廠, 其變質(zhì)作用也相對較強。

與世界上典型的S型花崗巖Sn-W脈礦床(Kelly and Rye, 1979; Shepherd and Miller, 1988; Shepherd et al., 1985)、I型斑巖Cu-Mo礦床(McMillan, 1976; Bowman et al., 1987; Shaver, 1991; Wilson et al., 1980)、酸性硫化物 Au-Ag礦床、淺成低溫 Au-Ag礦床、脈型煙囪狀 Pb-Zn礦床、熱泉華礦床、黑色頁巖型 Au礦床和太古代中溫 Au礦床(Graney and Kesler, 1995)進行氣相組分對比(圖 4a-d)。在CO2-CO2/N2-CO2/CH4三角圖(圖 4a)上, 北山南帶三個金礦的樣點遠離世界上其它典型金礦床的樣點。新金廠、老金廠和小西弓金礦之間的CH4含量差異大, 出現(xiàn)新金廠＜老金廠＜小西弓變化。而C同位素研究表明了CO2來自巖漿, CH4來自混染了圍巖中碳質(zhì)組分, 由此證明了北山南帶金礦床的圍巖參與了大規(guī)模成礦過程。

CH4-CO2/10-N2三角圖(圖 4d)也體現(xiàn)了這一特點。Ar×100-CO2/10-N2三角圖(圖4c)上北山南帶三個金礦的樣點也遠離世界上其它典型金礦床的樣點, 表明北山南帶的Ar含量低于其它礦床, 而且新金廠成礦流體的 N2含量稍低于老金廠和小西弓的N2含量。

3 成礦溫度

流體包裹體最終均一溫度(Th)可以指示礦物、礦床形成溫度(Roeddor, 1984; Shepherd et al, 1985; 張文淮, 1997)。因此, 以測定的各礦床礦脈捕獲包裹體均一溫度(Th)指示北山地區(qū)金礦成礦溫度。北山北帶的馬莊山淺成低溫熱液型金礦成礦溫度最低, 峰值最高僅為200℃, 屬于地溫熱液型礦床; 小西弓韌性剪切蝕變巖型金礦溫度最高, 峰值溫度達到 400℃(表2, 圖5), 屬于中高溫熱液礦床。金窩子、210、新金廠和老金廠礦床屬于中溫熱液礦床。而南金山金礦峰值有三組, 從高到低分別為 320℃、220℃和160℃, 表明南金山金礦經(jīng)歷了三階段熱液成礦過程。屬于中低溫熱液礦床類型。

圖4 北山金礦與世界典型金、金銀、錫鎢、銅鉬和鉛鋅礦床氣相組分三元圖Fig. 4 Ternary covariant diagrams of gas components in gold deposits of Beishan area and in typical Au, Au-Ag, Sn-W, Cu-Mo and Pb-Zn deposits of the world

圖5 北山典型金礦床成礦溫度示意圖, 箭頭所指為峰值Fig. 5 Sketch map showing ore-forming temperatures of typical gold deposits in Beishan area, with the arrowhead indicating the peak value of final homogeneous temperature of fluid inclusions

4 成礦流體的碳、氫、氧同位素組成

C、H、O同位素研究在示蹤成礦流體源區(qū)和性質(zhì)上具有優(yōu)勢(Kontak and Kerrich, 1997; Ray and Ramesh 1999)。熱液礦床的氫氧同位素組成研究通常表明大氣水占有優(yōu)勢, 水和巖石的氧同位素組成由于水-巖相互作用發(fā)生了不同程度的改造(Taylor, 1997; LIU Wei, 1999, 2000, 2002)。在侵入體次固相冷凝過程和熱液礦床的成礦早期, 通常顯示巖漿流體的貢獻(Liu, 2002; Audetat et al., 1998)。

北山幾個典型金礦床成礦流體的氫、氧同位素組成(李新俊, 2002; 聶鳳軍, 2002)共同投影于圖6。北山幾個典型金礦床的成礦流體均有巖漿水、大氣降水兩個來源, 部分出現(xiàn)了變質(zhì)熱液水源(李新俊, 2002; 劉偉, 2006; 潘小菲, 2006)。北山北帶的馬莊山礦床, 其樣點最靠近大氣降水線, 說明成礦流體混入較多大氣降水(李新俊, 2002)。同處中帶的石英脈型金礦(金窩子礦床)和蝕變巖型金礦(210礦床),兩者的H-O同位素組成也有著明顯的差異性, 210號的成礦熱液脈直接落入巖漿水和變質(zhì)水區(qū)間及其附近, 金窩子 3號脈的δ18O、δD值則相對降低, 表明比 210礦床成礦熱液中混入了較多的大氣降水。南帶的小西弓礦床, δ18O-δD樣點分布在巖漿水區(qū)域之下, 顯示了巖漿水與大氣降水的混合來源特征; 新金廠的樣點大部分落入巖漿水區(qū)域, 表明新金廠成礦流體主要來源于深部的巖漿房, 而老金廠樣點落入巖漿水區(qū)間之下, 表明比新金廠金礦混入了更多的大氣降水(圖6)。

北山幾個典型金礦的碳同位素組成匯總于圖7。金窩子和 210、小西弓、新金廠、老金廠金礦成礦流體中的碳質(zhì)組分有兩種成因: CO2主要來自深源巖漿; CH4則主要是從炭質(zhì)板巖中淋濾獲取。

5 成礦物質(zhì)來源特征

硫、鉛同位素組成表明成礦物質(zhì)來源具有多元性, 殼源和幔源均存在。

圖6 北山典型金礦床成礦流體的δD-δ18O關系圖Fig. 6 δD-δ18O diagram of ore-forming fluids from typical gold deposits in Beishan area

圖7 北山典型金礦成礦流體的δ13C直方圖Fig. 7 Histogram of13C values of ore-forming fluids from typical gold deposits in Beishan area

圖8 北山典型金礦床的δ34S分布直方圖Fig. 8 Histogram of34S values of typical gold deposits in Beishan area

新金廠和老金廠金礦的δ34S值落入幔源巖漿的近0‰值與富集32S的生物S的較大負值之間, 而小西弓、金窩子、210及馬莊山金礦的δ34S值落在正值區(qū)間(圖8), 而且?guī)讉€金礦的δ34S值從大到小的排列順序為: 小西弓≥210≥馬莊山≥金窩子≥老金廠≥新金廠。因為小西弓金礦的賦礦圍巖主要為鉀長花崗巖, 金窩子3號脈為花崗閃長巖, 210礦脈為中酸性凝灰?guī)r, 馬莊山金礦則為次火山石英斑巖, 它們基本提供巖漿成因硫, 而新金廠和老金廠賦礦圍巖為富有機質(zhì)的老地層, 主要提供有機 S和變質(zhì) S,極可能顯示幾個礦床的礦化劑S元素主要受到賦礦圍巖中萃取的S緩沖控制。

大部分礦床的鉛同位素顯示地殼和地幔、造山帶等多種來源特征(圖9)。新金廠、老金廠和210金礦部分顯示了成熟弧來源特征。相比之下, 小西弓金礦鉛同位素大部分落入上地殼, 表明其成礦物質(zhì)主要來源于上地殼。且210金礦床鉛同位素更靠近

6 流體成礦機制探討

一般認為混合作用、水巖作用、沸騰作用是熱液礦床主要的成礦機制(Liu et al., 2001), 而沸騰作用是斑巖銅－鉬礦床、錫－鎢礦床、淺成熱液礦床及多金屬脈狀礦床等礦質(zhì)沉淀的主要原因之一。然而, 綜合北山地區(qū)典型金礦床的包裹體測溫、成礦流體組分以及成礦流體C、H、O同位素和成礦物質(zhì)的 S、Pb同位素特征, 我們認為各類型金礦床的成因具有不同的成因控制因素。

馬莊山金礦成礦流體具有低溫、中低鹽度、富H2O、CO2和富Na+、K+、Cl-離子特征。石英包裹體水的δD和δ18O值表明為大氣水和巖漿水混合來源。黃鐵礦的 δ34S(4.5‰～6.5‰)(陳世忠等, 2000; 李新俊等, 2002)指示深部巖漿硫來源。鉛同位素組成變化較大, 反映成礦物質(zhì)來源的多元性, 從地殼到地幔均有。流體包裹體的顯微溫度計和H2O-氣體間的協(xié)變關系, 排除了成礦過程中去氣作用存在的可能性。巖漿流體與大氣水來源的循環(huán)地下水的混合作用, 可能是馬莊山金礦形成的主要機制。

南金山金礦床經(jīng)歷了三階段成礦, 成礦過程中存在有高鹽度流體與低鹽度流體, 且具有巖漿水與大氣降水混合流體氧同位素特征。成礦過程中發(fā)生了巖漿水與大氣降水的混合作用, 導致了南金山金礦床成礦(江思宏等, 2006)。

圖9 北山典型金礦床的鉛同位素組成圖(馬莊山、210和金窩子3號礦體的Pb同位素數(shù)據(jù)摘自李新俊等, 2002)Fig. 9 Lead isotope composition of typical gold deposits in Beishan area (data of Mazhuangshan and No.210 and No.3 ore bodies of the Jinwozi gold deposit from Li Xinjun, 2002)

根據(jù)金窩子金礦和 210金礦床流體包裹體測溫、包裹體 C、H、O同位素組成和氣體組成(潘小菲和劉偉, 2006; 劉偉等, 2006), 從成礦初期到主成礦期, 巖漿流體與大氣降水來源的地下水發(fā)生混合參與了成礦, 210礦床混入了變質(zhì)水, 而金窩子金礦床混入更多的大氣降水。兩礦床的硫同位素組成反映了硫直接來自于巖漿; 鉛同位素組成的良好線性關系, 反映了金屬物質(zhì)來源于地幔到全殼的各種貯庫, 210礦床比金窩子礦床含有更多的巖漿金屬物質(zhì)(潘小菲和劉偉, 2006; 劉偉等, 2006)。

小西弓、新金廠和老金廠3個金礦床成礦流體的H, O同位素組成表明, 小西弓金礦和老金廠金礦成礦流體不是直接來源于巖漿流體或變質(zhì)流體, 流體混合不是 3個金礦成礦流體演化的主要控制因素(劉偉和潘小菲, 2006)。部分金礦床如小西弓和新金廠的冰融溫度、均一溫度不連續(xù)變化, 形成區(qū)別明顯的流體包裹體群, 表明在成礦過程中發(fā)生了熱液沸騰現(xiàn)象。

7 結(jié)論

(1) 北山地區(qū)典型金礦床中常見 H2O溶液包裹體、富CO2多相包裹體和富CH4包裹體, 成礦流體的揮發(fā)分主要為 H2O-CO2-CH4。包裹體測溫結(jié)果顯示各類型金礦經(jīng)歷了多次流體活動, 屬于中高溫-中低溫、中-低鹽度流體成礦。

(2) 氫、氧同位素組成落入巖漿水區(qū)域或者向大氣降水線不同程度地漂移, 預示成礦流體主要來源于巖漿流體和大氣降水來源的地下水, 但部分礦床仍滲入了少量變質(zhì)水。馬莊山、南金山、金窩子和 210礦床都以不同組成流體混合作用控制成礦;小西弓、新金廠及老金廠金礦成礦早期, 熱液流體圍繞著巖漿侵入體作對流循環(huán), 成礦晚期, 流體在圍巖中作大面積的滲透淋濾。

(3) 大部分礦床成礦物質(zhì)來源具有多元性, 殼源和幔源均存在, 根據(jù)成礦物理化學條件殼幔成分有差別。金屬硫化物具巖漿硫和地層硫混合特點,主要受賦礦圍巖控制; 鉛同位素組成反映主要來源于造山帶或成熟弧區(qū)域, 上地殼鉛也不同程度地提供了成礦物質(zhì)。

陳柏林, 吳淦國, 葉德金, 劉曉春. 2001. 北山地區(qū)金礦類型、成礦規(guī)律和找礦方向[J]. 地質(zhì)力學學報, 7(3): 217-223.

陳世忠, 周濟元, 顧連興, 崔炳芳, 肖惠良. 2000. 新疆哈密馬莊山金礦成礦流體成因及金沉淀機制的探討[J]. 礦床地質(zhì), 19(3): 193-200.

崔惠文, 陳祖伊編著. 1996. 甘肅北山地區(qū)金礦地質(zhì)[M]. 北京:地質(zhì)出版社. 30-45.

江思宏, 聶鳳軍, 白大明, 趙省民. 2001. 北山北帶巖漿活動與金礦成礦作用[J]. 中國地質(zhì), 28(3): 24-28.

江思宏, 聶鳳軍, 陳偉十, 靳光成. 2006. 北山地區(qū)南金山金礦床的40Ar-39Ar同位素年代學及其流體包裹體特征[J]. 地質(zhì)論評, 52(2): 266-275.

李春昱, 王荃, 劉雪亞, 湯耀慶. 1983. 我國北部邊陲及鄰區(qū)古板塊構(gòu)造與歐亞大陸的形成[C]. 中國北方板塊構(gòu)造文集, 65-80.

李景春, 趙愛林, 金成洙, 李存有. 2003. 北山地區(qū)金窩子金礦床成礦系統(tǒng)分析[J]. 西北地質(zhì), 36(3): 57-61.

李新俊, 劉偉. 2002. 東天山馬莊山金礦床流體包裹體和同位素地球化學研究及其對礦床成因的制約[J]. 巖石學報, 18(4): 551-558.

劉雪亞, 王荃. 1995. 中國西部北山造山帶的大地構(gòu)造及其演化[C]. 地學研究, 28: 37-48.

劉偉, 潘小菲. 2006. 甘新北山地區(qū)南成礦帶典型金礦成礦流體特征研究[J]. 巖石學報, 22(1): 171-188.

雒利平, 馮建忠, 傅水興, 吳德文, 楊自安. 1999. 甘肅金窩子金礦地質(zhì)地球化學特征[J]. 有色金屬礦產(chǎn)與勘查, 8(5): 522-525.

聶鳳軍, 江思宏, 白大明, 王新亮, 蘇新旭, 李景春, 劉妍, 趙省民. 2002. 北山地區(qū)金屬礦床成礦規(guī)律及找礦方向[M]. 北京: 地質(zhì)出版, 1-408.

潘小菲, 劉偉. 2006. 金窩子金礦床流體包裹體研究、碳同位素組成及成礦機制探討[J]. 巖石學報, 22(1): 253-263.

司雪峰. 1999. 新、老金廠金礦床控礦特征[J]. 甘肅地質(zhì)學報, 8(增刊): 79-86.

田春生,司雪峰. 2004. 甘肅新金廠地區(qū)金礦化密集區(qū)地質(zhì)特征及金礦床[J]. 甘肅科技, 20(9): 135-138.

田爭亮, 吳錫丹. 2001. 北山成礦帶金礦床(點)分布規(guī)律及找礦方向[J]. 新疆地質(zhì), 19(2): 127-129.

張文淮, 陳紫英編. 1993. 流體包裹體地質(zhì)學. 武漢: 中國地質(zhì)大學出版社, 1-242.

周濟元, 茅燕石, 黃志勛. 1994. 東天山古大陸邊緣火山地質(zhì)[M].成都: 科學技術大學出版社, 179-212.

周濟元, 曾長華, 崔炳芳, 肖惠良, 陳世忠. 1998. 新疆哈密馬莊山金礦次火山巖及其地球化學特征[J]. 火山地質(zhì)與礦產(chǎn), 19(2): 93-104.

周濟元, 陳建滿, 崔炳芳, 肖惠良, 陳世忠. 1999. 新疆哈密雙井子地區(qū)早石炭世火山巖及其地球化學特征[J]. 火山地質(zhì)與礦產(chǎn), 20(1): 14-22.

左國朝, 何國琦. 1990. 北山板塊構(gòu)造及成礦規(guī)律[M]. 北京: 北京大學出版社, 1-226.

References:

AUDETAT A, GUNTHER D, HEINRICH C A. 1998. Formation of a magmatic-hydrothermal ore depoist: insights with LA-ICP-MS analysis of fluid inclusions[J]. Science, 279: 2091-2094.

BOWMAN J R, PARRY W T, KROPP W P, KRUER S A. 1987. Chemical and isotopic evolution of hydrothermal solutions at Binham, Utah[J]. Economc Geology, 82: 395-428.

CHEN Bo-lin, WU Gan-guo, YE De-jin, LIU Xiao-chun. 2001. gold deposits classification, metallogenic rules and ore exploration in Beishan area[J]. Journal of geomechanics, 7(3): 217-223(in Chinese with English abstract).

CHEN Shi-zhong, GU Lian-xing, CUI Bing-fang, XIAO Hui-liang. 2000. Genesis of ore-forming fluids and precipitation mechanism of gold in the Mazhuangshan gold deposit, Hami, Xinjiang[J]. Mineral geology, 19(3): 193-200(in Chinese with English abstract).

CHEN Zhen-geng, CHEN Nan-sheng. 1991. Geochemical characteristics of Jinwozi Gold deposit, Xinjiang[J]. Chinese journal of geochemistry, 10(2): 99-108.

CUI Hui-wen, CHEN Zu-yi. Geology of gold deposit in Beishan area, Gansu[M]. Beijing: geological publishing house, 30-45(in Chinese).

GRANEY J R, KESLER S E. 1995. Gas composition of inclusion fluids in ore deposits: is there a relation to magmas? In: Thompson J F H, ed. Magmas, Fluids, and Ore Deposits[C]. Victoria, British Columbia: Mineralogical Association of Canda Short Course Series, 221-245.

JIANG Si-hong, NIE Feng-jun, BAI DA-ming, ZHAO Xing-min. 2001. Magmatic events and gold metallogeny in northern Beishan area[J]. Chinese geology, 28(3): 24-28(in Chinese).

JIANG Si-hong, NIE Feng-jun, CHEN Wei-shi, JIN Guang-cheng. 2006.40Ar-39Ar Geochronology and Fluid Inclusion Features of the Nanjinshan Gold Deposit, Beishan Mt., Gansu Province [J]. Geological review, 52(2): 266-275(in Chinese with English abstract).

KELLY W C, RYE R O. 1979. Geologic, fluid inclusion, and isotope studies of the tin-tungsten deposits of Panasqueira, Portugal[J]. Economic Geology, 74: 1721-1785.

KELLY W C, TURNEAURE F S. 1970. Mineralogy, paragenesis and geothermometry of the tin and tungsten deposit of the eastern Andes, Bolivia[J]. Economic Geology, 65:608-680.

KONTAK D J, KERRICH R. 1997. An isotopic (C, O, Sr) study of vein gold deposits in the Meguma Terrane, Nova Scotia: Implication for source reservoirs[J]. Econ Geol, 92(2): 161-18.

LI Chun-yu, WANG Chuan, LIU Xue-ya, TANG Yao-qing. 1983. Paleo-plate tectonics and the formation of Eurasia in northern frontier of China and its adjacent area[C]. Corpus of plate tectonics in Northern China, 65-80.

LI Jing-Chun, ZHAO Ai-lin, JIN Chen-zhu, LI Cun-you. 2003. Analysis of metallogenic system in Jinwozi gold deposit, Beishan[J]. Northwestern geology, 36(3): 57-61 (in Chinese with English abstract).

LI Xin-jun, LIU Wei. 2002. Fluid inclusion and stable isotope constraints on the genesis of the Mazhuangshan gold deposit, eastern Tianshan Mountains of China[J]. Acta petrologica Sinica, 18(4): 551-558 (in Chinese with English abstract).

LIU Wei, PAN Xiao-fei. 2006. Evolution of ore-forming fluids and formational mechanism for gold deposits in the southern Bei Shan,Xinjiang-Gansu border area of China[J]. Acta Petrologica Sinica, 22(1): 171-188 (in Chinese with English abstract).

LIU Wei, ZHAO Zeng-hua, ZHANG Fu-qin. 1999. Oxygen and hydrogen isotopic compositions of coexistent minerals of the Tasigake alkali granite pluton, Northern Xinjiang: constraints upon the cause of18O-Ddepletion and the18O/16O exchange kinetics[J]. Chinese Science Bulletin, 44(12): 1086-1092(in Chinese with English abstract).

LIU Wei. 2000. Two stages of isotopic exchange experienced by the Ertaibei granite pluton, Northern Xinjiang, China[J]. Science in China (Series D), 43(6): 605-616.

LIU W, Li X J, Tan J. 2001. Petrogenetic and metallogenietic background of the Dajing Cu-Sn-Ag-Pb-Zn ore deposit, Inner Mongolia, and characteristics of the mineralizing fluid[J]. Resource Geology, 51(4): 321-331.

LIU Wei. 2002. Fluid-rock interaction during subsolidus microtextural development of alkali granite as exemplified by the Saertielieke pluton, Ulungur of the northern Xinjiang, China[J]. Chemical Geology, 182: 473-482.

LIU Xue-ya, WANG Quan. 1995. Tectonics and its evolution of Beishan mountains in Western China[C]. Research of Geology, 28: 37-48 (in Chinese).

LUO Li-ping, FENG Jian-zhong, FU Yong-xing, WU De-wen, YANG Zi-an. 1999. Geology and geochemistry of Jinwozi gold deposit in Gansu Province[J]. Mineral and exploration of nonferrous metals, 8(5): 522-525(in Chinese with English abstract).

MCMILLAN W J. 1976. Geology and genesis of the Highland Valley ore deposits and the Guichon Creek batholith[J]. CIM Spec, 15: 85-104.

NIE Feng-jun, JIANG Si-shong. BAI Da-ming, WANG Xin-liang, SU Xin-xu, LI Jing-chun, LIU Yan, ZHAO Xing-min. 2002. Metallogenic Studies and Ore Prospecting in the Conjunction Area of Inner Mongolia A utonomous Region, Gansu Province and Xinjiang U ygurA utonomousRegion (Beishan M t.), Northwest China[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1-408(in Chinese w ith English abstract).

PAN Xiao-fei, LIU wei. 2006. Fluid inclusions characteristics and ore-forming evolution of Jinwozi gold deposit[J]. Acta Petrologica Sinica, 22(1): 253-263(in Chinese with English abstract).

RAY J S, RAMESH R. 1999. Evolution of carbonalite complexes of the Deccan flood basalt province: stable carbon and oxygen isotopic constraints[J]. Geophysical Research, 104(B12): 29471-29483.

ROEDDOR E. 1984. Fluid inclusions. Review in minerlogy, 1-646

Shaver S A. 1991. Geology, alteration, mineralization, and trace element geochemistry of the Hall(Nevada Moly)deposit, Nye County, Nevada. In: Geology and Ore Deposits of the Great Basin, Symposium Proceedings[C]. Geol Soc Nevada, 303-332.

SHEPHERD T J, MILLER M F. 1988. Fluid incluison volatiles as a guide to tungsten deposits, southwest England: Applications to other Sn-W provinces in Western Europe. In:Boisspmmas J, Omenetto P, eds. Mineral Deposits within the European Community[C]. Berlin: Springer-Verlag, 29-53.

SHEPHERD T J, RANKIN A H, ALDERDON D H M. 1985. A Practical Guide to Fluid Inclusion Studies[M]. Glasgow: Blackie, 63-77.

SI Xue-feng. 1999. Controlling structures of Xinjiangchang and Laojinchang gold deposits[J]. Acta geologica Gansu(in Chinese with English abstract).

TAYLOR H P. 1997. Oxygen and hydrogen isotope relationships in hydrothermal mineral deposits[A]. Barnes HL. Geochemhydrothermal mineral deposits. New York: Wiley, 236-277.

TIAN Chun-sheng, SI Xue-liang. 2004. Geological characteristics and gold deposits in the dense gold-mineralization area of Xinjinchang area, Gansu province[J]. Gansu science and technology, 20(9): 135-138(in Chinese with English abstract).

TIAN Zheng-liang, WU Xi-dan. 2001. Distributive rules of gold deposits (pots) and ore-prosepecting direction in Beishan ore-forming belt[J]. Xinjiang geology, 19(2): 127-129(In Chinese with English abstract).

WILSON W J, KESTER S E, CLOKE P L. 1980. Fluid inclusion geochemistry of the Granisle and Bell porphyry copper deposits, British Colombia[J]. Economic Geology, 75: 45-61.

ZHANG W H, Chen Z Y. Edited.1993. Geology of fluid inclusions. Wuhan: Publishing house of China university of geoloy. 1-242

ZHOU Ji-yuan, CHEN Jian-man, CUI Bing-fang, XIAO Hui-liang, CHEN Shi-zhong. 1999. Early Carboniferous Volcanonics and its geochemistry at Shuangjingzi area in Hami, Xinjiang[J]. Volcanology and mineral resource, 20(1): 14-22(in Chinese with English abstract).

ZHOU Ji-yuan, MAO Yan-shi, HUANG Zhi-xun, CHEN Shi-zhong, ZENG Chang-hua. 1994. Volcanic geology of Eastern Tienshan Paleo-continent[M]. Chengdu: publishing house of Scienc-technology university, 179-212 (in Chinese with English abstract).

ZHOU Ji-yuan, ZENG Chang-hua, CUI Bing-fang, XIAO Hui-liang, CHEN Shi-zhong. 1998. Sub-volcanics and its geochemistry.of Mazhuangshan gold deposit in Hami, Xinjiang province[J]. Volcanology and mineral resource, 19(2): 93-104 (in Chinese with English abstract).

ZUO Guo-chao, HE Guo-qi. 1990. Structure and ore-forming rules in Beishan block[M]. Beijing: publishing house of Beijing univeristy, 1-226.

Characteristics, Derivation and Evolution of Ore-Forming Fluids in Typical Gold Deposits of the Beishan Metallogenic Belt in Gansu-Xinjiang Border Area

PAN Xiao-fei1), LIU Wei2)
1) Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037;
2) Key Laboratory of Mineral Resources and State Key Laboratory of Lithospheric Evolution, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029

Quartz and other sulfide minerals in typical gold deposits of Beishan area contain abundant aqueous, CO2-rich and CH4-rich inclusions, suggesting that the main volatiles in the ore-forming fluids are of the H2O-CO2-CH4system. Microthermometic measurements of fluid inclusions demonstrate that all types of gold deposits have experienced multi-period and multi-stage hydrothermal activities, thus belonging to mineralization of middle-low salinity and meso-hypothermal as well as meso-epithermal fluids. δ13C values of CO2and CH4reveal that CO.2and CH4of the ore-forming fluids were respectively degassed from the magma and leached from the carbonaceous country rocks. Hydrogen and oxygen isotopic compositions indicate that the ore-forming fluids were initially magmatic fluids and subsequently mixed with large amounts of meteoric water derived from groundwater. S isotope compositions of ore sulfides reflect that besides the contribution of the country rocks, most sulfur were provided mainly by the country rocks via fluid infiltration and leaching. Lead isotope compositions of ore sulfidessuggest multiple sources for the metals that range from the crust to the mantle, with certain amounts derived from the orogen or island arc.

Data from microthermometric measurements of fluid inclusions, fluid components, carbon, hydrogen and oxygen isotopes of ore-forming fluids, and sulfur and lead isotopes of ore-forming materials in typical gold deposits together show that different types of gold deposits have varies geneses. In Mazhuangshan, Nanjinshan, Jinwozi and No. 210 gold deposits, mixing of different ore-forming fluids caused metal precipitation. In Xiaoxigong, Xinjinchang and Laojinchang gold deposits, however, hydrothermal fluids experienced convectional circulation around the magmatic intrusion at the early ore-forming stage and permeated into the country rocks at the late stage.

Beishan area; ore-forming fluid; ore-forming material; mixing; boiling

P611.13; P574; P597.2

A

1006-3021(2010)04-507-12

本文由國家自然科學基金項目(編號: 40472056)和基本科研業(yè)務費(所長基金, 編號: J0811)聯(lián)合資助。

2009-11-18; 改回日期: 2010-03-11。

潘小菲, 女, 博士。主要從事流體礦床學研究。通訊地址: 100037, 北京市西城區(qū)百萬莊大街26號。E-mail: pan_smile0551@sina.com。