甘肅早子溝金礦床成礦物質(zhì)來源分析

包萬(wàn)榮，劉繼來

（甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050）

甘肅早子溝金礦床成礦物質(zhì)來源分析

包萬(wàn)榮，劉繼來

（甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050）

早子溝（棗子溝）金礦床為近年來在夏河-合作金銅成礦帶（Ⅳ級(jí)）上發(fā)現(xiàn)并開發(fā)的大型金礦床之一。本文通過研究前人成果和多層面的分析，認(rèn)為早子溝金礦床的成礦物質(zhì)可能來源于深部（殼幔）巖漿巖，成礦流體為以原生巖漿水和變質(zhì)成因水為主的多源混合熱液。

西秦嶺；早子溝金礦床；物質(zhì)來源

早子溝金礦又稱棗子溝金礦，地理上位于甘肅省合作市境內(nèi)。筆者擬通過對(duì)礦區(qū)巖礦地球化學(xué)特征、硫同位素、氫—氧同位素、Au的賦存狀態(tài)、巖礦石稀土元素及微量元素特征、巖漿侵入體時(shí)空特征等研究分析，以期揭示早子溝金礦床成礦物質(zhì)來源及其演化富集規(guī)律，為更深入地認(rèn)識(shí)該礦床成礦機(jī)制、指導(dǎo)深部找礦和尋找類似金礦床探索依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

早子溝金礦床處于西秦嶺造山帶西北緣褶皺帶北部斷褶帶與中部裂陷槽之間的過渡部位之夏河-岷縣-宕昌區(qū)域性逆沖推覆斷裂 （夏河-合作斷裂）帶上；礦床成礦區(qū)（帶）劃分列屬于夏河-合作金銅成礦帶（Ⅳ級(jí)）［1］。區(qū)域性斷裂構(gòu)造主要有3條：由北向南依次為力士山—圍當(dāng)山斷裂帶、夏河—合作斷裂帶和桑科南—格里那斷裂帶，如圖1所示。

圖1 夏河-合作區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)簡(jiǎn)圖

礦區(qū)地層主要為中三疊統(tǒng)古浪堤組下段（T2g1）碎屑巖，地層總體呈近南北走向的單斜構(gòu)造，局部產(chǎn)狀受次級(jí)小褶皺影響變化較大。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，按走向可分為NE、NNE、近SN、EW和NW向五組。中—酸性侵入巖十分發(fā)育，主要巖性有細(xì)晶閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖、黑云閃長(zhǎng)玢巖、石英閃長(zhǎng)玢巖、花崗閃長(zhǎng)斑巖等，產(chǎn)狀主要為囊狀、分枝狀和巖脈，受斷裂構(gòu)造控制明顯，巖漿巖主要為燕山期早期產(chǎn)物，并具有多期次活動(dòng)特征。

早子溝金礦區(qū)共圈定金礦體100余條，其中主礦體有9條，分別為Au1、Au9、Au14、Au15、Au26、Au29、Au30、M4和M6。礦體均嚴(yán)格受斷裂構(gòu)造控制，主要產(chǎn)于NE、NW和近SN向斷裂的斷裂破碎帶內(nèi)。

早子溝金礦床礦體無明顯的蝕變分帶，主要表現(xiàn)在蝕變強(qiáng)度的差別，礦體靠近控礦斷層的部位，絹云母化、硅化和鐵白云石化均十分強(qiáng)烈，向外強(qiáng)度逐漸減弱，直至過渡為未蝕變圍巖。

2 礦石特征

按賦礦巖性和礦石組構(gòu)特征，礦石類型分為四類：蝕變板巖型金礦石、蝕變脈巖（閃長(zhǎng)玢巖）型金礦石、蝕變構(gòu)造角礫巖型和石英脈—輝銻礦型金礦石。蝕變板巖型金礦石和蝕變脈巖型金礦石是早子溝金礦床主要礦石類型，通常蝕變板巖型礦石的黃鐵礦化和毒砂含量強(qiáng)于蝕變脈巖型。

金主要以包裹金及微細(xì)粒粒間金形式存在，以包裹金為主。包裹金載金礦物主要為黃鐵礦、毒砂、石英脈和輝銻礦。一般黃鐵礦化、毒砂化及硅化與金礦化富集成正相關(guān)關(guān)系。

3 成礦物質(zhì)與成礦流體來源分析

3.1 巖礦地球化學(xué)特征分析

早子溝金礦床的主要賦礦圍巖是中三疊統(tǒng)古浪堤組沉積巖和燕山期中—酸性侵入巖。張發(fā)榮等（2001）［2］對(duì)夏河-合作地區(qū)進(jìn)行的區(qū)域地球化學(xué)研究顯示（見表1），夏河-合作地區(qū)廣泛分布的石英閃長(zhǎng)巖等侵入巖中Au、As、Ag、Sb元素含量相對(duì)較高，其中石英閃長(zhǎng)巖中的Au含量高達(dá)53.7ppb，可見該地區(qū)燕山期侵位的巖漿中攜帶有大量Au等成礦元素，為早子溝金礦床的成礦流體提供了主要的成礦物質(zhì)。另外，從表1數(shù)據(jù)可以看出，三疊系和二疊系地層中As、Sb的元素含量高出中國(guó)陸殼平均值一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)，屬于As、Sb的高度富集區(qū)，在研究區(qū)東北部的石炭-二疊系地層中還發(fā)現(xiàn)了獨(dú)立的砷礦；Au元素在三疊系和二疊系地層中的平均含量分別為3.29ppb和3.49ppb，略高于中國(guó)陸殼平均值，反映三疊系和二疊系兩套碎屑巖性地層可能為成礦物質(zhì)來源之一。

表1 夏河-合作地區(qū)三疊系、二疊系地層和侵入巖中金屬元素含量

3.2 硫同位素分析

在以往的討論中，不同學(xué)者有不同的認(rèn)識(shí)。呂新彪等（2009）［3］對(duì)早子溝金礦3個(gè)輝銻礦及2個(gè)黃鐵礦樣品進(jìn)行了硫同位素測(cè)試，結(jié)果為-8.59‰～-9.03‰，認(rèn)為硫同位素主要來自沉積地層的還原硫。姜琪和王榮超（2010）［4］對(duì)早子溝金礦床不同類型金礦石4個(gè)黃鐵礦樣品進(jìn)行了硫同位素測(cè)試，結(jié)果為-7.47‰～-9.26‰（見表2），他們認(rèn)為礦石硫主要來自巖漿期后熱液。

表2 早子溝金礦床黃鐵礦S同位素分析結(jié)果

劉勇（2013）［5］采集了4件金礦石黃鐵礦樣品進(jìn)行了硫同位素測(cè)試，結(jié)果為-4.90‰～-6.50‰，認(rèn)為早子溝金礦床的成礦熱液的δ34S值接近于殼幔深源斑巖型礦床的δ34S值（-5‰～+5‰），具有巖漿硫的特征，反映礦石硫主要來源于巖漿或巖漿熱液，成礦物質(zhì)來源于較深的下地殼或地幔巖漿巖。一般認(rèn)為，熱液硫化物的δ34S值偏離隕石硫（0‰）而出現(xiàn)較大負(fù)值的機(jī)制有兩種：一種是成礦過程中沉淀形成了富集34S的硫酸鹽礦物，使S同位素發(fā)生了分餾；另一種是S為生物來源或細(xì)菌還原硫酸鹽產(chǎn)生的H2S所形成的硫化物。早子溝金礦床各成礦階段礦化中并未出現(xiàn)過硫酸鹽礦物，可以排除硫酸鹽礦物分餾的可能。因此，早子溝金礦床的S同位素特征應(yīng)該指示了成礦流體中的S應(yīng)該來源于沉淀硫或生物硫之外。

作為早子溝金礦床主成礦階段的浸染狀礦化階段，其標(biāo)志性的礦化特征是含砷黃鐵礦-毒砂-絹云母礦物共生組合，指示該階段早子溝金礦床的成礦流體為中等酸度、低fO2流體，根據(jù)Ohmoto（1972）［6］和鄭永飛和陳江峰（2000）［7］的觀點(diǎn)，此時(shí)熱液的總δ34S值與黃鐵礦的δ34S值近似相等，黃鐵礦的δ34S值可以近似代表成礦熱液的S同位素組成。另外，劉勇（2013）［5］采集了4件金礦石黃鐵礦樣品進(jìn)行了硫同位素測(cè)試，結(jié)果為-4.90‰～-6.50‰，認(rèn)為早子溝金礦床的成礦熱液的δ34S值接近于西秦嶺成礦帶其它微細(xì)浸染型金礦床的硫同位素特征［8］和殼幔深源斑巖型礦床的δ34S值（5‰～+5‰）［9］，具有巖漿硫的特征，反映礦石硫主要來源于巖漿或巖漿熱液，成礦物質(zhì)來源于較深的下地殼或地幔巖漿巖。

3.3 氫、氧同位素分析

呂新彪等（2009）［3］對(duì)早子溝金礦石英中的流體包裹體進(jìn)行了氫、氧同位素測(cè)試，數(shù)據(jù)顯示氧同位素組成δ18OSMOW為-7.29‰～-7.96‰，氫同位素組成δDSMOW為-67.4‰～-68.8‰，其認(rèn)為成礦流體主要來自大氣降水；劉勇（2013）對(duì)早子溝金礦與礦化關(guān)系密切的礦物石英進(jìn)行了氫、氧同位素分析測(cè)定（見表3），在δD—δ18O水圖解中（圖略），數(shù)據(jù)點(diǎn)較為集中地落在接近原生巖漿水和變質(zhì)水的區(qū)域范圍內(nèi)，顯示成礦流體具有巖漿水和變質(zhì)成因水的混合流體特征，這與硫同位素測(cè)試分析中硫來自于巖漿的分析結(jié)果可以得到相互印證。

表3 早子溝金礦床石英氫氧同位素分析結(jié)果（單位：Th℃，其余為‰）

3.4 金礦石中Au的賦存狀態(tài)分析

金鼎國(guó)等（2012）在開展早子溝金礦床詳查時(shí)，采用鏡下檢測(cè)并結(jié)合選擇性溶金試驗(yàn)對(duì)金礦物賦存狀態(tài)進(jìn)行了綜合研究，發(fā)現(xiàn)金賦存狀態(tài)以包裹金為主，占84.79%，其中硫化物包裹金占65.58%，脈石包裹金占19.21%；粒間金占15.21%（見表4）。說明金與黃鐵礦、毒砂、輝銻礦屬于同源。

產(chǎn)物，反映出金及金屬硫化物等成礦物質(zhì)與巖漿活動(dòng)及其中酸性巖漿巖關(guān)系十分密切。

表4 早子溝金礦床礦石金礦物嵌存狀態(tài)測(cè)量結(jié)果

劉勇（2013）［5］對(duì)早子溝金礦床73件不同類型的金礦石樣品中所含黃鐵礦、毒砂、輝銻礦及閃鋅礦等金屬硫化物元素成分進(jìn)行了電子探針測(cè)試分析，對(duì)測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析后得出結(jié)論：閃長(zhǎng)玢巖型礦石和沉積變質(zhì)巖型礦石中的黃鐵礦和毒砂均都能檢測(cè)到Au，且黃鐵礦和毒砂中的Co/Ni值絕大多數(shù)＞1，顯示黃鐵礦和毒砂礦物屬熱液成因特征（一般認(rèn)為沉積形成的黃鐵礦Co/Ni值絕大多數(shù)＜1）［10，11］，反映了其物質(zhì)來源于深源巖漿及其后熱液。

3.5 巖礦石稀土元素及微量元素特征分析

金鼎國(guó)等（2012）對(duì)閃長(zhǎng)玢巖、石英閃長(zhǎng)玢巖和（石英）閃長(zhǎng)玢巖型礦體中稀土元素特征進(jìn)行了測(cè)試研究（11個(gè)樣品）認(rèn)為，閃長(zhǎng)玢巖和閃長(zhǎng)玢巖型金礦石配分曲線形式極為相似，均為右傾型，為輕稀土富集，負(fù)Eu異常明顯，表現(xiàn)為殼源巖漿的特征；δCe值為0.57～0.95，平均為0.88，其值＜1，為典型的殼源型巖漿的特征。對(duì)早子溝金礦床金礦石17件微量元素分析數(shù)據(jù)顯示Ti明顯虧損，且Rb/Sr＜1.22，具有殼源巖的特征；另外，礦石中的微量元素的分布與閃長(zhǎng)玢巖相似，說明成礦作用與閃長(zhǎng)玢巖等脈巖關(guān)系密切；Rb/Yb比值介于9.39～169.34，可明顯區(qū)別于Rb/Yb＜1的洋中脊閃長(zhǎng)巖，也不同于Nb較低的島弧閃長(zhǎng)巖的特征，屬板內(nèi)閃長(zhǎng)巖特征。以上微量元素特征大致表明，礦區(qū)金成礦與閃長(zhǎng)（玢）巖等脈巖的侵入關(guān)系密切，侵入巖具有板內(nèi)殼源巖的特征。

3.6 巖漿侵入體時(shí)空特征分析

與金礦化有關(guān)的巖漿巖均為燕山早期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，從巖漿侵入體（包括巖脈）時(shí)間演化來看，發(fā)生于燕山早期的中酸性巖漿侵入活動(dòng)與區(qū)內(nèi)成礦期大體吻合，說明巖漿活動(dòng)與成礦作用應(yīng)該為相同的構(gòu)造熱事件所致；從礦體特征看，部分閃長(zhǎng)巖脈本身就是金礦體，且?guī)r脈型礦石與燕山早期侵入巖微量元素分布規(guī)律極其相似，反映了巖脈、成礦物質(zhì)、成礦流體與燕山早期侵入巖具同源派生成因關(guān)系。

4 結(jié)論與討論

通過對(duì)礦床圍巖及巖漿巖地球化學(xué)特征、礦體及礦石特征、礦石礦物物化特征等多層面的分析，筆者認(rèn)為早子溝金礦床的形成與燕山期巖漿活動(dòng)熱事件及同期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)關(guān)系密切，其成礦物質(zhì)可能來源于深部（殼幔）巖漿巖，成礦流體為以原生巖漿水和變質(zhì)成因水為主，有少量大氣降水參與的多源混合熱液。

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