吉林靖宇小東大溝金礦床地球化學(xué)特征及成因探討

楊錫銘，孫豐月，彭 勃，劉金龍，李 良

吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130061

吉林靖宇小東大溝金礦床地球化學(xué)特征及成因探討

楊錫銘，孫豐月，彭 勃，劉金龍，李 良

吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130061

小東大溝金礦床位于華北板塊北緣東段王家店－天合興多金屬成礦帶內(nèi)，礦體的產(chǎn)出受斷裂構(gòu)造控制，與花崗斑巖、閃長(zhǎng)巖等脈巖關(guān)系密切.流體包裹體研究表明，主成礦階段成礦流體具有中低溫（180～240℃）、低鹽度（8%～11%）和低密度（0.92～0.98 g/cm3）的特征.氫氧同位素分析結(jié)果顯示，成礦流體主要來源為地幔初生水，后期混入大氣降水.硫同位素分析結(jié)果顯示，硫源為巖漿硫.結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景和分析測(cè)試結(jié)果，認(rèn)為小東大溝金礦床的形成與濱太平洋板塊向歐亞大陸俯沖形成的陸緣巖漿弧活動(dòng)有關(guān)，為中低溫?zé)嵋好}型金礦床.

小東大溝金礦床；成礦流體性質(zhì)；穩(wěn)定同位素；礦床成因；吉林省

0 前言

吉林省靖宇縣小東大溝金礦床位于華北板塊北緣東段王家店－天合興多金屬成礦帶內(nèi)［1］，區(qū)域成礦條件有利，找礦前景良好.為深入了解小東大溝金礦床的礦化富集規(guī)律和礦床成因，指導(dǎo)進(jìn)一步的找礦工作，對(duì)小東大溝金礦床進(jìn)行了流體包裹體和穩(wěn)定同位素氫氧硫的分析測(cè)試工作，探討礦床成礦流體性質(zhì)及礦床成因.

1 成礦地質(zhì)背景

小東大溝金礦床位于華北板塊北緣東段王家店－天合興多金屬成礦帶中部，礦區(qū)北西側(cè)是敦化－密山斷裂，北東側(cè)是著名的夾皮溝金－多金屬成礦帶.區(qū)域內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，巖石變質(zhì)變形強(qiáng)烈，韌性變形構(gòu)造發(fā)育［1］.

區(qū)域巖漿活動(dòng)時(shí)期以太古宙、中生代為主.巖漿巖主要為侵入巖.太古宙侵入巖經(jīng)變形變質(zhì)作用形成變質(zhì)深成巖，主要巖性為斜長(zhǎng)角閃巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖.中生代侵入巖巖性主要為英云閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、鉀質(zhì)花崗巖，以及脈狀產(chǎn)出的輝長(zhǎng)巖、輝綠玢巖、閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖、花崗斑巖、正長(zhǎng)斑巖等［2］，本期脈巖與金礦化關(guān)系密切.

圖1 王家店－天合興多金屬成礦帶地質(zhì)及礦點(diǎn)分布圖（據(jù)文獻(xiàn)［3］）Fig.1 Geological map of Wangjiadian-Tianhexing polymetallic metallogenic belt with distribution of ore occurrences（From Reference［3］）

區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)頻繁，構(gòu)造樣式組合復(fù)雜，主要發(fā)育兩種.一種為橢圓形穹形構(gòu)造，以會(huì)全棧、松樹川穹形構(gòu)造（圖1）為代表，發(fā)育于太古宙變質(zhì)深成巖中，在松樹川穹型構(gòu)造邊部分布有松樹川銀礦、張家屯金礦；另一種為韌性剪切帶，以王家店－那爾轟－天合興南北向韌性剪切帶為主體，其內(nèi)部分布有大量北西、北東向斷層，具長(zhǎng)期活動(dòng)特征，成礦、賦礦作用明顯，沿其內(nèi)部及兩側(cè)自北向南依次分布有王家店金礦、古家溝金礦、東溝金礦、小東大溝金礦、那爾轟金礦、天合興銅礦等多個(gè)金、銅礦床［2］.

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

小東大溝金礦區(qū)地層僅出露太古宙批洲巖組，分布于金礦區(qū)東北部，巖性為斜長(zhǎng)角閃巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖.礦區(qū)內(nèi)侵入巖以太古宙變質(zhì)深成巖為主，進(jìn)一步劃分為東北岔片麻巖、富家溝片麻巖，零散分布有不同時(shí)期沿?cái)嗔褬?gòu)造侵入的基性－超基性和中酸性小型侵入體.中生代脈巖較為發(fā)育，有輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、石英斑巖、花崗斑巖.各類脈巖多受斷裂構(gòu)造控制，方向各異，出露規(guī)模大小不等.

構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造，以北東向?yàn)橹?，東西向和北西向次之.北東向斷裂形成時(shí)間最晚，切斷東西向和北西向斷裂，并被脈巖充填.脈巖多呈北東向展布，大部分脈巖有不同程度的礦化蝕變或被壓碎.上述脈巖與成礦關(guān)系密切，是金礦找礦的重要標(biāo)志.

該區(qū)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)金多金屬礦體8條.主要礦體為2號(hào)、3號(hào)和6號(hào).2號(hào)礦體長(zhǎng)520 m，寬1.25 m，產(chǎn)狀320°∠50°，金平均品位 1.29×10－6，最高品位 1.71×10－6；3號(hào)礦體長(zhǎng) 440 m，寬 1 m，產(chǎn)狀 320°∠50°，金平均品位 4.98×10－6，最高品位 14.39×10－6；6 號(hào)礦體長(zhǎng) 320 m，寬 2.24 m，產(chǎn)狀 320°∠30°，金平均品位 4.15×10－6，最高品位 25.89×10－6.

礦石中主要金屬礦物有黃鐵礦、褐鐵礦、鏡鐵礦、方鉛礦、黃銅礦、孔雀石，脈石礦物有石英、云母、斜長(zhǎng)石、角閃石等.礦石結(jié)構(gòu)主要為自形半自形粒狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)造主要為細(xì)脈狀構(gòu)造，局部礦化富集呈團(tuán)塊狀.近礦圍巖蝕變有硅化、綠泥石化、綠簾石化、絹云母化等.

2.2 成礦階段及時(shí)代

根據(jù)野外地質(zhì)觀察和室內(nèi)光薄片鑒定工作，按照礦石中礦物的共生組合、生成順序及相互穿插關(guān)系，礦物的生成順序?yàn)辄S鐵礦→閃鋅礦（黃銅礦）→黃銅礦→方鉛礦.成礦作用劃分為2個(gè)成礦期，即熱液成礦期和表生成礦期.熱液成礦期分為石英－黃鐵礦階段、石英－多金屬硫化物階段和碳酸鹽階段.

石英－黃鐵礦階段：主要生成礦物為石英和黃鐵礦，黃鐵礦呈自形、半自形浸染狀、脈狀分布于巖石中，金礦化極微弱.

石英－多金屬硫化物階段：為主要成礦階段，發(fā)育有黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦、方鉛礦.黃鐵礦呈浸染狀分布于巖石中，閃鋅礦、黃銅礦、方鉛礦呈團(tuán)塊狀、浸染狀、脈狀分布于巖石中.該階段形成的礦物與先前形成的礦物疊加，富集成礦.

碳酸鹽階段：主要發(fā)育碳酸鹽，礦物主要為方解石，金屬礦物減少，多見方鉛礦、閃鋅礦呈團(tuán)塊狀、脈狀分布于巖石中，不見金礦化.

表生成礦期：主要發(fā)育次生氧化礦物，可見褐鐵礦、孔雀石等.

礦區(qū)周圍燕山期脈巖出露較多，主要呈北東向展布，巖石類型主要有閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖、石英斑巖和花崗斑巖.小東大溝金礦床北東30 km附近即為著名的夾皮溝金礦帶.金礦帶中各主要礦床的成礦時(shí)代如下：八家子 185 Ma［4］，紅旗溝 178 Ma［5］，四道岔 177 Ma［6］，二道溝161 Ma［7］.小東大溝的礦床地質(zhì)特征與夾皮溝金礦帶內(nèi)礦床的特征相類似，靠近區(qū)域深大斷裂敦密斷裂.礦床產(chǎn)于韌性剪切帶中，礦體的產(chǎn)出受斷裂構(gòu)造控制，與花崗斑巖、閃長(zhǎng)巖等脈巖關(guān)系密切.推斷小東大溝金礦的成礦時(shí)代應(yīng)為燕山早期.

3 流體包裹體研究

3.1 樣品及測(cè)試方法

研究樣品取自小東大溝金礦區(qū)與成礦有關(guān)的石英脈，磨制包裹體片，在雙目鏡下選擇包裹體進(jìn)行測(cè)試.流體包裹體測(cè)溫在吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地質(zhì)流體實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行.實(shí)驗(yàn)采用德國(guó)Carl Zesis Axiolab顯微鏡（10×50）對(duì)包裹體進(jìn)行巖相學(xué)觀察.測(cè)溫儀器：Linkam THMSG－600型冷熱臺(tái)，儀器測(cè)定溫度范圍為－196～+600℃，測(cè)試前用純H2O包裹體（國(guó)際試樣）及人造25%CO2－H2O進(jìn)行了系統(tǒng)校正.試驗(yàn)中用液態(tài)氮?dú)膺M(jìn)行冷卻，分析精度：大于31℃時(shí)為±2℃，小于31℃時(shí)為±0.1℃，測(cè)試過程中升降溫速率一般為 1～20℃/min，固液相轉(zhuǎn)變點(diǎn)附近的升溫速率降低為1℃/min.

3.2 流體包裹體類型

通過鏡下觀察，小東大溝金礦床石英脈中流體包裹體較發(fā)育，多為原生包裹體，少部分為次生包裹體.根據(jù)室溫時(shí)包裹體的相態(tài)，均為氣液兩相包裹體（表1），可進(jìn)一步分為氣相H2O－液相H2O包裹體和氣相CO2－液相 CO2－液相 H2O 包裹體（圖 2）.

圖2 小東大溝金礦床流體包裹體顯微照片F(xiàn)ig.2 Microphotographs of fluid inclusions in Xiaodongdagou gold deposit

氣相H2O－液相H2O包裹體（W類）：該類型包裹體較發(fā)育，大小為2～10 μm，主要由氣體和液體組成，氣液比介于5%～25%，在常溫下形態(tài)主要有橢圓形、多邊形以及不規(guī)則狀.

氣相CO2－液相CO2－液相H2O包裹體（C類）：該類型包裹體比較少見，大小為6～10 μm，氣相CO2占CO2相整體體積的50%，加熱時(shí)，氣相CO2和液相CO2在低于31.3℃的溫度下均一成單一的CO2相（即CO2的部分均一溫度）.

3.3 流體包裹體測(cè)試結(jié)果

石英－黃鐵礦階段：發(fā)育氣相H2O－液相H2O包裹體和氣相CO2－液相CO2－液相H2O包裹體.氣相H2O－液相H2O包裹體均一溫度為128.7～287.5℃，峰值為220～240℃（圖3a），鹽度峰值為9%～12%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，NaCl當(dāng)量）（圖3b），密度峰值為0.90～0.92 g/cm3（圖3c）.

氣相CO2－液相CO2－液相H2O包裹體部分均一溫度為 25.7～28.5 ℃，完全均一溫度為 222.7～293.6 ℃，峰值為260～300℃（圖3a），水溶液相鹽度峰值為11%～12%（圖3b），密度峰值為0.94～0.96 g/cm3（圖3c）.

金－多金屬硫化物階段：只見氣相H2O－液相H2O包裹體，均一溫度為 165.4～365.1 ℃，峰值為 200～220 ℃（圖3a），鹽度峰值為9%～10%（圖3b），密度峰值為0.94～0.96 g/cm3（圖3c）.

碳酸鹽階段：只見氣相H2O－液相H2O包裹體，均一溫度為 116.1～159.7 ℃，峰值為 140～160℃（圖 3a），鹽度峰值為 11%～12%（圖 3b），密度峰值為 0.98～1.00 g/cm3（圖3c）.

小東大溝金礦床成礦流體系統(tǒng)的變化從成礦早期到主成礦期有較為明顯的規(guī)律.均一溫度從早階段（231.3 ℃）→主階段（229.0 ℃）→晚階段（145.1 ℃）逐漸降低，鹽度從早階段（11.84%）→主階段（11.71%）→晚階段（10.73%）逐漸降低，暗示在流體演化過程中，初始流體在沿著斷裂通道上升過程中有較低溫低鹽度流體混合使其物理化學(xué)條件發(fā)生改變，均一溫度與鹽度均降低，并發(fā)生了氣體的逃逸，從而導(dǎo)致Au的溶解度降低，并最終卸載沉淀成礦.密度從早階段（0.919 g/cm3）→主階段（0.920 g/cm3）→晚階段（0.998 g/cm3）漸漸升高，可能由于流體發(fā)生CO2等氣體逃逸或混入較高密度的流體所致.原始流體與低溫低鹽度流體不同程度混合是小東大溝金礦礦質(zhì)卸載成礦的主要原因.

表1 小東大溝金礦床不同成礦階段流體包裹體類型及參數(shù)Table 1 Types and parameters of fluid inclusions by metallogenic stages in Xiaodongdagou gold deposit

利用主成礦階段流體包裹體測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，運(yùn)用等容線相交法求得的小東大溝金礦成礦壓力約為50～110 MPa，顯示小東大溝金礦床形成于中壓環(huán)境.利用孫豐月等［8］分段擬合的壓力與深度之間的關(guān)系，得到成礦深度范圍為 5.63～8.69 km，屬于中成深度.

4 穩(wěn)定同位素研究

4.1 樣品及分析方法

穩(wěn)定同位素測(cè)試分析工作在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心完成.選取小東大溝金礦床主成礦階段石英單礦物樣品進(jìn)行氫－氧同位素測(cè)試.氧同位素的測(cè)定采用BrF5法制備CO2，通過MAT－253質(zhì)譜儀分析氣體中的O同位素組成，精度為±0.2‰.氫同位素組成測(cè)定采用爆裂法獲取水，通過MAT－253型質(zhì)譜儀分析氣體中H同位素組成，精度為±2‰.氫、氧同位素采用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為V－SMOW.計(jì)算石英單礦物流體包裹體中 δ18OH2O時(shí)，根據(jù)公式 δ18OV－SMOW－δ18OH2O＝3.38×106/T2－3.4（200～500℃）［9］進(jìn)行計(jì)算.選取小東大溝金礦床主成礦階段黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦金屬硫化物進(jìn)行硫同位素測(cè)試.硫化物礦樣以Cu2O作氧化劑制備SO2，通過MAT－230型質(zhì)譜儀分析氣體中的S同位素組成，分析精度為±0.2‰，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)為V－CDT.

4.2 測(cè)試結(jié)果

4.2.1 氫氧同位素特征

石英流體包裹體氫氧同位素測(cè)試分析結(jié)果表明，石英中 δ18OH2O的值在－0.49‰ ～ +1.91‰之間，δDV－SMOW的值在－129‰ ～－105‰之間.在δ18O－δD 同位素圖解中，數(shù)據(jù)投點(diǎn)落在地幔初生水和大氣降水線之間，預(yù)示成礦流體主要為地幔初生水，后期有大氣降水加入.

4.2.2 硫同位素特征

對(duì)黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦和方鉛礦金屬硫化物樣品進(jìn)行硫同位素的測(cè)試，黃鐵礦的δ34S值為4.9‰～5.6‰，黃銅礦的 δ34S 值為 4.2‰～4.6‰，方鉛礦的 δ34S值為 2.9‰，閃鋅礦的 δ34S 值為 5.3‰～5.6‰.硫化物總體 δ34S 值變化范圍較集中（2.9‰～5.6‰），指示其硫源主要來自巖漿硫［10］.

5 礦床成因探討

流體包裹體研究表明，主成礦階段溫度峰值為200～220 ℃，平均值為 229.0 ℃，密度為 0.92 g/cm3，為低密度，流體鹽度為11.71%，為中低鹽度，計(jì)算出成礦深度在 5.33～8.90 km，具有中成深度的特點(diǎn).氫氧同位素?cái)?shù)據(jù)顯示，成礦流體主要為地幔初生水，后期有大氣降水加入.硫同位素?cái)?shù)據(jù)顯示硫?yàn)閹r漿硫，成礦物質(zhì)來源于巖漿.研究表明，小東大溝金礦床成礦流體具有中低溫、中低鹽度、低密度的特征，形成于中等壓力和中成深度的環(huán)境.含礦熱液沿著斷裂的構(gòu)造空間上升，上升過程中由于溫度、壓力等的降低，成礦物質(zhì)沉淀富集成礦.

圖3 小東大溝金礦床成礦流體特征直方圖Fig.3 Histogram for the characteristics of ore-forming fluid in Xiaodongdagou gold deposit

小東大溝金礦床在礦床地質(zhì)、成礦流體、礦石特征等方面與中低溫?zé)嵋好}型金礦床特征類似，賦礦圍巖為太古宙變質(zhì)巖，斷裂構(gòu)造控礦作用明顯，成礦溫度大致落入中低溫礦床的范圍，按成礦壓力計(jì)算的成礦深度顯示中成成礦的特點(diǎn).與此對(duì)應(yīng)，早－中侏羅世，濱太平洋板塊向歐亞大陸俯沖［11］，華北板塊東北部處于擠壓環(huán)境，發(fā)生地殼增厚，成礦作用形成于增生和碰撞造山帶的匯聚板塊邊界上的擠壓和扭壓作用的過程中.分析認(rèn)為，小東大溝金礦床的形成和濱太平洋板塊與歐亞大陸俯沖形成的陸緣巖漿弧活動(dòng)有關(guān)，為中低溫?zé)嵋好}型金礦床.

致謝：感謝吉林省有色金屬地質(zhì)勘查局602隊(duì)王興昌為野外調(diào)研工作提供便利，感謝吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院霍亮老師為巖石光薄片鑒定工作提供幫助，感謝吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院王琳琳老師為流體包裹體測(cè)試工作提供便利，對(duì)所有在文章寫作中幫助過我的人表示感謝.

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GEOCHEMISTRY AND GENESIS OF THE XIAODONGDAGOU GOLD DEPOSIT IN JINGYU COUNTY，JILIN PROVINCE

YANG Xi-ming，SUN Feng-yue，PENG Bo，LIU Jin-long，LI Liang
School of Earth Sciences，Jilin University，Changchun 130061，China

The Xiaodongdagou gold deposit is located in the Wangjiadian-Tianhexing polymetallic metallogenic belt in the eastern section of northern margin of the North China plate，with orebodies controlled by fault structures.The mineralization is closely related to the dikes of granite porphyry and diorite.Study on fluid inclusion indicates that the ore-forming fluid in the main metallogenic stage is characterized by medium-low temperature（180-240℃），low salinity（8%-11%）and low density （0.92-0.98 g/cm3）.The analysis result of hydrogen and oxygen isotopes shows that the oreforming fluid is mainly from juvenile water in mantle mixed with later atmospheric precipitation.The sulfur is originated from magma based on sulfur isotope analysis.Considering the regional geological background and analysis results，it is believed that the Xiaodongdagou gold deposit of medium-low temperature hydrothermal vein type is the product of continental marginal magmatic arc activity formed by the subduction of the marginal Pacific Plate to Eurasia continent.

Xiaodongdagougolddeposit；ore-formingfluid；stableisotope；oregenesis；JilinProvince

1671-1947（2017）05-0473-06

P618.51；P597

A

2017－06－20；

2017－07－25.編輯：李蘭英.

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“吉黑東部區(qū)域成礦規(guī)律綜合研究”項(xiàng)目（編號(hào)1212011085485）.

楊錫銘（1993—），男，吉林大學(xué)礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)碩士研究生，通信地址吉林省長(zhǎng)春市朝陽(yáng)區(qū)建設(shè)街2199號(hào)，E-mail//18243177359@163.com