遼寧省小佟家堡子金礦床流體包裹體及同位素地球化學(xué)特征

劉 軍，劉福興，李生輝，段 超

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院 礦產(chǎn)資源研究所 國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京 100037；2.遼寧省有色地質(zhì)局 一〇三隊，遼寧 丹東 118008)

0 引 言

遼東半島位于華北克拉通北緣，是我國重要的菱鎂礦、滑石、硼、鉛鋅、金、銀和銅等成礦區(qū)。20世紀90年代以來，遼東半島相繼發(fā)現(xiàn)了小佟家堡子、白云、貓嶺、五龍、王家崴子、四道溝等多處大、中型金礦床，該區(qū)已成為我國重要的金礦集中區(qū)(圖1)。遼東半島存在巨大的金礦找礦潛力，同時我國地質(zhì)工作者對這一地區(qū)的金礦勘查和研究工作也陸續(xù)展開。我國學(xué)者曾認為遼東半島金礦床是產(chǎn)于古元古代遼東裂谷內(nèi)部，受裂谷特定巖系控制的一系列金礦床[1-2]。然而，隨著近年來白云、小佟家堡子、四道溝及隈子等金礦床勘查和研究工作的深入，發(fā)現(xiàn)眾多金礦床同時受斷裂構(gòu)造及中生代巖漿活動復(fù)合控制[3-4]。目前，遼東半島金礦床的總體研究程度相對較低，在成礦時代、成礦流體特征及成礦機制等關(guān)鍵地質(zhì)問題上仍存在爭議，出現(xiàn)了層控型[1]、韌性剪切帶型[3]、變質(zhì)熱液型[5]、大氣降水熱液型[5]及巖漿熱液型[4-6]礦床等多種觀點。這嚴重限制了遼東半島金礦床的理論研究水平及找礦勘查工作的部署。因此，在遼東半島開展典型金礦床的成礦機制研究工作顯得十分迫切。

遼東半島青城子地區(qū)鉛鋅礦床已有百余年的開采歷史，面臨鉛鋅資源保有儲量嚴重不足、資源枯竭的局面。近年來，青城子地區(qū)發(fā)現(xiàn)金礦床(點)17處，包括白云、小佟家堡子、桃源和楊樹等大、中型金礦床，金儲量達200 t，與區(qū)內(nèi)以鉛鋅為主的傳統(tǒng)成礦特色形成了鮮明的反差(圖2)。近60年的研究探索與找礦實踐表明，新的成礦認識與找礦思路是礦產(chǎn)資源勘查突破的關(guān)鍵[7-8]。小佟家堡子礦床是青城子地區(qū)代表性的大型金礦床，累計探獲金儲量達30 t，平均品位6.2 g/t。我們選擇小佟家堡子礦床開展典型礦床研究，以期為遼東半島的金成礦機制及找礦方向研究提供新鮮素材。前人對小佟家堡子礦床開展了礦床地質(zhì)特征描述、少量流體包裹體、同位素地球化學(xué)及年代學(xué)研究[9-14]，尚未開展系統(tǒng)的地質(zhì)地球化學(xué)與成礦作用研究。王一存等[14]對小佟家堡子礦床內(nèi)石英-黃鐵礦和石英-碳酸鹽脈開展了少量流體包裹體和C-H-O同位素研究，認為成礦流體屬于中低溫、低鹽度的巖漿熱液體系。本文選取小佟家堡子礦床內(nèi)早、中、晚成礦階段石英脈對其進行系統(tǒng)的巖相學(xué)觀察、流體包裹體顯微測溫及激光拉曼光譜分析，挑選主成礦階段石英進行H-O同位素測試，對礦石中金屬硫化物開展了S、Pb、He同位素分析，目的是查明小佟家堡子礦床成礦流體特征及演化規(guī)律、探討成礦流體和成礦物質(zhì)來源。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

遼東半島位于華北克拉通北緣、郯廬斷裂以東(圖1)。該區(qū)基底巖石主要由太古宙TTG巖系和古元古代淺變質(zhì)沉積巖、火山巖組成，之上出露新元古代—震旦紀沉積巖。太古宙巖石主要分布于金州亮甲店一帶，由強變形的英云閃長巖和花崗閃長巖組成，其鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡介于2 547～2 518 Ma[15]。古元古代遼河群覆蓋于太古宙變質(zhì)巖之上并與太古宙TTG巖系共同組成遼東半島的基底巖石。遼河群主要由中—低級變質(zhì)巖組成，包括各類片巖、片麻巖、大理巖和斜長角閃巖。遼河群的沉積時間介于2.24～2.02 Ga，其峰期變質(zhì)作用發(fā)生在1.89 Ga[16-17]。中元古代以后，遼東半島經(jīng)歷了穩(wěn)定的新元古代—古生代沉積作用，形成了一套巨厚的沉積地層[18-19]。

圖1 遼東半島區(qū)域地質(zhì)和主要金礦床分布簡圖(據(jù)文獻[19]修改)Fig.1 Sketch geological map of the Liaodong Peninsula, showing distribution of major gold deposits in the Liaodong Peninsula(modified after reference [19])1.中生代花崗巖；2.面理化的侏羅紀花崗巖；3.元古宙花崗巖；4.鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石；5.白堊紀陸相沉積巖；6.侏羅紀火山巖；7.石炭系—二疊系；8.寒武系—奧陶系；9.新元古代碳酸鹽巖、砂巖、石英巖和板巖；10.古元古代板巖、大理巖和變泥質(zhì)巖(遼河群)；11.古元古代鎂鐵質(zhì)巖漿弧帶：超鎂鐵質(zhì)巖、鎂鐵質(zhì)巖、片麻巖、硅質(zhì)巖和變泥質(zhì)巖；12.片麻狀混合巖和基底片麻巖；13.斷裂；14.地質(zhì)界線；15.金礦床：?分水金礦；?白云金礦；?小佟家堡子金礦；?石廟子金礦；?王家崴子金礦；?貓嶺金礦；?塔嶺金礦；?五龍金礦；?四道溝金礦

圖2 青城子地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)圖*遼寧有色地質(zhì)局一○三隊.遼寧省鳳城市白云金礦接替資源勘查綜合研究報告.2012: 1-205.Fig.2 Geological map and distribution of mineral deposits of the Qingchengzi region*遼寧有色地質(zhì)局一○三隊.遼寧省鳳城市白云金礦接替資源勘查綜合研究報告.2012: 1-205.

中生代期間，遼東半島發(fā)育大面積的花崗巖和火山巖(大約20 000 km2)，尤其是花崗巖廣泛出露在遼東半島[20-21]。吳福元等[22]將遼東半島中生代巖漿活動劃分為3期，即三疊紀(212～233 Ma)、侏羅紀(156～180 Ma)和白堊紀(117～131 Ma)。三疊紀侵入巖分布于青城子地區(qū)及岫巖地區(qū)西部和北部，主要包括堿性巖類、二長花崗巖和花崗巖[23]。侏羅紀—白堊紀是巖漿侵入活動最強烈的時期。侏羅紀侵入巖分布于本溪、岫巖、蓋州東部、瓦房店東部等地，主要由二長花崗巖、花崗巖和花崗閃長巖構(gòu)成[20]。白堊紀侵入巖分布于本溪、岫巖、丹東、蓋州、莊河、金州和瓦房店一帶，其巖石類型多樣，從基性、中性到酸性巖石均有發(fā)育，主要為花崗巖類和花崗閃長巖類[21]。遼東半島內(nèi)中生代盆地發(fā)育較為局限，主要形成于晚侏羅世—早白堊世。其中，早—中侏羅世的沉積盆地分布十分有限，僅分布在瓦房店東部、本溪縣東部和東南部等零星的小盆地中，盆地的充填物為泥巖、砂巖及礫巖[18, 24-26]。

2 礦床地質(zhì)

小佟家堡子礦床位于遼寧省鳳城市青城子鎮(zhèn)，大地構(gòu)造位置處于華北克拉通北緣。礦區(qū)內(nèi)出露遼河群大石橋組和蓋縣組地層(圖3、圖4)。大石橋組地層以白云質(zhì)大理巖為主，其次為斜長淺粒巖、黑云片巖。蓋縣組地層由黑云母片巖、夕線石云母片巖、黑云變粒巖等組成。礦區(qū)內(nèi)近EW向斷裂較發(fā)育，分布于大石橋組上部與蓋縣組下部的接觸部位，在空間上控制著金礦體的分布。成礦后斷裂主要為NE向、NW向兩組，均切割礦體。礦區(qū)南部1 km處存在大頂子花崗巖體，北西方向4.5 km處為新嶺花崗巖體，而礦區(qū)內(nèi)僅見少量脈巖出露，主要為煌斑巖脈和花崗斑巖脈。

圖3 小佟家堡子金礦床地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻[9]修改)Fig.3 Geological map of the Xiaotongjiapuzi gold deposit (modified after reference [9])

圖4 小佟家堡子金礦床地質(zhì)剖面圖(據(jù)文獻[27]修改)Fig.4 Geological cross section of the Xiaotongjiapuzi gold deposit (modified after reference [27])

小佟家堡子礦床主要金礦體有Ⅰ號礦體、I-1號礦體和Ⅱ號礦體。Ⅰ號礦體呈扁豆狀、似層狀產(chǎn)出。礦體長60～150 m，厚1.0～5.4 m，延深達150 m，走向70°～90°，傾向北，傾角10°～25°，與地層產(chǎn)狀一致；I-1號礦體長80～200 m，厚0.7～5.9 m，延深達300 m，走向70°～90°，傾向北，傾角15°～27°，與地層產(chǎn)狀一致；Ⅱ號礦體呈扁豆狀、似層狀產(chǎn)出。礦體長70～200 m，厚1.0～17.3 m，延深達360 m，走向70°～90°，傾向北，傾角10°～30°，與地層產(chǎn)狀一致。礦石類型主要有石英脈型和蝕變巖型。礦石組構(gòu)包括浸染狀構(gòu)造、細脈浸染狀構(gòu)造、細脈狀構(gòu)造、層紋構(gòu)造、壓碎結(jié)構(gòu)、自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)、交代溶蝕結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)及包含結(jié)構(gòu)等。礦石礦物主要為黃鐵礦和毒砂，其次為方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、金銀礦及銀金礦等(圖5)。脈石礦物主要為白云石、石英，其次為絹云母、石墨、鉀長石、綠泥石和方解石。銀金礦和金銀礦主要呈粒狀、不規(guī)則狀存在于黃鐵礦或毒砂中，呈裂隙金、包體金產(chǎn)出。圍巖蝕變發(fā)育，主要有硅化、絹云母化、碳酸鹽化和石墨化[9, 27-28]。根據(jù)礦石組構(gòu)和礦物組成特征，成礦過程可以劃分為早、中、晚3個階段：石英±黃鐵礦階段發(fā)育乳白色石英脈，少量自形-半自形粒狀黃鐵礦呈浸染狀分布于石英中(圖5(a))；石英-多金屬硫化物階段是金成礦的主要階段，半自形-他形粒狀黃鐵礦、針狀毒砂與方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦共生，呈細脈狀或細脈浸染狀產(chǎn)于煙灰色石英脈或圍巖中(圖5(b)、(c)、(e)、(f))；石英-碳酸鹽階段發(fā)育方解石、白云石、石英及少量黃鐵礦(圖5(d))。

圖5 小佟家堡子金礦床典型礦石照片F(xiàn)ig.5 Photographs and photomicrographs of ores from the Xiaotongjiapuzi gold deposit(a)石英-黃鐵礦脈；(b)石英-黃鐵礦-方鉛礦-閃鋅礦脈；(c)石英-黃鐵礦-毒砂-方鉛礦脈；(d)石英-碳酸鹽脈；(e)石英-多金屬硫化物脈中半自形-他形黃鐵礦、針狀毒砂；(f)石英-多金屬硫化物脈中方鉛礦和閃鋅礦交代黃鐵礦；Apy.毒砂；Py.黃鐵礦；Gn.方鉛礦；Sp.閃鋅礦；Cal.方解石；Q.石英

3 樣品特征及分析方法

3.1 流體包裹體研究

樣品采自小佟家堡子金礦Ⅱ號礦體，包括石英-黃鐵礦脈、石英-多金屬硫化物脈及石英-碳酸鹽脈，挑選其中代表性樣品磨制厚0.2 mm左右的包裹體片，作詳細的包裹體巖相學(xué)觀察，然后選擇原生流體包裹體進行顯微測溫和激光拉曼光譜分析。流體包裹體顯微測溫工作在國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室完成，流體包裹體研究方法參考文獻[29]。測試儀器為Linkam THMS G600型顯微冷熱臺，測定溫度范圍為-196～+600 ℃，冰點和均一溫度測量精度為±0.1 ℃。測試升溫速率為1～5 ℃/min，含CO2包裹體在其相轉(zhuǎn)變溫度(如固態(tài)CO2和籠合物熔化溫度)附近升溫速率降低為0.2 ℃/min。對于水溶液包裹體，根據(jù)測得的冰點溫度，利用Bodnar[30]提供的方程，獲得流體的鹽度；對于含CO2包裹體，根據(jù)測得的籠合物熔化溫度，利用Collins[31]所提供的方法，獲得水溶液相的鹽度。

流體包裹體氣相成分的激光拉曼光譜分析在國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室完成，分析儀器為Renishaw system 2000型顯微共焦激光拉曼光譜儀，激發(fā)激光波長514.5 nm，激光束斑最小直徑1 μm，掃描范圍100～4 500 cm-1，光譜分辨率1～2 cm-1。

3.2 H-O同位素研究

樣品采自小佟家堡子金礦Ⅱ號礦體，為石英-多金屬硫化物脈。H-O同位素分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成，儀器為MAT 253型質(zhì)譜儀。礦物的氧同位素分析采用BrF5法[32]；包裹體水的氫同位素分析采用爆裂法取水、鋅法制氫，爆裂溫度為550 ℃。氫、氧同位素分析精度分別為± 2‰和± 0.2‰，分析結(jié)果均以SMOW為標準。石英水中氧同位素根據(jù)測試的石英中氧同位素采用分餾方程1 000 lnαQ-W=δ18OQ-δ18OW=3.38×106/t2-3.4[33]及同一階段石英中原生流體包裹體的完全均一溫度平均值計算獲得。

3.3 S-Pb同位素研究

樣品采自小佟家堡子金礦Ⅱ號礦體，為石英-多金屬硫化物脈和蝕變巖型金礦石。S-Pb同位素分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成。S同位素組成的測定方法如下：金屬硫化物單礦物和氧化亞銅按一定比例研磨至200目左右，并混合均勻，在真空達2.0×10-2Pa狀態(tài)下加熱，進行氧化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為980 ℃，生成二氧化硫氣體。在真空條件下，用冷凍法收集二氧化硫氣體，并用MAT 253氣體同位素質(zhì)譜分析硫同位素組成。測量結(jié)果以CDT為標準，記為δ34S。分析精度優(yōu)于±0.2‰。Pb同位素組成的測定方法如下：稱取適量樣品放入聚四氟乙烯坩堝中，加入氫氟酸、高氯酸溶樣。樣品分解后，將其蒸干，再加入鹽酸溶解蒸干，加入0.5 N HBr溶液溶解樣品進行鉛的分離。將溶解的樣品倒入強堿性陰離子交換樹脂中進行鉛的分離，用0.5 N HBr溶液淋洗樹脂，再用2 N HCl溶液淋洗樹脂，最后用6 N HCl溶液解脫，將解脫溶液蒸干備質(zhì)譜測定。用熱表面電離質(zhì)譜法進行鉛同位素測量，儀器型號為ISOPROBE-T，對1 μg的208Pb/206Pb測量精度≤0.005%。

3.4 He-Ar同位素研究

樣品采自小佟家堡子金礦Ⅱ號礦體，為石英-多金屬硫化物脈。黃鐵礦是研究成礦流體稀有氣體同位素組成的理想寄主礦物，黃鐵礦中流體包裹體的He和Ar同位素組成可以代表其成礦流體的氦氬同位素體系[34]。測試工作在國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室完成，儀器為Helix SFT型稀有氣體質(zhì)譜儀。測試在高真空下完成，步驟如下：(1)將黃鐵礦樣品清洗、烘干，取0.5～1.0 g裝入不銹鋼坩堝再移到壓碎裝置中，密封并去氣、抽真空；(2)壓碎樣品，多級純化包裹體氣，分離出純He和Ar；(3)He模式下，4He信號用法拉第杯接收，3He用離子倍增器接收。Ar模式下，40Ar和36Ar信號用法拉第杯接收，38Ar用倍增器接收；(4)利用當(dāng)天空氣標準的測試結(jié)果和空氣標準值校正樣品測試結(jié)果?？諝獾?He/4He標準值采用1.4×10-6，40Ar/36Ar和36Ar/38Ar標準值采用295.5和5.35；(5)利用0.1 mL標準氣4He(52.3×10-8cm3SPT)和40Ar(4.472×10-8cm3SPT)含量、標準氣和樣品的同位素信號強度以及樣品壓碎后過篩100目以下的質(zhì)量標定樣品中4He和40Ar含量。

4 流體包裹體研究

4.1 流體包裹體類型及組合

根據(jù)流體包裹體在室溫下的相態(tài)特征、包裹體加熱過程中的相變和激光拉曼光譜分析結(jié)果，將其分為4個類型。

(1)富液兩相包裹體(Ⅰ型)：由氣相和液相鹽水溶液組成，橢圓形、多邊形和不規(guī)則形，大小4～9 μm，大部分為5～8 μm，氣液比為10%～40%，加熱時完全均一到液相。該類型包裹體占包裹體總數(shù)的90%左右，成群或孤立分布于各成礦階段石英中(圖6(a)、(c)、(d))。

(2)富氣兩相包裹體(Ⅱ型)：由氣相和液相鹽水溶液組成，橢圓形、多邊形，大小4～8 μm，氣液比為55%～75%，加熱時完全均一到氣相，包裹體孤立分布，可見與富液兩相水溶液包裹體在同一石英顆粒內(nèi)共存，分布于成礦中階段石英中，該類型包裹體占包裹體總數(shù)的5%左右(圖6(a)、(b))。

(3)含CO2包裹體(Ⅲ型)：該型包裹體室溫下為兩相，即液相鹽水溶液+液相CO2，液相CO2占包裹體總體積的55%～85%，加熱時完全均一到液相CO2。橢圓形或不規(guī)則形，大小4～7 μm。該類型包裹體占包裹體總數(shù)的5%，可見與富液兩相水溶液包裹體在同一石英顆粒內(nèi)共存，孤立分布于成礦中階段石英中(圖6(b)、(c))。

(4)純CO2包裹體(Ⅳ型)：該型包裹體室溫下為一相，即液相CO2，橢圓形，大小4～8 μm，偶見于成礦中階段的石英中(圖6(b)、(d))。

4.2 流體包裹體顯微測溫結(jié)果

石英±黃鐵礦脈：僅發(fā)育富液兩相包裹體，該類型包裹體的冰點為-10.3～-3.6 ℃，鹽度介于5.9 %～14.3% NaCl eqv，完全均一溫度介于311～408 ℃(表1,圖7(a)、(b))。

石英-多金屬硫化物脈：主要發(fā)育富液兩相包裹體，另見少量富氣兩相包裹體、含CO2包裹體及純CO2包裹體。富液兩相包裹體的冰點為-9.1～-2.6 ℃，鹽度介于4.3%～13.0% NaCl eqv，完全均一溫度介于268～371 ℃；富氣兩相包裹體的冰點為-5.8～-3.9 ℃，鹽度介于6.3%～9.0% NaCl eqv，完全均一溫度介于341～361 ℃；含CO2包裹體的初熔溫度介于-57.1～-56.7 ℃，籠合物融化溫度介于6.5～7.9 ℃。鹽度介于4.1%～6.5% NaCl eqv，CO2相部分均一溫度介于11.5～15.2 ℃，完全均一溫度介于323～376 ℃。純CO2包裹體的初熔溫度介于-57.0～-56.7 ℃，CO2相部分均一溫度介于11.4～15.1 ℃(表1，圖7(c)、(d))。

石英-碳酸鹽脈：僅發(fā)育富液兩相包裹體，該類型包裹體的冰點在-4.8～-0.9 ℃，鹽度介于1.6%～7.6% NaCl eqv，完全均一溫度介于201～254 ℃(表1，圖7(e)、(f))。

圖6 小佟家堡子金礦床代表性流體包裹體照片F(xiàn)ig.6 Photomicrographs of representative fluid inclusions from the Xiaotongjiapuzi gold deposit(a)Ⅰ型和Ⅱ型包裹體共存；(b)Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型包裹體共存；(c)Ⅰ型和Ⅲ型包裹體共存；(d)Ⅰ型和Ⅳ型包裹體共存

成礦階段包裹體類型 測試數(shù)量大小/μm氣液比/%?(CO2)/%tm(CO2)/℃tm(ice)/℃tm (cla)/℃th(CO2)/℃th/℃鹽度/%NaCl eqv密度/(g/cm3)早I844～710～30-10.3～-3.6311～4085.9～14.30.67～0.79中Ⅰ994～910～40-9.1～-2.6268～3714.3～13.00.71～0.88Ⅱ124～855～75-5.8～-3.9341～3616.3～9.00.67～0.71Ⅲ144～755～85-57.1～-56.76.5～7.911.5～15.2323～3764.1～6.50.92～0.94Ⅳ144～8-57.0～-56.711.4～15.1晚Ⅰ544～710～30-4.8～-0.9201～2541.6～7.60.82～0.90

注：φ(CO2)為CO2相占包裹體總體積的百分數(shù)；tm (CO2)為固態(tài)CO2初熔溫度；tm (ice)為冰點溫度；tm (cla)為籠合物熔化溫度；th (CO2)為CO2部分均一溫度；th為完全均一溫度。

圖7 小佟家堡子金礦床流體包裹體均一溫度-鹽度直方圖Fig.7 Histograms of salinities and homogenization temperatures of fluid inclusions from the Xiaotongjiapuzi gold deposit

4.3 拉曼光譜分析

單個流體包裹體氣相成分的激光拉曼光譜分析結(jié)果見圖8。結(jié)果表明，石英-黃鐵礦脈中包裹體氣相成分主要由H2O組成，有少量CO2，其特征峰值分別為3 470 cm-1、1 285 cm-1和1 386 cm-1(圖8(a))；石英-多金屬硫化物脈中包裹體氣相成分除H2O外還有部分CO2，其特征峰值分別為3 503 cm-1、3 434 cm-1、1 281 cm-1、1 283 cm-1、1 388 cm-1、1 389 cm-1(圖8(b)、(c))；石英-碳酸鹽脈中包裹體的氣相成分僅見H2O，其特征峰值為3 417 cm-1(圖8(d))。

圖8 小佟家堡子礦床流體包裹體激光拉曼圖譜Fig.8 Laser Raman spectra of fluid inclusions from the Xiaotongjiapuzi deposit

5 同位素地球化學(xué)特征

4件石英樣品的氧同位素及其中流體包裹體氫同位素測試結(jié)果見表2。石英的δ18O值介于5.6‰～7.4‰，石英樣品的δDW值介于-99.8‰～-96.2‰，計算出的δ18OW值介于0.3‰～2.3‰。

9件金屬硫化物的硫同位素組成見表3。1件毒砂的δ34S值為+8.7‰；4件黃鐵礦的δ34S值為+6.9‰～+12.9‰；2件方鉛礦的δ34S值為+4.6‰～+5.4‰；2件閃鋅礦的δ34S值為+5.1‰～+6.1‰。7件金屬硫化物樣品的鉛同位素比值為：206Pb/204Pb=17.671～18.361，207Pb/204Pb=15.569～15.659，208Pb/204Pb=37.695～37.937(表3)。

5件黃鐵礦樣品的氦、氬同位素組成見表4。黃鐵礦樣品流體包裹體中3He/4He值為0.38×10-6～0.74×10-6。礦物流體包裹體中3He/4He值與空氣中3He/4He值(Ra=1.40×10-6)相比，其比值為0.27～0.53 Ra。

表2 小佟家堡子礦床氫、氧同位素組成

表3 小佟家堡子金礦床硫和鉛同位素組成

表4小佟家堡子金礦床黃鐵礦中流體包裹體He、Ar同位素組成

Table4Heliumandargonisotopiccomponentsoftheinclusion-trappedfluidinpyritefromtheXiaotongjiapuzigolddeposit

樣號樣品描述40Ar/36Ar36Ar/38Ar3He/4He/10-6R/Ra40Ar/10-84He/10-8Hemantle/%LX-2石英-多金屬硫化物脈671.6±1.15.41±0.010.64±0.020.46188.9185.15.0LX-5石英-多金屬硫化物脈362.2±0.35.45±0.010.74±0.040.53183.9214.95.8LX-6石英-多金屬硫化物脈1113.1±2.65.40±0.020.67±0.060.48239.8226.95.2LX-8石英-多金屬硫化物脈612.6±0.75.35±0.010.38±0.020.27273.8536.32.9LX-9石英-多金屬硫化物脈681.9±1.45.41±0.020.73±0.020.52155.5167.85.7

注：R為樣品的3He/4He；Hemantle為幔源4He的比例。

6 討 論

6.1 成礦流體特征

小佟家堡子礦床成礦流體系統(tǒng)從早到晚發(fā)生規(guī)律性變化：成礦流體溫度從早階段的408～311 ℃，經(jīng)成礦中階段的376～268 ℃，最終演化到晚階段的254～201 ℃，溫度逐漸降低。鹽度從早階段的14.3%～5.9% NaCl eqv，演化到晚階段的7.6%～1.6% NaCl eqv，鹽度逐漸降低(圖9)。富氣兩相包裹體、含CO2包裹體及純CO2包裹體集中分布于成礦中階段，富液兩相包裹體廣泛分布于成礦各階段，反映了不同類型的包裹體是在不同成礦階段捕獲的。成礦流體總體具有中溫、低鹽度、富CO2的特點，屬H2O-NaCl±CO2體系。

圖9 小佟家堡子礦床流體包裹體均一溫度-鹽度關(guān)系圖Fig.9 Diagram of homogenization temperature vs salinity of fluid inclusions in the Xiaotongjiapuzi gold deposit

成礦中階段石英內(nèi)見不同相比例及成分組成的流體包裹體共存現(xiàn)象(圖6)，且各類包裹體具有相近的均一溫度(圖6(a)、(b)，圖7(c)、(d))，表明成礦流體經(jīng)歷了不混溶或相分離作用[29]。成礦流體的不混溶或相分離作用是金等成礦物質(zhì)從熱液中沉淀的最重要機制之一。Phillips[35]認為CO2在金成礦過程中起到了關(guān)鍵性的作用，其主要作用是緩沖流體的pH值范圍、提高流體中的Au含量并使其維持與還原硫的絡(luò)合作用進行遷移。野外觀察發(fā)現(xiàn)，小佟家堡子礦床內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，斷裂構(gòu)造與金礦化關(guān)系密切，控制著金礦體的空間分布，可見成礦過程中構(gòu)造活動頻繁，成礦流體沿斷裂構(gòu)造運移過程中壓力的劇烈波動導(dǎo)致流體發(fā)生減壓不混溶或相分離作用，CO2等氣體大量逃逸出來，導(dǎo)致成礦流體中的酸性組分濃度降低，使流體中成礦物質(zhì)的溶解度大大降低，大量金屬礦物沉淀下來，形成金礦體。

6.2 成礦流體及物質(zhì)來源

圖10 小佟家堡子金礦床δDW-δ18OW體系圖(據(jù)文獻[36]修改)Fig.10 δDW vs δ18OW diagram of the Xiaotongjiapuzi gold deposit (modified after reference [36])

地殼流體中的稀有氣體有3個明顯不同的源區(qū)，即飽和空氣雨水、地殼和地幔，其中飽和空氣水中3He/4He=1 Ra，40Ar/36Ar=295.5；地殼中3He/4He=0.01～0.05 Ra，40Ar/36Ar>295.5；地幔中3He/4He=6～9 Ra，40Ar/36Ar>40 000[41]。由于氦在大氣中的含量極低，不足以對地殼流體中氦的豐度和同位素組成產(chǎn)生明顯影響[42-43]。因此，小佟家堡子礦床成礦流體中的He僅有地殼和地幔2個源區(qū)。小佟家堡子金礦黃鐵礦流體包裹體中3He/4He值為0.27～0.53 Ra，平均值為0.45 Ra，明顯高于地殼He，但顯著低于地幔He。小佟家堡子礦床He同位素投點位于地幔He和地殼He之間(圖11)，顯示成礦流體不是單一的地殼或地幔流體，而是二者混合的產(chǎn)物。假如成礦流體是簡單的二元混合模式，那么可以利用3He和4He的比值推算流體中地幔流體和地殼流體的比例[45-46]。其中幔源4He的比例由下式計算：地幔He(%)=[(R-Rc)/(Rm-Rc)]×100，其中R為樣品的3He/4He；Rc為地殼的3He/4He；Rm為地幔的3He/4He。地殼中3He/4He=0.01～0.05 Ra，地幔中3He/4He=6～9 Ra[41]。由此得出小佟家堡子金礦成礦流體中地幔流體參與成礦作用的比例為2.9%～5.8%。該比例表明小佟家堡子金礦成礦流體主要來源于地殼，且有少量幔源物質(zhì)的加入。

圖11 小佟家堡子金礦床流體包裹體3He-4He圖(據(jù)文獻[44]修改) Fig.11 He isotope composition of the Xiaotongjiapuzi gold deposit (modified from reference [44])

圖12 小佟家堡子金礦床((a)、(b))及青城子鉛鋅金銀礦集區(qū)鉛同位素組成圖解((c)、(d))(據(jù)文獻[48]修改) Fig.12 Pb isotopic evolution diagrams of the Xiaotongjiapuzi gold deposit ((a),(b)) and Qingchengzi Pb-Zn-Au-Ag ore concentration area ((c), (d)) (modified after reference [48])晚三疊世花崗巖(雙頂溝和新嶺巖體)及遼河群變質(zhì)巖(蓋縣組和大石橋組變質(zhì)巖)Pb同位素數(shù)據(jù)引自文獻[6, 49]；青城子地區(qū)鉛鋅礦和高家堡子銀礦中金屬硫化物Pb同位素數(shù)據(jù)引自文獻[49]

利用礦石、巖漿巖和地層鉛同位素全方位對比來判別礦石鉛同位素的來源是國際上認同的辦法[47]。盡管鉛的源區(qū)與金的源區(qū)并不完全相同，但小佟家堡子礦床的金屬硫化物和金具有密切的成因聯(lián)系，這說明金屬硫化物與金來源于同一成礦流體。在鉛構(gòu)造模式圖(圖12(a)、(b))中，晚三疊世雙頂溝巖體和新嶺巖體中長石Pb同位素投影點位于造山帶和地幔演化線之間，明顯低于礦石鉛同位素組成，其不可能是小佟家堡子礦床礦石鉛的主要來源。遼河群變質(zhì)巖的鉛同位素組成變化較大，遼河群地層經(jīng)后期熱液蝕變后，其鉛同位素比值會增大。因此，本文根據(jù)小佟家堡子金礦的形成年齡(含礦脈石英中包裹體Rb-Sr等時線年齡為233 Ma[11])對遼河群地層鉛同位素進行了同位素校正。小佟家堡子礦床的礦石鉛同位素投影點落在造山帶演化線附近或下地殼與造山帶之間，分布于遼河群地層與晚三疊世巖體鉛同位素投影區(qū)之間。因此，小佟家堡子礦床的鉛可能是遼河群地層和晚三疊世巖體的混合鉛。此外，遼河群大石橋組地層富集Pb、Zn、Au、Ag元素(Au含量可達11×10-9)，而蓋縣組地層富集Au元素(Au含量可達12×10-9)[4]，被認為是區(qū)域上重要的Au礦源層和賦礦層。因此，我們認為小佟家堡子金礦的成礦物質(zhì)主要來自遼河群蓋縣組和/或大石橋組變質(zhì)巖，少量來自晚三疊世巖漿。

6.3 青城子礦集區(qū)Pb-Zn-Au-Ag礦化關(guān)系初探

青城子礦集區(qū)深部存在大規(guī)?；◢弾r基[50]，地表出露部分花崗巖體，如雙頂溝巖體(鋯石U-Pb年齡為(224.2±1.2) Ma[51])、新嶺巖體(鋯石U-Pb年齡為(225.3±1.8) Ma[6])。劉國平等[10]報道小佟家堡子金礦中煌斑巖脈的K-Ar 年齡為(211±3)Ma。白云金礦中與成礦有關(guān)的二長斑巖、石英斑巖及閃長玢巖的鋯石U-Pb年齡分別為(224.2±1.3) Ma、 (221.4±1.2) Ma、(221.8±1.2) Ma(作者未發(fā)表資料)。Yu等[6]認為青城子礦集區(qū)內(nèi)晚三疊世中酸性脈巖為深部大規(guī)模巖漿活動的演化晚期產(chǎn)物。段曉俠等[51]認為這些晚三疊世巖漿巖起源于加厚下地殼的部分熔融，并存在與幔源基性巖漿的混合作用。Yu等[6]報道了青城子礦集區(qū)內(nèi)榛子溝鉛鋅礦床的閃鋅礦Rb-Sr等時線年齡為(221±12) Ma。薛春紀等[11]報道了高家堡子鉛鋅銀礦床和小佟家堡子金礦床石英中包裹體Rb-Sr等時線年齡分別為(234±14) Ma和(233±31) Ma。劉國平等[10]報道了白云金礦含金石英脈中包裹體的40Ar-39Ar坪年齡為(209±2)Ma。綜上所述，青城子礦集區(qū)內(nèi)巖漿活動時間介于211～225 Ma，鉛鋅金銀礦化時間介于209～234 Ma?？梢姡喑亲拥V集區(qū)內(nèi)晚三疊世巖漿作用與鉛鋅金銀礦化時間一致，二者具有成因聯(lián)系。

Chen等[49]報道了青城子礦集區(qū)內(nèi)榛子溝、喜鵲溝等鉛鋅礦床及高家堡子銀鉛鋅礦床中金屬礦物的Pb同位素組成：206Pb/204Pb=17.66～17.96，207Pb/204Pb=15.56～15.74，208Pb/204Pb=37.70～38.60，指出它們來自同一物質(zhì)源區(qū)。在鉛構(gòu)造模式圖(圖12(c)、(d))中，小佟家堡子金礦床與青城子地區(qū)鉛鋅銀礦床具有相似的礦石Pb同位素組成特征，表明它們具有相同的物質(zhì)源區(qū)。綜上所述，我們認為晚三疊世深部巖漿作用為青城子礦集區(qū)提供了成礦熱源，并貢獻少量成礦物質(zhì)，巖漿熱液在運移過程中混合了遼河群地層中變質(zhì)流體和大氣降水，溶解了遼河群大石橋組地層中Pb、Zn、Ag、Au和蓋縣組地層中Au等成礦物質(zhì)，促使地層中的成礦物質(zhì)活化、運移，最終成礦流體在構(gòu)造減壓作用下發(fā)生流體不混溶或相分離作用及物理化學(xué)條件的劇烈變化，導(dǎo)致Pb、Zn、Au、Ag等成礦物質(zhì)隨著成礦流體的溫度變化沿斷裂破碎帶在遼河群不同層位依次沉淀成礦。

7 結(jié) 論

(1)小佟家堡子礦床主要發(fā)育富液兩相包裹體、富氣兩相包裹體、含CO2包裹體和純CO2包裹體。成礦流體具中溫、低鹽度、富CO2的特征，屬于H2O-NaCl± CO2體系。

(2)石英±黃鐵礦階段中流體包裹體均一溫度介于311～408 ℃ 之間，鹽度介于5.9%～14.3% NaCl eqv之間；石英-多金屬硫化物階段中流體包裹體均一溫度介于268～376 ℃之間，鹽度介于4.1%～13.0% NaCl eqv 之間；石英-碳酸鹽階段中流體包裹體均一溫度介于201～254 ℃之間，鹽度介于1.6%～7.6% NaCl eqv之間。流體不混溶或相分離作用是金沉淀的主要機制。

(3)成礦流體以巖漿水為主，混合部分變質(zhì)水和大氣降水，并有少量地幔流體混入。成礦物質(zhì)主要來自于遼河群變質(zhì)巖地層，其次來自于巖漿流體。

致謝：野外工作期間得到了小佟家堡子礦業(yè)公司的熱情幫助。室內(nèi)測試過程中得到核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心劉牧工程師的熱情幫助。審稿人提出了詳細的修改意見。在此一并致以誠摯的感謝。