甘肅天水豬波溝金礦床同位素地球化學特征研究

劉 偉

(甘肅省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第一地質礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020)

0 引言

甘肅省天水市豬波溝金礦床發(fā)現(xiàn)于2003年，為一中型規(guī)模的金銀礦床。礦區(qū)目前已進入勘探開發(fā)階段。前人在初步總結該礦地質特征的基礎上，認為其成礦作用是以交代為主的充填交代作用，礦床具有復合熱液型礦床的某些特征[1]；雒增路等[2]從金礦所處地質環(huán)境、控礦條件、巖礦石組合特征等方面，對該礦床成因和找礦前景進行了初步探討和分析?？梢钥闯觯叭藢ωi波溝金礦的成因探討與研究，僅限于在礦區(qū)找礦勘查的基礎上，對該礦床的基礎地質特征的初步總結和經(jīng)驗認知，深入性不夠，均未涉及到氫氧、硫、鉛同位素和成礦物理化學條件等方面。

筆者近年來依托省級基礎地質調查項目，通過同位素地球化學特征的分析，結合礦床成礦控制因素、成礦條件等基礎地質特征，對該礦床開展了一系列成礦規(guī)律及找礦方向等方面的綜合研究，認為該礦床是受控于韌脆性剪切帶的遠成中低溫巖漿熱液型金礦床。研究成果可為該區(qū)域開展找礦勘查提供一定的借鑒與參考。

1 區(qū)域地質概況

豬波溝金礦床位于西秦嶺造山帶之北秦嶺鴛鴦鎮(zhèn)-關子鎮(zhèn)蛇綠混雜巖帶——反“S”形構造的轉折端突出部位(圖1)。西秦嶺造山帶是經(jīng)元古宙奠基、加里東早期裂陷接受海相火山—碎屑巖沉積，加里東晚期褶皺造山，并經(jīng)歷了華力西期、印支—燕山期強烈改造的復雜造山帶[3-4]。區(qū)域經(jīng)歷了多旋回構造運動和巖漿活動的改造，從而導致本區(qū)構造較為復雜[5]。

區(qū)域出露地層由老至新主要有早古生代李子園群、中泥盆世舒家壩組、白堊系麥積山組、新近系甘泉寺組及第四系等。其中李子園群總體呈反“S”形展布，延長220 km，寬約8 km，其為一套淺一中變質的海相基性-中酸性火山巖-碳酸鹽巖沉積建造，是本區(qū)金礦的重要賦礦層位。

區(qū)域總體以NW走向的娘娘壩-舒家壩—太陽寺區(qū)域性反“S”形韌脆性深大斷裂及EW向次級斷裂為主要構造線，疊加有NE向及NW向后期斷裂。褶皺構造主要有娘娘壩-銀銅山復式背斜及金長溝向斜等，斷裂(帶)構造主要有舒家壩-娘娘壩韌脆性斷裂、錢家壩斷裂等，均具多期活動的性質。

圖1 天水市豬波溝一帶區(qū)域地質及金礦床(點)分布簡圖

Fig.1 Regional and geological map of the distribution of gold deposits (occurrences) in Zhubogou area of Tianshui City

1—第四系 2—新近系 3—白堊系 4—侏羅系 5—石炭系 6—泥盆系 7—志留系 8—奧陶系 9—早古生界 10—新元古界 11—中新元古界 12—古元古界 13—二長花崗巖 14—斜長花崗巖 15—正長花崗巖 16—閃長巖 17—區(qū)域性斷裂(帶)18—一般斷層 19—地質界線 20—大型金礦床 21—中型金礦床 22—小型金礦床(點) 23—礦區(qū)位置

區(qū)域巖漿活動頻繁，從加里東晚期到印支晚期均有巖漿侵入，巖性以閃長巖-花崗巖類為主。豬波溝礦床的東側分布著柴家莊二長花崗巖、天子山二長花崗巖和八卦山花崗閃長巖等三大巖體，俗稱“柴-八-天”巖體[6]；此外，尚有加里東期二長花崗巖、燕山早期(花崗)正長斑巖、閃長(玢)巖等呈小的巖脈、巖株形式分布。區(qū)域巖漿多期次多階段的侵入活動不僅是區(qū)內多金屬成礦的熱源動力；又是金礦化重要的物質來源之一[7]。

區(qū)域金礦床(點)眾多，成群分布。以豬波溝金礦區(qū)為圓心，半徑15 km內，分布有喂兒溝、黑溝、柴家莊等6個中型金礦床，以及金家山、碎石子等小型金多金屬礦床(點)10余處。

2 礦床地質特征

2.1 地層

豬波溝礦區(qū)出露地層有早古生代李子園群、中泥盆統(tǒng)舒家壩組等，兩者以娘娘壩-舒家壩—太陽寺區(qū)域性反“S”形韌脆性深大斷裂帶相隔。李子園群位于該斷裂帶的東側，礦區(qū)內可分為第一、第二兩個巖性段；其中第一巖性段巖性組合主要為絹云石英片巖、絹云綠泥石英片巖、綠泥石英片巖等；第二巖性段巖性組合主要為綠泥絹云石英片巖、絹云千枚巖、鈣質絹云石英片巖夾深灰色薄層細晶大理巖及不純大理巖等。李子園群第一巖性段是豬波溝金礦主要的賦礦巖組，其與第二巖性段局部為斷層接觸(圖2)。

2.2 構造

豬波溝礦區(qū)處于NW向娘娘壩-舒家壩—太陽寺斷裂與EW向錢家壩斷裂的交匯地段，褶皺與斷裂構造均較發(fā)育。

礦區(qū)主要的褶皺構造為大橋下向斜，其為一發(fā)育于早古生界李子園群中的向南東傾伏的寬緩開闊褶皺，軸向NW，軸跡呈波狀起伏。豬波溝金礦床產(chǎn)于大橋下向斜的核部。

礦區(qū)斷裂構造按方向可分為近EW向斷裂、NW向斷裂和NE向斷裂三組。

圖2 豬波溝金礦區(qū)一帶地質簡圖

Fig.2 Geological sketch map of Zhubogou gold mining area

1-第四系 2-新近系甘泉寺組第一巖性段 3-泥盆系舒家壩組第二巖性段第四巖性層 4-舒家壩組第二巖性段第三巖性層 5-舒家壩組第二巖性段第二巖性層 6-舒家壩組第二巖性段第一巖性層 7-下古生界李子園群第二巖性段 8-李子園群第一巖性段上層 9-李子園群第一巖性段下層 10-閃長(玢)巖脈 11-花崗巖脈 12-金銀礦體 13-地質界線 14-不整合界線 15-斷層及產(chǎn)狀 16-構造破碎帶 17-層理產(chǎn)狀 18-片理產(chǎn)狀

近EW向斷裂帶在礦區(qū)為主體斷裂構造，表現(xiàn)為切割地層并形成線狀EW向褶皺軸跡及其翼部層間剪切破碎帶，由數(shù)條平行斷裂組成，延伸大于3 km，寬約200 m，產(chǎn)狀160°～180°∠50°～70°，性質屬壓扭性逆沖斷層。該斷裂帶嚴格控制著豬波溝金銀礦體的產(chǎn)出。

NW向構造為區(qū)域性分界斷裂，具壓扭性逆沖特征，斷裂帶內發(fā)育早期韌性及晚期脆性兩種構造巖類型，帶內金、鐵、銅礦化及熱液蝕變較強，局部圈出多條金礦化體。

NE向斷裂規(guī)模較小，常錯斷NW向和EW向斷裂。

三組不同方向的斷裂構造活動序次：NW向較早，近EW向次之，NE向活動較晚，其中近EW向構造明顯具多期活動性，早期韌性變形具擠壓兼有左行剪切性質，現(xiàn)表現(xiàn)為控礦右行張扭性斷裂特征。NW向斷裂與近EW向斷裂-褶皺構造部分復合，次級構造發(fā)育且密集，共同改造地層局部的分布形態(tài)，對中酸性巖漿活動和金礦形成起重要控制作用。

2.3 巖漿巖

豬波溝礦區(qū)西距“柴八天”三大巖體相對較遠(5～8 km)，但區(qū)內中酸性脈巖發(fā)育，產(chǎn)出大量二長花崗巖脈、閃長巖脈、閃長玢巖脈和石英脈等，與斷層破碎帶方向基本一致或產(chǎn)于其中，其展布方向有NW向、NE向、EW向和近SN向等，其中二長花崗(斑)巖脈出露長度一般為70～100 m，脈寬3～15 m，呈透鏡狀順斷裂及巖石片理產(chǎn)出，從空間上常和金礦脈相伴產(chǎn)出。

據(jù)研究，二長花崗巖和閃長(玢)巖脈均為過鋁質花崗巖，屬于高鉀鈣堿性系列，形成于后碰撞伸展環(huán)境。它們與金成礦物質同源且時空密切相伴，兩者具有成因聯(lián)系，成礦物質是脈巖同源繼承演化的產(chǎn)物[8]。

2.4 礦體特征

豬波溝金礦區(qū)共圈出礦體12個，礦體受控于近EW向韌脆性剪切斷裂帶之次級斷裂帶，呈脈狀、似層狀或復脈狀產(chǎn)出，其產(chǎn)狀與控礦斷裂產(chǎn)狀一致。

Ⅰ-2金銀礦體是區(qū)內規(guī)模最大、控制程度最高的礦體，產(chǎn)于大橋下向斜的核部，受近EW向斷裂帶控制，其總體產(chǎn)狀為160°～180°∠40°～80°。礦體長1360 m，控制最大斜深740 m，厚0.48～19.20 m，平均厚1.70 m，金品位為0.92×10-6～20.22×10-6，平均2.69×10-6，銀品位為2.26×10-6～748.00×10-6，平均82.55×10-6。礦體沿走向和傾向均具膨縮現(xiàn)象，由地表向深部產(chǎn)狀穩(wěn)定。

區(qū)內礦石自然類型主要有黃(褐)鐵礦化蝕變巖型、黃(褐)鐵礦化石英脈型、塊狀硫化物型礦石。礦石主要金屬礦物成分有黃鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、毒砂、銀金礦、自然金等；其次為黃銅礦、斑銅礦、銅蘭、赤銅礦、磁鐵礦、針鐵礦、臭蔥石等。主要的脈石礦物為石英、絹云母、綠簾石、綠泥石、方解石等。

礦石結構有自形-半自形粒狀結構、交代殘留結構、鱗片結構、包含結構、碎裂結構。主要構造有塊狀構造、浸染狀構造、細脈浸染狀構造、碎裂碎斑構造、角礫狀構造等。

近礦圍巖蝕變多沿控礦斷裂破碎帶呈帶狀分布，主要有硅化、黃鐵礦化、黃銅礦化、毒砂化、絹云母化、碳酸鹽化等。

3 同位素地球化學特征

3.1 氫氧同位素

依照不同礦石類型，對金礦石進行了分類采集，其中蝕變巖型礦石4件，塊狀硫化物型礦石5件。礦石樣品石英中流體包裹體氫氧同位素組成分析結果列于表1。

對礦區(qū)石英樣品的δ18O測定結果表明，其組成介于11.6‰～16.0‰之間，平均13.66‰，極差中等(4.4‰)，即變化范圍中等。通常認為花崗質巖石全巖的δ18O值范圍在4.0‰～17.0‰之間，大多數(shù)正常花崗質巖石在7.0‰～10.0‰之間[9]。豬波溝金礦床的δ18O值略高于正?；◢徺|巖，說明形成金礦體的成礦流體部分可能來源于巖漿，尤其與礦區(qū)內出露的燕山期花崗斑巖、閃長(玢)巖侵入活動有關。同時，在成礦流體運移過程中，有部分大氣降水和變質水的加入，從而表現(xiàn)出豬波溝金礦的δ18O值略高于正常花崗質巖石的δ18O值的特征。

表1 豬波溝金礦床流體包裹體H-O同位素組成

注：測試單位為核工業(yè)北京地質研究院分析測試研究中心，2016；

δ18OH2O為計算值，石英-水：1000ln = δ18O含水礦物- δ18OH2O= 3.38×106T-2-3.4(Clayton et al.，1972)。

對樣品δD值的測定結果表明，其值在-86.6‰～-110.1‰之間，測定金礦床石英流體包裹體平均均一溫度為190.5℃，根據(jù)公式計算獲得δ18OH2O值在-3.29‰～4.42‰之間。從氫氧同位素的δD - δ18OH2O圖解(圖3)中可以看出，該區(qū)的氫氧同位素組成分布于標準巖漿水和大氣降水之間的區(qū)域，兩種主要類型礦石所代表的主成礦階段，投影點均位于原生巖漿水的左下方，且塊狀硫化物型礦石(至少存在一期含多金屬硫化物的后期熱液疊加)有明顯的向大氣降水線“漂移”的趨勢，結合流體包裹體顯微測溫結果，反映該礦床的成礦流體來源較為復雜，其主要來源于巖漿水，但隨著成礦作用演化的進行，大氣降水含量呈逐漸增多的趨勢。

3.2 硫同位素

對于硫化物或與硫化物密切相關的礦床來說，硫同位素是研究礦源的較好方法。

對豬波溝金礦床的6件礦石、2件二長花崗巖和1件圍巖地層(含黃鐵礦碳酸鹽脈)中的硫化物進行的硫同位素組成測試分析，結果見表2。

葉天竺等對我國18個遠成低溫熱液型金礦床的統(tǒng)計，顯示δ34S值絕大部分集中在8‰～16‰之間[10]。豬波溝金礦床的金礦石中硫同位素為10.7‰～11.5‰，平均10.93‰，類似于二長花崗(斑)巖硫同位素(10.8‰～10.9‰)，而迥然不同于含黃鐵礦碳酸鹽脈的硫同位素值(4.5‰)，表明金礦石中硫的來源與二長花崗巖關系密切，可認為是同源的。

圖3 豬波溝金礦床主成礦階段δD- δ18O組成圖Fig.3 δD - δ18O composition diagram of the main ore-forming stage in Zhubogou gold deposit

表2 豬波溝金礦床巖、礦石中主要硫化物的硫同位素組成

Table 2 Sulfur isotopic composition of the main sulfides in the rocks and ores of Zhubogou gold deposit

樣品原號樣品名稱礦物δ34SV-CDT/‰ZBGB01-3二長花崗巖黃鐵礦10.8ZBGB03-3二長花崗巖黃鐵礦10.9ZBGB04-1金礦石毒砂11.0ZBGB05-1金礦石毒砂10.8ZBGB06-1金礦石毒砂10.7ZBGB07-1金礦石毒砂11.5ZBGB01-1金礦石毒砂10.8ZBGB02-1金礦石毒砂10.8ZK5303-1含黃鐵礦碳酸鹽脈黃鐵礦4.5

另外，由圖4可見，豬波溝金礦床的δ34S值明顯高于巖漿硫(δ34S=0±3‰)，也高于平衡巖水熱液礦床(-2‰～+3‰)，表明在成礦過程中，有更多沉積巖(δ34S為-40‰～+50‰)或變質巖(δ34S為-20‰～+20‰)的成礦物質[11-12]，即無機還原成因的浸染狀硫化物混入。

故而初步斷定，豬波溝金礦床礦石硫以巖漿硫為主，同時混入了地層中的硫。也就是說，成礦物質既有巖漿來源的，也有來源于地層的，但以巖漿來源為主。

圖4 豬波溝金礦床巖、礦石硫化物同位素組成頻率直方圖

3.3 鉛同位素

對豬波溝金礦主要礦體分別采集了巖、礦石樣品10件進行了鉛同位素分析，測試結果見表3。由表3可知，蝕變巖型礦石的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值分別為18.190～19.752、15.596～15.722和38.282～39.465；塊狀硫化物型礦石的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值分別為18.179～18.230、15.593～15.597和38.309～39.230；硫化物的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值分別為18.179～18.198、15.589～15.594和38.244～38.266。上述特征值表明，豬波溝金礦兩種類型礦石的鉛同位素組成具有高度的均一性。

表3 豬波溝金礦床鉛同位素組成

根據(jù)豬波溝金礦床的鉛同位素模式圖(圖5)，表明成礦物質主要來源于上地殼鉛，形成于造山帶環(huán)境。在207Pb/204Pb -206Pb/204Pb源區(qū)構造環(huán)境判別圖上(圖6)，大部分投影點落在上、下地殼。

綜合豬波溝金礦床的硫、鉛同位素共同特征，推測該礦床主要形成于與下部大陸地殼和上地殼有關的造山帶環(huán)境，成礦物質來源于巖漿巖和地層，具有多期次、多元性特點。

圖5 豬波溝金礦床鉛同位素模式圖(底圖據(jù)Zartman and Doe，1981)

圖6 豬波溝金礦床207Pb/204Pb - 206Pb/204Pb源區(qū)構造環(huán)境判別圖(底圖據(jù)Rollison，1993)Fig.6 207Pb/204Pb - 206Pb/204Pb discrimination diagram of structural environment in Zhubogou gold deposit

MORB—洋中脊玄武巖 EMⅠ—I型富集地幔 EMⅡ—Ⅱ型富集地幔 DM—虧損地幔 PREMA—主體或普通地幔 BSE—總體硅酸鹽地球 HIMU—高U/Pb比值的地幔 NHRL—北半球鉛參考線

3.4 成礦時代

在豬波溝金礦區(qū)，選擇具有代表性的金礦石樣品6件，進行了同位素Rb-Sr法成礦年齡測定，測試結果見表4。

經(jīng)金礦石Rb-Sr同位素組成測定可知，87Rb/86Sr和87Sr/86Sr比值分別為1.4624～6.4562和0.727129～0.731021，平均值分別為3.3479和0.72336，其中TW14、TW15、TW16、TW18等4個數(shù)據(jù)反應線性關系較好，經(jīng)投影等時線并算得模式年齡為(172.7±8.7)Ma，表明礦床主要成礦時代屬燕山中期(圖7)。87Sr/86Sr初始值為0.71522±0.00035，大于0.712，反映為殼源物質來源。

4 結論

1)礦石樣品δD值的測定值在-86.6‰～-110.1‰之間，δ18OH2O值在-3.29‰～4.42‰之間。反映該礦床的成礦流體來源較復雜，其主要來源于巖漿水，但隨著成礦作用演化的進行，大氣降水含量呈逐漸增多的趨勢。

表4 豬波溝礦區(qū)金礦石Rb-Sr年齡數(shù)據(jù)

注：測試單位為核工業(yè)北京地質研究院分析測試研究中心，2016。

圖7 豬波溝金礦礦石銣鍶等時線年齡圖

2)豬波溝金礦床的金礦石硫同位素為10.7‰～11.5‰，平均值為10.93‰，研究對比表明，與區(qū)內二長花崗巖(花崗斑巖)脈具有相同或類似的來源，即主要為巖漿硫，但在成礦過程中，又有地層中無機還原成因的浸染狀硫化物混入；豬波溝金礦在成因上與巖漿活動，尤其是燕山期中酸性脈巖的侵入關系密切。

3)鉛同位素組成表明，成礦物質主要來源于上地殼鉛，形成于造山帶環(huán)境。成礦物質來源具有多期次、多元性特點，礦床具有遠成中低溫巖漿熱液型金礦床的特征。

4)經(jīng)礦石Rb-Sr同位素組成測定，并算得豬波溝金礦模式年齡為(172.7±8.7)Ma，表明其成礦時代主要為燕山中期。