福建泰寧何寶山金礦成礦物理化學條件及成因分析①

林 香

(福建省閩北地質大隊，福州，350002)

泰寧何寶山金礦田位于武夷成礦帶中段，是福建北部金成礦遠景區(qū)的重要組成部分。近年來，福建省閩北地質大隊在該區(qū)開展的地質普查工作取得顯著進展(1)福建省閩北地質大隊，福建省泰寧縣何寶山礦區(qū)金礦資源儲量地質報告，2018。，已發(fā)現(xiàn)有何寶山、長興中型金礦床和梅橋南、五里亭小型金礦床，以及洋坑、下猛坑、肖家地、三湖等眾多金礦化點[1-2]。在野外地質工作基礎上，運用流體地球化學和同位素地球化學方法，通過對流體包裹體中氫、氧、硫、鉛同位素的研究，探析何寶山金礦床的成礦物質來源和成礦作用，重新認識其礦床成因，為何寶山礦田金礦成礦規(guī)律研究、礦床模型構建和找礦預測提供理論指導和實踐依據。

1 區(qū)域地質背景

研究區(qū)位于北東向崇安—石城構造帶西南段，屬閩西北隆起帶西部成礦帶三湖—五里亭—何寶山金礦成礦遠景區(qū)。區(qū)內出露基底主要由新元古代黃潭(巖)組、古生代寒武紀林田組中淺變質地層組成，蓋層由中生代白堊紀下渡組、寨下組、沙縣組、崇安組沉積地層組成。區(qū)內斷裂構造極為發(fā)育，且具有多期性活動特點，斷裂總體走向以北東向與北北東向為主，分別屬泰寧—三湖斷裂帶和長興—何寶山斷裂帶的組成部分或次級斷裂。侵入巖主要為加里東期侵入的黑云母石英閃長巖、二云母混合花崗巖和混合花崗巖[3-4]，以及燕山中期黑云母鉀長花崗巖、燕山晚期似斑狀細粒黑云母花崗巖(圖1)。

圖1 泰寧何寶山礦田金礦區(qū)域地質礦產圖Fig.1 Regional geological map of Hebaoshan gold deposit in Taining county1—第四系； 2—新近紀佛曇組； 3—晚白堊世赤石群崇安租； 4—晚白堊世赤石群沙縣組； 5—早白堊世石帽山群寨下組； 6—早白堊世下渡組； 7—早-晚寒武世林田組； 8—新元古代黃潭(巖)組； 9—燕山晚期似斑狀細粒黑云母花崗巖 ；10—燕山中期黑云母鉀長花崗巖；11—加里東期鉀長混合花崗巖；12—加里東期黑云母石英閃長巖；13—晚侏羅世次二長斑巖/晚侏羅世次石英二長斑巖；14—閃長巖/閃長玢巖；15—石英閃長巖/花崗閃長巖；16—石英正長巖/正長斑巖/石英正長斑巖；17—石英斑巖/花崗斑巖；18—二長花崗巖/花崗巖脈；19—煌斑巖；20—偉晶巖/花崗偉晶巖；21—石英脈；22—實/推測不整合界線；23—實/推測地質界線；24—實/推測假整合界線；25—背斜；26—復式倒轉背斜；27—向斜；28—倒轉向斜；29—壓扭性斷層；30—張扭性斷層；31—性質不明、推測斷層；32—破碎帶；33—中型巖金礦床；34—小型巖金礦床；35—巖金礦點/巖金礦化點；36—砂金礦點；37—礦田范圍

2 礦區(qū)地質特征

2.1 地層

研究區(qū)出露地層較單一，大部分為新元古代黃潭(巖)組變質巖，僅局部存在少量第四紀沖洪積物(圖2)。

圖2 泰寧何寶山礦區(qū)何寶山礦段地質簡圖Fig.2 Geologic map of Hebaoshan ore block of Hebaoshan gold deposit in Taining county1—黃潭(巖)組片巖組合段；2—黃潭(巖)組石英變粒巖組合段；3—黃潭(巖)組塊狀變粒巖組合段；4—加里東期混合花崗巖；5—閃長玢巖脈；6—偉晶巖脈；7—石英脈；8—實、推測地質界線；9—巖相界線；10—斷層及編號；11—蝕變體及編號；12—工業(yè)品位金礦體及編號；13—低品位金礦體及編號；14—勘探線及編號

黃潭(巖)組：巖性主要由黑云二長變粒巖、黑云鉀長變粒巖、斜長變粒巖及斜長角閃變粒巖等組成，巖石普遍發(fā)生區(qū)域變質作用和混合巖化作用，不同程度發(fā)育灰白色長英質、肉紅色花崗質、偉晶質脈體，形成條紋狀、條帶狀構造。區(qū)域變質作用、混合巖化作用導致地層中金的析出，為金的富集提供了物質條件。

第四系：由沖洪積物組成，自下而上分為黏土層、砂層、砂礫層及礫質砂層蓋層，不整合于下伏黃潭(巖)組。

2.2 構造

研究區(qū)構造主要為斷裂構造，產狀以北東向和北北西向斷裂為主，其次為近東西向和近南北向斷裂。

北東向斷裂：區(qū)內從西北往東南分布有數(shù)十條規(guī)模不等的斷裂，其中以F1斷裂規(guī)模最大，該斷裂控制了何寶山礦段Ⅰ礦化帶的展布，長大于1 000 m，寬為20～200 m，走向10°～55°，局部近南北走向，傾向南東，傾角20°～50°，Ⅰ礦化帶中的礦體多貯存于該斷裂構造中，如ⅠAu5礦體。

北西-近南北向斷裂：礦區(qū)內出露的主要有F2斷裂，該組斷裂也是礦區(qū)重要的控礦構造，控制何寶山礦段Ⅱ礦化帶的展布。長大于1 550 m，寬為100～500 m，由一組北西-近南北走向斷層組成，受后期近東西向斷裂切錯，代表性的有F2-4及F2-8斷層，控制著ⅡAu4、ⅡAu8礦體。

近東西向斷裂：主要分布于礦區(qū)南部，走向80°～100°，傾向以南為主，傾角65°～85°，局部北傾，具壓扭性特征。該組斷裂屬成礦后期的破礦斷裂，對地層、礦化帶和礦體起到破壞改造作用，如F5斷裂。

2.3 侵入巖

研究區(qū)巖漿巖活動相對較弱，零星出露在礦區(qū)南部及北部，主要為加里東期侵入鉀長混合花崗巖和脈巖。

加里東期侵入鉀長混合花崗巖：巖石呈淺肉紅色，中細粒花崗結構、似斑狀結構，塊狀構造，斑晶主要為鉀長石，黃潭(巖)組變質巖都不同程度地受到該巖體的混合巖化作用。

脈巖：區(qū)內脈巖較發(fā)育，主要分布于加里東期侵入巖和黃潭(巖)組變質巖中，巖性主要為偉晶巖、石英脈、閃長玢巖，展布方向以北東向為主，次為北西向。

2.4 圍巖蝕變

研究區(qū)金礦化與圍巖蝕變具有明顯的依存關系，蝕變微弱的斷層破碎帶基本不含金或含金量很低，蝕變作用較強，多種蝕變多期蝕變疊加地段金礦化較強。蝕變類型以絹云母化、硅化和黃鐵礦化為主(照片1)，方解石化、黃銅礦化、綠泥石化局部可見，與金礦化關系最密切的是硅化、黃鐵礦化和黃銅礦化。

照片1 研究區(qū)圍巖蝕變類型Photo.1 The type of wall rock alteration in the study areaa—表生褐鐵礦化帶中穿插硅化帶；b—近礦圍巖中見強烈綠泥石化和絹云母化；c—近礦圍巖的蝕變分帶

3 礦體特征

3.1 礦體形態(tài)、產狀、規(guī)模

何寶山礦段共圈定工業(yè)礦體17個，礦體形態(tài)特征(表1)，根據礦體的空間展布位置及控礦特點等將礦段劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ蝕變帶，其中Ⅰ蝕變帶位于西北側，呈北東或北北東向展布，延伸大于1 000 m，寬為120～200 m，有6個金礦體，以ⅠAu5為主礦體(隱伏礦體)。Ⅱ蝕變帶北段呈北西向展布，延伸約1 000 m，寬為100～250 m，南段呈北北東-近南北向展布，延伸大于550 m，寬為2～35 m。Ⅱ蝕變帶共見有11個金礦體，以ⅡAu4、ⅡAu8為主礦體(圖3)；Ⅲ蝕變帶位于礦區(qū)南部，僅控制一個低品位礦體。

表1 何寶山礦段主要工業(yè)金礦體特征

圖3 何寶山礦段208線地質剖面圖Fig.3 Diagram showing the geological profile in the No.208 exploration line of Hebaoshan ore blok1—新元古代黃潭(巖)組；2—加里東期混合花崗巖；3—金礦體；4—低品位金礦體；5—采空區(qū)；6—斷層；7—槽探；8—見礦鉆孔

3.2 礦石結構、構造及成礦期次

礦石主要有自形-半自形粒狀結構、他形粒狀結構、聚粒鑲嵌結構、碎裂結構，而乳濁狀結構、交代殘余結構較少見，偶見針狀結構、(鱗)片狀結構、膠狀結構、細脈狀結構(照片2)。

照片2 何寶山礦床礦石礦物組合及結構關系Photo.2 Mineral assemblages and textures of ores of Hebaoshan deposita—早期黃鐵礦和磁黃鐵礦共生呈共結邊結構；b—閃鋅礦與黃銅礦沿黃鐵礦裂隙充填；c—輝鉬礦與黃銅礦共生；d—他形黃銅礦、方鉛礦近共生；e—黃鐵礦被磁鐵礦溶蝕交代；f—自然金貯存于黃鐵礦裂隙(孔隙)中；Py—黃鐵礦；Sp—閃鋅礦；Ccp—黃銅礦；Qz—石英；Gn—方鉛礦；Po—磁黃鐵礦；Mot—輝鉬礦；Mag—磁鐵礦；Au—自然金

礦石主要有斑點-斑雜狀構造、塊狀構造、團塊狀構造、脈狀-網脈狀構造、浸染狀構造、細脈浸染狀構造(照片3)。表生作用形成蜂窩狀、多孔狀構造。

照片3 何寶山金礦區(qū)礦石構造Photo.3 Structures of ores in Hebaoshan gold deposita—黃鐵礦集合體穿插圍巖；b—幾組不規(guī)則黃鐵礦脈交切成網；c—稀疏星散狀黃鐵礦；d—致密近等粒塊狀構造；e—團塊狀黃鐵礦集合體；f—細網脈狀硫化物穿插礦石裂隙

金屬礦物主要有黃鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦、赤鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、輝鉬礦等，非金屬礦物主要為石英。

根據礦物之間的穿插關系、礦物組合以及礦石結構構造等特征，將成礦期分為3個階段，分別為石英-粗粒黃鐵礦階段、石英-多金屬硫化物階段和石英-碳酸鹽巖階段(表2)。第一階段主要產出粗粒自形黃鐵礦和石英細脈，該階段顯示有金礦化；第二階段出現(xiàn)大量硫化物，主要有黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等，硫化物以浸染狀分布于石英脈中，該階段金礦化顯示強，是研究區(qū)主要成礦期；第三階段出現(xiàn)大量非金屬礦物，屬于成礦的晚期階段，金礦化較弱。

表2 何寶山金礦成礦期次與階段劃分 Table 2 Metallogenic stages and mineral-forming sepuence of Hebaoshan gold deposit

4 樣品及分析方法

分析樣品均采自何寶山礦田何寶山礦段鉆孔巖芯及井下不同采礦中段，根據研究區(qū)礦床成礦期與成礦階段的劃分，流體包裹體、氫氧同位素采集于不同成礦階段石英樣品，包括早期乳白色石英、中期與硫化物共生的煙灰色石英以及晚期與碳酸鹽(方解石等)共生的石英；硫、鉛同位素樣品采集于主成礦期礦石中的黃鐵礦。

流體包裹體顯微測試工作在中國地質大學(武漢)固體礦產勘查實驗教學示范中心流體包裹體實驗室完成，所用顯微鏡型號為LeicaMD2500P。測定所選包裹體的冰點及對應的均一溫度在中國地質大學(武漢)GPRM紅外測溫室完成，測試儀器為英國生產的LinkamMDS600型顯微冷熱臺。氫氧、硫、鉛同位素測試在核工業(yè)北京地質研究院同位素室完成，石英氫氧同位素采用Finnigan MAT-253質譜儀測試，硫同位素測試儀器釆用MAT-251型質譜儀，鉛同位素測試儀器采用ISOPROBE-T型質譜儀。

5 流體包裹體研究

5.1 巖相學特征及類型

通過顯微鏡下觀察，樣品中有較多原生包裹體和少量次生包裹體，呈群狀、孤立狀和串珠狀線性分布(照片4)，主要類型為氣液兩相包裹體，未見含有礦物的包裹體。不同成礦期包裹體形態(tài)存在一定差別，其中主成礦期石英中的包裹體多呈不規(guī)則狀和四邊形，次為橢圓形和圓形。包裹體大小為2～16 um，充填度為10%～50%，氣相和液相無色，均一狀態(tài)為液相。

照片4 何寶山金礦石英中流體包裹體顯微照片Photo.4 Microphotograph of the fluid inclusions in quarte of Hebaoshan gold deposita—氣液兩相包裹體群狀分布；b—次生包裹體線狀分布，原生包裹體群狀分布

5.2 顯微測溫

此次測試采用冷凍法，對包裹體迅速降溫冷凍，再緩慢升溫測量，當包裹體中最后的冰塊融化之后，記錄冰點溫度。繼續(xù)升溫，當兩相氣液包裹體變?yōu)橐幌鄷r，記錄均一溫度。

測溫結果顯示，上述3期石英脈均一溫度絕大部分落在150～300℃，各期包裹體稍有不同，其中早期無礦石英均一溫度大多數(shù)在260～300℃，早成礦階段含粗粒黃鐵礦石英脈均一溫度大多數(shù)在230～280℃，晚成礦階段含多金屬硫化物石英脈均一溫度大多數(shù)在160～200℃，表明了該礦床流體演化主要經歷了230～300℃和160～200℃ 2個階段，總體表現(xiàn)為成礦期流體溫度高于非成礦期，主成礦階段的礦石礦物主要形成于中低溫條件下(表3)。

表3 何寶山金礦體流體包裹體顯微測溫成果

6 同位素研究

6.1 氫氧同位素特征

此次工作研究通過測試何寶山金礦不同期次石英中氫氧同位素，測試結果顯示，第Ⅰ階段成礦流體δ18OH2O為2.85‰～4.89‰；第Ⅱ階段流體的δ18OH2O為0.25‰～4.13‰；第Ⅲ階段流體δ18OH2O為-0.76‰。δD從早到晚變化不大，為-76.1‰～-87.9‰(表4)。在δ18OH2O-δD關系圖中，3個階段投影點比較集中，位于巖漿水和大氣降水之間(圖4a)，其中Ⅰ、Ⅱ階段距離巖漿水范圍較近，晚成礦階段則具有明顯的由巖漿水向大氣降水方向漂移的趨勢，暗示何寶山金礦成礦流體為巖漿水(火山熱液)與大氣降水的混合熱液，且來源以巖漿水(火山熱液)為主，隨著成礦的持續(xù)作用，大氣降水不斷加入參與循環(huán)，直至熱液中成礦物質耗盡。何寶山礦床成礦流體在演化過程中，隨著成礦作用的進行，有越來越多的大氣降水加入，導致成礦溫度有所降低[5]，該結果與上述流體包裹體測溫結果相對應。

表4 何寶山金礦體氫氧同位素組成

6.2 硫同位素特征

在詳細的野外地質調查基礎上，此次采集了具有代表性的硫化物樣品，并對15個硫化物礦物硫同位素。進行分析分析數(shù)據顯示，δ34S值變化范圍較窄(<5‰)，測得何寶山礦區(qū)δ34S分散區(qū)間為+2.9‰～+6.3‰，平均值+4.92‰，均方差為1.11，變異系數(shù)為0.23(表5)；林仟同[6]測得何寶山黃鐵礦δ34S值為+4.2‰～+8.4‰，平均值+6.525‰；黃春鵬[7]測得δ34S值為+4.2‰～+6.0‰，與此次研究結果近乎一致。該礦區(qū)硫同位素變化范圍較小，說明硫同位素均一化程度較高，并且硫源較穩(wěn)定，具有深源硫特點。將δ34S投入不同類型礦床δ34S分布圖中(圖4B)，可見何寶山礦床3套數(shù)據均位于主要脈狀金礦床與花崗巖δ34S值分布范圍內。結合野外地質特征與其他同位素特征，推測成礦硫源為深源硫或由深部地殼提供。

表5 何寶山金礦體硫同位素組成

圖4 何寶山礦區(qū)成礦流體δD-δ18OH2O關系圖解(底圖[8])(a)與典型金礦床δ34S分布圖(b)Fig.4 Fluid inclusion water δD-δ18OH2O map(a)and δ34S distribution of typical gold deposit(b) in Hebaoshan deposit

6.3 鉛同位素特征

鉛同位素演化特征對成礦物質來源具有重要而顯著指示意義，多年來被看做示蹤成礦物質來源重要手段之一。此次測試何寶山金礦床鉛同位素組成，具有的特征：208Pb/204Pb為37.703～38.395，極差0.692，平均為37.908 82；207Pb/204Pb為15.551～15.627，極差0.076，平均為15.591，206Pb/204Pb為17.433～17.832，極差0.399，平均為17.553，屬于鉛同位素組成穩(wěn)定的礦床(表6)。鉛同位素各比值變化范圍很小，表面鉛來源較單一。將鉛同位素數(shù)據投入構造模式圖中，所有樣品均落在上地殼與造山帶之間(圖5)，但測試的11個樣品中，10個分布集中，1個較分散，表明各金屬礦物質中鉛同位素混合程度不一。

表6 何寶山礦區(qū)鉛同位素組成

通過對研究區(qū)硫同位素和鉛同位素分析，表明研究區(qū)成礦物質主要來源于深源巖漿或地殼深部，且成礦物質在運移過程中受到地殼較弱的混染作用，表現(xiàn)為硫同位素和鉛同位素整體較集中、局部分散的特點。

圖5 何寶山金礦鉛同位素構造模式圖Fig.5 Relations of the Pb-isotope compositions in the Hebaoshan gold deposit

7 礦床成因分析

泰寧何寶山金礦位于武夷成礦帶中段，北東向崇安—石城構造帶西南段。礦體產于新元古代黃潭(巖)組變質巖的構造破碎帶中，受構造破碎帶控制明顯，產狀以北東和北北西向為主，礦體形態(tài)多呈脈狀或透鏡狀，蝕變類型主要為絹云母化、黃鐵礦化、硅化，黃銅礦化、碳酸鹽化和綠泥石化局部可見，與金礦化關系最密切的是硅化、黃鐵礦化和黃銅礦化。且據野外觀察和金品位分析等相關資料，均顯示了第二階段多金屬硫化物與煙灰色石英共生期為研究區(qū)的主要成礦期。

何寶山金礦床同位素研究發(fā)現(xiàn)，區(qū)內成礦流體演化經歷了230～300℃和160～200℃2個主要階段，且隨著成礦作用的進行，成礦溫度不斷降低，總體屬中低溫熱液。研究區(qū)成礦流體早期以巖漿水為主，晚期有少量大氣降水的加入，反映了該礦床流體來源為混合源特征；區(qū)內成礦物質主要來自深源巖漿或地殼深部，且成礦物質在運移過程中受到地殼較弱的混染作用，即成礦流體在上升侵位運移過程中，與圍巖發(fā)生萃取作用，金元素進入流體，所以新元古代黃潭(巖)組變質巖對金成礦亦有貢獻。

何寶山金礦成礦作用發(fā)生于伸展構造背景，通過研究何寶山金礦床成礦流體特征及成礦物質來源，可初步分析該礦床成礦的演化過程并建立成礦模式(圖6)：何寶山地區(qū)加里東期屬于后碰撞造山早期，此時在造山帶伸展環(huán)境下，巖石圈地幔發(fā)生基底拆沉，軟流圈地幔上涌，在基性巖漿形成的同時，下地殼地溫梯度升高，地殼變質巖基底部分熔融同時發(fā)生混合巖化作用，初步活化并萃取了黃潭(巖)組地層中金元素，形成含礦熱液，到達淺部后隨著巖漿結晶分異和巖石冷卻再平衡過程中，含金絡合物在研究區(qū)初步富集；到印支末期-燕山早期，研究區(qū)轉入板塊陸-陸碰撞陸內造山階段，區(qū)域上開始發(fā)生頻繁的構造-巖漿活動，形成區(qū)內廣泛發(fā)育的深成中酸性侵入巖，同時還伴隨大規(guī)模構造變質作用，地幔巖漿攜帶成礦流體和成礦物質沿區(qū)域深大斷裂向上運移，萃取、活化地層和變質巖中金等早期沉淀富集的成礦物質，并形成多組次級含礦斷裂，含礦熱液沿構造斷裂向地殼淺部持續(xù)運移，在該過程中同時萃取地層與圍巖中的金等成礦物質，流體上升到時空中一定臨界轉換處，使水-巖系統(tǒng)物化條件急變導致礦質迅速沉淀，形成了何寶山構造蝕變巖型金礦床。

圖6 何寶山金礦成礦模式圖Fig.6 Metallogenic model of the Hebaoshan gold deposit1—加里東期混合花崗巖；2—加里東期花崗閃長巖；3—新元古黃潭(巖)組；4—金礦體；5—成礦流體運移方向；6—基底拆沉；7—斷裂構造及編號；8—晚印支期侵入巖；9—古老基底

通過上述成礦構造背景、礦化特征、成礦流體性質、成礦物質來源及成礦演化過程的綜合分析，認為何寶山金礦成因類型應歸屬為中低溫熱液-構造蝕變巖型金礦床。

8 結論

(1)何寶山金礦石英流體包裹體類型為氣液兩相包裹體，均一溫度為150～300℃，成礦流體演化經歷了2個主要階段，總體顯示中低溫熱液礦床特征。

(2)何寶山金礦成礦流體主要來源于巖漿水，后期有少量大氣降水加入，導致成礦溫度有所降低；成礦物質主要來自深源巖漿或地殼深部，且成礦物質在運移過程中受到地殼的混染作用。

(3)礦床形成經歷了加里東期斷裂變質-混合巖化作用和印支晚期-燕山早期構造動力作用2次疊加、富集成礦過程，其成因類型屬于中低溫熱液-構造蝕變巖型金礦床。

本文是福建省閩北地質大隊何寶山金礦田項目組集體勞動的成果，并在閩北隊創(chuàng)新工作室各位專家指導下完成，在此一并致謝！