陜西商南三官?gòu)R金礦床流體包裹體及C-H-O-S穩(wěn)定同位素研究

汪 超，王瑞廷，劉云華，薛玉山，胡西順，牛 亮

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；2.西安西北有色地質(zhì)研究院有限公司，陜西 西安 710054；3.陜西省礦產(chǎn)資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710054；4.西北有色地質(zhì)礦業(yè)集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710054)

0 引 言

南秦嶺構(gòu)造帶山陽(yáng)—商南一帶，自20世紀(jì)末以來(lái)，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)并評(píng)估了夏家店金礦床[1-3]、龍頭溝金礦床[4-6]、王家坪金礦床[7-8]、三官?gòu)R金礦床[9-10]、五色溝金礦床等，是陜西東南部尋找金礦的重要靶區(qū)[11]。自2014年“陜西省山陽(yáng)中村—商南湘河一帶金釩多金屬礦整裝勘查”項(xiàng)目實(shí)施以來(lái)，已有礦床深部及外圍取得了新的進(jìn)展，其他地段也不斷有新的金礦發(fā)現(xiàn)，初步形成了陜西省內(nèi)一個(gè)重要的金礦勘查、開(kāi)發(fā)基地。三官?gòu)R金礦床位于商南縣南部，已達(dá)中型規(guī)模，為該縣唯一開(kāi)發(fā)投產(chǎn)的金礦山。三官?gòu)R金礦床基本地質(zhì)特征、找礦方向等目前已有較為詳細(xì)的論述[9-10,12]。汪超等于2016年、2017年、2021年劃分了三官?gòu)R金礦的成礦階段，詳細(xì)研究了載金礦物特征及金的賦存狀態(tài)，利用稀土元素、微量元素、礦物標(biāo)型特征等證據(jù)，對(duì)礦床成因、成礦熱液性質(zhì)進(jìn)行初步探討；基于礦床地質(zhì)和礦石宏、微觀特征以及稀土元素特征，分析了三官?gòu)R金礦床與區(qū)內(nèi)鈉長(zhǎng)(角礫)巖之間的密切成因聯(lián)系[9,12-13]。本次研究在野外地質(zhì)觀察的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了流體包裹體顯微觀察及測(cè)溫，探討了流體性質(zhì)及其演化規(guī)律；在C、H、O、S等同位素分析測(cè)試的基礎(chǔ)上，分析成礦流體及成礦物質(zhì)來(lái)源，進(jìn)一步補(bǔ)充和深化了對(duì)三官?gòu)R金礦床成因的認(rèn)識(shí)，以便指導(dǎo)實(shí)際找礦工作。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

商南三官?gòu)R金礦床的區(qū)域大地構(gòu)造位置處于秦嶺造山帶南秦嶺北部逆沖推覆構(gòu)造帶內(nèi)。區(qū)域地層由北向南主要包括中泥盆統(tǒng)池溝組(D2c)，上泥盆統(tǒng)—下石炭統(tǒng)九里坪組((D3-C1)j)，青白口系耀嶺河組(Qny)，太古宇—下元古界陡嶺巖群((Ar-Pt1)Dl)等(圖1)。陡嶺巖群為本區(qū)基底地層，巖性主要為斜長(zhǎng)角閃片麻巖，經(jīng)歷了多期變形變質(zhì)；耀嶺河組地層原巖含有基性火山巖成分，具有相對(duì)較高的金豐度，同時(shí)經(jīng)歷了較強(qiáng)的變形變質(zhì)作用，可能為本區(qū)金礦的主要礦質(zhì)來(lái)源之一[14]。

圖1 秦嶺造山帶地質(zhì)單元簡(jiǎn)圖(a)(修編自文獻(xiàn)[19])和三官?gòu)R金礦床區(qū)域地質(zhì)圖(b)Fig.1 Map showing the major geological units in the Qinling Orogen (a)(modified after ref.[19])and geological map of the Sanguanmiao ore district (b)1.上泥盆統(tǒng)—下石炭統(tǒng)九里坪組片巖、千枚巖、大理巖；2.中泥盆統(tǒng)池溝組板巖、千枚巖；3.青白口系耀嶺河組第三巖性段千枚巖、片巖；4.太古宇—下元古界陡嶺巖群片麻巖、斜長(zhǎng)角閃片巖；5.鈉長(zhǎng)(角礫)巖；6.糜棱巖化花崗閃長(zhǎng)巖；7.地質(zhì)界線(xiàn)；8.斷裂及其編號(hào)、產(chǎn)狀；9.片理產(chǎn)狀；10.地層產(chǎn)狀；11.三官?gòu)R金礦床；12.城市

南秦嶺成礦帶內(nèi)沿鎮(zhèn)安—板巖鎮(zhèn)斷裂兩側(cè)，大、中型金礦床成帶集中分布。三官?gòu)R金礦床即產(chǎn)于鎮(zhèn)安—板巖鎮(zhèn)主斷裂(F2)及其南分支斷裂(F4)夾持的構(gòu)造透鏡體中，礦床宏觀產(chǎn)出位置明顯受該主斷裂及其分支斷裂控制，鎮(zhèn)安—板巖鎮(zhèn)斷裂為礦床控礦構(gòu)造。在鎮(zhèn)安—板巖鎮(zhèn)斷裂的旁側(cè)，廣泛發(fā)育次級(jí)斷裂和平行斷裂等構(gòu)造，為成礦作用提供了熱液運(yùn)移的通道及礦質(zhì)富集場(chǎng)所。

區(qū)域巖漿巖較為發(fā)育，受區(qū)域性斷裂-巖漿活動(dòng)帶的控制，呈東西向展布，主要包括晉寧期豆腐尖糜棱巖化花崗閃長(zhǎng)巖(γδ2)和鈉長(zhǎng)(角礫)巖(Ab5)。鈉長(zhǎng)(角礫)巖包括巖漿成因的鈉長(zhǎng)巖和隱爆成因的鈉長(zhǎng)角礫巖，并以后者為主；產(chǎn)狀以脈狀、小巖枝狀為主，可單獨(dú)由其中一種巖石類(lèi)型組成，也可由位于核部的鈉長(zhǎng)巖和環(huán)繞其分布的鈉長(zhǎng)角礫巖組成[13,15]，其形成時(shí)代為印支期[16-17]。

2 礦床地質(zhì)

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

青白口系耀嶺河組第三巖性段(Qny3)為該礦區(qū)賦礦地層，區(qū)內(nèi)呈東西向展布，巖性以灰-灰黑色碳質(zhì)絹云千枚巖為主，夾有灰綠色鈉長(zhǎng)綠泥片巖、綠泥陽(yáng)起片巖；上述變質(zhì)巖石原巖主要為碳質(zhì)泥巖，夾少量基性火山巖[18]。結(jié)合野外調(diào)查及探礦工程編錄，礦體近礦圍巖巖性以含黃鐵礦碳質(zhì)絹云千枚巖為主。

賦礦地層中普遍發(fā)育鎮(zhèn)安—板巖鎮(zhèn)斷裂的一組次級(jí)層間斷裂，順層或以小角度斜切地層面理，具壓扭-走滑斷層性質(zhì)，總體產(chǎn)狀25°∠70°，為區(qū)內(nèi)金礦體的容礦構(gòu)造，金礦體均產(chǎn)于其中。其內(nèi)充填物主要有兩類(lèi)：鈉長(zhǎng)石方解石石英脈和圍巖地層角礫及斷層泥。在金礦化蝕變作用強(qiáng)烈部位，斷裂內(nèi)及上、下盤(pán)地層中發(fā)生鈉長(zhǎng)石化、硅化、毒砂化、黃鐵礦化等圍巖蝕變；受強(qiáng)熱液蝕變交代-充填作用改造，局部斷裂特征不明顯，但在礦體尖滅部位，可觀察到明顯的斷裂構(gòu)造特征。

礦區(qū)內(nèi)鈉長(zhǎng)(角礫)巖(Ab5)主要分布在礦體周邊、鎮(zhèn)安—板巖鎮(zhèn)斷裂帶(F2)兩側(cè)(圖2(a))。斷裂南側(cè)耀嶺河組第三巖性段(Qny3)地層中亦發(fā)育鈉長(zhǎng)巖，主要位于三官?gòu)R金礦體東西向延伸地段，大致順地層面理呈脈狀產(chǎn)出；向西緊鄰三官?gòu)R金礦區(qū)的韭菜溝口—渡船溝一帶，鈉長(zhǎng)(角礫)巖(脈)活動(dòng)強(qiáng)烈，在鈉長(zhǎng)(角礫)巖接觸帶中發(fā)現(xiàn)金礦體。

2.2 礦體地質(zhì)

礦區(qū)內(nèi)共圈定出南、北兩條礦化蝕變帶。北礦化蝕變帶位于段家溝—碾子溝一帶，總長(zhǎng)約900 m，寬約100 m，走向NWW，東西延伸地段未封閉；帶內(nèi)發(fā)育多條層間斷裂，斷裂總體產(chǎn)狀25°∠70°，部分?jǐn)嗔阎邪l(fā)生較強(qiáng)金礦化及圍巖蝕變；由北至南圈出三條金主礦體(Au1、Au2、Au3)，呈NWW—SEE向近平行展布；Au1號(hào)礦體規(guī)模最大，Au3號(hào)礦體次之。南礦化蝕變帶位于天池溝—姜家臺(tái)一帶，長(zhǎng)約500 m，寬50～150 m不等；帶中發(fā)育多條層間斷裂，存在較強(qiáng)圍巖蝕變，但金礦化較北帶弱，在其中圈出Au4、Au5等小礦體(圖2(a))。

圖2 三官?gòu)R金礦床礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a)和16號(hào)勘探線(xiàn)剖面示意圖(b)Fig.2 Geological map of the Sanguanmiao gold deposit (a)and geological profile along Exploration Line No.16 (b)1.上泥盆統(tǒng)—下石炭統(tǒng)九里坪組片巖、千枚巖、大理巖；2.青白口系耀嶺河組第三巖性段千枚巖、片巖；3.鈉長(zhǎng)(角礫)巖；4.糜棱巖化花崗閃長(zhǎng)巖；5.千枚巖；6.片巖；7.地質(zhì)界線(xiàn)；8.斷裂及編號(hào)；9.金礦體及編號(hào)；10.金礦化體；11.坑道位置及編號(hào)；12.鉆孔位置及編號(hào)；13.地層產(chǎn)狀

Au1號(hào)礦體控制礦體長(zhǎng)度830 m，控制最大斜深365 m。單工程礦體厚度0.67～4.41 m，礦體平均厚度1.56 m；單工程Au品位1.02～9.91 g/t，平均品位3.42 g/t。礦體呈脈狀產(chǎn)出，具分支復(fù)合、膨大收縮現(xiàn)象。礦體產(chǎn)狀(19°～55°)∠(40°～85°)，以15線(xiàn)為分界，東、西兩段傾角變化較大，其中東段礦體較直立，總體傾角約70°，西段礦體稍緩，總體傾角約45°。

Au3號(hào)礦體控制礦體長(zhǎng)度310 m，控制最大斜深460 m。單工程礦體厚度0.81～3.63 m，礦體平均厚度2.12 m；單工程Au品位1.13～5.33 g/t，平均品位3.29 g/t。礦體呈脈狀產(chǎn)出，具分支復(fù)合、膨大收縮現(xiàn)象。礦體產(chǎn)狀(22°～40°)∠(63°～82°)(圖2(b))。

金礦化主要賦存于含硫化物、石英脈的鈉長(zhǎng)石化蝕變巖中(圖3)，礦石類(lèi)型為蝕變巖型。金屬礦物主要為毒砂、黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、鈦鐵礦及方鉛礦等，占全部礦物的5%～10%，非金屬礦物主要為鈉長(zhǎng)石、石英、方解石、黑云母、白云母、綠泥石及白云石等，占全部礦物的90%～95%。

圖3 三官?gòu)R金礦床礦石巖相學(xué)及鏡下特征照片F(xiàn)ig.3 Photographs and photomicrographs of the Sanguanmiao gold ores(a)金礦石巖心特征，S1，成礦早階段；S2，成礦主階段；S3，成礦晚階段。金礦石手標(biāo)本照片：(b)毒砂呈團(tuán)塊狀分布于交代方解石石英脈邊部，與星點(diǎn)狀黃鐵礦共生；(c)毒砂呈星點(diǎn)狀、團(tuán)塊狀分布于金礦石中，黃鐵礦部分與毒砂共生、部分呈細(xì)脈狀切穿毒砂顆粒。金礦石顯微鏡下特征，(d)—(e)正交偏光，(f)—(k)反射光：(d)鈉長(zhǎng)石化蝕變巖，含方解石細(xì)脈；(e)左上為方解石石英脈及其邊部毒砂集合體(成礦主階段S2)，右下為鈉長(zhǎng)石化蝕變巖；(f)毒砂裂隙內(nèi)自然金-閃鋅礦-黃銅礦細(xì)脈；(g)毒砂、黃鐵礦共結(jié)邊，粒間含自然金；(h)非金屬礦物粒間共生的毒砂、黃鐵礦、磁黃鐵礦和鈦鐵礦；(i)脈狀毒砂切穿自形黃鐵礦；(j)分布于黃鐵礦與非金屬礦物粒間的自然金；(k)自然金包裹于毒砂中或分布于毒砂與非金屬礦物粒間。Bt.黑云母；Cal.方解石；Chl.綠泥石；Ms.白云母；Qz.石英；Apy.毒砂；Ccp.黃銅礦；Ilm.鈦鐵礦；Ng.自然金；Po.磁黃鐵礦；Py.黃鐵礦；Sp.閃鋅礦

礦石結(jié)構(gòu)主要為它形-半自形-自形結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)及碎裂結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要為脈狀構(gòu)造、細(xì)脈狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、團(tuán)塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造及星點(diǎn)狀構(gòu)造。

根據(jù)三官?gòu)R金礦石野外地質(zhì)特征、脈體(礦物)穿切關(guān)系和礦物組合等特征，將三官?gòu)R金礦床熱液成礦期劃分為3個(gè)階段：(1)石英-鈉長(zhǎng)石化階段，為成礦早階段，非金屬礦物(石英、鈉長(zhǎng)石等)沿主斷裂構(gòu)造交代上下盤(pán)圍巖，形成致密的石英鈉長(zhǎng)石化蝕變巖，與圍巖漸變過(guò)渡；(2)石英-多金屬硫化物階段，為成礦主階段，交代、蝕變成礦早階段形成的巖石，形成大量交代成因的方解石石英脈和大量毒砂、黃鐵礦等硫化物；(3)方解石-石英脈階段，為成礦晚階段，沿產(chǎn)狀平直的裂隙充填方解石石英細(xì)脈。

載金硫化物主要為毒砂、黃鐵礦，總體與金同時(shí)生成。礦石中毒砂以團(tuán)塊、脈狀為主，黃鐵礦以細(xì)脈狀為主。載金礦物均形成于同一世代，形成環(huán)境條件穩(wěn)定。金的賦存狀態(tài)分為“可見(jiàn)金”與“不可見(jiàn)金”?！翱梢?jiàn)金”為自然金，以細(xì)粒、單粒金為主，嵌布類(lèi)型為粒間金、裂隙金及包裹金；“不可見(jiàn)金”普遍分布于黃鐵礦、毒砂等硫化物中[12]。

3 樣品采集和分析方法

3.1 包裹體顯微測(cè)溫

在三官?gòu)R金礦床600 m坑道、5個(gè)鉆孔內(nèi)采集9件礦石樣品，制成包裹體片9片，其中成礦主階段樣品5件，成礦晚階段樣品3件，主+成礦晚階段樣品1件。流體包裹體測(cè)溫在西北大學(xué)地質(zhì)系流體包裹體實(shí)驗(yàn)室完成，儀器為英國(guó)Linkam公司MDSG600型冷熱臺(tái)，可直接觀察在加溫或者冷凍過(guò)程中流體包裹體相態(tài)連續(xù)變化過(guò)程，溫度范圍-196～500 ℃，可控的冷凍或者加熱速率范圍1～50 ℃/min，精確性及穩(wěn)定性在0.1 ℃之內(nèi)。為保護(hù)儀器的測(cè)試精度，并防止升溫過(guò)高導(dǎo)致樣品中包裹體大規(guī)模爆裂，實(shí)際測(cè)試溫度上限一般為300～400 ℃；測(cè)試過(guò)程中，升溫和降溫的速率一般保持在5.0～30.0 ℃/min，相變點(diǎn)附近控制溫度變化速率為0.1～1.0 ℃/min。

3.2 C、H、O同位素

在三官?gòu)R金礦床600 m坑道中采集7件C、H、O同位素樣品(S13、S15、S16、S17、S19、S20、S22)，在廊坊市拓軒巖礦檢測(cè)服務(wù)有限公司完成單礦物挑選工作。將樣品粉碎過(guò)篩至60目和80目，在雙目顯微鏡下挑選方解石和石英，純度達(dá)99%。其中S13、S15、S17、S19、S20共5件樣品挑選出足夠測(cè)試的方解石和石英，S16、S22共2件樣品僅挑選出足夠測(cè)試的方解石。

方解石C、O同位素測(cè)試工作在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院地質(zhì)分析測(cè)試研究中心完成。分析方法依據(jù)DZ/T 0184.17—1997《碳酸鹽礦物或巖石中碳、氧同位素組成的磷酸法測(cè)定》，分析儀器為MAT-253氣體同位素質(zhì)譜計(jì)。測(cè)量結(jié)果以皮狄組擬箭石(PDB)為標(biāo)準(zhǔn)，分別記為δ13CPDB(分析精度±0.1%)和δ18OPDB(分析精度±0.2%)。詳細(xì)流程參見(jiàn)文獻(xiàn)[20]。

石英H、O同位素測(cè)試工作在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院地質(zhì)分析測(cè)試研究中心完成。H同位素的測(cè)試對(duì)象為石英中的流體包裹體，分析方法依據(jù)DZ/T 0184.19—1997《水中氫同位素鋅還原法測(cè)定》，分析儀器為MAT-253氣體同位素質(zhì)譜計(jì)；O同位素的測(cè)試對(duì)象為石英，分析方法依據(jù)DZ/T 0184.13—1997《硅酸鹽及氧化物礦物中氧同位素組成的五氟化溴法測(cè)定》，分析儀器為Delta V Advantage 氣體同位素質(zhì)譜計(jì)。H和O同位素的分析結(jié)果均以維也納標(biāo)準(zhǔn)平均海水(V-SMOW)為標(biāo)準(zhǔn)，分別記作DV-SMOW(分析精度±2‰)和OV-SMOW(分析精度±0.2‰)。

3.3 S同位素

在三官?gòu)R金礦床600 m坑道、2個(gè)鉆孔內(nèi)采集8件礦石標(biāo)本，送廊坊市拓軒巖礦檢測(cè)服務(wù)有限公司制成探針片。在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)金礦石中載金硫化物(黃鐵礦、毒砂)進(jìn)行原位微區(qū)S同位素測(cè)試，采用激光剝蝕-多接收等離子體質(zhì)譜(LA-MC-ICP-MS)分析方法。使用的質(zhì)譜儀為英國(guó)Nu公司生產(chǎn)的Nu Plasma 1700高分辨率多接收等離子體質(zhì)譜儀，激光剝蝕系統(tǒng)為澳大利亞ASI公司生產(chǎn)的Resonitics M50-LR準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)(excimer ArF laser ablation system，激光波長(zhǎng)193 nm，脈寬20 ns)。詳細(xì)分析方法見(jiàn)文獻(xiàn)[21-23]。S同位素分析結(jié)果以迪亞布峽谷隕硫鐵(CDT)為標(biāo)準(zhǔn)，誤差為2倍標(biāo)準(zhǔn)誤差(2σ)。

4 流體包裹體測(cè)試結(jié)果

4.1 巖相學(xué)特征

室溫下對(duì)三官?gòu)R金礦床各階段流體包裹體進(jìn)行詳細(xì)觀察，寄主礦物石英、方解石、鈉長(zhǎng)石內(nèi)包裹體較為發(fā)育，以成群分布為主，部分帶狀分布。根據(jù)包裹體的相態(tài)特征、相比，結(jié)合前人[24-25]提出的劃分方案，將該礦床流體包裹體劃分為純液相型、純氣相型、氣液兩相型和含子礦物型共4種類(lèi)型(圖4)。

圖4 三官?gòu)R金礦床流體包裹體顯微照片F(xiàn)ig.4 Microphotographs of fluid inclusions from the Sanguanmiao gold deposit

純液相型(L)：室溫下由純液相組成的包裹體，數(shù)量較少，呈無(wú)色透明，見(jiàn)于主+晚成礦晚階段的石英、方解石中。橢圓形或不規(guī)則型，長(zhǎng)軸一般為5～10 μm。

純氣相型(V)：室溫下由純液相組成的包裹體，偶見(jiàn)于主+晚成礦晚階段的石英、方解石中。圓形、橢圓形或不規(guī)則型，長(zhǎng)軸一般為5～15 μm。

氣液兩相型(L+V)：室溫下由氣液兩相組成氣-液鹽水型兩相包裹體，見(jiàn)于主+晚成礦晚階段的礦物中，數(shù)量最多。又可分為富液相包裹體(L-V)和富氣相包裹體(V-L)兩類(lèi)。富液相包裹體約占全部樣品中包裹體數(shù)量的80%～90%，相比一般為5%～30%，主要為規(guī)則狀，少量不規(guī)則狀，長(zhǎng)軸一般為5～30 μm，加熱升溫均一為液相。富氣相包裹體數(shù)量較少，相比50%～65%，長(zhǎng)軸一般為10～20 μm，加熱升溫均一為氣相。

含子礦物型(L-V-S)：室溫下由氣、液和子礦物三相組成，子礦物呈無(wú)色-白色，立方體狀，具典型的石鹽(NaCl)子晶特點(diǎn)。僅于成礦主階段石英中觀察到1例，氣相比15%，長(zhǎng)軸10 μm，加熱升溫均一為液相。

4.2 顯微測(cè)溫

成礦主階段寄主礦物(石英、方解石、鈉長(zhǎng)石)中共觀察到上述各類(lèi)型包裹體，但以富液相包裹體(L-V)占絕大多數(shù)。成礦主階段流體包裹體的完全均一溫度Th范圍為150～420 ℃，平均237 ℃(n=77)。冰點(diǎn)溫度Tm,ice范圍為-22.7～-1.2 ℃，平均-9.7 ℃(n=56)。根據(jù)鹽度計(jì)算公式[26]求得鹽度范圍為2.1%～24.1%，平均13.2%；鹽度≤25%時(shí)，根據(jù)公式[27]計(jì)算流體密度ρ為0.652～1.040 g/cm3，平均0.931 g/cm3(表1和圖5)。

成礦晚階段寄主礦物中主要為富液相包裹體(L-V)。成礦晚階段流體包裹體的完全均一溫度Th范圍為81～190 ℃，平均133 ℃(n=60)。冰點(diǎn)溫度Tm,ice范圍為-19.7～-3.4 ℃，平均-10.8 ℃(n=47)。根據(jù)鹽度計(jì)算公式求得鹽度范圍5.6%～22.2%，平均14.3%；鹽度≤25%時(shí)，根據(jù)公式計(jì)算流體密度范圍為0.949～1.116 g/cm3，平均1.033 g/cm3(表1和圖5)。

圖5 三官?gòu)R金礦床包裹體均一溫度((a)(c))和鹽度((b)(d))直方圖Fig.5 Histograms of fluid inclusion homogenization temperature ((a)(c))and salinity ((b)(d))in the Sanguanmiao gold deposit

表1 三官?gòu)R金礦顯微測(cè)溫結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 1 Microthermometric results of fluid inclusions from the Sanguanmiao gold deposit

常溫常壓下測(cè)得的流體包裹體均一溫度Th，不是主礦物形成并捕獲流體包裹體時(shí)的溫度下限(捕獲溫度或成礦溫度，Tt)，一般需要對(duì)Th進(jìn)行壓力校正方可得到Tt；但當(dāng)流體壓力低于200 bar(1 bar=0.1 MPa)時(shí)，壓力的影響可以忽略不計(jì)，Th=Tt[25]。利用前述三官?gòu)R金礦床成礦主階段、成礦晚階段各寄主礦物中流體包裹體均一溫度平均值、鹽度平均值，在NaCl-H2O體系的T-D相圖[25]上，查得包裹體均一時(shí)流體的平均壓力均小于200 bar，故前述測(cè)得的三官?gòu)R金礦床流體包裹體完全均一溫度Th即可代表包裹體倍捕獲和寄主礦物形成時(shí)的溫度Tt的下限。

5 穩(wěn)定同位素測(cè)試結(jié)果

5.1 石英H、O同位素

三官?gòu)R金礦床成礦主階段5件石英樣品的δDV-SMOW為-84.4‰～-77.0‰，平均-80.3‰；δ18OV-SMOW為15.1‰～15.8‰，平均15.5‰(表2)。石英樣品的氫同位素值即是測(cè)定的石英中流體包裹體水的氫同位素，因此代表了石英沉淀時(shí)成礦流體的氫同位素組成。成礦流體的氧同位素則需根據(jù)石英的氧同位素和礦物形成時(shí)的溫度Tt(Tt=Th)計(jì)算。根據(jù)包裹體顯微測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，成礦主階段石英中包裹體均一溫度平均值為245 ℃，利用石英-水之間的氧同位素平衡分餾方程[28]計(jì)算與石英沉淀時(shí)的成礦流體水的δ18OH2O范圍為5.9‰～6.6‰，平均6.3‰(標(biāo)準(zhǔn)為V-SMOW)。

表2 三官?gòu)R金礦石英H-O同位素測(cè)試結(jié)果Table 2 Hydrogen-oxygen isotope compositions of quartz from the Sanguanmiao gold deposit

5.2 方解石C、O同位素

三官?gòu)R金礦床礦石中成礦主階段方解石的δ13CPDB范圍為-13.2‰～-4.9‰，平均-9.6‰；方解石的δ18OPDB范圍為-19.9‰～-15.2‰，平均-16.7‰；方解石的δ18OV-SMOW范圍為10.4‰～15.2‰，平均13.7‰。成礦主階段方解石中包裹體均一溫度平均值為184 ℃。根據(jù)方解石與流體中CO2的碳同位素平衡分餾方程[29]，計(jì)算方解石沉淀時(shí)流體的δ13CCO2范圍為-13.5‰～-5.2‰，平均-9.9‰(標(biāo)準(zhǔn)為PDB)。根據(jù)方解石與流體水的氧同位素平衡分餾方程[30]，計(jì)算方解石沉淀時(shí)流體δ18OH2O范圍為-0.3‰～4.5‰，平均3.0‰(標(biāo)準(zhǔn)為V-SMOW)(表3)。

表3 三官?gòu)R金礦方解石C-O 同位素測(cè)試結(jié)果Table 3 Carbon-oxygen isotope compositions of calcite from the Sanguanmiao gold deposit

5.3 硫化物S同位素

對(duì)8件巖石(探針片)中的33粒硫化物單礦物(黃鐵礦15粒、毒砂17粒、磁黃鐵礦1粒)進(jìn)行S同位素測(cè)試，有效測(cè)點(diǎn)66點(diǎn)。15粒礦物為單測(cè)點(diǎn)，其余18粒為多測(cè)點(diǎn)。

硫化物66測(cè)點(diǎn)δ34SCDT值范圍為-3.47‰～0.48‰，平均值-1.59‰。其中黃鐵礦25測(cè)點(diǎn)δ34SCDT值范圍為-2.73‰～-1.22‰，平均-2.15‰；毒砂40測(cè)點(diǎn)δ34SCDT值范圍為-3.47‰～0.48‰，平均值-1.23‰(圖6、圖7、表4)。

圖7 三官?gòu)R金礦床硫化物單礦物S同位素組成直方分布圖Fig.7 Histogram of sulfur isotopic ratios of sulfides from the Sanguanmiao gold deposit

表4 三官?gòu)R金礦床硫化物原位S同位素測(cè)試結(jié)果Table 4 In-situ sulfur isotopic compositions of sulfides from the Sanguanmiao gold deposit

圖6 三官?gòu)R金礦床黃鐵礦、毒砂原位S同位素組成Fig.6 In-situ sulfur isotopic compositions of pyrite and arsenopyrite from the Sanguanmiao gold deposit(黃色點(diǎn)為測(cè)試點(diǎn)位，數(shù)字為測(cè)點(diǎn)序號(hào)，括號(hào)內(nèi)數(shù)字為δ34S測(cè)試結(jié)果，單位為‰)Apy.毒砂；Py.黃鐵礦

硫化物33粒單礦物δ34SCDT平均值為-3.36‰～0.03‰，平均值-1.80‰，極差3.39‰。其中黃鐵礦15粒單礦物δ34SCDT平均值范圍為-2.73‰～-1.31‰，平均-2.15‰，極差1.42‰；毒砂單礦物17粒，單礦物δ34SCDT平均值范圍為-3.36‰～0.03‰，平均-1.48‰，極差3.39‰。

6 討 論

6.1 金沉淀機(jī)制

如上文所述，三官?gòu)R金礦床流體包裹體的完全均一溫度Th可代表包裹體被捕獲和寄主礦物形成時(shí)的溫度Tt的下限。成礦主階段石英中流體包裹體的完全均一溫度(Th)與鹽度數(shù)據(jù)顯示，在完全均一溫度(Th)大于250 ℃的區(qū)間內(nèi)，隨著溫度的降低，鹽度有明顯的降低趨勢(shì)(圖8)。單純的成礦流體冷卻過(guò)程，不會(huì)導(dǎo)致成礦流體鹽度的變化，三官?gòu)R金礦床這種成礦流體鹽度隨溫度降低而降低的現(xiàn)象，指示在成礦主階段成礦流體與溫度、鹽度較低的外來(lái)流體發(fā)生了混合作用。

在成礦主階段流體包裹體完全均一溫度小于250 ℃及成礦晚階段，隨著溫度的降低，鹽度有明顯的升高趨勢(shì)(圖8)，表現(xiàn)出一種流體沸騰作用的均一溫度-鹽度變化關(guān)系[31]。同時(shí)，三官?gòu)R金礦床成礦主、晚階段流體包裹體可見(jiàn)以下現(xiàn)象，亦顯示成礦流體發(fā)生了沸騰作用[25,32-34]：(1)成礦主階段及晚階段熱液石英、方解石中可見(jiàn)V型、L型、L-V型、V-L型和L-V-S型包裹體共生；(2)共生的L-V型包裹體相比變化較大(圖4(a)和(b))；(3)共生的L-V型、V-L型包裹體異相均一，但均一溫度相近(圖4(c)和(d))；(4)流體包裹體均一溫度相似，但鹽度差異較大(表1和圖8)。流體壓力降低是流體沸騰的主要因素，流體上升和斷裂張開(kāi)均會(huì)導(dǎo)致流體壓力降低[33]。三官?gòu)R金礦床成礦早、主、晚階段的礦石相互疊加，不同階段礦物沉淀場(chǎng)所相同，不存在明顯的流體上升從而導(dǎo)致壓力降低，推測(cè)斷裂張開(kāi)是促使流體壓力降低并發(fā)生沸騰的主因。成礦主階段、晚階段大量存在的充填成因方解石石英脈(團(tuán)塊)也是斷裂張開(kāi)的有力證據(jù)(圖3(a))。

圖8 三官?gòu)R金礦床包裹體完全均一溫度-鹽度圖解Fig.8 Homogenization temperature vs.salinity plot of fluid inclusions from the Sanguanmiao gold deposit

流體混合作用可改變含礦熱液系統(tǒng)的物理化學(xué)環(huán)境，破壞溶液的化學(xué)平衡，導(dǎo)致載金絡(luò)合物失穩(wěn)，從而產(chǎn)生成礦物質(zhì)的沉淀；流體沸騰作用使流體的H2O、H2S和CO2等揮發(fā)分逸失，殘余流體鹽度增高，溶質(zhì)瞬時(shí)過(guò)飽和，誘發(fā)成礦物質(zhì)沉淀[25,31,33-34]。三官?gòu)R金礦床在成礦主階段溫度>250 ℃時(shí)，以流體混合作用為主導(dǎo)致礦物沉淀；在成礦主階段溫度<250 ℃及成礦晚階段，以流體沸騰作用為主導(dǎo)致礦物沉淀。

6.2 成礦流體來(lái)源

三官?gòu)R金礦成礦主階段石英沉淀時(shí)的成礦流體的δDV-SMOW范圍為-84.4‰～-77.0‰，平均-80.3‰；δ18OH2O范圍為5.0‰～5.7‰，平均5.4‰(表2)。流體水的H、O同位素組成變化范圍小，顯示具有較為均一的流體來(lái)源。

將成礦流體的H-O同位素組成投影于δO-δD圖解中，5個(gè)樣品數(shù)據(jù)均遠(yuǎn)離變質(zhì)水投影范圍，均位于巖漿水范圍外但與之接近(圖9)，反映三官?gòu)R金礦床成礦主階段成礦流體具有以巖漿水來(lái)源為主，同時(shí)混入外來(lái)流體的特征，致使同位素組成輕微偏離原生巖漿水范圍。

圖9 三官?gòu)R金礦床成礦主階段流體δ18OH2O-δDV-SMOW圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[41])Fig.9 δ18OH2O-δDV-SMOW discrimination plot for the main-ore stage fluids in the Sanguanmiao gold deposit (base map after ref.[41])

三官?gòu)R金礦床成礦主階段方解石沉淀時(shí)流體δ18OH2O為-0.3‰～4.5‰，平均3.0‰(包裹體均一溫度以184 ℃計(jì)算，表3)，相較于成礦主階段石英沉淀時(shí)的成礦流體的δ18OH2O值變小，同時(shí)偏離巖漿水范圍(δ18O巖漿水=5.5‰～9.0‰[35])，推測(cè)伴隨成礦流體溫度的降低，有其他來(lái)源流體的加入。

成礦流體的總碳同位素組成(δ13CΣC)特征，能夠反映流體中碳的來(lái)源。在溫度<300 ℃的條件下，成礦流體中CO2的δ13CCO2≈δ13CΣC[25]。三官?gòu)R金礦床方解石沉淀時(shí)流體的δ13CCO2范圍為-13.5‰～-5.2‰，平均-9.9‰(表3)，即可代表三官?gòu)R金礦成礦流體的δ13CΣC。

成礦流體中碳主要有3種可能來(lái)源[36-37]：(1)地幔射氣或巖漿來(lái)源，其δ13CPDB變化范圍分別為-5‰～-2‰、-9‰～-3‰[38]；(2)沉積巖中碳酸鹽巖，其δ13CPDB的變化范圍為-2‰～3‰，平均在0左右；(3)各種巖石中的有機(jī)碳，其δ13CPDB變化范圍一般為-30‰～-15‰[39]，平均為-25‰[40]。

三官?gòu)R金礦成礦流體的δ13CΣC高于有機(jī)質(zhì)，低于海相碳酸鹽，與巖漿來(lái)源δ13CPDB更為接近。將熱液方解石的δ18OV-SMOW和計(jì)算的δ13CCO2投影于δ18O-δ13C圖解(圖10)中，1個(gè)樣品落入花崗巖范圍中，其余6個(gè)樣品落在花崗巖范圍右側(cè)低溫蝕變演化方向上，反映了成礦物質(zhì)中碳的巖漿來(lái)源特征，并受到低溫蝕變的影響。

圖10 三官?gòu)R金礦床成礦主階段流體δ18O-δ13C圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[42-43])Fig.10 δ18O-δ13C discrimination plot for the main-ore stage fluids in the Sanguanmiao gold deposit (base map after refs.[42-43])

圖9和圖10分異的成礦流體同位素特征，與上述包裹體研究揭示的成礦流體與溫度、鹽度較低的外來(lái)流體發(fā)生了混合作用之間可以相互印證。結(jié)合上述成礦流體的δDV-SMOW和δ18OH2O范圍均略微小于巖漿水氫氧同位素范圍的事實(shí)，可以推測(cè)外來(lái)流體性質(zhì)相對(duì)于成礦流體的溫度和鹽度都較低，相對(duì)于巖漿水也具有較低的δDV-SMOW和δ18OH2O值。由于一般變質(zhì)水的δDV-SMOW和δ18OH2O范圍大于三官?gòu)R金礦成礦流體，后者不可能是變質(zhì)流體與巖漿流體混合的產(chǎn)物；因此，推測(cè)以巖漿水為主要來(lái)源，與大氣降水(或主要由大氣降水演變的建造水)發(fā)生混合，形成了三官?gòu)R金礦床成礦主階段成礦流體。

6.3 成礦物質(zhì)來(lái)源

對(duì)于金礦床中成礦物質(zhì)來(lái)源的探討，通常是以與金礦化密切相關(guān)的礦物為研究對(duì)象，間接推斷成礦物質(zhì)來(lái)源[37]。硫同位素是成礦物質(zhì)來(lái)源的有效示蹤劑之一[40,44-45]，根據(jù)成礦流體中總硫同位素(δ34SΣS)特征可以探討礦床中硫的來(lái)源。當(dāng)?shù)V石中除金屬硫化物外，無(wú)重晶石等硫酸鹽礦物時(shí)，成礦期金屬硫化物的δ34SCDT值可以代表成礦流體沉淀時(shí)其總硫同位素(δ34SΣS)組成[39,46]。三官?gòu)R金礦床成礦期主要載金硫化物為黃鐵礦、毒砂，不含硫酸鹽礦物，二者的硫同位素組成可以代表成礦流體的硫同位素組成，二者δ34SCDT變化范圍小(黃鐵礦15粒，極差1.42‰；毒砂單礦物17粒，極差3.39‰)，顯示均一的硫來(lái)源特征。

地球上的硫主要有三種儲(chǔ)庫(kù)[37,47]:(1)地幔硫(或稱(chēng)巖漿硫)，其δ34S值接近0，通常變化于-3‰～3‰[48]；(2)沉積物中還原硫(或稱(chēng)生物硫)，其δ34S值的變化范圍大，但主要以較大的負(fù)值為特征[49-50]；(3)海水硫，不同地質(zhì)歷史時(shí)期其δ34S值不同，但仍以較大的正值為特征[51]。

三官?gòu)R金礦床成礦期載金硫化物表現(xiàn)出輕微虧損34S的特征(黃鐵礦單礦物δ34SCDT平均-2.15‰，毒砂單礦物δ34SCDT平均-1.48‰)，與地幔硫(或稱(chēng)巖漿硫)一致，而明顯不同于海水及沉積來(lái)源的硫同位素組成；結(jié)合其極小的變化范圍分析，推測(cè)三官?gòu)R金礦床具有典型的單一巖漿硫來(lái)源，基本沒(méi)有或者很少受到其他硫源的混染。

6.4 礦床成因模式

三官?gòu)R金礦床礦體的產(chǎn)出受斷裂構(gòu)造控制，主要沿容礦斷裂交代上、下盤(pán)圍巖形成金礦石，局部有充填作用，宏觀地質(zhì)特征顯示典型的熱液成礦作用。前人根據(jù)金礦石礦物組成、蝕變礦物、礦體與鈉長(zhǎng)(角礫)巖空間關(guān)系、金礦石對(duì)鈉長(zhǎng)角礫巖稀土元素特征的繼承演化以及黃鐵礦微量元素特征等方面進(jìn)行分析，認(rèn)為三官?gòu)R金礦與礦區(qū)鈉長(zhǎng)(角礫)巖具有成因聯(lián)系。本文通過(guò)對(duì)三官?gòu)R金礦床C、H、O、S等穩(wěn)定同位素的研究，認(rèn)為成礦流體以巖漿水來(lái)源為主，流體中碳為巖漿來(lái)源并受到低溫蝕變的影響，成礦物質(zhì)硫具有典型的單一巖漿來(lái)源，進(jìn)一步證明了三官?gòu)R金礦床的巖漿熱液成因。

三官?gòu)R金礦床的礦床成因模式可以概括為：在早晉寧期本區(qū)沉積一套沉積火山巖系—耀嶺河組，其后耀嶺河組發(fā)生變質(zhì)變形。印支期末，秦嶺造山帶廣泛發(fā)育一次巖漿活動(dòng)事件，形成礦區(qū)內(nèi)的鈉長(zhǎng)巖，局部伴隨隱爆作用而形成鈉長(zhǎng)角礫巖。在鈉長(zhǎng)(角礫)巖形成過(guò)程中，富含鈉質(zhì)的含金熱液流體沿?cái)嗔褬?gòu)造運(yùn)移；在離鈉長(zhǎng)(角礫)巖較遠(yuǎn)地段的層間破碎帶內(nèi)，中高溫階段的成礦流體與可能的低溫、低鹽度流體發(fā)生混合；其后由于斷裂張開(kāi)導(dǎo)致減壓而發(fā)生流體沸騰作用，在二者的共同作用下，成礦物質(zhì)發(fā)生沉淀，最終形成三官?gòu)R金礦床。

7 結(jié) 論

(1)成礦主階段流體包裹體的完全均一溫度Th為150～420 ℃，平均237 ℃；鹽度為2.1%～24.1%，平均13.2%；流體密度為0.652～1.040 g/cm3，平均0.931 g/cm3。成礦晚階段Th為81～190 ℃，平均133 ℃；鹽度為5.6%～22.2%，平均14.3%；流體密度為0.949～1.116 g/cm3，平均1.033 g/cm3。

(2)在成礦主階段溫度>250 ℃時(shí)，以流體混合作用為主導(dǎo)致礦物沉淀；在成礦主階段溫度<250 ℃及成礦晚階段，以流體沸騰作用為主導(dǎo)致礦物沉淀。成礦主階段成礦流體水的δDV-SMOW為-84.4‰～-77.0‰，平均值-80.3‰；δ18OH2O為5.0‰～5.7‰，平均5.4‰；成礦流體具有以巖漿水來(lái)源為主，同時(shí)混入了外來(lái)流體的特征。成礦流體的δ13CΣC為-13.5‰～-5.2‰，平均值-9.9‰，反映流體中碳為巖漿來(lái)源并受到低溫蝕變的影響。黃鐵礦單礦物δ34SCDT為-2.73‰～-1.31‰，平均-2.15‰；毒砂單礦物δ34SCDT為-3.36‰～0.03‰，平均-1.48‰，反映成礦物質(zhì)硫具有典型的單一巖漿來(lái)源。

(3)三官?gòu)R金礦床為巖漿熱液成因。印支期末，在鈉長(zhǎng)(角礫)巖形成過(guò)程中，含金熱液流體沿?cái)嗔褬?gòu)造運(yùn)移，在離鈉長(zhǎng)(角礫)巖較遠(yuǎn)地段的層間破帶內(nèi)，成礦流體發(fā)生混合及沸騰作用，促使成礦物質(zhì)發(fā)生沉淀，最終形成三官?gòu)R金礦床。