吉林海溝金礦床成因及找礦勘查模式：黃鐵礦LA-ICP-MS微量元素及硫同位素證據(jù)

陳原林，李歡，鄭朝陽，努爾喀納提·馬達(dá)依普，KHAN Rehan

(1.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南長沙，410083；2.中南大學(xué)有色金屬成礦預(yù)測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點(diǎn)實(shí)驗室，湖南長沙，410083；3.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州貴陽，550025)

吉林海溝金礦位于吉林省安圖縣境內(nèi)，大地構(gòu)造上位于華北克拉通北緣，屬于中生代克拉通破壞型金礦，礦石類型主要為含金石英脈型、蝕變巖型，金礦化主要分布在礦脈的深部和邊部。隨著礦山勘探開采，眾多科研工作者對海溝金礦進(jìn)行了研究。以往的研究重點(diǎn)主要集中在控礦構(gòu)造、礦石特征、成礦流體特征及來源、成礦物質(zhì)來源、成巖成礦年代學(xué)、成礦模式、金鈾共生關(guān)系、脈巖與成礦的關(guān)系以及區(qū)域變質(zhì)巖等方面[1?11]，并取得了豐碩成果。目前，人們對礦床成因、成礦元素遷移及沉淀機(jī)理存在爭議，嚴(yán)重制約了深部及外圍地質(zhì)找礦工作。對于大多數(shù)石英脈型金礦床而言，黃鐵礦是主要的載金礦物，其微量元素特征蘊(yùn)含豐富的地質(zhì)信息，能反映熱液成分、成礦環(huán)境和流體運(yùn)移規(guī)律，對示蹤成礦流體來源和探討礦床成因具有重要意義[12?15]。隨著激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)測試技術(shù)發(fā)展和普及，準(zhǔn)確測定硫化物微區(qū)微量元素成為可能，并在礦床成因研究中得到廣泛運(yùn)用，取得了很多新成果[16?20]。本文通過對海溝金礦床熱液成礦期中的黃鐵礦進(jìn)行微量元素原位點(diǎn)測試、元素掃面(Mapping)分析和硫同位素測試，旨在豐富區(qū)內(nèi)海溝金礦床的成礦作用認(rèn)識，為礦床成因提供新的見解，并對深部礦產(chǎn)勘查提出依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置上位于華北克拉通北緣東段與興蒙—吉黑造山帶接壤的構(gòu)造區(qū)內(nèi)，該區(qū)域受中生代太平洋構(gòu)造域(NE 向構(gòu)造)與海西期古亞洲域(NW 向構(gòu)造)的疊加影響十分明顯。海溝金礦產(chǎn)于吉林省延邊州安圖縣NW向金銀別—清茶館斷裂和NE 向兩江斷裂交匯部位(圖1(a))[3?4]，西與夾皮溝金礦、松江河金礦毗鄰，是一個有遠(yuǎn)景的含鈾石英脈型金礦床。礦區(qū)出露的地層主要為元古界集安群、色洛河群變質(zhì)巖系和青白口系沉積巖以及中新生界火山—沉積巖系；區(qū)內(nèi)主要發(fā)育NE 向和NW 向展布的2 組構(gòu)造，礦區(qū)內(nèi)分別以兩江斷裂及海溝—荒溝農(nóng)場斷裂為代表。礦區(qū)內(nèi)侵入巖以花崗質(zhì)巖石為主，包括晚古生代花崗巖和中生代花崗巖、閃長巖等；火山巖僅見于局部地段，多為零星分布的中生代和新生代安山巖、玄武巖等(圖1(b))[3,5,11]。

金礦體主要分布于海溝巖體二長巖—二長花崗巖內(nèi)的NE─NNE向斷裂中，各斷裂具有近等間距平行分布特點(diǎn)，含金石英脈也具有等間距平行分布且多呈較規(guī)則的單脈狀及大小不等的扁豆?fàn)钜云叫行绷?、首尾相接的形式分布于各斷裂?gòu)造中。圍巖為二長花崗巖、二長巖、片理化閃長玢巖等。空間上含金石英脈以平行斜列、首尾相接等形式分布于由絹云母石英片巖或片理化閃長玢巖構(gòu)成的斷裂中(圖1(b))。礦石類型主要為多金屬硫化物型、含金石英脈型和少量蝕變巖型。其中，多金屬硫化物型是主要礦石類型，常呈煙灰色，多金屬硫化物多沿礦石裂隙分布，品位較高。以28號脈為例，該脈礦石最高品位為59.82 g/t，一般為1～10 g/t，平均為8.51 g/t；含金石英脈型礦石呈半透明—乳白色，含少量黃鐵礦，品位較低，一般低于1 g/t；蝕變巖型礦石為石英大脈兩側(cè)強(qiáng)烈蝕變的二長花崗巖、二長巖，品位在0.5～3.0 g/t之間，個別達(dá)8.0 g/t。圍巖蝕變包括硅化、鉀長石化、鈉長石化、絹云母化和碳酸鹽化等。根據(jù)井下地質(zhì)調(diào)查、室內(nèi)實(shí)驗，綜合地質(zhì)研究認(rèn)為[5,7?8]，海溝金礦的成礦期次可分為兩期四階段，即成礦前期(含石英─鉀長石階段)和成礦期(含金—石英—黃鐵礦階段、金—多金屬硫化物—石英階段和金—石英—碳酸鹽階段)。本研究采集與金成礦作用密切相關(guān)的成礦期石英黃鐵礦樣品，對單礦物L(fēng)A-ICP-MS原位微區(qū)元素及硫同位素進(jìn)行分析。

圖1 大地構(gòu)造位置與海溝金礦地質(zhì)簡圖(根據(jù)文獻(xiàn)[3,11]修改)Fig.1 Tectonic location and simplified geological map of the Haigou gold deposit(Modified from Refs.[3,11])

2 樣品采集及分析方法

實(shí)驗樣品采自海溝金礦12 中段的28 號脈、9中段的40號脈和10中段的40-1號脈，包括石英黃鐵礦脈和石英多金屬硫化物脈(見圖2)。用于黃鐵礦微量元素分析的樣品被磨制成厚度為0.7 mm 的加厚探針片，結(jié)合光學(xué)顯微鏡圖像觀察黃鐵礦結(jié)構(gòu)和共生組合關(guān)系。用于硫同位素分析的12 件樣品采自不同中段的石英硫化物礦脈。

圖2 海溝金礦床黃鐵礦巖相學(xué)特征Fig.2 Petrographic characteristics of pyrite in Haigou gold deposit

黃鐵礦LA-ICP-MS 元素面掃描測試在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司實(shí)驗室完成，測試元素包括S，Ti，V，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，As，Se，Ag，Sb，Te，Au，Pb 和Bi。實(shí)驗室采用美國Photon Machines 公司的Analyte Excite 型193 nm 氣態(tài)準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)，ICP-MS 型號為iCAP RQ。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣，激光剝蝕系統(tǒng)配置有信號平滑裝置。本次分析的激光束斑為30μm，掃描速度為30μm/s。在50 mJ的恒定能量輸出下選擇10 Hz的激光重復(fù)頻率，從而在目標(biāo)處產(chǎn)生約3 J/cm2的能量密度。在掃描開始時獲取20 s的背景采集，并且為了進(jìn)行系統(tǒng)沖洗、氣體穩(wěn)定和計算機(jī)處理，每個點(diǎn)分析時間為20 s。在每個映射的開始和結(jié)束時對標(biāo)樣NIST 610和GSE-1G進(jìn)行分析。使用程序LIMS 對圖像進(jìn)行編譯和處理。對于每個柵格和每個元素，從其對應(yīng)的柵格中扣除背景值，然后將柵格編輯成二維圖像，顯示每個元素的組合背景/漂移校正強(qiáng)度。單礦物微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理中采用外部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(NIST610、GSE-2G 和GE7)和內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)57Fe(Fe 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為466 700×10?6)進(jìn)行校正。每個時間分辨分析數(shù)據(jù)包括大約50 s空白信號和40 s樣品信號。對分析數(shù)據(jù)的離線處理采用iolite 軟件完成。所獲大部分?jǐn)?shù)據(jù)的儀器分析誤差低于5%[21?22]。

黃鐵礦硫同位素測試在貴州大學(xué)地質(zhì)資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗室完成。采用美國Thermo Fisher 公司Delta V Advantage 穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀測定黃鐵礦的S同位素。分析步驟為：先將硫同位素分析樣品按比例加入Cu2O，置于馬弗爐內(nèi)，在1 020～1 060 ℃真空條件下反應(yīng)制備SO2，最后在穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀上進(jìn)行測試，測試誤差小于±0.2‰，δw(34S)的相對標(biāo)準(zhǔn)為V-CDT。

3 分析結(jié)果

3.1 微量元素點(diǎn)分析

通過系統(tǒng)采集巖礦石樣品，在詳細(xì)研究巖相學(xué)的基礎(chǔ)上，對黃鐵礦中的金、親鐵元素、親硫元素及成礦元素原位微區(qū)微量元素進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表1和圖3。親鐵元素(Co，Ni)、親硫元素(As，Se，Te)和成礦元素(Cu，Pb，Zn，Ag，Sb)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在檢測限上，部分Au質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于檢出限。

圖3 海溝金礦床黃鐵礦的部分微量元素相關(guān)性圖解Fig.3 Correlation diagrams of some trace elements of pyrite in Haigou gold deposit

表1 海溝金礦床黃鐵礦LA-ICP-MS 微量元素分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 LA-ICP-MS trace element analysis results of pyrite in Haigou gold deposit×10?6

不同樣品微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在較大差別，其中HG-40 中黃鐵礦微量元素的分布特征如下：Co 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.41×10?6～1.96×10?6，平均值為0.97×10?6；Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34.89×10?6～726.63×10?6，平均值為211.62×10?6；Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79.39×10?6～100.92×10?6，平均值為85.83×10?6；Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.30×10?6～13.91×10?6，平均值為7.10×10?6；As 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.21×10?6～40.36×10?6，平均值為25.98×10?6；Se的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 13.79×10?6～112.99×10?6，平均值為36.16×10?6。

樣品HG-40-1 其Co 元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較HG-40明顯偏高，Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所降低，而Cu和Se元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，其他元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不明顯。HG-40-1 黃鐵礦中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下：Co 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.67×10?6～36.26×10?6，平均值為25.27×10?6；Ni 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為49.90×10?6～275.52×10?6，平均值為141.91×10?6；Cu 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為81.35×10?6～1258.93×10?6，平均值為328.25×10?6；Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.85×10?6～13.39×10?6，平均值 為6.48×10?6；As 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.89×10?6～35.99×10?6，平均值為23.91×10?6；Se質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.80×10?6～122.19×10?6，平均值為55.48×10?6。

HG-28 是本次研究中Au 品位最高的樣品，其Co和Se元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在本次實(shí)驗中最高，其他元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差不大。本樣品各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下：Co 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為170.42×10?6～238.33×10?6，平均值為221.10×10?6；Ni 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為42.29×10?6～80.41×10?6，平均值為62.85×10?6；Cu 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80.50×10?6～147.42×10?6，平均值為151.55×10?6；Zn 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.85×10?6～25.35×10?6，平均值為10.32×10?6；As質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.96×10?6～37.37×10?6，平均值為20.72×10?6；Se質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.42×10?6～173.83×10?6，平均值為122.01×10?6。

3.2 黃鐵礦單顆粒元素Mapping分析

LA-ICP-MS 原位測試能夠獲取硫化物中精確的微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，結(jié)合其時間分辨率剖面圖(圖4)和微量元素Mapping 分析，能更加準(zhǔn)確地獲悉微量元素在黃鐵礦中的賦存形式[16?17,20]。海溝金礦床黃鐵礦的微量元素LA-ICP-MS Mapping 圖像顯示Au，Ag，Te，Bi 和Pb 相關(guān)性較好(圖5)，說明金成礦與Ag，Te，Bi和Pb相關(guān)，與As無關(guān)。

圖4 海溝金礦黃鐵礦原位分析信號強(qiáng)度與剝蝕時間的關(guān)系Fig.4 Relationship between signal intensity and denudation time of pyrite in Haigou gold deposit in-situ analysis

圖5 海溝金礦床黃鐵礦微量元素LA-ICP-MS Mapping圖像Fig.5 LA-ICP-MS mapping images of trace elements in pyrite from Haigou gold deposit

3.3 硫同位素

硫同位素的組成可以對成礦物質(zhì)來源進(jìn)行有效示蹤[23?26]。本次研究選擇與金共生關(guān)系密切的石英脈中的12 件黃鐵礦進(jìn)行硫同位素分析，并對海溝金礦的成礦物質(zhì)來源進(jìn)行探討。海溝金礦硫同位素組成以貧δw(34S)為特征。本次分析的12 件樣品δw(34S)均為負(fù)值，其數(shù)值介于?10.9‰～2.3‰之間，其平均值為?7.9‰，明顯比鄰近的夾皮溝金礦床的低[23]。據(jù)頻數(shù)統(tǒng)計，海溝金礦礦石δw(34S)出現(xiàn)2 個峰值，一個在0 左右，另一個在?12‰～?6‰之間(見表2和圖6)。

圖6 海溝金礦和夾皮溝金礦礦石黃鐵礦硫同位素組成直方圖(夾皮溝數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[23])Fig.6 Histogram of sulfur isotope composition of pyrite from Haigou gold deposit and Jiapigou gold deposit(Jiapigou data comes from Ref.[23])

表2 海溝金礦礦石黃鐵礦硫同位素組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 2 Sulfur isotope composition of pyrite in Haigou gold deposit ‰

4 討論

4.1 黃鐵礦中微量元素賦存形式

對金的賦存狀態(tài)的研究不僅有助于科學(xué)評估礦床資源潛力，而且可根據(jù)金的賦存狀態(tài)選擇合適的選冶工藝，顯著提高選礦回收率，避免資源浪費(fèi)；同時，對金的賦存狀態(tài)進(jìn)行研究對于分析載金礦物的晶體化學(xué)特征、約束成礦流體性質(zhì)及其演化規(guī)律、探討成礦元素遷移和沉淀機(jī)理、厘定礦床成因類型等具有重要意義[15?18]。Au 在黃鐵礦中的賦存形式可以分為2種：一種是可見金，主要為分布在黃鐵礦裂隙中或者被黃鐵礦包裹的包裹金；另一種是不可見金，主要賦存在黃鐵礦晶格中或者粒度小于250 nm的顯微金中[15,18]。黃鐵礦原位分析結(jié)果(表1)表明本次實(shí)驗樣品中Au質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低，部分低于檢出限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金礦石品位(圖3)；同時，在薄片觀察過程中發(fā)現(xiàn)大量自然金(圖2)，因此，海溝金礦床多金屬硫化物石英脈中金主要以自然金的形式存在。

黃鐵礦在其形成結(jié)晶過程中由于成礦流體成分和物理化學(xué)條件發(fā)生變化，微量元素能夠記錄成礦過程地質(zhì)信息，因此，可以根據(jù)其形成過程對礦床成因進(jìn)行研究[12,18,22]。黃鐵礦中微量元素的賦存形式有類質(zhì)同象和機(jī)械混入2種形式。由LAICP-MS黃鐵礦原位分析時間和信號強(qiáng)度相關(guān)圖(圖4)可知Co和Ni信號強(qiáng)度較穩(wěn)定，并與Fe的信號具有相似的分布特征，據(jù)此推斷黃鐵礦中Co和Ni主要以類質(zhì)同象的形式存在；而Pb，Te和Bi的信號強(qiáng)度不穩(wěn)定，出現(xiàn)明顯的峰值，推測可能存在方鉛礦、輝鉍礦和富碲礦物等獨(dú)立礦物。對黃鐵礦中各微量元素的相關(guān)性進(jìn)行分析，可以有效地判斷微量元素進(jìn)入黃鐵礦的形式[17,24]。圖3所示為金和黃鐵礦中其他微量元素之間的關(guān)系。從圖3可見：Ag在不同的礦脈中顯示出較小的正相關(guān)性(圖3(a))；通常Au 和Sb 之間沒有顯著的相關(guān)性，但HG-40 和HG-28 礦脈中存在一些正相關(guān)性(圖3(b))；Au 與Te 有極好的正相關(guān)性(圖3(c)；不同礦脈Au和As顯示出很弱的正相關(guān)(圖3(d))；Au和Pb之間的相關(guān)性(圖3(e))類似于Au 和Bi 之間的相關(guān)性(圖3(f))；Ag 和Pb 在各礦脈的黃鐵礦中都具有非常強(qiáng)的正相關(guān)性(圖3(g))；Cu 和Pb 通常顯示出一定程度的正相關(guān)，但海溝金礦中沒有相關(guān)性(圖3(h))；Bi 和Pb 表現(xiàn)出強(qiáng)正相關(guān)性(圖3(i))。總之，海溝金礦黃鐵礦中不同元素之間相關(guān)性具有較大差異，說明成礦流體來源的復(fù)雜性。此外，LAICP-MS Mapping 圖像顯示，Au 與Ag，Te，Bi 和Pb的相關(guān)性較好(圖5)，說明金成礦與Ag，Te，Bi和Pb相關(guān)，與As無關(guān)。結(jié)合其在時間分辨率剖面圖上與Fe 近于平行的平滑的譜線，認(rèn)為這些元素主要是以類質(zhì)同象的方式賦存于黃鐵礦晶格之中。

Co和Ni是黃鐵礦中常見的微量元素，其相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)在判斷黃鐵礦的形成環(huán)境有重要意義[12,17,19,27]。BRALIA 等[27]根據(jù)不同成因黃鐵礦的w(Co)/w(Ni)統(tǒng)計分析提出的不同成因黃鐵礦圖解，用以判斷黃鐵礦成因：w(Co)/w(Ni)小于1.00 的一般為沉積成因黃鐵礦；w(Co)/w(Ni)為1.17～5.00的為熱液成因；火山成因黃鐵礦w(Co)/w(Ni)在5.00～50.00 之間。本次研究中黃鐵礦w(Co)/w(Ni)為0.01～4.11，大部分點(diǎn)落在小于1.00 的范圍內(nèi)，顯示沉積成因特征。海溝金礦為巖漿熱液型金礦床，但大部分黃鐵礦w(Co)/w(Ni)投圖偏離熱液值范圍。宋學(xué)信等[28]研究認(rèn)為用w(Co)/w(Ni)作為不同類型礦床的分界并不準(zhǔn)確，特別是熱液成因的礦床，變質(zhì)熱液、表生溶液等流體加入均能使黃鐵礦的微量元素具有沉積成因特征。在各種沉積環(huán)境中，僅太平洋內(nèi)鈷鎳結(jié)核和東非裂谷的湖相沉積中w(Co)/w(Ni)大于1，并且從大陸地殼到地幔巖漿的各種構(gòu)造環(huán)境中w(Co)/w(Ni)都小于1，Co 與Ni相比Co和Fe的化學(xué)性質(zhì)更接近，因而更傾向認(rèn)為黃鐵礦中以類質(zhì)同象形式進(jìn)入黃鐵礦晶格。造成Co與Ni相比質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加的主要原因是這種黃鐵礦的形成表明熱液流體與圍巖發(fā)生了更充分的水巖交換反應(yīng)，使得更多的Co 進(jìn)入流體，從而導(dǎo)致黃鐵礦的Co 質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加。我國沉積黃鐵礦的w(Se)/w(Te)變化范圍為0.2～4.0、而矽卡巖—熱液礦床黃鐵礦的w(Se)/w(Te)變化幅度較大，為0.4～75.0；海溝金礦黃鐵礦的w(Se)/w(Te)為2.48～430.03，具有熱液成因特征。碲質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.14×10?6～5.70×10?6，鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.07×10?6～1 616.48×10?6，即金與硫化物、碲化物均具有密切的共生關(guān)系[11]。黃鐵礦作為金的主要載金礦物之一，黃鐵礦破碎結(jié)構(gòu)發(fā)育，粒徑小(0.5～1.0 mm)，含較高的Co，Ni，Bi，Pb，Zn和Cu等元素，且w(Pb)/w(Zn)高(0.09～305.00)，是黃鐵礦含礦性好的重要標(biāo)志。系統(tǒng)微量元素地球化學(xué)研究揭示了與大多數(shù)造山型金礦的一些顯著性差異[29]。在許多造山型金礦中，相對貧砷的黃鐵礦晶格中不可見金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，而相對富砷的黃鐵礦中金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常較高[30]。海溝金礦黃鐵礦As 質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為10.96×10?6～40.36×10?6，至少比造山型金礦床典型黃鐵礦低1個數(shù)量級。黃鐵礦中Ag質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Au的20～100倍，具有較高的w(Pb)/w(Au)(0.3～1.6)，這與大多數(shù)造山型金礦形成鮮明對比，通常金的Ag 質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%[28,31]。然而，這種地球化學(xué)特征在低溫淺成造山型金礦中表現(xiàn)明顯[32]。

4.2 成礦流體的來源：黃鐵礦硫同位素示蹤

通過對夾皮溝金礦帶內(nèi)不同金礦床硫同位素測試結(jié)果[23]進(jìn)行統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)(圖6)：海溝金礦中硫化物的δw(34S)為負(fù)值，說明海溝金礦具有一定的特殊性；海溝金礦硫化物的δw(34S)有部分集中在0左右，與幔源硫的相當(dāng)，因此，這部分硫可能來自較深的幔源。而引起硫同位素負(fù)值的的原因有多種，主要包括：

1)硫來自于圍巖[24?26]，在這種情況下，圍巖通常為沉積巖或變質(zhì)沉積巖，且具有與礦床相當(dāng)?shù)妮^負(fù)的δw(34S)；

2)成礦流體發(fā)生氧化作用[33]，這種氧化作用通常可以由流體的不混溶作用、流體與氧化性圍巖反應(yīng)、氧化性巖漿流體的注入引起[34]。

研究表明海溝金礦成礦流體可能局部呈氧化狀態(tài)。本文獲得海溝金礦區(qū)中2 件色洛河群中的δw(34S)(表2)，結(jié)果顯示色洛河群中由較負(fù)的δw(34S)組成，因此，海溝金礦中的δw(34S)可能還有部分來自周圍的色洛河群。海溝金礦黃鐵礦中的S可能是深部幔源硫和圍巖海溝巖體和色洛河群變質(zhì)巖中的硫混合的結(jié)果。

汪在聰?shù)萚35]認(rèn)為硫同位素顯示負(fù)值的原因具多解性，不能簡單地直接用于源區(qū)示蹤，要注意到不同來源和成礦物質(zhì)在運(yùn)移和沉淀過程中氧逸度、溫度、pH 等因素對硫同位素的復(fù)雜影響。在成礦氧逸度較高的條件下，從總硫的δw(34S)為0的含礦熱液中也可形成δw(34S)為?10‰左右的硫化物。根據(jù)井下地質(zhì)調(diào)查及巖相學(xué)觀察，海溝金礦早期成礦階段含有較多的磁鐵礦和赤鐵礦，不同成礦階段均見有少量硫酸鹽礦物與黃鐵礦共存的現(xiàn)象[11]，說明其成礦時氧逸度較高；石英脈中石英顆粒小，出現(xiàn)較多的隱晶質(zhì)石英，表明其成礦深度可能不大；礦脈兩側(cè)或周圍綠泥石化、絹英巖化和硅化、鉀化均較發(fā)育，表明成礦和蝕變主要發(fā)生在中性—堿性的pH條件下。海溝金礦上述礦床地質(zhì)特征表明其成礦時期具備了硫同位素強(qiáng)烈分餾的物理化學(xué)條件。海溝金礦硫化物的δw(34S)為負(fù)值，綜合研判其含礦流體的總硫的δw(34S)接近于0，來自于巖漿熱液。這種解釋難以說明海溝金礦主成礦期并不是氧化環(huán)境，而是還原環(huán)境；礦石和色洛河變質(zhì)巖系以及海溝巖體中的黃鐵礦的δw(34S)均出現(xiàn)了2個明顯的峰值。根據(jù)上述分析，海溝金礦硫源至少有2種：一是總硫δw(34S)接近于0的幔源或深部地殼源，另一個則是總硫δw(34S)介于?12‰～?6‰之間的中下地殼源。海溝硫同位素較大的負(fù)值與海溝礦區(qū)出現(xiàn)大量脈巖和圍巖(主要為色洛河群地層)直接相關(guān)。

4.3 礦床成因及找礦勘查模式

前人根據(jù)不同成因類型礦床中黃鐵礦的Co，Ni和As質(zhì)量分?jǐn)?shù)確立Co?Ni?As三角圖解，其中，Ⅰ區(qū)域代表淺成低溫?zé)嵋盒秃蛶r漿熱液型，Ⅱ區(qū)域代表卡林型，Ⅲ區(qū)域代表變質(zhì)熱液型[12,17,19]。海溝金礦投點(diǎn)落入Ⅰ區(qū)域和Ⅲ區(qū)域，表明成礦熱液為淺成低溫?zé)嵋?、巖漿熱液和變質(zhì)熱液的混合來源(圖7)。HG-28樣品主要位于巖漿熱液位與淺成熱液型區(qū)域，表明其具有貧As、富Co的特點(diǎn)；HG-40和HG-40-1 這2 個樣品受變質(zhì)作用影響，成礦流體以深部變質(zhì)流體為主，或者與流體萃取礦區(qū)地層的成礦物質(zhì)有關(guān)。結(jié)合前述的黃鐵礦硫同位素特征，本文認(rèn)為成礦物質(zhì)可能來自巖漿和圍巖且指示深部存在蝕變巖石，進(jìn)一步顯示了海溝金礦深部及外圍仍有一定的找礦潛力。

圖7 海溝金礦床黃鐵礦的Co?Ni?As圖解[12,17,19]Fig.7 Co-Ni-As diagram of pyrite in Haigou gold deposit[12,17,19]

通過對比海溝金礦床與典型的造山型金礦床、侵入巖有關(guān)的金礦床、中溫?zé)嵋好}型金礦床、低溫?zé)嵋好}型金礦床可知：海溝金礦是產(chǎn)于晚古生代花崗雜巖體內(nèi)的中生代礦床；在空間分布及時間關(guān)系上金礦脈與閃長巖-脈巖等密切相關(guān)；海溝金礦形成于早白堊世，礦床形成于中國東部伸展的構(gòu)造環(huán)境[8]；礦床的容礦構(gòu)造為多期活動的二級或三級斷裂構(gòu)造；礦床的形成與區(qū)域變質(zhì)作用無明顯直接關(guān)系；成礦流體鹽度變化大，早階段為0.53%～43.34%，主階段為0.35%～9.23%，晚階段為0.18%～3.27%。均一溫度度介于130～497 ℃之間，由硫絡(luò)合物、碲絡(luò)合物運(yùn)移金[3]；石英流體包裹體中δ13CCO2介于?22.2‰～?14.4‰，δ2H 為?106.9‰～?52.7‰，δ18OSMOW為12.1‰～13.2‰，顯示出早期有巖漿水、后期有大氣降水加入的成礦流體來源特征[7]。綜合海溝金礦特征認(rèn)為海溝金礦應(yīng)為與巖漿熱液、變質(zhì)熱液有關(guān)的多金屬硫化物石英脈型金礦床。從空間上看，海溝金礦床產(chǎn)于海溝二長巖—二長花崗巖體中，其他巖石類型中僅有少量金礦化。而區(qū)內(nèi)發(fā)育的中基性脈巖在空間上與金礦體密切共生且時間上耦合，閃長質(zhì)巖漿活動可能為金礦提供熱源和部分成礦物質(zhì)。根據(jù)金礦床與燕山晚期中—基性脈巖、花崗質(zhì)巖漿巖的時空關(guān)系推斷：金礦床的形成主要與區(qū)內(nèi)各類巖漿巖(包括脈巖)關(guān)系密切，這些巖漿巖可能提供了成礦所需的熱源，或與圍巖地層一起提供了成礦物質(zhì)。根據(jù)研究區(qū)侵入體產(chǎn)狀、礦體分布和構(gòu)造展布特征以及流體演化規(guī)律，建立了海溝金礦床的成礦地質(zhì)及找礦勘查模式(圖8)。

圖8 海溝金礦床找礦勘查模式圖Fig.8 Ore prospecting and exploration model of Haigou gold deposit

5 結(jié)論

1)海溝金礦床礦石中的金主要以自然金的形式存在。含金黃鐵礦中Au 與Ag，Te，Bi 和Pb 相關(guān)性較好，指示這些元素主要是以類質(zhì)同象的方式賦存于黃鐵礦晶格之中。

2)海溝金礦硫源有2種：一種是總硫δw(34S)接近于0的幔源或深部地殼源，另一種是總硫δw(34S)介于?12‰～?6‰之間的中下地殼源。硫同位素較大的負(fù)值與海溝礦區(qū)出現(xiàn)大量脈巖和圍巖(主要為色洛河群地層)直接相關(guān)。

3)海溝金礦是一種與巖漿熱液、變質(zhì)熱液有關(guān)的多金屬硫化物石英脈型金礦床。根據(jù)研究區(qū)侵入體產(chǎn)狀、礦體分布和構(gòu)造展布特征以及流體演化規(guī)律，建立了海溝金礦床的礦床成因及找礦勘查模式，為深部地質(zhì)找礦提供了科學(xué)證據(jù)。