太行山中段石湖金礦礦體地質(zhì)特征及同位素成因意義

門(mén)文輝

石湖金礦是冀西地區(qū)重要的金礦產(chǎn)地之一，其礦床成因一直是眾多地質(zhì)工作者關(guān)注的問(wèn)題，對(duì)石湖金礦的礦物學(xué)、成礦規(guī)律、礦床成因等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，積累了詳實(shí)的地質(zhì)資料，對(duì)石湖金礦的礦床地質(zhì)特征、礦床成因、成礦規(guī)律等也有了較為成熟的認(rèn)識(shí)，基本上認(rèn)為石湖金礦與太行山中段的麻棚巖體存在著密切的成因聯(lián)系。

本文在詳細(xì)的礦床地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，從同位素組成特征方面進(jìn)行了分析，探討了成礦物質(zhì)的來(lái)源，闡明了礦床成因機(jī)制，以期為太行山構(gòu)造-巖漿-多金屬成礦帶內(nèi)金成礦研究提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

石湖金礦位于太行山構(gòu)造-巖漿-多金屬成礦帶中部，區(qū)域出露的地層以阜平群中深變質(zhì)巖地層為主，包括四道河組、木廠組、漫山組、南營(yíng)組、團(tuán)泊口組、索家莊組等6個(gè)巖組，其原巖主要為陸源碎屑巖夾鎂質(zhì)碳酸鹽，變質(zhì)程度主要為高角閃巖相。其中團(tuán)泊口組金平均含量可高達(dá)54.8×10-9，被認(rèn)為是金成礦的良好礦源層。

區(qū)域褶皺構(gòu)造主要表現(xiàn)為向E傾伏的陳莊大型復(fù)向斜的NW翼；區(qū)域斷裂構(gòu)造主要包括與區(qū)域褶皺構(gòu)造平行的近EW向展布的深大斷裂和NNE向、近NNW-SN向的韌-脆性斷裂，其中后者與區(qū)域Cu-Au多金屬礦產(chǎn)出關(guān)系密切。

區(qū)域巖漿巖包括燕山期花崗巖和大量中酸性脈巖，總體呈近SN向展布，具代表性的巖體為沿北冶-麻棚-楊家莊深大斷裂分部麻棚巖體和赤瓦屋巖體，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為麻棚巖體與區(qū)域金成礦作用具有內(nèi)在成因聯(lián)系。

2 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)地層主要為團(tuán)泊口組和南營(yíng)組，其中團(tuán)泊口組與金成礦關(guān)系密切，根據(jù)巖性自下向上可劃分為3個(gè)巖性層，分別為下段為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、角閃黑云斜長(zhǎng)片麻巖夾斜長(zhǎng)角閃巖、透鏡狀含石榴子石斜長(zhǎng)角閃巖，局部見(jiàn)肉紅色厚層狀含磁鐵鉀長(zhǎng)淺粒巖；中段為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、鉀長(zhǎng)淺粒巖和灰白色-灰綠色黑云斜長(zhǎng)片麻巖；上段為黑云斜長(zhǎng)片麻巖夾斷續(xù)斜長(zhǎng)角閃巖透鏡體，中、下段為石湖金礦賦礦層位；礦區(qū)褶皺構(gòu)造包括軸向NW展布的土嶺東溝-三棱尖南背斜構(gòu)造和近EW向展布的坡梁尖-水泉向斜構(gòu)造；斷裂構(gòu)造主要表現(xiàn)為受NE向赤城-娘子關(guān)斷裂影響而形成的近SN向、NW向和NWW向疊加于早期EW向基底斷裂之上的斷裂構(gòu)造，其中近SN向和NW向斷裂構(gòu)造為區(qū)內(nèi)金礦體的控礦構(gòu)造、控制了區(qū)內(nèi)礦體的空間展布特征；礦區(qū)巖漿巖主要為麻棚巖體及一系列與其有成因聯(lián)系的中酸性脈巖，筆者2014年測(cè)得麻棚巖體及外圍石英閃長(zhǎng)玢巖脈的鋯石U-Pb年齡為135-136.0Ma，認(rèn)為該期巖漿巖與石湖金礦礦床成因關(guān)系密切。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

石湖金礦區(qū)內(nèi)至今已發(fā)現(xiàn)50余條礦（化）帶，礦脈長(zhǎng)度300～3200m，寬度0.1～40m不等，礦（化）帶分布嚴(yán)格受斷裂構(gòu)造控制，多呈近SN向及NW向展布。其中101礦帶位于礦區(qū)中部，全長(zhǎng)大于3200m，寬8～42m，走向334～5°，傾向E、傾角53～82°。帶內(nèi)101-4、101-2礦體規(guī)模較大，其余礦體規(guī)模均較小。

101-4礦體嚴(yán)格受斷裂構(gòu)造控制，賦礦巖石為阜平群團(tuán)泊口組構(gòu)造角礫巖，礦體頂?shù)装宥酁槲g變程度不同的片麻巖及少量淺粒巖或斜長(zhǎng)角閃巖等，少量為石英閃長(zhǎng)玢巖。礦體呈斷續(xù)脈狀、扁豆?fàn)睢⑼哥R狀產(chǎn)出，走向和傾向均具有明顯的膨大收縮、分枝復(fù)合、尖滅再現(xiàn)、尖滅側(cè)現(xiàn)等特征。礦體產(chǎn)狀穩(wěn)定，337～342°∠53～80°。賦礦標(biāo)高-32～655m，工程控制斜深約800m。礦石品位2.22～154.04×10-6，平均10.77×10-6，礦體厚0.36～4.96m，平均1.40m。

101-2礦體產(chǎn)出狀態(tài)與101-4特征相似，呈續(xù)脈狀、扁豆?fàn)?、透鏡狀產(chǎn)出，走向和傾向均具有明顯的膨大收縮、分枝復(fù)合、尖滅再現(xiàn)、尖滅側(cè)現(xiàn)等特征。以220m中段為界，上部?jī)A向北西，下部?jī)A向南東，走向320°，傾角65～82°。賦礦標(biāo)高108-718m，控制斜深約420m。礦石品位1.52～342.71×10-6，平均8.71×10-6；礦體厚0.27～2.71m，平均1.70m。

3.2 礦石質(zhì)量特征

（1）礦物礦物組成

根據(jù)野外觀察及顯微鏡下鑒定，礦石貴金屬礦物為自然金、銀；金屬礦物主要為黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、斑銅礦、磁鐵礦等；非金屬礦物主要為石英、絹云母、綠泥石、方解石、白云石、高嶺石等。主要金屬礦物特征如下：

黃鐵礦：金屬光澤，淺黃色，半自形-自形晶體顆粒，粒徑在0.05-2mm之間，部分＞5mm。可能受后期構(gòu)造活動(dòng)影響，普遍具碎裂結(jié)構(gòu)，被晚期形成的閃鋅礦、方鉛礦膠結(jié)或被閃鋅礦、黃銅礦交代，為主要載金礦物。

閃鋅礦：它形-半自形粒狀，粒徑在0.05-2.5mm之間，與方鉛礦、黃銅礦和黃鐵礦密切共生。顯微鏡下常見(jiàn)其交代黃鐵礦，后期又被方鉛礦交代。晶體內(nèi)常出溶乳滴狀黃銅礦。

方鉛礦：半自形-自形粒狀，粒徑在 0.5-5mm 之間，沿黃鐵礦和閃鋅礦裂隙充填或交代分布。

黃銅礦：主要以它形粒狀和乳滴狀產(chǎn)出，它形粒狀多不規(guī)則形態(tài)，部分沿黃鐵礦裂隙交代黃鐵礦；乳滴狀出溶于閃鋅礦內(nèi)，多具熔離結(jié)構(gòu)。

（2）礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

石湖金礦礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、星點(diǎn)狀構(gòu)造、細(xì)脈狀構(gòu)造、多孔狀構(gòu)造等。

塊狀構(gòu)造：黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦與石英組成致密塊狀礦物集合體，形成塊狀礦石；浸染狀構(gòu)造：不規(guī)則狀硫化物礦物呈半自形-他形等分散在石英脈和硅化巖內(nèi)；角礫狀構(gòu)造：圍巖角礫被黃鐵礦-石英膠結(jié)形成角礫狀構(gòu)造；另一種是早階段的黃鐵礦-石英脈被破碎成角礫并被其他多金屬硫化物所膠結(jié)；星點(diǎn)狀構(gòu)造：成礦早期自形程度好的黃鐵礦呈星散狀分布于乳白色石英脈內(nèi)；呈斑點(diǎn)狀產(chǎn)出；細(xì)脈狀構(gòu)造：多金屬硫化物呈細(xì)脈狀充填于石英脈中，或晚階段金屬硫化物呈細(xì)脈狀充填于早期硫化物裂隙內(nèi)；多孔狀、蜂窩狀構(gòu)造：常見(jiàn)于近地表氧化礦石內(nèi)，硫化物氧化流失后形成蜂窩狀構(gòu)造。

礦石結(jié)構(gòu)有自形晶粒狀結(jié)構(gòu)、半自形-它形晶粒狀結(jié)構(gòu)、侵蝕結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)和乳滴狀結(jié)構(gòu)等。

自形晶粒狀結(jié)構(gòu)：黃鐵礦以自形粒狀分布于石英脈中，其后期往往發(fā)育碎裂，具碎裂結(jié)構(gòu)，但自形晶輪廓清楚；半自形-他形晶粒狀結(jié)構(gòu)：石英脈或蝕變巖內(nèi)黃鐵礦呈半自形-他形不規(guī)則晶粒星散狀分布，常與方鉛礦、閃鋅礦等金屬硫化物構(gòu)成多金屬硫化物礦石，礦石內(nèi)方鉛礦、閃鋅礦主要呈不規(guī)則它形粒狀結(jié)構(gòu)；侵蝕結(jié)構(gòu)：成礦早階段形成的黃鐵礦，被晚階段方鉛礦、閃鋅礦交代，部分閃鋅礦又被稍晚的方鉛礦交代。鏡下可見(jiàn)早期黃鐵礦晶體邊界具不規(guī)則港灣狀或侵蝕凹陷；交代殘余結(jié)構(gòu)：不同階段硫化物礦物間的相互交代，如晚階段方鉛礦、黃銅礦沿閃鋅礦裂隙或邊界交代，使方鉛礦內(nèi)出現(xiàn)閃鋅礦殘留；碎裂結(jié)構(gòu)：早期自形黃鐵礦被壓碎后由石英所充填膠結(jié)；乳滴狀結(jié)構(gòu)：鏡下常見(jiàn)黃銅礦在閃鋅礦內(nèi)呈乳滴狀產(chǎn)出。

3.3 礦石類(lèi)型

石湖金礦載金金屬硫化物礦物主要為黃鐵礦，根據(jù)礦石礦物組成和礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造，將礦石分為4種類(lèi)型：含金褐鐵礦化礦石：產(chǎn)于地表或近地表，為原生礦氧化后形成，占礦石總量的5%；石英-多金屬硫化物礦石：主要分布在斷裂帶的硅化帶中，為石湖金礦的主要工業(yè)礦體，約占礦石總量的50%；石英-黃鐵礦-粗脈礦石：主要分布于構(gòu)造虛脫部位，如復(fù)式褶皺次級(jí)背斜鞍狀虛脫部位，約占礦石總量的30%，含金硫化物為黃鐵礦；網(wǎng)脈浸染狀金礦石：分布于控礦斷裂帶的次級(jí)斷裂內(nèi)，占礦石總量的15%，礦石礦物常呈稀疏浸染狀產(chǎn)出，且含金量較低，常呈網(wǎng)脈狀形成工業(yè)礦體。

3.4 金的賦存狀態(tài)

礦石內(nèi)金主要以自然金、銀金礦、金銀礦等形式在黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦等硫化物中產(chǎn)出。按粒度分為明金、顯微金和晶格金等三種。明金一般賦存于近地表氧化帶內(nèi)，粒度2-3mm，呈橢圓形和長(zhǎng)條形分布于硫化物礦石內(nèi)，數(shù)量極少；顯微金分布于硫化物（如黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦等）礦物裂隙、粒間或礦物內(nèi)部，常形成裂隙金、粒間金和包體金。綜合前人統(tǒng)計(jì)結(jié)果，裂隙金約占36%，粒間金約占40%，包體金約占24%。金礦物粒徑多在0.074-0.3mm（約占50%）和0.01-0.074mm（約占48%），為中粗粒金，另有少量微粒金（＜0.001mm，約占2%）。金礦物形態(tài)較復(fù)雜，有橢圓粒狀、角礫狀、樹(shù)枝狀、針狀、圓粒狀等。張步升還通過(guò)對(duì)黃鐵礦的物相分析，發(fā)現(xiàn)黃鐵礦中存在晶格金，多以Au+和Au-的形式出現(xiàn)。

4 同位素組成特征

實(shí)踐證明，同位素組成特征在判斷成礦礦質(zhì)來(lái)源、成礦流體來(lái)源及演化歷史、礦石沉淀析出條件等方面都起到了重要的作用。本文通過(guò)資料收集整理，分析同位素地球化學(xué)特征，旨在對(duì)石湖金礦成礦物質(zhì)來(lái)源進(jìn)行梳理，為礦床成因研究提供依據(jù)。具體特征如下：

4.1 石英脈流體包裹體C-H-O同位素特征

研究δD與δ18O是示蹤成礦作用過(guò)程中水溶液來(lái)源的重要手段。不同來(lái)源成礦流體具有不同δD、δ18O同位素組成。石湖金礦石英脈中流體包裹體的δDV-SMOW介于-87～101‰之間，δ18OW-SMOW介于6.2～8.2‰之間，在δDV-SMOW-δ18OQ-SMOW關(guān)系圖中投點(diǎn)落在巖漿水、變質(zhì)水和大氣降水之間的范圍內(nèi)，最靠近巖漿水，表明石湖金礦成礦熱液氫氧同位素組成具有多源特征，為受大氣降水和變質(zhì)水共同影響的深部巖漿熱液。

流體包裹體碳同位素δ13C（‰）值在-5.76～-4.29‰之間，接近于“初生碳”同位素（-5～7δ13C(‰)），且變化范圍較小。表明石湖金礦成礦流體中碳為巖漿或地幔熱液來(lái)源。氧同位素變化范圍較窄，+4.56～+5.48‰，多數(shù)集中5‰左右，反映成礦流體中氧同位素均一程度很高，來(lái)源與碳同位素一致，也為巖漿或地幔熱液源。

4.2 多金屬硫化物S、Pb同位素特征

（1）S同位素特征

硫同位素研究是探討礦床成因、示蹤成礦物質(zhì)來(lái)源和劃分成礦時(shí)代等的有效途徑之一。金的親硫性特征更決定了研究金質(zhì)來(lái)源必須以研究礦床中硫的來(lái)源為基礎(chǔ)。一般將成礦熱液的總硫同位素分為三種類(lèi)型：①δ34S接近于0，一般認(rèn)為是幔源硫或地殼深部大量物質(zhì)均一法的結(jié)果；②δ34S為較大的正值，有時(shí)達(dá)+20‰左右，大多為海水或沉積地層硫；③混合硫，不同硫同位素來(lái)源的混合，δ34S介于上述兩種類(lèi)型之間為+5～+15‰。

石湖金礦區(qū)金屬硫化物δ34S數(shù)據(jù)在-2.15～4.01×10-3之間，平均值為1.67×10-3，變化范圍較小。同位素組成直方圖中δ34S分布相對(duì)集中且塔式分布明顯，說(shuō)明成礦物質(zhì)在運(yùn)移過(guò)程中發(fā)生過(guò)S均一化作用，表明石湖金礦區(qū)δ34S主要來(lái)源于深部地幔，也反映成礦流體主要為巖漿熱液來(lái)源。

（2）Pb同位素

鉛同位素組成除受放射性衰變和混合作用影響外，不會(huì)在物理、化學(xué)和生物作用過(guò)程中發(fā)生變化，即在礦質(zhì)運(yùn)移和沉淀過(guò)程中鉛同位素組成保持不變。因此鉛同位素被廣泛應(yīng)用于示蹤成礦物質(zhì)來(lái)源、判別構(gòu)造環(huán)境等方面的研究。

石湖金礦區(qū)礦石鉛同位素組成變化范圍較窄，208Pb/204Pb=27.121～38.496、207Pb/204Pb=15.134～ 15.667、206Pb/204Pb=16.002～18.100，表明礦床鉛成熟度較高，且富集鈾鉛、虧損釷鉛，表現(xiàn)出明顯的巖漿熱液成因鉛特點(diǎn)。

在R.E.Zartman（1979）鉛同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb構(gòu)造環(huán)境判別圖解上，所有樣品均集中在下地殼演化線兩側(cè)，部分樣品靠近上地幔演化線，總體反映鉛源較深，主要來(lái)源于下地殼，且具有殼幔混合鉛源的特征。在礦石鉛同位素△β-△γ成因分類(lèi)圖解亦有相同特征，表明礦石鉛同位素主要分布在深變質(zhì)下地殼鉛和地幔源鉛范圍內(nèi)，與硫源特征基本一致。

5 礦床成因淺析

5.1 成礦物質(zhì)來(lái)源

（1）阜平群團(tuán)泊口組地層中Au、Ag等成礦元素具有較高的背景值。Au平均含量約為地殼豐度的17.9倍，為區(qū)域背景的19.2倍，Ag為地殼豐度的1.7倍，而其他元素含量均低于地殼豐度和區(qū)域背景值。前人研究認(rèn)為，該區(qū)團(tuán)泊口組內(nèi)部夾斜長(zhǎng)角閃巖為原始沉積形成時(shí)基性火山巖的加入，Au質(zhì)可能隨基性火山巖進(jìn)入到地層，隨后在歷經(jīng)區(qū)域變質(zhì)、混合巖化等地質(zhì)作用過(guò)程中遷移富集，最終在團(tuán)泊口組地層中形成較高的含Au背景。因此，團(tuán)泊口組地層是石湖金礦潛在的礦源層。

（2）麻棚巖體斑狀花崗巖Au平均含量2.46×10-9，花崗閃長(zhǎng)巖Au平均含量1.5×10-9，石英閃長(zhǎng)巖Au平均含量0.6×10-9，較世界花崗巖（4.5×10-9）含量低，整體表現(xiàn)含金性較差，可能不是石湖金礦的主要成礦母巖，只是在礦質(zhì)運(yùn)移及沉淀過(guò)程中提供了部分成礦物質(zhì)和成礦流體。

（3）石英閃長(zhǎng)玢巖脈的Au含量平均可達(dá)28×10-6。但由于石英閃長(zhǎng)玢巖脈與礦體關(guān)系密切，且部分為礦體的直接頂?shù)装?，因此其高的含金性可能是脈巖先于成礦侵入到斷裂破碎帶后，在后期成礦熱液流經(jīng)脈體時(shí)對(duì)其混染礦化蝕變作用的結(jié)果，所以石英閃長(zhǎng)玢巖脈的高含金性不能作為判斷成礦物質(zhì)來(lái)源的依據(jù)。

5.2 成礦機(jī)理

晚太古代至早元古代阜平群富Au原巖沉積地層經(jīng)歷了強(qiáng)烈的阜平造山運(yùn)動(dòng)，受其影響區(qū)域地層經(jīng)歷了強(qiáng)烈的區(qū)域變質(zhì)作用和混合巖化作用，使原始沉積地層中的Au質(zhì)在團(tuán)泊口組地層中聚集形成較高的含金背景。隨后呂梁運(yùn)動(dòng)使區(qū)域整體隆升，進(jìn)入穩(wěn)定的蓋層演化階段，區(qū)域總體構(gòu)造格架未發(fā)生明顯的改造作用。

中生代以來(lái)，區(qū)域地層發(fā)生強(qiáng)烈的NE及NNE向構(gòu)造-巖漿活動(dòng)及與之相應(yīng)的成巖成礦作用。主要表現(xiàn)為深埋的阜平群地層發(fā)生部分熔融和大量下地殼或上地幔物質(zhì)的上升侵位，形成區(qū)域花崗巖體（麻棚巖體、赤瓦屋巖體）的原始巖漿，同時(shí)大規(guī)模構(gòu)造-巖漿活動(dòng)促使早期近SN向斷裂構(gòu)造活化，為巖漿就位及熱液的運(yùn)移提供了有利的成礦空間和運(yùn)移通道。在巖漿向淺部運(yùn)移過(guò)程中發(fā)生充分的結(jié)晶分異，并形成富集成礦流體，流體沿構(gòu)造通道繼續(xù)向上運(yùn)移過(guò)程中，與圍巖進(jìn)行了充分的水巖反應(yīng)，并萃取圍巖地層中的Au，使其含金性進(jìn)一步提高，當(dāng)流體進(jìn)入張性構(gòu)造裂隙時(shí)發(fā)生減壓沸騰，并受大氣降水和變質(zhì)流體的耦合作用，最終在成礦有利部位沉淀成礦。

6 結(jié)論

（1）C-H-O同位素組成特征分析表明石湖金礦成礦流體為與麻棚巖體有關(guān)的受大氣降水和變質(zhì)水影響的巖漿期后熱液；S-Pb同位素分析表明，石湖金礦成礦物質(zhì)來(lái)源較深，可能來(lái)源于下地殼或上部地幔，或者為二者的轉(zhuǎn)換部位。

（2）結(jié)合礦床地質(zhì)特征及礦床成因淺析，筆者認(rèn)為石湖金礦為受深部巖漿期后熱液影響而形成的石英脈型金礦床。