皖東五河—鳳陽地區(qū)錢臺子金礦床黃鐵礦標(biāo)型特征及S-Pb同位素組成

宗 雯，康叢軒，楊獻(xiàn)忠

(1.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京 210018；2.中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇 南京 210016；3.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211100)

0 引 言

錢臺子金礦床隸屬五河—鳳陽金成礦帶。石英脈蝕變巖型金礦為該區(qū)最為發(fā)育的一種金礦類型，主要分布在皖北五河—鳳陽、張八嶺、宿松、北淮陽等地區(qū)。其中五河—鳳陽地區(qū)先后發(fā)現(xiàn)了一批金礦床和礦化點，如大鞏山、毛山、錢臺子、朱頂?shù)冉鸬V床(涂蔭玖等，1991,1993；孟憲剛等，1996；曹達(dá)旺，1998；李建設(shè)等，2001；萬仁虎，2004；孔廣林等，2007；劉青，2007；康叢軒等，2021；肖福權(quán)等，2021；張建明等，2021)。前人在該區(qū)的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及成礦作用方面進(jìn)行了較多研究。部分研究認(rèn)為，金礦均賦存于西崮堆組巖石中(涂蔭玖等，1992a)，因其含金量高以及與金礦關(guān)系密切被認(rèn)為是該地區(qū)金礦的礦源層(劉青，2007)。脆性-韌性剪切帶較發(fā)育，與金礦的關(guān)系較密切(涂蔭玖等，1991，1992b)，近南北向的韌(脆)性剪切帶控制了金礦(體)的規(guī)模和總體展布(涂蔭玖等，1992b,1993；劉青，2007)，郯廬斷裂帶附近及其次級斷裂是重要的含礦帶。東西向褶皺與近南北向剪切帶復(fù)合部位對成礦有利(涂蔭玖等，1992b，1993；曹達(dá)旺，1998；萬仁虎，2004；劉青，2007)，錢臺子、毛山、大鞏山、朱頂?shù)冉鸬V床均處于這樣的構(gòu)造結(jié)合部位。大鞏山、錢臺子等金礦成礦熱流體與巖漿熱液有密切關(guān)系，成礦溫度為中等偏高(孟憲剛等，1996；李建設(shè)等，2001)。

前人對錢臺子金礦床成因的探討還不夠系統(tǒng)。從錢臺子金礦床中載金礦物黃鐵礦的顯微特征入手，通過電子探針分析和金屬硫化物的S、Pb同位素研究，為深入討論礦床成礦機制提供資料，為該區(qū)金礦的找礦方向研究提供思路。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

圖1 錢臺子金礦床大地構(gòu)造位置圖(a)和區(qū)域地質(zhì)簡圖(b)(據(jù)安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局312地質(zhì)隊，2016修編)1-豐樂鎮(zhèn)組；2-戚咀組；3-新莊組四段；4-新莊組三段；5-新莊組二段；6-新莊組一段；7-五河群；8-石英二長斑巖；9-花崗閃長斑巖；10-石英正長斑巖；11-閃長斑巖；12-花崗斑巖；13-石英脈；14-金礦點；15-斷裂破碎帶；16-推測/隱伏斷層；17-正斷層；18-研究區(qū)位置Fig. 1 Tectonic location map (a) and regional geological map (b) of the Qiantaizi gold deposit(after No.312 Geological Team of Bureau of Geology and Mineral Exploration of Anhui Province,2016)

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于華北板塊東南緣，區(qū)內(nèi)金礦主要賦礦地層為太古界五河群(圖1)，該賦礦地層為1套以片麻巖、斜長角閃巖、大理巖、淺粒巖為主的中深變質(zhì)巖系。五河群(Ar3Wh)西崮堆組的鋯石U-Pb年齡為2 650 Ma(涂蔭玖等，1992a，1993),莊子里組黑云母的K-Ar年齡為1 952.4 Ma,峰山李組和小張莊組黑云母的K-Ar年齡分別為1 767.1、1 810.3 Ma(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局312地質(zhì)隊，2013)。巖組間均以韌性剪切帶接觸，西崮堆組為金礦賦存的最主要層位。

受郯廬深斷裂影響，研究區(qū)含金石英脈受北北東、近南北、北西西和北東向斷裂控制。區(qū)內(nèi)巖漿活動以燕山晚期中酸性-堿性小巖體為主，巖脈局部出露，另有少量古元古代侵入體分布于懷遠(yuǎn)、蚌埠、鳳陽—五河一帶，呈東西向帶狀侵入五河群(康叢軒等，2021)。古元古代侵入體主要為殼源型片麻狀花崗巖組合，出露莊子里巖體和磨盤山巖體，其U-Pb年齡分別為(2 104±20)Ma、(2 196±190)Ma(楊德彬等，2009)。燕山期侵入巖包括燕山早期荊山—涂山巖體(160～165 Ma)(邱瑞龍等，1999；楊德彬等，2006；李印等，2010)和燕山晚期東蘆山、西蘆山、燕山、錐子山及曹山等巖體(114～121 Ma)(宋利宏等，2016；Kang et al.,2017；康叢軒等，2018a,2018b,2019)。燕山期巖漿期后熱液及巖漿期后同源花崗巖與石英脈-蝕變巖型金礦密切相關(guān)。

2 礦床地質(zhì)特征

錢臺子金礦位于蚌埠隆起區(qū)東端，安徽五河—鳳陽金礦成礦帶北端。區(qū)內(nèi)第四系和新近系自東向西逐漸增厚，賦礦地層為五河群西崮堆組，分上下2個巖性部分,下部以黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、淺粒巖為主，上部以黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖為主。前人于西崮堆組中獲得了晚太古代的鋯石U-Pb年齡，確定其屬晚太古代變質(zhì)巖建造。

該區(qū)斷裂以北北東和近南北向為主，印支—燕山早期的斷裂活動伴隨著含金富多金屬硫化物的熱水溶液活動，燕山晚期—喜山早期北東向斷裂活動為成礦后斷裂。

區(qū)內(nèi)除發(fā)育少量基性-超基性和中酸性脈體外未發(fā)現(xiàn)大的巖體產(chǎn)出。主要圍巖蝕變類型為碳酸鹽化、硅化、絹英巖化及黃鐵礦化。早期黃鐵礦化有金富集構(gòu)成金礦體，晚期金礦化很弱。

近礦圍巖蝕變大體可分為3個帶：由綠簾石化、綠泥石化及蛇紋石化組成的外帶；由絹英巖化及少量黃鐵絹英巖化組成的中帶；在中帶的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)育硅化、碳酸鹽化的內(nèi)帶，表現(xiàn)形式為含硫化物的石英細(xì)脈及石英-碳酸鹽細(xì)脈，內(nèi)含金，局部富集可形成金礦體。

錢臺子金礦床由東西I號及Ⅱ號礦帶組成，含金石英脈和金礦化體賦存于絹英巖、絹英巖化斜長片麻巖中(圖2)。I-1、I-2、Ⅱ-1礦體為主礦體，其中I-1礦體規(guī)模最大。礦體主要分布在韌性斷裂帶內(nèi)，礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀也受其控制，韌性斷裂帶與郯廬斷裂近似平行，說明與郯廬斷裂基本屬同期構(gòu)造，后者為成礦提供了物質(zhì)通道，韌性剪切帶是重要的容礦構(gòu)造。

圖2 錢臺子金礦床基巖地質(zhì)簡圖(據(jù)安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局312地質(zhì)隊，2013修編)1-西崮堆組黑云斜長片麻巖段；2-西崮堆組片麻巖段；3-鎂鐵質(zhì)、超鎂鐵質(zhì)段；4-變粒巖段；5-金礦體；6-實測斷層；7-推測/隱伏斷層；8-地質(zhì)界線；9-剖面位置及編號Fig. 2 Schematic diagram of bedrock geology of the Qiantaizi gold deposit(modified from No.312 Geological Team of Bureau of Geology and Mineral Exploration of Anhui Province,2013)

礦石結(jié)構(gòu)主要為他形晶粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造主要有致密塊狀、浸染狀等構(gòu)造。礦石中金屬礦物主要有自然金、方鉛礦、黃鐵礦，次要礦物有磁鐵礦、斑銅礦、磁黃鐵礦等；主要脈石礦物為石英、云母、長石等。

錢臺子金礦床的成礦作用可分為4個成礦階段：黃鐵礦-石英階段(Ⅰ)、石英-黃鐵礦階段(Ⅱ)、石英-多金屬硫化物階段(Ⅲ)及石英-碳酸鹽階段(Ⅳ)(涂蔭玖等，1992b)。黃鐵礦-石英階段僅生成極少量黃鐵礦，金礦化極微弱；石英-黃鐵礦階段出現(xiàn)大量細(xì)粒他形黃鐵礦，交代于石英裂隙中，該階段為礦床主要成礦階段之一；石英-多金屬硫化物階段以形成較多的方鉛礦、黃銅礦、閃鋅礦為特征，為礦床最主要的成礦階段；石英-碳酸鹽階段金礦化微弱(涂蔭玖等，1992b；安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局312地質(zhì)隊，2013)。

3 樣品采集與分析方法

在野外進(jìn)行樣品觀察、分類、鏡下鑒定和礦物分析，分別采取各成礦階段樣品進(jìn)行單礦物挑選。

黃鐵礦分析儀器為Shimadzu EPMA-1720H型及JE0L JXA-8230型電子探針顯微分析儀，工作參數(shù)：加速電壓為15 kV，探針電流為200 A，束斑直徑為5、3 μm。

在S、Pb同位素分析中，挑選石英-多金屬硫化物階段的礦石進(jìn)行粉碎，使用雙目顯微鏡挑選黃鐵礦、方鉛礦單礦物，純度>99%。在超聲波清洗掉礦物表面黏附粉塵后，用瑪瑙砵研磨至0.075 mm(200目)后送實驗室測試。S同位素使用S-ISTP01方法，元素分析儀配套S同位素質(zhì)譜儀測定δ34S；Pb同位素采用Pb-IRM01方法，使用Phoenix熱表面電離質(zhì)譜儀，測試精度為±0.2‰。

4 分析結(jié)果

4.1 黃鐵礦成分標(biāo)型

黃鐵礦的化學(xué)式為FeS2，理論上，w(Fe)=46.55%、w(S)=53.45%，S/Fe的摩爾數(shù)比=2。根據(jù)錢臺子金礦床黃鐵礦電子探針分析結(jié)果(表1)，18個測點的w(Fe)為44.23%～47.80%，平均值為45.93%；w(S)為50.34%～55.28%，平均值為53.82%，絕大多數(shù)測點在標(biāo)準(zhǔn)值左右。樣品總體表現(xiàn)出Fe、S均虧損(表1)，與焦家、小秦嶺等處相似，說明其形成可能與巖漿期后熱液有關(guān)(涂蔭玖等，1993)，與五河地區(qū)金礦床的黃鐵礦主成分平均值相比富集S和Fe。

黃鐵礦中的微量元素一是以類質(zhì)同象形式進(jìn)入黃鐵礦晶格，如替代Fe的Co、Ni元素和替代S的As、Se、Te等元素；二是以機械混入物形式存在于黃鐵礦中，如Au、Ag、Cu、Pb、Zn等(Murowchick et al.,1987；張瑞忠等，2016)。不同成礦階段黃鐵礦中的微量元素含量有明顯差異(表1)：As含量在Ⅱ和Ⅲ階段明顯高于Ⅰ和Ⅳ階段；Co和Ni含量在成礦早期和晚期富集，中期相對減少；Co/Ni含量比也有明顯差異，Ⅱ階段(4.40)>Ⅰ階段(2.50)>Ⅲ階段(1.99)>Ⅳ階段(1.30)，平均值為2.53。

4.2 S同位素

與前人的研究成果對比(表2)顯示，錢臺子金礦床硫化物δ34S值在-2.3‰～7.1‰之間，平均值為3.2‰。其中，黃鐵礦δ34S為2.5‰～7.1‰，平均值為5.4‰，方鉛礦δ34S為-2.3‰～6.4‰，平均值為2.0‰。綜合數(shù)據(jù)顯示，錢臺子金礦床δ34S的值δ34SPy>δ34SGn，表明在成礦過程中硫化物結(jié)晶時，溶液中結(jié)晶硫化物之間的S同位素已達(dá)到平衡分餾(Ohmoto,1972；Ohmoto et al.,1979；張理剛，1985；沈渭洲等，1987；郝立波等，2004；王允，2020)。

4.3 Pb同位素

對礦石中的黃鐵礦和方鉛礦進(jìn)行Pb同位素分析(表2)，并結(jié)合前人的研究成果發(fā)現(xiàn)，206Pb/204Pb比值在16.841～17.391之間，207Pb/204Pb比值在15.362～15.825之間，208Pb/204Pb比值在37.265～37.877之間，變化范圍較小。根據(jù)Pb同位素Δβ-Δγ圖解(圖3a)，錢臺子金礦床Pb同位素在造山帶Pb范圍，1個測點的黃鐵礦落在上地殼Pb范圍；結(jié)合206Pb/204Pb-207Pb/204Pb圖解(圖3b)，暗示錢臺子金礦床的Pb來自于下地殼。一般化學(xué)沉積巖和花崗巖富鈾鉛(206Pb/204Pb>18、207Pb/204Pb>15.3)、貧釷鉛(208Pb/204Pb<39)，變質(zhì)巖Pb同位素貧鈾鉛(Chen et al.,2000,張乾等，2002)。從錢臺子金礦床Pb同位素貧鈾鉛推測，其Pb源可能與變質(zhì)巖關(guān)系較為密切。

表1 錢臺子金礦床不同成礦階段黃鐵礦電子探針分析結(jié)果Table 1 Electron probe analysis results of pyrite at different mineralization stages in the Qiantaizi gold deposit

表2 錢臺子金礦床金屬硫化物S、Pb同位素特征Table 2 S and Pb isotopic characteristics of metal sulfide in the Qiantaizi gold deposit

圖3 錢臺子金礦礦石礦物Pb同位素Δβ-Δγ圖解(a)及Pb同位素206Pb/204Pb-207Pb/204Pb構(gòu)造環(huán)境判別圖(b)(圖a據(jù)朱炳泉等，1998；圖b據(jù)Zartman et al.,1981)1-地幔源Pb；2-上地殼Pb；3-上地殼與地?；旌系母_帶Pb(3a-巖漿作用，3b-沉積作用)；4-化學(xué)沉積型Pb；5-海底熱水作用Pb；6-中深變質(zhì)作用Pb；7-深變質(zhì)下地殼Pb；8-造山帶Pb；9-古老頁巖上地殼Pb；10-退變質(zhì)PbLC-下地殼；UC-上地殼；OIV-洋島火山巖；OR-造山帶；A、B、C、D分別為各區(qū)域中樣品相對集中區(qū)Fig. 3 Diagram of Δβ-Δγ of Pb isotopes (a) and discriminant diagram of Pb isotopes 206Pb/204Pb-207Pb/204Pb tectonic environment (b) of the Qiantaizi gold deposit(Figure a is after Zhu et al.,1998;Figure b is after Zartman et al.,1981)

5 討 論

5.1 成礦物質(zhì)來源

5.1.1 成礦熱液溫度 錢臺子金礦床黃鐵礦電子探針數(shù)據(jù)顯示，Co/Ni含量比平均值為2.53且總體介于1～5之間，Co含量在300～3 100 g/t之間，說明成礦熱液具有中高溫性質(zhì)。包裹體測溫結(jié)果顯示，錢臺子礦區(qū)成礦期均一溫度為330～343 ℃，平均值為337.9 ℃(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局312地質(zhì)隊，2013)，表明成礦熱液溫度較高。

5.1.2 硫化物S同位素 硫化物的S同位素可以示蹤金礦床的成礦物質(zhì)來源(沈渭洲等，1987)。S的來源有3種類型：①δ34S值為近于0的不大的正值，該類礦床可能與花崗巖類侵入體有關(guān)，S可能來源于侵入體；②δ34S在20‰左右，與海水特征相似的硫礦床可能與海水以及海相蒸發(fā)巖有關(guān)；③δ34S為5‰～15‰的礦床，S的來源可能為圍巖或混合源(沈渭洲等，1987；郝立波等，2004)。錢臺子金礦床硫化物的δ34S介于1.3‰～6.8‰之間，平均值為4.4‰，正向偏離隕石硫。

5.1.3 硫化物Pb同位素 錢臺子金礦床Pb同位素貧鈾鉛μ值為9.22～10.10，平均值為9.41，位于地幔(8.92)和造山帶(10.87)(Doe et al.,1979)值之間,結(jié)合Pb同位素Δβ-Δγ圖解(圖3)，礦石中的Pb來源于深部地殼或者上地幔，成礦作用與巖漿活動有關(guān)。ω值為38.55～45.79，平均值為40.24(表2)，成礦物質(zhì)具殼幔混源特征。礦石與圍巖樣品中的Pb具同源性(圖4a、b)，花崗巖類樣品主要取自涂山—荊山二長花崗巖、陶山二長花崗巖、毛山花崗質(zhì)巖脈及磨盤山片麻狀二長花崗巖(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局312地質(zhì)隊，2013)，與二者也有相似性。207Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解(圖4a)顯示，圍巖Pb和礦石Pb投影范圍較大，多數(shù)集中在地幔與造山帶之間，部分圍巖和花崗質(zhì)巖類投影點靠近下地殼，反映該區(qū)Pb的多源性；208Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解(圖4b)顯示，幾乎所有的點都落在下地殼和地幔之間，說明礦石Pb和圍巖Pb具有深源性特點，在成礦過程中成礦物質(zhì)可能來源于下地殼和地幔(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局312地質(zhì)隊，2013)。

圖4 錢臺子金礦床圍巖、巖體及礦石Pb同位素增長曲線(據(jù)Zartman et al.,1981)Fig. 4 Pb isotopes growth curves of surrounding rock, rock mass and ore in the Qiantaizi gold deposit(after Zartman et al.,1981)

5.2 成礦機制

自三疊紀(jì)末期揚子陸塊與華北陸塊碰撞、拼接以來，五河—鳳陽地區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造變形，產(chǎn)生了一系列的巖漿作用(童勁松等，2008；任紀(jì)舜等，2016；Kang et al.,2017;康叢軒等，2018)。早白堊世期間(112～132 Ma)，含有俯沖板片物質(zhì)的軟流圈熱流上涌，對巖石圈地幔底部進(jìn)行交代、侵蝕和熔融，形成的巖漿升至地殼底部發(fā)生底侵，引發(fā)地殼底部巖石部分熔融，此時中生代巖石圈減薄達(dá)到峰期(許文良等，2004；王冬艷等，2005)。對錢臺子金礦床5個礦石樣品中的絹云母進(jìn)行Rb-Sr法同位素測年，結(jié)果為109.03 Ma，顯示主成礦期為燕山晚期(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局312地質(zhì)隊，2013)，此時的華北克拉通巖石圈持續(xù)減薄，區(qū)域殼幔作用強烈。

錢臺子金礦床賦礦地層為五河群西崮堆組，研究發(fā)現(xiàn)西崮堆組巖石的Au含量顯著高于其他巖組的巖石(孔廣林等，2007)，同位素示蹤也顯示金礦石Pb、S等與圍巖西崮堆組主要巖石具有同源性?；瘜W(xué)擴散總是從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)發(fā)展，成礦流體和巖漿不能從圍巖中萃取成礦金屬(羅照華等，2009)，因此深變質(zhì)巖是含礦流體中成礦元素向圍巖遷移導(dǎo)致圍巖中成礦金屬豐度增加的圈閉介質(zhì)。

成礦流體活動與巖漿活動密切相關(guān)。早白堊世晚期巖體與錢臺子金礦床的主成礦期時間上的一致性暗示著二者關(guān)系密切，Au豐度較高的變質(zhì)基底地層(五河群)的部分熔融和幔源物質(zhì)的加入，為金礦床的形成奠定了充實的物質(zhì)基礎(chǔ)。雖然錢臺子金礦主體礦脈主要分布在東西2個南北向韌脆性剪切帶中(涂蔭玖，1992b)(鉆孔揭示金礦化最好的石英脈均為韌性剪切帶中的破碎石英脈)，但是韌脆性剪切帶僅促使Au在強應(yīng)變域明顯富集且利于成礦熱液運移和沉淀，是與相關(guān)巖體同源的下地殼物質(zhì)部分熔融，經(jīng)底侵作用加入幔源物質(zhì)，從而形成初始含礦巖漿。綜合礦床的成礦背景、構(gòu)造環(huán)境、成礦時代等特征，對比中國北方典型的造山型金礦(陳衍景，2006；陳衍景等，2007；蔣少涌等，2009)，認(rèn)為錢臺子金礦床形成于揚子克拉通沿北西方向俯沖于華北克拉通之下造山期后的持續(xù)伸展背景下。

6 結(jié) 論

(1)錢臺子金礦床黃鐵礦Co/Ni含量比平均值為2.53，表明錢臺子金礦床的黃鐵礦以巖漿熱液成因為主；Co含量為300～3 100 g/t，說明成礦熱液具有中高溫性質(zhì)。

(2)錢臺子金礦床硫化物δ34S在1.3‰～6.8‰之間，正向偏離隕石硫，S同位素變化較大，顯示多源的特征；Pb同位素μ值為9.22～10.10，平均值為9.41，說明礦石Pb來源于深部地殼或者上地幔。成礦作用與巖漿活動有關(guān)，礦石Pb和圍巖Pb具有深源性的特點，在成礦過程中成礦物質(zhì)可能來源于下地殼和地幔。