张天旭 王力 陈晓航 刘响

摘要：荒沟山金矿床位于吉林省临江市西南部，华北板块北缘东段，古元古代辽吉活动带中部，鸭绿江深大断裂北侧。矿体主要赋存在古元古界老岭群珍珠门组、闪长玢岩和闪长岩中，受韧—脆性剪切带和脆性断裂联合控制。通过对主成矿阶段矿石石英中流体包裹体进行显微测温，结果表明：主成矿阶段流体包裹体均为气液两相包裹体，属NaCl-H2O体系;流体包裹体完全均一温度为140.9 ℃～229.6 ℃，盐度为4.48 %～12.42 %，密度为0.841～0.935 g/cm3，成矿压力为10～24 MPa，成礦深度为1.0～2.4 km，显示成矿具有低盐度、低密度、中低温、浅成的特点。综合分析认为，荒沟山金矿床的形成与古元古代热水喷流沉积作用有关，是燕山晚期构造热事件形成的中低温热液脉型金矿床，且经历了不同程度的变质变形改造。

关键词：流体包裹体;矿床地质特征;矿床成因;变质变形改造;荒沟山金矿床

中图分类号：TD11 P618.51文献标志码：A

文章编号：1001-1277（2020）06-0014-07doi：10.11792/hj20200604

荒沟山金矿床位于华北地台北缘东段，吉南老岭成矿带内。老岭成矿带是吉林省内一条重要的贵金属—多金属成矿带，其内矿产种类丰富。老岭成矿带内金矿床分布广泛，储量较大，可以利用其分布特点及成矿规律在该成矿带内进行找矿。20世纪80年代至今，该成矿带相继发现南岔金矿床、八里沟金矿床、错草金矿床及大横路铜钴矿床等矿床，找矿工作取得了较大突破。众多学者对荒沟山金矿床进行了较为详细的研究，但对其矿床成因类型存在一定的争议，认为荒沟山金矿床为浅成低温热液型金矿床[1]、典型低温热液硫化物型金矿床[2]、热水沉积叠加改造型金矿床[3]，以及低盐度低密度中低温热液脉型金矿床[4]。本文在前人研究成果的基础上，详细阐述了荒沟山金矿床地质特征，针对主成矿阶段矿石石英中流体包裹体进行了显微测温，并探讨了矿床成因及变质变形改造作用，该研究结果是对区域成矿条件的补充与完善，为该区域进一步找矿提供基础研究证据。

1 矿区地质特征

荒沟山金矿床大地构造位置位于华北板块北缘东段、古元古代辽吉活动带中部、老岭断块南东侧。

矿区出露地层主要为古元古界老岭群珍珠门组（Pt1zh）和花山组（Pt1h）高绿片岩相—低角闪岩相变质岩系（见图1），矿区南部分布少量第四系（Q）。

珍珠门组主要分布于矿区中部和东北部，岩性主要为中厚层大理岩、角砾状和压碎状大理岩夹层纹状硅质岩及碎裂状硅质岩，原岩以白云质灰岩为主，相当于镁质碳酸盐岩沉积建造，珍珠门组是区域内铅锌矿床和金矿床的主要赋矿层位。野外调查过程中，在珍珠门组中发现了化学沉积形成的具有层纹构造的硅质岩（见图2）和碎裂状浅灰紫色硅质岩（见图3），认为珍珠门组发育的具有层纹构造的硅质岩可能为热水喷流沉积成因。该岩石的发现对确定珍珠门组及其内矿产的形成环境具有一定的指示意义。

花山组主要分布在矿区东侧，与珍珠门组呈断裂接触，沿北东向展布。岩性以片岩为主，主要为石英二云母片岩、石榴十字二云母片岩和角闪绿泥片岩等，局部夹大理岩。其中，片岩原岩为一套发育在成熟陆壳上的富钾黏土岩或页岩;大理岩为钙质大理岩，其原岩为石灰岩。

矿区构造格架主要为老岭变质核杂岩构造[5]及其内的荒沟山—南岔韧—脆性剪切带和脆性断裂。荒沟山—南岔韧—脆性剪切带是老岭变质核杂岩东南翼盖层内的主要滑脱构造之一，总体呈北东向S形纵贯全区，构造面倾向南东，分布于珍珠门组与花山组接触带附近，长约70 km，宽4～5 km[6]。由于拉张作用使珍珠门组和花山组出现了沿断裂逐次滑脱，产生了大量的脆性断裂，为后期热液成矿提供了运移通道和存储空间。矿区内脆性断裂以北北东向和北西向断裂为主。其中，北北东向断裂为主要的控矿构造，北西向断裂为成矿后断裂，明显切割地层及早期断裂，且多被晚期岩脉充填，对矿体破坏不大。

矿区内出露岩浆岩主要是中基性和中酸性岩脉，受断裂控制，呈北东向和北西向展布，岩性为闪长岩（δ）、闪长玢岩、辉绿岩（βμ）和煌斑岩（χ）等。其中，闪长岩（见图4）和闪长玢岩在矿区内分布较广，且与矿体受同一构造系统控制。根据闪长岩、闪长玢岩与矿体的生成关系，可将其分为成矿前、成矿期和成矿后3个时期的脉岩，成矿前和成矿期的脉岩与金矿化关系密切，局部已蚀变褪色，且发育细网脉状硫化物（见图5）。矿区西北部出露燕山期老秃顶子似斑状黑云母花岗岩（γ），年龄为178 Ma[7]，呈岩株状。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

荒沟山金矿区矿体主要赋存于珍珠门组、闪长玢岩和闪长岩中。矿体以脉状（见图6）、网脉状为主，少量呈层状、似层状、串珠状、柱状和透镜状等，总体走向北东，倾向南东，倾角较陡（57°～82°），局部直立或反倾。浅部和地表矿体小而零散，长5～80 m;深部矿体较稳定，长50～236 m。矿体倾向延深多大于走向延长，平均厚1.00～6.00 m，最厚可达9.76 m，品位1.00×10-6～50.00×10-6，最高141.52×10-6[1]。

2.2 矿石特征

矿石类型主要有4种，即硅质岩型、碎裂硅化大理岩型、褪色脉岩型和氧化型。其中，最主要的矿石类型为硅质岩型和碎裂硅化大理岩型。硅质岩型矿石颜色为暗灰色或灰黑色，自然金和硫化物呈微细粒分布在硅质岩内，硅质以玉髓状石英为主;碎裂硅化大理岩型矿石中自然金和硫化物呈浸染状和细脉状分布;褪色脉岩型矿石由蚀变褪色的闪长岩和闪长玢岩脉组成，自然金和硫化物呈浸染状和细脉状分布。

金属矿物主要有黄铁矿、毒砂、白铁矿、辉锑矿、自然金和银金矿等，次为磁黄铁矿、闪锌矿、磁铁矿、方铅矿等;金矿物呈包裹金、粒间金和裂隙金分布在石英、黄铁矿、毒砂和辉锑矿中。非金属矿物有石英、绢云母、绿帘石、白云石、方解石等。

矿石结构主要有自形—半自形粒状结构（见图7）、他形粒状结构、显微粒状结构、交代结构（见图8）、假象结构、胶状结构和充填结构等;矿石构造有浸染状构造、细脉浸染状构造、层纹状构造、条带状构造和角砾状构造等。其中，角砾状构造中的角砾多为大理岩角砾和硅质岩的旋转碎斑，旋转碎斑多呈现浑圆状、透镜状、次圆状等。

2.3 围岩蚀变和成矿阶段

围岩蚀变类型有硅化、绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化和黏土化等，分布不均匀。其中，硅化、绢云母化和黏土化较为发育，硅化和绢云母化与金矿化关系密切。

根据野外调查及室内岩矿鉴定，可将该矿床的热液期成矿作用划分为4个成矿阶段：石英-毒砂-黄铁矿阶段（Ⅰ）、石英-金-黄铁矿阶段（Ⅱ）、石英-金-辉锑矿阶段（Ⅲ）、石英-碳酸盐阶段（Ⅳ）。其中，成矿Ⅱ阶段和成矿Ⅲ阶段为主成矿阶段。

3 流体包裹体特征

本次研究针对荒沟山金矿床主成矿阶段矿石石英中流体包裹体进行显微测温。流体包裹体显微测温在吉林大学地球科学学院地质流体实验室进行，测温仪器为LinKam THMS-600型冷热台。在-100 ℃～25 ℃时，分析误差为±0.1 ℃;在25 ℃～600 ℃时，分析误差为±1 ℃，测温前用人造盐度为25 %的CO2-H2O及纯H2O包裹体（国际标样）对仪器进行系统校准[8]。

3.1 岩相学特征

岩相学研究表明，矿石石英中流体包裹体多成群随机分布，部分呈孤立状分布，且没有明显的方向性，主要为原生包裹体。根据室温下包裹体的相态特征和冷冻—加热过程中的相态变化特征，成矿Ⅱ阶段和成矿Ⅲ阶段矿石（见图9-a、b）石英中流体包裹体均为气液两相包裹体（VH2O-LH2O型）（见图9-c、d），气液比普遍较低，一般为5 %～10 %，多数在8 %左右，粒度多为6～18 μm，形态多为椭圆状、不规则状等。

3.2 显微测温

显微测温结果均为所观测的流体包裹体完全呈均一至液相时得到的，显微测温结果及相关参数见表1，流体包裹体完全均一温度、盐度、密度直方图见图10。

流体包裹体显微测温结果显示：①成矿Ⅱ阶段流体包裹体完全均一温度为205.1 ℃～229.6 ℃，集中区间为210.0 ℃～220.0 ℃，密度为0.841～0.874 g/cm3，集中区间为0.850～0.880 g/cm3，盐度为8.81 %～12.42 %，集中区间为10.50 %～12.00 %;②成矿Ⅲ阶段包裹体完全均一温度为140.9 ℃～207.1 ℃，集中区间为180.0 ℃～190.0 ℃，密度為0.859～0.935 g/cm3，集中区间为0.890～0.900 g/cm3，盐度为4.48 %～10.62 %，集中区间为7.50 %～9.00 %。

4 讨 论

4.1 成矿流体性质及成矿压力和深度

流体包裹体岩相学研究结果表明，荒沟山金矿床矿石石英中流体包裹体均为气液两相包裹体，气液比近一致，完全均一温度比较集中，反映了成矿流体的基本特征，表明流体包裹体被捕获时成矿流体处于均匀热液体系状态，确定捕获的原始均匀流体为NaCl-H2O体系。

成矿压力利用流体NaCl-H2O体系的P-T-D相图[9-10]求得，根据分段拟合的成矿压力与成矿深度之间的关系求得成矿深度[11]。荒沟山金矿床成矿压力与成矿深度为：①成矿Ⅱ阶段成矿压力为10～18 MPa（见图11），成矿深度为1.0～1.8 km;②成矿Ⅲ阶段成矿压力为14～24 MPa，成矿深度为1.4～2.4 km。 目前，该矿区开采深度仅为地表及浅部，根据流体包裹体得到的成矿深度，认为其深部仍有较大的找矿潜力。

4.2 矿床成因

关于荒沟山金矿床的成因问题，前人的研究已经形成了一系列不同的观点，主要认为其为浅成低温热液型金矿床[1]、低温热液硫化物型金矿床[2]、热水沉积叠加改造型金矿床[3]和低盐度低密度中低温热液脉型金矿床[4]等。

本次研究认为荒沟山金矿区矿体赋存于珍珠门组、闪长玢岩和闪长岩中，受韧—脆性剪切带和脆性断裂联合控制，矿体主要呈脉状、网脉状，矿石类型主要为硅质岩型和碎裂硅化大理岩型矿石，并有少量褪色脉岩型和氧化型矿石，这些特征表明荒沟山金矿床为典型的后生矿床，成矿与珍珠门组、构造和热液关系密切。

本次研究获得主成矿阶段流体包裹体完全均一温度为140.9 ℃～229.6 ℃，盐度为4.48 %～12.42 %，密度为0.841～0.935 g/cm3，成矿压力为10～24 MPa，成矿深度为1.0～2.4 km，显示成矿具有低盐度、低密度、中低温、浅成的特点。结合前人所做氢、氧同位素测试研究成果[12]及孙丰月等[13]提出的样品投影点向大气水线靠近，表明成矿流体具有同位素交换的幔源流体特征，故认为荒沟山金矿床成矿流体具有幔源流体特征，晚期有大气降水加入。王有维[14]得到角砾岩型（即前文中的碎裂硅化大理岩型）金矿石K-Ar年龄为103.01～112.15 Ma，确定荒沟山金矿床成矿时代为燕山晚期。

结合前人研究成果[15]，认为古元古代早期辽吉洋扩张，洋底海水被下部岩浆房等热源加热，产生对流，并淋滤下部地质体中的成矿元素，形成富含Au、Pb、Zn等元素的热水沿着构造薄弱带上升至洋底，在物理化学条件发生改变时富集沉淀，形成富含成矿元素的珍珠门组海相碳酸盐岩和热水沉积岩（硅质岩），形成初始矿源层或层状矿体。燕山晚期构造热事件使珍珠门组中的成矿元素发生活化、迁移和富集，在构造有利位置形成脉状、网脉状矿体。

综上认为，荒沟山金矿床的形成与古元古代热水喷流沉积作用有关，该时期形成了初始矿源层或层状矿体，燕山晚期构造热事件形成中低温热液脉型金矿床。

4.3 变质变形改造作用

荒沟山金矿床在古元古代形成初始矿源层或层状矿体后，后期经历了不同程度的变质变形改造作用，使原来喷流沉积特征保存得不连续、不完整，同时使矿体的形态发生改变，形成不连续的囊状、团窝状等矿体，后期变质变形改造作用主要有重结晶、碎裂、旋转、构造置换、沿裂隙贯入等。

野外调查发现，一些热水沉积的硅质岩发生变形，形成旋转碎斑，被拉长、拉断（见图12）且局部具有定向性，局部可观察到旋转拖尾现象;也可见到塑性硫化物围绕硅质岩的旋转碎斑分布的现象，或塑性硫化物贯入到构造变形裂隙中的现象（见图13）。分析认为，这不是热液作用形成的充填矿体，旋转碎斑也不是斑晶，而是后期变形作用的结果。导致变形的原因是矿物/岩石自身相对硬度的差异，或是不同矿物/岩石之间能干性的差异。硅质岩能干性过强，岩石易碎，易形成旋转碎斑和裂隙;硫化物塑性较强，硬度低，能干性小，导致在一定温压条件下发生固态流变，使硫化物常围绕硅质岩旋转碎斑分布，或出现沿构造变形裂隙贯入的现象。

5 结 论

1）荒沟山金矿床矿体赋存于老岭群珍珠门组内，受韧—脆性剪切带和脆性断裂联合控制。

2）成矿流体具有低盐度（4.48 %～12.42 %）、低密度（0.841～0.935 g/cm3）的特點，成矿温度表现为中低温（140.9 ℃～229.6 ℃）特征;成矿压力为10～24 MPa，成矿深度为1.0～2.4 km，反映了成矿具有浅成的特点。

3）荒沟山金矿床成因与古元古代热水喷流沉积活动有关，是燕山晚期构造热事件形成的中低温热液脉型金矿床，且经历了不同程度的变质变形改造。

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