甘肃早子沟金矿床成矿物质来源分析

2016-12-15包万荣刘继来

甘肃科技 2016年14期

关键词：金矿石长玢岩黄铁矿

包万荣，刘继来

（甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院，甘肃兰州 730050）

甘肃早子沟金矿床成矿物质来源分析

包万荣，刘继来

（甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院，甘肃兰州 730050）

早子沟（枣子沟）金矿床为近年来在夏河-合作金铜成矿带（Ⅳ级）上发现并开发的大型金矿床之一。本文通过研究前人成果和多层面的分析，认为早子沟金矿床的成矿物质可能来源于深部（壳幔）岩浆岩，成矿流体为以原生岩浆水和变质成因水为主的多源混合热液。

西秦岭；早子沟金矿床；物质来源

早子沟金矿又称枣子沟金矿，地理上位于甘肃省合作市境内。笔者拟通过对矿区岩矿地球化学特征、硫同位素、氢—氧同位素、Au的赋存状态、岩矿石稀土元素及微量元素特征、岩浆侵入体时空特征等研究分析，以期揭示早子沟金矿床成矿物质来源及其演化富集规律，为更深入地认识该矿床成矿机制、指导深部找矿和寻找类似金矿床探索依据。

1 矿区地质特征

早子沟金矿床处于西秦岭造山带西北缘褶皱带北部断褶带与中部裂陷槽之间的过渡部位之夏河-岷县-宕昌区域性逆冲推覆断裂（夏河-合作断裂）带上；矿床成矿区（带）划分列属于夏河-合作金铜成矿带（Ⅳ级）［1］。区域性断裂构造主要有3条：由北向南依次为力士山—围当山断裂带、夏河—合作断裂带和桑科南—格里那断裂带，如图1所示。

图1 夏河-合作区域地质矿产简图

矿区地层主要为中三叠统古浪堤组下段（T2g1）碎屑岩，地层总体呈近南北走向的单斜构造，局部产状受次级小褶皱影响变化较大。区内断裂构造发育，按走向可分为NE、NNE、近SN、EW和NW向五组。中—酸性侵入岩十分发育，主要岩性有细晶闪长岩、闪长玢岩、黑云闪长玢岩、石英闪长玢岩、花岗闪长斑岩等，产状主要为囊状、分枝状和岩脉，受断裂构造控制明显，岩浆岩主要为燕山期早期产物，并具有多期次活动特征。

早子沟金矿区共圈定金矿体100余条，其中主矿体有9条，分别为Au1、Au9、Au14、Au15、Au26、Au29、Au30、M4和M6。矿体均严格受断裂构造控制，主要产于NE、NW和近SN向断裂的断裂破碎带内。

早子沟金矿床矿体无明显的蚀变分带，主要表现在蚀变强度的差别，矿体靠近控矿断层的部位，绢云母化、硅化和铁白云石化均十分强烈，向外强度逐渐减弱，直至过渡为未蚀变围岩。

2 矿石特征

按赋矿岩性和矿石组构特征，矿石类型分为四类：蚀变板岩型金矿石、蚀变脉岩（闪长玢岩）型金矿石、蚀变构造角砾岩型和石英脉—辉锑矿型金矿石。蚀变板岩型金矿石和蚀变脉岩型金矿石是早子沟金矿床主要矿石类型，通常蚀变板岩型矿石的黄铁矿化和毒砂含量强于蚀变脉岩型。

金主要以包裹金及微细粒粒间金形式存在，以包裹金为主。包裹金载金矿物主要为黄铁矿、毒砂、石英脉和辉锑矿。一般黄铁矿化、毒砂化及硅化与金矿化富集成正相关关系。

3 成矿物质与成矿流体来源分析

3.1 岩矿地球化学特征分析

早子沟金矿床的主要赋矿围岩是中三叠统古浪堤组沉积岩和燕山期中—酸性侵入岩。张发荣等（2001）［2］对夏河-合作地区进行的区域地球化学研究显示（见表1），夏河-合作地区广泛分布的石英闪长岩等侵入岩中Au、As、Ag、Sb元素含量相对较高，其中石英闪长岩中的Au含量高达53.7ppb，可见该地区燕山期侵位的岩浆中携带有大量Au等成矿元素，为早子沟金矿床的成矿流体提供了主要的成矿物质。另外，从表1数据可以看出，三叠系和二叠系地层中As、Sb的元素含量高出中国陆壳平均值一到两个数量级，属于As、Sb的高度富集区，在研究区东北部的石炭-二叠系地层中还发现了独立的砷矿；Au元素在三叠系和二叠系地层中的平均含量分别为3.29ppb和3.49ppb，略高于中国陆壳平均值，反映三叠系和二叠系两套碎屑岩性地层可能为成矿物质来源之一。

表1 夏河-合作地区三叠系、二叠系地层和侵入岩中金属元素含量

3.2 硫同位素分析

在以往的讨论中，不同学者有不同的认识。吕新彪等（2009）［3］对早子沟金矿3个辉锑矿及2个黄铁矿样品进行了硫同位素测试，结果为-8.59‰～-9.03‰，认为硫同位素主要来自沉积地层的还原硫。姜琪和王荣超（2010）［4］对早子沟金矿床不同类型金矿石4个黄铁矿样品进行了硫同位素测试，结果为-7.47‰～-9.26‰（见表2），他们认为矿石硫主要来自岩浆期后热液。

表2 早子沟金矿床黄铁矿S同位素分析结果

刘勇（2013）［5］采集了4件金矿石黄铁矿样品进行了硫同位素测试，结果为-4.90‰～-6.50‰，认为早子沟金矿床的成矿热液的δ34S值接近于壳幔深源斑岩型矿床的δ34S值（-5‰～+5‰），具有岩浆硫的特征，反映矿石硫主要来源于岩浆或岩浆热液，成矿物质来源于较深的下地壳或地幔岩浆岩。一般认为，热液硫化物的δ34S值偏离陨石硫（0‰）而出现较大负值的机制有两种：一种是成矿过程中沉淀形成了富集34S的硫酸盐矿物，使S同位素发生了分馏；另一种是S为生物来源或细菌还原硫酸盐产生的H2S所形成的硫化物。早子沟金矿床各成矿阶段矿化中并未出现过硫酸盐矿物，可以排除硫酸盐矿物分馏的可能。因此，早子沟金矿床的S同位素特征应该指示了成矿流体中的S应该来源于沉淀硫或生物硫之外。

作为早子沟金矿床主成矿阶段的浸染状矿化阶段，其标志性的矿化特征是含砷黄铁矿-毒砂-绢云母矿物共生组合，指示该阶段早子沟金矿床的成矿流体为中等酸度、低fO2流体，根据Ohmoto（1972）［6］和郑永飞和陈江峰（2000）［7］的观点，此时热液的总δ34S值与黄铁矿的δ34S值近似相等，黄铁矿的δ34S值可以近似代表成矿热液的S同位素组成。另外，刘勇（2013）［5］采集了4件金矿石黄铁矿样品进行了硫同位素测试，结果为-4.90‰～-6.50‰，认为早子沟金矿床的成矿热液的δ34S值接近于西秦岭成矿带其它微细浸染型金矿床的硫同位素特征［8］和壳幔深源斑岩型矿床的δ34S值（5‰～+5‰）［9］，具有岩浆硫的特征，反映矿石硫主要来源于岩浆或岩浆热液，成矿物质来源于较深的下地壳或地幔岩浆岩。

3.3 氢、氧同位素分析

吕新彪等（2009）［3］对早子沟金矿石英中的流体包裹体进行了氢、氧同位素测试，数据显示氧同位素组成δ18OSMOW为-7.29‰～-7.96‰，氢同位素组成δDSMOW为-67.4‰～-68.8‰，其认为成矿流体主要来自大气降水；刘勇（2013）对早子沟金矿与矿化关系密切的矿物石英进行了氢、氧同位素分析测定（见表3），在δD—δ18O水图解中（图略），数据点较为集中地落在接近原生岩浆水和变质水的区域范围内，显示成矿流体具有岩浆水和变质成因水的混合流体特征，这与硫同位素测试分析中硫来自于岩浆的分析结果可以得到相互印证。

表3 早子沟金矿床石英氢氧同位素分析结果（单位：Th℃，其余为‰）

3.4 金矿石中Au的赋存状态分析

金鼎国等（2012）在开展早子沟金矿床详查时，采用镜下检测并结合选择性溶金试验对金矿物赋存状态进行了综合研究，发现金赋存状态以包裹金为主，占84.79%，其中硫化物包裹金占65.58%，脉石包裹金占19.21%；粒间金占15.21%（见表4）。说明金与黄铁矿、毒砂、辉锑矿属于同源。

产物，反映出金及金属硫化物等成矿物质与岩浆活动及其中酸性岩浆岩关系十分密切。

表4 早子沟金矿床矿石金矿物嵌存状态测量结果

刘勇（2013）［5］对早子沟金矿床73件不同类型的金矿石样品中所含黄铁矿、毒砂、辉锑矿及闪锌矿等金属硫化物元素成分进行了电子探针测试分析，对测试结果统计分析后得出结论：闪长玢岩型矿石和沉积变质岩型矿石中的黄铁矿和毒砂均都能检测到Au，且黄铁矿和毒砂中的Co/Ni值绝大多数＞1，显示黄铁矿和毒砂矿物属热液成因特征（一般认为沉积形成的黄铁矿Co/Ni值绝大多数＜1）［10，11］，反映了其物质来源于深源岩浆及其后热液。

3.5 岩矿石稀土元素及微量元素特征分析

金鼎国等（2012）对闪长玢岩、石英闪长玢岩和（石英）闪长玢岩型矿体中稀土元素特征进行了测试研究（11个样品）认为，闪长玢岩和闪长玢岩型金矿石配分曲线形式极为相似，均为右倾型，为轻稀土富集，负Eu异常明显，表现为壳源岩浆的特征；δCe值为0.57～0.95，平均为0.88，其值＜1，为典型的壳源型岩浆的特征。对早子沟金矿床金矿石17件微量元素分析数据显示Ti明显亏损，且Rb/Sr＜1.22，具有壳源岩的特征；另外，矿石中的微量元素的分布与闪长玢岩相似，说明成矿作用与闪长玢岩等脉岩关系密切；Rb/Yb比值介于9.39～169.34，可明显区别于Rb/Yb＜1的洋中脊闪长岩，也不同于Nb较低的岛弧闪长岩的特征，属板内闪长岩特征。以上微量元素特征大致表明，矿区金成矿与闪长（玢）岩等脉岩的侵入关系密切，侵入岩具有板内壳源岩的特征。

3.6 岩浆侵入体时空特征分析

与金矿化有关的岩浆岩均为燕山早期岩浆活动的产物，从岩浆侵入体（包括岩脉）时间演化来看，发生于燕山早期的中酸性岩浆侵入活动与区内成矿期大体吻合，说明岩浆活动与成矿作用应该为相同的构造热事件所致；从矿体特征看，部分闪长岩脉本身就是金矿体，且岩脉型矿石与燕山早期侵入岩微量元素分布规律极其相似，反映了岩脉、成矿物质、成矿流体与燕山早期侵入岩具同源派生成因关系。