祝德成，田瑞聪，田京祥，于学峰，杨振毅，杨仕鹏

(1.山东省地质调查院，山东 济南 250013；2.山东省地质科学研究院，国土资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室，山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，山东 济南 250013)

0 引言

矽卡岩型矿床是一种重要的矿床类型，具有较高的经济价值，世界上约1/4的富铁矿和铅锌矿资源以及约一半的钨矿资源都产在矽卡岩型矿床中，此外矽卡岩型矿床还产出铜、锡、铋、钼、金、银、铀、稀土以及透辉石、透闪石、石榴石、硅灰石、金云母、蛭石等多种金属和非金属矿产[1]。矽卡岩型铜金矿床作为重要的金矿类型之一，近年来，已成为国内外地学领域研究的热点。按照矽卡岩类型的不同又可将金矽卡岩矿床分为还原型金矽卡岩、氧化型金矽卡岩、镁矽卡岩型和区域变质地体中的金矽卡岩四大类[2-8]。

中国的矽卡岩型金矿(包括独立金矿和伴生金矿)数量较多，据不完全统计，储量超1000t，约占目前全国金保有储量的7%，它们大多成群成带分布[9]。鲁西地区是我国矽卡岩型金矿的一个重要产地[10]，主要产在沂南的铜井、金场，临朐铁寨及沂源的金星头等地，其中尤以铜井、金场2个铜金矿床规模最大，可达中型*山东省第八地质队，山东省沂南铜井地区铜金矿成矿地质条件及找矿方向，1981年。。前人对沂南地区铜金矿研究较多，主要集中在同位素年代学、成矿流体、岩石地球化学、成矿规律等方面，取得了一些重要进展[11-20]。但成矿流体性质、成矿物质来源等问题尚不明确。在详细野外调研的基础上，通过开展黄铁矿流体包裹体He-Ar同位素分析，并结合前人S，H，O，C稳定同位素研究结果，以期查明成矿物质和流体来源、成矿作用特征标志，为了解该区金矿成矿机制提供一定的理论支撑。

1 地质背景

研究区位于山东省中南部地区，沂南县北部。大地构造位置属鲁西隆起马牧池穹断东缘，NNE向鄌郚-葛沟断裂与NW向的马家窝-铜井断裂交会处(图1)。

1—青山群八亩地组；2—寒武-奥陶系；3—燕山晚期二长花岗斑岩；4—燕山晚期花岗斑岩及石英斑岩；5—燕山晚期二长斑岩；6—燕山晚期正长闪长玢岩；7—燕山晚期闪长岩-闪长玢岩；8—燕山晚期辉长岩-闪长岩；9—中基性与中酸性侵入岩大致分界线；10—断裂图1 沂南铜井地区区域地质略图[21]

2 样品采集与分析方法

区内地层发育新太古界、新元古界、古生界、中生界及新生界。侵入岩以燕山晚期中、酸性小岩株为主。主要有沂南序列铜汉庄单元石英闪长玢岩、大朝阳单元中细斑二长闪长玢岩和苍山序列铁铜沟单元斑状中细粒二长花岗岩、于山单元中细斑二长花岗斑岩。其中，明生岩体[22]、铜井岩体、朝阳岩体、金场岩体等出露规模较大。区内断裂构造发育，按走向可分为NW向、NNE向、近EW向以及近SN向断裂，其中以NNE向断裂最为发育。断裂带内可见大量的糜棱岩、构造透镜体。区内成矿岩体、矿(化)体的产状和成矿部位受构造控制明显，不同方向的构造交会部位控制着岩浆的侵入及岩体形态，矽卡岩型矿体主要分布在岩体的边缘及岩枝与围岩的接触带上，热液脉型矿体产生在不同构造体系的次级裂隙中。

样品取自沂南铜井铜金矿主成矿阶段矿石矿物黄铁矿(图2a)。样品经破碎、筛选后，在双目镜下挑选20～60目的新鲜黄铁矿颗粒(图2b,c)，纯度99%以上。He-Ar同位素测试由中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心稀有气体分析实验室完成。实验仪器为英国Micromass公司生产的MM5400质谱计，分析标样是兰州市皋兰山顶的空气(AIRLZ2007)。分析结果均进行了标准校准和热本底校正。测试的实验条件为：发射电流It4=800μA，It40=200μA，高压为9.000kV。检测仪器的热本底(1600℃)为(cm3STP)：4He=2.46×10-10，20Ne=4.08×10-10，40Ar=1.39×10-8，84Kr=3.07×10-12，132Xe=1.26×10-13。详细的测定过程参见叶先仁等[23]。

(a)含金铜黄铁矿化矽卡岩型矿石;(b)黄铁矿(浅黄色)呈团块状、浸染状分布50×;(c)黄铁矿(浅黄色)颗粒中包含较小的磁铁矿(灰色)颗粒为包含结构100×图2 黄铁矿样品及双目镜下黄铁矿颗粒照片

3 测定结果

He-Ar同位素测试结果见表1。

表1 铜井铜金矿黄铁矿流体包裹体He-Ar同位素组成

由表1可知，铜井铜金矿黄铁矿中流体包裹体的3He/4He值变化极小，为0.1129 ～0.1209 R/Ra，高于地壳3He/4He值[(0.01～0.05)R/Ra]，但低于典型地幔3He/4He值[(6～9)R/Ra]，这表明成矿流体中存在地幔He，同时有地壳He加入；4He/40Ar=1.16～3.433，平均2.2965，略高于地幔值(1.36～2.23)，但低于典型地壳值(6.4)。40Ar/36Ar=364.1～458.0，平均411.1，高于大气值(295.5)，低于地幔值(>40000)。

4 讨论

4.1 前人关于H，O，S，C同位素测定结果

前人在该地区开展过铜金矿石的H，O，S，C同位素测定；该次收集到前人的分析数据参与讨论(表2、表3、表4)[24]。

表2 H，O同位素分析结果

表3 C同位素分析结果

表4 S同位素分析结果

从上述数据分析可见，铜井铜金矿石方解石δ18O值(10.55～13.75)×10-3之间，δD值(-72～-62.5)×10-3，平衡温度99～140℃，金场铜金矿石方解石δ18O值13.20×10-3，δD值-72.6×10-3，平衡温度102℃。黄铁矿的δ34S值变化于(-1.73～3.5)×10-3，弥散度较小，位于0值附近，接近陨石硫范围，表明硫主要为深源岩浆体系。碳同位素(δ13CPDB)在(-5.08～-4.54)×10-3，与“初生碳”δ13C(-5～-8)×10-3基本一致，也显示了深源的特征。

4.2 成矿物质及成矿流体来源探讨

热液流体中惰性气体主要有3种来源，且不同来源气的He，Ar同位素组成及其特征比值具有显著差别[25]：①大气饱和水(ASW)，包括大气降水和海水，其典型的同位素组成为：R/Ra=1，40Ar/36Ar=295.5；②地幔流体，具有3He含量高的特征，R/Ra的特征值为6～9，40Ar/36Ar值变化较大，Ar以放射性成因Ar为主，40Ar/36Ar值一般大于40000；③地壳流体，其中主要含有放射成因的He和Ar，R/Ra的特征值为0.01～0.05，而40Ar/36Ar>295.5。由表1可知，铜井铜金矿黄铁矿中流体包裹体的3He/4He值0.1129～0.1209 R/Ra，介于地幔流体和地壳流体之间，成矿流体中有来自幔源流体组分的加入，成矿流体是壳幔流体的混合；40Ar/36Ar=364.1～458.0，高于大气饱和水(295.5)，明显低于地幔流体，说明流体中存在来源于地壳的放射成因Ar[25]，暗示成矿流体是壳幔混源流体，并有大气降水加入。

表2、表3中H，O，C同位素数据显示：研究区成矿流体的H，O同位素组成相差不大；基本接近岩浆水范围，反映成矿热液主要为岩浆热液。C同位素值与沉积碳酸盐和沉积有机碳迥然不同，在岩浆碳酸岩范围，也显示了成矿流体的岩浆热液成因。

S同位素一般主要有3个储存库：一是幔源S(δ34S=(0±3)×10-3)[26]；二是海水S，现代海水中δ34S=20×10-3；三是沉积物中还原S，主要以具有较大的负值为特征[27]。由表4中S同位素数据可知，铜井铜金矿矿石中的黄铁矿δ34S较均一，介于-1.73×10-3～3.5×10-3之间，与幔源δ34S值接近，显示其S源可能部分来自地幔。

4.3 成矿时代及成矿机制探讨

研究表明，矿床成矿物质和流体具有幔源特征，金成矿主要与燕山晚期浅成—超浅成中酸性侵入岩有关。对该地区与成矿有关的岩体或者蚀变矿物进行过大量的同位素测年工作。虽然测试方法、测试对象、测试结果不尽相同，但给出了成岩成矿的大量信息(表5)。金场铜金矿早期矽卡岩黑云母和晚期矽卡岩黑云母的Rb-Sr等时线年龄为133±6Ma和128±2Ma[17]，它们与金场岩体的形成时间十分一致。铜井闪长玢岩中岩浆锆石U-Pb年龄为128～129Ma[18]，矿石中的锆石U-Pb年龄为128.6±3.6Ma[19]，综上认为，沂南金场金铜矿成矿时间为128～121Ma[24]，与胶东地区金矿主成矿时间大致一致，其有无关联尚需进一步研究。

表5 鲁西地区与金矿有关的中生代岩体及成矿年龄

注： ①山东省第八地质队，山东省沂南铜井地区铜金矿成矿地质条件及找矿方向，1981年。

燕山晚期岩浆在侵位过程中，岩浆期后热液与古生代碳酸盐岩地层发生接触交代作用，在接触带及附近形成矽卡岩，岩浆期后热液富含金铜等成矿物质,在交代形成矽卡岩和矽卡岩型铁矿的过程中，同时形成铜金矿床,一般为共生矿床。矿床产于中生代中酸性岩浆岩与寒武纪灰岩接触面及附近的矽卡岩中。矿床的成因类型属矽卡岩型铜金矿。

5 结论

(1)He-Ar同位素研究表明，成矿流体中有来自幔源流体组分的加入，并且成矿过程中混入较多的大气降水。

(2)结合前人H，O，S，C同位素研究；沂南地区矽卡岩型金矿成矿流体来源于岩浆热液，并有大气降水的加入，成矿物质和成矿流体来源于壳源和幔源的混合。

(3)沂南金矿是产于中生代中酸性岩浆岩与寒武纪灰岩接触面及附近的矽卡岩型铜金矿，形成于128～121Ma。