雪峰山鏟子坪金礦床穩(wěn)定同位素特征及成礦地質(zhì)意義

曹 亮，段其發(fā)，彭三國(guó)，周 云

CAOLiang1,2,DUANQi-Fa1,2,PENGSan-Guo1,ZHOUYun1,2

（1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局花崗巖成巖成礦地質(zhì)研究中心，武漢430205）

(1.Wuhan Center of China Geological Survey,

2.Research Center of Granitic Giagenesis and Mineralization,China Geological Survey,Wuhan 430205,Hubei,China)

鏟子坪金礦位于湖南湘西雪峰山地區(qū)，該礦床于1985年發(fā)現(xiàn)，歷時(shí)8年普查(部分地段達(dá)到詳查程度)初步查明礦床規(guī)模達(dá)中型以上[1]。前人對(duì)該礦床的地質(zhì)特征、找礦標(biāo)志、礦物標(biāo)性、地球化學(xué)異常模式、金的賦存狀態(tài)、成礦年代等方面已做過(guò)一定程度的研究[1-9]，為本區(qū)的地質(zhì)找礦工作積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。本文通過(guò)對(duì)鏟子坪金礦床巖石地球化學(xué)以及穩(wěn)定同位素的研究，對(duì)成礦物質(zhì)來(lái)源及礦床成因進(jìn)行探討。

1 礦床地質(zhì)特征

礦床處于揚(yáng)子微板塊與華南褶皺系之間的過(guò)渡地帶。礦區(qū)出露地層主要為震旦系與南華系。金礦體及礦脈主要賦存在南華系江口組含礫砂（泥）質(zhì)板巖中。圍巖由砂質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖以及砂礫巖組成[5,9]。礦床的西側(cè)壓扭性質(zhì)的F2斷層具有明顯的導(dǎo)礦作用[7]。礦區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)比較發(fā)育，中華山復(fù)式花崗巖體和白馬山巖體在礦區(qū)西南部和東北部出露，鏟子坪金礦床就位于白馬山巖體的外接觸帶附近(圖1)[8]。

礦區(qū)有三條較大規(guī)模的北西向含金構(gòu)造蝕變帶(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)(圖2)，礦帶以及礦化蝕變帶與圍巖之間界線不清晰，呈漸變的過(guò)渡關(guān)系,具有明顯的熱液蝕變特征[9]。礦石類型主要為硫化物石英脈型和含硫化物蝕變巖型。礦石的金屬礦物主要有黃鐵礦、方鉛礦、自然金、黃銅礦、毒砂等；非金屬礦物有方解石、綠泥石、石英等；其中石英和黃鐵礦是最常見的礦物。

鏟子坪金礦床成礦過(guò)程簡(jiǎn)單，僅有一個(gè)成礦期。根據(jù)礦物組合，將熱液成礦期劃分為早期和晚期。早期礦物的共生組合較簡(jiǎn)單，硫化物含量也很少。晚期可分為石英-硫化物-自然金和石英碳酸鹽兩個(gè)階段[6,9]。金礦化與晚期第一階段關(guān)系密切。

圖1 鏟子坪金礦地質(zhì)簡(jiǎn)圖[8]Fig.1 Geological map of the Chanzipinggold deposit

2 巖石地球化學(xué)特征

2.1 主量元素特征

對(duì)鏟子坪金礦床主要賦礦圍巖及有關(guān)礦化蝕變巖化學(xué)全巖分析結(jié)果列入表1中?？梢姀膰鷰r到晚期形成的金礦石中，均有大量的SiO2存在，容礦巖石是以硅質(zhì)、砂質(zhì)成分為主的板巖。由于巖性和蝕變程度上的差異，所以其主量元素含量差別較大，主要表現(xiàn)在SiO2、Al2O3、CaO和K2O的含量上。

從圖2中可以看出，礦石與圍巖化學(xué)全巖分析曲線存在較大差異。含礦圍巖在控礦層間斷層影響下，金礦石中均發(fā)生了硅化、碳酸鹽化、絹云母化，礦石的礦物質(zhì)有一部分可能來(lái)自圍巖，可能主要是含礦熱液對(duì)圍巖的活化與萃取，然后在有利的構(gòu)造薄弱帶聚集成礦。

2.2 稀土元素特征

通過(guò)對(duì)礦床含礦巖石及礦石的稀土分析研究(表2)，表明巖石和礦石的REE含量變化比較大，稀土總量∑REE變化范圍為(108.53～224.88)×10-6，其配分形式均為明顯右傾曲線（圖3），LREE/HREE為2.83～4.80，(La/Yb)N 為4.60～9.19，屬輕稀土富集型。輕、重稀土分餾，輕稀土相對(duì)富集而重稀土相對(duì)虧損。除CZP-B2與CZP-B10樣品無(wú)明顯Eu異常外（δEu=1.00），其他樣品δEu值為0.83～0.67，顯示明顯的負(fù)Eu異常，推測(cè)礦石形成受到巖漿熱液的影響?！芁REE范圍為5.11×10-6～197.16×10-6，∑HREE范圍為3.19×10-6～54.85×10-6，具有較高的稀土總量。各類巖石的稀土配分曲線相似，說(shuō)明具有相同的源巖，具有相似的成礦物質(zhì)來(lái)源和演化過(guò)程。

表1 鏟子坪金礦容礦巖石、礦化蝕變巖化學(xué)全巖分析結(jié)果(%)Table 1 Bulk chemical analyses of ore-bearing rocks and mineralization altered rock in Chanziping gold deposit

圖2 鏟子坪金礦容礦巖石、礦石化學(xué)分析結(jié)果曲線圖Fig.2 Curves Diagramof ore-bearing rocksand ore mineralsin Chanziping gold deposit

圖3 鏟子坪金礦容礦巖石及礦石礦物稀土配分形式圖（球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Boynton,1984[12])Fig.3 Chondrite normalized REEpattems of ore-bearing rocks and ore minerals in Chanzipinggold deposit

2.3 微量元素特征

本文對(duì)該金礦礦石及圍巖進(jìn)行了分析，分析結(jié)果列于表2。從表中可以看出，礦石及圍巖含金0.013×10-6～13×10-6，平均2.511×10-6；含銀0.02×10-6～0.37×10-6，平均0.121×10-6。Au/Ag介

于0.366～35.135之間，平均11.062。金和銀呈正相關(guān)性，金含量隨著銀含量的增加而增加（圖4）。

表2 鏟子坪金礦床含礦巖石及圍巖微量元素組成(WB/10-6)Table 2 Trace element composition of ore-bearing rocks and ores of The Chanziping gold deposit (WB/10-6)

圖4 鏟子坪金礦金、銀含量相關(guān)圖Fig.4 Correlation of content for Au-Ag in oreminerals of Chanzipinggold deposit

圖5 鏟子坪金礦容礦巖石及礦石礦物微量元素蛛網(wǎng)圖（原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989[11]）Fig.5 Chondritenormaiized traceelement patternsof ore-bearingrocks and oreminerals in Chanziping gold deposit

礦石及圍巖中Co含量為10.10×10-6～21.5×10-6，平均15.53×10-6；Ni含量為6.78×10-6～18.3×10-6，平均8.6×10-6。Co/Ni介入1.174～3.074，平均為1.917。在微量元素蛛網(wǎng)圖（圖5）中，總體富集Ba、Rb以及La，相對(duì)虧損Nb、Ti以及Ta、Nb虧損，指示可能有地殼物質(zhì)的混染。Ti虧損，說(shuō)明巖石成因與殘余熔體有關(guān)。Nb、Ti、Ta元素的虧損，說(shuō)明鏟子坪金礦床巖礦石的形成與地幔深源物質(zhì)有一定關(guān)系[10]。

3 穩(wěn)定同位素特征

成礦物質(zhì)來(lái)源的研究能夠有效的判斷礦床成因及礦床類型。大量的研究表明，成礦流體的來(lái)源可通過(guò)碳、氫、氧同位素的特征來(lái)判明，成礦體系中的金屬元素的來(lái)源可通過(guò)硫、鉛同位素來(lái)有效示蹤。通過(guò)穩(wěn)定同位素地球化學(xué)的研究，對(duì)該礦床成礦物質(zhì)來(lái)源以及礦床成因的探討具有十分重要的意義。

3.1 硫同位素特征

硫同位素組成的研究可以推斷成礦物質(zhì)來(lái)源[13~15]。鏟子坪金礦的金與礦體中黃鐵礦、毒砂、方鉛礦等金屬硫化物關(guān)系密切，通過(guò)研究硫化物硫同位素的組成特征，可以判斷金的來(lái)源。

駱學(xué)全測(cè)定了鏟子坪金礦礦石中黃鐵礦、方鉛礦的硫同位素組成。礦石和圍巖的δ34S差異大，20個(gè)礦石樣品δ34S的變化范圍為-7.58‰～+0.32‰[5]，極差為7.9‰，平均為-2.44‰，略富輕硫；4個(gè)礦脈圍巖的變化范圍為+6.77‰ ～+7.9‰[16]，極差為1.19‰,平均為-2.44‰。地球不同體系的硫同位素組成十分復(fù)雜?；◢弾r類一般為-10‰～＋10‰[17]。從鏟子坪金礦硫同位素對(duì)比圖來(lái)看（圖6），礦石硫同位素值與自然界中花崗巖、玄武巖相似，反映出與花崗巖有一定的親緣關(guān)系。從圖7可以看出，其δ34S值主要集中在0～-4‰之間的范圍內(nèi)，變化范圍為-7.58‰～＋7.96‰。這表明，硫化物中的硫主要來(lái)自花崗巖漿，有部分地層硫酸鹽中的硫混入。

圖6 鏟子坪金礦硫同位素對(duì)比圖[18]Fig.6 Sulfur isotope composition of oresin Chanziping gold deposit

3.2 鉛同位素特征

魏道芳對(duì)金礦含金石英脈中硫化物進(jìn)行了鉛同位素測(cè)試。從測(cè)試結(jié)果看，鉛同位素組成比較一致，208Pb/204Pb的范圍為37.726～38.133[2]，均值為37.953，極差為0.4；207Pb/204Pb的范圍為15.467～15.535[2]，均值為15.486，極差為0.05；206Pb/204Pb的范圍為17.388～17.810，均值為17.646，極差為0.39。不同礦物的鉛同位素組成也有一定的差別，黃鐵礦和方鉛礦鉛同位素組成相對(duì)穩(wěn)定，變化范圍很小。上述鉛同位素組成中，極差均小于1，說(shuō)明鉛來(lái)源比較穩(wěn)定[19]。

圖7 鏟子坪金礦硫同位素組成直方圖Fig.7 Histogramof sulfur isotope in Chanziping gold deposit

在Doe和Zartman鉛構(gòu)造模式投影圖上（圖8），鏟子坪金礦床金屬硫化物中鉛同位素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)大多位于地幔與造山帶之間且靠近地幔演化曲線附近，反映了鉛源于造山帶作用有關(guān)的深源。由于造山作用本身有地殼物質(zhì)的混染，因此，可以認(rèn)為鉛主要源于地幔，有部分地殼鉛的加入。

在鉛同位素的△γ-△β 成因分類圖解（圖9）中，樣品大部分落在與巖漿作用有關(guān)的上地殼與地?；旌系母_帶鉛中，一個(gè)樣品落在上地殼源鉛中，進(jìn)一步說(shuō)明了樣品中的鉛是以殼幔源巖漿作用為主的混合鉛。

綜合本區(qū)鉛同位素特點(diǎn)，根據(jù)鉛構(gòu)造模式圖解和△γ-△β 圖解，本區(qū)鉛同位素主要來(lái)源于地幔，有部分地殼鉛的加入。

圖8 鏟子坪金礦床鉛構(gòu)造模式投影[20]Fig.8 Lead isotope radio plot showinggeotectonic environment of the source of the Chanzipinggold deposit

3.3 碳-氧同位素

本次研究分析碳、氧同位素樣品6件，測(cè)試結(jié)果見表3。表3顯示砂質(zhì)板巖的δ13CPDB變化于-14.0‰～-14.1‰，均值為-14.05‰；δ18OSMOW介于14.4‰～16.3‰之間，均值為15.3‰。石英的δ13CPDB為-11.0‰～-11.7‰，均值為-11.3‰，δ18OSMOW介 于14.4‰ ～15.7‰ 之 間， 均 值 為15.05‰，與砂質(zhì)板巖的C、O同位素組成沒有很明顯的差異，表明其來(lái)源與容礦的砂質(zhì)板巖有關(guān)。δ13CPDB－δ18OSMOW圖解顯示，石英和砂質(zhì)板巖的碳、氧同位素變化范圍較窄，石英的投影點(diǎn)較為集中（圖10），主要分布在原生碳酸鹽附近，反映了成礦流體與砂質(zhì)板巖的密切聯(lián)系，以及與地?；蛏畈苛黧w的親緣關(guān)系。

圖10 雪峰山鏟子坪金礦床δ13C－δ18O圖解[22]Fig.10 Plot ofδDH2 versusδ18OH2O valuesof the Chanziping gold deposit

圖10 中沉積碳酸鹽、沉積有機(jī)碳以及地幔巖漿都可以通過(guò)不同的機(jī)制向流體提供CO2[23-25]。鏟子坪金礦，由于所測(cè)得的石英包裹體的均一溫度范圍在157~402℃，平均為259℃。包裹體均一溫度集中在兩個(gè)峰值區(qū)間，一個(gè)為160~220℃，另一個(gè)為280~360℃，最佳成礦溫度為200~230℃之間[26-27]，結(jié)合C、O同位素的變化趨勢(shì)，說(shuō)明高溫分異作用對(duì)石英C、O同位素的影響不大。說(shuō)明在成礦過(guò)程中，來(lái)自地幔的流體與周圍的碳酸鹽發(fā)生了同位素的交換作用，向δ13C增高的方向遷移。因此，鏟子坪金礦床成礦流體中得CO2很可能為殼?；旌稀?/p>

3.4 氫-氧同位素

鏟子坪金礦床的氫、氧同位素測(cè)試結(jié)果列于表4。21件樣品流體的δDH2O值為-102.3‰~-45.6‰，計(jì)算獲得的δ18OH2O值為-11.08‰~＋8.62‰。在δDH2O-δ18OH2O圖解中（圖11）,大部分點(diǎn)落入原生巖漿水和區(qū)域變質(zhì)水。

表3 鏟子坪金礦含金石英脈和圍巖碳、氧同位素組成Table 3 Oxygen and Carbon isotopic composition of goldbearing quartz vein and wall rock in the Chanziping golddeposit

表4 鏟子坪金礦氫、氧同位素組成表Table 4 Oxygen and hydrogen isotopic composition of the Chanziping gold deposit

由圖11可以看出晚期第一階段的石英巖成礦流體是變質(zhì)熱液與巖漿熱液的混合，有向雨水區(qū)偏移的趨勢(shì)。鏟子坪金礦附近的白馬山巖基段的δ18OH2O值為＋8.1~＋9.9‰[2],與礦體δ18OH2O的值基本相近，說(shuō)明白馬山巖體與鏟子坪金礦的形成具有一定的聯(lián)系[18]。根據(jù)泰勒的資料，變質(zhì)水的δDH2O為-20‰～-65‰，巖漿水的δDH2O為-50‰～-85‰[28]，說(shuō)明鏟子坪金礦成礦熱液來(lái)源比較復(fù)雜，可能有變質(zhì)熱液和巖漿熱液的混合作用。

圖11 鏟子坪金礦成礦流體δDH2－δ18OH2O圖Fig.11 Plot ofδDH2Oversusδ18OH2O valuesof theore-forming fluidsin Chanzipinggold deposit

3.5 鍶同位素特征

李華芹對(duì)鏟子坪金礦同一礦化體的5個(gè)含金石英脈Rb、Sr同位素含量進(jìn)行了測(cè)試，包裹體Rb含 量 為0.4056×10-6～2.703×10-6，Sr含 量 為1.54×10-6～4.342×10-6[8]，87Rb/86Sr值變化較大，在0.76～2.106之 間[8]，87Sr/86Sr值為 0.72117～0.72511。通過(guò)計(jì)算得到的 (87Sr/86Sr)i=0.71898±0.00016。

白馬山巖體由印支晚期黑云母花崗閃長(zhǎng)巖-黑云母二長(zhǎng)花崗巖和燕山早期二云母二長(zhǎng)花崗巖構(gòu)成，測(cè)得它們的 (87Sr/86Sr)i分別為0.718306～0.727348和0.735856[29]。大部分?jǐn)?shù)值大于鏟子坪礦床的(87Sr/86Sr)i。可見，本區(qū)成礦物質(zhì)可能來(lái)源于區(qū)域古老結(jié)晶基底巖石或成礦流體曾流經(jīng)富放射性成因Sr基底巖石。鏟子坪礦床的(87Sr/86Sr)i組成特征與華南陸殼重熔型花崗巖初始巖漿水的(87Sr/86Sr)i組成特征具有明顯的相似性,表明其成礦作用可能與巖漿熱液有關(guān)。

4 成礦物質(zhì)來(lái)源及礦床成因

前述硫、鉛、鍶、碳、氫、氧同位素證據(jù)表明，硫主要來(lái)自巖漿，鉛主要來(lái)源于地幔，有部分地殼鉛的加入，鍶同位素組成特征表明其成礦作用可能與巖漿熱液有關(guān)。成礦熱液可能是變質(zhì)熱液和巖漿熱液的混合作用。成礦物質(zhì)應(yīng)來(lái)自地球深部，甚至主要來(lái)自幔源。

鏟子坪金礦附近的白馬山花崗巖巖體、黃茅園花崗巖巖體攜帶著成礦物質(zhì)隨著地幔熱柱向上運(yùn)移。由于受到地殼構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和巖漿活動(dòng)的影響，成礦流體到了巖石圈淺部，來(lái)自白馬山花崗巖的含礦熱液沿近南北向的區(qū)域斷裂F2從北往南向遷移。礦區(qū)內(nèi)扭性破碎帶和劈理化帶向北與白馬山巖體侵入空間連同，是巖漿熱液運(yùn)移的良好通道。北西向構(gòu)造破碎帶為含礦熱液集中、沉淀并最終富集形成金礦化脈和金礦體提供了良好的容礦構(gòu)造場(chǎng)所[27]。雪峰山地區(qū)的金礦床的金成礦作用主要發(fā)生于加里東、印支和燕山期[8]。印支期大規(guī)模的區(qū)域性逆沖-推覆作用及相伴酸性巖漿侵位與鏟子坪金礦的成礦作用關(guān)系密切[8]。白馬山二長(zhǎng)花崗巖體δ18OH2O為9.74‰~11.2‰，含金石英脈流體包裹體δ18OH2O主要為3.83‰～8.62‰，與白馬山花崗巖相近。說(shuō)明成礦元素S、Se、Te、Co、Ni等及水都主要來(lái)自白馬山花崗巖巖漿熱液[5]。通過(guò)前人的研究資料以及對(duì)該礦床巖石地球化學(xué)特征、穩(wěn)定同位素特征的研究，可以將鏟子坪金礦的成因類型定為中高溫巖漿熱液型。

5 結(jié)論

(1)從圍巖到晚期形成的金礦石中，均有大量的SiO2存在，容礦巖石是以硅質(zhì)、砂質(zhì)成分為主的板巖。由于巖性和蝕變程度上的差異，所以其主量元素含量差別較大，主要表現(xiàn)在SiO2、Al2O3、CaO和K2O的含量上。稀土元素分析研究說(shuō)明，礦區(qū)不同巖石、礦石的稀土總量配分形式均為明顯右傾曲線，屬輕稀土富集型。輕、重稀土分餾，輕稀土相對(duì)富集而重稀土相對(duì)虧損。各類巖石的稀土配分曲線相似，這表明它們可能來(lái)自于同一源巖，其成礦物質(zhì)來(lái)源和演化過(guò)程大體相同或相似。微量元素分析結(jié)果表明，在微量元素蛛網(wǎng)圖中，各類巖石樣品的分布曲線大部分比較相似，并有明顯的Nb，Ta，Ti負(fù)異常。金含量隨著銀含量的增加而呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，反映出金和銀的正相關(guān)性。

（2）鏟子坪金礦床金屬硫化物δ34S值以負(fù)值為主，δ34S值主要集中在0～-4‰之間，變化范圍為-7.58‰～＋7.96‰。這表明，硫化物中的硫主要來(lái)自花崗巖漿，有部分地層硫酸鹽中的硫混入。

（3）碳、氧同位素組成說(shuō)明成礦流體與砂質(zhì)板巖聯(lián)系密切，與地幔有一定的親緣關(guān)系。在成礦過(guò)程中，來(lái)自地幔的流體與周圍的碳酸鹽發(fā)生了同位素的交換作用，向δ13C增高的方向遷移。因此，鏟子坪金礦床成礦流體中得CO2很可能為殼幔混合。

（4）氫、氧同位素特征研究表明，鏟子坪金礦成礦流體具有變質(zhì)熱液和巖漿熱液的雙重性。鍶同位素研究表明其成礦作用可能與巖漿熱液有關(guān)。

（5）鏟子坪金礦成礦作用與印支期大規(guī)模的區(qū)域性逆沖-推覆作用及相伴生酸性巖漿侵位密切相關(guān)，礦床成因類型為中高溫巖漿熱液型。

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