小秦嶺東桐峪金礦床穩(wěn)定同位素地球化學(xué)及成礦物質(zhì)來源

吳曉貴

(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊(duì)，新疆 阿勒泰 836500)

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小秦嶺東桐峪金礦床穩(wěn)定同位素地球化學(xué)及成礦物質(zhì)來源

吳曉貴

(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊(duì)，新疆 阿勒泰 836500)

東桐峪金礦位于小秦嶺金礦田中西部，礦體受韌性剪切構(gòu)造帶控制。為了確定礦床成礦流體和成礦金屬來源，筆者系統(tǒng)研究了該礦床的3個(gè)成礦階段S、C、H、O 同位素組成特征。結(jié)果顯示12件石英中包裹體水的δDH2O變化范圍為-78.1‰～-42.2‰；12件石英樣品中第Ⅰ階段δ18OH2O值為9.76‰～13.16‰；Ⅱ階段δ18OH2O值為6.30‰～8.10‰；Ⅲ階段δ18OH2O值為6.76‰～7.26‰。流體包裹體中CO2的δ13C值為-1.8‰～-2.5‰。16件硫化物δ34S值為-3.7‰～+8.2‰。H、O、C同位素組成特點(diǎn)表明，水兼有變質(zhì)水和巖漿水的特征，是太華群基底深熔作用蒸汽相的產(chǎn)物，其運(yùn)動(dòng)與長期的糜棱巖帶活動(dòng)有關(guān)。成礦流體中C主要來自地幔。S同位素組成特征表明礦石中S來自太華群或深部重熔的巖漿巖。

穩(wěn)定同位素；成礦流體物質(zhì)來源；東桐峪金礦

東桐峪金礦位于小秦嶺金礦田西部陜西潼關(guān)縣境內(nèi)，是礦田內(nèi)主要的大型金礦之一。小秦嶺金礦田的金成礦物質(zhì)來源已積累了大量的文獻(xiàn)(欒世偉等，1985；姬金生，1988；晁援，1989；徐九華等，1993；聶鳳軍等，2001；付治國等，2009；吳曉貴等，2012)，這些文獻(xiàn)較詳細(xì)地記錄了小秦嶺金礦田內(nèi)含金石英脈、太古宇太華群變質(zhì)巖和有關(guān)脈巖的穩(wěn)定同位素特征，并對(duì)礦石中的成礦物質(zhì)來源進(jìn)行了討論，歸納起來大致有2個(gè)觀點(diǎn)：①成礦流體兼有巖漿水和變質(zhì)水特點(diǎn)，并疊加了大氣降水，硫、鉛和金等成礦物質(zhì)具深源特點(diǎn)，來自太華群基底的深熔過程。②礦脈中的硫既有深部殼層硫，又有淺部殼層硫，以深部殼層硫?yàn)橹?。從研究礦床來講，這些文獻(xiàn)重點(diǎn)研究的是文峪、東闖、楊砦峪等位于河南境內(nèi)的大型金礦。對(duì)于東桐峪金礦而言，成礦物質(zhì)來源研究資料相對(duì)較少，未見有針對(duì)東桐峪金礦的系統(tǒng)的成礦物質(zhì)來源研究成果。另外隨著礦山開采的進(jìn)行，深部地質(zhì)不斷被揭露。因此，有必要對(duì)東桐峪金礦，特別是深部樣品進(jìn)行細(xì)致的成礦物質(zhì)來源研究。

1 地質(zhì)概況

小秦嶺金礦田位于豫陜邊界的東秦嶺北緣山區(qū)， 華北克拉通的南緣。東起河南省靈寶，西至陜西省華縣，東西長140余千米，南北寬70 km。礦田南北以小河斷裂和太要斷裂為界，構(gòu)成軸向東西的狹長地帶。區(qū)內(nèi)地層結(jié)晶基底為太古宇太華群深變質(zhì)巖系，巖漿巖以燕山期花崗巖最為發(fā)育，自西向東有華山、文峪和娘娘山巖體(胡受奚等，1988；陳衍景等，1992)。軸向近東西的復(fù)式褶皺和區(qū)域性斷裂組成了礦田的構(gòu)造格架(圖1)。

1.第四系; 2.古近系; 3.太華群桃峪組黑云斜長片麻巖夾斜長角閃巖; 4.太華群秦倉口組黑云斜長片麻巖; 5.太華群三關(guān)廟組黑云斜長片麻巖夾斜長角閃巖; 6.太華群洞溝組黑云角閃變粒巖; 7.太華群板石山組黑云變粒巖; 8.太華群大月坪組斜長角閃巖; 9.白堊紀(jì)黑云母花崗巖; 10.晚元古代中粒二長花崗巖; 11.花崗偉晶巖; 12.斷裂: F1.太要斷裂；F2.小河斷裂； 13.金礦床； T.東桐峪金礦； W.文峪金礦； D.東闖金礦； J.金硐岔金礦； Y.楊砦峪金礦圖1 小秦嶺地區(qū)區(qū)域地質(zhì)及金礦床分布略圖(據(jù)王亨治,1987資料改繪)Fig.1 Sketch geological map of Xiaoqinling area showing distribution of gold deposits(Modified after Wang, 1987)

東桐峪金礦床是小秦嶺金礦田的大型金礦之一。礦區(qū)地層主要是太華群的大月坪組—三關(guān)廟組(黎世美等，1996)，巖石主要為片麻巖類、斜長角閃巖類、石英巖類及前兩類巖石經(jīng)混合巖化而形成的混合巖(化)巖類。近東西向的大月坪-金羅斑復(fù)背斜控制了區(qū)內(nèi)主要含金構(gòu)造帶的分布，次級(jí)斷裂、背斜的隆起或傾伏端(地段)控制了石英脈密集區(qū)及其展布(圖2)。近東西向脆韌性剪切斷裂帶為主要控礦構(gòu)造，其次為北北東向張斷裂。

1.第四系；2.三關(guān)廟組黑云斜長角閃片麻巖；3.板石山組石英巖；4.大月坪組混合巖；5.洞溝組角閃黑云斜長片麻巖；6.含金石英脈圖2 東桐峪金礦區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)潼關(guān)中金黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司-東桐峪金礦區(qū)1∶10000地形地質(zhì)及規(guī)劃圖改繪)Fig.2 Geological sketch map of the Dongtongyu gold deposit(After Tongguan China GoldMining Co. ltd-Dongtongyu goldfield 1∶10000 geologic map)

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，受后期熱液充填交代形成含金石英脈。區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)Au品位大于1.0×10-6，礦脈將近40條，其中絕大多數(shù)為東西向和北東向構(gòu)造。礦區(qū)內(nèi)主礦脈為Q8、Q12，其走向長大于1 km。Q8號(hào)礦脈走向60°～90°，傾向南西，長度為4 430 m(礦區(qū)內(nèi)長1 900 m)；Q12號(hào)礦脈走向50°，傾向南東，長度為1 546 m。Q12與Q8在礦區(qū)中部成“X”相交。礦脈由石英脈和糜棱巖組成。石英脈在構(gòu)造帶內(nèi)斷續(xù)分布，長7～280 m，厚0.05～3.0 m。在含礦構(gòu)造帶內(nèi)，金礦體走向和傾向上具有膨脹、收縮、尖滅再現(xiàn)和礦化中心有等距分布特點(diǎn)。Q8脈礦體還有明顯側(cè)伏規(guī)律。

根據(jù)野外地質(zhì)特征、穿插關(guān)系，并結(jié)合手標(biāo)本和顯微鏡下研究，東桐峪金礦的構(gòu)造-成礦可劃分為4個(gè)階段。I：黃鐵礦-石英階段，形成乳白色石英脈主體，含少量浸染狀黃鐵礦，含金性較差；II：石英-黃鐵礦階段，主要形成粗-細(xì)粒黃鐵礦脈，充填在I階段石英的裂隙中，或直接充填在糜棱巖中，此階段含Au較富，為金的主要礦化階段之一；III：石英-多金屬硫化物階段，產(chǎn)出較多的細(xì)脈狀-網(wǎng)脈狀黃銅礦、方鉛礦等硫化物，有時(shí)見閃鋅礦，本階段晚期亦生成透明度較好的石英(QⅢ)，有時(shí)在晶洞中出現(xiàn)，含Au性僅次于階段Ⅱ；IV：石英-碳酸鹽階段，主要形成細(xì)粒石英和方解石，呈細(xì)脈狀穿插早期礦物，是剪切作用晚期的產(chǎn)物，也是本區(qū)成礦晚期的產(chǎn)物，該階段基本不含礦。

礦石的主要構(gòu)造有脈狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造及網(wǎng)脈狀構(gòu)造等(圖3)。

圍巖蝕變主要為硅化、絹云母化和黃鐵礦化，其次為綠泥石化、碳酸鹽化等。硅化、黃鐵礦化與金礦化關(guān)系最為密切。

礦石中主要金屬礦物有黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦、自然金、銀金礦，次為閃鋅礦、磁鐵礦、磁黃鐵礦、輝銅礦、斑銅礦、白鎢礦、黑鎢礦等；非金屬礦物主要為石英，次為綠泥石、黑云母、絹云母、碳酸鹽類礦物等。Au主要呈包含金、裂隙金及晶隙金賦存于黃鐵礦、石英、鐵白云石及其他硫化物中。

A.Ⅳ階段石英脈穿插早期石英脈，600 m中段；B.東桐峪V531含金黃銅礦-黃鐵礦石英脈，黃銅礦膠結(jié)白色石英脈，1 300 m中段；C.東桐峪Q12緩傾斜含金石英脈，Ⅲ階段閃鋅礦(Sp)網(wǎng)脈-細(xì)脈沿Ⅰ階段石英(QI)充填，600 m中段，Q12東沿；D.東桐峪Q28501脈，Ⅲ階段黃銅礦細(xì)脈及Ⅱ階段黃鐵礦脈沿Ⅰ階段石英脈底板充填，600m中段圖3 礦石構(gòu)造照片F(xiàn)ig.3 Picture of mineral structure

2 氫氧碳同位素組成及成礦流體來源

本次工作主要對(duì)東桐峪礦床V531、Q8、Q12號(hào)脈的不同標(biāo)高的具有代表性的各成礦階段的12件石英樣品進(jìn)行氫氧碳同位素測(cè)試。測(cè)試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院穩(wěn)定同位素實(shí)驗(yàn)室完成，測(cè)試儀器為質(zhì)譜儀MAT-253。12件石英樣品的氫氧同位素分析結(jié)果見表1。δ18O石英值為7.9‰～14.3‰，平均為11.65‰，變化范圍較小，與文峪花崗巖δ18O石英值(8.98%)接近，以富18O為特征。表中將δ18O石英換算為δ18OH2O的計(jì)算公式為：δ18OH2O≈δ18O石英-3.42(106·T-2)+2.86(張理剛，1984)(T為包裹體均一溫度經(jīng)壓力校正后的包裹體捕獲溫度，采用絕對(duì)溫度)。計(jì)算所得的δ18OH2O值為6.30‰～13.16‰，其中第Ⅰ階段δ18OH2O值為9.76‰～13.16‰，平均為11.39‰；Ⅱ階段δ18OH2O值為6.30‰～8.10‰，平均為7.20‰；Ⅲ階段δ18OH2O值為6.76‰～7.26‰，平均為7.01‰。計(jì)算結(jié)果顯示，成礦流體從早階段到晚階段δ18OH2O值逐漸降低，反映了在成礦作用過程中成礦流體被大氣降水混染的特征(晁援等，1990)。

δDH2O數(shù)據(jù)直接由石英中包裹體水獲得，其變化范圍為-78.1‰～-42.2‰，變化范圍較大，介于巖漿水和變質(zhì)水的δDH2O之間。

將δDH2O和δ18OH2O的數(shù)據(jù)投點(diǎn)于δD-δ18OH2O圖解中(圖4)。從圖中可知，3個(gè)成礦階段數(shù)據(jù)投影點(diǎn)大部分落在變質(zhì)水區(qū)域內(nèi)。其中，第Ⅰ、Ⅱ階段有部分點(diǎn)在巖漿水和變質(zhì)水的重合區(qū)域內(nèi)。從δD-δOH2O關(guān)系圖上可以看出，成礦流體以變質(zhì)水和巖漿水為主，顯示成礦流體來自深源。

表1 東桐峪金礦氫、氧、碳同位素組成特征表

注：表中參與計(jì)算的溫度為流體包裹體均一溫度經(jīng)過壓力校正后的捕獲溫度(捕獲溫度據(jù)吳曉貴等，2012)。

圖4 東桐峪金礦成礦流體的氫氧同位素組成圖解Fig.4 Hydrogen and oxygen isotope compositions of the Dongtongyu Gold deposit

流體包裹體的研究表明(吳曉貴等，2012)，成礦流體富CO2，其含量可達(dá)20%～80%。CO2包裹體不僅見于脈石英中，而且見于蝕變巖的石英中，加之圍巖強(qiáng)烈的鐵碳酸鹽化及鐵白云石大量與多金屬硫化物共生，這些均說明富CO2流體參與了金的成礦作用。因此，在討論成礦流體的來源時(shí)不能只注意流體中水的來源而忽視CO2的來源。

本次測(cè)試3個(gè)階段流體包裹體中CO2的δ13C值為-1.8‰～-2.5‰，變化范圍很窄，δ13C值既有巖漿碳或深源碳(-5‰～-8‰)特征，又有沉積碳酸鹽的碳(接近于0‰)(張理剛，1984) 的特征。由δ13C-δ18OH2O圖解(圖5)可知，投影點(diǎn)均在巖漿碳酸鹽投影范圍內(nèi)。結(jié)合前人研究(倪師軍，1994)，本礦床流體δ13C值與幔源火山氣體中CO2，以及巖漿巖流體包裹體中CO2的δ13C值基本一致，而與文峪巖體和太華群完全不同，從而清楚的顯示了本礦床成礦流體中的C主要為地幔來源。

COCVLNIE等(1984)研究指出，脈金礦床流體包體中高密度的CO2可能是在5 km或更深的部位被圈閉的，若成礦流體在相當(dāng)5 km深處參與金的成礦作用，則流體的巖漿論或變質(zhì)論只是語義學(xué)問題。吳曉貴等(2012)根據(jù)靜巖壓力計(jì)算出東桐峪金礦的最小成礦深度為4.6～6.3 km，若考慮流體壓力，其深度還要大得多。而且糜棱巖帶是在相當(dāng)緩慢的過程中形成的，使得深部流體(在區(qū)域變質(zhì)作用晚期和混合巖化過程中，乃至大規(guī)模的晚燕山期巖漿侵入活動(dòng)中形成的)源源不斷地向糜棱巖帶(含礦斷裂帶)匯集。成礦晚期，下滲的大氣降水無疑也參加了成礦作用。總之，東桐峪金礦的成礦流體不能簡單地追朔為某一個(gè)源。大部分成礦流體不是晚燕山期花崗巖侵位后衍生的，而與花崗巖的起源相似，是太華群深熔作用的同源產(chǎn)物，它們?cè)谘嗌狡跇?gòu)造熱事件中沿著各自通道上升侵位，分別成礦和成巖。

A.巖漿碳酸鹽投影區(qū)；B.沉積碳酸鹽投影區(qū)圖5 東桐峪金礦成礦流體δ13C-δ18OH2O圖解Fig.5 Chart of δ13C-δ18OH2O in Dongtongyu Gold deposit

3 S同位素及成礦物質(zhì)來源

東桐峪金礦硫化物以黃鐵礦和黃銅礦較常見，主要在成礦Ⅱ、Ⅲ的石英脈中分布，是主要的載金礦物。礦床中硫化物的S同位素組成可以示蹤S的來源和成礦作用過程。本次研究采取東桐峪金礦主要采取各成礦階段共16件硫化物樣品進(jìn)行S同位素測(cè)試，測(cè)試單位為核工業(yè)北京地質(zhì)研究院穩(wěn)定同位素實(shí)驗(yàn)室，測(cè)試儀器采用 MAT-251 質(zhì)譜計(jì)，檢測(cè)方法和依據(jù)為 DZ/T0184. 14-1997《硫化物中硫同位素組成的測(cè)定》。

本次研究測(cè)得了礦石硫化物的δ34S(CDT)的數(shù)據(jù)16個(gè)(表2)。黃鐵礦的δ34S變化范圍為+2.5‰～+8.2‰，平均值為5.02‰，較其東部的文峪金礦(3.9‰)、楊砦峪金礦(2.59‰)(欒世偉等，1985)的同類礦物重硫含量偏高。礦床中Ⅰ、Ⅱ階段黃鐵礦δ34S平均值分別為5.44‰、4.67‰，呈遞減趨勢(shì)，可能是由于特別是第Ⅰ階段硫化物結(jié)晶之后，成礦溶液中的還原型S中的重S消耗較多，以致到后期礦化階段形成的黃鐵礦中的δ34S值較低。

筆者還測(cè)得一個(gè)黃銅礦的數(shù)據(jù)為+3‰，方鉛礦的為-3.7‰～+2.5‰，一個(gè)閃鋅礦的數(shù)據(jù)為+3.4‰，與前人研究的數(shù)據(jù)范圍一致(付治國等，2009；晁援等，1990)。硫化物富集34S(δ34S平均值)的順序?yàn)椋狐S鐵礦(+5.02‰)>閃鋅礦(+3.4‰)>黃銅礦(+3‰)>方鉛礦(-0.3‰)(圖6)。以上說明在礦區(qū)范圍內(nèi)硫化物之間的S同位素交換達(dá)到平衡。

表2 東桐峪金礦金屬硫化物硫同位素組成特征表

熱液礦床的S同位素研究表明(郝立波，2004)：δ34S正向偏離“0”值不遠(yuǎn)，且變化范圍不大，礦石S源應(yīng)為地幔或地殼深部大量地殼物質(zhì)均一化的結(jié)果。由此得出東桐峪礦床的礦石S主要來自地殼深部，即具有深源硫的特征。

前人測(cè)得的晚太古宙大月坪組中δ34S為-0.7‰～+3.6‰，斜長角閃巖δ34S為+4.4‰(黃建軍，1997)，文峪花崗巖體中黃鐵礦的δ34S為+2.1‰～+4.0‰，太古宙太華群斜長片麻巖中黃鐵礦的δ34S為-0.2‰～+2.7‰(聶鳳軍等，2001)。盡管數(shù)據(jù)不盡一致，但都表現(xiàn)出對(duì)“0”值較小的正向偏離。因此，可以認(rèn)為圍巖S和礦石S之間存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系。

圖6 東桐峪金礦各礦物中δ34S直方圖Fig.6 Sulfur isotopic histogram of metal sulfides in Dongtongyu Gold deposit

大月坪組經(jīng)原巖恢復(fù)，為一套中基性的火山巖夾少量陸源海相沉積物。無疑在原始物質(zhì)中有大量慢源S成分。這些原始S在強(qiáng)烈的區(qū)域變質(zhì)作用中,特別是在晚燕山期花崗巖漿形成演化過程中,經(jīng)受各種氧化還原、交換反應(yīng)和動(dòng)力學(xué)過程,產(chǎn)生同位素分餾,使它們的δ34S值偏離隕S值。但均未超過±10‰。因此，可以認(rèn)為本區(qū)礦石S為受混染的慢源物質(zhì)。鑒于礦石S同位素正態(tài)分布，其演化特點(diǎn)基本遵循瑞利定律，說明區(qū)內(nèi)各礦區(qū)礦石S是同源的，成礦溶液為一次性形成。本區(qū)金礦床成因上與晚燕山期花崗巖有關(guān)，因此礦石S的供給者是晚燕山期花崗巖及其圍巖——太華群大月坪組。

4 結(jié)語

(1)東桐峪金礦氫、氧、碳同位素組成特點(diǎn)表明，水兼有變質(zhì)水和巖漿水的特征，是太華群基底深熔作用蒸汽相的產(chǎn)物，其運(yùn)動(dòng)與長期的糜棱巖帶活動(dòng)有關(guān)。成礦流體中C主要來自地幔。

(2)S同位素組成特征表明礦石中硫東桐峪金礦的礦石S來自晚燕山期花崗巖及太華群。

致謝：野外工作得到東桐峪金礦地質(zhì)技術(shù)人員的支持，還得到了中國地質(zhì)大學(xué)(北京)張德會(huì)教授、余心起教授的指導(dǎo)，以及中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)譚俊博士的幫助，在此一并致謝。

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Stable Isotope Geochemistry and Ore-forming Materialsof the Dongtongyu Gold Deposit in Xiaoqinling Area, China

WU Xiaogui

(No.4 Geological Team of Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resource, Altay 836500, Xinjiang,China)

The Dongtongyu gold deposit is located in the middle-west part of Xiaoqinling gold ore field. The ore bodies are controlled by the ductile shear zone. In this paper, the authors systematically studied C, H, O and S isotopic compositions of the three mineralization stages in order to define the source of ore-forming fluids and metals.The δD values of 12 quartz samples from different stages range from -78.1‰ to -42.2‰. The δ18OH2O values of 12 quartz samples fromthree different stages vary from 9.76‰ to 13.16‰, from 6.30‰to 8.10‰ and from 6.76‰ to 7.26‰, respectively. The δ13C values of CO2in fluid inclusions change from -1.8‰ to 2.5‰.The δ34S values of 16 sulfides samples in this deposit vary from -3.7‰ to +8.2‰. The hydrogen and oxygen isotopic compositions indicate that these ore-forming fluids were mainly sourced from the magmatic water and metamorphic water. The carbon in ore-forming fluid was mainly sourced from mantle materials. Based on the sulfur features, the authors hold that the metals of the Dongtongyu Gold Deposit were derived from Taihua Group or magmatic rocks.

Stable isotope; metal sources; Dongtongyu gold deposit

2016-01-02；

2016-06-08

全國危機(jī)礦山接替資源找礦專項(xiàng)典型礦床及成礦規(guī)律總結(jié)研究項(xiàng)目(20109903)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40972066)資助

吳曉貴(1985-)，男，江蘇泰興人，工程師，2012年獲北京科技大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)碩士學(xué)位，從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作。E-mail：517599423@qq.com

P597

A

1009-6248(2016)04-0091-08