彭南海，邵擁軍，劉忠法，汪 程

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山西義興寨金礦田成礦機理研究：來自同位素和流體包裹體的證據(jù)

彭南海1, 2，邵擁軍1, 2，劉忠法1, 2，汪 程1, 2

(1. 中南大學有色金屬成礦預測與地質環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室，長沙410083；2. 中南大學地球科學與信息物理學院，長沙410083)

山西繁峙縣義興寨金礦田位于晉東北地區(qū)NW向中生代構造巖漿活動帶中。以義興寨、辛莊金礦床為研究對象，分析本區(qū)關鍵控礦因素、成礦物質來源、成礦流體來源及其演化，進而開展礦田成礦機理的研究。結果表明：本區(qū)構造具有多期活動的特征，規(guī)模較大的NW向區(qū)域性張性大斷裂為本區(qū)的控巖、導礦及配礦構造，次級NNW向壓?張扭性斷裂裂隙為容礦構造，不同形式、不同級別的構造是成礦最重要的控制因素。S、Pb、H、O同位素組成及微量元素地球化學特征表明，巖漿活動為本區(qū)提供了成礦物質及成礦流體。流體包裹體特征及宏觀地質特征表明，成礦過程中成礦流體發(fā)生了沸騰作用，引起CO2、H2S等的逸失，含金絡合物穩(wěn)定性遭受破壞，導致Au的大規(guī)模沉淀，流體的沸騰是礦質沉淀的主要機制。

義興寨金礦田；關鍵控礦因素；成礦物質；成礦流體；演化；成礦機理

山西省繁峙縣義興寨金礦田位于恒山山脈中段南麓[1?2]，為山西省五臺山—恒山重要的金礦床密集區(qū)內的典型礦田，義興寨金礦床和辛莊金礦床為礦田內規(guī)模較大的礦床，二者均產(chǎn)于太古代綠巖帶內，含金礦體主要以脈狀等形式產(chǎn)于NW、NNW向斷裂內，同時也顯示出與燕山期巖漿活動存在較為密切的成因聯(lián)系，具獨特的地質特征，長期以來一直是地質學者研究的熱點對象。前人利用主量元素、微量元素、稀土元素、流體包裹體及電子探針分析等手段及測試結果，對義興寨礦田的地球化學特征[3?5]、成礦流體特征[6?7]、成礦地質條件[8?10]、黃鐵礦及載金礦物礦物學特 征[11?15]、控礦因素及礦床成因[16?18]、成礦模式[19]等方面進行了研究，提出了太古宙地體出露區(qū)脈金礦床礦源層的巖漿作用預富集模式，但對于巖漿是成礦物質的直接提供者，還是在其活動過程中萃取的地層中的成礦物質，目前并沒有統(tǒng)一認識?？v觀前人研究成果，關于本區(qū)成礦機理方面的綜合研究明顯不足，尤其是關于金在何種物理化學條件下沉淀、何種因素控制金沉淀等方面的研究成果較少。成礦機理的研究有助于掌握金運移過程中物理化學條件的變化及引起金沉淀的控制因素。本文作者以義興寨金礦和辛莊金礦為依托，在詳細的野外地質調研基礎上，重新劃分了本區(qū)成礦階段，查清了關鍵控礦因素，結合成礦物質來源、成礦流體來源及演化等方面的研究資料，對本礦田的成礦機理進行了研究，豐富了產(chǎn)于華北綠巖帶內金礦床的成礦理論，也有利于指導下一步勘探及深邊部找礦工作。

1 礦田地質特征

義興寨礦田位于山西陸臺五臺隆起北部義興寨—伯強構造巖漿活動帶上，是中生代陸內造山帶作用集中發(fā)育地區(qū)，屬于華北陸塊金礦成礦域的五臺—呂梁成礦帶[20?21]。礦田主要出露太古界地層，巖性主要為黑云角閃斜長片麻巖，局部夾薄層狀淺粒巖。按主要構造方位，礦田內斷裂構造形跡可劃分為4種類型，分別為NW向張扭性斷裂構造、NNW向壓?張扭性斷裂構造以及北東向和北東東向壓扭性斷裂構造(見圖1)，其中，NW向深大斷裂控制了中生代巖體的產(chǎn)出和構造?巖漿成礦帶的展布。礦田出露巖漿巖主要為燕山期中酸性巖漿巖，燕山期超淺成巖漿侵入活動與成礦關系密切，而且伴隨著不同的燕山期巖體的成巖過程，帶來了多期的成礦流體活動。測年結果顯示[8]，巖漿的演化和成巖系列從早到晚、從南到北依次為：淺成相中酸性閃長雜巖(包括石英二長閃長巖和石英閃長巖)—淺成相花崗斑巖—超淺成相或次火山巖相酸性巖和酸性脈巖(長石石英斑巖、石英巖、石英斑巖脈和霏細巖脈等)。礦田內超淺成侵入巖主要為霏細巖脈，具富鉀特征，鋁飽和指數(shù)ACKN平均值為1.44，大于1.1，在花崗巖成因系列(Na2O)?(K2O)圖解(見圖2)上，巖體投影點落入“S”型花崗巖范圍內。巖體富集Au等成礦元素，與成礦關系密切。

圖1 義興寨金礦田地質簡圖[22]：1—第四系沖洪積；2—黃土、亞粘土；3—砂礫夾粘土層；4—金崗庫組火山沉積硅鐵建造；5—五臺期斜長片麻巖夾淺粒巖；6—超淺成相侵入巖；7—似斑狀花崗巖；8—孫家莊閃長雜巖體；9—閃長玢巖脈；10—隱爆角礫巖筒；11—實測或推測斷層；12—韌脆性剪切帶；13—次級斷裂

圖2 花崗巖成因系列w(Na2O)?w(K2O)圖解(據(jù)參考文獻[23])

義興寨金礦和辛莊金礦是礦田內規(guī)模較大的代表性礦床，二者分別位于孫家莊閃長雜巖體西北部和東南部，礦床地質特征十分相似。礦體均受NW向、NNW向及近SN向斷裂帶控制；含金礦脈按控礦構造的性質、特征、產(chǎn)狀及金礦體的成因類型可分為3大類，分別為受較大規(guī)模NW向張扭性斷裂構造控制產(chǎn)出的構造蝕變巖型金礦和受NNW向壓?張扭性斷裂構造控制產(chǎn)出的多金屬硫化物石英脈型金礦以及受隱爆角礫巖筒控制產(chǎn)出的不規(guī)則狀隱爆角礫巖型金礦。三者在控礦構造、蝕變分帶、礦化類型以及產(chǎn)出特征方面等表現(xiàn)出明顯的差異，體現(xiàn)了礦區(qū)范圍內主要的金礦化類型的本質特征。含金石英脈帶走向主要為NNW355°，次為NW325°，主要分布于河灣火山頸—鐵塘硐角礫巖筒間及其附近，NNW走向的脈帶總體呈北行的“入”字型左行雁行排列，其中5號脈帶似領頭雁，脈帶主要伴生礦產(chǎn)有鉬、銀、銅、鉛、鋅、硫等。礦石類型主要以含金多金屬硫化物石英脈型和構造蝕變巖型為主，角礫巖型和矽卡巖型次之。與金礦化關系密切的金屬硫化物主要為黃鐵礦、黃銅礦、斑銅礦、閃鋅礦、方鉛礦，脈石礦物主要為石英和方解石。礦石結構以粒狀結構、交代殘余結構、交代溶蝕結構、共結邊結構、鑲邊結構以及固溶體分離結構等為主(見圖3)。礦石構造以條帶狀構造、脈狀構造、角礫狀構造、浸染狀構造及晶芽狀構造為主。與金、銀礦化關系密切的圍巖蝕變有硅化、絹云母化、黃鐵絹英巖化，次為綠泥石化、碳酸鹽化及高嶺土化。依據(jù)野外宏觀觀察礦物間的穿插關系及顯微鏡下鑒定本區(qū)成礦作用可以分為石英?黃銅礦?黃鐵礦階段、石英?多金屬硫化物和石英?碳酸鹽階段。

2 控礦因素

1) 構造：NW向義興寨斷裂和龍山斷裂控制了本區(qū)巖漿活動，是成礦物質、成礦流體運移的通道，對巖體就位、成礦物質的聚集起到了明顯的控制作用，控制了礦田、礦床的產(chǎn)出，是本區(qū)主要的控巖、導礦和配礦構造。次級NNW向壓?張扭性斷裂構造為本區(qū)最主要的容礦構造，是成礦物質沉淀的主要場所，控制著金礦體的空間展布，同時也控制著含金石英脈帶的規(guī)模大小(見圖3)。

2) 中酸性巖漿巖：對本區(qū)8件霏細巖樣品金的含量進行統(tǒng)計，其平均含量為11.55×10?9(酸性巖漿巖中金的地殼克拉克值為1.6×10?9)[19]，說明巖體中成礦元素金的含量普遍較高，具有提供成礦元素Au的巨大潛力。S、Pb、H、O同位素測試結果(見表1和2)顯示，燕山期巖漿侵入活動與成礦作用關系密切，巖漿活動帶來了大量的成礦物質、成礦流體以及熱能，為礦床的形成提供了物質基礎和熱動力，是礦床形成的決定性因素。

3) 賦礦圍巖：華北陸臺太古宙綠巖帶地層是具有高金豐度背景的最古老原生含金建造，而且金容易活化[24]。本區(qū)賦礦圍巖主要為五臺群金剛庫組地層黑云母角閃斜長片麻巖和石英斜長淺粒巖，二者金的含量分別為49.83×10?9、9.52×10?9，具有高的Au背景值，為本區(qū)成礦提供了初始礦源層。另外，賦礦圍巖內各種脆性斷裂以及層間破碎帶，為成礦流體的運移和成礦物質的沉淀提供有利的容礦空間。

4) 隱爆角礫巖筒：隱爆角礫巖筒圍巖主要為黑云角閃斜長片麻巖，巖筒主要由矽卡巖化隱爆角礫巖以及殘留灰?guī)r組成，熱液蝕變及金屬硫化物礦化疊加現(xiàn)象明顯。角礫巖筒內裂隙和不規(guī)則洞穴極其發(fā)育，是后期成礦元素沉淀良好的容礦空間，控制著礦田內角礫巖型礦體及矽卡巖型礦體的產(chǎn)出。

5) 接觸界面：主脈帶與圍巖接觸部位以及構造蝕變巖與圍巖接觸部位巖石通常較為破碎、微裂隙發(fā)育，控制著晚期富金硫化物石英脈的產(chǎn)出。

圖3 義興寨礦田典型礦石組構(Au—自然金；Py—黃鐵礦；Cpy—黃銅礦；Sp—閃鋅礦；Bn—斑銅礦)：(a) 6號脈帶地表出露形跡；(b) 7號脈帶地表出露形跡；(c) 硫化物和石英細脈互成條帶；(d) 條帶狀石英黃鐵礦黃銅礦斑銅礦礦石；(e) 黃鐵礦中沿裂隙發(fā)育的自然金；(f) 藍銅礦沿斑銅礦邊部交代，呈鑲邊結構；(g) 黃銅礦—閃鋅礦固溶體沿黃鐵礦裂隙交代，呈交代殘余結構；(h) 黃銅礦出溶物與閃鋅礦呈固溶體分離結構

3 樣品采集及測試方法

本研究中選取本區(qū)礦石中6件金屬硫化物(黃鐵礦、方鉛礦)為測試對象。樣品經(jīng)粉碎、挑選等處理，選取純凈單礦物(＞95%)進行硫、鉛同位素分析測試，測試工作在核工業(yè)北京地質研究院分析測試中心分析完成。硫同位素組成由MAT?251質譜儀測定，采用標準為國際標準VCDT，分析精度為±0.2×10?3；鉛同位素樣品溶解、分離后，在相對濕度36%、室溫20 ℃的條件下，根據(jù)標準 GB/T 17672—1999《巖石中鉛鍶釹同位素測定方法》，利用英國GV公司生產(chǎn)的ISOPROBE-T熱電離質譜儀進行鉛同位素比值測量，測量結果用國際標樣NBS981進行校正，測量誤差在2以內。測試結果列于表1和表2。

對各成礦階段石英脈中的6 件石英單礦物進行了氫、氧同位素分析測試，樣品篩分粒度0.85 μm左右，純度大于99.5%，測試工作在核工業(yè)北京地質研究院分析測試中心完成，測試儀器為MAT251EM 質譜儀。氫同位素誤差為0.2×10?3，氧同位素誤差為2×10?3，測試結果見表2。

本研究中按成礦階段的先后順序選擇樣品磨制測溫片，采用均一法測溫。測溫工作主要在中南大學有色金屬成礦預測與地質環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室進行，顯微測溫研究采用英國產(chǎn)Linkam THMSG600型地質用冷熱臺。測溫范圍為?196~600 ℃；30~600 ℃范圍內測試精度為±1 ℃，?196~30 ℃范圍內，測試精度為±0.1 ℃。在測溫過程中，溫度升降變化速率控制在5~10℃/min，在接近氣相或液相消失前，溫度變化速率控制在0.1~1 ℃/min之間。測試結果見表3。

表1 義興寨金礦田礦石硫、鉛同位素組成

表2 義興寨金礦田氫氧同位素組成

表3 義興寨礦田流體包裹體顯微測溫結果統(tǒng)計表

4 測試結果及討論

4.1 成礦物質來源

義興寨金礦田所測的硫化物黃鐵礦、方鉛礦的S同位素組成見表1，其中黃鐵礦的δ34SCDT值為0.9×10?3~3.6×10?3，極差為2.5×10?3，平均值為1.93×10?3；方鉛礦的δ34SCDT值為?0.3×10?3~0.1× 10?3，極差為0.4×10?3，平均值為?0.2×10?3。金屬硫化物S同位素組成整體變化較小。礦石中黃鐵礦的δ34S平均值(1.93×10?3)＞方鉛礦(?0.98×10?3)。大量實驗結果表明，當硫同位素達到平衡時，硫化物的δ34SV-CDT值應該按黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦、方鉛礦、輝銻礦、S2?的順序依次遞減[25?26]，據(jù)此判定本區(qū)硫同位素分餾可能基本達到了平衡，硫化物的S同位素組成可以近似代表成礦溶液總硫的S同位素組成。

礦田內礦石硫同位素組成在?0.3×10?3~3.6×10?3之間，均值1.32×10?3，與國內巖漿熱液礦床的硫同位素值1.68×10?3十分接近；在自然界中不同地質體硫同位素組成圖中(見圖4)，本區(qū)硫同位素組成落入火成巖硫同位素組成范圍內，說明本區(qū)礦石與巖漿巖可能具有相同的硫源。羅軍燕(2009)[12]通過對本區(qū)礦石硫同位素研究也得出了相似結論，認為形成本區(qū)巖體和礦石的硫為同一來源，本區(qū)成礦與燕山期巖漿活動具有成因聯(lián)系。本區(qū)礦石硫同位素組成同樣也落入變質巖同位素組成范圍內，因此，也不排除片麻巖地層硫參與成礦的可能性。

同時，從圖5中可以看出，礦石硫同位素塔式效應較不明顯，這反映了大氣降水的參與，因為當?shù)V床形成較淺時，大氣降水使硫同位素分餾作用和成礦流體與外界的交換作用增強，從而造成硫同位素的塔式效應不明顯[26]。

義興寨金礦田所測的硫化物黃鐵礦、方鉛礦的Pb同位素組成見表1。其中206Pb/204Pb變化范圍為16.710~16.939，極差為0.229，平均值為16.790；207Pb/204Pb變化范圍為15.273~15.317，極差為0.044，平均值為15.289；208Pb/204Pb變化范圍為36.632~ 36.784，極差為0.152，平均值為36.692。硫化物Pb同位素比值極差均在1×10?3以內，變化范圍小，指示義興寨金礦田具有穩(wěn)定的Pb同位素來源。

圖4 義興寨金礦田礦石硫同位素組成范圍

圖5 義興寨金礦田礦石硫同位素組成分布圖

利用Geokit程序[27](路遠發(fā)，2004)計算出辛莊金礦床礦石硫化物鉛同位素相關參數(shù)，結果見表2。礦石鉛值介于9.05~9.11之間，高于地幔鉛的值(8~9)，礦石鉛的232Th/238U比值變化于3.72~3.81范圍，與地殼的232Th/238U (約為4)基本相當，這種高值、232Th/238U比值的鉛同位素表明成礦物質可能是來源于地殼，同時礦石鉛的值均小于9.58，反映在流體演化過程混入了低放射性成因的深源鉛[28]。

在礦石鉛同位素206Pb/204Pb?207Pb/204P鉛構造模式圖(圖6(a))中，樣品點位于下地殼鉛增長線附近；???成因分類圖解(圖6(b))中，樣品均落入深變質鉛范圍內。鉛同位素組成表明，本區(qū)Pb主要來源于下地殼。本區(qū)與成礦關系密切的巖漿巖為“S”型花崗巖類巖石，為地殼重熔的產(chǎn)物，因此，本區(qū)礦石鉛與巖漿巖鉛來源一致并不矛盾，礦石Pb同位素可能與巖漿巖為同一來源。25件片麻巖地層的Au元素含量統(tǒng)計結果顯示，本區(qū)片麻巖地層中Au的平均含量為49.83×10?9，遠大于4×10?9(黎彤值，1976)[30]，片麻巖地層也具有提供成礦物質的能力。

綜上所述，本區(qū)成礦物質鉛來源較復雜，巖漿活動和地層均可能參與了成礦。

4.2 成礦流體來源及演化

表2中δD為石英中包裹體直接測定的水值，δ18Ow是根據(jù)CLAYTON[31]有關石英?水體系中氧同位素分餾方程：1000ln=3.38×106?2?3.4以及對應的包裹體均一溫度計算而來。從表2中可見，成礦早、中期石英的δ18Ow值介于3.54×10?3~7.66×10?3之間，靠近Sheppard(1986)界定的巖漿水氧同位素組成(5.5×10?3~9.5×10?3)[32]；成礦晚期石英、方解石的δ18Ow值為?2.175×10?3~?1.87×10?3，具有大氣降水的氧同位素組成特征，反應隨著成礦作用的進行混入的大氣降水成分明顯增多。在δD?δ18Ow圖解中(見圖7)中，樣品的投影點都位于巖漿水與大氣降水之間，靠近巖漿水，但有向大氣降水線靠近的趨勢；在自然界氧同位素組成分布圖上(見圖8)，本區(qū)氧同位素組成與花崗巖和大氣降水重疊，表明本區(qū)氧同位素組成與花崗巖和大氣降水的氧同位素組成有密切的成因聯(lián)系。因此，本區(qū)氫、氧同位素組成表明，本區(qū)成礦流體來源于巖漿水，成礦后期具有大氣降水與巖漿水混合特點。

成礦流體的Na+/K+及CO2/H2O比值可以作為判別流體來源的標志[33?35]，一般情況下，巖漿熱液Na+/K+小于1.00[34]，氣相成分CO2/H2O比值小于0.50[35]。由測試結果計算得知，本區(qū)各成礦階段石英?黃銅?黃鐵階段以及石英?多金屬硫化物階段成礦流體中的Na+/K+比值介于0.40~0.61，平均值為0.51，均小于1.00，具巖漿熱液特征，說明成礦流體主要來源于巖漿水；碳酸鹽階段成礦流體中的Na+/K+=1.31，大于1.00。義興寨金礦田主成礦階段氣相成分CO2/H2O比值為0.09~0.28，均小于0.50；而晚期碳酸鹽階段氣相成分CO2/H2O比值為1.49，遠大于0.50，指示成礦晚期混有大量的外界流體。由以上分析可知，義興寨金礦田成礦流體來源于巖漿水，隨著成礦作用的進行，到成礦晚期混有大量的外界流體，轉變?yōu)榛旌纤?/p>

圖6 義興寨金礦田鉛同位素?β??γ成因分類圖解[29]：A—地幔(Mantle)；B—造山帶(Orogene)；C—上地殼(Upper Crust)；D—下地殼(Lower Crust). 1—地幔源鉛；2—上地殼鉛；3—上地殼與地幔混合的俯沖帶鉛(3a—巖漿作用；3b—沉積作用)；4—化學沉積型鉛；5—海底熱水作用鉛；6—中深變質作用鉛；7—深變質下地殼鉛；8—造山帶鉛；9—古老頁巖上地殼鉛；10—退變質鉛

流體包裹體測溫結果顯示(見表3)，石英?黃銅 礦?黃鐵礦階段成礦流體溫度平均值為285 ℃、石英?多金屬硫化物階段成礦流體溫度平均值為238 ℃、碳酸鹽階段成礦流體溫度平均值為187 ℃，隨著成礦作用的進行成礦溫度呈下降趨勢。但鹽度具有先升高后降低的趨勢，石英?多金屬硫化物階段鹽度最高，該階段鹽度的升高可能是流體沸騰作用引起的。本區(qū)引爆角礫巖筒及角礫巖型礦石發(fā)育是流體發(fā)生沸騰的主要表征。隱爆造成的急劇減壓沸騰，可以促使殘留液相的鹽度進一步升高[36]。

圖7 義興寨金礦田石英δD?δ18Ow圖解

圖8 義興寨金礦田氧同位素組成分布圖(數(shù)據(jù)引自本文和文獻[37?40])

5 成礦機理

對該礦田不同成礦階段的脈石礦物進行了流體包裹氣液相成分進行了測試(見表4)，包裹體液相成分Na+/K+＜1，說明成礦流體中富含K+，與侵入體中Na2O＜K2O，巖石為鉀質巖石的特征一致，揭示了成礦流體與巖漿的內在聯(lián)系；本區(qū)陰離子SO42?含量較高，導致SO42?含量較高的原因可能是由于早期高溫巖漿水混入了硫酸鹽型熱鹵水所引起的，也可能是流體在演化過程中發(fā)生了氧化作用。

流體包裹體氣相成分富含CO2，但Au與CO2之間的化學鍵并不強，因此，CO2搬運Au的能力并不強，但CO2具有調節(jié)成礦流體pH值的作用[41]，可能影響著H2S的溶解度，在地殼深部，富含CO2的流體也相對富含H2S[42]。Au與H2S的化學鍵較強，可形成AuHS或AuHS2絡合物[43]，因此，富CO2的成礦流體具有較強的吸金能力。

本區(qū)經(jīng)歷了多期構造運動，燕山期以斷裂構造為主導形式，形成了區(qū)域性的切割較深的NW向深大斷裂，早期成礦流體經(jīng)歷構造活動，特別是斷裂構造活動，使壓力驟然釋放，導致成礦流體沸騰而引起二氧化碳等揮發(fā)分散失，同時也引起本區(qū)控制角礫巖型礦體及矽卡巖型礦體的角礫巖筒的形成。

早期中高溫度、中等鹽度成礦流體在斷裂裂隙內運移的過程中與圍巖發(fā)生熱能的傳遞，溫度降低，隨著溫度的降低，反應式(1)向右發(fā)生反應生成H2S[44]，形成AuHS2絡合物，引起Au的溶解度增大。隨著成礦流體向上運移，流體溫度及壓力急劇降低，使原始均一流體發(fā)生沸騰作用，引起CO2、H2S氣體的揮發(fā)逸失，導致成礦流體pH值升高，溫度降低，使承載Au的絡合物的穩(wěn)定性遭受破壞，Au溶解度也大大降低，引起Au的沉淀。CO2的減少引起反應式(2)的向左進行，消耗了大量H+，產(chǎn)生了大量的S2?，這就促進了S2?與Cu2+、Fe2+、Pb2+和Zn2+等金屬陽離子的結合，生成黃銅礦、黃鐵礦、方鉛礦和閃鋅礦等金屬硫化物。隨著成礦過程的進行，外界流體混入成分顯著增加，成礦流體的溫度、鹽度進一步降低，金屬礦物絡合程度較低，以生成大量方解石、石英和金屬硫化物為主，成礦趨于結束。由此可見，成礦流體的沸騰作用是導致金沉淀的重要因素。

4SO2+4H2O=3H2SO4+H2S=3HSO4?+H2S+H+(1)

CO2+H2O?H2CO3?H++[HCO3]?2H++CO32?(2)

大量熱液蝕變礦物卸載完成以后，晚期殘留的成礦流體分異完全，形成了含金石英熔融體，一部分沿隱爆角礫巖筒邊部的環(huán)狀裂隙、放射狀裂隙和內部發(fā)育的不規(guī)則狀虛脫空間就位，形成受隱爆角礫巖筒控制產(chǎn)出的不規(guī)則狀隱爆角礫巖型和矽卡巖型金礦體，其余大部分含金石英熔融體沿巖漿熱力接觸帶體系范圍內有利的構造裂隙充填就位，形成了延伸較遠、相對較窄的受NNW向壓?張扭性斷裂構造控制產(chǎn)出的多金屬硫化物石英脈型金礦體和延伸較短、相對較寬、局部富集的NW向張扭性斷裂構造控制產(chǎn)出的構造蝕變巖型金礦體。其成礦機理示意圖如圖9所示。

表4 義興寨金礦田流體包裹體氣液相成分分析結果

圖9 義興寨金礦田成礦機理示意圖

6 結論

1) 燕山期多期次巖漿活動為本區(qū)帶來了大量的成礦物質和成礦流體，是成礦的首要因素。不同形式、不同級別的構造控制了本區(qū)巖漿活動、礦田展布、礦床定位及礦體的形態(tài)和規(guī)模，是礦田內成礦的重要控制因素。較大規(guī)模的NW向張性斷裂和次一級的NNW向壓?張扭性斷裂裂隙控制了礦床和主要礦體的形成和定位，是最主要的控巖控礦構造。

2) 由S、Pb同位素和微量元素地球化學特征分析可知，本區(qū)成礦物質具有多源性，燕山期巖漿活動帶來了主要成礦物質，太古代片麻巖地層提供了部分成礦物質。

3) H?O同位素組成表明，本區(qū)成礦流體主要來源于巖漿流體，后期有大氣降水的參與。石英?多金屬硫化物階段由于成礦流體的沸騰，導致成礦流體溫度和鹽度呈先升高后降低的趨勢，密度呈增加的趨勢。

4) 巖漿分異的原始均一成礦流體運移至前地表時，由于壓力和溫度的快速降低，引起了成礦流體的沸騰作用，CO2、H2S等揮發(fā)分逸失，成礦流體pH值升高，使富含成礦元素的絡合物穩(wěn)定性降低，導致金屬硫化物和金的大規(guī)模沉淀。

[1] 葉 榮, 趙倫山, 沈鏞立, 王振海, 諸惠燕. 義興寨金礦成礦作用地質地球化學動力學研究[J]. 現(xiàn)代地質, 1997, 11(1): 58?65. YE Rong, ZHAO Lun-shan, SHEN Yong-li, WANG Zhen-hai, ZHU Hui-yan. Study on geological-geochemical dynamics of ore-formation of Yixingzhai gold deposit[J]. Geosciences, 1997, 11(1): 58?65.

[2] 葉 榮, 涂光熾, 趙倫山, 沈鏞立, 羅 麗. 山西義興寨金礦床金礦物顆粒的產(chǎn)出及其成礦動力學意義[J]. 礦床地質, 2002, 21(3): 278?282.YE Rong, TU Guang-zhi, ZHAO Lun-shan, SHEN Yong-li, LUO Li. Modes of occurrence of Au-mineral particles in Yixingzhai Gold Deposit and their metallogenic dynamic significance[J]. Mineral Deposits, 2002, 21(3): 278?282.

[3] 李雙保, 李俊建. 山西恒山義興寨脈金礦田成礦地球化學特征[J]. 前寒武紀研究進展, 1997, 20(2): 1?20. LI Shuang-bao, Li Jun-jian. Characteristic of metallogenic geochemistry of Yixingzhai gold mine field, Hengshan Mt., Shanxi Province[J]. Progress in Precambrian Research, 1997, 20(2): 1?20.

[4] 葉 榮, 趙倫山, 沈鏞立. 山西義興寨金礦床地球化學研究[J].現(xiàn)代地質, 1999, 13(4): 415?418. YE Rong, ZHAO Lun-shan, SHEN Yong-li. Geochemistry features of Yixingzhai gold deposit in Shanxi Province[J]. Geoscience, 1999, 13(4): 415?418.

[5] 趙曉霞, 劉忠法, 張普斌, 劉清泉, 張 宇, 張建國. 山西辛莊金礦床地質地球化學特征及成因分析[J]. 中南大學學報(自然科學版), 2012,43(11): 4374?4380. ZHAO Xiao-xia, LIU Zhong-fa, ZHANG Pu-bin, LIU Qing-quan, ZHANG Yu, ZHANG Jian-guo. Geological and geochemical characteristics and cause analysis of Xinzhuang gold deposit, Shanxi Province[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2012, 43(11): 4374?4380.

[6] 楊紅英, 王建國, 周 軍. 山西義興寨金礦流體包裹體的特征及意義[J]. 貴金屬地質, 1995, 4(3): 177?183. YANG Hong-ying, WANG Jian-guo, ZHOU Jun. characteristics and significance of fluid inclusion of Yixingzhai, Shanxi[J]. Geological Precious Metals, 1995, 4(3): 177?183.

[7] 路英川, 葛良勝, 申 維, 王治華, 郭曉東, 王 梁, 周傳芳. 山西省義興寨金礦流體包裹體特征及其地質意義[J]. 礦床地質, 2012, 31(1): 83?93. LU Ying-chuan, GE Liang-sheng, SHEN Wei, WANG Zhi-hua, GUO Xiao-dong, WANG Liang, ZHOU Chuan-fang. Feature of fluid inclusion and its significance in Yixingzhai gold deposits, Shanxi Province[J]. Journal of Precious Metallic Geology, 1995, 4(3): 176?183.

[8] 景淑慧. 山西省繁峙縣義興寨金礦床成礦地質條件及成礦規(guī)律的研究[M]. 太原: 山西省地質礦產(chǎn)局, 1985: 1?15. JING Shu-hui. Study of metallogenic geological conditions and metallogenic regularity of Yixingzhai gold ore deposit in Fanshi County, Shanxi Province[M]. Taiyuan: Shanxi Provincial Bureau of Geology and mineral resources, 1985: 1?15.

[9] 景淑慧. 山西省繁峙縣義興寨金礦成礦條件及成礦物質來源討論[C]// 中國地質科學院沈陽地質礦產(chǎn)研究所文集, 1986, 13: 126?134. JING Shu-hui. On minerogenetic conditions and ore source of Yixingzhai gold ore deposit in Fansi County, Shanxi Province[C]// Chinese Academy of Geological Sciences, Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources, 1986, 13: 126?134.

[10] 景淑慧. 繁峙義興寨金礦的成礦條件[J]. 山西地質, 1992, 7(1): 51?64. JING Shu-hui. The mineralization conditions of Fanshi Yixingzhai gold deposit[J]. Shanxi Geology, 1992, 7(1): 51?64.

[11] 姜紹飛, 杜振國, 劉之洋. 義興寨金礦黃鐵礦的標型特征及成因意義[J]. 礦產(chǎn)與地質, 1995, 3(9): 203?207. JIANG Shao-fei, DU Zhen-guo, LIU Zhi-yang. The typomorphic characteristic and causes significance of pyrite on Yixingzhai gold deposit[J]. Mineral Products and Geology, 1995, 3(9): 203?207.

[12] 羅軍燕. 山西省繁峙縣義興寨金礦床成因礦物學研究與成礦預測[D]. 北京: 中國地質大學(北京), 2009: 1?138. LUO Jun-yan. Genetic mineralogy and ore prediction of Yixingzhai gold deposit, Fanshi County, Shanxi Province[D]. Beijing: China University of Geosciences (Beijing), 2009: 1?138.

[13] 李成祿, 李勝榮, 羅軍燕, 張聚全, 宋繼葉. 山西繁峙義興寨金礦床金礦物特征研究[J]. 中國地質, 2011, 38(1): 119?128. LI Cheng-lu, LI Sheng-rong, LUO Jun-yan, ZHANG Ju-quan, SONG Ji-ye. Characteristics of gold-bearing minerals in the Yixingzhai gold deposit, Fanshi County, Shanxi Province[J]. Geology in China, 2011, 38(1): 119?128.

[14] 李成祿, 李勝榮, 曲 暉, 羅軍燕, 張聚全, 宋繼葉. 山西繁峙義興寨金礦黃鐵礦成因礦物學特征及穩(wěn)定同位素研究[J]. 礦物巖石, 2013, 33(1): 1?7. LI Cheng-lu, LI Sheng-rong, QU Hui, LUO Jun-yan, ZHANG Ju-quan, SONG Ji-ye. Pyrite typomorphic characteristics and stable isotope studies of Yixingzhai gold deposit in Fanshi Countym Shanxi Province, China[J]. J Mineral Petrol, 2013, 33(1): 1?7.

[15] 王啟旺, 孫立新, 周安朝, 張愛絨. 義興寨金礦床黃鐵礦礦物學特征及其含金性研究[J]. 太原理工大學學報, 2013, 44(1): 47?50. WANG Qi-wang, SUN Li-xin, ZHOU An-chao, ZHANG Ai-rong. Research on the mineralogical characteristics and gold-bearing propertical of the pyrite in Yixingzhai gold oredeposit[J]. Journal of Taiyuan University of Technology, 2013, 44(1): 47?50.

[16] 鄭 鏑, 何志軍, 劉悟輝, 劉忠法, 劉清泉, 鄭明泓, 徐 桃. 義興寨金礦床地質特征及成礦控制因素分析[J]. 中南大學學報(自然科學版), 2009, 40(3): 833?838. ZHENG Di, HE Zhi-jun, LIU Wu-hui, LIU Zhong-fa, LIU Qing-quan, ZHENG Ming-hong, XU Tao. Analysis on geological characteristics and ore-controlling factors of Yixingzhai gold ore deposit[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2009, 40(3): 833?838.

[17] 賈永山, 戈全厚. 山西省義興寨金礦床地質特征及成因探討[J]. 黃金, 1994, 15(10): 12?16. JIA Yong-shan, GE Quan-hou. Geologic feature and genesis approach of Yixingzhai gold deposit of Shanxi Province[J]. Gold, 1994, 15(10): 12?16.

[18] 劉清泉. 山西辛莊金礦床地質特征、礦床成因及找礦預測研究[D]. 長沙: 中南大學, 2011: 1?98. Liu Qing-quan. Research on geological features, genesis and prognosis of the Xinzhuang gold deposit in Shanxi Province[D]. Changsha: Central South University, 2011: 1?98.

[19] 趙曉霞, 劉忠法, 戴塔根, 劉清泉, 張 宇. 山西辛莊金礦床成礦模式分析[J]. 中南大學學報(自然科學版), 2013, 44(5): 1948?1954. ZHAO Xiao-xia, LIU Zhong-fa, DAI Ta-gen, LIU Qing-quan, ZHANG Yu. Metallogenic model of Xinzhuan gold deposit, Shanxi province[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2013, 44(5): 1948?1954.

[20] 邵擁軍, 李永峰, 張貽舟, 胡榮國. 山西省義興寨金礦床定位規(guī)律及找礦方向[J]. 礦床地質, 2006, 25(Sup): 479?482. SHAO Yong-jun, LI Yong-feng, ZHANG Yiz-hou, HU Rong-guo. The locating regularity and prospecting target for Yixingzhai gold deposit, Shanxi Province[J]. Mineral Deposits, 2006, 25(sup): 479?482.

[21] 李成祿. 山西省繁峙縣義興寨石英脈型金礦成因礦物學研究與深部預測[D]. 北京: 中國地質大學(北京), 2009: 1?91. LI Cheng-lu. Genetic mineralogy and depth prospecting prediction of Yixingzhai quartz vein type gold deposit in Fanshi County, Shanxi Province[D]. Beijing: China University of Geosciences (Beijing), 2009: 1?91.

[22] 陳 平, 陳俊明. 山西主要成礦區(qū)帶成礦系列及成礦模式[M]. 山西科學出版社, 1996: 143?148. CHEN Ping, CHEN Jun-ming. Metallogenic model of the main metallogenic belt in Shanxi[M]. Shanxi Science and Technology Publishing House, 1996: 143?148.

[23] COLLINS W J, BEAMS S D, WHITE A J R, CHAPPELL B W. Nature and origin of a type granites with particular reference to Southeastern Australia[J]. Contribution to Mineralogy and Petrology, 1982, 80(2): 189?200.

[24] 沈保豐, 駱 輝. 華北陸臺太古宙綠巖帶金礦的成礦特征[J]. 華北地質礦產(chǎn)雜志, 1994, 9(1): 87?96. SHEN Bao-feng, LUO Hui. The metallogenetic characteristics of gold deposits of the Archean greenstone belts in North China platform[J]. Jour Geol and Min Res North China, 1994, 9(1): 87?96.

[25] 鄭永飛, 陳江峰. 穩(wěn)定同位素地球化學[M]. 北京: 科學出版社, 2000: 1?316. ZHENG Yong-fei, CHEN Jiang-feng. Stable isotope geochemistry[M]. Beijing: Science Press, 2000: 1?316.

[26] 胡榮國. 青海省果洛龍洼金礦地質地球化學特征及礦床成因研究[D]. 長沙: 中南大學, 2008: 1?85. HU Rong-guo. Research on geological-geochemical characteristics and genesis of the Guoluolongwa gold deposit in Qinghai Province[D]. Changsha: Central South University, 2011: 1?98.

[27] 路遠發(fā). GeoKit: 一個用于VBA 構建的地球化學工具軟件包[J]. 地球化學, 2004, 33(5): 459?464. LU Yuanfa. GeoKit: A geochemical toolkit for Microsoft Excel[J]. Geochemica, 2004, 33(5): 459?464.

[28] 彭建堂, 胡瑞忠, 蘇文超. 揚子地塊南緣銻礦床中礦石鉛的組成及其地質意義[J]. 地質地球化學, 2000, 28(4): 43?47. PENG Jian-tang, HU Rui-zhong, SU Wen-chao. Lead isotopic composition of ores in the Antimony deposits at the southern margin of the Yangtze massif and its geological implications [J]. Geology-Geochemistry, 2000, 28(4): 43?47.

[29] 朱炳泉, 李獻華, 戴橦謨. 地球科學中同位素體系理論與應用—兼論中國大陸殼幔演化[M]. 北京: 科學出版社, 1998: 1?330. ZHU Bing-quan, LI Xian-hua, DAI Tong-mo. System theory application of isotopes in the earth sciences: On the Chinese mainland crust-mantle evolution[M]. Beijing: Science Press, 1998: 1?330.

[30] 黎 彤. 化學元素的地球豐度[J]. 地球化學, 1976(3): 167?174. LI Tong. Chemical element abundances in the earth and its major shells[J]. Geochemica, 1976(3): 167?174.

[31] CLAYTON R N, O’NEIL J R, MAYEDA T K. Oxygen isotope exchange between quartz and water[J]. Journal of Geophysical Research, 1972, 77: 3057?3067.

[32] SHEPPARD S M F. Characterization and isotopic variations in natural waters[J]. Rev in Mineral, 1986: 165?183.

[33] 盧煥章, 李秉倫. 包裹體地球化學[M]. 北京: 地質出版社, 1990: 12?46. LU Huan-zhang, LI Bing-lun. The inclusion geochemistry[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1990: 12?46.

[34] WHITE D E. Diver se origins of hydrothermal ore fluids[J]. Economic Geology, 1974, 69: 954?973.

[35] 林文通. 熱液的溫度、壓力和化學組份對礦床成礦作用的影響[C]// 金銀礦產(chǎn)選集. 長春: 冶金工業(yè)部長春黃金研究所, 1996, 16: 18?34. LIN Wen-tong. The effect of temperature, pressure and chemical composition of the hydrothermal solution on the mineralization of the deposit[C]// Gold and Silver Mineral Anthology. Changchun: Changchun Gold Research Institute of Ministry of metallurgical industry, 1996, 16: 18?34.

[36] 肖建新, 顧連興, 倪 培. 安徽銅陵獅子山銅?金礦床流體多次沸騰及其與成礦的關系[J]. 中國科學(D輯), 2002, 32(3): 199?206. XIAO Jian-xin, GU Lian-xing, NI Pei. Multi-episode fluid boiling in the Shizishan copper-gold deposit at Tongling, Anhui Province: Its bearing on ore-formation[J]. Science in China (Series D), 2002, 32(3): 199?206.

[37] TAYLOR H P. The application of oxygen and hydrogen isotope studies to problems of hydrothermal alteration and ore deposit[J]. Econ Geol, 1974, 69: 843?883.

[38] ONUMA N, CLAYTON R N, MAYEDA T K. Oxygen isotope cosmothermometer[J]. Geochim Cosmochim Acta, 1972, 36: 169?188.

[39] SHEPPARD S M F. The Cornubian Batholith, SW England: D/H and 18O/16O studies of kaolinite and other alteration minerals[J]. J Geol Soc Lond, 1977, 133: 573?591.

[40] GRAHAM C M, HARMON R S. Stable isotope evidence on the nature of crust-manlte interactions[C]// HAWKESWORTH C J, NORRY M J. Continental Basalts and Mantle Xenoliths. Nantwich: Shva, 1983: 20?45.

[41] PHILLIPS G N, EVANS K A. Role of CO2in the formation of gold deposits[J]. Nature, 2004, 429: 860?863.

[42] CHI G, LIU Y, DUBE B. Relationship between CO2-dominated fluids, hydrothermal alterations, and gold mineralization in the RedLake greenstone belt, Canada[J]. Applied Geochemistry, 2009, 24: 504?516.

[43] 盧煥章. CO2流體與金礦化: 流體包裹體的證據(jù)[J]. 地球化學, 2008, 37(4): 321?328. LU Huan-zhang. Role of CO2fluid in the formation of gold deposits: Fluid inclusion evidences[J]. Geochemica, 2008, 37(4):321?328.

[44] 劉學龍, 李文昌, 尹光侯. 云南格咱島弧斑巖?矽卡巖銅、鉬(金)礦床成礦系統(tǒng)[J]. 中國地質, 2012, 39(4): 1007?1022. LIU Xue-long, LI Wen-chang, YIN Guang-hou. The metallogenic system of porphyry-skarn type Cu, Mo(Au) polymetallic deposits in Geza island arc of Yunnan Province[J]. Geology in China, 2012, 39(4): 1007?1022.

Metallogenic mechanism of Yixingzhai gold ore field in Fanshi county, Shanxi province: Evidences from isotopes and fluid inclusion

PENG Nan-hai1, 2, SHAO Yong-jun1, 2, LIU Zhong-fa1, 2--, WANG Cheng1, 2

(1. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitor Ministry of Education, Central South University, Changsha 410083, China;2. School of Geoscience and InfoPhysics, Central South University, Changsha 410083, China)

Yixingzhai gold ore field is located in NW-trending Mesozoic tectonic magmatic belt of the northeast region in Shanxi province. Key ore control factors, ore-forming materials, ore-forming fluid source and its evolution were studied relied on Yixingzhai and Xizhuang gold deposits. Based on these, themetallogenic mechanism of this gold ore field was studied. The results show that structures in this area have multi-phase activities characteristics, the regional NW-trending tensional fractures are the ore-transmitting structure, the secondary NW-trending tensional fractures are the ore distribution structure and the NNW-trending compressive-tensional-shearing fractures are the ore hosting structure. Different forms and different levels of structures are the most important controlling factors of mineralization. Isotopic compositions of S, Pb, H, O and trace element geochemical characteristics show that the magmatic activity of Yanshanian is the first factor of mineralization, providing massive ore forming material and ore forming fluid. The characteristics of fluid inclusions and macroscopic geological features indicate that the ore-forming fluid occurred boiling in the major metallogenic stage, which caused the loss of CO2, H2S and so on, and the stability of the gold complex was destroyed, which resulted in the large-scale precipitation of Au. The boiling action of ore-forming fluid is the main mechanism of ore material precipitation.

Yixingzhai gold ore field; key ore control factor; ore-forming material; ore-forming fluid; evolution; metallogenic mechanism

(編輯 何學鋒)

Project supported by the Innovation-driven Plan in Central South University, China

2016-02-24; Accepted date:2016-06-20

LIU Zhong-fa; Tel: +86-13574886497; E-mail: liuzf61521@csu.edu.cn

1004-0609(2017)-02-0305-13

P611.1

A

中南大學創(chuàng)新驅動計劃項目

2016-02-24；

2016-06-20

劉忠法，講師，博士；電話：13574886497；E-mail: liuzf61521@csu.edu.cn