宗雯，康叢軒，楊獻忠，蔡逸濤

(1.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，南京 210018；2.中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016；3.河海大學地球科學與工程學院，南京 211100)

0 引言

錢臺子金礦床產(chǎn)于五河—鳳陽金成礦帶中。該成礦帶位于華北板塊東南緣，是我國重要的金成礦區(qū)帶之一。區(qū)內(nèi)金礦床(點)眾多，但規(guī)模以中-小型為主，如江山金礦床、大鞏山金礦床、榮渡金礦床及板橋金礦床等。石英脈型金礦是該區(qū)最為發(fā)育的一種金礦類型，主要分布在皖東五河—鳳陽地區(qū)、張八嶺地區(qū)、宿松地區(qū)、北淮陽地區(qū)。

眾多學者對該區(qū)金礦床進行了較多深入的研究工作。在區(qū)域地質(zhì)構造及成礦作用方面，部分研究認為，五河群應屬于華北克拉通的基底[1]，金礦均賦存于五河群西崮堆(巖)組中[2]，其含金性高及和金礦的密切關系被認為是本地區(qū)金礦的礦源層[3]。關于礦床類型、成礦作用及主要控制因素，不少研究者認為該區(qū)金礦類型主要為石英脈型和構造蝕變巖型，脆性到韌性剪切帶較發(fā)育，與金礦有較密切的關系[3]。礦體的產(chǎn)狀總體受近SN向韌(脆)性剪切帶控制[3-5]，郯廬斷裂及其次級斷裂、EW向褶皺和近SN向剪切帶復合部位與區(qū)內(nèi)金礦有密切聯(lián)系[3,5-7]，毛山、大鞏山、朱頂?shù)冉鸬V床都是處于這樣的構造結合部位。成礦熱流體與巖漿熱液有密切的關系，成礦溫度為中等偏高[8-9]。區(qū)內(nèi)金礦床成礦時代屬于燕山晚期[10]，從構造環(huán)境和成礦時間來看，與區(qū)域內(nèi)早白堊世期間(112 Ma—132 Ma)形成的中酸性巖體有著密切的關系[11-12]。研究區(qū)自中生代以來經(jīng)歷了揚子與華北板塊碰撞拼合以及西太平洋俯沖作用的雙重影響。該區(qū)域與膠東、小秦嶺等地區(qū)的造山型金礦床特征類似[13-15]。對五河—鳳陽地區(qū)金多金屬成礦物質(zhì)來源，前人認為不同礦區(qū)具有相似的鉛和硫來源，成礦流體以巖漿水和變質(zhì)水為主；在區(qū)域上，石英脈流體包裹體為純CO2包體，鹽度較低，成礦期溫度329～345 ℃，成礦深度5.37～6.44 km[16-17]。蔣少涌等[14]、陳衍景等[18-19]通過中國北方典型造山型金礦與區(qū)內(nèi)金礦床對比認為，區(qū)內(nèi)的金礦床形成主要與西太平洋俯沖帶構造活動及其引發(fā)的中國東部巖石圈減薄有關[10]。

錢臺子金礦床的成礦機制與區(qū)內(nèi)其它金礦床是否一致？筆者通過實際工作，從流體包裹體及氫氧同位素特征等方面探討錢臺子金礦床成因，以期能夠?qū)υ搮^(qū)域金礦床成礦物質(zhì)、成礦流體來源研究，以及皖東地區(qū)金礦找礦方向提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

五河—鳳陽地區(qū)位于淮河中下游，大地構造位于華北板塊東南緣(圖1a)。區(qū)內(nèi)金礦主要賦礦地層為新太古代變質(zhì)結晶基底五河巖群。變質(zhì)基底具有較高的含金豐度，其中西堌堆巖組、峰山李巖組、小張莊巖組是金礦賦存的主要層位。區(qū)內(nèi)NNE向、近SN向、NWW向和NE向斷裂組發(fā)育，是控巖、控礦斷裂構造，石英脈型金礦主要受張扭性斷裂控制。區(qū)內(nèi)巖漿活動以燕山晚期中酸性-堿性小巖體為主，呈EW向帶狀侵入于五河巖群中。古元古代侵入體主要為莊子里和磨盤山鉀長花崗巖。燕山期侵入巖發(fā)育，燕山早期侵入巖包括荊山—涂山巖體，形成時代為160 Ma—165 Ma[20-22]；燕山晚期侵入巖有東蘆山、西蘆山、燕山、錐子山及曹山等巖體，形成時代為114 Ma—121 Ma[11-12,23]。燕山期巖漿期后熱液、巖漿期后同源花崗巖與石英脈型金礦密切相關。

圖1 錢臺子金礦床區(qū)域地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻[10]，修編)Fig.1 Regional geological sketch of Qiantaizi Au depost1.豐樂鎮(zhèn)組；2.戚咀組；3.新莊組四段；4.新莊組三段；5.新莊組二段；6.新莊組一段；7.五河群；8.石英二長斑巖；9.花崗閃長斑巖；10.石英正長斑巖；11.閃長斑巖；12.花崗斑巖；13.石英脈；14.金礦點；15.斷裂破碎帶；16.推測/隱伏斷層；17.正斷層；18.研究區(qū)位置

2 礦床地質(zhì)特征

錢臺子金礦位于五河—鳳陽金礦成礦帶的北端，第四系和新近系發(fā)育(圖1b)，賦礦巖性段為五河群西崮堆組，分為下部黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、淺粒巖等；上部黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖、角閃巖夾淺粒巖等，部分巖石混合巖化較強烈。該區(qū)斷裂具有多期活動特征，第一期斷裂以NNE向和近SN向為主，具逆沖性質(zhì)；第二期斷裂是第一期斷裂活動的延續(xù)，主要表現(xiàn)為脆性斷裂，其構造產(chǎn)物主要是碎裂巖，伴隨著含金富多金屬硫化物的熱水溶液活動；第三期斷裂以NE向、NNE向為主，產(chǎn)物為未膠結或膠結不牢的碎裂巖，局部煌斑巖充填，為成礦后斷裂。研究區(qū)發(fā)育少量基性—超基性和中酸性脈體，未發(fā)現(xiàn)大巖體產(chǎn)出，主要圍巖蝕變類型有：碳酸鹽化、硅化、絹英巖化及黃鐵礦化，早期黃鐵礦化有金富集構成金礦體，晚期金礦化很弱。

錢臺子金礦床由I號及Ⅱ號2個礦化帶組成，每個礦化帶都由1條規(guī)模較大的主干含礦脆-韌性斷裂以及1～2條近平行的次級含礦脆-韌性斷裂組成。其中，Ⅰ-1礦體規(guī)模最大，Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅱ-1等3個礦體為主礦體。礦體主要分布在韌性斷裂帶內(nèi)，礦體形態(tài)、產(chǎn)狀也受其控制。韌性斷裂帶與郯廬斷裂近乎平行，說明與郯廬斷裂基本上屬于同期構造，后者為成礦提供了物質(zhì)通道。礦石類型為石英脈型，礦石礦物為黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦、自然金等。礦石結構主要為他形晶粒狀結構，構造主要有致密塊狀、浸染狀等構造(圖2)。金屬礦物主要有自然金、銀金礦、方鉛礦等，次要礦物有黃銅礦、磁鐵礦等。主要脈石礦物為石英、云母、長石等。金在礦石中主要以自然金、銀金礦形式出現(xiàn)。通過金屬礦物形貌、礦物組合和彼此間穿插關系，按其形態(tài)、粒度、生成的早晚和伴生礦物的不同，可將錢臺子金礦床的成礦作用可劃分為黃鐵礦-石英階段(Ⅰ)、石英-黃鐵礦階段(Ⅱ)、石英-多金屬硫化物階段(Ⅲ)及石英-碳酸鹽階段(Ⅳ)等4個階段[10](圖3)。

圖2 錢臺子金礦床典型礦石顯微特征Fig.2 Microscopic feature of typical ore from Qiantaizi Au depositPy.黃鐵礦；Ccp.黃銅礦；Sph.閃鋅礦；Mt.磁鐵礦；Gn.方鉛礦

圖3 錢臺子金礦床成礦階段及主要礦物生成順序Fig.3 Metallogenic stages and para-genesis of major minerals in Qiantaizi Au deposit

3 樣品采集與測試方法

包裹體作為礦物最重要的標型之一，可作為譯解成礦作用、特別是內(nèi)生成礦作用的密碼[24]，同時作為判斷成礦物質(zhì)來源、分析成礦機制、確定礦床成因的重要手段。而氫氧同位素的分析對于成礦流體來源及礦床成因探討有重要的指示作用。

本次分析樣品為采集于錢臺子金礦床不同成礦階段的石英，主要分為成礦早期、中期(主成礦期)和晚期3個階段。

石英中單個包裹體顯微測溫工作在合肥工業(yè)大學資源與環(huán)境工程學院包裹體實驗室完成，測試儀器為LinkamTHMSG600型顯微冷熱臺及透反射偏光顯微鏡。石英中單個包裹體激光拉曼成分分析工作由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院測試中心完成，測試儀器為HR800型高分辨率激光拉曼光譜儀。石英中氫氧同位素組成測試工作由核工業(yè)北京地質(zhì)研究所測試中心完成，所用儀器為MAT253質(zhì)譜計，國際標準為SMOW；氫同位素分析采用鋅還原法測定，測試精度為±0.2×1010-3；氧同位素分析則采用傳統(tǒng)的BrF5分析方法[25]，測試精度±2×10-3。

4 測試結果分析

4.1 包裹體巖相學

錢臺子金礦床石英中流體包裹體主要有：純CO2包裹體，含液相H2O、液相CO2和氣相CO2包裹體，不含液相CO2的水溶液-氣體包裹體3類(圖4)。

純CO2包裹體。主要為長條狀或不規(guī)則狀，晚期階段多見，大小為1～15 μm。根據(jù)室溫下和顯微測溫時其內(nèi)部CO2相形態(tài)變化，可見有室溫下為純氣相及具有氣-液兩相2種類型。氣液兩相類型中氣相CO2充填度達10%～20%，在升溫過程中均一到液相CO2，另一種在室溫下具有氣-液兩相，氣相CO2充填度多為50%以上，在升溫過程中均一到氣相CO2(圖4d)。

含液相H2O、液相CO2和氣相CO2包裹體。主成礦期較集中，多為橢圓及不規(guī)則形，大小為1～15 μm。室溫下具有液相H2O、液相CO2和氣相CO2等3相，CO2充填度多為20%～40%，其中氣相CO2充填度為10%～20%，多為渾圓形，加熱過程中CO2部分均一到液相，最終均一到水溶液相；另外部分3相類型，CO2充填度較高，多為長條形和不規(guī)則狀，在加熱過程中CO2部分均一到液相，最終均一到液相CO2(圖4a—圖4c)。

不含液相CO2的水溶液-氣體包裹體。多為橢圓形和不規(guī)則狀，常見于早期階段和晚期階段，大小為1～30 μm，氣相充填度5%～30%。在加熱過程中氣相CO2最終消失，均一為液相H2O(圖4a, 圖4d)。

圖4 錢臺子金礦床各成礦階段石英脈流體包裹體顯微照片F(xiàn)ig.4 Micrograph of fluid inclusions of quartz formed in different Metallogenic stages in Qiantaizi Au deposita.成礦早期石英；b—c.成礦中期(主成礦期)石英；d.成礦晚期石英

4.2 顯微測溫

本次顯微測溫研究所測的包裹體以第二類3相包裹體為主，根據(jù)CO2籠形物分解溫度獲取其鹽度。測試結果(表1)顯示，成礦早期CO2部分均一溫度為-58.7～-56.9 ℃，基本為純CO2，可能含少量雜質(zhì)氣體；完全均一溫度307～385 ℃，平均為346 ℃；冰點溫度為-7.9～-3.7 ℃，得到的水溶液鹽度為6.01%～11.58%。成礦中期CO2部分均一溫度為-58.9～-56.8 ℃，均一溫度介于320～376 ℃之間，平均為345 ℃，與成礦早期接近；冰點溫度為-8.2～-2.9 ℃，得到的水溶液鹽度為4.80%～10.49%，平均值較成礦早期低。成礦后期CO2部分均一溫度-58.6～-56.8 ℃，完全均一溫度286～322 ℃，平均309 ℃；冰點溫度為-9.1～-3.1 ℃，得到的水溶液鹽度7.32%～12.56%?？傮w來看，成礦晚期均一溫度相對較低，成礦中期鹽度相對較低，包裹體的鹽度隨其CO2含量升高而降低。

表1 錢臺子金礦床石英脈中原生流體包裹體顯微測溫結果Table 1 Microscopic temperature measurements of primary fluid inclusion within quartz of each metallogenic stage in Qiantaizi Au deposit

根據(jù)第二類包裹體的溫度和鹽度，利用NaCl—H2O體系均一溫度、鹽度、密度關系近似求得流體的密度(圖5)。錢臺子金礦床各成礦期流體密度集中于0.63～0.84 g/cm3，成礦晚期流體密度相對較高為0.79～0.84 g/cm3。

圖5 錢臺子金礦流體包裹體Th-S-d圖解(據(jù)文獻[27])Fig.5 Th-S-d diagram of fluid inclusions from Qiantaizi Au deposit

結合第二類包裹體的密度，利用H2O—CO2—NaCl體系P-X相圖，獲得其均一壓力為163～178 MPa，相當于5.89～6.32 km。由于該類型流體包裹體出現(xiàn)不混溶包裹體組合，表明該流體實際捕獲溫度和壓力不會高于不混溶包裹體的均一溫度及其計算得到的捕獲深度[26]，所以估算錢臺子金礦的成礦深度應該<6 km。

4.3 激光拉曼光譜

圖6 錢臺子金礦床流體包裹體激光拉曼光譜圖Fig.6 Laser Raman spectral diagram of fluid inclusions from Qiantaizi Au deposita.成礦早期CO2—H2O兩相包裹體；b.成礦中期H2O—CO2三相包裹體；c.成礦晚期純CO2氣體包裹體

4.4 穩(wěn)定同位素

本次錢臺子金礦床氫氧同位素由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院測試中心完成，共測試4件樣品，其中成礦早期樣品1件，成礦中期(主成礦期)樣品2件，成礦后期樣品1件。依據(jù)石英礦物中流體包裹體均一溫度和石英水的氧同位素分餾方程，計算得到流體的δ18O水值。均一溫度取自流體包裹體顯微測溫結果的均值。200～500 ℃條件下石英-水的氧同位素平衡公式1000lnα石英-水=3.38×106/T2-3.40[25]。δ18O分別以V-PDB和SMOW為標準，計算δ18O時，采用公式δ18OSMOW=1.03091×δ18OV-PDB+30.91[28]。分析精度δ18O大于0.10×10-3。

由分析結果(表2)不難看出，不同階段石英氫氧同位素組成存在一定差異，但變化不大。成礦早期，δ18O水=9.2×10-3，δDV-SMOW=-56.3×10-3，δ18OV-SMOW=14.7×10-3；成礦中期δ18O水=7.7×10-3～9.7×10-3，δDV-SMOW=-60.7×10-3～-78.6×10-3，δ18OV-SMOW=13.2×10-3～15.2×10-3；成礦晚期δ18O水=8.1×10-3，δDV-SMOW=-72.7×10-3，δ18OV-SMOW=12.9×10-3。結合部分前人研究成果(表2)，認為該礦床總體δ18O水變化于2.1×10-3～9.7×10-3之間，平均值為7.6×10-3；δDV-SMOW變化于-56.3×10-3～-90.0×10-3之間，平均值為-69.8×10-3；δ18OV-SMOW變化于9.0×10-3～15.2×10-3之間，平均值13.5×10-3。

表2 錢臺子金礦床石英氫氧同位素分析結果Table 2 H-O isotopic analysis of ore from Qiantaizi Au deposit

5 討論

5.1 成礦流體及成礦物質(zhì)來源

氫氧同位素常被用來示蹤熱液礦床的成礦流體源區(qū)[31-32]，熱液脈型礦床的成礦過程實質(zhì)上就是流體作用的過程[33-34]。錢臺子金礦床δ18O水平均為7.55×10-3，δD平均為-69.78×10-3。從成礦流體的氫氧同位素組成圖(圖7)可以看出，投影點位于變質(zhì)水和巖漿水范圍，表明成礦流體的同位素組成類似于巖漿水和變質(zhì)水。而成礦階段若為巖漿水，錢臺子金礦床的成礦早期溫度顯然較低，成礦早期低鹽度和富CO2包裹體的性質(zhì)也暗示成礦早期的成礦流體來源于變質(zhì)水；從成礦早期到成礦晚期逐漸有巖漿水的加入，成礦晚期以巖漿水為主。一個石英樣品δD值為-90×10-3，接近大氣降水線，顯示有大氣降水特征，表明成礦流體可能有大氣降水的加入。

圖7 錢臺子金礦床成礦流體H-O同位素組成圖(底圖據(jù)文獻[36])Fig.7 Plot showing H-O isotopic composition of fluid inclusion of Qiantaizi Au deposit

筆者前期對錢臺子金礦床礦石中硫化物S-Pb同位素的研究顯示，錢臺子金礦床硫化物δ34S=1.3×10-3～6.8×10-3，平均值為4.4×10-3，正向偏離隕石硫；礦床中硫同位素變化較大，為地殼硫，顯示多源的特征。鉛同位素貧鈾鉛，μ值為9.22～10.10，平均值為9.41，低于標準值，介于地幔(8.92)和造山帶(10.87)之間[35]，說明礦石鉛來源于深部地殼或者上地幔，成礦作用與巖漿活動有關。綜上，錢臺子金礦床成礦物質(zhì)可能來源于下地殼和地幔。

5.2 礦床成因類型

造山型金礦是指形成于匯聚板塊邊緣擠壓或壓扭的構造環(huán)境中的一類金礦床。含金礦脈主要產(chǎn)于變質(zhì)地體中、受構造控制；礦物組成主要為石英，可含少量的其它礦物，如各種硫化物、鐵白云石、方解石、綠泥石、云母等；成礦元素組合主要為Au+Ag+As+Sb+Te+W+Bi+Pb+Zn；成礦流體具有富CO2、低鹽度的特點，通常鹽度<10%，CO2+CH4含量為5%～30%，δ18O水=8.32×10-3～8.70×10-3，溫度主要介于250～350 ℃之間，其實質(zhì)是變質(zhì)熱液礦床[18-19,37-41]。

錢臺子金礦床處于華北板塊東南緣，賦礦巖性段為五河群變質(zhì)巖地層，含金石英脈受韌性剪切帶控制，構造控礦特征明顯。成礦流體富CO2，鹽度介于4.80%～12.56%之間，平均8.29%，δ18O水介于2.12×10-3～9.70×10-3之間，主成礦溫度345.5℃。各成礦期流體密度集中于0.63～0.84 g/cm3之間，均一壓力為163 MPa—178 MPa，成礦深度<6 km，成礦流體屬于中高溫低鹽度、低密度的CO2-H2O-NaCl變質(zhì)流體。該金礦床與各類型金礦床的地質(zhì)和成礦流體特征對比結果，如表3所述。

表3 錢臺子金礦床與各類型金礦床的地質(zhì)特征和成礦流體特征對比Table 3 Comparison of geological and ore fluid feature of Qiantaizi Au deposit with that of various Au deposit types

自三疊紀末期揚子陸塊與華北陸塊碰撞、拼接以來，五河—鳳陽地區(qū)發(fā)生了強烈的構造變形和變質(zhì)作用，古元古代時期五河群的改造脫水和變質(zhì)脫水為成礦提供了流體，同期產(chǎn)生了系列的巖漿作用[11-12,43-44]，郯廬深大斷裂及其次級斷裂為成礦流體提供了運移通道及金元素在圍巖地層中的富集遷移空間，后期隨著造山后的伸展，構造環(huán)境的改變，幔源巖漿活動加入到成礦過程中，此時成礦作用達到了峰期。早白堊世期間(112 Ma—132 Ma)，華北克拉通在弧后拉張背景下發(fā)生峰期破壞，華北地塊乃至中國東部均表現(xiàn)出一種強烈的伸展環(huán)境[45]，此時中生代巖石圈減薄達到了峰期[45]。前人對錢臺子金礦床內(nèi)5個礦石樣品中的絹云母利用銣-鍶法進行了同位素測年，結果為109.03 Ma，顯示主成礦期為燕山晚期[10]，而此時華北克拉通正經(jīng)歷著巖石圈持續(xù)減薄，區(qū)域殼幔作用強烈。早白堊世晚期巖體與錢臺子金礦床的主成礦期時間上的一致性暗示著二者有著密切的關系[12]，巖體巖漿源區(qū)為古老的下地殼物質(zhì)，強烈的殼幔作用會有幔源物質(zhì)底侵，金元素豐度較高的變質(zhì)基底地層(五河群)部分熔融和幔源物質(zhì)的加入，為金礦床的形成奠定了充實的物質(zhì)基礎。

綜合錢臺子金礦床的成礦背景、構造環(huán)境、成礦時代等特征及其與中國北方典型的造山型金礦[14,18-19]對比結果(表3)認為，錢臺子金礦床形成于揚子克拉通沿NW方向俯沖于華北克拉通之下造山期后的持續(xù)伸展背景下，由于拆沉作用和殼幔相互作用，導致大規(guī)模巖漿活動而形成。

6 結論

(1)錢臺子金礦床礦石中流體包裹體主要有純CO2型、CO2-H2O型和H2O-CO2-NaCl型3種。主成礦階段石英主要發(fā)育H2O-CO2-NaCl型包裹體，成礦深度<6 km。

(2)錢臺子金礦床成礦流體屬于中高溫低鹽度、低密度的CO2-H2O-NaCl變質(zhì)流體，后期有巖漿水的加入，成礦物質(zhì)來自于五河群變質(zhì)基底。

(3)通過錢臺子金礦床流體特征、成礦地質(zhì)背景和成礦機制，推斷其為造山期后的持續(xù)伸展背景下，拆沉作用和殼幔相互作用，導致大規(guī)模巖漿活動而形成。