王 碩，李志謙，劉云華，田育功，劉占晉

(長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院)

赤衛(wèi)溝金礦床位于中國(guó)東北吉黑成礦帶。該礦床自20世紀(jì)60年代被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，不同生產(chǎn)單位和科研院所根據(jù)各自研究方向?qū)ζ溥M(jìn)行過(guò)大量研究，重點(diǎn)集中在基礎(chǔ)地質(zhì)及成礦流體方面，并根據(jù)流體包裹體研究成果及蝕變礦物組合，將其判定為與火山巖有關(guān)的低硫化型淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V床[1-9]。但是，值得注意的是，赤衛(wèi)溝金礦床主體由受同一構(gòu)造體系控制的3條含礦方解石脈組成；礦體中金屬硫化物(<1 %)含量少，且其與金品位無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系；已有研究成果均未能解釋如此大規(guī)模以方解石為代表的流體來(lái)源；同時(shí)，該礦床特征與同區(qū)其他金礦床特征區(qū)別較大。因此，赤衛(wèi)溝金礦床物質(zhì)來(lái)源及成礦機(jī)制仍存有疑問(wèn)，本人之前提出的巖漿碳酸巖成因也還需進(jìn)一步推敲[10]，而含金方解石脈的物質(zhì)來(lái)源及屬性就成了探討該礦床成礦作用的關(guān)鍵。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

天山—興蒙造山系東段的吉黑東部成礦帶位于長(zhǎng)春—延吉拼合帶以北、小興安嶺及其以東地區(qū)(見(jiàn)圖1-A)，濱太平洋構(gòu)造域的東北亞地區(qū)陸緣造山系南部，是中國(guó)近年來(lái)新確定的成礦潛力區(qū)帶。顯生宙以來(lái)，吉黑東部成礦帶經(jīng)歷了古亞洲洋構(gòu)造域與濱太平洋構(gòu)造域的疊加與轉(zhuǎn)換，為兩大構(gòu)造體系共同作用的復(fù)合區(qū)域。進(jìn)入中生代，古亞洲洋閉合，古太平洋板塊向西側(cè)歐亞大陸板塊俯沖，使得該區(qū)域成為環(huán)太平洋成礦域的重要組成部分。中生代晚期，區(qū)域內(nèi)發(fā)生大規(guī)模巖石圈伸展減薄事件[10-11]，并伴隨了大量的金成礦事件[1,10,12-14]，具有良好的找礦潛力。

圖1 赤衛(wèi)溝金礦床大地構(gòu)造位置圖(A)及礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(B)

區(qū)域出露地層有早古生界五道溝群變質(zhì)巖系，晚古生代淺變質(zhì)海相、海陸交互沉積巖夾少量碎屑巖，中生界主要分布有三疊系大興溝群陸相火山噴發(fā)巖和晚侏羅世—早白堊世陸相火山巖。區(qū)域內(nèi)斷裂發(fā)育，多呈帶狀展布，可分為北西向、東西向、南北向、北東向和北東東向5組。其中，北東向、北東東向斷裂為主體斷裂。區(qū)域內(nèi)侵入巖主要有2期：海西晚期花崗巖，巖性為正長(zhǎng)系列的中酸性巖類，呈巖基產(chǎn)出；燕山早期花崗巖，巖性變化較大，白崗質(zhì)花崗巖、鉀質(zhì)花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖等[15-16]以巖株和巖基產(chǎn)出。另有少量花崗閃長(zhǎng)斑巖脈、花崗斑巖脈、閃長(zhǎng)玢巖脈分布。

2 礦床地質(zhì)特征

赤衛(wèi)溝金礦床為一中型金礦床，礦區(qū)零星出露二疊系柯島組淺變質(zhì)海相、海陸交互相沉積巖，夾少量淺變質(zhì)碎屑巖，白堊系火山巖(見(jiàn)圖1-B)以角度不整合覆蓋其上，為一套中性—中酸性火山碎屑巖及其熔巖類，巖性主要為安山質(zhì)集塊角礫巖、安山質(zhì)熔巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、安山巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r和流紋巖。礦區(qū)侵入巖不發(fā)育，主要為與火山噴發(fā)作用同一時(shí)期的超淺成巖脈及小巖株[2,9]，巖石類型主要為次安山巖、次安山玄武巖、次粗面安山巖和閃長(zhǎng)玢巖等。礦區(qū)構(gòu)造以3條控礦的北北東向壓剪性斷裂為主，受區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)影響，成礦后期斷裂沿北北東向、北東向、北西向發(fā)育，將礦脈、巖脈破碎、錯(cuò)斷，顯示出多期次、繼承性活動(dòng)特點(diǎn)。

礦區(qū)內(nèi)礦體嚴(yán)格受斷裂中的方解石脈控制，自西向東分別為Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)和Ⅲ號(hào)方解石脈(也可稱之為礦脈)。礦體位于礦脈上部，二者產(chǎn)狀一致。礦體多富集于礦脈分支復(fù)合、轉(zhuǎn)彎、膨大部位，向北東側(cè)伏，側(cè)伏角20°～30°，埋深50～200 m。礦體分布不連續(xù)，間隔多在70～120 m，其間由不達(dá)邊界品位的礦脈相連，礦體厚度小于或等于礦脈厚度(受方解石脈蝕變交代的圍巖出現(xiàn)礦化但不達(dá)邊界品位)。與一般熱液礦床Au元素富集于多期次熱液脈中不同的是，Au元素分布表現(xiàn)出類似巖漿分異的特征(見(jiàn)圖2)，方解石脈多期次穿插現(xiàn)象相對(duì)少見(jiàn)(見(jiàn)圖3-a)。根據(jù)局部礦物組合及其結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征，可劃分7種不同類型礦石，分別為：冰長(zhǎng)石-石英型、粗巨粒方解石型、中細(xì)粒方解石型、中細(xì)粒石英-方解石型、細(xì)粒石英脈型、乳白色粗晶石英-方解石脈型、石髓-微晶石英型。礦石中貧金屬硫化物，具有自形—半自形結(jié)構(gòu)、他形粒狀結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)，稀疏浸染狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、梳狀構(gòu)造和晶洞構(gòu)造等。礦脈中金礦物以自然金和碲化物的形式出現(xiàn)，銀礦物以自然銀、銀的碲化物和硫化物形式存在，如自然金、銀金礦、輝銀礦、針碲金礦、碲銀礦和碲金礦[1,4,7,17-19]。少量產(chǎn)出的金屬硫化物有黃銅礦、黃鐵礦、黝銅礦、方鉛礦和閃鋅礦等。非金屬礦物主要為方解石，其次為石英，少量冰長(zhǎng)石(見(jiàn)圖3-b)、白云母、明礬石、絹云母、重晶石等。金、銀礦物與方解石、石英等礦物共生、連生，暗示其成因上的聯(lián)系。

圖2 赤衛(wèi)溝金礦床Ⅰ號(hào)礦脈金品位等值線圖(據(jù)文獻(xiàn)[19]修改)

圍巖蝕變受斷裂控制，以碳酸鹽化(見(jiàn)圖3-c)為主,分布于礦脈兩側(cè)20 m范圍內(nèi)，蝕變強(qiáng)度與礦體距離有關(guān)，可見(jiàn)霓長(zhǎng)巖化蝕變中常見(jiàn)礦物組合，如鈉長(zhǎng)石、霞石(見(jiàn)圖3-d)、磷灰石(見(jiàn)圖3-e)和赤鐵礦(見(jiàn)圖3-f)等堿交代現(xiàn)象，這與火成碳酸巖蝕變礦物組合特征一致[10,20-21]，也和赤衛(wèi)溝金礦床流體包裹體激光拉曼光譜分析顯示成礦流體富K+的特點(diǎn)相吻合，除上述堿性蝕變礦物外還有冰長(zhǎng)石對(duì)稱出現(xiàn)在含礦石英-方解石脈體兩側(cè)。

a—八中段方解石脈 b—方解石脈穿切安山質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r，正交偏光 c—綠泥石化、碳酸鹽化安山質(zhì)凝灰?guī)r，正交偏光 d—蝕變安山質(zhì)凝灰?guī)r中的霞石，單偏光 e—蝕變安山質(zhì)凝灰?guī)r中的磷灰石，單偏光 f—蝕變安山質(zhì)凝灰?guī)r中的黃鐵礦與赤鐵礦，反射光 Ne—霞石 Ap—磷灰石 Aul—冰長(zhǎng)石 Cal—方解石 Chl—綠泥石 Py—黃鐵礦 Hem—赤鐵礦圖3 赤衛(wèi)溝金礦床井下方解石脈及圍巖顯微照片

3 分析方法

選擇赤衛(wèi)溝金礦床含金方解石脈作為分析測(cè)試對(duì)象，用以成礦物質(zhì)來(lái)源、礦石屬性及成礦機(jī)制研究。所采樣品的稀土元素及微量元素在吉林大學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)中心測(cè)定，采用美國(guó)安捷倫科技有限公司Agilent 7500A型耦合等離子體質(zhì)譜儀(Z/T0223-2001)測(cè)試，樣品測(cè)試經(jīng)國(guó)際標(biāo)樣BHVO-2、BCR-2和國(guó)家標(biāo)樣GBW07103、GBW07104監(jiān)控，分析精度為：元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10×10-6的誤差小于5 %，小于10×10-6的誤差小于10 %。含金方解石脈C、O同位素分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心完成，測(cè)試儀器為MAT-253型穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀，采用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為CDT，分析精度為±0.2 ‰。

4 地球化學(xué)特征

4.1 稀土元素及微量元素

赤衛(wèi)溝金礦床含金方解石脈稀土元素和微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。含金方解石脈稀土元素(REE)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(2.05×10-6～9.66×10-6)較低且變化集中，與南秦嶺東溝壩鉛鋅礦床碳酸巖[22]、甘肅禮泉塊狀碳酸巖[23]及接沙壩碳酸巖相近[20]，它們低于國(guó)內(nèi)外大部分碳酸巖，與意大利南部和烏干達(dá)Fort Portal的碳酸巖相似，屬于一類特殊高鈣低堿碳酸巖的共有特征[23-26]。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線顯示為明顯的右傾型(見(jiàn)圖4-a))，輕稀土富集，w(LREE)/w(HREE)為5.51～9.55。所有樣品表現(xiàn)出明顯Eu正異常(δEu=1.08～1.65)及弱Ce負(fù)異常(δCe=0.82～0.96)現(xiàn)象。相似的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線指示它們來(lái)自同一源區(qū)。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(見(jiàn)圖4-b))同樣表現(xiàn)出一致的配分形式。樣品富集不相容元素Rb、Sr、Hf。其中，Sr表現(xiàn)出顯著的正異常，這與世界各地火成碳酸巖特征相似，XU等[21]通過(guò)總結(jié)大量碳酸巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)認(rèn)為，高度富Sr是判別火成碳酸巖的重要標(biāo)志之一。

表1 赤衛(wèi)溝金礦床含金方解石脈稀土元素和微量元素分析結(jié)果 10-6

圖4 赤衛(wèi)溝金礦床含金方解石脈稀土元素及微量元素模式圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)文獻(xiàn)[27-28])

4.2 C、O同位素

C、O同位素由于其特殊的地球化學(xué)屬性，能夠在不同的環(huán)境中發(fā)生分餾，因此成為了地質(zhì)學(xué)家探討成礦物質(zhì)來(lái)源的重要手段。赤衛(wèi)溝金礦床含金方解石脈C、O同位素分析結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知：δ13CV-PDB值分布相對(duì)集中，為-9.1 ‰～-6.3 ‰，δ13OV-SMOW值變化范圍較大，為-3.0 ‰～-0.5 ‰，并表現(xiàn)出隨著成礦作用的發(fā)生δ13OV-SMOW值越小的趨勢(shì)。

表2 赤衛(wèi)溝金礦床含金方解石脈C、O同位素分析結(jié)果

5 討 論

5.1 成礦物質(zhì)來(lái)源

C同位素作為成礦物質(zhì)來(lái)源的有效示蹤劑，在自然界中主要分布于以下3個(gè)源區(qū)：①深部地幔脫氣或巖漿作用，δ13CV-PDB值分別為-9 ‰～-3 ‰和-5 ‰～-2 ‰；②海相碳酸鹽巖溶解及脫碳酸作用，δ13CV-PDB值為±4 ‰[29]；③有機(jī)質(zhì)脫羥基及氧化作用，δ13CV-PDB值為-30 ‰～-15 ‰，平均值為-22 ‰[30-31]。C、O同位素儲(chǔ)集庫(kù)各具分流特征，使得它們的所屬區(qū)域各有不同，在δ13CV-PDB-δ18OV-SMOW圖解(見(jiàn)圖5)中，赤衛(wèi)溝金礦床含金方解石脈樣品落在火成碳酸巖和地幔包體、超基性—基性巖漿疊合區(qū)附近。可見(jiàn)，本次測(cè)試樣品所得δ13CV-PDB值與碳酸巖巖漿或超基性—基性巖漿范圍一致，顯示出明顯的深源碳同位素特征。δ13OV-SMOW值則表現(xiàn)出受到大氣降水影響的演化趨勢(shì)而偏離深源巖漿區(qū)。前人對(duì)該礦床進(jìn)行的同位素示蹤工作同樣支持這一結(jié)論：流體包裹體H、O同位素組成介于巖漿水與大氣降水線之間，流體演化初期以巖漿組分為主[2,32]；δ13CV-PDB值為-8.3 ‰～-7.0 ‰[2]，與本次研究結(jié)果一致，顯示深源巖漿成因，而礦區(qū)內(nèi)二疊紀(jì)大理巖δ13CV-PDB值為3.6 ‰，δ13OV-SMOW值為20.6 ‰，與沉積(變質(zhì))巖源區(qū)相符，明顯與成礦作用無(wú)關(guān)[2-3,33]；黃鐵礦δ34S值最大變化范圍為-3.4 ‰～4.9 ‰，多集中于-1.7 ‰～0.7 ‰，顯示正態(tài)分布的特點(diǎn)，極差小，均一程度高，具有塔式效應(yīng)，與隕石硫類似[2,4,34-36]；方鉛礦Pb同位素組成與太平洋地區(qū)新生代幔源火山巖Pb同位素組成一致[35]，同樣應(yīng)來(lái)自深部地幔[1,37-38]，且具有未受混染的單階段演化特征。此外，馮守忠[1]對(duì)赤衛(wèi)溝金礦床礦脈中黃鐵礦標(biāo)型特征的研究得出，微量元素w(Co)/w(Ni)值為2，反映了巖漿作用在成礦過(guò)程中的重要性，這一分析結(jié)果也從礦物地球化學(xué)的角度佐證了赤衛(wèi)溝金礦床成礦物質(zhì)來(lái)自于深部巖漿活動(dòng)。

圖5 赤衛(wèi)溝金礦床含金方解石脈δ13CV-PDB-δ18OV-SMOW圖解(據(jù)文獻(xiàn)[38]修改)

伴生元素方面，赤衛(wèi)溝金礦床礦脈中金礦物、銀礦物除以自然金和自然銀的形式出現(xiàn)，碲化物也是其形成的主要礦物，如針碲金礦、碲銀礦和碲金礦。地球整體及各圈層中碲的豐度值：地球整體為0.16×10-6，地殼為0.000 55×10-6，地幔為0.001×10-6，地核為0.52×10-6[39]。從豐度值分布可見(jiàn)，碲的地殼豐度很低，是一種在地幔和地核中富集的元素，赤衛(wèi)溝金礦床礦石中廣泛出現(xiàn)的含金碲化物，反映了成礦物質(zhì)來(lái)自地球深部。綜上所述，結(jié)合Sr正異常等特征，赤衛(wèi)溝金礦床含金方解石脈及成礦元素應(yīng)來(lái)自深部地幔的碳儲(chǔ)集庫(kù)，其巖漿碳酸巖成因可以得到進(jìn)一步論證。

5.2 成礦機(jī)制

中國(guó)東北地區(qū)中生代火山巖漿作用可劃分為6期：晚三疊世、早—中侏羅世、晚侏羅世、早白堊世、早白堊世晚期和晚白堊世[40]。這6期火山巖形成的具體構(gòu)造背景尚有爭(zhēng)議，但吉黑東部成礦帶侏羅世以來(lái)的巖漿活動(dòng)受控于環(huán)太平洋構(gòu)造域這一觀點(diǎn)已基本達(dá)成共識(shí)[40-42]。前人研究認(rèn)為，赤衛(wèi)溝金礦床含金方解石脈形成時(shí)代為140 Ma[1,18,43]，火山巖形成時(shí)代為149.5 Ma[18]，與礦脈密切伴生的閃長(zhǎng)玢巖形成于109.3 Ma±2.1 Ma[44]，綜合上述年齡推斷赤衛(wèi)溝金礦床應(yīng)形成于109～140 Ma，這時(shí)正處于太平洋板塊向歐亞大陸板塊俯沖階段。

已有研究表明，火成碳酸巖多產(chǎn)自拉張背景下。燕山期以來(lái)，區(qū)域受古太平洋板塊向西側(cè)歐亞大陸板塊俯沖作用影響，至中生代晚期，持續(xù)的俯沖作用造成區(qū)域內(nèi)巖石圈加厚，在早于145 Ma[11]時(shí)發(fā)生重力失穩(wěn)導(dǎo)致的拆沉作用，引發(fā)大規(guī)模巖石圈伸展減薄事件，并在120～130 Ma達(dá)到高峰。赤衛(wèi)溝金礦床含金方解石脈即形成于巖石圈伸展的初始階段，與前人得出火成碳酸巖形成于拉張構(gòu)造背景下的結(jié)論吻合。

與碳酸巖熔體形成相關(guān)的部分熔融作用可發(fā)生在巖石圈地幔[45]，也可以發(fā)生在軟流圈地幔，這是目前已知的最深巖漿源區(qū)之一，其中的碳質(zhì)來(lái)源均與板塊俯沖作用有關(guān)[46-47]。俯沖過(guò)程中，蛇綠碳酸巖(Ophicarbonate)、蝕變玄武巖及碳酸鹽沉積物將經(jīng)歷一定程度的脫碳作用[48-49]，島弧巖漿作用會(huì)釋放出一部分進(jìn)入俯沖帶中的碳，其余大部分碳酸鹽則能夠被帶入到深部地幔。高溫高壓試驗(yàn)[50]、來(lái)自過(guò)渡帶及下地幔的金剛石中碳酸鹽熔體[51]和多相包裹體[52]研究證實(shí)了上述載體中的碳酸鹽可隨洋殼俯沖到地幔過(guò)渡帶甚至下地幔，當(dāng)然，地幔中碳還有一部分來(lái)自于地核及地幔自身的脫氣作用。巖相學(xué)研究顯示，赤衛(wèi)溝金礦床含金方解石脈中伴有石英產(chǎn)出，且礦區(qū)內(nèi)發(fā)育大量霞石和絹云母，顯示出富硅、富堿的特征。早白堊世期間，太平洋板塊俯沖引發(fā)大規(guī)模伸展減薄事件[53-54]，富硅、富堿的地幔源區(qū)生成了高鈣、高硅、高堿的碳酸巖巖漿，地幔中的金以金硅絡(luò)合物(AuH3SiO4)或膠體形式賦存，并被巖漿攜帶向地殼淺部運(yùn)移，在地殼淺部就位過(guò)程中與大氣降水混合，致使溫度、壓力降低及SiO2沉淀。生脫堿(霓長(zhǎng)巖化)作用也使得方解石脈原生C、O同位素組合特征被改造，C同位素保留深部巖漿碳酸巖特征，而O同 位素則因?yàn)榇髿饨邓募尤攵蜻h(yuǎn)離巖漿區(qū)發(fā)生漂移，這一過(guò)程中金元素沉淀形成了赤衛(wèi)溝碳酸巖巖漿型金礦床。

6 結(jié) 論

1)赤衛(wèi)溝金礦床與淺成低溫?zé)嵋盒偷V床明顯不同，其礦脈為3條方解石脈，稀土元素及微量元素顯示出高鈣、低堿碳酸巖的特征。

2)赤衛(wèi)溝金礦床含金碳酸巖脈C、O同位素分析結(jié)果表明其為幔源巖漿演化的產(chǎn)物，并在后期有大氣降水的加入，這也證實(shí)了赤衛(wèi)溝金礦床的成礦機(jī)制為碳酸巖巖漿演化后期與大氣降水發(fā)生混合造成的金沉淀成礦作用。