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河南崤山金矿床流体包裹体及同位素特征*

更新时间:2009-03-28

河南省西部地区(豫西)是中国重要的黄金产地之一,崤山地区是豫西仅次于小秦岭、熊耳山的有色金属及贵金属成矿集中区,其西与小秦岭毗连,南与熊耳山隔洛河相望(图1)。小秦岭金矿田和熊耳山金矿田内已发现多个大、中型金矿床(聂凤军等,2001;卢欣祥,2004)。崤山地区与小秦岭金矿田、熊耳山金矿田成矿条件相似(朱嘉伟等,1999)。然而,崤山地区仅发现申家窑、崤山和虎头流3个小型金矿床及一些金矿点。尽管前人对崤山金矿的地球化学特征、成矿流体、成矿物质来源、矿床类型等方面进行了研究和探讨(陈衍景等,1992;1995;礼彦君等,1993;王恩德等,1996;孙丽娜等,1997;朱嘉伟等,2001;尹维青等,2007),但对崤山金矿的成矿流体特征、成矿流体及成矿物质来源、矿床类型等方面研究仍然存在一些分歧和争议。对于成矿流体的来源,王恩德等(1996)认为主要来源于岩浆,但有天水混合;而陈衍景等(1992;1995)认为成矿流体来自于变质分泌和大气降水。对于成矿物质,徐文超等(2016)认为成矿物质主要来源于重熔花岗岩形成的期后岩浆;常成(2010)认为成矿物质主要来源于太华群变质岩;而陈衍景等(1992)认为成矿物质主要来源于矿区深部变质作用形成的热液。鉴于豫西地区金成矿的重要性以及崤山地区重要的找矿潜力,笔者认为有必要对崤山金矿床进行系统的流体包裹体及地球化学方面研究。本文选取了崤山金矿成矿阶段的石英对其进行系统的流体包裹体显微测温、激光拉曼光谱分析、H-O同位素测试,对矿石中金属硫化物开展了S-Pb同位素分析,以期查明崤山金矿成矿流体特征及其演化规律、确定成矿流体和成矿物质来源,进而探讨崤山金矿的成矿机制,为全面而深入的了解和认识本区区域成矿作用提供新的证据,同时,也希望为下一步崤山地区的找矿工作提供一些理论支持。

1 区域地质

崤山金矿位于华北克拉通南缘崤山断隆内。崤山断隆呈NE向展布,其西北侧为三门峡-灵宝-朱阳断陷盆地,将其与小秦岭断隆分割;东南侧为洛宁断陷盆地,与熊耳山断隆相对峙;西南、东北侧分别为潘河-马超营断裂和三门峡-鲁山断裂(图1)。

区内主要出露的地层为新太古界太华群中-深变质岩、古元古界崤山群片岩、中元古界熊耳群变质岩、 中-新元古界管道口群碳酸盐岩和碎屑岩、寒武系碳酸盐岩和碎屑岩、三叠系砂岩、第四系黄土沉积物、洪积物(Zhao et al.,2004;Diwu et al.,2007;谢桂青等,2007;第五春荣等,2010;时毓等,2011)。区内的断裂构造主要以EW向断裂为主,其次为NE向和NW向断裂,断裂破碎带内常有金矿化发生。前中生代岩浆岩主要有太华群地层中早期侵入的奥长花岗岩、花岗闪长岩、英云闪长岩、熊耳群火山岩及基性岩墙群;中生代岩浆岩主要为呈岩株产出的侵入体,主要岩石类型为细粒花岗岩和花岗斑岩,它们与本区金、硫、铁、银、铅、铜、钼等矿产密切相关(刘祥龙,2011)。

  

图 1 豫西地区地质简图(据毛景文等,2006;2009;李诺等,2007;刘军等,2012;Wu et al.,2014修改)1—第四系;2—三叠系砂岩;3—寒武系碳酸盐岩和碎屑岩;4—中元古界官道口群碳酸盐岩和碎屑岩;5—中元古界熊群变质岩;6—古元古界崤山群片岩;7—新太古界太华群结晶基底;8—中生代中酸性侵入岩;9—断层;10—金矿床;11—钼(钨)矿床;12—银铅锌矿床;13—城镇Fig. 1 Geological sketch map of western Henan Province (after Mao et al., 2006; 2009; Li et al., 2007; Liu et al., 2012; Wu et al., 2014)1—Quaternary;2—Triassic sandstone;3—Cambrian carbonate and clastic rocks;4—Carbonate and clastic rocks of Mesoproterozoic Guandaokou Group;5—Metamorphic rock of Mesoproterozoic Xiong'er Group;6—Schist of Palaeoproterozoic Xiaoshan Group;7—Crystalline basement of Neo-archean Taihua Group;8—Mesozoic intermediate-acid intrusions;9—Fault;10—Gold deposit;11—Copper (tungsten)deposit;12—Silver-lead-zinc deposit;13—City

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2 矿区和矿床地质

矿区出露地层主要为新太古界太华群、中元古界熊耳群及第四系。矿区为一向北倾伏的背斜构造。断裂构造主要是北东向断裂、东西向断裂和层间滑动断裂。断裂破碎带内常有金矿化发生。矿区岩浆岩出露较多,以脉岩为主(图2)。崤山金矿区有主矿脉11条,Ⅰ-Ⅶ号矿脉沿主拆离滑脱构造带分布,矿脉产于叠加在韧性剪切带之上的脆性断裂带内,其产状基本上与糜棱岩带产状一致;Ⅷ-Ⅺ号矿脉分布于太古界太华群内的切层断裂中。 其中以IX号矿体工业意义最大, 延长1130 m, 走向40°~80°,

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图 2 崤山金矿矿区地质略图(据尹维青等,2007)1—中元古界熊耳群许山组火山岩;2—中元古界熊耳群大古石组砂砾岩、石英岩和绢云石英片岩;3—新太古界太华群变质岩;4—燕山期中酸性脉岩;5—含金石英脉及编号;6—主拆离断层;7—钻孔及编号;8—勘探线及编号Fig. 2 Geological map of the Xiaoshan gold deposit (after Yin et al., 2007 )1—Xushan Formation volcanic rocks of Mesoproterozoic Xiong'er Group;2—Dagushi Formation glutenite, quartzite and sericite quartz schist of Meso-proterozoic Xiong'er Group;3—Neoarchean Taihua Group metamorphic rocks;4—Yanshanian intermediate-acid dykes;5—Gold-bearing quartz vein and its serial number;6—Major detachment fault;7—Drill hole and its serial number;8—Exploration line and its serial number

倾角13°~41°,矿体品位0.38~50.27 g/t(图3)。矿石中金属矿物有黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿、褐铁矿和自然金等;非金属矿物有石英、绢云母、绿泥石和方解石。金主要以自然金的形式呈包体金、粒间金、裂隙金赋存在石英、黄铁矿、褐铁矿、方铅矿等矿物中,粒径为0.004~0.136 mm。矿石结构主要有自形-半自形粒状结构、碎裂结构、包含结构、充填结构、交代结构等(图4a~c)。矿石构造主要有块状、条带状、浸染状、细脉状、晶簇状、角砾状、网脉状构造(图4d~f)。围岩蚀变类型主要有绢云母化、硅化、黄铁绢英岩化、碳酸盐化和绿泥石化。围岩蚀变程度弱,蚀变带窄,一般不足1 m。根据野外的穿插关系及矿物组合特征,将崤山金矿床的热液成矿期划分为早、中、晚3个成矿阶段: ① 早阶段即石英-黄铁矿阶段,发育硅化、黄铁矿化等(图4g); ② 中阶段即石英-多金属硫化物阶段,发育硅化、黄铁矿化、绢云母化、绿泥石化等,金矿化主要发育在这个阶段(图4h); ③ 晚阶段即石英-碳酸盐阶段,主要发育硅化、碳酸盐化等(图4i),其中,石英-多金属硫化物阶段为主成矿阶段。

  

图 3 崤山金矿902号勘探线地质剖面图1—中元古界熊耳群大古石组石英片岩;2—新太古代片麻状奥长花岗岩;3—辉绿岩;4—花岗斑岩;5—糜棱岩;6—金矿体;7—钻孔

Fig. 3 Geological cross sections along the exploration line No. 902 of the Xiaoshan gold deposit

1—Dagushi Formation quartz schist of Mesoproterozoic Xiong'er Group;2—Neoarchean gneissose trondhjemite;3—Diabase;4—Granite porphyry;5—Mylonite;6—Gold body; 7—Drill hole

4.1.2 显微测温学

3 样品特征及同位素分析方法

3.1 流体包裹体显微测温及拉曼光谱分析

本次研究选取了10件石英样品开展流体包裹体研究,样品XS-16为早阶段的石英-黄铁矿矿石,采自830中段的Ⅰ号矿脉;样品XS2为中阶段的石英-黄铁矿-方铅矿-闪锌矿-辉钼矿矿石,采自853中段的Ⅰ号矿脉;样品XS18、XS20和XS23为中阶段的石英-黄铁矿-方铅矿-黄铜矿矿石,分别采自830中段、810中段和790中段的Ⅳ号矿脉;样品XS29和XS32为中阶段的石英-黄铁矿-方铅矿-闪锌矿-黄铜矿矿石,分别采自790中段和720中段的Ⅸ号矿脉;晚阶段样品XS8、XS12和XS34为石英-方解石脉样品,分别采自830中段、810中段和670中段。流体包裹体显微测温分析在中国地质大学(北京)地球科学与资源学院流体包裹体实验室完成。使用的仪器为英国Linkam公司的MDSG600型冷热台, 温度范围是-196℃~+600℃。测试精度及稳定性是±0.1℃(-100~25℃)、±1℃(25~400℃)和±2℃(>400℃),样品最大视域直径为1 cm。流体包裹体温度测试过程中,升温和降温的速率一般保持在0.2~5 ℃/min,相变点附近控制温度变化速率为0.1~0.5 ℃/min。为确保测试精度,对仪器测试温度进行了校正。对于盐度、密度的计算主要分以下2种情况:① H2O-CO2包裹体:根据笼合物熔化温度,利用Collins(1979)所提供的方法,获得水溶液相的盐度;根据Shepherd等(1985)提供的相图获得H2O-CO2包裹体的密度。② 气液两相水溶液包裹体:根据测得的冰点温度,利用Bodnar(1993)提供的方程,获得流体的盐度;利用刘斌等(1987)公式获得流体密度。

  

图 4 崤山金矿床野外及镜下典型照片a. 闪锌矿出现乳滴状黄铜矿;b. 方铅矿包含黄铁矿;c. 闪锌矿与方铅矿共生;d. 侵染状矿石;e. 脉状矿石;f. 块状矿石;g. 石英-黄铁矿脉;h. 石英-多金属硫化物脉;i. 石英-碳酸盐脉Fig. 4 Field photos and photomicrographs of the Xiaoshan gold deposita. Chalcopyrite occurring as emulsion droplet within sphalerite;b. Galena wrapping pyrite;c. Galena associated with sphalerite, forming an intergrowth texture;d. Disseminated ore;e. Veined ore;f. Massive ore;g. Quartz-pyrite vein; h. Quartz-polymetallic sulfide vein;i. Quartz-carbonate vein

流体包裹体成分的激光拉曼光谱分析是在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室完成,仪器为Renishaw inVia型显微共焦拉曼光谱仪,光源为514 nm氩激光器,计数时间为10~30 s,每1 cm-1(波数)计数1次,100~4000 cm-1全波段一次取峰,激光束斑约1 μm。

3.2 H-O-S-Pb同位素

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本次用于S同位素分析的样品为10件样品,Pb同位素分析的样品为14件。其中样品XS16为早阶段的黄铁矿;样品XS11为中阶段的闪锌矿和黄铁矿,样品XS18、XS29和XS32为中阶段的方铅矿;样品XS8和XS12为晚阶段的黄铁矿,样品XS34为晚阶段的方铅矿。样品XS11为石英-黄铁矿-方铅矿-闪锌矿矿石,采自810中段的Ⅸ号矿脉,其余样品采样位置与相同编号的流体包裹体显微测温样品一致。HH1、HH5、HH9和HH13 4件样品为后河岩体的钾长石,样品岩性为花岗岩,采样位置为东经111°13′39″,北纬34°33′06″。测试在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。S同位素分析首先选取200目的纯净样品,和氧化亚铜一定比例混合均匀,在真空达2.0×10-2Pa状态下加热,进行氧化反应,反应温度为980℃,生成二氧化硫气体。真空条件下,用冷冻法收集二氧化硫气体,并用Deta V Plus气体同位素质谱分析硫同位素组成。测试结果以V-CDT为标准,记为δ34SV-CDT(‰),分析精度优于±0.2‰。Pb同位素分析采用ISOPROBE-T热电离质谱仪,先用混合酸(HF+HClO4)溶样,再利用阴离子交换树脂进行铅分离,最后蒸干溶液用质谱仪进行测定,1 μg的206Pb/204Pb测量精度优于0.05‰,1 μg的208Pb/206Pb测量精度优于0.005‰。

(4)从形态上加以鉴别。健康的瘦肉型猪胴体匀称,肌肉结实,背部较平;而后臀特别大,背部有凹槽,纤维比较疏松的猪肉则可能喂过“瘦肉精”;另外,将猪肉切成二、三指宽,如果肉质比较软,不能立于案上,很可能含有“瘦肉精”。

4 测试结果

4.1 流体包裹体

4.1.1 流体包裹体岩相学

根据包裹体在室温下的相态特征、加热过程中的相变和激光拉曼光谱分析结果,可以将崤山金矿流体包裹体划分为2种主要类型:

(1) H2O-CO2包裹体(C型):椭圆形或多边形,大小4~16 μm,CO2相占包裹体总体积的30%~85%,气相CO2占CO2相的60~90%。该类型包裹体大量存在于石英-黄铁矿阶段和石英-多金属硫化物阶段的石英中,约占包裹体总数的60%。加热有的均一到气相,有的均一到液相,孤立地分布(如图5a、b)。

(2) 富液两相包裹体(WL型):椭圆形、长条形和不规则形,大小为5~20 μm,大部分在6~14 μm,气相分数为10%~40%,加热时均一到液相,该类型包裹体占包裹体总数的40%左右,分布于各阶段的石英中(如图5b~d)。

本次用于石英及流体包裹体H、O同位素测试的10件样品分别为XS2、XS8、XS12、XS16、XS18、XS20、XS23、XS29、XS32和XS34。这些样品的采样位置及对应的成矿阶段与上述流体包裹体显微测温对应的样品一致。H同位素的测试对象为石英中的流体包裹体的水,O同位素的测试对象为石英。H、O同位素分析是在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成,测试仪器为MAT-253质谱仪。O同位素分析首先破碎采集的样品,过筛至40~60目,然后在双目镜下观察并挑选纯净石英单矿物,纯度应在99%以上。经清洗样品,并去样品的吸附水和次生包裹体后进行研究。O同位素分析采用BrF5法(Clayton et al.,1963),首先将纯净的样品选取12 mg,并将其与BrF5反应15h,萃取O2。并将萃取的O2放入CO2转化系统,并设置700℃、12 min,制成并收集CO2。H同位素分析采用真空爆裂法和锌还原法提取H。首先加热至可爆裂包裹体样品的温度,并释放挥发分,提取水蒸气,然后使水与锌在400℃条件下发生反应并产生H2,用液氮冷却,放入含有活性炭的瓶中。H和O同位素的分析结果均以平均海水(SMOW)为标准。O同位素的分析精度为±0.2‰,H同位素的分析精度为±2‰。

  

图 5 崤山金矿床典型包裹体照片a. 早阶段C型包裹体;b. 中阶段C型和WL型包裹体;c. 中阶段WL型包裹体;d. 晚阶段WL型包裹体Fig. 5 Photomicrographs of representative fluid inclusions from the Xiaoshan gold deposita. C-type inclusions of the early stage;b. C- and WL-type inclusions of the middle stage;c. WL-type inclusions of the middle stage;d. WL-type of the late stage

 

1 崤山金矿流体包裹体显微测温结果Table 1 Microthermometry data of fluid inclusions from the Xiaoshan deposit

 

崤山金矿的流体包裹体显微测温结果见表1和图6。各阶段流体包裹体情况如下:石英-黄铁矿阶段:WL型包裹体的冰点介于-5.9~-7.4℃, 盐度w(NaCleq) 介于9.7%~11.0%,完全均一温度为300~363℃, 流体密度介于0.72~0.82 g/cm3。 共结温度为-20.5℃,与H2O-NaCl体系共结温度(-20.8℃)相近,表明流体属于H2O-NaCl体系。C型包裹体的初熔温度介于-57.9~-61.8℃,笼合物融化温度介于6.2~9.2℃,盐度w(NaCleq)介于1.6%~7.6%,CO2相部分均一温度介于30.5~30.8℃,完全均一温度介于300~393℃,流体密度介于0.57~0.77 g/cm3

  

图 6 崤山金矿流体包裹体显微温度(a,c,e)与盐度(b,d,f)直方图Fig. 6 Histograms of homogenization temperatures (a,c,e) and salinity of fluid inclusions (b,d,f) from the Xiaoshan gold deposit

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石英-多金属硫化物阶段:WL型包裹体的冰点介于-0.6~-8.1℃,盐度w(NaCleq)介于1.1%~11.8%,完全均一温度为261~297℃,流体密度介于0.74~0.89 g/cm3。共结温度为-20.3℃~-22.3℃(平均为-21℃),与H2O-NaCl体系共结温度(-20.8℃)相近,表明流体属于H2O-NaCl体系。C型包裹体的初熔温度介于-57.3~-58.8℃,笼合物融化温度介于6.4~8.8℃,盐度w(NaCleq)介于2.4%~6.8%,CO2相部分均一温度介于30.3~30.9℃,完全均一温度介于268~298℃,流体密度介于0.74~0.82 g/cm3

石英-碳酸盐阶段:WL型包裹体的冰点介于-1.3~-8.9℃,盐度w(NaCleq)介于2.2%~12.7%,完全均一温度为193~258℃,流体密度介于0.87~0.97 g/cm3。共结温度为-22.5℃~-23.5℃(平均为-23℃),比H2O-NaCl体系共结温度(-20.8℃)稍低,表明流体大致属于H2O- NaCl体系。

4.1.3 拉曼光谱分析

本次研究对崤山金矿各成矿阶段的石英中的包裹体进行了气相成分的激光拉曼光谱分析,部分图谱见图7a~d。石英-黄铁矿阶段包裹体的气相成分主要为CO2和少量的H2O;石英- 多金属硫化物阶段包裹体的气相成分主要为CO2和H2O;石英-碳酸盐阶段包裹体的气相成分主要为H2O。

4.2 同位素特征

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4.2.1 H、O同位素

崤山金矿4件黄铁矿、1件闪锌矿和5件方铅矿的S同位素组成见表3和图9。由表3可知,4件黄铁矿的δ34S值介于2.1‰~4.3‰之间,平均值为3.0‰;1件闪锌矿的δ34S值为3.9‰;5件方铅矿的δ34S值介于0.7‰~3.0‰之间,平均值为1.9‰;图9显示,硫同位素塔式效应明显。

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图 7 崤山金矿流体包裹体激光拉曼图谱a. 早阶段C型包裹体;b. 中阶段C型包裹体;c. 中阶段WL型包裹体;d. 晚阶段WL型包裹体Fig. 7 Laser Raman spectra of fluid inclusions of the Xiaoshan gold deposita. C-type inclusions of the early stage;b. C-type inclusions of the middle stage;c. WL-type inclusions of the middle stage;d. WL-type inclusions of the late stage

 

2 崤山金矿HO同位素组成Table 2 H and O isotopic compositions of the Xiaoshan gold deposit

  

样品编号阶段样品测试温度δDV-SMOW/‰δ18OV-SMOW/‰δ18OH2O/‰XS16石英-黄铁矿阶段石英327-51.410.54.5XS2石英-多金属硫化物阶段石英279-54.311.53.7XS18石英-多金属硫化物阶段石英279-57.011.23.5XS20石英-多金属硫化物阶段石英279-69.511.23.5XS23石英-多金属硫化物阶段石英279-67.911.33.6XS29石英-多金属硫化物阶段石英279-54.910.83.1XS32石英-多金属硫化物阶段石英279-52.410.93.2XS8石英-碳酸盐阶段石英225-57.911.81.5XS12石英-碳酸盐阶段石英225-49.012.11.8XS34石英-碳酸盐阶段石英225-47.811.00.7

4.2.2 S同位素

崤山金矿10件石英的H、O同位素测试结果见表2和图8。1件石英-黄铁矿阶段样品的δ18O值为10.5‰,δD值为-51.4‰,计算出的δ18OH2O值为4.5‰。6件石英-多金属硫化物阶段样品的的δ18O值为10.8‰~11.5‰,δD值为-52.4‰~-69.5‰,计算出的δ18OH2O值为3.1‰~3.7‰。3件石英-碳酸盐阶段样品的的δ18O值为11.0‰~12.1‰,样品的δD值均为-47.8‰~-57.9‰,计算出的δ18OH2O值为0.7‰~1.8‰。在δ18O-δD体系图(图8)中,样品点都投影到岩浆水和变质水附近。

  

图 8 崤山金矿床δ18OH2O-δD体系图(底图据Sheppard,1977)Fig. 8 δD versus δ18OH2Odiagram of the Xiaoshan deposit (base map after Sheppard,1977)

  

图 9 崤山金矿S同位素直方图Fig. 9 Sulfur isotope histogram of the Xiaoshan gold deposit

 

3 崤山金矿金属硫化物的SPb同位素分析结果Table 3 Sulfur and lead isotope compositions of sulfides from the Xiaoshan gold deposit

  

样号测试对象δDV-SMOW/‰δ34SH2S/‰同位素比值206Pb/204Pb207Pb/204Pb208Pb/204PbμωXS8黄铁矿2.11.717.615±0.00115.460±0.00137.535±0.0039.335.8XS12黄铁矿2.31.917.728±0.00315.569±0.00537.865±0.0139.537.7XS16黄铁矿4.33.917.547±0.00315.469±0.00337.563±0.0119.336.5XS23黄铁矿3.22.817.600±0.00315.471±0.00337.608±0.0079.336.4XS11闪锌矿3.93.817.391±0.00215.420±0.00237.420±0.0049.236.3XS11方铅矿3.03.617.497±0.00215.571±0.00237.901±0.0079.539.3XS18方铅矿1.52.117.663±0.00215.481±0.00237.589±0.0049.336.0XS29方铅矿2.43.017.521±0.00215.577±0.00237.923±0.0059.539.3XS32方铅矿1.92.517.547±0.00215.576±0.00137.904±0.0049.539.1XS34方铅矿0.71.317.529±0.00215.500±0.00237.654±0.0069.437.3HH1钾长石--17.820±0.00315.483±0.00237.946±0.0059.336.7HH5钾长石--17.609±0.00215.489±0.00238.014±0.0049.338.3HH9钾长石--17.763±0.00215.512±0.00238.127±0.0059.438.1HH13钾长石--17.539±0.00215.464±0.00237.688±0.0059.337.0

注:μ=238U/204Pb; ω=232Th/204Pb,计算用的年龄为128 Ma。

4.2.3 Pb同位素

崤山金矿床10件样品的Pb同位素组成见表3和图10,其中4件黄铁矿的206Pb/204Pb值介于17.547~17.728之间,207Pb/204Pb值介于15.460~15.569之间,208Pb/204Pb值介于37.535~37.865之间。1件闪锌矿206Pb/204Pb值为17.391,207Pb/204Pb值为15.420,208Pb/204Pb值为37.420。5件方铅矿的206Pb/204Pb值介于17.497~17.663之间,207Pb/204Pb值介于15.481~15.577之间,208Pb/204Pb值介于37.589~37.923之间。

4件钾长石的206Pb/204Pb值介于17.539~17.820之间,207Pb/204Pb值介于15.483~15.512之间,208Pb/204Pb值介于37.688~38.127之间。在Zartman等(1981)的206Pb/204Pb与207Pb/204Pb图解(图10a)中,崤山金矿Pb同位素投影点多数位于低级下地壳范围内,少数位于上地壳和造山带演化线之间;后河岩体的Pb同位素投影点都位于低级下地壳范围内。在206Pb/204Pb与208Pb/204Pb图解(图10b)中,崤山金矿样品投影点多数落于低级下地壳范围内,后河岩体的Pb同位素投影点都位于低级下地壳范围内。

青樱望着窗外深沉夜色,紫禁城乌漆漆的夜晚让人觉得陌生而不安,檐下的两盏白灯笼更是在夜风中晃得让人发慌。青樱打断阿箬:“好了。有这嘴上的功夫,不如去倒杯茶来我喝。”

  

图10 崤山金矿Pb同位素图解(底图据Zartman et al.,1981;华北克拉通地壳组成据张理刚,1995;太华群数据据李英等,1990;邵克忠等,1992;范宏瑞等,1994;Ni et al.,2012;熊耳群数据据罗铭玖等,1992;赵太平,2000)CHLC—地壳型高级下地壳;LLC—低级下地壳;LUC—低级上地壳;MHLC—地慢型高级下地壳Fig. 10 Diagram of lead isotopic compositions of the Xiaoshan gold deposit (base map after Zartman et al.,1981;crustal endmem-bers of the North China craton after Zhang,1995; Taihua Group data after Li et al., 1990; Shao et al., 1992; Fan et al., 1994; Ni et al., 2012; Xiong'er Group data after Luo et al., 1992; Zhao, 2000 )CHLC—Crust-type high-grade lower crust;LLC—Low-grade lower crust;LUC—Low-grade upper crust;MHLC—Mantle-type high-grade lower crust

  

图 11 崤山金矿床温度盐度散点图Fig. 11 Diagram of homogenization temperature versus salinity of fluid inclusions in the Xiaoshan gold deposit

5 讨 论

5.1 成矿流体特征

流体包裹体岩相学、显微测温和激光拉曼光谱分析表明:早阶段流体包裹体以C型和少量的WL包裹体为主,流体包裹体均一温度介于300~393℃,盐度w(NaCleq)变化于1.6%~11.0%,流体密度介于0.57~0.82 g/cm3,气相成分主要为CO2和H2O,具高温、中低盐度、低密度和含CO2等特点。中阶段流体包裹体可见C型和WL型包裹体,流体包裹体均一温度介于261~298℃,盐度w(NaCleq)变化于1.1%~11.8%,流体密度介于0.74~0.89 g/cm3,气相成分主要为H2O和CO2,具中温、中低盐度、低密度和富CO2等特点。晚阶段流体包裹体仅见WL型包裹体,流体包裹体均一温度介于193~258℃,盐度w(NaCleq)变化于2.2%~12.7%,流体密度介于0.87~0.97 g/cm3,具中低温和中低盐度特点。从成矿早阶段到晚阶段,随着CO2气相成分的释放,成矿流体从早阶段的H2O-NaCl-CO2体系到中阶段的H2O-NaCl±CO2体系,再到晚阶段的H2O-NaCl体系。从图11可以看出,从早阶段到晚阶段,温度有一个下降的趋势,同一种类型的包裹体盐度基本不变。综上所述,崤山金矿成矿流体总体上具有中高温、中低盐度、低密度等特征,属于H2O-NaCl±CO2体系。

5.2 成矿流体及成矿物质来源

5.2.1 成矿流体来源

多数的脉状金矿床在成矿过程中可能经历了复杂的地质演化过程,因此,需要综合其他同位素来综合限定成矿流体的来源(Goldfarb et al.,2015)。目前对于金矿床成矿流体来源的研究,主要是基于流体包裹体H-O同位素分析(McCuaig et al.,1998;李伟等,2016)。由图8显示,样品点全部投影到岩浆水/变质水与大气降水之间,且毗邻岩浆水/变质水区域,表明成矿流体组成可能主要为岩浆水或者变质水。从早阶段到晚阶段样品点有逐渐靠近大气降水的趋势,表明成矿过程中不断有大气降水的加入或者岩浆结晶晚期存在去气作用(Rye,1993)。图11可以看出成矿过程中盐度基本不变,因此中、晚阶段样品向大气降水区域靠近的主要原因应为岩浆结晶过程中的去气作用。综合下文对于成矿物质的来源分析,笔者认为崤山金矿的成矿流体主要来源于岩浆水。

5.2.2 成矿物质来源

Ohmoto(1972)认为,热液矿床中硫化物的同位素组成是成矿溶液中总硫同位素组成(δ34SΣ)、氧逸度(f(O2))、pH、离子强度和温度的函数,它不仅取决于其源区物质的δ34S值,而且与成矿流体演化的物理化学条件有关。因此,必须依据硫化物沉淀时热液的总硫同位素组成判断硫的来源(武广等,2013)。崤山金矿床仅见黄铁矿-黄铜矿-闪锌矿-方铅矿-方解石等矿物组合,未见硫酸盐矿物、磁铁矿和赤铁矿,因此,崤山金矿床成矿过程中的热液体系以H2S占绝对优势,黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿均形成于低的f(O2)和低的pH条件下。当热液体系中以H2S占优势,且处于低的f(O2)和低的pH条件时,在平衡状态下,δ34SΣ≈δ34SH2S≈δ34S黄铁矿(Wu et al.,2014)。崤山金矿床的黄铁矿、闪锌矿、方铅矿的硫同位素基本满足同位素平衡时δ34SPy34SSp34SGn的δ34S富集顺序。笔者采用徐九华等(1993)计算δ34SH2S的公式:δ34SH2S34Si - Ai(106×T-2);i代表硫化物;A黄铁矿=0.4;A闪锌矿=0.1;A方铅矿=-0.63;通过满足平衡公式的黄铁矿、闪锌矿和方铅矿的硫同位素值来计算δ34SH2S的值,从而近似代表热液体系的总硫同位素组成。计算结果显示,崤山金矿的总硫同位素组成为1.3‰~3.9‰。崤山金矿床硫同位素组成略高于陨石硫,与中酸性岩浆岩的硫同位素值一致(Ohmoto et al.,1979)。因此,笔者认为崤山金矿床的硫主要来自中酸性岩浆。

铅同位素作为一种地球化学示踪体系,不仅能指示地壳演化,而且可以指示成矿物质来源和矿床成因(Macfarlane et al.,1990;Zarman et al.,2009;Haest et al.,2010)。崤山金矿床目前还未获得准确的成矿年龄数据,卢仁等(2013)对矿区附近后河岩体的研究表明后河岩体显示Au异常富集。许多学者的研究表明豫西地区普遍存在一期与Au成矿作用相近的岩浆活动(朱嘉伟等,1999;Li et al.,2002;王义天等,2002;李厚民等,2007),所以对于Pb同位素按照矿区附近后河岩体的锆石U-Pb年龄128Ma(卢仁等,2013)进行了校正。为了同该区主要地质体的Pb同位素组成进行对比,笔者将太华群(李英等,1990;邵克忠等,1992;范宏瑞等,1994;Ni et al.,2012)、熊耳群(罗铭玖等,1992;赵太平,2000)、后河岩体和崤山金矿的Pb同位素组成结果都投影到图10中。据Doe等(1979)资料,地幔μ值为8.92,上地壳的μ值平均为9.58。由表3可知,崤山金矿床的金属硫化物的铅同位素μ值变化较小,其值介于9.2~9.5,与后河岩体的Pb同位素μ值(9.3~9.4)相似,明显高于地幔μ值,低于上地壳μ值,推断崤山金矿的Pb主要来源于下地壳。在铅同位素图解(图10)中,崤山金矿的Pb同位素组成明显高于华北克拉通南缘基底太华群和活动盖层熊耳群的Pb同位素组成,与后河岩体的Pb同位素组成相似。因此,崤山金矿的Pb不可能单独由太华群或熊耳群提供,应该主要来自后河岩体。综上所述,认为崤山金矿床成矿物质主要来源于低级下地壳部分熔融形成的花岗质岩浆。

同时,《指导意见》提出要从10个方面强化各项到村到户到人的精准帮扶举措,包括:加大产业扶贫力度,全力推进就业扶贫,深入推动易地扶贫搬迁,加强生态扶贫,着力实施教育脱贫攻坚行动,深入实施健康扶贫工程,加快推进农村危房改造,强化综合性保障扶贫,开展贫困残疾人脱贫行动,开展扶贫扶志行动。

5.3 矿床类型及成因

在自然体系中,导致矿质沉淀的机制主要有以下几种:① 温度;② 压力;③ 相分离;④ 流体的混合作用;⑤ 水岩反应(Barnes, 1979;Ramboz et al., 1982;Robb, 2004)。崤山矿床流体包裹体研究表明,早阶段和中阶段流体包裹体中CO2含量较高,而CO2与金矿化具有密切的关系(卢焕章等,2004;Phillips et al.,2004;卢焕章,2008)。尽管CO2与Au之间的化学亲和性不强,不能对Au的迁移起到直接作用,但是H2CO3作为一种弱酸,会影响成矿流体的pH,进而影响Au的迁移(Phillips et al.,2004)。图5和图6中可以看出C型包裹体与WL型包裹体在同一个视域共存且二者均一温度相差不大,表明成矿过程中流体发生了相分离。流体相分离将导致成矿体系中的挥发性组分进入到气相,导致流体的CO2和H2S的浓度降低,引起流体pH值、溶液氧逸度、硫逸度等条件的改变,进而降低Au络合物的稳定性及流体中Au的溶解度,导致大量Au的沉淀(卢焕章,2011;Ni et al.,2015)。由于早、中阶段流体中大量的

  

图12 温度-盐度双变量图中流体的各种可能的演化趋势(据Shepherd et al.,1985)Fig. 12 Temperature-salinity diagram showing several possible trends of fluid evolution (after Shepherd et al.,1985)

CO2释放,到成矿晚阶段气相成分中没有CO2,同时也就不发生Au的沉淀。从图11中可以看出成矿流体从早阶段到晚阶段表现为从具有较高温度向较低温度的演化趋势,盐度基本不变;根据Shepherd 等(1985)年提出的流体演化的趋势图(图12)来看,温度的降低应该也是矿质沉淀的一个因素。综上所述,笔者认为崤山金矿的矿质沉淀机制应该是流体的相分离和温度的降低。

对于崤山金矿的成因类型,前人的观点主要有变质热液金矿、砾岩型金矿、砾岩层控型金矿和岩浆热液金矿(陈衍景等,1992;王恩德等,1996;孙丽娜等,1997)。崤山金矿的矿体大多呈脉状产于构造带内或切层断裂中。围岩蚀变主要有绢云母化、硅化、黄铁绢英岩化、绿泥石化和碳酸盐化。本文的研究表明崤山金矿主成矿阶段成矿流体具有中温、中低盐度、低密度特征,成矿流体主要来源于岩浆水,成矿物质主要来源于深部的花岗质岩浆。综合矿床地质、成矿流体和同位素等特征,崤山金矿的成因类型应属于中温热液脉型金矿。

6 结 论

(1) 崤山金矿成矿流体具有中高温、中低盐度、低密度等特征,属于H2O-NaCl±CO2体系。

(2) 崤山金矿成矿流体主要来源于岩浆水,成矿物质主要来源于低级下地壳部分熔融形成的花岗质岩浆。

(3) 崤山金矿为中温热液脉型金矿,流体的相分离和温度的降低是崤山金矿的矿质沉淀主要机制。

野外工作得到了三门峡黄金矿业有限公司的领导和工作人员的大力支持;室内实验工作得到了中国地质大学(北京)的诸慧燕老师、张鹤老师和核工业北京地质研究所的刘牧老师的帮助;审稿人指出了文中的不足,并提出了很好的修改意见和建议;在此一并志以诚挚的感谢。

最后一步是节能项目的总结,包括在项目整体实施中遇到的问题、获得的经验体会、节能效果汇总,以及下一步可挖掘的节能点。可以看到,医院节能项目从立项到总结,形成了闭环。

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李铁刚,孟宪锋,王国瑞,肖建辉,吴昊,范海洋,员晓琪
《矿床地质》 2018年第02期
《矿床地质》2018年第02期文献

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