馬鞍橋金礦床成礦流體特征研究

呂拾零，程順有，朱賴民，郭波，李海明，王正良，寇 婷

(1.西北大學大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安 710069;2.西北大學地質學系，陜西西安 710069;3.河南地質調查院，河南 鄭州 450001)

馬鞍橋金礦床成礦流體特征研究

呂拾零1.2，程順有1.2，朱賴民1.2，郭波3，李海明1.2，王正良1.2，寇 婷1

(1.西北大學大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安 710069;2.西北大學地質學系，陜西西安 710069;3.河南地質調查院，河南 鄭州 450001)

馬鞍橋金礦床產于西秦嶺造山帶商丹斷裂帶南緣的E－W脆－韌性剪切帶中，礦床空間定位和礦體展布受脆－韌性剪切帶控。選擇馬鞍橋金礦床礦石、地層巖石和二長花崗斑巖的代表性樣品，針對性地開展碳－氧和氫－氧同位素分析測試。研究結果證明:成礦早階段和主階段成礦流體以變質熱液或地層改造熱液為主，而晚階段則主要為大氣降水。馬鞍橋金礦床礦化地質特征和同位素地球化學組成為廣義的類卡林型金礦床或屬介于造山型和卡林型金礦床之間的過渡類型。

馬鞍橋金礦床;成礦流體;礦床成因;卡林－類卡林型金礦床

西秦嶺是我國最大的卡林型－類卡林型金礦省。在西秦嶺地區，已確定為類卡林型金礦床的礦區可見煌斑巖和其他類型的脈巖，而在卡林型金礦床礦區缺乏具有規模的巖漿侵入體［1］。商丹縫合帶以南的金礦床，如甘肅陽山和陜西八卦廟等類卡林型礦床分布有較多的花崗斑巖脈。成礦流體研究對認識礦床特征、成因、解釋成礦熱液來源具有重要的理論意義，而且對于指導礦床的預測和勘查具有科學價值［2］［3］。

1 區域地質概況

馬鞍橋金礦床位于龍門山——大巴山斷裂與三門峽——寶豐斷裂之間的秦嶺地塊靠近商丹縫合帶(如圖1)，距商丹縫合帶南緣4～6 km。該區域基本構造格局是在印支主造山期沿兩縫合帶(商丹縫合帶和勉略縫合帶)碰撞造山構造基礎上，以現今秦嶺南界巴山弧形斷裂及東西延展為主推覆滑脫界面構成巨型多層次逆沖推覆構造系［4］。

2 礦床地質特征

馬鞍橋大型金礦床位于秦嶺南、北板塊的俯沖對接帶的商丹斷裂帶附近的商丹弧前沉積楔形體中，礦區地處秦嶺褶皺系北秦嶺加里東褶皺帶與禮縣－柞水海西褶皺帶接觸帶南側。區域屬南秦嶺海西褶皺帶北緣，形成復雜的多層次滑脫構造體系。在該斷裂帶南側有一條近E－W向展布的板房子－小王澗斷裂帶，其EW兩端有與商丹斷裂帶匯合之勢，中生代的造山過程，特別是燕山造山作用，使本區卷入小王澗－板房子復式向斜內，馬鞍橋金礦即位于這兩條區域性斷裂帶之間的脆－韌性剪切帶內(如圖2)。該脆－韌性剪切帶是區內最主要的控礦構造。

圖1 西秦嶺構造格架和金礦床分布(根據文獻［1］修改)

圖2 馬鞍橋金礦床地質簡圖

礦石結構較復雜，以半自形、自形粒狀為主，并發育有交代、交代殘余、碎裂充填等結構。礦石構造最典型的是黃鐵礦、磁黃鐵礦呈微細粒星點浸染狀或沿蝕變千枚巖的千枚理呈微細浸染狀，也有團塊狀、角礫狀、網脈狀和細脈狀構造(如圖3)。不少礦石保留了明顯的韌性變形結構，如S－C組構、旋轉碎斑與云母魚構造、拉伸線理、石英的變形紋、壓力影和核幔構造等。

礦石的礦物成分較復雜，已查明達55種之多，金屬礦物主要為黃鐵礦、磁黃鐵礦，其次為毒砂，少見方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、輝銻礦和自然金等，非金屬礦物主要有石英、絹云母、鐵白云石、黑云母，其次為方解石、鈉長石、菱鐵礦、綠泥石、高嶺石、白云母、透閃石等。研究表明，上述這些礦物有沉積、區域變質和動熱變質成因，也有后期熱液成因的。不少同一類礦物具有復雜的多期多世代、多成因特征。礦石的化學成分亦反映出既有原巖成分又有熱液帶入的成分。

圖3 黃鐵礦的典型構造

在含礦層位有礦體產出的地段，圍巖均已發生熱液蝕變，礦石即為破碎蝕變巖、蝕變千枚巖和蝕變碳質片巖，其中有少許含Au石英細脈、網脈分布。馬鞍橋金礦床圍巖蝕變主要有硅化、絹云母化、黃鐵礦化、碳酸鹽化與綠泥石化等，其中硅化、絹云母化、黃鐵礦化分布廣，與金礦化關系密切。

3 成礦流體地球化學

本文選擇馬鞍橋金礦床礦石地層巖石和二長花崗斑巖的代表性樣品有針對性地開展了碳－氧和氫－氧等同位素分析測試，另外系統收集了前人關于不同階段成礦流體的有關數據。

3.1 碳－氧同位素

不同碳儲庫之間的δ13C差別較大，使碳同位素成為示蹤成礦流體來源的重要手段之一。馬鞍橋金礦床含礦帶巖、礦石中有機質含量高，一般有機碳含量為0.11% ～0.62% ，部分高達 1.99‰ ～ 2.18‰［5］，含炭千枚巖中甚至發育碳質夾層，顯然當含礦巖系遭受變形改造和變質時，有機質分解可產生δ13C值較低的CO2或CH4;含礦地層巖石中大理巖發生去碳酸鹽化作用時，碳酸鹽的溶蝕和運移導致大量CO2從碳酸鹽地層中釋放出來并進入流體系統，釋放出的CO2應具有較高的δ13C值。因此，由表1可知有機碳的加入可以降低馬鞍橋金礦床成礦流體的δ13C，使流體δ13C值介于海相碳酸鹽與其它碳儲庫之間［6］。

與碳同位素相對應，馬鞍橋金礦床地層巖石、礦化巖及礦石δ18OSMOW值變化于6.71‰ ～16.2‰之間，且主體分布于14.4‰～16.2‰之間，與低級變質作用的千枚巖或片巖的δ18O值(11‰～13‰)相類同。主礦體中變質分異石英脈體的 δ18OSMOW值為 14.1‰ ～15.3‰(見表 1)，明顯高于正常花崗質巖石的 δ18OSMOW值(7‰ ～10‰)［7］，而與淺變質巖中石英的 δ18OSMOW值(13‰ ～15‰)［8］相近似，暗示變質作用而非花崗巖漿作用是成礦的主要因素。

綜上所述，馬鞍橋金礦床碳－氧同位素特征顯示，成礦流體絕非巖漿或地幔流體，而應來自地殼物質的改造或變質，且海相碳酸鹽地層和有機質是不可缺少的源區物質成分;上泥盆統桐峪寺組可能是馬鞍橋金礦成礦流體中碳的主要來源。

3.2 氫－氧同位素分析

礦區內石英和方解石中流體包裹體的類型多樣。據室溫下不同主礦物中流體包裹體的相態、加熱狀態下的性狀及產狀特征，劃分為原生和次生兩種成因類型及氣液兩相包裹體、含CO2三相包裹體和富(純)CO2相包裹體三種物理狀態類型。

氣液兩相包裹體(NaCl－H2O型)約占包裹體總數的5%～10%左右，主要為氣液兩相，有(H2O+NaCl)(液相)和H2O氣相組成，以液相為主，氣相體積百分比約為5% ～15%，包裹體形態為橢圓形、長條形和不規則狀。對樣品(W－3、W－8)中的15個氣液兩相包裹體進行了溫度測試，利用鹽度計算公式得到相應的氣液兩相包裹體的鹽度值，結果馬鞍橋金礦區的氣液兩相包裹體的鹽度w(NaCl)為6.3～8.9%，平均為8.0%。根據流體包裹體的均一溫度和流體鹽度，利用計算流體壓力的經驗公式:P=P0Th/T0(式中P0=219+2 620w，T0=374+920w)，求得包裹體的流體壓力在37.8 ～46.2MPa之間，平均為 41.7Mpa。

含CO2三相包裹體(CO2－H2O－NaCl型)，約占包裹體總數的10%～25%，只有50%左右的含CO2三相包裹體在室溫下呈三相，由CO2(氣相)+CO2(液相)+(H2O+NaCl)(液相)組成。氣相CO2包裹體常有晃動現象，CO2相體積分數在50% ～70%之間，氣相的CO2約占 CO2相的10% ～20%;含CO2三相包裹體的形態多為橢圓形，長條形，方型和不規則形，包裹體長軸長在10～15μm。該類型包裹體分布均勻，且常與富CO2相伴生，多為原生包裹體。對樣品(W－3、W－8、W－6)中的38個三相包裹體進行了溫度測試，其中含CO2三相。根據鹽度計算公式計算出該類型包裹體水溶液的鹽度為w(NaCl)為2.2% ～7.8%之間，平均為4.3%。利用經驗公式:P=(219+2 620w)Th/(374+920w)得到該類型包裹體的形成壓力為51.2～78.2MPa。

富(純)CO2相包裹體約占包裹體總數的70% ～80%，幾乎都是 CO2充填，多數在室溫下為兩相(氣相 CO2+液相CO2)，中間有小氣泡活動，包裹體形態為橢圓形、方形、長條形和不規則形;長軸長為5～15μm，分布較均勻，原生和次生包裹體都存在。對樣品(W－3、W－8、W－6、E－5)中的35個包裹體進行了溫度測試，該類型包裹體的初熔溫度TmCO2為 －57.6℃ ～ －58.2℃，平均為 －57.9℃;部分均一溫度 Th-CO2為 14.5℃ ～26.2℃，平均為 21.4℃。

其包裹體中氣相成分有 CO2、H2O、CH4、N2等成分，CH4、N2等成分的存在說明了馬鞍橋成礦環境為弱還原環境。用馬鞍橋金礦床流體特征與造山型礦床流體特征對比，就流體的物理化學性質來說，造山型礦床流體從早到晚，流體作用的溫度降低，壓力降低，氧化性增強，鹽度降低，H2O/CO2之比增高，(K+Na)/(Mg+Ca)增高，F/Cl增高，D18O‰降低。根據馬鞍橋包裹體的均一溫度及鹽度利用經驗公式，計算出的馬鞍橋流體密度在0.8～0.9 g/cm－3之間，其成礦壓力在37.8～78.2MPa之間，后又根據經驗公式得到其成礦深度在4.8～7.2 km之間，說明馬鞍橋金礦床成礦流體兼具造山型和卡林型地球化學特征。

表1 馬鞍橋金礦床碳－氧同位素組成

馬鞍橋金礦床成礦流體的δ18O水及δD值(見表2)。從成礦前階段、成礦主階段到成礦晚階段熱液水的δ18O及δD值表現出逐漸降低的趨勢(10.60→－9.87‰);熱液水的δD值也有逐漸降低的趨勢( －61.00→ －94.90‰)［9］。成礦早階段礦石δ18O數據均較高，投點落入巖漿水范圍的右側或變質水范圍內;主階段投入盆地建造水范圍內或其邊緣，氫氧同位素組成與蜜歇根盆地和阿爾伯塔盆地地層水的同位素組成相似(如圖4)，暗示該階段流體主要來自盆地沉積建造水;晚階段投點靠近大氣降水線。從圖4可以看出，從成礦早階段和成礦主階段成礦流體以變質熱液或地層改造熱液為主、晚階段則主要為大氣降水。從早成礦階段、主成礦階段至晚成礦階段，大氣降水混入量依次增多，與成礦深度變淺，圍巖壓力降低，流體系統開放程度增大，導致大氣降水混入量增多的地質事實相吻合。

表2 馬鞍橋金礦床流體包裹體氫－氧同位素組成

圖4 馬鞍橋金礦床成礦流體的δ18O及δD組成圖解(底圖據文獻［10］)

根據以上成礦流體物理化學參數表明的物理化學條件為中低溫熱液特點，中低鹽度，中低壓力的環境。由此可知，馬鞍橋金礦床成礦流體來源于碳酸鹽地層或相似巖石建造的變質或改造脫水作用。從成礦前階段、主階段到晚階段，成礦流體的δ18O及δD值表現出逐漸降低的趨勢，成礦早階段和主階段成礦流體以變質熱液或地層改造熱液為主，而晚階段則主要為大氣降水。

4 結論

馬鞍橋金礦床成礦與秦嶺造山帶印支晚期轉入陸內俯沖、陸殼推覆疊置變質變形等為特點的陸內造山作用有關。陸內俯沖作用形成其初始成礦流體應為變質流體。成礦流體系統來自賦礦地層或相似巖性組合的改造或變質脫水作用，從早到晚、從深到淺，成礦流體系統的大氣降水熱液混入量增多，晚階段流體系統以大氣降水熱液為主。

馬鞍橋金礦床部分礦化特征與卡林型金礦床相似，可劃為廣義的類卡林型金礦床，但與其又有特點上的不同，具造山型或屬介于造山型和卡林型金礦床之間的過渡類型。因此，馬鞍橋屬廣義的類卡林型金礦床，或屬介于造山型和卡林型金礦床之間的過渡類型。

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［4］鄧晉福，羅照華，蘇尚國.巖石成因、構造環境與成礦作用［M］.地質出版社.2004.12.1 －338.

［5］李福東，鄒湘華，高紀璞等.馬鞍橋微細浸染型(沉積巖容礦)金礦床(體)快速定位預測研究［J］.西北地質.2001，34(01):27－62.

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Study on Ore－forming Fluid Characteristics of Ma’anqiao Gold Deposit

LV Shi－ling1.2，CHENG Shun －you1.2，ZHU Lai－min1.2，GUO bo3，LI Hai－ming1.2，WANG Zheng －liang1.2，KOU Ting
(1.State Key Laboratory of Continental Dynamics，Northwest University，Xi’an 710069，Shaanxi;2.Department of Geology，Northwest University，Xi’an 710069，Shaanxi;3.Henan Institute of Geological Survey，Zhengzhou 450001，Henan)

The gold space and ore －body distribution of Ma’anqiao gold deposit，which is produced in the east－west trending brittle－ductile shearing deformation zone to the southern margin of the Shangdan fault zone in the Western Qinling O-rogenic Belt，are controlled by the brittle－ductile shearing zone.Conducting the carbon－oxygen isotopes and the hydrogenoxygen isotopes analysis test which representative samples choose in the strata rocks、ores and monzonitic granitic porphyry from the Ma’anqiao gold deposit.Furthermore，the hydrogen and oxygen isotopes study of the ore －forming fluids shows that the main ore－forming fluid is metamorphic or strata transformation hydrothermal in the early and main ore forming stages，while it is meteoric water in the late stage.The mineralization characteristics and the isotopic compositions of the Ma’anqiao gold deposit is similar to generalized Carlin－like－type or a transitional type between orogenic and Carlin－type gold deposit.

Ma’anqiao gold deposit;ore－forming fluid;ore genesis;Carlin－type and Carlin－like－type gold deposit

P618.501

A

1004－1184(2012)03－0223－04

2011－12－28

西北大學大陸動力學國家重點實驗室科技部專項經費資助項目(BJ0813317);西北大學地質學基地學生創新基金專項經費資助項目(XDCX07－16)

呂拾零(1986－)，女，黑龍江齊齊哈爾人，在讀碩士研究生，主攻方向:固體地球物理及地質礦產。