老王寨金礦床同位素組成特征及其地質意義*

鄧碧平 劉顯凡 盧秋霞 趙甫峰

(成都理工大學地球科學學院)

位于云南省中南部的哀牢山金礦帶是我國重要的新生代金成礦帶，帶內已發現大坪、墨江、老王寨等大型、超大型金礦床，其中鎮沅老王寨金礦規模最大，是超基性巖、玄武巖、煌斑巖、淺變質細碎屑巖等構造破碎蝕變巖型金礦床。畢獻武等［1］對金主成礦階段的石英采用電子順磁共振方法獲得老王寨金礦床的成礦時代為37.9～54.2 Ma，與喜馬拉雅早期相當。近年來，一部分學者認為，早期成礦流體主要以巖漿水為主，晚期有大氣降水的混入［2-3］，另一部分學者則認為，成礦流體來源于地球深部［4-6］。關于金礦帶內成礦流體的來源還有較大的分歧。最近，愈來愈多的研究表明深源流體參與了金成礦帶的深部地質過程［7-9］。目前，已有學者對老王寨金礦床的成礦作用進行了大量研究，但涉及成礦流體的來源、特征、性質等重要方面仍存在爭議。本研究通過對老王寨金礦床主要巖(礦)石H、O同位素以及C、S同位素綜合研究重點探討老王寨金礦床成礦流體的來源和特征。

1 礦床地質特征

老王寨金礦床各礦段的產出總體表現為石炭系淺變質巖、北西向斷裂、巖漿巖(如:在冬瓜林礦段主要表現為石英斑巖類與蝕變煌斑巖控礦，而在老王寨礦段主要表現為蝕變玄武巖類與超基性巖控礦)及古火山機構共同控制。礦床中金礦體形態主要有脈狀、條帶狀、似層狀、透鏡狀、不規則狀。礦體沿斷裂帶還表現出分枝復合、成群產出的特征。礦區內產出的超基性巖主要有橄輝巖、純橄巖、輝石巖、輝橄巖，見有少量呈脈狀產出的石英斑巖，主要在海西晚期—印支期［10］形成。礦床中尤其是煌斑巖類與基性熔巖類與礦化關系較為密切［11-12］。基性熔巖類以玻基玄武巖、粒玄巖為主。煌斑巖類形成于新生代［13］，以云煌巖為主，主要呈脈巖產出，礦物組成主要有黑云母、輝石、斜長石、鉀長石，具有煌斑結構，以黑云母斑晶為主，其中部分斑晶(黑云母)被纖閃石交代，并沿纖閃石粒間與黑云母解理縫貫入一種呈不均勻團斑狀、細脈狀的黑色不透明物質，同時疊加有長英質礦物(為硅堿質蝕變)，這種伴隨顯晶交代蝕變作用的黑色不透明物質在礦區各類蝕變礦化巖中大都有不同程度的發育。主要的礦石構造有層紋狀、斑雜狀、細脈浸染狀、網狀、角礫狀、條帶狀。主要的礦石結構有增生環帶結構、包裹結構、壓碎粒狀結構、固溶結構、充填或穿插交代結構。礦石中的主要金屬礦物有毒砂、黃鐵礦;金礦物主要有自然金，含少量銀金礦、銀自然金;主要的非金屬礦物有絹云母、鐵白云石、長石、菱鐵礦。礦石類型主要有構造蝕變巖型和石英脈型［14-15］。

礦區圍巖蝕變類型主要有硅化、蛇紋石化、硫化物化、絹云母化、碳酸鹽化、纖閃石化、綠泥石化，其中，在多期蝕變與多種蝕變(如:碳酸鹽化、硅化、硫化物化)疊加部位的金礦化最強。依據形成共生礦物組合的先后順序和圍巖蝕變組合特征將成礦過程劃分為:含少量金礦化的高溫白鎢礦－石英脈成礦前階段;含自然金－毒砂－黃鐵礦的絹云母化－黃鐵礦化－碳酸鹽化－硅化階段或自然金－輝銻礦－黃鐵礦的黃鐵礦化－碳酸鹽化主成礦階段;幾乎無金礦化的方解石－石英成礦后階段［16］。

2 巖礦石同位素組成特征

2.1 氫、氧同位素組成特征

老王寨金礦各類巖礦石的氫、氧同位素組成見表1。從表中可以看出，氫、氧同位素組成具有以下特征:①氫同位素組成范圍較寬，δDH2O為-105.10‰～－50.30‰，氧同位素組成相對集中，δ18OH2O主要為3.12‰～9.87‰;②不同礦化階段具有不同的氫、氧同位素組成，早期礦化形成的白鎢礦石英脈δDH2O為 －68.10‰ ～ －74.29‰，δ18OH2O為 4.81‰ ～8.13‰，該期礦化形成的石英脈δDH2O為－105.10‰～ －60.02‰，δ18OH2O為7.45‰ ～11.76‰，主要成礦期 δDH2O為 －95.80‰ ～ －50.30‰，δ18OH2O除 2 件樣品為1.60‰外，其余為3.12‰～6.52‰，晚期礦化階段形成的硫化物石英脈 δ18OH2O為 4.95‰ ～6.91‰;③不同類型礦石的氫、氧同位素組成有明顯的差異，蝕變超基性巖型礦石和蝕變基性火山巖型礦石δ18OH2O為5.01‰～6.31‰，絹云母板巖型礦石δDH2O為 －95.80‰ ～ －87.40‰，δ18OH2O為 1.60‰ ～6.52‰，酸性斑巖型礦石 δDH2O為 －50.30‰，δ18OH2O為6.23‰。

表1 老王寨金礦床巖礦石中礦物氫、氧同位素組成 ‰

礦區樣品主要分布于巖漿水區域附近，由于變質水和大氣降水的混合而表現為一定程度的漂移和分散，但混合水中應以巖漿水為主(Sheppard等［18］認為 δ DH2O為 － 80‰ ～ －40‰、δ18OH2O為 5 .5‰ ～9.5‰的水具有巖漿水性質);而不同性質水的混合導致投點漂移和分散，暗示來自深部地幔具有熔漿性質的含礦流體與地殼巖石相互作用，不可避免地混入地殼(地層)水、變質水和大氣降水。這種作用和流體性質轉化可能促進礦質的沉淀和聚集。

2.2 碳同位素特征

老王寨金礦床主要巖礦石中脈石礦物的碳、氧同位素組成見表2。從表中可以看出，脈石礦物的碳、氧同位素組成具有以下特征:①不同類型礦石和煌斑巖的 δ13CPDB為 －5.56‰ ～ －1.49‰，、δ18OSMOW為12.70‰～17.88‰，表明成礦流體中的碳總體來源相似;②圍巖中晚期方解石脈的 δ13CPDB和δ18OSMOW分 別 為 0.60‰ ～1.39‰ 和 18.00‰ ～21.10‰，可與麻洋河含碳泥灰巖的δ13CPDB和δ18OSMOW(分別為1.76‰和20.27‰)對比，但與礦石的δ13CPDB和δ18OSMOW有較大差別，暗示后者可能受到某種程度的混染。

表2 老王寨金礦床巖礦石中脈石礦物碳、氧同位素組成 ‰

已有研究表明，金剛石、碳酸巖、大洋玄武巖、地幔包體等地幔樣品的δ13CPDB值較為分散(大致為0～ －35‰)，但主要為 －2‰ ～－9‰，地幔δ13CPDB值的主峰值區為－4‰～－8‰［20］。盡管不同成因碳酸鹽的碳同位素組成有較多重疊，但統計分析結果顯示不同成因碳酸鹽的δ13CPDB值總體上呈正態分布，其峰值范圍較為穩定，如巖漿成因碳酸鹽的δ13CPDB峰值范圍為 －2‰～－10‰，主峰為－5‰附近(落在地幔δ13CPDB的主峰值區內)，海相碳酸鹽的δ13CPDB峰值范圍為－3‰～2‰，主峰為0附近。上述分析表明，老王寨金礦床中不同類型礦石的碳同位素組成明顯表現為幔源特點;而圍巖中晚期方解石脈的碳同位素則可能受到海相碳酸鹽碳同位素的混染。

地球化學研究表明，礦床中的煌斑巖為交代富集地幔部分熔融作用的產物［19，21-22］，其碳同位素組成具有典型的幔源特征，而不同類型礦石的碳同位素組成與此接近但有一定漂移;成礦流體主要源于與煌斑巖漿同源并共同運移，但又互不混溶并可適時分溶或熔離的含礦地幔流體，在參與成礦過程中，伴隨與地殼物質和流體相互作用，導致含礦地幔流體屬性由熔漿向熱液轉化;穿插于煌斑巖中的黑色不透明超顯微隱晶物質的組構特征表明石膏與黃鐵礦伴生等超微觀特征，正是這一流體作用和演化的直接微觀證據。

2.3 硫同位素特征

老王寨金礦床礦石礦物硫同位素組成測試結果見表3。除個別樣品分散外，不同礦段和礦石類型的礦石礦物的δ34S值相對集中，變化范圍為－2.37‰～3.7‰，極差為6.07‰，平均值為0.607‰。在硫同位素組成直方圖上呈明顯的塔式效應，且δ34S峰值在0附近，為典型的幔源硫特征，說明礦床的成礦流體主要源自地幔，見圖1。黃智龍等［24］對老王寨金礦床硫同位素組成統計分析，也證明了成礦流體中的硫源于深部地幔。

表3 老王寨金礦床硫同位素組成 ‰

圖1 老王寨金礦床硫同位素組成

3 結語

(1)老王寨金礦絕大多數礦石的 δDH2O和δ18OH2O分別為 －95.8‰ ～ －50.3‰和 4.81‰ ～9.87‰，都主要分布在巖漿水的氫、氧同位素組成范圍之內。因此，成礦流體中的水主要為巖漿水。當然，來自地下深部地幔的巖漿水沿深大斷裂往上運移過程中，由于伴隨著強烈的構造作用和成礦作用，不可避免地混入了地殼(地層)水、變質水以及大氣降水。

(2)礦區(巖)礦石中不同成因碳酸鹽的δ13CPDB值呈正態分布，其峰值范圍較為穩定，其中巖漿成因碳酸鹽的δ13CPDB峰值范圍為 －2‰ ～－10‰，主峰為－5‰附近，落在地幔δ13CPDB的主峰值區內。由此可見，老王寨金礦床碳同位素組成明顯具有幔源特點。地球化學研究也表明，礦區煌斑巖為交代富集地幔部分熔融作用的產物，伴隨巖漿活動過程中的地幔去氣和巖漿去氣作用形成的CO2是蝕變流體和成礦流體的主要來源，巖(礦)石中的碳酸鹽的碳同位素又充分顯示形成碳酸鹽的CO2主要來源于地幔。

(3)不同礦段、不同礦石類型和不同礦物的δ34S值集中于 －2.37‰ ～3.7‰，平均為0.607‰，在硫同位素組成直方圖上呈明顯的塔式效應，且δ34S峰值在0附近，為典型的幔源硫特征。

［1］ 畢獻武，胡瑞忠，何明友.哀牢山金礦帶ESR年齡及其地質意義［J］. 科學通報，1996，41(14):130-133.

［2］ 韓潤生，金世昌，雷 麗.云南元陽大坪改造型金礦床的成礦熱液系統地球化學［J］.礦物學報，1997，23(3):227-344.

［3］ 金世昌，韓潤生.改造型礦床的成礦熱液系統地球化學特征——以元陽金礦床為例［J］. 云南地質，1994，13(1):17-22.

［4］ 何明友，胡瑞忠.哀牢山金礦帶深源流體及其成礦作用［J］.成都理工學院學報，1997，24(1):73-77.

［5］ 胡瑞忠，等.哀牢山金礦帶金成礦流體He和Ar同位素地球化學［J］. 中國科學:D 輯，1999，29(4):321-330.

［6］ 黃智龍.幔源巖漿活動過程中的去氣作用——以云南老王寨金礦煌斑巖為例［J］.礦物巖石地球化學通報，2001，20(1):1-5.

［7］ 孫曉明，石貴勇，熊德信，等.云南哀牢山金礦帶大坪金礦鉑族元素(PGE)和Re－Os同位素地球化學及其礦床成因意義［J］. 地質學報，2007，81(3):394-404.

［8］ 孫曉明，等.藏南邦布大型造山型金礦成礦流體地球化學和成礦機制［J］. 巖石學報，2010，26(6):1672-1684.

［9］ 熊德信，等.云南大坪韌性剪切帶型金礦富CO2流體包裹體及其成礦意義［J］. 地質學報，2007，81(5):640-654.

［10］ 梁業恒，等.云南哀牢山老王寨大型造山型金礦成礦流體地球化學［J］. 巖石學報，2011，27(9):2533-2540.

［11］ 任勝利，覃功炯，池三川，等.云南鎮源老王寨—東瓜林金礦床的成礦物質來源［J］.地球科學，1995，20(1):47-52.

［12］ 黃智龍，王聯魁.云南老王寨金礦區煌斑巖的地球化學［J］.地球化學，1996，25(3):255-263.

［13］ 王江海，等.云南老王寨金礦區煌斑巖的侵位年齡和鉑族元素地球化學［J］. 中國科學:D 輯，2001，31(S1):122-127.

［14］ 邊千韜.地球殼幔結構構造與老王寨超大型金礦床形成關系探索［J］. 中國科學:D輯，1998，28(4):303-309.

［15］ 應漢龍，等.云南老王寨金礦床微量元素和同位素組成及對成礦物質來源的限定［J］.黃金科學技術，2000，8(2):15-20.

［16］ 唐尚鶉，等.哀牢山北段金礦床成礦流體特征［M］∥中國地質學會.青藏高原地質文集.北京:地質出版社，1990:62-72.

［17］ 胡云中，等.哀牢山金礦地質［M］.北京:地質出版社，1995.

［18］ Sheppard S M F，Brown P E，Chambers A D.The Lilloise Intrusion，East Greenland;hydrogen isotope evidence for the efflux of magmatic water into the contact metamorphic aureole［J］.Contributions to Mineralogy and Petrology，1977，63(2):129-147.

［19］ 黃智龍，肖化云，朱 丹.云南老王寨金礦煌斑巖中CO2的來源［J］. 礦床地質，1998，17(S1):1074-1078.

［20］ 儲雪蕾.地幔的碳同位素［J］.地球科學進展，1996，11(5):446-452.

［21］ 黃智龍，王聯魁，朱成明.云南鎮沅金礦煌斑巖蝕變過程中元素活動規律［J］.大地構造與成礦學，1996，20(3):245-254.

［22］ 黃智龍，劉叢強，肖化云，等.云南老王寨金礦區煌斑巖富集地幔源區的Sr，Nd同位素和NH+4地球化學證據［J］.自然科學進展，1999(S):1291-1297.

［23］ 張繼武，吳 軍，李昌壽，等.云南鎮沅老王寨金礦床地質特征及成因探討［J］. 黃金，2010，31(6):19-23.

［24］ 黃智龍，劉叢強，朱成明，等.云南老王寨金礦區煌斑巖成因及其與金礦化的關系［M］.北京:地質出版社，1999.