北祁連山西段寒山金礦成因探討

劉永彪

（甘肅省地質礦產勘查開發局第四地質礦產勘查院，甘肅 酒泉 735000）

北祁連造山帶西段與阿爾金斷裂交匯部位，構造位置特殊，成礦地質條件優越，自20世紀80年代以來，區內先后發現了鷹嘴山金礦、寒山金礦、車路溝金礦等大小金礦床10余處，被稱為西北的“金三角”。寒山金礦為該區的典型礦床，自發現以來，開展了數十年的勘查工作，對礦床地質特征、成礦時代、礦床地球化學及成因等進行了大量的研究，取得了一些成果（毛景文等，1998，2000，2003；楊興吉等，1999；楊建國等，1999，2003；夏林圻等，2001；宋忠寶等，2004），對于礦床成因，主要認識為構造蝕變巖型（李金春，1999；楊興吉，1999；）和剪切帶型金礦（毛景文等，2000）。本文通過收集并綜合整理礦區勘查資料和前人研究成果，結合野外地質調查工作，總結寒山金礦成礦地質條件和特征，對金礦成礦時代和礦床成因進行探討，對區域地質找礦工作具有一定的借鑒意義。

1 區域地質背景

區域上地層出露以古生界為主，主要有寒武系、奧陶系、志留系。寒武系為一套火山碎屑巖夾火山熔巖和碎屑巖，鷹嘴山金礦產于其中；奧陶系由中基性火山碎屑巖、火山熔巖夾陸源碎屑巖組成，寒山金礦產于該地層中；志留系以陸源碎屑巖為主，發育砂巖型銅礦。

區域上基性、超基性和中、酸性巖體均有出露，主要巖性有輝橄巖、輝長巖、輝綠巖、石英二長花崗巖、花崗閃長巖、英云閃長巖、黑云母花崗巖等。中酸性侵入體分布范圍較大，多呈巖基、巖株狀產出，展布方向受控于區域構造，呈北西、北西西向分布。

區域上褶皺和斷裂構造較為發育，褶皺多被斷裂所破壞，斷裂構造以發育北東東向、北西西向、北東向及近東西向為主，其中北東東向阿爾金斷裂，分布于礦區北側，北西西向及近東西向的區域性斷裂控制了區內地層的展布，多為地層的分界線，同時也對成礦具有一定的儲礦、導礦作用；北東向斷裂多為后期構造，破壞了區內早期地層和構造。

2 礦區地質

礦區出露的地層為奧陶系陰溝群、妖魔山組。陰溝群分布在礦區中部，呈狹長帶狀NWW向展布，大部分北傾，局部南傾，傾角60°～85°。巖石類型主要有安山質晶屑凝灰巖、安山質晶屑巖屑凝灰熔巖、安山質角礫凝灰巖、英安質凝灰巖、凝灰質板巖、凝灰質砂巖、巖屑石英雜砂巖等，其中安山質晶屑巖屑凝灰熔巖、安山質角礫凝灰巖為主要賦礦巖石。奧陶系妖魔山組灰巖呈構造推覆體覆于陰溝群之上，近NWW向展布。（如圖1）。

礦區南部有閃長巖體侵入，呈北西—南東向展布，巖體長約10km左右，寬約1km～3km左右，前人認為該巖體與成礦關系密切（毛景文等，2001；夏林圻等，1999）。巖體內穿插有大量輝長巖脈，蝕變強烈。礦區脈巖不甚發育，而且類型較簡單，主要為石英閃長巖脈、輝長巖脈、石英脈和少量的碳酸鹽巖脈。

圖1 寒山金礦地質草圖（據甘肅省地礦局四勘院，2014）

礦床受控于由阿爾金走滑斷裂影響下的北西西向韌脆性剪切帶，剪切帶與阿爾金大斷裂呈“入”字型銳角相交，是很好的導礦斷裂構造，剪切帶中的近東西向次級斷層是主要的容礦構造。含礦圍巖及礦體具明顯的韌脆性剪切變形特征，依據野外資料分析認為韌脆性剪切變形作用經歷了三期，第一期韌脆性剪切變形作用形成千枚狀糜棱巖和糜棱巖化巖石以及一些面狀、線狀構造，第二期脆性變形作用，表現為稍后一期脆性變形作用產生的破裂面的出現，沿破裂面有石英脈貫入，構成富礦柱，并且在礦化帶中呈斜列尖滅再現排列，具明顯的剪切特征，第三期為重力韌脆性變形作用，于成礦作用關系不大。NE向斷層不含礦，對礦體具破壞作用。區內劈理構造較為發育，常見有板劈理、破劈理。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

礦帶東西長約6000m，南北寬約400m，礦體均賦存在陰溝群二組中，賦礦巖石主要為安山質凝灰熔巖、火山角礫巖等。礦帶產狀與脆—韌性剪切帶產狀基本一致，走向近EW，傾向N，傾角55°～85°，鉆探證明礦體向深部延伸，產狀近于直立。

經過多年勘查，共圈定礦化蝕變帶72條，長40m～1500m，寬1m～20m，規模懸殊較大。圈定金礦體42個。礦體嚴格受脆韌性剪切帶控制，均產在構造蝕變帶中，呈近EW向展布。礦體形態宏觀上以帶狀、扁豆狀為主，而其內部富礦體又以透鏡狀、囊狀產出，且厚度變化也較大。礦體沿走向其厚度、品位呈跳躍式或分段富集的變化趨勢。各礦體在平面上總體呈平行線狀排列，在剖面上呈疊瓦狀排列。

Au8、Au11規 模 最 大，與Au4、Au5、Au6、Au7、Au14號礦體一起構成了礦區的主要工業礦體。Au11礦體長1052m，厚1.24m～14.07m，品位1.5～5.06×10-6，平均品位2.57×10-6。礦體總體走向80°，傾向南，傾角由地表55°向深部68°～87°迅速變陡，在走向和傾向上均呈舒緩波狀彎曲。上部賦礦巖石為安山質火山角礫巖，向深部逐漸過渡為安山質凝灰熔巖。Au8礦體長度742m，厚度0.87m～12.08m，品位1.72～9.52×10-6。圍巖蝕變非常強烈，破碎蝕變帶最寬處達30多米，巖石變形程度與礦化程度呈正比，礦體平均品位3.49×10-6，局部存在特高品位，并發現明金，為全礦區品質最為優良的礦體之一。

3.2 礦石特征

礦石中已查明礦物有30余種，主要有自然金、自然銅、黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦、毒砂、閃鋅礦、輝銅礦、石英、絹云母、長石、透閃石、陽起石、綠泥石、黃鉀鐵礬、重晶石、白云石、方解石、明礬等，黃鐵礦和方鉛礦是主要的載金礦物，也是含量最高、最為常見的硫化物，黃鉀鐵礬是地表最直觀的找礦標志。

礦石組構：礦石結構有包含（裹）結構、嵌晶結構、填隙結構、交代結構。礦石構造有浸染狀構造、脈狀構造、網脈狀構造、團塊狀構造、蜂窩狀構造等。

3.3 圍巖蝕變

礦區內的圍巖蝕變較發育，主要分布在脆韌性剪切帶內，巖石受構造作用擠壓變形、破碎及含礦熱液活動影響，形成具有明顯的分帶性和對稱性的蝕變，從中心往外依次為：硅化帶、黃鐵絹英巖化帶、“泥化帶”（高嶺土化帶）、鐵染帶、碳酸鹽化帶，其中硅化帶和黃鐵絹英巖化帶為主要的含礦蝕變帶。

3.4 礦化期次及成礦階段

根據區域地質構造環境、礦床形成條件及構造和礦物共生組合，成礦期次可分為6個成礦階段，其中前5個階段為原生成礦期。第一階段為黃鐵礦化－石英－金礦化階段，以中細粒黃鐵礦呈浸染狀分布、石英大量出現為特征；第二階段為早期石英－多金屬硫化物－金礦化階段，已出現黃銅礦、黝銅礦、輝銅礦、磁黃鐵礦、銅藍、輝鉬礦為特征；第三階段為晚期英－多金屬硫化物－金礦化階段，以出現大量方鉛礦、閃鋅礦、毒砂為特征；第四階段黃鐵絹英巖化階段，以大規模微晶石英、絹云母化、黃鐵礦化為特征；第五階段為石英－碳酸鹽化階段，出現大量石英細脈和大面積碳酸鹽化蝕變。第六階段為表生成礦階段，地表和近地表的硫化物在物理、化學風化作用下，生成黃鉀鐵礬、石膏、褐鐵礦、赤鐵礦、臭蔥石、白鉛礦、鉬鉛礦和孔雀石等。

表1 寒山金礦礦石石英中氧同位素分析結果表

4 成礦特征及成因探討

4.1 成礦物質來源

寒山金礦礦區內所有礦（化）體分布于奧陶系陰溝群的中酸性火山巖碎屑巖內，其巖性組合為安山質凝灰巖、安山質凝灰熔巖、安山質火山角礫巖等。而受同一剪切帶系統控制的其它巖石中，卻無或很少有礦（化）體發育。

1:5萬水系沉積物測量，Au、Cu、Cd元素明顯富集，分異性極強且具后生極強疊加特征的元素為Au、As。據礦區218個光譜樣品金分析結果，金的平均含量為15.42×10-9，是地殼平均值（3.5×10-9）的4倍多，Hg、Sb、Ag、As等元素也具有高背景。采自寒山金礦區火山熔巖、火山碎屑巖及沉積碎屑巖的金元素豐度分別為2.29×10-9、10.93×10-9和24.89×10-9，區域同類巖石分別為32.33×10-9、17.74×10-9及20.47×10-9。二者相比，礦區火山熔巖及火山碎屑巖中的金含量均明顯貧化，分別為區域金背景含量的1 /15及1 /2，而砂巖、砂板巖等沉積巖的金含量與區域金背景含量相近且略顯富集，表明在成礦過程中火山熔巖及火山碎屑巖中的金被強烈淋濾出來，為金礦床的形成提供了成礦物質（楊建國等，2003）。

4.2 構造變形特征

礦區內脆韌性剪切帶為主要的含礦部位，礦化帶受控于礦區南北兩側的北西西向斷裂，巖石具明顯的3期韌脆性剪切變形特征。早期巖石普遍發生韌性剪切變形，以位錯滑移雙晶作用、重結晶作用為主，變形過程中有大量熱流體的參與，巖石普遍發生綠泥石化、絹云母化和硅化，而黃鐵絹英巖化和云英巖化與礦化關系十分密切，其發育部位就是礦體。中期表現為以碎裂作用和顯微破裂作用為主的破裂面的出現，沿破裂面有含礦石英脈貫入，構成主要礦化體，并且在礦化帶中呈斜列尖滅再現排列，具明顯的脆性剪切特征。第三期為發生在近地表的重力韌脆性變形作用，以妖魔山組灰巖的推覆作用和北東向脆性斷裂的形成為主，一定程度上破壞了礦體。

4.3 同位素特征

毛景文等（2000）、夏林圻等（2001）在寒山金礦進行了大量的硫同位素測定，原生成礦期黃鐵礦的δ34S值變化范圍為-1.9‰～3.31‰，總體接近幔源硫同位素組成。由測試數據繪成的直方圖（圖2），變化范圍整體窄小，顯示正態分布的明顯塔式效應，以0‰～3.0‰為塔峰，說明礦石中硫具有較穩定的組成，賦礦圍巖中黃鐵礦的δ34S值為0.39‰，與成礦期黃鐵礦中的硫一致，間接說明凝灰巖為礦源層。石膏的δ34S值為2.5‰～4.2‰，平均為3.4‰，在直方圖中位于原生礦硫同位素的右側，表明經氧化后，δ34S值升高。

圖2 寒山金礦礦石硫同位素直方圖

Taylor（1974）用各類巖漿巖氧同位素數據進行了計算，給出初始巖漿熱液的δ18O值為5.7‰～9‰，同時，變質水中δ18O值為6‰～9‰，礦區含礦石英脈氧同位素表現為，石英的δ18O值變化范圍為13.7‰～17.6‰，平均15.7‰（表1），利用石英—水氧同位素分餾方程（δ18O石英-δ18OH2O=3.42×106/T2-2.86）計算，根據流體包裹體溫度，取主成礦溫度區間110℃～160℃，計算的流體的δ18O值為-6.51‰～1.56‰，成礦流體顯示出大氣降水的氧同位素特征。

表2 寒山金礦石英礦物流體包裹成礦均一溫度、鹽度、密度分析結果表

4.4 流體包裹體

毛景文等（2000）、夏林圻等（2001）在寒山金礦中采集的礦石中的石英脈進行了流體包裹體測試（表2）。寒山金礦床中流體包裹體不很發育，且大多個體很細小。

4.4.1 均一溫度

用均一法測得的礦床中包裹體的均一溫度119℃～350℃，從包裹體均一溫度直方圖（圖3）中可以看出，溫度分布范圍可分為三組，分別為120℃～180℃、220℃～290℃、340℃～350℃，主成礦流體溫度在120℃～170℃，總體反映出成礦溫度較低，屬低溫熱液成礦作用范疇，也符合黃鐵絹英巖化蝕變作用形成的溫度。

圖3 寒山金礦石英流體包裹成礦均一溫度直方圖

4.4.2 鹽度和密度

礦床成礦流體以NaCl—H2O體系為主，NaCl—H2O體系的鹽度值變化不大，其范圍為5.4%～10.5%，大多數集中于6.0%～8.0%之間，平均7.48%。成礦流體的密度為0.69～0.98g/cm3，平均0.93 g/cm3，密度值相對比較穩定。成礦流體具低鹽度，低密度的特點。

根據流體包裹體參數計算出成礦壓力范圍為6Mpa～20Mpa，并由此計算得成礦深度為0.2km～0.67km（王永生等，2011）。

4.4.3 流體成分特征

石英礦物中流體包裹體激光拉曼分析測試結果顯示，無論是氣相還是液相，組成均以CO2、H2O和CH4為主，CO2含量＞24%，CH4含量＞4.5%，并含有一定量的H2S、N2、H2、CO和SO2；包裹體鹽水溶液中，陰離子主要為Cl-和SO42-，含微量HS-、HCO32-和CO32-。流體組分具有長英質巖漿晚期巖漿熱液不混溶作用形成的低密度蒸汽相成分的特征，又兼具淺成低溫熱液金礦流體包裹體的成分特點（夏林圻等，2001）。

5 結論

寒山金礦產于受脆—韌性剪切構造改造的火山碎屑巖中，礦體呈似層狀、透鏡狀，礦石類型主要為黃鐵絹云片巖型、黃鐵絹英巖型及石英脈型金礦石，圍巖蝕變明顯，氧、硫同位素表現出成礦流體具大氣降水與巖漿水混合的特征，流體包裹體特征表現為低溫、低鹽度、低密度的特點。根據王佳新等（2015）對熱液型金礦的劃分及礦床特征描述，寒山金礦類型為低溫高硫型熱液金礦床。