黑龍江省老柞山金礦床地質、碳-氫-氧和硫-鉛多元同位素特征及礦床成因探討

摘要：老柞山金礦床是中國東北地區的一座大型金礦床，產于興蒙造山帶東段佳木斯地塊中部，是一個經歷古亞洲洋、蒙古—鄂霍茨克洋、古太平洋俯沖疊加與轉換的復合構造區。為了揭示成礦流體性質與組成，以及成礦物質來源，系統開展了成礦體系礦物流體包裹體的碳-氫-氧和礦石礦物硫-鉛同位素研究。結果顯示：δ13CPDB=3.932 ‰～5.390 ‰，δ18OH2O=2.17 ‰～5.60 ‰，δD=-90.569 ‰～-90.482 ‰，指示成礦流體主要來源于深部巖漿，成礦晚階段伴隨大氣降水的混入，并與麻山群碳質巖系發生了一定程度的交換反應；礦體硫化物的δ34S為3.3 ‰～5.1 ‰，礦化蝕變帶硫化物的δ34 S為3.9 ‰～5.3 ‰，混合巖與花崗巖中硫化物的δ34S為3.5 ‰～5.2 ‰，指示成礦流體性質為相對弱還原性；礦石礦物的206Pb/204Pb=18.165～18.571、207Pb/204Pb=15.452～15.613和208Pb/204Pb=37.764～38.396，巖漿巖的206Pb/204Pb=18.151～18.655、207Pb/204Pb=15.526～15.634、208Pb/204Pb=37.855～38.050。指示礦體和巖體具有同源性或成礦物質來自巖漿巖。根據與礦化密切相關的花崗閃長巖是下地殼部分熔融產物，可進一步推斷成礦物質為殼源。結合礦床地質特征，認為老柞山金礦床為弱還原矽卡巖型金礦床。

關鍵詞：老柞山;金礦床；礦床地質；碳-氫-氧和硫-鉛同位素；礦床成因；佳木斯地塊；矽卡巖型

中圖分類號：TD11P618.51文章編號：1001-1277（2024）10-0025-07

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20241004

引言

老柞山金礦床產于中國東北部佳木斯地塊中部，該區是晚元古代克拉通化發展起來的年輕地塊［1］，隨后經歷了早古生代古亞洲洋打開、閉合或晚古生代興蒙造山帶、中生代古太平洋俯沖和新生代超殼斷裂作用，多期構造疊加使得該區構造、巖漿復雜，廣泛發育與中生代火山作用有關的淺成熱液金礦床，與中生代深成巖漿作用有關的中溫熱液金礦床，與元古代沉積變質—中生代疊加深成巖漿作用有關的沉積變質型金礦床，以及與古生代巖漿活動相關的矽卡巖型金礦床。

老柞山金礦床是中國東北部陸緣發現探明較早的大型金礦床之一。自勘探開發以來，備受國內外學者關注和研究，在地質特征［2-8］、成巖成礦時代［7，9-11］、礦床成因［5，7，12-15］、流體包裹體特征［13，16］、成礦模式［7-8，17-18］、成礦規律［5，19-21］等方面研究已經取得了重要進展；但是，在礦床成礦流體性質和成礦物質來源方面研究相對薄弱。筆者在前人研究成果的基礎上，綜合分析礦床地質特征，開展與成礦有關巖（礦）石的碳-氫-氧和硫-鉛多元同位素體系的綜合示蹤研究，旨在揭示老柞山金礦床主成礦期成礦流體性質和成礦物質來源，為礦床成因研究提供科學依據。

1區域地質背景

老柞山金礦床產在中國東北地區佳木斯地塊中部（見圖1-A），佳木斯地塊周邊以近南北向展布的牡丹江斷裂、北東向展布的伊通斷裂、北東東向展布的敦化—密山斷裂與松嫩地塊、完達山增生楔毗鄰。區域出露的地層主要是前寒武紀變質基底麻山群、黑龍江巖群及古生代、中生代、新生代蓋層（見圖1-B）［22-28］。其中，麻山群在約500 Ma受泛非期構造運動影響發生了高級變質事件，是由孔茲巖系組成的含石墨地層單元［29］；黑龍江巖群是一套在180～210 Ma發生變質作用的構造混雜巖［30-33］；蓋層主要包括古生代—中生代沉積地層，以及新生代陸相碎屑巖和玄武巖。發育的巖漿巖主要是早古生代、晚古生代和中生代中酸性侵入巖；早古生代花崗巖主要集中在484～541 Ma［34-37］，形成于佳木斯地塊約500 Ma的麻粒巖相變質作用之后，與加厚地殼伸展作用有關［37］；晚古生代花崗巖分布范圍最為廣泛，形成時間集中于302～252 Ma［38-41］，是興蒙造山的產物；中生代花崗巖出露較少，形成時間集中于98～146 Ma［42-45］，是古太平洋板塊西向俯沖作用的產物［26，35，41-42］；老柞山金礦床是興蒙造山過程中形成的花崗閃長質巖漿與麻山群大理巖發生接觸交代作用的產物，且在中生代疊加了斑巖銅熱液成礦作用。2024年第10期/第45卷黃金地質黃金地質黃金

2礦床地質特征

礦區內出露地層主要為早古生代麻山群、侏羅系城子河組及第四系（見圖2）。其中，麻山群廣泛分布在礦區東北部，巖性主要為混合巖、大理巖和斜長片麻巖；城子河組在礦區零星出露，巖性主要為碳質砂巖和頁巖等。礦區構造較為發育，以北西向、北西西向和北東向斷裂為主。華力西期花崗閃長巖是礦區主要的巖漿巖，大面積呈巖床產出，成巖年齡為218.0～264.6 Ma［9-10，18］。

按照礦體分布、礦化特征，老柞山礦區劃分為東、中、西3個礦帶（見圖3）。礦體特征如下：①東、中礦帶主要發育矽卡巖型礦體。中礦帶可見少量細脈浸染型礦體，受北東向、北西西向斷裂及矽卡巖層控制，規模大、工業價值高，以似層狀、脈狀、透鏡狀產出，賦存于花崗巖和麻山群接觸邊界附近的矽卡巖化帶或者接觸構造內。東礦帶賦礦圍巖以矽卡巖和局部大理巖為主，中礦帶賦礦圍巖主要為矽卡巖，次為麻山群混合巖和花崗閃長巖。②西礦帶發育細脈浸染型礦體，受控于北西向和北西西向斷裂，規模小至中等，花崗巖和閃長玢巖脈為賦礦圍巖。

礦區內圍巖蝕變主要有矽卡巖化、硅化、絹英巖化、陽起石與透閃石化、綠簾石和綠泥石化、碳酸鹽化等，東、中礦帶以矽卡巖化、絹英巖化、硅化為主，西礦帶以鉀化、絹英巖化為主。從東礦帶、中礦帶至西礦帶，毒砂和黃銅礦呈現逐漸增多的特點，毒砂、黃鐵礦是東、中礦帶主要的載金礦物，黃銅礦是西礦帶主要的載金礦物。礦石結構有交代結構、包含結構、固溶體分離結構等，礦石構造包括浸染狀構造、塊狀構造、角礫狀構造、細脈浸染狀構造等。

結合眾多學者關于老柞山礦床地質特征的研究成果［2，6，9-10，12，19］，認為東礦帶和中礦帶為矽卡巖型礦化，后期在西礦帶疊加熱液型礦化。矽卡巖型礦化期劃分為5個階段：①石榴子石+透輝石階段；②綠簾石+陽起石階段；③磁黃鐵礦-毒砂-黃鐵礦-石英脈階段；④石英-多金屬硫化物階段；⑤石英-方解石階段。金礦化主要發生在磁黃鐵礦-毒砂-黃鐵礦-石英脈階段和石英-多金屬硫化物階段；整體與典型矽卡巖型礦床礦化蝕變特征基本一致。

3樣品、分析方法及試驗結果

3.1碳、氫、氧同位素

樣品采自東礦帶和中礦帶毒砂方解石礦脈和黃鐵礦方解石毒砂礦脈。試驗在中國科學院地質與地球物理研究所利用MAT-253質譜儀完成。δD同位素通過爆裂法獲取水、鋅還原法置換氫，分析精度為2 ‰，分析結果以V-SMOW為標準。δ18O同位素通過BrF5法進行分析，分析精度0.2 ‰，分析結果以V-SMOW為標準，試驗步驟見文獻［46］。C同位素分析結果以V-PDB為標準，試驗步驟見文獻［47］。通過流體－礦物同位素分餾公式，根據石英包裹體均一溫度［13］，換算流體包裹體的δ18OH2O［48］。老柞山金礦床礦石碳、氫、氧同位素分析結果見表1。

3.2硫、鉛同位素硫、鉛同位素分析樣品均采自東礦帶和中礦帶，經硫化物單礦物分離后，在核工業北京地質研究院分析測試研究中心進行測試分析，測試方法及流程見文獻［49］。鉛同位素檢測方法依據GB/T 17672—1999 《巖石中鉛、鍶、釹同位素測定方法》，檢測儀器為ISOPROBE-T熱電離質譜儀。鉛同位素比值誤差以2σ計算。測試結果見表2、表3。

4討論

4.1流體組成

在內生成礦領域，其流體儲庫主要是幔源流體、地下水/大氣流體和地殼源巖漿出溶流體，其流體組成的良好指示通常運用C-H-O同位素進行示蹤［48-49］。由表1可知，本次試驗獲得成礦階段石英的δ13CPDB=3.932 ‰～5.390 ‰，值域接近海相灰巖碳同位素（-2 ‰～3 ‰）［49］且比海相灰巖碳同位素的上限值略高。δ18OSMOW=10.03 ‰～13.70 ‰，δ18OH2O=2.17 ‰～5.60 ‰，平均值為3.41 ‰，表現出巖漿水的特征；δD=-90.567 ‰～-90.482 ‰，具有大氣降水來源的特征。在熱液礦床中，成礦流體通常以巖漿水為主導，后期伴有大氣降水的混合［50］。本次研究獲得的礦區礦石碳同位素值域接近海相灰巖碳同位素且比海相灰巖碳同位素的上限值略高，推測可能是成礦流體在遷移過程中與麻山群碳質巖系反應，致使碳同位素發生了正向偏移［51］。趙潔心等［12］對礦區碳酸鹽礦物碳同位素組成的測試結果顯示，老柞山金礦床δ13CPDB值為-5.33 ‰～-2.64 ‰，與巖漿來源的碳同位素組成（-9 ‰～-3 ‰）［52］更為接近，推測成礦熱液與深部巖漿關系密切。氫、氧同位素組成呈現出巖漿水和大氣降水混合的特征。

綜合碳、氫、氧同位素特征分析，初步認為老柞山金礦床成礦流體主要來源于深部巖漿，成礦后期伴隨大氣降水的混入，并與麻山群碳質巖系發生了一定程度的交換反應。

4.2流體性質

在傳統礦床學領域，硫、鉛同位素是示蹤流體性質和成礦物質來源的良好指示劑。在硫同位素方面，測得9件樣品中，礦體硫同位素為3.3 ‰～5.1 ‰，礦化蝕變帶硫同位素為3.9 ‰～5.3 ‰，混合花崗巖與閃長玢巖硫同位素為3.5 ‰～5.2 ‰，礦區混合巖硫同位素為3.8 ‰～7.1 ‰（見圖4）。這種特征表明：①礦體、礦化蝕變帶和巖體的硫同位素值表現出較好的一致性，推測三者可能具有相同的來源，均為相對弱還原性質的特征。礦區混合巖硫同位素和前三者差別較大，具有不同的硫源。②礦體、礦化蝕變帶和巖體的硫同位素變化范圍較小，值域接近巖漿硫（-3 ‰～3 ‰）［53］，暗示硫來源穩定單一，巖漿硫是礦化過程中硫的主要來源，且具有流體弱還原性質的

4.3成礦物質來源

在鉛同位素方面，獲得礦石硫化物206Pb/204Pb值為18.165～18.571，207Pb/204Pb值為15.452～15.613，208Pb/204Pb值為37.764～38.396。礦區巖漿巖鉛的206Pb/204Pb值為18.151～18.655，207Pb/204Pb值為15.526～15.634，208Pb/204Pb值為37.855～38.050。結果顯示：①礦石鉛同位素相對穩定，具有正常鉛同位素特征，暗示其來源具有深源性。②礦石鉛和巖漿巖鉛同位素值域接近，具有較好的親緣性，推測成礦物質來源和巖漿巖密切相關，巖漿可能在礦區成礦作用發生的過程中提供了鉛源。在礦石與巖漿巖形成環境判別圖解（見圖5）中，礦石鉛和巖漿巖鉛也表現出較好的相關性，二者絕大多數的數據點分布在造山帶與原始地幔的過渡地帶，表現出年輕的富集地幔成

因特征。結合老柞山金礦床與矽卡巖型礦化密切相關的花崗閃長巖是下地殼部分熔融的產物［9-10］，初步認為成礦物質來自于殼源長英質巖漿。

5結論

1）碳、氫、氧同位素揭示，成礦流體主要來源于礦區晚古生代花崗閃長巖巖漿，成礦作用是其與麻山群大理巖發生“雙交代”作用基礎上發生的，成礦過程伴隨有麻山群大理巖/大氣降水的加入。

2）硫同位素地球化學特征表明，成礦流體為巖漿來源的弱還原流體，整體是在氧化流體演化的基礎上轉化形成，成礦過程還原程度增加。

3）鉛同位素揭示，成礦物質來源與晚二疊世花崗閃長巖有關，主要來自下地殼，認為成礦物質來自于殼源長英質巖漿。

4）綜合礦床地質特征、穩定同位素特征，認為老柞山金礦床為弱還原矽卡巖型金礦床。

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Discussion about geology，C-H-O and S-Pb multi-isotope characteristics，

and genesis of Laozuoshan Gold Deposit in Heilongjiang Province

Geng Rui1，Li Yixin2，Zhang Shan2，Sun Jinggui3，Bai Chenglin3

（1.Mining Management Division，Shandong Gold Mining Co.，Ltd.;

2.Shandong Gold Mining Co.，Ltd.; 3.College of Earth Sciences，Jilin University）

Abstract：Laozuoshan Gold Deposit is a large-scale gold deposit located in Northeast China，within the central part of the Jiamusi Block in the eastern section of the Khingan-Mongolia orogenic belt.This area represents a complex tectonic zone，influenced by the subduction and transitions of the Paleo-Asian Ocean，the Mongolia-Okhotsk Ocean，and the Paleo-Pacific Ocean.To explore the nature and composition of the ore-forming fluids and the sources of metallogenic materials，systematic studies on C-H-O isotopes from ore-forming fluid inclusions and S-Pb isotopes from ore minerals were conducted.Results show that δ13CPDB values range from 3.932 ‰ to 5.390 ‰，δ18OH2O from 2.17 ‰ to 5.60 ‰，and δD from-90.482 ‰ to -90.569 ‰，indicating that the ore-forming fluids are primarily derived from deep magmatic sources，with meteoric water mixing during the late mineralization stage and partial interaction with the carbonaceous rock units of the Mashan Group.Sulfides from the ore bodies have δ34S values ranging from 3.3 ‰ to 5.1 ‰，sulfides from the mineralized alteration zones have δ34S values between 3.9 ‰ and 5.3 ‰，and sulfides from the mixed rocks and granites range from 3.5 ‰ to 5.2 ‰，suggesting that the ore-forming fluids were relatively weakly reducing.The Pb isotopic ratios of ore minerals are 206Pb/204Pb=18.165-18.571，207Pb/204Pb=15.452-15.613，and 208Pb/204Pb=37.764-38.396，while magmatic rocks have 206Pb/204Pb=18.151-18.655，207Pb/204Pb=15.526-15.634，and208Pb/204Pb=37.855-38.050，indicating that the ore bodies and the magmatic rocks share a common origin，with ore-forming materials sourced from magmatic rocks.Given that the granodiorite closely associated with mineralization is the product of partial melting of the lower crust，it is further inferred that the ore-forming materials are crust-derived.Based on the geological characteristics of the deposit，it is concluded that Laozuoshan Gold Deposit is a weakly reducing skarn-type gold deposit.

Keywords：Laozuoshan;gold deposit;deposit geology;C-H-O and S-Pb isotopes;deposit genesis;Jiamusi Block;skarn-type