DOi:10.16111/j.0258_7106.2017.01.011
 闽北大药坑金矿床黄铁矿成分标型及硫、铅同位素组成研究 
肖凡,班宜忠

(中国地质调查局南京地质调查中心, 江苏 南京210016)

第一作者简介肖凡, 男, 1987年生, 助理研究员, 主要从事区域成矿规律和矿产 勘查工作。 Email: xiao163fan@163.com

收稿日期2015_08_03

本研究得到中国地质调查局地质调查项目“武夷山成矿带龙泉_上杭地区地质矿产调查”( 编号: DD20160037)和“中国矿产地质与成矿规律综合集成和服务(矿产地质志)”(编 号: DD20160346)资助

摘要:摘要闽北政和_建瓯矿集区内大药坑金矿床是一个赋存于韧性剪切带中的小 型矿床 。在野外地质调查基础上,通过分析载金矿物黄铁矿电子探针成分和硫化物硫、铅同位素组 成,探讨了大药坑金矿床的成矿作用问题。研究表明,大药坑金矿床黄铁矿的Co/Ni比值大 多在1~5之间,为岩浆热液成因黄铁矿,成矿热液的温度和盐度均较高,也表现出岩浆 热液的性质;金属硫化物的δ34SCDT均为靠近0的较低正值(0.1‰~3.4‰ ),说明成矿物质为岩浆来源,硫化物的铅同位素比值以及高μ(238 U/204Pb)和ω232Th/204Pb)等特征, 说明成矿物质具有壳幔混源特征。结合区域研究资料,认为大药坑金矿床形成于东 南沿海区域强烈壳幔作用时期,与燕山期火山_侵入杂岩有关,矿床成因类型为岩浆期后热 液型。
关键词: 地质学;韧性剪切带;岩浆期后热液;金矿床;闽北
文章编号: 0258_7106 (2017) 01_0171_14 中图分类号: P618.31 文献标志码: A
 Study of S, Pb isotopes and composition typomorphic characteristics of pyrites 
    in Dayaokeng gold deposit, northern Fujian Province 
XIAO Fan and BAN YiZhong

(Nanjing Center, China Geological Survey, Nanjing 210016, Jiangsu, China)

2015_08_03

Abstract:The Dayaokeng deposit located in the Zhenghe_Jianou ore concentration area i s a small_sized gold deposit hosted by ductile shear zone. To investigate metall ogenesis of the Daoyaokeng gold deposit, the authors carried out some experiment s including EPMA and S_Pb isotopes. Most Co/Ni ratios of pyrites are 1~5 and, f u rthermore, the temperature and salinity of fluids are both high, suggesting magm atic hydrothermal origin.δ34SCDT values of pyrite, sphalerite, gale nite are 2.7‰~3.4‰, 2.2‰ and 0.1‰~0.5‰, respectively, which are posi tive values close to 0‰ (δ34SCDT value of troilite), so it is reas onable that metal materials originated from magma. Pb isotope ratios of sulfide are 18.237~18.557 (206Pb/204Pb), 15.628~15.799 ( 207Pb/204Pb) and 38.446~38.988 (208Pb/204Pb ) respectively; in addition, μ238U/204Pb)and ω (232Th/204Pb)are high, suggesting that the ore_for ming materials might have resulted from mixing of ore_forming materials deriv ed from the crust and the mantle. Combined with previous regional researches, th e authors hold that the Yanshanian volcanic_intrusive complexes had a close rela tionship with the Dayaokeng gold deposit, the deposit was developed at the stage of strong crust_mantle interaction of southeast coast block, and the metallogen ic type of the gold deposit is postmagmatic hydrothermal type.
Key words: geology, ductile shear zone, postmagmatic hydrothermal, gold deposit, northern Fujian
         在武夷地块与浙闽粤沿海岩浆弧之间,分布着璜山_治岭头_八宝山、建宁_泰宁_建阳、政和 _建瓯、尤溪_永泰_德化和紫金山_悦洋5个金(银)矿集区,这些区域是中国东南沿海地 区的重要贵金属产地。近年来勘查发现,东南沿海许多金(银)矿床在空间上与韧性剪切带 紧 密相关,如诸暨璜山金矿床(叶有钟等,1993)、建阳太阳山金矿床(孙晓明等,1993)、 建瓯奖坑金矿床(张兰生,2011)、德化双旗山金矿(王方权,2008)、尤溪肖坂金矿床( 黄仁生等,1999)等。韧性剪切带与金矿床之间的关系已受到许多矿床学家的关注,主要表 现在以下几个方面:韧性剪切作用中构造应力使成矿元素活化迁移和富集,韧性剪切作用产 生变质热液使成矿元素活化迁移和富集,韧性剪切作用产生通道使矿液迁移和沉淀(杨元根 ,1995;Groves et al.,1998;陈柏林等,1999;朱永峰,2004)。受韧性剪切带控制的金 矿床往往产出于变质岩中,而且与造山作用相关,故近些年被称为造山型金矿床,整个成矿 过程与深部韧性变形向浅部脆性变形转换有关系,而且矿体主要就位于脆_韧性过渡带(Gro ves et al.,1998;毛景文等,2002;朱永峰,2004;陈衍景等,2009)。韧性剪切带金矿 床的形成不一定需要岩浆侵入活动,有些仅仅是空间上的关系,岩 浆岩作 为容矿围岩存在,如西澳大利亚Laverton地区Cleo金矿(Brown et al., 2002),有些则与 岩浆活动紧密相关,使得早期变质作用形成的“矿胚层”变富,成为工业矿体(Lang et al ., 2000)。在闽北政和_建瓯矿集区内,韧性剪切带较为发育且作为金矿床的赋矿空间,此类 金矿床的成矿机制如何?是否为造山型金矿床?目前尚无相关报道,故需要开展研究工作, 进而指导区域找矿。
        大药坑金矿床位于闽北政和_建瓯矿集区内,地理坐标为:E118°50′33″,N27°22′46″ ,是产于韧性剪切带内的金矿床。该矿床是由华东有色地质勘探局814物探队1987年开展1∶ 5 万水系沉积物测量时发现的,但近三十年来有关大药坑金矿床的研究相对较少,制约着进一 步找矿工作,目前关于其成因有破碎蚀变岩型(王鹤年等,1992;陆志刚等,1994)、 韧性剪切带型(叶水泉等,1999;大药坑金矿普查报告,1991)和中生代火山_次火山热液 型(陈小华,2000)几种认识, 矿区内闪长岩是重要的矿源层(周菊芳等,1999)。本文作 者对大药坑金矿床实地考察后,开展了载金矿物黄铁矿的电子探针分析,硫化物的硫、铅同 位素研究,试图进一步明确大药坑金矿床的形成与韧性剪切带的关系。
1成矿地质背景
        政和_建瓯矿集区总体位于闽西新元古代变质岩隆起区与闽东燕山期火山岩坳陷区接合部, 属于政和_上杭构造岩浆岩带,北北东向政和_大埔深断裂贯穿全区。
        在区域上,政和_大埔断裂两侧的岩石建造组合差异明显(图1),西侧为新元古代龙北溪组 及 大岭组中浅变质岩系,岩性为云母片岩、云母石英片岩、石英岩、片状云母石英岩等,以及 东岩组斜长角闪片岩、绿泥片岩等。东侧地层有:下侏罗统梨山组陆相碎屑岩呈北北东向狭 长分布,似呈岩片被挟持在变质岩与火山岩之间;上侏罗统长林组沉积_火山碎屑岩;上侏 罗统南园组酸性_中酸性火山喷发岩系;下白垩统石帽山群喷发盆地式沉积_火山碎屑岩系( 如东坑火山岩盆地);距断裂不远的大片火山岩中偶有小范围老变质岩出露(如富美、湖屯 、夏山等地)。
        区内侵入岩的岩石类型复杂,从超基性—中酸性—酸偏碱性皆有,而以酸性和中酸性岩为 主。 大多呈岩株、岩瘤和岩墙状分布。岩浆作用的时代有晚志留世、早三叠世、晚侏罗世、早白 垩世(早期和晚期)等,以燕山期活动最为强烈,且区内侵入岩与火山岩具有相同构造背景 ,部分中_浅成侵入体或次火山岩体是火山机构的重要组成部分,与区内内生金属矿床的形 成关系密切。
区内主要有金矿和铅锌矿等金属矿产,以及硫铁矿、蛇纹岩等非金属矿产。金矿床一般产出 于火山岩和变质岩系中,而铅锌矿床主要位于燕山期火山_侵入杂岩带内,硫铁矿常见于变 质岩系内,如王母山硫铁矿床即位于新元古代龙北溪岩组中。
        图 1政和_建瓯矿集区地质矿产简图(据刘永发,2010修编)
     1—下白垩统; 2—侏罗系; 3—新元古界马面山岩群; 4—花岗斑岩; 5—花岗岩; 6— 石英正长岩; 7—钾长花岗岩; 8—未分(超)基性岩; 
    9—断裂; 10—不整合界线 ; 11—金(银)矿床; 12—铅锌矿床
     Fig. 1Simplified geological and mineral resource map of the Zhenghe_Jianou o re concentration area
    (modified after Liu, 2010)
     1—Lower Cretaceous; 2—Jurassic; 3—Neoproterozoic Mamianshan Group; 4—Granite porphyry; 5—Granite; 6—Quartz syenite; 
    7—K_feldspar granite; 8—(Ultra_)ma fic rocks; 9—Fault; 10—Unconformity; 11—Au(Ag) deposit; 12—Pb_Zn depo sit
2矿床地质特征
        大药坑金矿区总体位于政和_建瓯矿集区北侧(图1),矿区出露地层有新元古界马面山岩群 龙北溪岩组(长英质片岩、云母片岩、石英片岩和石英岩)、早古生界稻香组(硅质岩、千 枚岩、安山质凝灰熔岩)和下侏罗统梨山组(含砾石英粗砂岩、石英杂砂岩、长石石英砂岩 、泥岩、碳质页岩夹煤线)(图2a)。
区内主要侵入岩体为闪长岩(即熊山岩体)岩体,具有幔源特点,与板块碰撞过程中拉张环 境有 关,是金的矿源岩之一(大药坑金矿普查报告,1991;周菊芳等,1999)。此外,发育较多 燕 山期脉岩,如闪长玢岩、石英闪长玢岩、流纹斑岩、花岗闪长斑岩和花岗斑岩等,且一般呈 北北东向、北西向,其中石英闪长玢岩侵入相对较早,遭受了动力变质作用和热液作用改造 ,其余脉岩均破坏矿体。除此之外,矿区东侧出露晚侏罗世花岗岩体和石英闪长岩体。
图 2政和县大药坑金矿区地质图(a, 据华东地质勘查局810队,1994)及金矿体产出示意 图(b, 据王鹤年等,1992修改)
     1—第四系; 2—下侏罗统梨山组; 3—早古生界稻香组; 4—新元古界龙北溪岩组; 5— 石英闪长岩; 6—花岗岩; 7—闪长岩; 8—花岗斑岩;
     9—花岗闪长斑岩; 10—石英 闪长玢岩; 11—闪长玢岩; 12—糜棱岩带; 13—断裂; 14—不整合界面; 15—构造角 砾岩; 16—金矿(化)体 
     Fig. 2Simplified geological map of the Dayaokeng gold orefield (a, after No. 8 10 Party of Geological 
    Exploration Bureau of East China, 1994) and sketch ma p of Au orebody (b, after Wang et al., 1992)
     1—Quaternary; 2—Lower Jurassic Lishan Formation; 3—Early Paleozoic Daoxiang F ormation; 4—Neoproterozoic Longbeixi Formation; 
    5—Quartz diorite; 6—Granit e; 7—Diorite; 8—Granite porphyry; 9—Granodiorite porphyry; 10—Quartz diorite p orphyrite; 11—Diorite 
    porphyry; 12—Mylonite belt; 13—Fault; 14—Unconformit y; 15—Tectonic breccia; 16—Gold orebody    
         在矿区范围内,龙北溪组变质岩与梨山组碎屑岩之间,梨山组与熊山岩体之间发育一组叠瓦 式断裂,其中梨山组碎屑岩与熊山岩体之间的北北东向断裂是控矿主构造(图3a、b),经 过动力变质作用,沿断裂带出现了糜棱岩带,据华东地质勘查局810队,1994),糜棱岩的原 岩为熊山 岩体(闪长岩),矿物颗粒被压扁拉长,出现定向排列的密集片理及眼球状构造,糜棱岩片 理化带走向与北北东向主构造略呈斜交,各处应变强度不等,宽度不一,单个糜棱岩带一般 宽数米至数十米,延长十余米以上,局部可达数百米,呈雁行式排列,其强应变带往往金 矿品位较高,说明韧性剪切作用对金元素有预富集作用。
        矿区内发现了多条金矿化体,其倾向以南东向为主,倾角变化于45~80°之间,矿体形态大 多为透镜体状和脉状(图2b)。主矿体走向延伸170~202 m,倾向延伸45~210 m,顶底板 岩 性有以下几种:顶底板均是角砾岩、顶底板均是糜棱岩、顶板糜棱岩+底板粉砂岩,矿体与 围岩之间往往没有截然的界线。
        矿石中常见金属矿物有黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、毒砂等,非金属 矿物有绢云母、石英、方解石等。矿石结构有他形_半自形粒状结构、自形粒状结构、碎裂 结构、交代残余结构等。矿石构造为条带状、块状、角砾状、脉状和浸染状构造等(图3c~ g)。w(Au)一般为1~28.8 g/t,最高可达136.5 g/t,在原生矿石中,自 然金、银金矿、金银矿等金矿物常呈微粒状、片状赋存于石英和黄铁矿裂隙中或者晶隙 中(华东地质勘查局810队,1994)。 矿区常见围岩蚀变分成浅色蚀变带和深色蚀变带,其中浅色蚀变带( 包括硅化、黄铁矿化、绢云母化、高岭土化、碳酸盐化,伴绿泥石化和叶腊石化等)与韧性 剪切带中强应变带、主构造角砾岩带及金矿化带相吻合,呈线型分布;深色蚀变带(阳起石 化、纤闪石化、绿泥石化、钠长石化、碳酸盐化、黄铁矿化和硅化等)广泛分布于闪长岩体 中,亦见于闪长玢岩等脉岩中,与金矿化关系不紧密。
图 3大药坑金矿区叠瓦式断裂和主要矿化特征
     a、b. 闪长岩与梨山组之间逆冲叠瓦式断裂,且梨山组内断裂中出现碳质泥岩; c. 条带状 矿石; d. 多金属硫化物石英脉穿插黄铁矿化
    石英脉; e. 块状多金属硫化物脉穿插糜棱 岩; f. 多金属硫化物矿石包含角砾状围岩; g. 沿糜棱岩面理产出黄铁矿细脉1—梨山组; 2—闪长岩; 3—逆断层; Gn—方铅矿; Sp—闪锌矿; Ccp—黄铜矿; Py— 铁矿; Apy—毒砂; Po—磁黄铁矿; Q—石英
     Fig. 3Laminated fault in the Dayaokeng gold deposit and main characteristics o f ore structure
    a, b. Laminated thrust fault between diorite and Lishan Formation with carbonace ous mudstone observed in the fault, which is a rare bed in Lishan 
    Format ion; c. Banded ore; d. Pyrite_bearing quartz vein penetrated by polymetallic_quartz vein ; e. Mylonite penetrated by polymetallic sulfide vein; 
    f. Brecciated wallrock in polymetallic sulfide rock; g. Pyrite_bearing vein developed along the mylonite foliation 
    1—Lishan Formation; 2—Diorite; 3—Thrust fault; Gn—Galena; Sp—Sphalerit e; Ccp—Chalcopyrite; Py—Pyrite; Apy—Arsenopyrite;
     Po—Pyrrhotite; Q—Qu artz         
        根据金属矿物组合和彼此之间的穿插关系,可将大药坑金矿床划分出如下几个成矿阶段:黄 铁矿_石英(少)阶段(Ⅰ)、石英_黄铁矿阶段(Ⅱ)、石英_多金属硫化物阶段(Ⅲ)和石 英_方解石_多金属硫化物阶段(Ⅳ),其中第Ⅲ阶段为主成矿阶段。黄铁矿在每一个成矿阶 段均出现,但共生矿物和自身晶形存在差异,表明具有多世代结晶特征,根据光片鉴定结果 ,可将黄铁矿大致分出5个世代,用PyⅠ、PyⅡ、 PyⅢ、PyⅣ、PyⅤ代表(图4a~e),对这五类黄铁矿进Ccp—Chalcopyrite; Po—Pyrrhotite; Sp—Sphalerite行了电子探针成分分析。
       图 4大药坑金矿床不同世代黄铁矿特征 
     a. 多金属硫化物共生,PyⅠ黄铁矿呈他形结构; b. PyⅡ黄铁矿与石英共生,黄铁矿呈半 自形_他形结构; c. 围岩中浸染状黄铁矿PyⅢ,
    呈自形_半自形结构; d. 黄铁 矿与磁黄铁矿共生,PyⅣ黄铁矿呈自形结构,粒度大(~1 mm); e. 多金属硫化物共生, PyⅤ黄 铁矿呈细粒他形结构
     Ccp—黄铜矿; Po—磁黄铁矿; Sp—闪锌矿
     Fig. 4Characteristics of different generations of pyrites from the Dayaokeng g old deposit
     a. Polymetallic sulfide rock,with pyrite PyⅠ exhibiting anhedral granular tex ture; b. Pyrite PyⅡ and quartz coexisting in the rock, with pyrite 
    exhibitin g subhedral-anhedral granular texture; c. Disseminated pyrite PyⅢ in the wall rock,exhibiting euhedral_ subhedral granular structure; 
    d. Pyrite PyⅣ and p yrrhotite coexisting in the rock, with pyrite exhibiting euhedral granular struc t ure,coarse grained(~1 mm); e. Polymetallic 
    sulfides coexisting in the roc k, with pyrite PyⅤ exhibiting anhedral granular texture 
3样品及测试方法
        本次样品采自大药坑金矿床252 m中段,矿石类型有稀疏浸染状、细脉状和致密块状等,依 据金属矿物组合情况,稀疏浸染状矿石又可分 为黄铁矿_磁黄铁矿型和黄铁矿_黄铜矿_毒砂型;细脉状矿石可分 为黄铁矿型和黄铜矿_方铅矿_闪锌矿_黄铁矿型;致密块状矿石可分为 黄铁矿_磁黄铁矿_方铅矿_少闪锌矿和闪锌矿_方铅矿_黄铜矿_黄铁矿_磁黄铁矿型。
        电子探针实验在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室进行,利用配备4 道波谱 仪的JEOL JXA_8100 电子探针完成,工作条件为: 加速电压20 kV,加速电流20 nA,束斑直 径<1 μm,所有测试数据均进行了ZAF 校正处理。
        硫、铅同位素分析在澳实分析检测(广州)有限公司进行。挑选石英_多金属硫化物阶段矿 石进行粉碎,使用双目镜,挑选黄铁矿、方铅矿和闪锌矿单矿物,保证纯度在99%以上。超 声 波清洗掉矿物表面粘附粉尘之后,用玛瑙砵研磨至200目,送实验室测试,其中硫同位素使 用S_ISTP01方法,元素分析仪配套硫同位素质谱仪测δ34S,数据经V_CDT即陨硫铁标 准物质标准化,铅同位素使用Pb_IRM01方法,扇形磁场等离子体质谱(HR_ICP_SFMS)测试。 
4测试数据分析
4.1黄铁矿成分标型特征
        黄铁矿的化学式为FeS2,理论上主要元素w(S)和w(Fe)应为53.45%和46 .55%,S/Fe(原子比值)应为2。大药坑金矿床黄铁矿电子探针分析结果显示(表1), 24个测点的S、Fe含量总体低于理论值, w(S)为50.26%~53.62%,w(Fe)为44.76%~ 46.649%。不同世代黄铁矿的S/Fe(原子比)比值(取平均值)不同,如PyⅠ为2 、PyⅡ为1.97、PyⅢ为1.96、PyⅣ为2.01、PyⅤ为1.98,仅PyⅣ表现出弱富硫型。 
表 1大药坑金矿床黄铁矿电子探针分析数据
     Table 1EPMA data of pyrites from the Dayaokeng gold deposit       
         黄铁矿中的Fe常被其同族元素Co和Ni以类质同象代替,S常被As替代。从表1中可见,大药坑 金矿中黄铁矿微量元素主要为As、Co、Ni、Au、Ag、Sb、Se和Bi等。不同世代黄铁矿微量元 素含量不一样,如w(As): PyⅣ(882×10-6)<PyⅤ(2040×10-6 )<PyⅠ(8540×10-6)<PyⅡ(15722×10-6)<PyⅢ(18646×10-6 );w(Co): PyⅤ(788×10-6)<PyⅣ(882×10-6)<PyⅡ(1240 ×10-6)<PyⅢ(1292×10-6)<PyⅠ(2264×10-6);w(Ni ): PyⅣ(163×10-6)<PyⅤ(320×10-6)<PyⅡ(1065×10-6) <PyⅢ(1703×10-6)<PyⅠ(4423×10-6),w(Bi): PyⅣ(0.017 )<PyⅡ(0.052)<PyⅢ(0.056)<PyⅠ(0.058)<PyⅤ(0.074)。除此 之外, 微量元素比值上也存在差异,如Co/Ni值:PyⅢ(2.09)<PyⅡ(2.85)<PyⅠ(4.18) <PyⅤ(4.86)<PyⅣ(10.02)特征。
4.2硫同位素
        此次测试的样品均为多金属硫化物矿石,选取其中黄铁矿、方铅矿和闪锌矿等进行了硫同位 素分析。根据矿物与H2S之间的硫同位素平衡分馏系数数据,硫同位素平衡时应该具有 δ 34SPy>δ34SSp>δ34SCp>δ3 4SGn特 征(Ohmoto et al., 1979)。在大药坑金矿床中,黄铁矿δ34SCDT在2.7‰ ~3.4‰之间,闪锌矿δ34SCDT为2.2‰,方铅矿δ34SCDT在0 .1‰~0.5‰之间(表2),δ34SCDT总体表现出黄铁矿>闪锌矿>方铅矿, 说明: ① 热液成矿过程中不 同硫化物间硫同位素分馏达到了平衡,且在同一物化条件下形成,同时根据方铅矿_闪锌矿 矿物对的硫同位素温度计,可大致估算出硫化物平衡温度值为355℃;② 金属矿物的δ 34SCDT均为接近零值的正值,标准差为1.33,变化范围小,说明硫源相对单一。 
4.3铅同位素
        黄铁矿、方铅矿、闪锌矿是大药坑金矿床中最主要的金属硫化物,其铅同位素组成如表2所 示 。金属硫化物的206Pb/204Pb变化于18.237~18.557, 207Pb/204Pb变化于15.628~15.799,208Pb/204 Pb变化于38.446~38.988,总体变化幅度较小。利用Geokit软件计算铅同位素Δβ和 Δγ等参数之后,制作铅同位素Δβ_Δγ图,发现大药坑金矿床金属硫化物铅同位素落在 俯冲带铅(上地壳和地幔混合铅)和上地壳铅范围,其中壳幔混合铅与岩浆作用有关(图5 )。放射性铅同位素“铀铅”(206Pb,207Pb)和“钍铅” (208Pb)含量的不同,与物质 来源紧密相关,一般化学沉积岩和花岗岩富铀铅(206Pb/204Pb >18,207Pb/204Pb>15.3)、贫钍铅(208Pb/ 204Pb<39),而变质岩铅同位素贫铀铅(陈华勇等,2000),大药坑金矿床的铅 同位素属于富“铀铅”、贫“钍铅”型,指示其铅源可能与变质岩关系不大。
5讨论
5.1成矿热液性质

在不同矿床类型中,黄铁矿的Co/Ni值不一样,一般沉积型小于1,变质热液型接近1,岩浆 热液型在1~5之间,火山热液型大于5。如表1所示,大药坑金矿床黄铁矿的Co/Ni比值大都 在 1~5之间,说明大药坑金矿床的黄铁矿以岩浆热液成因为主。研究表明,高温型黄铁矿 w(Co)>1000×10-6,中温型黄铁矿w(Co)为100×10-6~1000×10 -6,低温型黄铁矿w(Co)<100×10-6(梅建明,2000) 。大药坑 金矿床的黄铁矿中w(Co)均值总体偏高,其中在 PyⅤ为788×10-6,PyⅣ为882×10-6,PyⅡ为1240×  10-6,PyⅢ为1292×10-6,PyⅠ为2264×10-6,故成 矿热液具有中高温性质,上文通过方铅矿_闪锌矿矿物对的硫同位素温 度计,算得二者平衡温 度为355℃,也证实成矿热液温度偏高。 
 表 2大药坑金矿床金属硫化物硫、铅同位素特征
     Table 2S and Pb isotopes of metal minerals of the Dayaokeng gold deposit    
说明: 利用Geokit软件计算铅同位素参数(μ、ω、Δβ、Δγ);“-”代表未测。
图 5大药坑金矿矿石矿物铅同位素Δβ_Δγ图
    (底图据朱炳泉等,1998)
     1—地幔源铅; 2—上地壳铅; 3—上地壳与地幔混合的俯冲带铅(3a—岩浆作用; 3b—沉 积作用); 4—化学沉积型铅; 5—海底热水作用铅; 6—中深变质作用铅; 7—深变质下 地壳铅; 8—造山带
    铅; 9—古老页岩上地壳铅; 10—退变质铅 
    Fig. 5Plot of Δβversus Δγ of metal minerals of 
    the Dayaokeng gold deposi t (after Zhu et al., 1998)
     1—Mantle lead; 2—Supracrustal lead; 3—Subducted lead from mixing of supra crus tal and mantle lead (3a. Magmatism; 3b. Sedimentation); 4—Chemical deposit lead ; 5—Submarine hydrothermal lead; 6—Medium to deep metamorphism lead; 7—Deep m etamorphic lower crust lead; 8—Orogenic belt lead; 9—Ancient shale upper crust 
    lead; 10—Retrograde metamorphic lead  
        为了进一步探讨矿床的成矿热液性质,本文挑选金品位较高的多金属硫化物_石英脉状矿石 (图6a),对其中脉石矿物石英进行了流体包裹体研究。岩相学观察表明,大药坑金矿床的 原生流体包裹体主要为富液相、含子矿物三相包裹体类型(图6b、c),其中气相成 分以CO2为主,子矿物有盐类和赤铁矿等多种(图6b),明显不同于典型韧性剪切带 型金矿床和 浅成热液金矿床的流体包裹体岩相学特征(前者低盐度,富CO2流体包裹体; 后者缺富CO 2流 体包裹体和含子晶流体包裹体,陈衍景等,2007),因此,从流体包裹体的岩相学角度,可 以推断大药坑金矿床的成矿热液为浆控热液。
        研究表明,黄铁矿Fe/(S+As)比值与其形成深度相关性较高,相关系数达0.87,深部为0 . 846,中部为0.863,浅部为0.926(Новгородова et al., 1986),此规律已 在 辽宁五龙金矿区和川西甘孜_理塘金矿带得到验证(周学武等,2005;郇伟静等,2011)。 大药坑金矿床的黄铁矿Fe/(S+As)值在0.844~0.906之间,平均值为0.867,峰值集中 于0.866~0.872之间,说明黄铁矿总体形成于偏浅部环境,而含金品位更高的矿石中黄铁 矿(PyⅤ和PyⅣ)的Fe/(S+As)平均值也达到0.875,说明金元素沉淀也趋向于 偏浅成环境。上文中提 到,富金矿石中脉石矿物石英内流体包裹体类型丰富,并发现了含赤铁矿子矿物的三相流体 包裹体,成矿热液表现出氧逸度偏高的特征,不同于典型金矿床的弱还原性成矿热液条件( 王炳成等,1994;杜杨松等,1998;杨金中等,2000),据此可以说明,在大药坑金矿床成 矿流体演化中,混入了大气氧,导致氧化还原电位变化,这种现象的出现可能与成矿深度偏 浅有关,为大气降水沿构造网络渗透创造了条件。
5.2成矿物质来源
        研究表明,当成矿流体中f(O2)较低时,硫主要呈低价态的HS-和S2-存 在,成矿流体中的δ34S基本都富集于硫化物中;当成矿流体中f(O2)较高 时,硫主要呈高价态的SO2-4存在,富集δ34S的硫酸盐的沉淀导致成矿流体 中34S亏损,此时生成的硫化物中δ34S值低于成矿热液中总的硫同位素值 (Ohmoto,1972)。通过光片观察,大药坑矿床内矿石中未发现硫酸盐矿物,含硫矿物主要 为黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿和毒砂等,说明成矿过程 中未发生硫酸盐和硫化物之间的硫同位素分馏,故硫化物中的δ34S特征可以代表成 矿流体δ34SΣ的特征。一般认为δ34S有地幔硫、现代海水硫和沉积(还 原 )硫3种不同的来源(郑永飞等,2000),地幔硫与陨石硫同位素相似,变化于0‰附近,受 地壳再循环组分影响在-6‰至+6‰之间变化(Denies,1995)。大药坑金矿床金 属矿物硫同位素值为较低正值(0.1‰~3.4‰),偏离陨石硫同位素值(0‰),与超基 性岩_基性岩的硫同位素值相近(0±3‰),说明成矿流体中硫为深源硫(或岩浆硫)。
        铅同位素组成除受放射性衰变和混合作用影响外,不会在物理、化学和生物作用过程中发生 变化,即在矿质运移和沉淀过程中铅同位素组成保持不变(沈渭洲,1987)。因此,铅同位 素组成是示踪成矿物质来源最直接、最有效的方法之一,已被广泛应用于 各种矿床的研究中(张乾等,2002)。由于岩石一般
    图 6大药坑金矿床流体包裹体岩相学特征
     Gn—方铅矿; Py—黄铁矿; Q—石英; L—液相; V—气相; S—固相
     Fig. 6Characteristics of fluid inclusions in the Dayaokeng gold deposit
     Gn—Galena; Py—Pyrite; Q—Quartz; L—Liquid; V—Vapor; S—Solid Phase
 图 7大药坑金矿床206Pb/204Pb_207Pb/204P b关系图解
     数据来源: 大药坑和东际金矿床为本文提供,
    其他引自冯志文等,1991 
     Fig. 7Plot of 206Pb/204Pb versus 207Pb/2 04Pb of the 
    Dayaokeng gold deposit
     Data source: data of Dayaokeng and Dongji gold deposits
     from this text, others from Feng et al., 1991    
含有一定量的U、Th元素,矿物结晶以后,U、Th所产生的放射成因铅会对岩石的铅同位素组 成产生一定的影响,故需要对其进行铅同位素组成校正。但 一般来说,金属硫化物中U、Th元素含量很低,在其结晶以后,通过衰变作用所产生的放射 性成因铅的含量非常低,对硫化物中铅同位素组成的影响可以忽略不计,故可以用硫化物中 铅同位素组成来表征源区铅同位素的组成。在大药坑金矿床中,主要金属硫化物的 208Pb/204Pb变化于38.446~38.988,207Pb/204 Pb变 化于15.628~15.799,206Pb/204Pb变化于18.237~18.557,且 在铅同位素Δβ_Δγ图中,样品投点在上地壳和俯冲带铅均有分布,且俯冲带 铅为岩浆作用导致,因此大药坑金矿的成矿物质具有壳幔混源特征,受岩浆作用影响。铅同 位素其他参数如μ(238U/204Pb)、ω232T h/204Pb)等也能很好反映成矿物质来源,大药坑金矿床μ值在9.54~9.84 之 间,均值9.72,位于地幔(8.92)和造山带(10.87)(Doe et al., 1979)之间,ω值 为37.78~40.28,均值39.23,超出正常铅的范围(35.55±0.59),也可以说明成矿 物质具有壳幔混源特征。
5.3矿床成因分析
        东南沿海大陆经历了特提斯构造域向滨太平洋构造域转换,导致中生代造山运动强烈,并经 历了印支期造山(三叠纪—早侏罗世)和燕山期造山(中侏罗世—晚白垩世,约90 Ma结束 )等多期造山运动(邢光福等,2002;2009),这个过程大致包括陆_陆碰撞地壳增厚期(2 20~160 Ma,壳幔作用弱)和大陆伸展地壳减薄期(150~75,壳幔作用强)(毛建仁,199 4)。在东南沿海的(武夷山成矿带范围)5个金矿集区内,金矿床的成矿年龄大多集中于 早白垩世早期或者早白垩世晚期—晚白垩世早期,如紫金山金铜矿床(122.2±3.9) Ma (石英流体包裹体Rb_Sr,陈好寿,1998)、碧田(或悦洋)银矿床(94.7±2.3) Ma( 冰长石40Ar_39Ar,张德全等,2003)、治岭头金银矿床127~16 5 Ma(石英流体包裹体Rb_Sr,陈好 寿 等,1997)、毫石银矿床104 Ma(石英流体包裹体Rb_Sr,陈好寿等,1997)、下坂金矿床1 25 Ma(绢云母Rb_Sr,朱玉麟等,2007),这一时期正处于大陆伸展减薄阶段,区域壳幔作 用强烈(邢光福等,2009;Liu et al., 2014)。大药坑金矿床目前还没有准确的成矿年 龄 数据,但从矿化体宏观产出特征来看,可推测矿床应是早侏罗世以后形成,如早侏罗世梨山 组砂岩张裂隙中发育金矿化体,因此大药坑金矿床是晚中生代构造_岩浆作用的产物。 硫_铅同位素特征共同表明,大药坑金矿床的成矿物质具有壳幔混源特征,岩浆成因 明显,说明成矿作用发生于区域壳幔作用时期。
        在以东南沿海地区为代表的中国东部,分布着规模巨大的晚中生代火山_侵入杂岩带(侵入 岩与火山岩在时代上、空间上、来源上有密切的关系),并与金、铜等金属成矿作用关系密 切(华仁民等,2002)。东南大陆晚中生代岩浆作用产物的岩浆源区大多为壳源层,壳幔作 用增强后会有幔源物质底侵垫托(徐晓春等,1993;毛建仁,1994),金元素丰度较 高的变质基底地层(如新元古代龙北溪岩组w(Au)均值1.49×10-9,姜耀辉 等,1994,新元古代东岩岩组主体为拉斑玄武质火成岩,Au含量更高)的部分熔融和幔源物 质的加入,为金 矿床的形成奠定了充实的物质基础。综上,大药坑金矿床是一个岩浆期后热液型金 矿,并不是典型的韧性剪切带型金矿,但剪切带构造是矿区内最主要的控矿构造,一方 面使金元素在强应变域得到明显富集,另一方面剪切构造系统十分有利 于成矿热液运移和沉淀。从大药坑金矿床金属硫化物和其他地质体中黄铁矿的铅同位素对比 来看(图7),彼此间具有线性关系,说明矿区外围晚侏罗世石英闪长岩中黄铁矿和 南园组凝灰岩中黄铁矿可能与矿床具有相似的源区,故与成矿有关的岩体可能也同属于东南 沿海晚中生代火山_侵入岩浆系统产物,源于有幔源物质加入的地壳物质部分熔融,形成初 始含矿岩浆,并在后期岩浆演化过程中,形成富含成矿元素的岩浆期后热液。矿区坑道内 出露的燕山期岩体(脉)大多破坏矿体,形成于成矿之后,而真正与大药坑 金矿床相关的成矿母岩可能隐伏于深部,尚未被揭露。
        大药坑金矿床形成于燕山中晚期大陆伸展减薄环境,成因类型为岩浆期后热 液型金矿床,可能经历了以下成矿过程:① 早期韧性剪切带(可能与加里东期造山运动有 关)使金元素预富集,强应变域内金元素含量趋向于增高,同时剪切构造系统为后期成矿热 液运移提供了有利空间;② 在燕山期区域大陆伸展减薄环境下,强烈壳幔作用促使地壳岩 石部分熔融形成含金元素的成矿岩浆,向上侵位过程中发生广泛水_岩反应,形成浅色围岩 蚀变带,期间进一步活化、萃取了围岩中的成矿物质;③ 富含成矿元素的热液沿围岩中张 裂隙和剪切带内构造薄弱域充填,受扩容减压机制影响,在偏浅成环境中开始结晶沉淀形成 金矿床。
6结论
        (1) 大药坑金矿床黄铁矿Co/Ni比值大多在1~5之间,并有较高Co含量(w(Co)为788 ×10-6~2264×10-6),指示成矿热液具有岩浆热液性质,而含金石英 脉中发育含CO2流体包裹体和含子矿物(有赤铁矿和石盐多种类型)流体包裹体,也证实 了这一点。
        (2) 大药坑金矿床中硫化物的δ34SCDT为靠近零值的较低正值,其中黄铁矿 δ34SCDT为2.7‰~3.4‰,闪锌矿δ34SCDT为2.2‰,方铅矿 δ34SCDT为0.1‰~0.5‰,指示硫源为岩浆(深源)硫。同时,金属硫化物 的 铅同位素比值及相关参数指示铅源具有壳幔混源性质,因此,大药坑金矿床的成矿物质可能 来自于壳幔混源型岩浆。
        (3) 受东南沿海燕山中晚期区域伸展拉张作用影响,与区域壳幔岩浆作用相关 的热液活动主导了大药坑金矿床的形成,其矿床成因类型为岩浆期后热液型。   
        志谢衷心感谢南京地质调查中心总工程师邢光福研究员为本文所提的修改意见 ,使得论 文增色不少。在野外考察过程中,福建省政和县宏坤矿业有限公司(大药坑金矿)郭淑庆总 经理和陈志航工程师提供了支持与帮助,电子探针分析得到了中国地质大学(武汉)地质过 程与矿产资源国家重点实验室电子探针实验室杨水源副教授科研团队的指导,南京地质调查 中心研究生樊献科同学也给予了帮助,在此一并表示感谢!    
     
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