山东招远九曲金矿床成矿流体地球化学特征

山东招远九曲金矿床成矿流体地球化学特征
丛智超;孙丰月;王力;杨桂彬
【摘要】九曲金矿位于招远—平度成矿带内,地处胶东金矿集中区的西北部.矿区内出露的岩浆岩为黑云母二长花岗岩、浅色细粒花岗岩及似斑状花岗闪长岩,矿体受断裂构造控制,属石英脉型金矿床.矿化分为四个阶段:石英-黄铁矿阶段、黄铁矿-石英阶段、石英-多金属硫化物阶段及碳酸盐阶段.流体包裹体研究表明,矿体中含金石英脉发育含CO2三相包裹体(Ⅰ型)、气液两相包裹体(Ⅱ型)和纯CO2包裹体(Ⅲ型)3种类型.成矿流体具有由早阶段到晚阶段,温度从中高温(301℃～365℃)到中低温(200℃～256℃)逐渐降低,CO2从富到贫逐渐减少,整体上具有低盐度(3.53％～10.74％ NaCleqv)和低密度(0.55～0.96 g· cm-3)的特点,成矿压力为75 ～ 129 MPa,成矿深度为7.04 ～9.46 km,成分以CO2、H2O为主.δD=-51×10-3～-64.2×10-3,δ18 O水=0.9×10-3～7.1×10-3.笔者认为成矿流体以地幔流体为主,后期有大气降水参与;δ34S变化范围为6.4×10-3～7.4×10-3,显示成矿物质为深源含矿岩浆,上涌过程中与赋矿围岩发生重熔.矿床属幔源流体参与成矿的中温热液脉型金矿床.
【期刊名称】《世界地质》
【年(卷),期】2015(034)002
【总页数】10页(P362-371)
【关键词】流体包裹体;成矿流体;地球化学特征;山东招远
【作者】丛智超;孙丰月;王力;杨桂彬
【作者单位】吉林大学地球科学学院,长春130061;吉林大学地球科学学院,长春130061;吉林大学地球科学学院,长春130061;山东黄金矿业(玲珑)有限公司,山东招远265419
【正文语种】中文
【中图分类】P618.51
Key words：fluid inclusion; ore-forming fluid; geochemical characteristics; Zhaoyuan of Shandong
胶东半岛是中国重要的内生金矿集中区，位于华北克拉通东缘，其中位于胶东地区西北部的玲珑金矿田是中国开发较早、研究较详细的大型金矿，九曲金矿是玲珑金矿田中的重要金矿床(图1)。

矿区位于华北克拉通东南缘鲁东地盾的胶东隆起上、胶东金矿集中区的西北部、招远—平度成矿带内。

从全球构造看，处于环太平洋构造带上
[1]。

前人对玲珑金矿田从地质条件、矿体特征、地球化学及成矿流体演化等方面均有过深入的研究
[2--6]，但大多集中在对玲珑西山金矿开展研究，对九曲金矿的研究有所不足。

为了深入了解九曲金矿床的矿化富集规律, 本文在矿床地质研究的基础上，对九曲金矿床进行了系统的流体包裹体及稳定同位素研究工作，并对该区金矿床成矿的流体来源、物质来源及成矿机制展开了讨论。

九曲金矿床位于郯庐深大断裂带东侧，招远—平度成矿带内(图1)。

区域发育的地层主要是晚太古代胶东群、早元古代荆山群、中元古代粉子山群、晚元古代蓬莱群以及侏罗系和白垩系地层。

火成岩以中生代为主，伴有少量的前寒武纪岩浆活动 [1]。

矿区内胶东群变质岩在花岗岩中呈包体形式产出，此外还有第四纪风化壳层和风化碎屑堆积层。

矿区内岩浆岩为黑云母二长花岗岩、浅色细粒花岗岩及似斑状花岗闪长岩。

脉岩非常发育，走向大多为NE，其中对矿体的形成和产出形态有较大影响的是中基性岩脉,主要为煌斑岩、闪长玢岩和辉绿岩岩脉。

矿区内规模最大的控矿构造是破头青断裂，为招平断裂的北段，总体走向
NE60°～70°，倾向SE，倾角35°,属缓倾斜压扭性断裂。

一系列次级NE及NEE 走向的断裂受其控制，平面上呈N字型展布，且由西向东其走向由NEE渐变为NE向(图2)。

这些构造制约着矿脉的空间展布及矿体的赋存状态。

矿区内矿脉十分发育，一般成群出现，多数矿脉走向NE至NEE向，少数NNE向(图3)。

矿体受到构造控制，赋存于矿脉之中，形态较简单，呈脉状、透镜状产出，长30～500 m，宽0.3～23 m，矿体走向一般在35°～75°之间，倾向NW或SE，以NW向为主，倾角一般在56°～85°。

矿体与围岩有明显分界，品位变化较大，金最高品位可达1×10
-3。

矿体内矿石以含金硫化物石英脉型为主，其次为蚀变岩型。

主要的金属矿物为黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、自然金、自然银及菱铁矿，局部发育毒砂, 次生矿物有褐铁矿、铜蓝；主要非金属矿物为石英和方解石。

其中黄铁矿、黄铜矿及磁黄铁矿是主要的载金矿物
[7,8]。

与热液成矿有关的围岩蚀变主要有钾长石化、绢英岩化、硅化、绢云母化、碳酸盐化等类型, 其中绢英岩化和硅化与金矿化关系最为密切。

前人研究表明，成矿作用可分为四个矿化阶段，由早至晚分别为：Ⅰ石英--黄铁矿阶段；Ⅱ黄铁矿--石英阶段；Ⅲ石英--多金属硫化物阶段；Ⅳ碳酸盐阶段
[9](图4)。

虽然第Ⅰ阶段金矿化不明显, 但伴有强烈的钾长石化;第Ⅱ、Ⅲ阶段为金的主要富集成矿阶段, 且以第Ⅲ矿化阶段最强
[10]。

2.1 样品及实验方法
研究样品主要取自九曲金矿5--1号矿脉-230中段、9号矿脉-370中段等的含金石英脉型矿体。

在室内将样品制备成双面剖光的包裹体片，挑选与含金黄铁矿共生的石英颗粒内原生流体包裹体进行测试。

流体包裹体岩相学、冷冻--均一法测温及单个包裹体成分激光拉曼光谱分析等测试均在吉林大学地球科学学院地质流体实验室完成。

包裹体测温用仪器为LinKam THMS--600型冷热台，测试前用人工合成25%CO
2--H
2O及纯H
2O包裹体(国际标样)对仪器进行了系统校正；单个包裹体成分分析仪器为Renishaw System--1000型激光拉曼光谱仪，514 nmAr
+激光器，扫描范围4 500～850 cm
-1，精度±1 cm
-1；狭缝宽度25 μm。

在核工业北京地质研究院分析测试研究中心，利用DZ/T0184.19--1997天然水中氢同位素锌还原法和DZ/T0184.13--1997硅酸盐及氧化物矿物氧同位素组成的五氟化溴法对九曲金矿中石英进行了H、O同位素测试，用DZ/T0184.14--1997《硫化物中硫同位素组成的测定》的检测方法和依据对九曲金矿的矿石中的黄铁矿进行了S同位素测试。

2.2 流体包裹体显微物相特征和类型
显微物相研究表明，矿石中发育大量的流体包裹体，它们多成群随机分布，也有些孤立分布，没有明显的方向性，原生包裹体与次生包裹体均存在，并以原生包裹体为主。

根据室温下和冷冻--加热过程中的包裹体的相态特征，将原生流体包裹体分为3种类型：含二氧化碳三相包裹体(Ⅰ型)、气液两相包裹体(Ⅱ型)和纯二氧化碳包裹体
含CO
2三相包裹体(Ⅰ型)：在室温下由液相二氧化碳(L
CO
2
)、气相二氧化碳(V
CO
2
)及水溶液(L
H
2O
)三相或二氧化碳相与水溶液两相构成(图5(a)、5(d))。

形态大多呈不规则形、长条形和菱形等，它们随机分布于石英颗粒中，并与其他类包裹体成群产出，大小一般为6～16 μm，主要发育于Ⅰ、Ⅱ成矿阶段中。

气液两相包裹体(Ⅱ型)：在室温下由气液比普通较低的液态水和气态水两种相态组成(图5(b)、5(c)、5(d))。

形态多呈长条形及不规则状等，在石英颗粒中多随机成群发育，大小多数在5～10 μm之间，是最普遍的包裹体类型。

2包裹体(Ⅲ型)：室温下呈二氧化碳气液两相或纯二氧化碳液相(图5(d))，以富液相二氧化碳为主，气相二氧化碳所占比例一般为15%～30%，大小5～14 μm，形态多呈椭圆形、长条状等，在石英颗粒中多随机分布，或与它类包裹体成群产出。

2.3 流体包裹体均一温度、盐度、密度和捕获深度
九曲金矿包裹体在冷冻--升温过程中，测得包裹体均一温度为166.7℃～
365.2℃(图6)，集中在260℃～340℃；其中成矿第Ⅰ阶段在301.1℃～365.2℃，第Ⅱ阶段在260.5～298.7℃，第Ⅲ阶段在200.1℃～256.6℃，第Ⅳ阶段在
166.7℃～199.7℃；主成矿的第Ⅱ、Ⅲ阶段成矿温度在200℃～300℃。

Ⅰ型包裹体的CO
2全部熔化温度为-58.3℃～-56.8℃，反映出CO
2相中N
2或CH
4等成分的存在
[11]；CO
2笼形物在升温过程中的消失温度为5.2℃～8.4℃，其峰值在6.4℃～
7.6℃；CO
2部分均一温度在25.6℃～31.9℃，其峰值在29℃～31℃，据笼形物的
消失温度, 计算得盐度在3.19% ～9.08% NaCl
eqv, 峰值4%～7%NaCl
eqv。

依据文献[12]的公式，Ⅰ型包裹体总体密度为0.55～0.89 g·cm
-3(图6)
[12]；Ⅱ型气液两相包裹体的冰点温度为-7.0℃～-2.0℃，其峰值在-5.6℃～-2.0℃之间。

根据相应的盐度方程
[12,13]，Ⅱ型气液两相包裹体总体均一温度范围为166.7℃～312.2℃，盐度值为3.337%～10.74% NaCl
eqv, 盐度峰4%～7%NaCl
eqv，根据盐度及均一温度估算流体密度为0.73～0.96g·cm
-3(图6)。

第Ⅰ阶段流体盐度为3.53%～10.74%NaCl
eqv，平均5.8%NaCl
eqv，密度为0.55～0.89 g·cm
-3，平均0.78g·cm
-3；第Ⅱ阶段流体盐度为3.53%～8.77% NaCl
eqv，平均5.6%NaCl
eqv，密度为0.69～0.87 g·cm
-3，平均0.78 g·cm
-3；第Ⅲ阶段流体盐度为4.01%～10.11% NaCl
eqv，平均6.7% NaCl
eqv，密度为0.78～0.92 g·cm
-3，平均0.88 g·cm
-3；第Ⅳ阶段流体盐度为4.48%～9.34% NaCleqv，平均6.7%NaCl eqv，密度为0.90～0.96 g·cm
-3，平均0.92 g·cm
-3。

九曲金矿成矿流体包裹体捕获压力为75～129 MPa(图7)
[14]，并计算
[15]得出九曲金矿的成矿深度为7.04～9.46 km。

综上，九曲金矿的成矿流体具有低盐度、低密度、富含H
2O和CO
2的特点；成矿温度集中于200℃～300℃，成矿压力为75～129 MPa，成矿深度为7.04～9.46 km。

2.4 流体包裹体成分特征
通过单个包裹体成分激光拉曼光谱分析法对九曲金矿成矿流体成分进行了研究。

测试结果显示：包裹体以CO
2、H
2O为主，金矿石中成矿流体为CO
2--H
2O--NaCl体系(图8)。

2.5 流体包裹体氢--氧同位素特征
本文主要选择成矿期的含金石英，测定它们包裹体水的
δD，
δ
18O值，并收集前人以及其他典型矿区资料(表1)。

从成矿流体的
δ
18O
水--
δD关系图(图9)中看出九曲金矿的成矿流体同焦家、新城等胶东地区的金矿相同，以地幔流体为主，也有少数点落于岩浆热液区和大气降水与热液交换区之内。

2.6 硫同位素特征
多数学者认为Au元素在成矿流体中以Au--S络合物的形式迁移，九曲金矿Au元素同样与硫化物，尤其是黄铁矿具有很强的相关性。

因此，对九曲金矿的矿石中的黄铁矿进行了S同位素测试(表2)。

如图10所示，九曲金矿硫同位素显示
δ
34S变化范围6.4～7.4，平均6.9，正向偏离陨石硫，略低于焦家、三山岛、河西、马家窑等金矿，与玲珑金矿相当。

九曲金矿中大量的、成群的并且同时存在三种形态的原生流体包裹体反映其捕获时成矿流体处于一种不均匀热液体系状态
[9,10]。

由第一阶段含有大量含CO
2三相包裹体逐渐降低到第三阶段几乎见不到含CO
2三相包裹体，流体成分由富含CO
2演变为水溶液，而二氧化碳和水的比值在中阶段突然降低，表明发生了以CO
2逸失为特征不混溶或沸腾现象
[22]。

综上认为,九曲金矿成矿流体经历了明显的不混溶作用。

矿区范围内多见与矿体在空间上有密切联系的煌斑岩、闪长玢岩和辉绿岩等幔源特征脉岩，结合氢氧同位素测试结果表明九曲金矿的成矿流体同焦家、新城等胶东地区的金矿相同，以地幔流体为主，后期有岩浆热液和大气降水参与成矿(表1，图9)
[23]。

对于投入岩浆热液内的(即
δ
18O较高的)几个样品，孙丰月认为这是发生过同位素交换的幔源C--H--O流体的特征
[1]。

由表2可知，
δ
34S值从东山向西山有规律的降低，考虑到温度对硫同位素富集稀疏的影响，则低温下结晶的黄铁矿
δ
34S值应比高温结晶的大些
[21]。

九曲黄铁矿
δ
34S值处于东山、西山之间，说明九曲黄铁矿形成的温度比西山的低，比东山高。

胶东群
δ
34S值为3.0×10
-3～6.8×10
-3，平均值为5.4×10
-3；玲珑花岗岩的值为4.2×10
-3～14.9×10
-3，平均值为9.0×10
-3；郭家岭花岗闪长岩的
δ
34S值为2.7×10
-3～10.0×10
-3，平均值为6.7×10
-3；滦家河花岗岩的δ
34S值为3.9×10
-3～14.0×10
-3，平均值为8.9×10
-3[24,25]。

九曲金矿的δ
34S值与郭家岭花岗闪长岩的
δ
34S值较一致，表明成矿物质硫与郭家岭花岗岩间具有继承演化关系。

硫同位素具有极值不大的正向偏离陨石硫的特征，认为与重熔岩浆有关。

硫同位素组成范围窄，说明硫均一化程度高，是深源岩浆的主要特征之一。

综上，认为九曲金矿床深源含
矿岩浆在上涌过程中与赋矿围岩发生重熔作用。

九曲金矿成矿流体演化机制为：由地幔沿构造断裂上涌的热液，随着深度、温度、压力的不断下降，在达到距地表7.04～9.46 km，压力约75～129 MPa的空间处，开始卸载成矿物质，在370℃±,K
+、Si
2+、Al
3+等元素开始结晶析出，形成乳白色石英脉与极少部分的黄铁矿，并逐渐增加；随着温度、压力、盐度、密度的继续下降，在300℃±，气液两相包裹体逐渐增多，大量的Fe
2+、S
2-开始析出，黄铁矿大量沉淀；在260℃±，含CO
2三相包裹体消失，大气降水逐渐参与成矿，Au
2+、Cu
2+、Zn
2+、Pb
2+大量多金属元素与S
2-元素形成银金矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等多金属硫化物；在
200℃±，随着Au
2+、Cu
2+、Zn
2+、Pb
2+、S
2-等元素的不断析出，多金属硫化物的卸载完成，流体逐渐演变为弱酸性，
CO
2气体与流体反应形成HCO
-，形成方解石，并且仅有少量黄铁矿伴随沉淀。

(1)九曲金矿成矿流体为CO
2--H
2O--NaCl体系，并具有低盐度、低密度的特点；成矿温度集中于200℃～300℃之间，成矿压力为75～129 MPa，成矿深度为7.04～9.46 km。

成矿流体成分以CO
2、H
2O为主。

(2)九曲金矿成矿流体以地幔流体为主，晚期有大气降水参与；而成矿物质为深源含矿岩浆，并在上涌过程中与赋矿围岩发生重熔。

(3)九曲金矿的成因类型为幔源流体参与成矿的中温热液脉型金矿床。