南金山金矿稳定同位素组成特征及成因意义

曹 亮,许荣科,陕 亮,张雨莲

(1.武汉地质矿产研究所,湖北武汉 430023;2.中国地质大学资源学院,湖北武汉 430074;3.中国地质调查局发展研究中心,北京 100037;4.西安地质矿产研究所,陕西西安 710054)

南金山金矿稳定同位素组成特征及成因意义

曹 亮1,许荣科2,陕 亮3,张雨莲4

(1.武汉地质矿产研究所,湖北武汉 430023;2.中国地质大学资源学院,湖北武汉 430074;3.中国地质调查局发展研究中心,北京 100037;4.西安地质矿产研究所,陕西西安 710054)

南金山金矿产于北山北部晚古生代活动大陆边缘,次生石英岩化火山碎屑岩内,是受近东西向和北东向断裂控制的浅成低温热液型金矿。矿床稳定同位素地球化学特征表明,成矿热液来源复杂,可能有岩浆水和大气降水的混合作用。矿石硫同位素值与自然界中花岗岩、玄武岩相似,反映出与花岗质岩浆有一定的亲缘关系。矿石硫可能是来自于由地壳火成岩源区熔融形成的岩浆,在岩浆侵入地层后形成含矿气水热液。铅同位素特征表明铅来自于造山带。同样,矿区附近侵入岩体的铅同位素投绘点也位于造山带附近,反映了南金山金矿床的成矿作用与其附近侵入岩体之间可能具有内在联系,因此推断成矿物质主要来自于岩浆活动。

稳定同位素;成矿物质来源;南金山金矿;甘肃

0 引言

南金山金矿位于北山北部晚古生代活动大陆边缘,产于次生石英岩化火山碎屑岩内,受近东西向和北东向断裂控制的浅成低温热液型金矿。江思宏等[1]研究认为:印支早期,伴随着北山地区南部哈萨克斯坦与塔里木板块的最终碰撞对接,本区再次处于构造—岩浆活动高峰期,中酸性岩浆侵入不仅可以带来大量的成矿物质,而且还可促进大气降水的对流循环,不断萃取周围火山—沉积岩地层中的金。在花岗岩类侵入岩体定位之后,含矿的岩浆热液与大气降水发生混合,并且最终沉淀形成金矿床。本文通过氢、氧、硫、铅稳定同位素地球化学特征对成矿物质来源进行探讨。

图1 北山地区地质构造略图(据甘肃地调院,2002)Fig.1 Schematic map of geological tectonics in North mountain area

1 矿床地质特征

1.1 矿区地质概况

南金山金矿位于甘肃省肃北蒙古族自治县明水乡。矿区东西长4.5 km,南北宽约2 km,面积约9.0 km2,产于北山北部晚古生代活动大陆边缘(图1)。中—晚古生代时期,在扫子山—红石山—百合山一线,形成大量的地缝合线的蛇绿岩,该构造带是西伯利亚板块和中朝板块的分界线[2]。

矿区出露地层均为下石炭统白山组上岩组浅变质的海相火山碎屑沉积岩、火山碎屑岩[3]。白山组上岩组为矿区赋矿地层,下部主要为泥灰岩、条带状灰岩及千枚状绢云母板岩等,与北侧的侵入岩接触有轻微的变质,中部主要为浅变质凝灰质粉砂岩、凝灰质砂(砾)岩、英安质凝灰岩及花岗质砂砾岩等,上部主要为细晶灰岩。

图2 南金山金矿床地质图(据酒泉地质调查队,1990资料修编)Fig.2 Geologicalmap of the Nanjinshan gold deposit

1.2 矿体特征

金矿体主要在次生石英岩中或次生石英岩化火山碎屑岩内产出。含矿岩石类型主要有变凝灰质砂砾岩、变凝灰质砂岩和变英安质凝灰岩,局部为灰岩破碎带。南金山金矿床按矿体产出部位和空间分布位置,可分为南、北2个含矿带,均呈近EW向展布(图2)。含矿地质体为沿近东西向及北东向似环状断裂展布的硅化石英脉,硅化石英脉与围岩之间呈渐变过渡或充填接触,矿体形态依硅化石英脉的形态变化而变化,多为脉状、透镜状等,局部有分枝现象,其规模大小不一,产状一般为北倾,倾角15°～40°,在剖面上呈多层叠瓦状排列(图3),这是由于在不同地段断裂发育程度及其所切穿岩石的渗透性所决定的。

图3 南金山金矿4勘察线(A)剖面图(据酒泉地质调查队资料修编)Fig.3 Geological sections alongNo.4(A)exploration lines of the Nanjinshan gold deposit

1.3 蚀变矿化特征

矿区内蚀变类型主要为次生石英岩化、绢云母化,其次为叶蜡石化及黄铁矿化。蚀变分带通常呈环带状绕含矿岩体分布,自内而外,依次为次生石英岩化→绢云母化→叶蜡石化。

1.3.1 次生石英岩化

次生石英岩化是中酸性火山岩,在火山热液、喷气的作用下,经交代蚀变形成的一种以石英为主要成分并包含一组富铝矿物为特征的蚀变类型,是本区最重要的与金矿化关系密切的气—液蚀变类型之一。

1.3.2 绢云母化

绢云母化分布比较广泛。在各类岩石中普遍存在,但绢云母的含量变化大。大部分岩石中绢云母很少,最高含量可达59%。在矿体内或矿体附近的次火山岩内,绢云母化与叶蜡石化常呈正相关关系,在矿区北部、南部和东部的一些地段,绢云母化常与土化密切共生。绢云母化与金矿化的关系,目前尚不清楚。硅化蚀变同时伴有绢云母化,特征是原岩中的火山碎屑物质及胶结物被大量磷片状绢云母取代且在矿石中呈团块状分布。

1.3.3 叶蜡石化

叶蜡石化仅在矿化地段内发育,蚀变强度相对较弱,分布极不均匀。据薄片鉴定结果,大部分岩石中叶蜡石含量甚微或与绢云母难于区分。叶蜡石的富集有时与流纹岩有关,有时与凝灰岩有关,有时与次生石英岩有关,规律性不很强。在叶蜡石化强烈地段,矿石品位也有所增高,因此叶蜡石化与金矿化关系密切,是寻找金矿的重要标志。

1.3.4 金属硫化物蚀变

金属硫化物蚀变是本区重要的蚀变类型之一。有些金属硫化物本身就是成矿元素,具有较好的综合利用价值,如S、Pb、Zn等。另外,绝大部分金属硫化物矿物都是金的载金体,它们经常以连晶和包晶的方式与自然金共生。

2 氢、氧同位素组成

包裹体研究表明,南金山金矿含金矿化体及石英脉中流体包裹体发育一般,且粒度偏小,>10μm所占比例较小,主要为CO2包裹体和气液两相包裹体(图4)。南金山金矿床成矿流体以中低温(160～240℃),中低盐度(6%～11.93%NaCl)[4](表1),富含CO2为特征。

图4 南金山金矿床含金石英脉中不同类型包裹体的镜下特征Fig.4 Photomicrographs of fluid inclusion types from gold-bearing quartz veins of the Nanjinshan gold deposit

表1 南金山金矿床含金石英脉中两相气液包裹体测量结果表Table 1 Microthermometric data for two-phase H2O-rich inclusions in quartz and carbonates from the Nanjinshan gold deposit

注:D25-3、D25-8、D25-9、D25-13由笔者在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室测试,测试时间2007年11月;NJS01-8数据引自江思宏,2006。

南金山金矿床含金石英脉中的包裹体较多。其南矿带和北矿带含金次生石英岩6件样品氧同位素组成和包裹体测温(均一法)数据见表2。

从南矿带到北矿带,δ18O值有逐渐减低的趋势,这与成矿流体演化过程中氧同位素的分馏效应有关。通过计算获得的δ18OH2O值为-0.90‰～+7.44‰。前人对矿区内的含金石英脉中氧同位素研究结果表明[5],成矿流体具有岩浆水与大气降水混合流体氧同位素特征。因此推断石英包裹体中的这种较高盐度[>7.5%(NaCleq)]流体可能来自于岩浆水,而低盐度[即<3%(NaCleq)]流体则可能源自大气降水。因此,成矿过程中岩浆水与大气降水的混合是控制成矿的一种重要机制。

3 硫同位素组成

本文共收集了矿石中黄铁矿和毒砂的10个硫同位素数据(见表3),由表3可知南金山金矿的δ34S值变化于+2.00‰～+8.4‰,峰值在+7‰～+9‰之间,平均值为7.11‰,均正向偏离陨石硫平均值,暗示复杂成因。虽然前人测得的南矿带金矿石、围岩中的黄铁矿的δ34S的值和这些值相比,差别较大,但是与个别样品值较为接近。从南矿带到北矿带硫化物δ34S值逐渐升高,可能与流体演化的阶段性有关,而这种演化可能直接受硫的来源及其形成时的物理化学条件所控制。

从南金山金矿硫同位素对比图(图5)来看,矿石硫同位素值与自然界中花岗岩、玄武岩相似,反映出与花岗质岩浆有一定的亲缘关系。一般认为,如果一个金矿床的δ34S变化范围<10‰,就能够作为单一硫源来处理;如果一个矿床的δ34S值变化范围较大(>10‰),可能有多种原因。例如,生物成因的硫同位素值变化于+20‰～+40‰;蒸发盐的硫同位素值变化于+10‰～+30‰;在成矿作用过程中,随着温度的降低、氧化还原电位以及酸碱度的变化也会引起同位素的分馏作用而使硫同位素的比值有较大的变化。因此,本矿床的硫源是单一硫源。

表2 南金山金矿床石英氧同位素组成和包裹体测温数据Table 2 δ18O correlation and temperature data to fluid inclusions in quart from Nanjinshan gold deposit

表3 南金山金矿床硫同位素组成结果Table 3 S isotope analyses from Nanjinshan gold deposit

图5 南金山金矿硫同位素对比图Fig.5 S isotope contrast chart in Nanjinshan gold deposit

当一个含硫矿物从流体相沉淀出来时,在平衡的条件下共生矿物间硫同位素组成会出现一定的差异。在平衡共生的矿物中,有黄铁矿>磁黄铁矿>黄铜矿的硫同位素分配顺序,可作为判断成矿作用是否达到平衡的标志[7]。由表2可以看出,南金山金矿成矿作用尚未完全达到平衡,因此本矿床的S同位素不能作为判断成矿物质来源的有效示踪剂,但是,基本说明了S源为深成来源,如有一个黄铁矿样品的δ34S/‰为2.0,比较接近于陨石硫及幔源硫;结合本区构造运动来看,矿石硫可能是来自于由地壳火成岩源区熔融形成的岩浆,在岩浆侵入地层后形成含矿气水热液。

4 铅同位素特征

本区铅同位素的组成特征(表4)为:矿石中硫化物206Pb/204Pb值为18.365～18.540,平均值18.416;207Pb/204Pb值为15.538～15.636,平均值15.591;208Pb/204Pb值为38.087～38.434,平均值38.213。206Pb/Pb204、207Pb/Pb204、208Pb/204Pb值的变化范围均较小,Pb模式年龄变化范围为8～226 Ma之间,μ值为9.42～9.82之间,Pb的来源较为单一。

与金矿石中的硫化物相比,赋矿围岩(包括矿化蚀变岩)和矿区外围侵入岩体以相对富含放射性成因Pb为特征,207Pb/204Pb值分别为15.541～15.699和15.591～15.639,平均值为15.626和15.607,Pb模式年龄绝大多数为负值,火山岩地层中的μ值变化范围为9.49～9.64,Pb的来源较为单一(见图6)。

图6 南金山金矿床铅同位素构造模式图(据Zartman等,1988)Fig.6 Lead isotopic composition in Nanjinshan gold deposit

硫化物样品的投绘点较为集中,均位于造山带铅演化线附近,说明矿石中Pb主要来自造山带。同样,矿区附近侵入岩体的铅同位素投绘点也位于造山带附近,反映了南金山金矿床的成矿作用与其附近侵入岩体之间具有密切的内在联系。

5 成矿物质来源探讨

综上所述,根据氢、氧、硫、铅同位素特征,推断成矿热液来源复杂,可能有岩浆水和大气降水的混合作用,硫主要来自岩浆,铅来自于造山带。成矿物质主要来自于岩浆活动。早石炭世本区处于岛弧环境,喷发—沉积形成了大量的火山—碎屑岩,这些火山碎屑岩金含量相对较高,构成了原始矿源层。海西晚期,受哈萨克斯坦与西伯利亚板块的碰撞对接影响,本区发生强烈构造活动,地层中出现大量褶皱和断层,产生一系列的NE,NW向壳断裂,为后期含金流体的上侵定位提供了通道和空间条件。印支早期,伴随着研究区南部哈萨克斯坦与塔里木板块的最终碰撞对接,本区再次处于构造—岩浆活动高峰期,中酸性岩浆侵入带来大量的成矿物质,在花岗岩类侵入岩体定位之后,含矿的岩浆热液与大气降水发生混合,之后大气降水大量加入,使成矿度(<200℃)、盐度(<7%)更低,金矿床的成矿时代为(242.8±0.8)Ma[8],相当于印支早期,远晚于其围岩成岩时代,因此该矿床可能属于与岩浆岩有关的中低温热液型金矿床。

表4 南金山金矿床硫化物、容矿围岩和侵入岩的铅同位素组成及特征比值Table 4 Pb isotope compositions and characteristic ratio of sulphide,ore-bearing rocks and intrusive rocks from Nanjinshan gold deposit

[1] 江思宏,聂凤军,等.北山地区南金山金矿床的40Ar-39Ar同位素年代学及其流体包裹体特征[J].地质论评,2006,52(2):266-275.

[2] 赵安生,李景春.北山地区南金山金矿床地质特征及其成因探讨[J].黄金,1993,14(6):7-10.

[3] 阵天伟.南金山海相火山岩型金矿地质特征及矿床成因探讨[J].贵金属地质,1992,2(3):158-162.

[4] 曹亮.甘肃北山南金山金矿床地球化学特征及矿床成因研究[D].武汉:中国地质大学,2008.

[5] 甘肃省地质矿产局酒泉地质矿产调查队三分队.中华人民共和国区域地质调查报告——坡子泉幅、破城山幅(1∶5万)(矿产部分)[R].酒泉:酒泉地质矿产调查队三分队,1988:34-45.

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(责任编辑:于继红)

Stable Isotopic Composition Characteristics and the Genesis Significance of NanJinshan Gold Deposit,Gansu Province

CAO Liang1,XU Rongke2,SHAN Liang3,ZHANG Yulian4
(1.Wuhan Institute of Geology andMineral Resources,Wuhan,Hubei443003;2.Faculty of Earth Resources,China University of Geosciences,Wuhan,Hubei430074;3.Development Research Center of China Geology Survey,Beijing100037;4.X i′an Institute of Geology andMineral Resources,X i′an,Shaanxi710054)

Nanjinshan gold deposit is an epither mal deposit in North mountain area,which was an active continental margin in late Paleozioc.The orebodies occur as in secondary pyroclastic rocks,mainly controlled by E-W and N-E trending fault.The results show that:ore-for ming fluid maybe originated from magmatic water and meteoric water;Ore sulfur isotope value is similar with nature of granite,basalt,reflects a certain relationship with the granitic magma.Ore sulfurmay be from molten magma which is the source area of crust igneous rock,aftermagma intrusion in the for mation,it can format ore-bearingwater and gas hydrother mal.The study of lead isotope indicates that Pb in ore is mainly from orogenic belt.As the same,the mining area nearby intrusive bodies’lead isotope throws draws also to be located at nearby the orogenic belt.It reflectes that metallization of Nanjinshan gold deposit may have the inner link with its nearby intrusive bodies.Thus,the authors consider that ore-for mingmaterials are from magmatic activity.

stable isotopes;origin of ore-formingmaterials;Nanjinshan gold deposit;Gansu Province

P618.51;P632+.7

A

1671-1211(2010)04-0348-06

2009-11-26;改回日期:2010-03-09

中国地质调查局国土资源大调查项目,项目编号:1212010531504。

曹亮(1982-),男,硕士,矿物学、岩石学、矿床学专业,从事矿产规律与成矿预测工作。E-mail:okeyokok@163.com