甘肃枣子沟金矿床成矿过程分析——来自矿床地质特征、金的赋存状态及稳定同位素证据

曹晓峰，Mohamed Lamine Salifou Sanogo，吕新彪，何谋春，陈 超，朱 江，唐然坤，刘 智，张 彬

1.中国地质大学资源学院，武汉 430074 2.中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，武汉 430074 3.北京矿通资源开发咨询有限责任公司，北京 100037

甘肃枣子沟金矿床成矿过程分析
——来自矿床地质特征、金的赋存状态及稳定同位素证据

曹晓峰1，2，Mohamed Lamine Salifou Sanogo1，2，吕新彪1，2，何谋春1，2，陈 超1，朱 江1，唐然坤1，刘 智1，张 彬3

1.中国地质大学资源学院，武汉 430074 2.中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，武汉 430074 3.北京矿通资源开发咨询有限责任公司，北京 100037

枣子沟金矿位于同仁－夏河－岷县金成矿带，矿区赋矿地层为三叠纪中统古浪堤组下段细碎屑岩及灰岩，并发育大量闪长质脉岩。矿体既产于地层中，也出现在脉岩或其接触带中，但其产状均严格受NE、NW及近SN向3组断裂构造控制，控矿构造为高角度的张剪性及旋扭性断裂。热液成矿期可划分为黄铁矿－石英阶段，黄铁矿－毒砂－（闪锌矿－方铅矿－黄铜矿－辉银矿－绢云母－绿泥石－）石英阶段，辉锑矿－石英－方解石阶段及石英－方解石阶段。围岩蚀变类型主要为硅化、方解石化及绢云母化。环境扫面电镜及电子探针测试数据表明，金呈显微可见金存在于矿物裂隙和粒间隙中或以纳米不可见金捕获在载金矿物中。成矿期不同硫化物金的质量分数均高出检测限，其范围为0.003%～0.658%，平均值为0.257%。枣子沟金矿床具有卡林型金矿床的典型特征。氢氧同位素数据显示成矿流体主要来自大气水，硫同位素数据则表明硫主要来自沉积地层。其成矿过程可能为深切割断裂导通地下水，在深部被加热循环萃取围岩中成矿物质，并在浅表张性断裂中充填交代围岩，致使成矿物质沉淀富集成矿。金的迁移形式可能存在AuH3SiO04、Au（HS）－2、H2Au（Sb，As）S02和HAu（Sb，As）S－3等多种迁移方式。成矿早阶段可能以金硅络合物的解体为主，成矿晚阶段则可能是硫氢（锑）络合物发生解体，致使金与硫化物同时沉淀，以显微纳米金的形式包含在硫化物中。

枣子沟；微细浸染型；金矿；成矿期；稳定同位素；金的赋存状态

0 前言

甘肃是西秦岭最大的金矿分布区，金矿床类型众多，目前学术界大多认为其分属于造山型和卡林型金矿两大类［1－4］。以夏河－宕昌－两当－凤县为界将西秦岭划分为南北2个成矿带：北带以造山型金矿为主；南带以卡林型（微细浸染型）金矿床最为主要，其特征是金以超显微金赋存在载金矿物中［3－4］。甘肃合作市枣子沟金矿床发现于1996年，经多年工作已由最初的中型扩大为大型矿床。地理坐标为东经102°47′00″－102°51′00″，北纬34°57′00″－34°59′00″。该矿床地处同仁－夏河－岷县金成矿带［5］，属以卡林型金矿为主的南带。前人已对枣子沟金矿床进行了基础地质、成矿环境及选矿方法的研究［6－9］，然而对于金的赋存状态及成矿过程等尚缺乏研究。笔者基于对枣子沟金矿床地质特征、金的赋存状态及稳定同位素研究，探讨了该矿床的成矿过程，为进一步扩大找矿效果提供理论支持。

1 区域地质背景

秦岭造山带呈近东西展布，横跨我国中部，西达昆仑山，东至大别山，夹于商丹、勉略两条缝合带之间。其现今构造格架是华北克拉通与扬子克拉通长期相互作用的产物［10］。西秦岭造山带是指青海南山北缘断裂－土门关断裂以南、宝成铁路以西、玛沁－略阳断裂以北、柴达木地块以东的广阔区域，是诸多地块和造山带汇聚的交接地带。其主体夹于商丹、勉略两缝合带西延的临夏－武山－天水断裂（F1）和玛曲－南坪－略阳断裂（F2）之间（图1）［11］。西秦岭造山带呈近东西向延伸，地层发育齐全，太古宇、元古宇、震旦系、古生界及中新生界均有不同程度出露。区内岩浆岩形成于石炭纪至第三纪。西秦岭造山带自新元古代以来，大致经历了Rodinia超大陆裂解、秦祁昆洋形成、洋陆俯冲造山、大陆碰撞造山、板内伸展和陆内碰撞造山多个构造演化过程［3］。具体表现为晋宁运动使秦岭微地块发生汇聚拼合，形成了统一的扬子地块，于震旦纪沿现商丹构造带扩张分裂，分划为南北秦岭，进入秦岭主造山期即板块构造扩张期，后转化为板块俯冲收敛阶段。从泥盆纪晚期开始，南、北秦岭发生初始点接触碰撞，同时南秦岭沿勉略带逐渐与扬子地块分离，导致秦岭微板块的独立，构成三板块（华北、秦岭、扬子板块）夹两缝合带（商丹带、勉略带）的基本构造格局。中、晚三叠世的印支运动，“三板块”沿“两缝合带”依次向北俯冲碰撞，最终全面碰撞造山，之后转入以伸展塌陷、剪切平移作用为主的板内造山阶段［2，10］。西秦岭基本构造格架主要是在印支期奠定的，其后又遭受中、新生代构造的强烈改造，始形成现今的构造格局［12］。

图1 西秦岭岩浆岩区域地质简图（据文献［11］改编）Fig.1 Regional geological sketch map（modified after reference［11］）

2 矿床地质特征

矿区地层为三叠系中统古浪堤组下段，由一套钙质、粉砂质、泥质板岩组成的细碎屑岩夹灰岩条带组成。具体可再分为3层：下层为深灰色、灰绿色条纹状粉砂质板岩夹泥质板岩及中－薄层岩屑长石砂岩、褐灰色灰岩条带，局部含较多灰岩、砂岩角砾；中层上部为浅灰、黄绿色条带状板岩夹石英细砂岩透镜体及结晶灰岩条带，局部夹含砾粉砂岩，下部为灰黑色硅质板岩与浅灰色粉砂质板岩及灰岩条带互层，夹灰色长石细砂岩透镜体；上层上部岩性为灰色钙质板岩夹薄层粉砂岩、厚层长石细砂岩及鲕粒灰岩，下部为灰黑色硅质板岩与浅灰色粉砂质板岩互层。其中，中上层为主要赋矿围岩（图2）。

矿区无区域性大断裂，但小断裂十分密集，具多期次活动，穿插关系明显。从走向来看，可分为EW、NW、SN、NNE、NE向5组。早期为近EW向断裂，成矿期为近SN、NW及NE向断裂，晚期为NNE向断裂。具体特征见表1。枣子沟金矿化主要受NE、NW、近SN向3组断裂构造的严格控制，金矿化产于板岩、蚀变闪长玢岩及蚀变闪长玢岩与板岩接触带的构造破碎带中（图2）。

图2 枣子沟金矿床矿区地质简图（据脚注① 刘东晓，陈耀宇，刘春先，等.甘肃省合作市枣子沟一带金矿普查报告.合作：甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院，2008.改编）Fig.2 Geological and structural map of Zaozigou gold deposit（modified after footnote①）

表1 枣子沟金矿床矿区断裂主要特征Table 1 Characteristics of the faults at Zaozigou gold deposit

矿区中酸性岩脉十分发育，主要岩性有细晶闪长（玢）岩、闪长玢岩、黑云闪长玢岩、石英闪长玢岩、花岗闪长斑岩、斜长花岗斑岩，外围有辉绿玢岩，均为浅成侵入体，具斑状、似斑状结构，产状为小岩脉、小岩枝，展布方向主要为NNE向，西部偏转到近SN向，少数为NW向（图2）；并具有多次脉动充填的特点，沿断裂带“冷侵入”，对围岩烘烤蚀变现象较弱。

矿区岩石遭受了弱的区域变质作用：泥质岩石变质成板岩，具有新生矿物绢云母；硅质板岩则普遍发生轻微的黝帘石化。各类脉岩受构造活动影响明显，微裂隙发育，普遍具碳酸盐化。矿区热液蚀变主要沿断裂破碎带进行，蚀变不均匀。在细碎裂岩及构造角砾岩中形成绢云母化、绿帘石化、碳酸盐化、钠黝帘石化、硅化、硫化物矿化等几种蚀变类型。

3 矿体特征

3.1 矿体产状及展布特征

图3 矿体采空区构造形态Fig.3 Figure of ore bodies mining pit

枣子沟金矿化产于岩脉发育部位及岩脉与围岩的接触带附近，矿化严格受构造破碎带、构造断裂带的控制。多阶段的成矿热液在构造带内充填交代围岩地层或者岩浆岩，使金、锑不断富集成矿。该矿床的特点是金锑共生，金矿体规模较大、形态完整、延伸稳定、矿化比较均匀，其中333＋334资源量达68 t①梁志录，刘东晓，刘春先，等.甘肃省合作市枣子沟金矿东、西矿段普查报告.合作：甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院，2010.；锑矿化连续性差，矿体多呈不连续的脉状、鸡窝状夹杂在金矿体中间。枣子沟矿区共圈出金矿体48条，主矿体有7条，分别为Au1、Au9、Au14、Au15、Au26、Au29、Au31。矿体分布标高为3 180～3 385m，控制矿体延深40～400m。主要矿化带展布方向为NE向、NW向及近SN向。其中：NE向矿化带主矿体延长大于1 000m，宽度大于300 m，走向50°～70°；NW向矿化带主矿体延长大于300m，宽度大于50m，走向300°～320°；近SN向矿化带主矿体延长大于1 000m，宽度大于100m，走向350°～10°。

Au1号为矿区最大的工业主矿体，赋存于F24断层破碎带内，并受NE向断裂构造的严格控制（图2）。该矿体与断层产状一致：310°～330°∠82°～87°，地表延长大于1 000m，斜深120～400m，平均厚度4.28m，平均金品位7.90×10－6；矿体形态总体完整，产状及延伸均较稳定，局部出现膨大缩小或分支复合现象；主要含矿岩石为蚀变构造角砾岩、蚀变石英闪长玢岩、褐铁矿化砂板岩等。矿体和围岩有较为明显的界线，呈突变接触关系。图3A，B为Au1号工业矿体采空区构造控矿特征，图3A是主断面张性特征，图3B为派生断裂的剪张性特征；图3C是Au14号矿体的采空区，显示断裂的旋扭性特征。

3.2 矿石组构

枣子沟金矿床矿石矿物成分较为简单，主要为铁、锑、砷的硫化物，如黄铁矿、毒砂、辉锑矿，为矿区主要的载金矿物。此外，矿石中还发现有少量的闪锌矿、方铅矿、黄铜矿及辉银矿等。脉石矿物主要为绢云母、石英、白云石、方解石，及少量金红石、独居石、锆石。矿石构造主要为细脉浸染状构造（图4A）、条带状构造、网脉状构造、角砾状构造（图4B）、石英脉状（图4C）及块状构造等。矿石结构主要为自形－半自形粒状结构（图4D，E，F）、它形粒状结构（如图4F，G中的它形方铅矿、辉银矿及辉锑矿）、共结边结构（图4F）、碎裂结构（图4H）、交代结构（图I、J）、细脉充填结构（图4E、G、K中的石英方解石脉）、变余假象结构（图4L）等。主要载金矿物描述如下。

黄铁矿热液期黄铁矿主要有2个世代：早世代黄铁矿呈星散或浸染状分布，粒度较粗，为0.4～2mm，结晶相对较好，为半自形－它形粒状结构，但受后期构造作用影响，强烈破碎，形成碎裂结构（图4H）。晚世代黄铁矿呈细脉状或浸染状分布（图4A、D），颗粒较细（10～85μm），呈半自形或浑圆状产出，毒砂常沿其边缘呈放射状生长或穿插交代黄铁矿，偶见闪锌矿与其共生（图4D，J）。在表生氧化期，黄铁矿边缘常常氧化形成赤铁矿和褐铁矿，并形成黄铁矿的残余假象结构（图4L）。

图4 枣子沟金矿手标本及矿石显微照片Fig.4 Photomicrographs of ore fabric at Zaozigou gold deposit polish sections

毒砂毒砂常与黄铁矿伴生，同样可分为2个世代：早世代毒砂多呈浸染状分布，结晶较好，多为自形晶；其形成稍晚于伴生的黄铁矿，常沿着浑圆状黄铁矿边缘放射状增生（图4D）。晚期毒砂多呈石英方解石脉切割早世代浸染状分布的毒砂矿石，结晶相对较差，为半自形－自形，多为粒状（图4E）。

辉锑矿辉锑矿为矿区辉锑矿石英脉型矿石的主要矿物成分（图4C），常呈细脉状穿插早期黄铁矿毒砂矿石（图4G）；一般呈针状或长柱状的集合体产于石英脉中，集合体大小可达3cm。显微镜下，可见辉锑矿的聚片双晶，呈它形充填在石英裂隙中。

3.3 成矿期次及阶段划分

根据野外观察到的矿石构造及室内显微镜下鉴定结果，枣子沟金矿床可分为成岩期、成矿期及表生期。成岩期形成组成脉岩及浅变质板岩、粉砂质板岩及钙质板岩等的石英、长石、角闪石、黑云母、黏土矿物及少量锆石等；成岩期后受构造运动影响导致热液沿断层破碎带运移，形成黄铁矿、毒砂、辉锑矿及少量的方铅矿、闪锌矿、辉银矿、白铁矿等矿化，伴生有绢云母、石英、绿泥石和方解石等蚀变；热液成矿期后地壳抬升剥蚀致使矿体发生氧化形成表生期赤铁矿、褐铁矿及锑华。热液成矿期的黄铁矿、毒砂具有多个世代，表现在脉状切割，自形程度（自形或它形），颗粒大小及分布类型（脉状分布及浸染状分布）的不同（图4）。综合可得成矿期次及矿物生成顺序图（图5）。其中热液期分为黄铁矿－石英阶段，黄铁矿－毒砂－（闪锌矿－方铅矿－黄铜矿－辉银矿－绢云母－绿泥石－）石英阶段，辉锑矿－石英－方解石阶段及石英－方解石阶段，成矿作用发生在前3个阶段。

图5 枣子沟金矿成矿期次及矿物生成顺序图Fig.5 The ore－forming stages and paragenetic sequence of mineral assemblage in Zaozigou gold deposit

4 矿石矿物ESEM及EMPA分析

环境扫描电镜Quanta200（ESEM）和电子探针JXA－8100（EMPA）分析均在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。ESEM实验条件为加速电压20kV，束斑直径小于1μm；EMPA实验条件为加速电压20kV，电流20nA，束斑直径1μm，检测限优于100×10－6。ESEM分析结果显示黄铁矿、毒砂和辉锑矿等硫化物中均未发现显微金颗粒，而通过ESEM分析发现的显微自然金主要包含在石英或石英裂隙中及硅酸盐矿物颗粒之间（图6），大小为1～5μm，其中金的质量分数为60.96%～82.61%。此外，ESEM分析结果还表明金颗粒成分复杂，具有Si、Al、K、Fe、Na的谱峰（图6A，B，C）。Bakken［13］通过扫描电镜分析黄铁矿和闪锌矿表面，认为只有当金的质量分数大于1%～2%，金信号在扫描电镜下才可见。ESEM研究结果表明本区黄铁矿、毒砂、辉锑矿、闪锌矿及方铅矿等硫化物中金均不富集。

采用电子探针JXA－8100对赋矿沉积岩及花岗闪长岩中的黄铁矿及赋矿沉积岩中毒砂、辉锑矿、黄铜矿、闪锌矿及锑华等矿物进行元素成分测试，共获得310个分析数据点，每个数据点分别测试了As、S、Fe、Ag、Co、Sb、Ni、Au、Cu、Hg、Zn、Pb、W等13种元素。其中黄铁矿中有5个点未检测到Au，其余测试数据点均检测到Au，其质量分数为0.003%～0.658%（平均为0.257%）。所有矿物中均检测到Ag的质量分数为0.001%～0.128%（平均0.044%），表明金矿石中Ag不富集成矿。表2和表3显示了电子探针As、Sb、Hg、Au、Ag、Fe、Cu、Zn等元素测试结果统计值。

从表2可以看出，花岗闪长岩和沉积岩中的黄铁矿，无论是核部还是边部，都能检测到金，且核部和边部的金含量差别不大。如：花岗闪长岩中黄铁矿核部金最小质量分数为0.034%，最大质量分数为0.475%，平均值为0.229%；边部金最小质量分数为0.034%，最大质量分数为0.467%，平均值为0.223%。总体上花岗闪长岩的边部和核部金含量相近。沉积岩中大颗粒黄铁矿的核部金最小质量分数为0.017%，最大值为0.456%，平均值为0.205%；而边部最小值为0.078%，最大值为0.401%，平均值为0.210%。其表现为边部最小值比核部大，最大值比核部小，平均值边部略高于核部。沉积岩中细粒浸染状黄铁矿金的质量分数普遍较高，平均值为0.215%，最大值可达0.478%。上述所测黄铁矿的Co／Ni值除一个点为0.71外，其余各点均大于1，平均值4.2，最大可达92。这反映了黄铁矿为热液成因（一般认为沉积成因黄铁矿Co／Ni值小于1［14］），也与黄铁矿主要产于矿化断层破碎带中，而未矿化围岩中黄铁矿不发育，且未见具有明显沉积特征的黄铁矿等地质事实相符。

图6 环境扫面电镜金的产出特征分析Fig.6 Characteristics of gold occurrence under ESEM

毒砂（Asp）中金的最小值为0.026%，最大值为0.588%，平均值为0.311%；辉锑矿（Stb）中金最小值为0.033%，最大值为0.658%，平均值为0.361%。可以看出，毒砂和辉锑矿中金的最大值与平均值均比黄铁矿（Py）中高，且辉锑矿中金的平均值和最大值均是3种矿物中最高的。这表明从早到晚金有略微富集的趋势，As和Sb可能均控制着金的迁移与沉淀。次要矿石矿物黄铜矿（Ccp）与闪锌矿（Sph）中所有测试点也检测到了金（表3）。黄铜矿中金最小值为0.057%，最大值为0.475%，平均值为0.252%；闪锌矿中获得的一个数据显示金的质量分数为0.335%。可以看出，黄铜矿、闪锌矿中金的质量分数比黄铁矿高，但比毒砂和辉锑矿中金的质量分数低。金存在于所有硫化物中，从早到晚，金的质量分数略有增大的趋势，其在毒砂和辉锑矿等富As和Sb的矿物中质量分数最高。金在黄铁矿、毒砂、辉锑矿、黄铜矿及闪锌矿中均呈正态分布（图7），符合地质统计规律，表明金的随机分布特征。对辉锑矿的表生氧化物锑华进行分析，获得其金的质量分数变化在0.026%～0.588%，平均值为0.375%，与辉锑矿相比，金没有发生明显的二次富集作用，表明金在硫化物中主要以显微包裹金存在，而不参与矿物晶格形成。前人研究表明，黄铁矿和毒砂中S与As质量分数成反比关系，在形成矿物时S与As类质同象置换，占据相同的晶格位置，且Au与As具有正相关关系［15］。笔者通过对黄铁矿及毒砂中As与S及Au的质量分数相关投图（图8），可以看出As和S具有非常好的反相关关系（图8A），与其他的微细浸染型金矿床相似［16－17］，两者之间的相关关系可表示为w（S）＝－0.798w（As）＋52.726，且As＋S与Fe也具有明显的反相关关系：w（Fe）＝－1.044w（As＋S）＋100.607。黄铁矿中Fe的质量分数明显低于理论值，As＋S质量分数接近理论值；毒砂中As的质量分数明显低于理论值，Fe和S则明显高于理论值，表明矿物亏As、富S，与矿区未发现富As矿物的地质事实吻合。黄铁矿和毒砂中Au与As的相关关系不明显，但总体上As的质量分数越高，Au的质量分数也越高（图8B）。对电子探针分析的As、S、Fe、Ag、Co、Sb、Ni、Au、Cu、Hg、Zn、Pb、W等13种元素作相关关系分析，得出金与其他12种元素的相关关系都非常低，相关系数的绝对值小于0.4（表4）。其中相关性较好的为成矿主量元素，如S和As、Fe和S、Fe和Sb及Co和Ni。在聚类分析中Ag、Pb、Co、Ni、Hg、W、Au、Zn、Cu聚成一类（图9）。这与典型的指示卡林型金矿的元素组合Au、As、Hg、W、Mo组合及As、Hg、Sb、Tl、F有所差别［18］。

表2 黄铁矿、毒砂、辉锑矿As、Fe、Ag、Sb、Au、Hg元素质量分数Table 2 Statistics of the contents of As，Fe，Ag，Sb，Au，Hg in pyrite，arsenopyrite and stibnite wB／%

表3 黄铜矿、闪锌矿及锑华中As、Sb、Ag、Au、Hg元素质量分数Table 3 Statistics of the contents of As、Sb、Ag、Au、Hg in chalcopyrite，sphalerite and valentinite wB／%

图7 黄铁矿、毒砂、辉锑矿、黄铜矿（Ccp）及闪锌矿中Au的质量分数Fig.7 The Au contents in pyrite，arsenopyrite，stibnite，chalcopyrite and sphalerite

表4 所有电子探针测试数据元素相关关系图Table 4 Bivariate correlation of 13elements content in all analyzed point

图8 黄铁矿及毒砂中元素相关关系图Fig.8 Correlation of elements in pyrite and asenopyrite

图9 所有测试点中13种元素聚类分析图Fig.9 Cluster analysis of 13elements from all theanalyzed points

5 稳定同位素特征

石英中流体包裹体的氢氧同位素分析在宜昌地质矿产研究所进行，分析方法为BrF5法，测试仪器为MAT 251EM型质谱仪，采用的国际标准为SMOW。氢氧同位素测试具体过程为：称取40～60目样品10～15g，用浓硝酸清洗石英，以去除可能含有的其他矿物及有机物，再用去离子水反复冲洗至中性，加热烘干后备用；将石英样品放入石英管，加热去气，抽真空后，于高温下爆裂，并收集爆裂出的水。氢同位素用锌还原法测定水与锌在高温条件下发生置换生成的氢气；氧同位素用二氧化碳－水高温平衡法测定水与高纯二氧化碳在高温条件下发生氧同位素交换的二氧化碳。氧同位素分析误差小于± 0.2‰，氢同位素分析误差小于±2‰。硫同位素分析采用的分析仪器为MAT 251型质谱仪，δ34S以CDT为标准。具体过程为将各种硫化物单矿物与氧化亚铜在真空状态下加热，进行氧化反应，生成二氧化硫，进行同位素质谱分析，分析误差小于±0.2‰。5个硫同位素样品和2个石英样品的测试结果见表5。

表5 氢氧硫稳定同位素组成Table 5 H，O，S isotope composition of the ore

辉锑矿石英脉中流体包裹体的氢氧同位素测试结果显示：成矿流体的氧同位素组成δ18OSMOW为－7.29‰和－7.96‰，氢同位素组成δDSMOW为－67.4‰和－68.8‰。投影到δDSMOW－δ18OH2O图解上（图10），2个测试数据落点区域相似，均落在了雨水线附近，表明成矿流体受到岩浆水或是深部变质成因水的影响较弱，成矿流体主要是来自于大气降水的循环作用。枣子沟金矿床流体的氢氧同位素组成与滇黔桂卡林型金矿靠近雨水线附近的样品相似，而与西秦岭目前获得的数据有所差别，表明枣子沟金矿未明显受到印支期及燕山期岩浆活动的影响，而西秦岭李坝、阳山、小沟里、尚家沟、八卦庙、双王、丘岭、淋湘等金矿则明显受到了矿区岩浆侵入活动的影响，具有岩浆流体或深变质流体的特征［19－21］。

图10 成矿流体的δD－δ18 O图解Fig.10 δD－δ18 O composition diagram of the ore－forming fluid

对3个辉锑矿及2个黄铁矿样品进行硫同位素测试，测试结果显示硫同位素组成稳定，其变化范围为－8.59‰～－9.03‰。辉锑矿的硫同位素组成比黄铁矿的硫同位素组成稍小，符合硫同位素在平衡条件下在不同硫化物中的大小顺序，也与辉锑矿形成于成矿晚阶段有关。硫同位素具明显的负值，说明硫同位素来自于围岩地层，而其变化范围很小，则表明其形成环境相当稳定，是在中低温条件下发生了同位素平衡的结果。此外，前人获得该矿床各类矿石（黄铁矿）硫同位素δ34S范围为－4.33‰～－11.50‰［6，24］。较大负值的硫同位素与岩浆来源的硫有明显区别，表明矿石硫主要来自于沉积地层而与矿区广泛发育的闪长岩脉关系不密切。此外，具有相似来源特征的还有：甘肃碌曲拉尔玛金矿床中硫同位素δ34S的变化范围为－25.20‰～11.36‰，极差达36.56‰，具有离散度大、塔式分布效应不明显的特点［25－27］；陕甘川成矿区甘肃卅曲九源金矿床中矿石硫化物的δ34S为0.63‰～10.47‰，围岩中黄铁矿的δ34S为6.938‰～15.90‰，平均为9.993‰，矿石硫同位素组成与围岩的硫同位素组成接近［25］；滇黔桂地区微细浸染型金矿床中黄铁矿硫同位素主要集中于－3‰～16‰，明显以富重硫为特征，并且热液黄铁矿与同生沉积黄铁矿的硫同位素组成较为相似［28］。这些特征均表明卡林型金矿硫主要来自围岩地层，与美国卡林型金矿硫的来源相似［22，29－31］。

6 讨论

6.1 矿床类型的归属

“卡林型”金矿床这一概念最早由A.S.Radtke提出［32］，其典型特征为微细浸染型金与黄铁矿化、硅化关系密切，受高角度断层控制明显，产于渗透性良好的不纯碳酸盐岩中。甘肃枣子沟金矿床赋矿围岩为三叠系中统古浪堤组下段钙质、粉砂质、泥质板岩，褐灰色灰岩条带及鲕粒灰岩，少部分矿体产于闪长岩中，但均沿构造破碎带分布。美国内华达州卡林型金矿的赋矿层位是志留系－泥盆系罗伯茨山（Roberts）组和泥盆系波波维奇（Popovich）组层纹状细粒钙质或含白云质、泥质粉砂岩，极少数矿体产于岩浆岩［18，33］。我国滇黔桂地区卡林型金矿主要产于三叠系，其次为二叠系和泥盆系，如：贵州紫木凼下三叠统夜郎组、板其的紫云组，丫地和烂泥沟的中三叠统新苑组。秦岭地区以泥盆系为主（双玉、二台子、八卦庙、金龙山等），寒武系中也偶有产出（拉尔玛）；川西北地区的东北寨金矿、丘洛金矿主赋矿层位为三叠系；滇西上芒岗金矿赋存于上侏罗统勐戛组，岩性为含碳黏土岩、粉砂岩和泥砂质灰岩或白云岩［18］。可见，卡林型金矿的围岩岩性基本相似，但成矿时间分布范围广。枣子沟矿（化）体均受控于断裂破碎带，矿化热液蚀变主要沿断裂破碎带进行，在细碎裂岩及构造角砾岩中发生绢云母化、绿帘石化、碳酸盐化、钠黝帘石化、硫化物矿化、硅化、铁染，蚀变不均匀。因枣子沟金矿床主要赋矿围岩是泥质和粉砂质板岩，与美国内华达卡林型金矿床围岩为不纯灰岩、钙质细碎屑岩有所区别，因而表现出主成矿期硅化比碳酸盐化强。枣子沟金矿矿石矿物主要为铁、砷、锑的硫化物，如黄铁矿、毒砂、辉锑矿为主要载金矿物。矿床的特点是金锑共生，归属于卡林型金矿中的金－锑－汞型［34］。周余国等［35］提出对卡林型金矿的认识应“只求同”（要求其最基本的表面特征相同或相似），“须存异”（容矿岩石、产出地质背景、成因等有所不同）。卡林型金矿本身不具有成因意义，不是一种成因类型；任何一种矿床成因类型在其（中）低温成矿阶段，随着成矿环境的改变和元素的分异演化，都可能形成大致符合卡林型金矿特征的金矿类型。判断一个金矿是不是卡林型金矿应主要考虑下列4条标准：①金呈（超）微细粒存在于不同的容矿岩石中；②容矿岩石构造以浸染状为主；③成因上只能统一于中低温热液成矿，至于物源、热源、水源等成因问题需具体矿床作具体分析；④区带上集中分布。根据上面的标准，周余国等［35］将卡林型金矿定义为区带上集中分布的（超）微细、浸染、中低温热液矿床。枣子沟金矿的地质特征符合上述特征，可归属于卡林型金矿床。

6.2 金的赋存状态

ESEM分析表明，显微自然金赋存在石英和硅酸盐矿物颗粒间隙，形成粒间金或赋存在石英和硅酸盐裂隙中，呈裂隙金产出。其中显微金粒度为1～5μm，金的质量分数为60.96%～82.61%。此外，ESEM分析结果显示金的成分复杂，伴随有Si、Al、K、Fe、Na的谱峰，表明金与富碱硅酸盐矿物同时沉淀。通过EMPA对热液期黄铁矿、毒砂、辉锑矿、黄铜矿及闪锌矿分析表明，金赋存于热液期各种硫化物中，在各硫化物中金的质量分数呈正态分布。各硫化物中金的平均质量分数大致相同，晚期结晶的矿物金质量分数略微升高。金的平均质量分数为0.257%。Au与As的相关关系不明显，但总体上As丰度高时，Au的平均值也稍高。此外，Sb丰度的升高也会导致Au的相应升高。元素相关关系表明Au与其他12种元素的相关关系都非常低，相关系数的绝对值小于0.4。在聚类分析中Ag、Pb、Co、Ni、Hg、W、Au、Zn、Cu聚成一类。上述这些特征表明金不参与矿物晶胞的组成，而更可能是以微包裹体的形式被捕获在矿物中。孙振亚和刘永康［36］针对扫描电镜和电子探针无法有效地分析0.5～0.1 μm以下的超显微金，采用一级碳萃取复型法制样，对未氧化含金砂岩和局部褐铁矿化泥砂岩矿石进行了透射电镜AEM分析，直接观察到了多颗纳米级的超显微自然金，并研究了它们的形态及聚集复合现象。其研究表明，黄铁矿中包裹的超微金为5～20nm，而褐铁矿、针铁矿和伊利石集合体中的超微金可以从20nm至1μm。此外，谭光裕［37］也报道了在甘肃评定砷－金矿床黄铁矿熔矿渣中见很少的0.2～0.4μm的自然金，进一步证明了金一般以微包裹体的形式被矿物捕获。Reich等［16］通过对不同卡林型及浅成低温热液型金矿床中含砷黄铁矿进行SIMS和EMPA分析，并结合前人的研究成果提出了Au在含砷黄铁矿中的溶解极限线为c（Au）＝0.02c（As）＋4×10－5。若位于曲线下面，金以＋1价呈固溶体的形式赋存在矿物中，而位于曲线上面则以纳米颗粒的形式存在。枣子沟金矿床中含砷黄铁矿统计分析结果表明：绝大部分测试点的c（Au）／c（As）＞0.02，表明黄铁矿中的金主要以纳米颗粒金的状态赋存，但不排除晶格金的存在。

综上所述，枣子沟金矿床中金主要有3种赋存状态：一是金呈纳米级微包裹体形式被包含在载金矿物中；二是显微自然金赋存在石英和硅酸盐矿物颗粒间隙，形成粒间金；三是显微自然金赋存在石英和硅酸盐裂隙中，呈裂隙金。但不排除金呈类质同象替代的原子形式存在于载金矿物中。

6.3 金的富集机制

氢氧硫稳定同位素表明成矿流体为大气降水，硫来源于围岩。矿床成因可能为大气降水通过断层下渗到地壳深部并被加热，向上循环萃取围岩地层中的成矿物质，在浅表环境下沿着断裂充填交代破碎带围岩角砾及碎裂岩，并卸载成矿物质。矿区矿体明显受高角度断层控制，并具切割岩体的特征，也表明枣子沟金矿的成矿作用与矿区大量出露的脉岩关系不大，而与地层关系密切。

大量地质地球化学研究表明，在成矿溶液中，金是以络合物形式迁移的。在温度＞350℃和fo2较高的酸性流体中，金以金氯络合物形式迁移，而在中－低温（350～150℃）、低fo2的碱性环境中，金则主要以硫络合物形式迁移［38－39］。近年来，一些学者研究指出，在具有地质意义的物理化学条件下，成矿溶液中金硅络合物AuH3SiO04比其他各种络合物（如Au（HS）－2、AuCl－2等）都显得重要得多［40－41］。在许多情况下，金的硫砷络合物及硫锑络合物可能也是金的重要迁移形式，在含锑和砷的硫化氢溶液中，金的溶解度随溶液中锑、砷含量的增加成正比增长，成矿溶液中金以硫锑－砷金络合物形式迁移，在弱酸性－近中性还原条件下，形成和杂多核物［42－44］。因此，地层中砷和锑进入循环热液中，以及溶液中砷和锑硫化物的存在对金的迁移起了显著作用，是促使地层中金活化并进入溶液的重要机制。

石英中流体包裹体测试数据表明，成矿热液的均一温度范围为125～323℃，平均值为209℃，且温度数据显示其分布范围集中在140～260℃内（未发表），表明成矿环境为中低温条件。前人根据矿石及近矿围岩的矿物组成，认为枣子沟金矿床在成矿过程中带入的组分主要有K2O、H2O、CO2、CaO、S、Fe、Au、Ag、As、Sb、Hg、Cu、Pb、Zn等［24］。早期沉淀的自然金往往存在于硅酸盐或石英中或其裂隙中，且金的成分中还含有Si、Al、K、Fe、Na等。由于早期Fe的大量沉淀，致使成矿早期黄铁矿中Fe普遍亏损。基于以上认识，早期沉淀的金可能是以金硅络合物的形式迁移，随着温压条件的降低及围岩碳酸盐交代反应，首先从溶液中沉淀出来。对于以硫氢络合物形式迁移的金来说，溶液中还原硫活度的降低和氧逸度的下降是导致金沉淀的最有效机制［38］。早期溶解的方解石使得溶液中碳酸根离子含量逐渐升高及矿石中硫化物的大量沉淀，必然导致矿液中还原硫活度及逸度降低，同时导致成矿晚阶段硫氢（锑）络合物发生解体，金与硫化物同时沉淀。所以，黄铁矿、黄铜矿、方铅矿和闪锌矿中均可检测到金。此外，由于矿液与围岩作用而引起的温度下降和溶液进入减压带而引起的压力降低等，可能是导致矿质沉淀的辅助机制。

7 结论

1）枣子沟金矿具有卡林型金矿的地质特征。金主要有3种赋存状态：一是金呈纳米级微包裹体形式被包含在载金矿物中；二是显微自然金赋存在石英和硅酸盐矿物颗粒间隙，形成粒间金；三是显微自然金赋存在石英和硅酸盐裂隙中，呈裂隙金。但不排除金呈类质同象替代的原子形式存在于载金矿物中。

2）其成矿过程可能是区域性深大断裂导通地下水，在地壳深部被加热，促进地下水对流循环萃取沉积地层中的成矿元素，并在近地表张性裂隙中发生金的沉淀富集。

3）金可能存在AuH3SiO04、Au（HS）2－、H2Au（Sb，As）S02和HAu（Sb，As）S3－等多种迁移方式，并且成矿早阶段可能以金硅络合物的解体为主，成矿晚阶段可能是硫氢（锑）络合物发生解体，致使金与硫化物同时沉淀，主要以显微纳米金的形式包含在硫化物中。

甘肃省地矿局第三地质队刘春先等给予了热心的帮助与支持，鑫海公司王仁战工程师在野外采样及地质考察中给予了帮助、支持与指导，李亮绘制了部分地质图件，在此表示衷心的感谢。

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Ore－Forming Process of the Zaozigou Gold Deposit：Constraints from Geological Characteristics，Gold Occurrence and Stable Isotope Compositions

Cao Xiao－feng1，2，Mohamed Lamine Salifou Sanogo1，2，LüXin－biao1，2，He Mou－chun1，2，
Chen Chao1，Zhu Jiang1，Tang Ran－kun1，Liu Zhi1，Zhang Bin3

1.Faculty of Earth Resources，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China 2.State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China 3.Beijing Kuangtong Resource Development Consulting Company Ltd.，Beijing 100037，China

Abstract：The Zaozigou gold deposit is located in the Tongren－Xiahe－Minxian gold metallogneic belt in west Qinling orogen.The ore bodies are hosted in fine－grained clastic rocks intercalated with limestone of the Middle－Triassic Gulangti Formation and varied dikes.The gold ore bodies are strictly controlled by the NE，NW and SN trending tensional and shearing faults with high dipping angle.The ore－forming hydrothermal period is divided into four stages：pyrite－quartz，pyrite－arsenopyrite quartz，stibnite－quartz－calcite and quartz－calcite.Quartz，calcite and sericite are the main alteration minerals.Environmental scanning electron microscope and electron probe analyses show that the gold is microvisible or invisible.Micro－visible gold is seen in the intercrystalline space or in the fissures of quartz and silicates.Invisible gold is captured in pyrite，arsenopyrite，stibnite and other sulfide mainly as nanoparticles.Gold concentration in sulphides of ore－forming stages is between 0.003%and 0.658% with an average of 0.257%.All the characteristics above lead us to draw the conclusion that the Zaozigou deposit is a typical carlin－type.Hydrogen and oxygen isotope compositions show that oreforming fluids came from meteoric water while sulfur isotope compositions show that the sulfur came from the sedimentary strata.The meteoric water went deep into the crust through the deep cutting faults and was heated and circulated to extract the metals from the wall rocks.Gold may be transported in the hydrothermal fluids in forms of AuH3SiO04、Au（HS）－2，H2Au（Sb，As）S02and HAu（Sb，As）S－3.In the early stage，the breakup of the AuH3SiO04complex resulted in the deposition of Au and Si，Fe，Na，Al etc；while in the later stages the breakup of Au（HS）－2，H2Au（Sb，As）S02and HAu（Sb，As）S－3complexes led to the simultaneous deposition of sulfides and gold nanoparticles in them.

Zaozigou；micro－disseminated；gold deposits；ore－forming period；stable isotopes；gold occurrence

book=2012,ebook=649

P618.51

A

1671－5888（2012） 04－1039－16

2011－10－15

国家科技支撑计划项目（2011BAB06B04）；中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室基金项目（124－G08Y60104）

曹晓峰（1985－），男，博士研究生，主要从事矿产普查与勘探方面研究，E－mail：cao079＠qq.com

吕新彪（1962－），男，教授，博士生导师，主要从事矿床学和矿产勘查方面的教学及研究工作，E－mail：lvxb＿01＠163.com。