冀东峪耳崖金矿床成矿地质特征、矿床地球化学及其成因机制探析

贾三石，王恩德，付建飞，门业凯，吴明刚

1.东北大学秦皇岛分校资源与材料学院，河北 秦皇岛 066004

2.东北大学资源与土木工程学院，沈阳 110819

0 引言

华北板块北缘中段的燕辽多金属成矿带是中国最重要的贵金属成矿带之一［1－2］。而位于其内的冀东金厂峪－峪耳崖金矿矿集区则是其金成矿带的典型代表之一，其内分布有金厂峪、峪耳崖、牛心山、铧尖、高家店等数百个金矿床（点）。作为其内典型代表的金厂峪金矿、峪耳崖金矿赋存于不同的成矿地质条件，属于表观地质特征差异明显的2个不同超大型、大型金矿床，金厂峪金矿床赋存于太古宙老变质岩区，峪耳崖金矿床则赋存在燕山期花岗岩体及其接触带内。值得一提的是，空间上介于两个金矿床之间的牛心山金矿床（含南部的老铧尖金矿床）北部与峪耳崖金矿床雷同，南部与金厂峪金矿床貌似，且南北仅一“墙”之隔（墙为长城，即牛心山金矿床和老铧尖金矿床分布于长城南北两侧）而耐人寻味，发人深思。从某方面可以说这是中国花岗－绿岩带内特有的成岩与成矿最终就位时代存在严重滞后性的缩影和典型代表［3－4］，特别是位于其内的峪耳崖金矿，是冀东金厂峪－峪耳崖矿集内赋存于中生代花岗岩类及其围岩接触带内金矿床的典型代表（图1）［5］。

图1 峪耳崖金矿地质简图（据文献［6］修改）Fig.1 The simple geological map of Yueryagold deposit（modified after reference［6］）

前人对该区金矿进行了系统的研究，取得了不少成果［7－8］。但研究过多地针对单个矿床的成因研究，很少从区域构造演化的角度对金矿床的成因进行探析，以解译区域金矿床之间的成因联系及其形成就位机制，影响了区域深部和外围找矿突破。本文从区域成矿地质背景出发，结合矿床地球化学研究，联系区域构造演化，探析了峪耳崖金矿床的成矿物质来源、成矿演化及其动力学背景，提出了矿床成矿就位构造背景的特定性决定了矿床表观地质特征和类型的特异性与复杂性，以期对区域深部和外围找矿具有一定的理论指导和实际意义，特别是对于寻找不同成矿就位空间的新类型和过渡类型矿床意义重大。

1 成矿地质特征

峪耳崖金矿位于河北省宽城县境内，是产于喜峰口－下板城构造岩浆活动带内的大型金矿床。

1.1 成矿地质背景

峪耳崖金矿产于峪耳崖岩体内部及其与长城系围岩接触带中。峪耳崖岩体为一复式岩体，呈岩株状，主要由燕山早期的二长花岗岩组成，其内分为早阶段的白色花岗岩和晚阶段的红色花岗岩。两种不同颜色花岗岩的组构、矿物成分和化学组成基本相同，仅以红色花岗岩Fe2O3含量高、富钾长石、形成时代相对晚，但蚀变较强，属于同源不同阶段侵位的产物（图2）。岩体侵入于高于庄组灰岩之中。在峪耳崖岩体内部以及灰岩的接触带中，呈NE向的断裂和节理发育，其控制了区内主要脉岩体的分布和金矿体的就位空间（图3）。

矿区内出露的地层主要为中－晚元古界长城系巨厚沉积岩层，岩性主要为深灰、灰白色中厚－巨厚层灰岩和石英岩，其内可见灰质砾岩、燧石条带灰岩及含锰白云岩等。此外，太古宙迁西群老变质岩也是该区主要基底岩石，岩性主要为斜长角闪岩和角闪斜长片麻岩。

受区域NEE－NE向断裂的影响，矿区内断裂主要以NEE和NE向为主，控制了区内岩浆岩体及矿床（体）的分布。

矿区内的岩浆岩侵入体主要由早期超基性－基性岩和晚期的闪长岩－花岗岩闪长岩组成，且它们多呈岩株沿NE向分布，金矿化与花岗岩关系密切。

1.2 矿床地质特征

峪耳崖金矿床矿脉（体）呈NE向分布，最长可达1.3km，宽一般为0.5～1.0m。其内分南、北、中3个矿带，矿石品位普遍较高，个别地方为1 000 g/t（含明金）。矿脉（体）主要分布于花岗岩体之中和灰岩接触带内，多呈平行状、斜列状排列。矿脉（体）多呈脉状、不规则脉状、网脉状、扁豆状、长透镜状等分布。

矿石具结晶粒状结构、碎裂结构、包含结构等，脉状、浸染状、细脉状、角砾状和条带状等构造。矿石矿物主要为黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿，此外还有少量的辉钼矿、斑铜矿及一些极少量的金银矿物、自然铋、碲铋矿等；脉石矿物主要为石英、斜长石、绢云母、钾长石等，此外还有少量方解 石、白云石、萤石和绿泥石等（图4）。

图2 峪耳崖金矿典型矿脉体剖面示意图（据文献［5］修改）Fig.2 Geological section of the ore bodies in the Yueryagold deposits（modified after reference［5］）

图3 峪耳崖金矿野外照片Fig.3 The field photographs of gold deposit in Yuerya

峪耳崖金矿围岩蚀变发育，花岗岩体中以硅化、黄铁矿化和绢云母化为主，其次是萤石化、绿泥石化和高岭土化；在花岗岩体与灰岩接触带内则以强烈的硅化为特征，其次是绢云母化、绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化、黄铁矿化及矽卡岩化和大理岩化等。其中硅化、黄铁矿化和绢云母化与金矿化关系密切。

根据矿物的共生组合特征、矿脉的相互穿插关系及围岩蚀变的特征，峪耳崖金矿床金矿化可分为6个阶段：1）石英－黄铁矿阶段；2）石英－磁黄铁矿、黄铁矿阶段；3）石英－中粗粒黄铁矿阶段；4）石英－粉末状黄铁矿阶段；5）多金属硫化物阶段；6）方解石－黄铁矿阶段。其中3）、4）、5）阶段是主要的金矿化阶段，也是峪耳崖金矿床中金的主要形成阶段。

2 矿床地球化学特征

2.1 流体包裹体

对峪耳崖金矿流体包裹体的研究，本文主要涉及地表和井下3条不同的含金石英脉、5件样品的测试分析工作，其中包括在1条富含明金的矿脉上取样2件，分析时外加邱检生等［6，9］的流体包裹体测试数据进行研究。流体包裹体显微测温所用仪器为英国Linkam公司生产的THMSG-600型显微冷热台，采用冷冻法和均一法测温。流体包裹体的气相成分采用四极质谱仪测试分析，气相成分采用离子色谱仪。

2.1.1 流体包裹体类型

峪耳崖金矿含矿石英晶体内的包裹体大小为2～10μm，一般以5μm居多，形态大多为规则的圆形或椭圆形，少数呈管状和不规则状；其原生流体包裹体含量也比较少，这可能与冀东地区金矿成矿年代相对较早，后期遭受复杂构造地质作用改造有关。原生流体包裹体主要以液相型和气－液两相型为主，其中气－液两相流体包裹体的气液比多为10%～40%；此外还可见气相型和含子矿物的多相型流体包裹体（明显的高盐度流体包裹体）及极少量含液态CO2的流体包裹体；后期次生流体包裹体比较发育，常沿成矿后期不同期次微构造裂隙定向分布，显示成矿后受不同序次构造活动影响的特征（图5）。

2.1.2 流体包裹体温度和盐度测定

峪耳崖金矿不同含矿石英脉样品的流体包裹体均一温度测定结果见图6，均一温度区间明显分为两组，一组为200～210℃，另一组为242.8～395℃，主要复合集中于242.8～352.8℃。与金厂峪金矿相比，峪耳崖金矿流体包裹体测温也同样显示了中高温的热液成矿环境。

峪耳崖金矿气－液两相流体包裹体冰点温度为－6.8～－0.7 ℃，经过相关计算［10］，其盐度（w（NaCl））分布区间为1.23%～10.24%，属于低盐度的含矿流体。

2.1.3 流体包裹体成分分析

峪耳崖金矿流体包裹体的成分分析结果显示，其成分主要以H2O和CO2为主，其中流体包裹体气相成分中以H2O占优势，此外还含有CO2和极少量CO。流体包裹体液相成分中含有少量的阳离子 Na＋、K＋、Ca2＋和 Mg2＋，K＋/ Na＋和 Ca2＋/Mg2＋均大于1；阴离子以HCO－3、SO2－4为主，此外还含有少量阴离子Cl－和F－，但成矿流体总体比较富含HCO－3，从某一方面表明成矿热液处于弱碱性的物化条件下。

2.2 稀土和微量元素特征

本文稀土－微量元素地球化学研究，通过对金厂峪－峪耳崖矿集区内两大金矿床（金厂峪、峪耳崖）10件含矿样品的分析数据（表1、2和3），探讨了峪耳崖金矿床成矿物质来源和分析相关的成矿地质作用过程，特别是稀土元素分析与微量元素分析相结合。稀土元素分析采用ME-MS81法（硼酸锂熔融、等离子质谱定量测试），微量元素分析则采用 MEMS61法（四酸消解、质谱/光谱仪综合分析），对于Au元素的分析单独进行：w（Au）为（0.005～10.000）×10－6采用 Au-AA23法（低含量金－火试法：30g火试金，原子吸收定量）；超出上述检测限的用Au-GRA21（高含量金－火试称重法：30g火试金，称重法定量）。

对稀土元素数据特征分析（表1和2，图7）［11］可知：金厂峪、峪耳崖金矿稀土总量变化比较大，其标准化图谱总体表现为右倾趋势——LREE富集，并表现出一定程度的δEu负异常，显示了相似的成矿物质来源；但与微量元素分析结果结合研究发现，矿石中金含量越高（表3，图8），稀土总量值越小，表明含金热液流体在成矿演化过程中存在着对稀土元素的分异排斥作用，这一点对利用稀土元素在该区金矿床的初期勘探选区有一定的指导意义。对于峪耳崖金矿YEY-4样品的稀土元素反常分布趋势，且稀土总量极低，结合微量元素分析可知，其金矿化程度低，却含有很高的中高温热液成矿元素Bi［12］，可能代表与金主成矿期不同的一次热液成矿活动。

图4 峪耳崖金矿镜下照片Fig.4 The microscopically photos of gold deposit in Yuerya

图5 峪耳崖金矿流体包裹体镜下照片Fig.5 The microscopically photos of fluid inclusions in Yueryagold deposit

表1 冀东峪耳崖、金厂峪金矿床矿石样品稀土元素质量分数Table 1 The REE content of ore samples from typical gold deposit in eastern Hebei Province wB/10－6

表2 冀东峪耳崖、金厂峪金矿床矿石样品稀土元素特征Table 2 The REE parameters of ore samples from typical gold deposit in eastern Hebei Province

表3 冀东－辽西典型金矿床矿石样品微量元素质量分数Table 3 The trace element content of ore samples from gold deposit in eastern Hebei Province-western Liaoning Province wB/10－6

图6 峪耳崖金矿流体包裹体均一温度（Th）分布区间图Fig.6 The homogenization temperature（Th）distribution graph of fluid inclusions in Yueryagold deposit

微量元素中，Au、Ag等元素表现出密切的伴共生关系，而Cu、Pb、Zn等元素则表现为：赋存于老变质岩区内的金矿床（金厂峪）矿石中含量比较低；而赋存于燕山期花岗岩体及其接触带内的金矿床（峪耳崖）矿石中含量相对比较高，这可能与岩体内金矿后期受到多期次含矿热液活动影响有关。作为中高温热液矿床成矿指示元素的Bi表现出与Au具有密切的相关性，一方面说明该区富金矿体形成于中高温热液环境（含金富矿石流体包裹体研究已证实），另一方面表明Bi元素可以作为寻找高品位金矿体（脉）的指示性元素。

2.3 同位素特征

为了便于分析与对比峪耳崖金矿床与区域成矿作用的关系，同位素分析参比了矿集区内另一超大型金矿床金厂峪的数据。

2.3.1 氢－氧同位素特征

经过对含金石英脉样品δDSMOW和δ18OSMOW投图（图9）［5－6，9，13］可知，成矿热液主要表现为大气－热液水的特征，金厂峪金矿个别点落入岩浆热液水区间。此类结果一方面表明含矿热液的形成受构造岩浆活动的影响，金厂峪金矿床周边出露不少燕山期花岗岩体，峪耳崖金矿床本身处在花岗岩体及其与长城系围岩接触带上；另一方面表明成矿过程中有大气降水的加入，而金成矿则是多方流体相互作用和演化的最终产物。

2.3.2 硫同位素特征

图7 冀东峪耳崖、金厂峪金矿床矿石稀土元素球粒陨石标准化图谱（底图据文献［11］）Fig.7 The Chondrite normalized REE patterns of ore samples from gold deposit in eastern Hebei Province（base map modified after reference［11］）

通过对峪耳崖、金厂峪金矿床相关含金石英脉内黄铁矿的δ34S测试分析［9，14－15］可知，其分布区间为－5.0～6.0，其总的平均值接近0.0（图10）。一方面表明硫同位素分布范围极窄，极差极小，均一化程度高，非常接近原始地幔硫，成矿流体具有深源和幔源的特征，与区内成矿围岩（太古宙老变质岩）的硫同位素具有一致性［9］，其原岩为基性、超基性岩——形成于地壳初期的基性－超基性喷发，可以作为后期的成矿物质来源；另一方面从一个侧面表明，金厂峪金矿、峪耳崖金矿虽处于不同的成矿地质环境，但其成矿来源却有一致性，且与造山脉型金矿具有一定的可比性［13］。

2.3.3 铅同位素特征

笔者通过对峪耳崖金矿床含金石英脉内黄铁矿和方铅矿中铅同位素投图［5，9］（图11）发现：其主要分布于幔源区间及其与造山带的过渡区间，说明其成矿物质来源于深源或幔源；这与金厂峪金矿床的铅同位素分布存在一致性，存在幔源向造山带演化的趋势；这与本区身处燕辽多金属成矿带有一定的关系，受燕山期强烈的构造岩浆活动影响比较大。峪耳崖金矿床部分铅同位素落入下地壳，显示成矿物质壳幔源的演化过程，一方面表明成矿物质来源于幔源，与古老地壳形成初期的基性－超基性喷发有关，形成太古宙地层特有的含金铁建造，这是花岗－绿岩带特有的建造，在产出金矿床的同时，铁矿床也很发育；另一个方面表明含金铁建造在成矿过程中接受了不同程度的演化和混染，但也最大程度地保留了古老来源、深来源的特征。

本区铅同位素的特征在某方面可以作为华北板块周缘花岗－绿岩带内金矿床成岩与成矿严重滞后的佐证，而不同于加拿大、南非巴伯顿、西澳伊尔岗等花岗－绿岩带的金成矿特征［16－18］。

图8 冀东峪耳崖、金厂峪金矿床矿石微量元素含量折线图Fig.8 The line chart of trace element on ore samples from gold deposit in eastern Hebei Province

图9 冀东峪耳崖、金厂峪金矿床δDSMOW－δ18 OSMOW 变 化 范 围 图解（底图据文献［13］）Fig.9 The graph of δDSMOW－δ18 OSMOWin eastern Hebei Province gold deposits（base map after reference［13］）

2.4 成矿时代

根据以往的成矿年代学资料研究，金厂峪－峪耳崖矿集区内金矿床成矿时代集中于190.0～161.0Ma［5，19］，峪耳崖金矿花岗岩体的全岩Sm-Nd法年龄为207.6～188.9Ma，全岩 Rb-Sr法年龄为187.3Ma，而其含金石英脉石英流体包裹体测得Rb-Sr等时线年龄为189.0～163.8Ma，成矿晚于岩体就位时间。而该期正处于中国东部构造岩浆活跃期，与杨进辉等［20－21］研究的华北板块燕山早期岩浆集中爆发期一致，也与毛景文等［22］研究的华北板块燕山早期成矿集中事件（200～160Ma）处于同一年代区间，是对燕山期构造岩浆活动的响应，正好开启了中国特色的成矿大爆发事件序幕。

图10 冀东峪耳崖、金厂峪金矿床δ34S同位素分布图解（底图据文献［13］）Fig.10 The map of sulfur isotopic in eastern Hebei Province gold deposits（base map modified base map modified after reference［13］）

图11 冀东峪耳崖、金厂峪金矿床铅同位素模式构造图（底图据文献［13］）Fig.11 Schema chart of Pb isotope in Jidong－Liaoxi gold deposits（base map modified after reference［13］）

2.5 成矿物质来源探讨

通过对峪耳崖金矿床稀土元素、微量元素、同位素等的分析研究，表明其成矿物质与金厂峪金矿具有一定的相似性——深源和幔源特征，具有相同的来源特征，与太古宙形成的花岗－绿岩带建造，或叫金铁建造关系密切，是峪耳崖、金厂峪金矿床的成矿物质来源层，即古老的地壳地球化学特性决定后期的成矿特性，这就造就了华北板块金矿床比较发育，而华南板块则有色金属矿床比较发育，这与原始地壳的生成和演化关系密切。

3 矿床成因机制探析

金在地球化学上具有亲硫性和亲铁性，易于随含碳、硫、氯络合物的热液迁移，其含矿热液可形成于多种地质条件和地质作用中，且可在物理化学条件发生突变的情况下富集成矿，它既可以是同构造旋回的产物，也可以是后构造期的产物，具有成矿的多样性和普遍性特点［23］。因而可以说金的地球化学性质的活泼性、构造背景的特定性，决定了金矿床产出类型的表观多样性和复杂性。而冀东地区在太古宙经历了基性－超基性岩浆的喷发，形成了金的初始矿源层，也就是所谓的含金建造，这在全球金矿分布中具有普遍性——太古宙花岗－绿岩带。基于此，Groves等［24］提出了地壳连续成矿模式，一些相关地球化学研究也证明基性－超基性岩类因含有丰富的硫和铁而富金，而相关的花岗岩类中却含有极少的金，正好可以作为后期成矿的热源动力。

冀东地区作为中国最古老的地壳出露区之一，经历了太古宙的基性－超基性岩浆喷发，带来了丰富的成矿物质，形成了含量丰富的金铁建造。梅燕雄等［25－26］通过对该区太古宙变质岩研究发现，从麻粒岩、变粒岩→花岗片麻岩、角闪斜长片麻岩、磁铁石英岩→斜长角闪岩，金的含量逐级增高，斜长角闪岩的平均含金量最高，平均值为51.9×10－9，是地壳平均丰度的15倍。后期经历了燕辽裂陷槽的形成及其巨厚沉积，直至中生代，在欧亚板块与太平洋板块的相互作用下，诱发了中国东部强烈的构造岩浆活动，造就了中国东部中生代成矿大爆发。太古宙形成丰富的含金建造，在中生代强烈的岩浆活动下，发生活化迁移富集，形成富含金的成矿流体，含金流体在运移过程中遇到合适的成矿构造圈闭成矿［27］。对于峪耳崖金矿来说，前后白红花岗岩的侵入作用，在其岩体内部及其灰岩接触带形成了大量破裂，以致含矿热液进入，成矿时发生分散，形成低品位的矿石；而在红白花岗岩接触带，由于花岗岩的强硬，仅在接触带形成构造薄弱带，便于矿液进入形成极窄极富石英脉，甚至在一些地方可以发现明金（图3）。而对于在老变质岩区，如金厂峪，金矿体赋存于韧性剪切带后期形成的挤压片理化带内，都是含矿热液沿成矿构造上升沉淀成矿，也就造就了牛心山、老铧尖金矿床处于金厂峪、峪耳崖成矿过渡类型，即成矿表观地质条件与此类似又有区别，暗含了金厂峪金矿和峪耳崖金矿的成矿物质同源性，这已通过相关的稀土元素和同位素证明。可以说金矿床具体就位空间的特殊性决定了矿床产出表观特征的差异性，也就是具体的成矿就位构造背景决定了矿床的特殊性，进而形成了处于老变质岩区的金厂峪金矿和峪耳崖金矿表观地质特征的差异性。但是不可否认的是初始含矿建造的特异性，造成了后期成矿的特色性。华南板块和华北板块是两个不同的含矿建造板块，在中生代强烈的构造岩浆活动下，形成了两个不同的特色成矿省。

4 结论

1）流体包裹体研究表明峪耳崖金矿床成矿于中高温的热液环境，成矿流体具有弱碱性、低盐度的特征。2）金矿在成矿演化过程中具有排斥稀土元素的特征，即随着成矿流体的富集演化，其稀土总量越来越小，而微量元素Bi可作为一种富矿指示剂。3）峪耳崖金矿成矿物质来源具有深源和幔源特征，且与金厂峪金矿同源，表明了成矿就位构造背景的特定性决定了表观地质特征的特异性和复杂性。

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