新城金矿稳定同位素地球化学特征及成矿物质来源探讨

姜盛洪，王长明，赵 海，贺昕宇，夏 锐，郭春影，赖相濡，欧阳学财

(1.中国地质大学地球科学与资源学院，北京 100083; 2.山东黄金集团有限公司，山东济南 250000; 3.核工业北京地质研究院，北京 100029)



新城金矿稳定同位素地球化学特征及成矿物质来源探讨

姜盛洪1，王长明1，赵 海2，贺昕宇1，夏 锐1，郭春影3，赖相濡1，欧阳学财1

(1.中国地质大学地球科学与资源学院，北京 100083; 2.山东黄金集团有限公司，山东济南 250000; 3.核工业北京地质研究院，北京 100029)

新城金矿是胶东金矿集区招远—莱州成矿带的一个“焦家式”蚀变型金矿床。本文主要通过C、H、O、S、Pb同位素研究，对新城金矿成矿流体、物质来源和成矿作用进行探讨和研究。新城金矿矿石中δD值范围为-116‰～-91‰，δ18O水值范围为3.8‰～7.2‰，表明成矿流体早期来源于岩浆水，成矿晚期混入大气降水。矿石硫化物、郭家岭花岗闪长岩、玲珑花岗岩和胶东群δ34S平均值分为7.9‰、6.5‰、8.5‰和6.2‰，认为矿石硫具有对矿区地层及岩浆岩硫的继承性。硫化物矿石206Pb/204Pb=17.115～17.414，207Pb/204Pb=15.460～15.577，208Pb/204Pb=37.912～38.196，显示铅具有壳幔混合来源的特征。碳、氢、氧、硫、铅同位素反映新城金矿成矿物质和流体主要来源于深部岩浆。

同位素 流体来源 物质来源 成矿作用 新城金矿

Jiang Sheng-hong，Wang Chang-ming，Zhao Hai，He Xin-yu，Xia Rui，Guo Chun-ying，Lai Xiang-ru，Ouyang Xue-cai.Geochemical characteristics of stable isotopes and metallogenic material source in the Xincheng gold deposit[J].Geology and Exploration, 2015,51(1):0068-0078.

1 引言

胶东地区是中国最大的金矿集区，占全国不足0.25%的面积，却有全国1/4的黄金储量，以玲珑石英脉型与焦家蚀变岩型金矿最为突出。胶东金矿成矿具有多源、多期叠加、时空集中、规模巨大等显著特征，金成矿作用与燕山期强烈的构造及岩浆热液活动有关(毛景文等，2002)。前人曾对胶东地区典型金矿床地质特征、流体、物质来源以及成矿机制等方面进行过详细研究，但认识并不统一(毛景文等，2005；周新华等，2003；邓军等，2001；陆丽娜等，2011)。新城金矿是胶东金矿集中区焦家成矿带的一个“焦家式”金矿床，研究时间长达30余年，然而研究的精细程度与特大型矿床“身份”相比极不相称，对于新城金矿矿床流体、成矿物质来源缺乏综合性的讨论。本文结合矿床地质特征，对新城金矿C、H、O、S、Pb同位素进行研究，获得其流体和物质来源信息及探讨矿床的成矿作用，为胶东矿集区中生代巨量金属集聚机制和金矿成矿理论研究提供启示。

2 区域地质

胶东地区大地构造位置处于华北板块东缘，苏鲁超高压变质带以北，经历了长期、复杂的构造运动。研究区构造主要以东西向、北东-北北东向为主，另发育北西向构造(图1)。

胶东地区出露的地层主要由中太古界唐家庄岩群、新太古界胶东群、古元古界荆山群、古元古界粉子山群、新元古界蓬莱群，中生界莱阳组、青山组、王氏组和新生界组成(图1)。

胶东地区侵入岩分布范围广，绝大部分属于中生代花岗岩类(图1)，约占全区面积的1/3，反映区内中生代经历了强烈的岩浆活动。超基性-酸性岩石均有分布，尤其以中酸性、酸性岩规模大，分布广。晚三叠世花岗岩类(230～200 Ma)(Chenetal.，2003；郭敬辉等，2005)主要分布在胶东东南缘的甲子山、槎山、邢家地区。晚侏罗世-早白垩世早期花岗岩类(160～140 Ma)(郭敬辉等，2005；罗镇宽等，2002)主要包括玲珑岩体和滦家河岩体，胶东东部地区主要包括昆嵛山岩体、鹊山岩体、文登岩体和垛固山岩体。早白垩世中期花岗岩类(130～125 Ma)(罗镇宽等，2002)主要分布在胶西北地区，主要有郭家岭岩体、三山岛岩体、上庄岩体、北截岩体、丛家岩体。早白垩世晚期花岗岩类(120～100 Ma)(郭敬辉等，2005)主要包括三佛山岩体、伟德山岩体、海阳岩体等岩体。

图1 胶东地区地质图(据杨敏之，1998；Fan et al.，2003)Fig.1 Simplified map of geology in eastern Shandong peninsular (after Yang，1998；Fan et al.，2003) 1-太古代变质岩；2-元古代变质岩；3-中生代花岗岩；4-白垩纪火山岩；5-三叠-第四系沉积物；6-主要断裂；7-城市；8 -金矿(吨位)1-archean metamorphic rock；2-proterozoic metamorphic rock；3-mesozoic granite；4-cretaceous volcanic rock；5-triassic-quaterna ry sediments；6-major fault；7-cities；8-gold deposit (tonnage)

3 矿床地质

新城金矿位于胶东半岛西北部招远-莱州成矿带内的黄县-掖县弧形断裂带上，赋存于该带的北东走向地段，该地段为黄县-掖县弧形断裂带的主要控矿段，通常称为焦家断裂带。新城金矿赋存于焦家主断裂面下盘。焦家断裂上盘为玲珑黑云二长花岗岩、下盘为郭家岭超单元上庄单元似斑状花岗闪长岩(图2)，走向NE40°左右，倾向NW，倾角26～30°，沿走向和倾向呈现舒缓波状。

新城金矿已探明矿体18个，其中Ⅰ号、Ⅴ号矿体规模最大。Ⅰ号矿体为矿区内最主要的矿体，为蚀变岩型矿体，受焦家主断裂控制，地表矿体出露长120 m，平均长度330 m，最宽25 m。矿体平均走向NE 37°，倾向NW，倾角26～30°，局部大于35°，平均倾角29°。矿体局部有膨胀、夹缩、分支复合和尖灭再现等现象。矿石具压碎结构、晶粒结构、填隙结构、包含结构；浸染状、细脉浸染状、块状、斑点状构造。围岩蚀变类型有绢云母化、云英岩化、硅化、碳酸盐化等。Ⅴ号矿体为细脉或网脉型矿体，产于绢英岩化、硅化或钾长石化花岗闪长质碎裂岩中，矿石具压碎结构、晶粒结构、填隙结构；脉状、网脉状、团块状构造。Ⅴ号矿体群赋存于Ⅰ号矿体倾斜延深旁侧(图3)。根据新城金矿床矿石的矿物共生组合、结构构造和穿插关系，结合矿山实际生产资料的综合分析，将新城金矿床热液期划分为四个成矿阶段: 粗粒黄铁矿(钾长石)-石英阶段；细粒黄铁矿-绢云母-石英阶段；石英-多金属硫化物阶段；石英-碳酸盐阶段。热液成矿期所划分的四个阶段中，主要成矿阶段为第二阶段和第三阶段。

图2 新城金矿地质图(据王长明，2011b)Fig.2 Geological sketch map of the Xincheng gold deposit (after Wang，2011b) 1-郭家岭花岗闪长岩；2-玲珑黑云母花岗岩；3-蚀变花岗闪长岩；4-黄铁绢英岩；5-蚀变黑云母花岗岩；6-Ⅰ号矿 体；7-断层泥；8-断裂边界1-Guojialing granodiorite；2-Linglong biotite granite；3-altered granodiorite；4-beresitization rocks；5-altered biotite granite；6-Ⅰ ore body；7-fault gouge；8-fault boundary

图3 新城金矿区地质剖面图 (据王长明，2011b)Fig.3 Geological section of the Xincheng gold deposit (after Wang，2011b) 1-郭家岭花岗闪长岩；2-玲珑黑云母花岗岩；3-蚀变花岗闪长岩；4-黄铁绢英岩；5-蚀变黑云母花岗岩；6-矿体；7-断裂1-Guojialing granodiorite；2-Linglong biotite granite；3-altered granodiorite；4-beresitization rocks；5-altered biotite granite；6-ore body；7-fault

4 样品描述及分析方法

本次采集新城金矿氢氧同位素研究的样品是根据成矿期次的划分来进行采集的，包括钾长石-石英脉、石英-黄铁矿脉、黄铁绢英岩脉、多金属硫化物脉和石英脉。钾长石-石英脉是热液期第一阶段的产物，石英-黄铁矿脉、黄铁绢英岩脉属于第二阶段，多金属硫化物属于第三阶段，石英脉则是热液期第四阶段的的产物。该12件样品测试分析是在中国地质科学院矿产资源研究所稳定同位素试验室完成，所用质谱仪型号为MAT-252。

(1) 流体包裹体中水的氢同位素: 把分选的单矿物在105℃以下烘干后，在真空系统中逐步加热抽走次生包裹体的水，加热至600℃使其中的包裹体热爆，释放的水通过收集、冷凝和纯化处理，然后用锌置换出水中的氢，对获得的H2进行质谱分析。

(2) 石英的氧同位素: 首先用BrF5在500～550℃条件下与石英矿物反应15h，然后用液氮将产生的O2纯化，最后在700℃将O2转变为CO2而用于质谱分析。

S、Pb同位素分析共采集18件样品，样品分析矿物均为黄铁矿，分析在核工业北京地质研究院测试研究中心完成:

(1) S同位素分析: 以Cu2O做氧化剂制备测试样品，仪器型号为Finnigan MAT-251型质谱仪，分析结果采用国际标准CDT表达，分析精度优于±0.2‰。

(2) Pb同位素分析: 先用混合酸(HF+HClO4)溶样，然后用树脂交换法分离出铅，蒸干后用热表面电离质谱法进行铅同位素测试，仪器型号为ISOPROBE-T，对于1μg的208Pb/206Pb分析精度优于0.005%。

5 分析结果

5.1 H和O同位素组成

新城金矿床氢氧同位素分析结果见表 1。流体包裹体的氧同位素δ18O水值是根据寄主矿物石英的氧同位素，利用石英-水之间的氧同位素平衡分馏方程1000lnα石英-水=3.38×106/T2-3.4(Claytonetal.，1972)计算得到的。由表可知，新城金矿矿石δD值范围是-116‰～-91‰，其中绝大部分值都在-100‰～-90‰之间，δ18O水值范围是3.8‰～7.2‰，平均值为5.8‰。

表1 新城金矿氢氧同位素组成

注: “—”引文代表未给出数据。

5.2 S同位素组成

硫同位素组成见表 2，样品总计19件，大多为主成矿期岩石，少量采自含矿围岩中。新城金矿硫化物δ34S值介于1.9‰～11.7‰之间(表3)，大部分样品的δ34S均具大的正值。

表2 招远-莱州金成矿带蚀变岩型金矿、地层和花岗岩体的硫同位素组成

注: “—”引文代表未给出数据

表3 新城金矿黄铁矿中硫、铅同位素组成

表4 招远-莱州金成矿带地层和花岗岩类铅同位素组成

注: “—”引文代表未给出数据

5.3 Pb同位素组成

新城金矿床石英-多金属阶段不发育，故主要样品为黄铁矿，共计19件(表3)。矿石硫化物206Pb/204Pb=17.115～17.414，207Pb/204Pb=15.460～15.577，208Pb/204Pb=37.912～38.196。铅值的变化范围小，显示分布集中。

6 讨论

6.1 成矿流体

将表1中的数据投影到Taylor (1979)的氢氧同位素组成图解(图4)中，可以看出，成矿早期流体投影点位于岩浆水区域内或其附近，在成矿晚期阶段，投影点迁移至雨水线附近。

图4 新城金矿δD-δ18O同位素组成图解 (底图据Taylor，1979)Fig.4 The δD-δ18O diagram of the Xincheng gold deposit (after Taylor，1979) 1-第一阶段；2-第二阶段；3-第三阶段；4-第四阶段1-stage one；2-stage two；3-stage three；4-stage four

从成矿早期至成矿晚期，数据点由岩浆水区域向大气降水线迁移，说明成矿晚期有大气降水混入，这与前人研究观点一致(Dengetal.，2003; 王长明等，2006)。因此，认为成矿早期流体是岩浆水，随着成矿作用的进行，大气降水混入，并在成矿晚期阶段大气降水逐渐成为主要流体类型。

6.2 成矿物质来源

硫同位素示踪成矿物质来源，在当今矿床研究中仍有着广泛的应用。从表3中可以看出，新城金矿黄铁矿δ34S的范围绝大部分集中在8.0‰～12.0‰区间内，显示出硫同位素均一程度高且有正向偏离的特征，与前人(王义文等，2002)分析的胶东蚀变岩型矿床硫同位素δ34SΣS的值约为10‰相近。新城金矿硫化物组成简单，以黄铁矿为主，Ohmotoetal.,(1979)认为该类硫化物可近似代表成矿流体中δ34SΣS的值。

在矿区范围内，郭家岭花岗闪长岩的δ34S的范围为2.7‰～10.0‰(陈光远，1993)，平均值为6.7‰；玲珑花岗岩的δ34S的范围为4.2‰～14.9‰(毛景文等，2005；黄德业，1994；杨忠芳等，1991)，平均值为8.5‰；胶东群δ34S的范围为3.0‰～7.8‰(王义文等，2002；杨忠芳等，1991；李洪志等，1996)，平均值为6.2‰。胶东蚀变岩型金矿床中，三山岛金矿δ34S的范围为11.5‰～12.0‰(毛景文等，2005)，平均值为11.8‰；仓上金矿δ34S的范围为11.3‰～12.5‰(毛景文等，2005)，平均值为11.9‰；焦家金矿δ34S的范围为10.1‰～12.2‰(毛景文等，2005)，平均值为11.4‰；望儿庄金矿δ34S的范围为8.5‰～8.9‰(毛景文等，2005)，平均值为8.7‰；河西金矿δ34S的范围为7.4‰～8.5‰，平均值为7.8‰(侯明兰等，2004)。

比较新城金矿和其他矿床、地层、岩浆岩硫同位素分析(图5)，反映招远-莱州成矿带不同矿床、矿体、岩浆岩以及地层的黄铁矿的硫同位素值均一化程度高，亦可看出新城金矿矿石中硫元素对花岗岩类硫、地层硫的继承性，可认为矿床硫来源于胶东群及矿体围岩玲珑花岗岩、郭家岭花岗闪长岩。

图5 胶东地区花岗岩、胶东群、新城金矿及其他蚀变岩型金矿硫同位素组成Fig.5 δ34S compositions of granitoids，Jiaodong group metamorphic rocks，the Xincheng gold deposit and other altered gold deposit in the eastern Shandong peninsular

胶东地区地层206Pb/204Pb=17.070～17.932，207Pb/204Pb=15.290～15.580，208Pb/204Pb=37.260～38.300(王义文，1988；张文起，1993；杨士望，1986)；玲珑花岗岩206Pb/204Pb=16.635～17.220，207Pb/204Pb=15.013～15.64，208Pb/204Pb=36.954～38.467(周新华等，2003；张文起，1993；徐金方等，1989)；郭家岭花岗闪长岩206Pb/204Pb=17.000～17.978，207Pb/204Pb=15.365～15.731，208Pb/204Pb=37.348～38.461(周新华等，2003；侯明兰等，2004；张文起，1993；陈振胜等，1994；张理刚，1988)(表4)。

图6 新城金矿黄铁矿硫同位素分布直方图Fig.6 Histogram of sulfur isotopes of pyrites from the Xincheng gold deposit

上述数据(表3，4)投在铅同位素构造模式图中，可以看出，胶东群数据点落在地幔演化曲线两侧，这与胶东群各变质岩变质程度不同、U/Th丢失不均匀有关；玲珑花岗岩具有地壳重融岩浆岩特征，郭家岭花岗闪长岩具壳幔混熔特征，二者数据点主要落在地幔与造山带之间，显示铅的壳幔混合来源，与前人研究的结论具有一致性。从207Pb/204Pb-206Pb/204Pb、208Pb/204Pb-206Pb/204Pb铅同位素构造模式图(Zartmanetal，1981)(图7)可以看出，整体上，新城金矿矿石铅同位素分布在胶东群及矿区内花岗岩类范围内。相比较而言，矿石铅在一定范围内集中，显示矿石铅对胶东群及矿区内花岗岩继承和差异性。Δβ-Δγ图(图8)(朱炳泉等，1998)显示，新 城金矿矿石Pb同位素投影在与岩浆作用相关的铅(图8-3a)与地幔铅混合区域内(图8)，认为成矿物质来源于地幔以及岩浆热液上升过程中萃取的源区壳源物质。

综合地层、岩浆岩、矿床的Pb同位素特征，认为新城金矿铅来源于地幔物质和矿区地层、岩浆岩类的混合。

矿区不同碳酸盐矿物之间碳-氧同位素的研究能够很好地揭示成矿流体的来源，并且碳氧同位素的研究可以揭露成矿作用，前人对此做过详细的研究(王长明等，2011)。同时。前人对碳酸盐流体包裹体研究表明，流体成分属于幔源流体C-H-O体系，深部流体中CO2对于流体运移、成矿甚至比H2O更重要(Rollinson，1992)。根据前人C和O同位素数据(刘建明等，2003；毛景文等，2005)(图9)，得出该区主要金矿床的δ13C值的范围是-6.5‰～-0.1‰，δ18O的值为2.9‰～14.1‰。对C、O数据进行分析，显示蚀变岩型金矿的C、O数据与地幔碳酸岩接近，表明其成矿与地幔有关。郭敬辉等(2005)研究流体包裹体证明，幔源CO2存在于该区的成矿流体当中。综上，从碳同位素的证据也能说明作为胶东典型蚀变岩型金矿的新城金矿成矿期成矿流体具有地幔流体来源。

6.3 矿床成矿作用

胶东金矿的深部成矿过程已被前人广泛认可(翟明国等，2001)，成矿年代约为120 Ma左右(Wangetal.，2014)。该时期胶东地区构造体制发生转换，处于挤压作用向拉张作用转换的过渡阶段，具体表现为伊泽奈崎板块低角度、高速向北北西斜向俯冲于东亚大陆之下，中国东部出现郯庐断裂带的左旋剪切，同时压剪背景下导致软流圈上涌、岩石圈地壳上隆，周边及下部的软流圈物质上升，产生强烈的岩浆活动。新城金矿矿区内出露岩浆岩为玲珑花岗岩和郭家岭花岗闪长岩，分别是早白垩世早、中期岩浆热液活动的产物。矿区控矿构造则是郯庐断裂的次级断裂——焦家断裂(图3)。早白垩世中-晚期构造体制转换背景下，上涌的幔源岩浆热液沿着郯庐断裂带向上运移，成矿流体进入焦家断裂带，在热液运移至浅部的过程中，与矿区周围地层以及岩浆岩发生作用，萃取其中的成矿物质，且在成矿后期大气降水也参与到流体当中。

图7 新城金矿床中矿石、花岗岩和胶东群的铅同位素组成 (底图据Zartman et al，1981)Fig.7 Pb isotope compositions of ores，granitoids and metamorphic rocks in the Xincheng gold deposit (after Zartman and et al，1981) 1-新城金矿；2-玲珑花岗岩；3-郭家岭花岗闪长岩；4-胶东群1-Xincheng gold deposit；2-Linglong granite；3-Guojialing granodiorite；4-Jiaodong Group

图8 新城金矿床黄铁矿铅同位素组成Δβ-Δγ分类图解 (底图据朱炳泉等，1998)Fig.8 Δβ-Δγ diagram of lead isotopes of pyrites from the Xincheng gold deposit (after Zhu et al.，1998) 1-地幔铅源；2-上地壳铅源；3-上地壳与地幔混合的俯冲铅(3a-岩浆作用；3b-沉积作用)；4-化学沉积铅；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1-mantle lead；2-supracrustal lead；3-subducted lead from mixing of supracrustal and mantle lead(3a-magmatism；3b-sedimentation) ；4-chemical deposit lead；5-submarine hydrothermal lead；6-medium to deep metamorphism lead；7-deep metamorphic lower crust lead；8-orogenic belt lead；9-ancient shale upper crust lead；10-retrograde metamorphic lead

图9 胶东地区石英脉型、蚀变岩型和角砾 岩型金矿床中碳酸盐脉18O SMOW (‰) -13CPDB (‰) 图解 (据毛景文等，2005)Fig.9 Diagram showing δ18O SMOW (‰) v.sδ13CPDB (‰) for the carbonate veins from the quartz vein type，altered type brecciatype of gold deposits in the eastern Shandong peninsula(after Mao et al.,2005) 1-石英脉型；2-蚀变岩型；3-角砾岩型1-quartz vein type；2-altered type；3-breccia type

7 结论

通过对新城金矿碳、氢、氧、硫、铅同位素的研究，取得以下主要认识:

(1) 氢、氧、碳同位素结果表明早期成矿流体主要为岩浆水，氢、氧同位素证据还能证明成矿晚期成矿流体中主要是大气降水。

(2) 硫、铅同位素结果显示成矿物质主要来源深部地幔，在壳-幔相互作用过程中，混染了矿区地层以及花岗岩类岩物质。

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Geochemical Characteristics of Stable Isotopes and Metallogenic Material Source in the Xincheng Gold Deposit

JIANG Sheng-hong1，WANG Chang-ming1，ZHAO Hai2，HE Xin-yu1，XIA Rui1，GUO Chun-ying3，LAI Xiang-ru1，OUYANG Xue-cai1

(1.SchoolofEarthScienceandResource，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083; 2.ShandongGoldGroupCompanyLimited，Jinan,Shandong250000; 3.BeijingResearchInstituteofUraniumGeology，Beijing100029)

The Xincheng gold deposit，located in the Zhaoyuan-Laizhou gold metallogenic belt，is one of the “Jiaojia” altered rock type gold deposit. This paper aims at revealing ore-forming fluids source，metal source and metallogenesis by C，H，O，S and Pb isotopes. The δDvalues of fluid inclusion in quartz are -116‰～-91‰，and δOwatervalues are 3.8‰～7.2‰，which suggest the ore-forming fluids were derived mainly magmatic water in the early period，with addition of minor amounts of meteoric water in the later period. The δ34S average value of the pyrites in the ores，Guojialing granodiorite，Linglong granite and Jiaodong Group，are 7.9‰，6.5‰，8.5‰，and 6.2‰，respectively， indicating their contribution from strata and granitoids. The ratios206Pb/204Pb，207Pb/204Pb and208Pb/204Pb are 17.115～17.414，15.460～15.577 and 37.912～38.196，respectively，indicating that Pb isotope is from crustal-mantle mixing. The C-H-O-S-Pb isotope values in the ores demonstrate that the ore-forming fluids and metal were derived mainly from magmatic sources.

isotopes，ore-forming fluids，metal source，metallogenesis，Xincheng gold deposit

2014-09-19；

2014-12-16；[责任编辑]陈伟军。

姜盛洪(1990年-)，男，中国地质大学(北京)，硕士，矿产普查与勘探专业。E-mail: ajiangshenghong@163.com。

P618

A

0495-5331(2015)01-0068-11