雪峰山铲子坪金矿床稳定同位素特征及成矿地质意义

曹 亮，段其发，彭三国，周 云

CAOLiang1,2,DUANQi-Fa1,2,PENGSan-Guo1,ZHOUYun1,2

（1.中国地质调查局武汉地质调查中心，2.中国地质调查局花岗岩成岩成矿地质研究中心，武汉430205）

(1.Wuhan Center of China Geological Survey,

2.Research Center of Granitic Giagenesis and Mineralization,China Geological Survey,Wuhan 430205,Hubei,China)

铲子坪金矿位于湖南湘西雪峰山地区，该矿床于1985年发现，历时8年普查(部分地段达到详查程度)初步查明矿床规模达中型以上[1]。前人对该矿床的地质特征、找矿标志、矿物标性、地球化学异常模式、金的赋存状态、成矿年代等方面已做过一定程度的研究[1-9]，为本区的地质找矿工作积累了丰富的经验。本文通过对铲子坪金矿床岩石地球化学以及稳定同位素的研究，对成矿物质来源及矿床成因进行探讨。

1 矿床地质特征

矿床处于扬子微板块与华南褶皱系之间的过渡地带。矿区出露地层主要为震旦系与南华系。金矿体及矿脉主要赋存在南华系江口组含砾砂（泥）质板岩中。围岩由砂质板岩、粉砂质板岩以及砂砾岩组成[5,9]。矿床的西侧压扭性质的F2断层具有明显的导矿作用[7]。矿区内岩浆活动比较发育，中华山复式花岗岩体和白马山岩体在矿区西南部和东北部出露，铲子坪金矿床就位于白马山岩体的外接触带附近(图1)[8]。

矿区有三条较大规模的北西向含金构造蚀变带(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)(图2)，矿带以及矿化蚀变带与围岩之间界线不清晰，呈渐变的过渡关系,具有明显的热液蚀变特征[9]。矿石类型主要为硫化物石英脉型和含硫化物蚀变岩型。矿石的金属矿物主要有黄铁矿、方铅矿、自然金、黄铜矿、毒砂等；非金属矿物有方解石、绿泥石、石英等；其中石英和黄铁矿是最常见的矿物。

铲子坪金矿床成矿过程简单，仅有一个成矿期。根据矿物组合，将热液成矿期划分为早期和晚期。早期矿物的共生组合较简单，硫化物含量也很少。晚期可分为石英-硫化物-自然金和石英碳酸盐两个阶段[6,9]。金矿化与晚期第一阶段关系密切。

图1 铲子坪金矿地质简图[8]Fig.1 Geological map of the Chanzipinggold deposit

2 岩石地球化学特征

2.1 主量元素特征

对铲子坪金矿床主要赋矿围岩及有关矿化蚀变岩化学全岩分析结果列入表1中。可见从围岩到晚期形成的金矿石中，均有大量的SiO2存在，容矿岩石是以硅质、砂质成分为主的板岩。由于岩性和蚀变程度上的差异，所以其主量元素含量差别较大，主要表现在SiO2、Al2O3、CaO和K2O的含量上。

从图2中可以看出，矿石与围岩化学全岩分析曲线存在较大差异。含矿围岩在控矿层间断层影响下，金矿石中均发生了硅化、碳酸盐化、绢云母化，矿石的矿物质有一部分可能来自围岩，可能主要是含矿热液对围岩的活化与萃取，然后在有利的构造薄弱带聚集成矿。

2.2 稀土元素特征

通过对矿床含矿岩石及矿石的稀土分析研究(表2)，表明岩石和矿石的REE含量变化比较大，稀土总量∑REE变化范围为(108.53～224.88)×10-6，其配分形式均为明显右倾曲线（图3），LREE/HREE为2.83～4.80，(La/Yb)N 为4.60～9.19，属轻稀土富集型。轻、重稀土分馏，轻稀土相对富集而重稀土相对亏损。除CZP-B2与CZP-B10样品无明显Eu异常外（δEu=1.00），其他样品δEu值为0.83～0.67，显示明显的负Eu异常，推测矿石形成受到岩浆热液的影响。∑LREE范围为5.11×10-6～197.16×10-6，∑HREE范围为3.19×10-6～54.85×10-6，具有较高的稀土总量。各类岩石的稀土配分曲线相似，说明具有相同的源岩，具有相似的成矿物质来源和演化过程。

表1 铲子坪金矿容矿岩石、矿化蚀变岩化学全岩分析结果(%)Table 1 Bulk chemical analyses of ore-bearing rocks and mineralization altered rock in Chanziping gold deposit

图2 铲子坪金矿容矿岩石、矿石化学分析结果曲线图Fig.2 Curves Diagramof ore-bearing rocksand ore mineralsin Chanziping gold deposit

图3 铲子坪金矿容矿岩石及矿石矿物稀土配分形式图（球粒陨石标准化值据Boynton,1984[12])Fig.3 Chondrite normalized REEpattems of ore-bearing rocks and ore minerals in Chanzipinggold deposit

2.3 微量元素特征

本文对该金矿矿石及围岩进行了分析，分析结果列于表2。从表中可以看出，矿石及围岩含金0.013×10-6～13×10-6，平均2.511×10-6；含银0.02×10-6～0.37×10-6，平均0.121×10-6。Au/Ag介

于0.366～35.135之间，平均11.062。金和银呈正相关性，金含量随着银含量的增加而增加（图4）。

表2 铲子坪金矿床含矿岩石及围岩微量元素组成(WB/10-6)Table 2 Trace element composition of ore-bearing rocks and ores of The Chanziping gold deposit (WB/10-6)

图4 铲子坪金矿金、银含量相关图Fig.4 Correlation of content for Au-Ag in oreminerals of Chanzipinggold deposit

图5 铲子坪金矿容矿岩石及矿石矿物微量元素蛛网图（原始地幔标准化值据Sun and McDonough，1989[11]）Fig.5 Chondritenormaiized traceelement patternsof ore-bearingrocks and oreminerals in Chanziping gold deposit

矿石及围岩中Co含量为10.10×10-6～21.5×10-6，平均15.53×10-6；Ni含量为6.78×10-6～18.3×10-6，平均8.6×10-6。Co/Ni介入1.174～3.074，平均为1.917。在微量元素蛛网图（图5）中，总体富集Ba、Rb以及La，相对亏损Nb、Ti以及Ta、Nb亏损，指示可能有地壳物质的混染。Ti亏损，说明岩石成因与残余熔体有关。Nb、Ti、Ta元素的亏损，说明铲子坪金矿床岩矿石的形成与地幔深源物质有一定关系[10]。

3 稳定同位素特征

成矿物质来源的研究能够有效的判断矿床成因及矿床类型。大量的研究表明，成矿流体的来源可通过碳、氢、氧同位素的特征来判明，成矿体系中的金属元素的来源可通过硫、铅同位素来有效示踪。通过稳定同位素地球化学的研究，对该矿床成矿物质来源以及矿床成因的探讨具有十分重要的意义。

3.1 硫同位素特征

硫同位素组成的研究可以推断成矿物质来源[13~15]。铲子坪金矿的金与矿体中黄铁矿、毒砂、方铅矿等金属硫化物关系密切，通过研究硫化物硫同位素的组成特征，可以判断金的来源。

骆学全测定了铲子坪金矿矿石中黄铁矿、方铅矿的硫同位素组成。矿石和围岩的δ34S差异大，20个矿石样品δ34S的变化范围为-7.58‰～+0.32‰[5]，极差为7.9‰，平均为-2.44‰，略富轻硫；4个矿脉围岩的变化范围为+6.77‰ ～+7.9‰[16]，极差为1.19‰,平均为-2.44‰。地球不同体系的硫同位素组成十分复杂。花岗岩类一般为-10‰～＋10‰[17]。从铲子坪金矿硫同位素对比图来看（图6），矿石硫同位素值与自然界中花岗岩、玄武岩相似，反映出与花岗岩有一定的亲缘关系。从图7可以看出，其δ34S值主要集中在0～-4‰之间的范围内，变化范围为-7.58‰～＋7.96‰。这表明，硫化物中的硫主要来自花岗岩浆，有部分地层硫酸盐中的硫混入。

图6 铲子坪金矿硫同位素对比图[18]Fig.6 Sulfur isotope composition of oresin Chanziping gold deposit

3.2 铅同位素特征

魏道芳对金矿含金石英脉中硫化物进行了铅同位素测试。从测试结果看，铅同位素组成比较一致，208Pb/204Pb的范围为37.726～38.133[2]，均值为37.953，极差为0.4；207Pb/204Pb的范围为15.467～15.535[2]，均值为15.486，极差为0.05；206Pb/204Pb的范围为17.388～17.810，均值为17.646，极差为0.39。不同矿物的铅同位素组成也有一定的差别，黄铁矿和方铅矿铅同位素组成相对稳定，变化范围很小。上述铅同位素组成中，极差均小于1，说明铅来源比较稳定[19]。

图7 铲子坪金矿硫同位素组成直方图Fig.7 Histogramof sulfur isotope in Chanziping gold deposit

在Doe和Zartman铅构造模式投影图上（图8），铲子坪金矿床金属硫化物中铅同位素数据点大多位于地幔与造山带之间且靠近地幔演化曲线附近，反映了铅源于造山带作用有关的深源。由于造山作用本身有地壳物质的混染，因此，可以认为铅主要源于地幔，有部分地壳铅的加入。

在铅同位素的△γ-△β 成因分类图解（图9）中，样品大部分落在与岩浆作用有关的上地壳与地幔混合的俯冲带铅中，一个样品落在上地壳源铅中，进一步说明了样品中的铅是以壳幔源岩浆作用为主的混合铅。

综合本区铅同位素特点，根据铅构造模式图解和△γ-△β 图解，本区铅同位素主要来源于地幔，有部分地壳铅的加入。

图8 铲子坪金矿床铅构造模式投影[20]Fig.8 Lead isotope radio plot showinggeotectonic environment of the source of the Chanzipinggold deposit

3.3 碳-氧同位素

本次研究分析碳、氧同位素样品6件，测试结果见表3。表3显示砂质板岩的δ13CPDB变化于-14.0‰～-14.1‰，均值为-14.05‰；δ18OSMOW介于14.4‰～16.3‰之间，均值为15.3‰。石英的δ13CPDB为-11.0‰～-11.7‰，均值为-11.3‰，δ18OSMOW介 于14.4‰ ～15.7‰ 之 间， 均 值 为15.05‰，与砂质板岩的C、O同位素组成没有很明显的差异，表明其来源与容矿的砂质板岩有关。δ13CPDB－δ18OSMOW图解显示，石英和砂质板岩的碳、氧同位素变化范围较窄，石英的投影点较为集中（图10），主要分布在原生碳酸盐附近，反映了成矿流体与砂质板岩的密切联系，以及与地幔或深部流体的亲缘关系。

图10 雪峰山铲子坪金矿床δ13C－δ18O图解[22]Fig.10 Plot ofδDH2 versusδ18OH2O valuesof the Chanziping gold deposit

图10 中沉积碳酸盐、沉积有机碳以及地幔岩浆都可以通过不同的机制向流体提供CO2[23-25]。铲子坪金矿，由于所测得的石英包裹体的均一温度范围在157~402℃，平均为259℃。包裹体均一温度集中在两个峰值区间，一个为160~220℃，另一个为280~360℃，最佳成矿温度为200~230℃之间[26-27]，结合C、O同位素的变化趋势，说明高温分异作用对石英C、O同位素的影响不大。说明在成矿过程中，来自地幔的流体与周围的碳酸盐发生了同位素的交换作用，向δ13C增高的方向迁移。因此，铲子坪金矿床成矿流体中得CO2很可能为壳幔混合。

3.4 氢-氧同位素

铲子坪金矿床的氢、氧同位素测试结果列于表4。21件样品流体的δDH2O值为-102.3‰~-45.6‰，计算获得的δ18OH2O值为-11.08‰~＋8.62‰。在δDH2O-δ18OH2O图解中（图11）,大部分点落入原生岩浆水和区域变质水。

表3 铲子坪金矿含金石英脉和围岩碳、氧同位素组成Table 3 Oxygen and Carbon isotopic composition of goldbearing quartz vein and wall rock in the Chanziping golddeposit

表4 铲子坪金矿氢、氧同位素组成表Table 4 Oxygen and hydrogen isotopic composition of the Chanziping gold deposit

由图11可以看出晚期第一阶段的石英岩成矿流体是变质热液与岩浆热液的混合，有向雨水区偏移的趋势。铲子坪金矿附近的白马山岩基段的δ18OH2O值为＋8.1~＋9.9‰[2],与矿体δ18OH2O的值基本相近，说明白马山岩体与铲子坪金矿的形成具有一定的联系[18]。根据泰勒的资料，变质水的δDH2O为-20‰～-65‰，岩浆水的δDH2O为-50‰～-85‰[28]，说明铲子坪金矿成矿热液来源比较复杂，可能有变质热液和岩浆热液的混合作用。

图11 铲子坪金矿成矿流体δDH2－δ18OH2O图Fig.11 Plot ofδDH2Oversusδ18OH2O valuesof theore-forming fluidsin Chanzipinggold deposit

3.5 锶同位素特征

李华芹对铲子坪金矿同一矿化体的5个含金石英脉Rb、Sr同位素含量进行了测试，包裹体Rb含 量 为0.4056×10-6～2.703×10-6，Sr含 量 为1.54×10-6～4.342×10-6[8]，87Rb/86Sr值变化较大，在0.76～2.106之 间[8]，87Sr/86Sr值为 0.72117～0.72511。通过计算得到的 (87Sr/86Sr)i=0.71898±0.00016。

白马山岩体由印支晚期黑云母花岗闪长岩-黑云母二长花岗岩和燕山早期二云母二长花岗岩构成，测得它们的 (87Sr/86Sr)i分别为0.718306～0.727348和0.735856[29]。大部分数值大于铲子坪矿床的(87Sr/86Sr)i。可见，本区成矿物质可能来源于区域古老结晶基底岩石或成矿流体曾流经富放射性成因Sr基底岩石。铲子坪矿床的(87Sr/86Sr)i组成特征与华南陆壳重熔型花岗岩初始岩浆水的(87Sr/86Sr)i组成特征具有明显的相似性,表明其成矿作用可能与岩浆热液有关。

4 成矿物质来源及矿床成因

前述硫、铅、锶、碳、氢、氧同位素证据表明，硫主要来自岩浆，铅主要来源于地幔，有部分地壳铅的加入，锶同位素组成特征表明其成矿作用可能与岩浆热液有关。成矿热液可能是变质热液和岩浆热液的混合作用。成矿物质应来自地球深部，甚至主要来自幔源。

铲子坪金矿附近的白马山花岗岩岩体、黄茅园花岗岩岩体携带着成矿物质随着地幔热柱向上运移。由于受到地壳构造应力场和岩浆活动的影响，成矿流体到了岩石圈浅部，来自白马山花岗岩的含矿热液沿近南北向的区域断裂F2从北往南向迁移。矿区内扭性破碎带和劈理化带向北与白马山岩体侵入空间连同，是岩浆热液运移的良好通道。北西向构造破碎带为含矿热液集中、沉淀并最终富集形成金矿化脉和金矿体提供了良好的容矿构造场所[27]。雪峰山地区的金矿床的金成矿作用主要发生于加里东、印支和燕山期[8]。印支期大规模的区域性逆冲-推覆作用及相伴酸性岩浆侵位与铲子坪金矿的成矿作用关系密切[8]。白马山二长花岗岩体δ18OH2O为9.74‰~11.2‰，含金石英脉流体包裹体δ18OH2O主要为3.83‰～8.62‰，与白马山花岗岩相近。说明成矿元素S、Se、Te、Co、Ni等及水都主要来自白马山花岗岩岩浆热液[5]。通过前人的研究资料以及对该矿床岩石地球化学特征、稳定同位素特征的研究，可以将铲子坪金矿的成因类型定为中高温岩浆热液型。

5 结论

(1)从围岩到晚期形成的金矿石中，均有大量的SiO2存在，容矿岩石是以硅质、砂质成分为主的板岩。由于岩性和蚀变程度上的差异，所以其主量元素含量差别较大，主要表现在SiO2、Al2O3、CaO和K2O的含量上。稀土元素分析研究说明，矿区不同岩石、矿石的稀土总量配分形式均为明显右倾曲线，属轻稀土富集型。轻、重稀土分馏，轻稀土相对富集而重稀土相对亏损。各类岩石的稀土配分曲线相似，这表明它们可能来自于同一源岩，其成矿物质来源和演化过程大体相同或相似。微量元素分析结果表明，在微量元素蛛网图中，各类岩石样品的分布曲线大部分比较相似，并有明显的Nb，Ta，Ti负异常。金含量随着银含量的增加而呈现上升的趋势，反映出金和银的正相关性。

（2）铲子坪金矿床金属硫化物δ34S值以负值为主，δ34S值主要集中在0～-4‰之间，变化范围为-7.58‰～＋7.96‰。这表明，硫化物中的硫主要来自花岗岩浆，有部分地层硫酸盐中的硫混入。

（3）碳、氧同位素组成说明成矿流体与砂质板岩联系密切，与地幔有一定的亲缘关系。在成矿过程中，来自地幔的流体与周围的碳酸盐发生了同位素的交换作用，向δ13C增高的方向迁移。因此，铲子坪金矿床成矿流体中得CO2很可能为壳幔混合。

（4）氢、氧同位素特征研究表明，铲子坪金矿成矿流体具有变质热液和岩浆热液的双重性。锶同位素研究表明其成矿作用可能与岩浆热液有关。

（5）铲子坪金矿成矿作用与印支期大规模的区域性逆冲-推覆作用及相伴生酸性岩浆侵位密切相关，矿床成因类型为中高温岩浆热液型。

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