北祁连山西段寒山金矿成因探讨

刘永彪

（甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉 735000）

北祁连造山带西段与阿尔金断裂交汇部位，构造位置特殊，成矿地质条件优越，自20世纪80年代以来，区内先后发现了鹰嘴山金矿、寒山金矿、车路沟金矿等大小金矿床10余处，被称为西北的“金三角”。寒山金矿为该区的典型矿床，自发现以来，开展了数十年的勘查工作，对矿床地质特征、成矿时代、矿床地球化学及成因等进行了大量的研究，取得了一些成果（毛景文等，1998，2000，2003；杨兴吉等，1999；杨建国等，1999，2003；夏林圻等，2001；宋忠宝等，2004），对于矿床成因，主要认识为构造蚀变岩型（李金春，1999；杨兴吉，1999；）和剪切带型金矿（毛景文等，2000）。本文通过收集并综合整理矿区勘查资料和前人研究成果，结合野外地质调查工作，总结寒山金矿成矿地质条件和特征，对金矿成矿时代和矿床成因进行探讨，对区域地质找矿工作具有一定的借鉴意义。

1 区域地质背景

区域上地层出露以古生界为主，主要有寒武系、奥陶系、志留系。寒武系为一套火山碎屑岩夹火山熔岩和碎屑岩，鹰嘴山金矿产于其中；奥陶系由中基性火山碎屑岩、火山熔岩夹陆源碎屑岩组成，寒山金矿产于该地层中；志留系以陆源碎屑岩为主，发育砂岩型铜矿。

区域上基性、超基性和中、酸性岩体均有出露，主要岩性有辉橄岩、辉长岩、辉绿岩、石英二长花岗岩、花岗闪长岩、英云闪长岩、黑云母花岗岩等。中酸性侵入体分布范围较大，多呈岩基、岩株状产出，展布方向受控于区域构造，呈北西、北西西向分布。

区域上褶皱和断裂构造较为发育，褶皱多被断裂所破坏，断裂构造以发育北东东向、北西西向、北东向及近东西向为主，其中北东东向阿尔金断裂，分布于矿区北侧，北西西向及近东西向的区域性断裂控制了区内地层的展布，多为地层的分界线，同时也对成矿具有一定的储矿、导矿作用；北东向断裂多为后期构造，破坏了区内早期地层和构造。

2 矿区地质

矿区出露的地层为奥陶系阴沟群、妖魔山组。阴沟群分布在矿区中部，呈狭长带状NWW向展布，大部分北倾，局部南倾，倾角60°～85°。岩石类型主要有安山质晶屑凝灰岩、安山质晶屑岩屑凝灰熔岩、安山质角砾凝灰岩、英安质凝灰岩、凝灰质板岩、凝灰质砂岩、岩屑石英杂砂岩等，其中安山质晶屑岩屑凝灰熔岩、安山质角砾凝灰岩为主要赋矿岩石。奥陶系妖魔山组灰岩呈构造推覆体覆于阴沟群之上，近NWW向展布。（如图1）。

矿区南部有闪长岩体侵入，呈北西—南东向展布，岩体长约10km左右，宽约1km～3km左右，前人认为该岩体与成矿关系密切（毛景文等，2001；夏林圻等，1999）。岩体内穿插有大量辉长岩脉，蚀变强烈。矿区脉岩不甚发育，而且类型较简单，主要为石英闪长岩脉、辉长岩脉、石英脉和少量的碳酸盐岩脉。

图1 寒山金矿地质草图（据甘肃省地矿局四勘院，2014）

矿床受控于由阿尔金走滑断裂影响下的北西西向韧脆性剪切带，剪切带与阿尔金大断裂呈“入”字型锐角相交，是很好的导矿断裂构造，剪切带中的近东西向次级断层是主要的容矿构造。含矿围岩及矿体具明显的韧脆性剪切变形特征，依据野外资料分析认为韧脆性剪切变形作用经历了三期，第一期韧脆性剪切变形作用形成千枚状糜棱岩和糜棱岩化岩石以及一些面状、线状构造，第二期脆性变形作用，表现为稍后一期脆性变形作用产生的破裂面的出现，沿破裂面有石英脉贯入，构成富矿柱，并且在矿化带中呈斜列尖灭再现排列，具明显的剪切特征，第三期为重力韧脆性变形作用，于成矿作用关系不大。NE向断层不含矿，对矿体具破坏作用。区内劈理构造较为发育，常见有板劈理、破劈理。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿带东西长约6000m，南北宽约400m，矿体均赋存在阴沟群二组中，赋矿岩石主要为安山质凝灰熔岩、火山角砾岩等。矿带产状与脆—韧性剪切带产状基本一致，走向近EW，倾向N，倾角55°～85°，钻探证明矿体向深部延伸，产状近于直立。

经过多年勘查，共圈定矿化蚀变带72条，长40m～1500m，宽1m～20m，规模悬殊较大。圈定金矿体42个。矿体严格受脆韧性剪切带控制，均产在构造蚀变带中，呈近EW向展布。矿体形态宏观上以带状、扁豆状为主，而其内部富矿体又以透镜状、囊状产出，且厚度变化也较大。矿体沿走向其厚度、品位呈跳跃式或分段富集的变化趋势。各矿体在平面上总体呈平行线状排列，在剖面上呈叠瓦状排列。

Au8、Au11规 模 最 大，与Au4、Au5、Au6、Au7、Au14号矿体一起构成了矿区的主要工业矿体。Au11矿体长1052m，厚1.24m～14.07m，品位1.5～5.06×10-6，平均品位2.57×10-6。矿体总体走向80°，倾向南，倾角由地表55°向深部68°～87°迅速变陡，在走向和倾向上均呈舒缓波状弯曲。上部赋矿岩石为安山质火山角砾岩，向深部逐渐过渡为安山质凝灰熔岩。Au8矿体长度742m，厚度0.87m～12.08m，品位1.72～9.52×10-6。围岩蚀变非常强烈，破碎蚀变带最宽处达30多米，岩石变形程度与矿化程度呈正比，矿体平均品位3.49×10-6，局部存在特高品位，并发现明金，为全矿区品质最为优良的矿体之一。

3.2 矿石特征

矿石中已查明矿物有30余种，主要有自然金、自然铜、黄铁矿、方铅矿、黄铜矿、毒砂、闪锌矿、辉铜矿、石英、绢云母、长石、透闪石、阳起石、绿泥石、黄钾铁矾、重晶石、白云石、方解石、明矾等，黄铁矿和方铅矿是主要的载金矿物，也是含量最高、最为常见的硫化物，黄钾铁矾是地表最直观的找矿标志。

矿石组构：矿石结构有包含（裹）结构、嵌晶结构、填隙结构、交代结构。矿石构造有浸染状构造、脉状构造、网脉状构造、团块状构造、蜂窝状构造等。

3.3 围岩蚀变

矿区内的围岩蚀变较发育，主要分布在脆韧性剪切带内，岩石受构造作用挤压变形、破碎及含矿热液活动影响，形成具有明显的分带性和对称性的蚀变，从中心往外依次为：硅化带、黄铁绢英岩化带、“泥化带”（高岭土化带）、铁染带、碳酸盐化带，其中硅化带和黄铁绢英岩化带为主要的含矿蚀变带。

3.4 矿化期次及成矿阶段

根据区域地质构造环境、矿床形成条件及构造和矿物共生组合，成矿期次可分为6个成矿阶段，其中前5个阶段为原生成矿期。第一阶段为黄铁矿化－石英－金矿化阶段，以中细粒黄铁矿呈浸染状分布、石英大量出现为特征；第二阶段为早期石英－多金属硫化物－金矿化阶段，已出现黄铜矿、黝铜矿、辉铜矿、磁黄铁矿、铜蓝、辉钼矿为特征；第三阶段为晚期英－多金属硫化物－金矿化阶段，以出现大量方铅矿、闪锌矿、毒砂为特征；第四阶段黄铁绢英岩化阶段，以大规模微晶石英、绢云母化、黄铁矿化为特征；第五阶段为石英－碳酸盐化阶段，出现大量石英细脉和大面积碳酸盐化蚀变。第六阶段为表生成矿阶段，地表和近地表的硫化物在物理、化学风化作用下，生成黄钾铁矾、石膏、褐铁矿、赤铁矿、臭葱石、白铅矿、钼铅矿和孔雀石等。

表1 寒山金矿矿石石英中氧同位素分析结果表

4 成矿特征及成因探讨

4.1 成矿物质来源

寒山金矿矿区内所有矿（化）体分布于奥陶系阴沟群的中酸性火山岩碎屑岩内，其岩性组合为安山质凝灰岩、安山质凝灰熔岩、安山质火山角砾岩等。而受同一剪切带系统控制的其它岩石中，却无或很少有矿（化）体发育。

1:5万水系沉积物测量，Au、Cu、Cd元素明显富集，分异性极强且具后生极强叠加特征的元素为Au、As。据矿区218个光谱样品金分析结果，金的平均含量为15.42×10-9，是地壳平均值（3.5×10-9）的4倍多，Hg、Sb、Ag、As等元素也具有高背景。采自寒山金矿区火山熔岩、火山碎屑岩及沉积碎屑岩的金元素丰度分别为2.29×10-9、10.93×10-9和24.89×10-9，区域同类岩石分别为32.33×10-9、17.74×10-9及20.47×10-9。二者相比，矿区火山熔岩及火山碎屑岩中的金含量均明显贫化，分别为区域金背景含量的1 /15及1 /2，而砂岩、砂板岩等沉积岩的金含量与区域金背景含量相近且略显富集，表明在成矿过程中火山熔岩及火山碎屑岩中的金被强烈淋滤出来，为金矿床的形成提供了成矿物质（杨建国等，2003）。

4.2 构造变形特征

矿区内脆韧性剪切带为主要的含矿部位，矿化带受控于矿区南北两侧的北西西向断裂，岩石具明显的3期韧脆性剪切变形特征。早期岩石普遍发生韧性剪切变形，以位错滑移双晶作用、重结晶作用为主，变形过程中有大量热流体的参与，岩石普遍发生绿泥石化、绢云母化和硅化，而黄铁绢英岩化和云英岩化与矿化关系十分密切，其发育部位就是矿体。中期表现为以碎裂作用和显微破裂作用为主的破裂面的出现，沿破裂面有含矿石英脉贯入，构成主要矿化体，并且在矿化带中呈斜列尖灭再现排列，具明显的脆性剪切特征。第三期为发生在近地表的重力韧脆性变形作用，以妖魔山组灰岩的推覆作用和北东向脆性断裂的形成为主，一定程度上破坏了矿体。

4.3 同位素特征

毛景文等（2000）、夏林圻等（2001）在寒山金矿进行了大量的硫同位素测定，原生成矿期黄铁矿的δ34S值变化范围为-1.9‰～3.31‰，总体接近幔源硫同位素组成。由测试数据绘成的直方图（图2），变化范围整体窄小，显示正态分布的明显塔式效应，以0‰～3.0‰为塔峰，说明矿石中硫具有较稳定的组成，赋矿围岩中黄铁矿的δ34S值为0.39‰，与成矿期黄铁矿中的硫一致，间接说明凝灰岩为矿源层。石膏的δ34S值为2.5‰～4.2‰，平均为3.4‰，在直方图中位于原生矿硫同位素的右侧，表明经氧化后，δ34S值升高。

图2 寒山金矿矿石硫同位素直方图

Taylor（1974）用各类岩浆岩氧同位素数据进行了计算，给出初始岩浆热液的δ18O值为5.7‰～9‰，同时，变质水中δ18O值为6‰～9‰，矿区含矿石英脉氧同位素表现为，石英的δ18O值变化范围为13.7‰～17.6‰，平均15.7‰（表1），利用石英—水氧同位素分馏方程（δ18O石英-δ18OH2O=3.42×106/T2-2.86）计算，根据流体包裹体温度，取主成矿温度区间110℃～160℃，计算的流体的δ18O值为-6.51‰～1.56‰，成矿流体显示出大气降水的氧同位素特征。

表2 寒山金矿石英矿物流体包裹成矿均一温度、盐度、密度分析结果表

4.4 流体包裹体

毛景文等（2000）、夏林圻等（2001）在寒山金矿中采集的矿石中的石英脉进行了流体包裹体测试（表2）。寒山金矿床中流体包裹体不很发育，且大多个体很细小。

4.4.1 均一温度

用均一法测得的矿床中包裹体的均一温度119℃～350℃，从包裹体均一温度直方图（图3）中可以看出，温度分布范围可分为三组，分别为120℃～180℃、220℃～290℃、340℃～350℃，主成矿流体温度在120℃～170℃，总体反映出成矿温度较低，属低温热液成矿作用范畴，也符合黄铁绢英岩化蚀变作用形成的温度。

图3 寒山金矿石英流体包裹成矿均一温度直方图

4.4.2 盐度和密度

矿床成矿流体以NaCl—H2O体系为主，NaCl—H2O体系的盐度值变化不大，其范围为5.4%～10.5%，大多数集中于6.0%～8.0%之间，平均7.48%。成矿流体的密度为0.69～0.98g/cm3，平均0.93 g/cm3，密度值相对比较稳定。成矿流体具低盐度，低密度的特点。

根据流体包裹体参数计算出成矿压力范围为6Mpa～20Mpa，并由此计算得成矿深度为0.2km～0.67km（王永生等，2011）。

4.4.3 流体成分特征

石英矿物中流体包裹体激光拉曼分析测试结果显示，无论是气相还是液相，组成均以CO2、H2O和CH4为主，CO2含量＞24%，CH4含量＞4.5%，并含有一定量的H2S、N2、H2、CO和SO2；包裹体盐水溶液中，阴离子主要为Cl-和SO42-，含微量HS-、HCO32-和CO32-。流体组分具有长英质岩浆晚期岩浆热液不混溶作用形成的低密度蒸汽相成分的特征，又兼具浅成低温热液金矿流体包裹体的成分特点（夏林圻等，2001）。

5 结论

寒山金矿产于受脆—韧性剪切构造改造的火山碎屑岩中，矿体呈似层状、透镜状，矿石类型主要为黄铁绢云片岩型、黄铁绢英岩型及石英脉型金矿石，围岩蚀变明显，氧、硫同位素表现出成矿流体具大气降水与岩浆水混合的特征，流体包裹体特征表现为低温、低盐度、低密度的特点。根据王佳新等（2015）对热液型金矿的划分及矿床特征描述，寒山金矿类型为低温高硫型热液金矿床。