甘肃天水猪波沟金矿床同位素地球化学特征研究

刘 伟

(甘肃省地质矿产勘查开发局 第一地质矿产勘查院，甘肃 天水 741020)

0 引言

甘肃省天水市猪波沟金矿床发现于2003年，为一中型规模的金银矿床。矿区目前已进入勘探开发阶段。前人在初步总结该矿地质特征的基础上，认为其成矿作用是以交代为主的充填交代作用，矿床具有复合热液型矿床的某些特征[1]；雒增路等[2]从金矿所处地质环境、控矿条件、岩矿石组合特征等方面，对该矿床成因和找矿前景进行了初步探讨和分析。可以看出，前人对猪波沟金矿的成因探讨与研究，仅限于在矿区找矿勘查的基础上，对该矿床的基础地质特征的初步总结和经验认知，深入性不够，均未涉及到氢氧、硫、铅同位素和成矿物理化学条件等方面。

笔者近年来依托省级基础地质调查项目，通过同位素地球化学特征的分析，结合矿床成矿控制因素、成矿条件等基础地质特征，对该矿床开展了一系列成矿规律及找矿方向等方面的综合研究，认为该矿床是受控于韧脆性剪切带的远成中低温岩浆热液型金矿床。研究成果可为该区域开展找矿勘查提供一定的借鉴与参考。

1 区域地质概况

猪波沟金矿床位于西秦岭造山带之北秦岭鸳鸯镇-关子镇蛇绿混杂岩带——反“S”形构造的转折端突出部位(图1)。西秦岭造山带是经元古宙奠基、加里东早期裂陷接受海相火山—碎屑岩沉积，加里东晚期褶皱造山，并经历了华力西期、印支—燕山期强烈改造的复杂造山带[3-4]。区域经历了多旋回构造运动和岩浆活动的改造，从而导致本区构造较为复杂[5]。

区域出露地层由老至新主要有早古生代李子园群、中泥盆世舒家坝组、白垩系麦积山组、新近系甘泉寺组及第四系等。其中李子园群总体呈反“S”形展布，延长220 km，宽约8 km，其为一套浅一中变质的海相基性-中酸性火山岩-碳酸盐岩沉积建造，是本区金矿的重要赋矿层位。

区域总体以NW走向的娘娘坝-舒家坝—太阳寺区域性反“S”形韧脆性深大断裂及EW向次级断裂为主要构造线，叠加有NE向及NW向后期断裂。褶皱构造主要有娘娘坝-银铜山复式背斜及金长沟向斜等，断裂(带)构造主要有舒家坝-娘娘坝韧脆性断裂、钱家坝断裂等，均具多期活动的性质。

图1 天水市猪波沟一带区域地质及金矿床(点)分布简图

Fig.1 Regional and geological map of the distribution of gold deposits (occurrences) in Zhubogou area of Tianshui City

1—第四系 2—新近系 3—白垩系 4—侏罗系 5—石炭系 6—泥盆系 7—志留系 8—奥陶系 9—早古生界 10—新元古界 11—中新元古界 12—古元古界 13—二长花岗岩 14—斜长花岗岩 15—正长花岗岩 16—闪长岩 17—区域性断裂(带)18—一般断层 19—地质界线 20—大型金矿床 21—中型金矿床 22—小型金矿床(点) 23—矿区位置

区域岩浆活动频繁，从加里东晚期到印支晚期均有岩浆侵入，岩性以闪长岩-花岗岩类为主。猪波沟矿床的东侧分布着柴家庄二长花岗岩、天子山二长花岗岩和八卦山花岗闪长岩等三大岩体，俗称“柴-八-天”岩体[6]；此外，尚有加里东期二长花岗岩、燕山早期(花岗)正长斑岩、闪长(玢)岩等呈小的岩脉、岩株形式分布。区域岩浆多期次多阶段的侵入活动不仅是区内多金属成矿的热源动力；又是金矿化重要的物质来源之一[7]。

区域金矿床(点)众多，成群分布。以猪波沟金矿区为圆心，半径15 km内，分布有喂儿沟、黑沟、柴家庄等6个中型金矿床，以及金家山、碎石子等小型金多金属矿床(点)10余处。

2 矿床地质特征

2.1 地层

猪波沟矿区出露地层有早古生代李子园群、中泥盆统舒家坝组等，两者以娘娘坝-舒家坝—太阳寺区域性反“S”形韧脆性深大断裂带相隔。李子园群位于该断裂带的东侧，矿区内可分为第一、第二两个岩性段；其中第一岩性段岩性组合主要为绢云石英片岩、绢云绿泥石英片岩、绿泥石英片岩等；第二岩性段岩性组合主要为绿泥绢云石英片岩、绢云千枚岩、钙质绢云石英片岩夹深灰色薄层细晶大理岩及不纯大理岩等。李子园群第一岩性段是猪波沟金矿主要的赋矿岩组，其与第二岩性段局部为断层接触(图2)。

2.2 构造

猪波沟矿区处于NW向娘娘坝-舒家坝—太阳寺断裂与EW向钱家坝断裂的交汇地段，褶皱与断裂构造均较发育。

矿区主要的褶皱构造为大桥下向斜，其为一发育于早古生界李子园群中的向南东倾伏的宽缓开阔褶皱，轴向NW，轴迹呈波状起伏。猪波沟金矿床产于大桥下向斜的核部。

矿区断裂构造按方向可分为近EW向断裂、NW向断裂和NE向断裂三组。

图2 猪波沟金矿区一带地质简图

Fig.2 Geological sketch map of Zhubogou gold mining area

1-第四系 2-新近系甘泉寺组第一岩性段 3-泥盆系舒家坝组第二岩性段第四岩性层 4-舒家坝组第二岩性段第三岩性层 5-舒家坝组第二岩性段第二岩性层 6-舒家坝组第二岩性段第一岩性层 7-下古生界李子园群第二岩性段 8-李子园群第一岩性段上层 9-李子园群第一岩性段下层 10-闪长(玢)岩脉 11-花岗岩脉 12-金银矿体 13-地质界线 14-不整合界线 15-断层及产状 16-构造破碎带 17-层理产状 18-片理产状

近EW向断裂带在矿区为主体断裂构造，表现为切割地层并形成线状EW向褶皱轴迹及其翼部层间剪切破碎带，由数条平行断裂组成，延伸大于3 km，宽约200 m，产状160°～180°∠50°～70°，性质属压扭性逆冲断层。该断裂带严格控制着猪波沟金银矿体的产出。

NW向构造为区域性分界断裂，具压扭性逆冲特征，断裂带内发育早期韧性及晚期脆性两种构造岩类型，带内金、铁、铜矿化及热液蚀变较强，局部圈出多条金矿化体。

NE向断裂规模较小，常错断NW向和EW向断裂。

三组不同方向的断裂构造活动序次：NW向较早，近EW向次之，NE向活动较晚，其中近EW向构造明显具多期活动性，早期韧性变形具挤压兼有左行剪切性质，现表现为控矿右行张扭性断裂特征。NW向断裂与近EW向断裂-褶皱构造部分复合，次级构造发育且密集，共同改造地层局部的分布形态，对中酸性岩浆活动和金矿形成起重要控制作用。

2.3 岩浆岩

猪波沟矿区西距“柴八天”三大岩体相对较远(5～8 km)，但区内中酸性脉岩发育，产出大量二长花岗岩脉、闪长岩脉、闪长玢岩脉和石英脉等，与断层破碎带方向基本一致或产于其中，其展布方向有NW向、NE向、EW向和近SN向等，其中二长花岗(斑)岩脉出露长度一般为70～100 m，脉宽3～15 m，呈透镜状顺断裂及岩石片理产出，从空间上常和金矿脉相伴产出。

据研究，二长花岗岩和闪长(玢)岩脉均为过铝质花岗岩，属于高钾钙碱性系列，形成于后碰撞伸展环境。它们与金成矿物质同源且时空密切相伴，两者具有成因联系，成矿物质是脉岩同源继承演化的产物[8]。

2.4 矿体特征

猪波沟金矿区共圈出矿体12个，矿体受控于近EW向韧脆性剪切断裂带之次级断裂带，呈脉状、似层状或复脉状产出，其产状与控矿断裂产状一致。

Ⅰ-2金银矿体是区内规模最大、控制程度最高的矿体，产于大桥下向斜的核部，受近EW向断裂带控制，其总体产状为160°～180°∠40°～80°。矿体长1360 m，控制最大斜深740 m，厚0.48～19.20 m，平均厚1.70 m，金品位为0.92×10-6～20.22×10-6，平均2.69×10-6，银品位为2.26×10-6～748.00×10-6，平均82.55×10-6。矿体沿走向和倾向均具膨缩现象，由地表向深部产状稳定。

区内矿石自然类型主要有黄(褐)铁矿化蚀变岩型、黄(褐)铁矿化石英脉型、块状硫化物型矿石。矿石主要金属矿物成分有黄铁矿、褐铁矿、菱铁矿、方铅矿、闪锌矿、毒砂、银金矿、自然金等；其次为黄铜矿、斑铜矿、铜兰、赤铜矿、磁铁矿、针铁矿、臭葱石等。主要的脉石矿物为石英、绢云母、绿帘石、绿泥石、方解石等。

矿石结构有自形-半自形粒状结构、交代残留结构、鳞片结构、包含结构、碎裂结构。主要构造有块状构造、浸染状构造、细脉浸染状构造、碎裂碎斑构造、角砾状构造等。

近矿围岩蚀变多沿控矿断裂破碎带呈带状分布，主要有硅化、黄铁矿化、黄铜矿化、毒砂化、绢云母化、碳酸盐化等。

3 同位素地球化学特征

3.1 氢氧同位素

依照不同矿石类型，对金矿石进行了分类采集，其中蚀变岩型矿石4件，块状硫化物型矿石5件。矿石样品石英中流体包裹体氢氧同位素组成分析结果列于表1。

对矿区石英样品的δ18O测定结果表明，其组成介于11.6‰～16.0‰之间，平均13.66‰，极差中等(4.4‰)，即变化范围中等。通常认为花岗质岩石全岩的δ18O值范围在4.0‰～17.0‰之间，大多数正常花岗质岩石在7.0‰～10.0‰之间[9]。猪波沟金矿床的δ18O值略高于正常花岗质岩，说明形成金矿体的成矿流体部分可能来源于岩浆，尤其与矿区内出露的燕山期花岗斑岩、闪长(玢)岩侵入活动有关。同时，在成矿流体运移过程中，有部分大气降水和变质水的加入，从而表现出猪波沟金矿的δ18O值略高于正常花岗质岩石的δ18O值的特征。

表1 猪波沟金矿床流体包裹体H-O同位素组成

注：测试单位为核工业北京地质研究院分析测试研究中心，2016；

δ18OH2O为计算值，石英-水：1000ln = δ18O含水矿物- δ18OH2O= 3.38×106T-2-3.4(Clayton et al.，1972)。

对样品δD值的测定结果表明，其值在-86.6‰～-110.1‰之间，测定金矿床石英流体包裹体平均均一温度为190.5℃，根据公式计算获得δ18OH2O值在-3.29‰～4.42‰之间。从氢氧同位素的δD - δ18OH2O图解(图3)中可以看出，该区的氢氧同位素组成分布于标准岩浆水和大气降水之间的区域，两种主要类型矿石所代表的主成矿阶段，投影点均位于原生岩浆水的左下方，且块状硫化物型矿石(至少存在一期含多金属硫化物的后期热液叠加)有明显的向大气降水线“漂移”的趋势，结合流体包裹体显微测温结果，反映该矿床的成矿流体来源较为复杂，其主要来源于岩浆水，但随着成矿作用演化的进行，大气降水含量呈逐渐增多的趋势。

3.2 硫同位素

对于硫化物或与硫化物密切相关的矿床来说，硫同位素是研究矿源的较好方法。

对猪波沟金矿床的6件矿石、2件二长花岗岩和1件围岩地层(含黄铁矿碳酸盐脉)中的硫化物进行的硫同位素组成测试分析，结果见表2。

叶天竺等对我国18个远成低温热液型金矿床的统计，显示δ34S值绝大部分集中在8‰～16‰之间[10]。猪波沟金矿床的金矿石中硫同位素为10.7‰～11.5‰，平均10.93‰，类似于二长花岗(斑)岩硫同位素(10.8‰～10.9‰)，而迥然不同于含黄铁矿碳酸盐脉的硫同位素值(4.5‰)，表明金矿石中硫的来源与二长花岗岩关系密切，可认为是同源的。

图3 猪波沟金矿床主成矿阶段δD- δ18O组成图Fig.3 δD - δ18O composition diagram of the main ore-forming stage in Zhubogou gold deposit

表2 猪波沟金矿床岩、矿石中主要硫化物的硫同位素组成

Table 2 Sulfur isotopic composition of the main sulfides in the rocks and ores of Zhubogou gold deposit

样品原号样品名称矿物δ34SV-CDT/‰ZBGB01-3二长花岗岩黄铁矿10.8ZBGB03-3二长花岗岩黄铁矿10.9ZBGB04-1金矿石毒砂11.0ZBGB05-1金矿石毒砂10.8ZBGB06-1金矿石毒砂10.7ZBGB07-1金矿石毒砂11.5ZBGB01-1金矿石毒砂10.8ZBGB02-1金矿石毒砂10.8ZK5303-1含黄铁矿碳酸盐脉黄铁矿4.5

另外，由图4可见，猪波沟金矿床的δ34S值明显高于岩浆硫(δ34S=0±3‰)，也高于平衡岩水热液矿床(-2‰～+3‰)，表明在成矿过程中，有更多沉积岩(δ34S为-40‰～+50‰)或变质岩(δ34S为-20‰～+20‰)的成矿物质[11-12]，即无机还原成因的浸染状硫化物混入。

故而初步断定，猪波沟金矿床矿石硫以岩浆硫为主，同时混入了地层中的硫。也就是说，成矿物质既有岩浆来源的，也有来源于地层的，但以岩浆来源为主。

图4 猪波沟金矿床岩、矿石硫化物同位素组成频率直方图

3.3 铅同位素

对猪波沟金矿主要矿体分别采集了岩、矿石样品10件进行了铅同位素分析，测试结果见表3。由表3可知，蚀变岩型矿石的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值分别为18.190～19.752、15.596～15.722和38.282～39.465；块状硫化物型矿石的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值分别为18.179～18.230、15.593～15.597和38.309～39.230；硫化物的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值分别为18.179～18.198、15.589～15.594和38.244～38.266。上述特征值表明，猪波沟金矿两种类型矿石的铅同位素组成具有高度的均一性。

表3 猪波沟金矿床铅同位素组成

根据猪波沟金矿床的铅同位素模式图(图5)，表明成矿物质主要来源于上地壳铅，形成于造山带环境。在207Pb/204Pb -206Pb/204Pb源区构造环境判别图上(图6)，大部分投影点落在上、下地壳。

综合猪波沟金矿床的硫、铅同位素共同特征，推测该矿床主要形成于与下部大陆地壳和上地壳有关的造山带环境，成矿物质来源于岩浆岩和地层，具有多期次、多元性特点。

图5 猪波沟金矿床铅同位素模式图(底图据Zartman and Doe，1981)

图6 猪波沟金矿床207Pb/204Pb - 206Pb/204Pb源区构造环境判别图(底图据Rollison，1993)Fig.6 207Pb/204Pb - 206Pb/204Pb discrimination diagram of structural environment in Zhubogou gold deposit

MORB—洋中脊玄武岩 EMⅠ—I型富集地幔 EMⅡ—Ⅱ型富集地幔 DM—亏损地幔 PREMA—主体或普通地幔 BSE—总体硅酸盐地球 HIMU—高U/Pb比值的地幔 NHRL—北半球铅参考线

3.4 成矿时代

在猪波沟金矿区，选择具有代表性的金矿石样品6件，进行了同位素Rb-Sr法成矿年龄测定，测试结果见表4。

经金矿石Rb-Sr同位素组成测定可知，87Rb/86Sr和87Sr/86Sr比值分别为1.4624～6.4562和0.727129～0.731021，平均值分别为3.3479和0.72336，其中TW14、TW15、TW16、TW18等4个数据反应线性关系较好，经投影等时线并算得模式年龄为(172.7±8.7)Ma，表明矿床主要成矿时代属燕山中期(图7)。87Sr/86Sr初始值为0.71522±0.00035，大于0.712，反映为壳源物质来源。

4 结论

1)矿石样品δD值的测定值在-86.6‰～-110.1‰之间，δ18OH2O值在-3.29‰～4.42‰之间。反映该矿床的成矿流体来源较复杂，其主要来源于岩浆水，但随着成矿作用演化的进行，大气降水含量呈逐渐增多的趋势。

表4 猪波沟矿区金矿石Rb-Sr年龄数据

注：测试单位为核工业北京地质研究院分析测试研究中心，2016。

图7 猪波沟金矿矿石铷锶等时线年龄图

2)猪波沟金矿床的金矿石硫同位素为10.7‰～11.5‰，平均值为10.93‰，研究对比表明，与区内二长花岗岩(花岗斑岩)脉具有相同或类似的来源，即主要为岩浆硫，但在成矿过程中，又有地层中无机还原成因的浸染状硫化物混入；猪波沟金矿在成因上与岩浆活动，尤其是燕山期中酸性脉岩的侵入关系密切。

3)铅同位素组成表明，成矿物质主要来源于上地壳铅，形成于造山带环境。成矿物质来源具有多期次、多元性特点，矿床具有远成中低温岩浆热液型金矿床的特征。

4)经矿石Rb-Sr同位素组成测定，并算得猪波沟金矿模式年龄为(172.7±8.7)Ma，表明其成矿时代主要为燕山中期。