鄂西黄陵背斜核部金矿地球化学特征及成因探讨

向 萌， 胡胜华， 聂开红， 卢金祥， 杨 朋， 周 舟

(湖北省地质局 第七地质大队，湖北 宜昌 443100)

黄陵背斜位于湖北省宜昌地区，其核部出露扬子地台目前最老的变质岩系基底，也是扬子地台重要的金成矿区。通过近半个世纪的勘查工作，现已发现金矿床(点)76个，含金矿脉近300条。以往对区内金矿地质特征、控矿因素总结了一些规律，但对成矿物质来源、矿床成因等研究深度不够。本次工作在充分收集、分析已有成果资料基础上，通过典型矿床(点)调查、常微量元素及同位素分析等手段，对本区成矿物质和成矿规律进行系统研究，为黄陵背斜核部金矿找矿突破提供理论依据。

1 区域金矿地质特征

黄陵背斜核部金矿赋存于两个不同时代的地质体中，以雾渡河断裂为界，核北部95条金矿脉主要产在中太古界—新元古界变质地层中[1]；核南部217条金矿脉主要分布在新元古代黄陵花岗岩体中，特别是与古—中元古界变质岩组接触带两侧有富集趋势，一般产布于北西向深断裂带两侧及花岗岩侵入接触带附近。

黄陵背斜核部已发现白竹坪、板仓河、马滑沟、上白果园、坦荡河、拐子沟和水月寺等小型矿床或矿点(图1)，具有以下主要特点：①矿体长度和厚度都较小，但品位较高[2]；②含矿构造多为主干断裂两侧的次级断裂，以北西向为主，北东向次之，多为韧—脆性复合剪切带；③矿体呈脉状、透镜状、不规则团块状和网脉状产出，矿化的深度往往大于走向延长；④围岩主要为变质基底、花岗岩体，水月寺地区多为辉长辉绿岩脉体。围岩蚀变以硅化、黄铁(铜)矿化、绢云母化为主，绿泥石化、钾长石化和碳酸盐化次之；⑤矿石自然类型以含金石英脉为主，含金蚀变构造碎裂岩次之；⑥载金矿物以石英、黄铜矿、黄铁矿为主，但北部变质岩区金矿中方铅矿、闪锌矿也是主要载金矿物。

图1 黄陵断穹地质略图Fig.1 Geological map of Huangling fault dome1.新元古代钾长花岗岩；2.新元古代黑云二长花岗岩；3.新元古代斑状黑云花岗闪长岩；4.新元古代英云闪长岩；5.新元古代黑云花岗闪长岩；6.新元古代黑云角闪英云闪长岩；7.新元古代角闪石英闪长岩；8.新元古代角闪闪长岩；9.中元古代超基性岩；10.古元古代黄凉河岩组+中元古代力耳坪岩组；11.古元古代黄凉河岩组+中元古代庙湾岩组；12.中太古代东冲河片麻杂岩；13.南华系—奥陶系；14.断裂；15.研究区位置；F1.板仓河断裂；F2.雾渡河断裂；F3.盐池河断裂。

2 常、微量元素迁移特征

在地球化学开放系统中，围岩或岩体中的元素在成矿流体热液作用下会发生带入和带出现象，使原地质体系的岩石质量发生变化，即岩石中元素发生质量迁移，通过质量平衡计算可研究围岩与矿体的关系[3]。本文选用Grant法计算元素的迁移量和迁移率，并在此基础上找出成矿过程中金及其成矿元素所引起的质量迁移特征。Grant方程计算公式为：

根据表2中元素质量迁移计算结果可以看出，总体上不同类型原岩→蚀变围岩中各元素质量变化率很小，即元素带入带出程度较低，但矿体呈现出元素带入的特征，这表明围岩提供成矿物质的能力很小。

表1 马滑沟—白竹坪金矿主要类型岩石中元素平均含量统计表Table 1 Statistical table of average element contents in main types of rocks in Majiagou-Baizhuping gold deposit

表2 马滑沟—白竹坪金矿矿化蚀变岩石中元素质量迁移计算结果Table 2 Calculation results of element mass migration in mineralized altered rocks of Majiagou-Baizhuping gold deposit

马滑沟含金构造蚀变片岩表现出常量元素带入程度为MgO>Fe2O3>FeO，微量元素带入程度为Au>Cu>Cr>Ni>Co>F>V>Ta>Nb。从微量元素蛛网图中亦反映出矿体与各类近矿围岩曲线总体比较一致(图2)，Au、As、Cu、W、Bi表现出的高值异常则是由深部成矿热液所致。

白竹坪含金石英脉(较围岩)表现出常量元素带入程度为SiO2>CaO>Fe2O3>MnO>FeO>K2O，微量元素带入程度为U>Co>Ni>Ta>Hf>Th>Zr>Cr>Ba。微量元素蛛网图显示含金石英脉与蚀变辉绿岩围岩具有类似的曲线，Au、Pb、Cd、Cu、Zn表现出高值异常。这些特征说明成矿物质来源于富SiO2和Au、Cu、Zn、Fe等成矿元素的岩浆(期后)热液，辉长辉绿岩围岩则构成了成矿地球化学障，促使成矿热液顺辉绿岩脉体边缘运移沉淀，生成金、铜、铅等多金属硫化物矿体。

3 同位素特征

在研究成矿物质来源上，同位素组成分析具有重要意义，可确定成矿物质的来源及其所处地质构造环境[5]。

3.1 H-O同位素

将本次工作及以往测试数据进行归纳统计(表3)，数据显示黄陵背斜核北部变质岩区金矿床中石英的δ18OSMOW值为9.16‰～13.90‰，均值为11.50‰；δDSMOW值为-62.6‰～-24.2‰，均值为-46.2‰。核南部金矿床中石英的δ18OSMOW值为8.50‰～13.70‰，均值为10.91‰；δDSMOW值为-92.4‰～-34.0‰，均值为-54.9‰。其中脆—韧性剪切带型的马滑沟金矿的δ18OSMOW值为8.50‰～11.26‰，均值为10.13‰；δDSMOW值为-64.9‰～-34.0‰，均值为-48.9‰。由此可见，黄陵背斜核部南北金矿床中石英的δ18OSMOW值变化不大且范围较窄，δDSMOW值变化范围较大且南部较高。按照克拉顿石英—水分馏方程：1 000lnαQ-H2O=3.38×106/T2-3.4计算出成矿流体的δ18OH2O，并进行δDSMOW-δ18OH2O投图(图3)。

从图3上可以看到，黄陵背斜核南北金矿投影点位位置比较集中，主要分布于原生岩浆水和变质水向雨水线过渡部位，但偏向岩浆水和变质水，说明成矿热液可能主要来源于岩浆水和部分变质水，成矿后期有天水加入。相较而言，黄陵背斜核北部的金矿成矿时混入了更多的天水。

图2 马滑沟—白竹坪金矿床微量元素蛛网图Fig.2 Microelement spider diagram of Mahuagou-Baizhuping gold deposit

表3 黄陵背斜核部金矿H、O同位素组成表Table 3 Tables of hydrogen and oxygen isotopic compositions of gold deposits in the core of Huangling anticline

3.2 Pb同位素

黄陵背斜核北部主要金矿床(点)中金属硫化物(方铅矿、黄铁矿、黄铜矿)的Pb同位素值都比较接近(表4)，206Pb/204Pb值为15.301～16.318，均值为15.718；207Pb/204Pb值为14.795～15.381，均值为15.201；208Pb/204Pb值为36.748～37.469，均值为37.099。各组比值变化范围较小，Pb同位素组成稳定，说明区内成矿物质来源较为一致。其μ值为8.41～9.66，均值为9.23，略低于地球正常值μ=9.58，表明Pb来自下地壳或上地幔；ω值为41.07～47.80，均值为45.21，高于地球正常值ω=35.50，说明核北部金矿具钍铅富集、铀铅略微亏损的特征。

图3 黄陵背斜核部金矿δDSMOW-δ18OH2O图解(底图据参考文献[8])Fig.3 δDSMOW-δ18OH2O diagram of gold deposits in the core of Huangling anticline

核南部金矿床中金属硫化物的Pb同位素206Pb/204Pb值为16.082～18.052，均值为17.140；207Pb/204Pb值为15.260～15.561，均值为15.449；208Pb/204Pb值为37.314～39.316，均值为38.175。其μ值为9.22～9.50，均值为9.37，略低于地球正常值μ=9.58，表示Pb来自下地壳或上地幔；ω值为39.22～44.75，均值为42.04，高于地球正常值ω=35.50，说明核南部金矿与核北部类似，具钍铅富集、铀铅略微亏损的特征。

表4 黄陵背斜核部金矿Pb同位素测定结果及特征值Table 4 Pb isotope determination results and characteristic values of gold deposits in the core of Huangling anticline

作为示踪成岩成矿物质来源的重要手段，Zartman构造环境模式图解可用来对多金属矿床Pb同位素组成特征、矿石物质来源及矿体成因进行分析认识[9]。Pb同位素数据投图(图4)显示，黄陵背斜核部金矿样品落点主要分布于3个区域：一是集中落在地幔铅演化曲线和造山带铅演化曲线之间靠近造山带一侧；二是主要落于地幔和下地壳之间靠近地幔一侧；三是集中于下地壳铅演化曲线两侧。钍铅的含量变化以及钍铅与铀铅同位素组成的相互关系(即△β-△γ之间变化关系)对于地质过程与物质来源能提供更丰富的信息[11]。因此，将数据投影在Pb同位素△β-△γ成因分类图解(图5)中，可以看到样品主要落在造山带铅范围内，少量向中深变质作用铅偏移。鉴于造山带铅同位素组成实际上是地幔、下地壳和上地壳铅同位素均一化的结果，综合分析成矿地质特征认为，金矿物质可能主要源于下地壳重熔和地幔上涌的混合岩浆作用，部分源于上地壳。

图4 黄陵背斜核部金矿Pb同位素构造模式图(底图据参考文献[10])Fig.4 Pb isotope structure pattern map of gold deposit in the core of Huangling anticlineA.地幔；B.造山带；C.上地壳；D.下地壳。

图5 黄陵背斜核部金矿Pb同位素△β-△γ成因分类图解(底图据参考文献[12])Fig.5 Classification diagram of Pb isotope △β-△γ genesis in the core of Huangling anticline1.地幔源铅；2.上地壳铅；3.上地壳与地幔混合的俯冲带铅(3a.岩浆作用；3 b.沉积作用)；4.化学沉积型铅；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。

4 成矿时代

前人对黄陵背斜核部金矿床(点)成矿时代进行过研究，李福喜等[5]对南部花岗岩区板仓河矿床Au13、Au15号脉石英中流体包裹体进行了Rb-Sr同位素年龄测定，测得等时线年龄值为(782±27) Ma。该年龄值与北部变质区天鹅池—狮子崖金矿点含金石英脉流体包裹体Rb-Sr同位素年龄值(796.10±22.718) Ma[6]基本相同，即新元古代晋宁晚期。本次工作于白竹坪金矿的石英脉型矿脉中采集了同位素测年样品，挑选单矿物石英进行Rb-Sr等时线年龄测定，测试结果表明该金矿Rb-Sr等时线年龄值为(1 039±134) Ma(图6)，为新元古代晋宁早期。此时区域上有大量基性—超基性岩体侵入，为黄陵背斜核部变质基底中的早期金矿形成提供了岩浆热动力及围岩条件。由此可见，黄陵背斜金矿主成矿期为新元古代晋宁期，经多期次岩浆活动富集而成。

5 成因探讨

通过对黄陵背斜核部南北典型金矿床(点)的常微量元素及同位素组成进行综合分析，发现本区金矿的物质来源比较一致，主要来源于深源岩浆热液和部分变质热液，后期有大气降水加入，围岩提供成矿物质的能力很弱，其中基性—超基性岩脉起到了成矿地球化学障的作用。本区金矿是在统一的地质—地球化学背景下，主要由晋宁晚期中酸性岩浆(期后)热液成矿作用形成的，在成因上具同源性，在时间上具继承性和阶段性，在空间上具群聚过渡性、递变分带性、斜列侧伏性、似等距性[13]，是具有时空联系和成因联系的矿床组合，构成一个与古造山作用有关的金矿成矿系列。

图6 白竹坪金矿石英流体包裹体Rb-Sr等时线Fig.6 Rb-Sr isochron of quartz fluid inclusions in Baizhuping gold deposit

新元古代晋宁早期，黄陵地区处于板块裂解时期，本区当时位处扬子陆块的东南大陆边缘区，可能由于古华南洋盆向北朝由TTGAr2岩套地层组成的黄陵古褶带(微地块)俯冲，黄陵古褶带演变成岛弧，其南侧弧前裂陷槽盆地内，沉积了一套拉斑玄武质火山岩(庙湾组(Pt2m)/力耳坪岩组(Pt2l))[14]。在晚期强大的俯冲作用下，裂陷槽进一步扩张，基性—超基性岩浆喷溢活动增强，沿北西向、北东向古断裂侵位，来自地幔深源的金元素不断活化和沉淀，使该时期的火山—沉积建造及基性—超基性岩体的金丰度增高，成为本区金矿的初始矿源层，也为本区金矿形成富集奠定了物质基础。

晋宁晚期本区发生底劈隆升滑脱，并引发了花岗岩浆活动，沿黄陵微古陆的北西向拼贴带及北西、北东向两组剪切带，发生黄陵花岗岩体各单元的相继侵位及钾化。岩浆多次活动，为矿质进一步富集提供热(水)源和地壳深部矿质，导致成矿元素在复合岩浆水中初步富集。至晚期二长花岗岩侵位时，岩浆库中富集大量含金的岩浆期后热液，而北西向、北东向区域性深大断裂或脆—韧性剪切带则为含矿流体提供了上移通道，在岩浆作用的驱动下，沿两侧次级断裂富集成工业矿体。

6 结论

(1) 以核北部石英脉型白竹坪金矿和核南部蚀变岩型马滑沟金矿作为典型矿床研究对象，通过Grant法计算常、微量元素的迁移量和迁移率，结果表明黄陵地区金矿床总体上不同类型原岩→蚀变围岩中各元素质量变化率很小，即元素带入带出程度较低，但矿体呈现出元素带入的特征，这表明围岩提供成矿物质的能力很小，成矿物质来源于深部。

(2) 黄陵背斜核部地区典型金矿床(点)H-O同位素统计分析表明，金矿成矿热液主要来源于岩浆水和部分变质水，但以石英脉型为主的核北部金矿的成矿热液来源指示向大气降水飘移，说明成矿后期有天水加入。

(3) 黄陵背斜核部地区典型金矿床(点)Pb同位素特征显示，核北、核南部μ均值分别为9.23、9.37，均低于地球正常值μ=9.58，表示Pb来自下地壳或上地幔；ω均值分别为45.21、42.04，具钍铅富集、铀铅略微亏损的特征。通过△β-△γ成因分类图解分析，金矿体主要落在造山带铅范围内，少量向中深变质作用铅偏移，鉴于造山带的Pb同位素组成实际上是地幔、下地壳和上地壳Pb同位素均一化的结果，金矿物质可能主要源于下地壳重熔和地幔上涌的混合岩浆作用，部分源于上地壳。

(4) 本次工作于白竹坪金矿的石英脉型矿脉中采集了同位素测年样品，测试结果表明白竹坪金矿Rb-Sr等时线年龄值为(1 039±134) Ma，为新元古代晋宁早期；前人研究表明，黄陵地区金矿成矿年龄为(782±27) Ma、(796.10±22.718) Ma，即新元古代晋宁晚期。由此可见，黄陵背斜金矿主成矿期为新元古代晋宁期，经多期次岩浆活动富集而成。

(5) 新元古代晋宁早期，黄陵地区处于板块裂解，基性—超基性岩浆沿北西向、北东向古断裂侵位，来自地幔深源的金元素不断活化和沉淀，使该时期的火山—沉积建造及基性—超基性岩体的金丰度增高，成为本区金矿的初始矿源层。晋宁晚期本区发生底劈隆升滑脱，并引发了强烈的花岗岩浆活动，岩浆库中富集大量含金的岩浆期后热液，而北西向、北东向区域性深大断裂或脆—韧性剪切带则为含矿流体提供了上移通道，在岩浆作用的驱动下，沿两侧次级断裂富集成工业矿体。