胶东马家窑金矿床流体包裹体及S同位素特征研究

鲁楠，周明磊，沈立军，王勇军，刘雪，赵智华

摘要：马家窑金矿位于胶东栖蓬福金成矿带盘马金矿田东部，本文针对该矿床主要成矿阶段典型矿石开展了流体包裹体及S同位素分析测试。研究表明，矿石中流体包裹体以纯液包裹体与富液体包裹体为主，局部发育富气体包裹体和H2OCO2三相包裹体，可见少量含子矿物富液体包裹体。包裹体均一温度集中于220～280℃，石英流体包裹体盐度（w（NaCl））集中于4.60%～8.60%，白云石流体包裹体盐度（w（NaCl））集中于5.14%～5.33%，流体密度集中于0.80～1.02g/cm3，估算成矿压力为200～285MPa，成矿深度约6.8～9.7km。矿石中黄铁矿δ34S值总体为5.3‰～15.9‰。成矿流体为中温、低密度、低盐度流体，具壳幔混合来源特征，矿床属中温中成热液矿床。

关键词：流体包裹体；S同位素；成矿条件；马家窑金矿；胶东

中图分类号：P618.51文献标识码：Adoi：10.12128/j.issn.16726979.2023.05.002

引文格式：鲁楠，周明磊，沈立军，等.胶东马家窑金矿床流体包裹体及S同位素特征研究［J］.山东国土资源，2023，39（5）：916.LU Nan， ZHOU Minglei， SHEN Lijun， et al. Study on Fluid Inclusions and Characteristics of S Isotope in Majiayao Gold Deposit in Jiaodong Peninsula［J］.Shandong Land and Resources，2023，39（5）：916.

0引言

胶东地区是我国最大的金矿集区，不足全国大陆0.2%的面积探明了全国近三分之一的金矿资源储量［13］，作为国内最重要的黄金基地，一直是国内外地质学者研究的热点地区［48］。马家窑金矿为栖（霞）蓬（莱）福（山）成矿带内重要金矿床之一，前人针对流体特征、矿床成因等开展了大量研究工作。程敏清和王存昌［9］研究了矿床石英、黄铁矿矿物标型特征与金矿赋存关系。李兆龙［10］通过石英流体包裹体及CO、Pb同位素特征分析认为该矿床具下地壳和上地幔2个物质来源，变质和岩浆热液双重成矿作用。王炳成等［11］通过流体包裹体及HO同位素分析认为该矿床为岩浆热液矿床。王佳良［12］对该矿床成矿流体来源、物质来源、成矿物化条件进行了进一步研究认为该矿床为中温热液矿床。冯凯等［13］通过热液磷钇矿原位LAICPMS UPb测试确定其成矿年龄为（120.0±1.2）Ma。以往研究工作集中矿床基本地质特征、主成矿阶段流体特征研究，缺乏矿床成矿各阶段流体特征的综合研究，本文针对矿床4个成矿阶段典型矿物开展流体包裹体及S稳定同位素研究，以期揭示成矿流体性质及物质来源，探讨矿床成因。

1地质背景

马家窑金矿位于胶东栖（霞）蓬（莱）福（山）金成矿带盘马金矿田东部，构造位置属华北板块胶辽隆起区之胶北隆起。

1.1矿区地质特征

区内出露地层主要为新太古代变质地层及第四系（图1）。新太古代胶东岩群，主要零星出露苗家岩组，呈小规模的条形或不规则的椭圆形包体产出于栖霞片麻岩套中，宽度从几十厘米到数几千米不等，岩性为斜长角闪片麻岩、斜长角闪岩类和黑云变粒岩［1415］。

构造以断裂为主，主要分为NE、NW向两组。其中左旋压扭性NE向马家窑上庄头断裂为矿区主要导矿构造，倾向NW，其伴生的一系列次级NW向断裂构造是主要赋矿构造。

区内岩浆岩主要为新太古代TTG片麻岩套及蛇纹石化变辉橄岩、中粗粒变（辉石）角闪岩和变辉长岩（斜长角闪岩），为金矿的主要围岩。区内中生代岩脉发育，岩性包括细粒角闪闪长岩脉、细晶岩脉、煌斑岩脉和辉绿岩株（脉）、石英脉等。

1.2矿床地质特征

1.2.1矿化带及矿体特征

矿区内主要圈定2条矿化带，严格受断裂控制，主要呈透镜状产出，由黄铁矿化石英脉和发育于其两侧的绢英岩化带构成。

Ⅰ号矿化带地表出露较好，长约1100m，平均厚度1.4m，最大厚度2.8m。平均产状60°∠50°，局部倾角变缓为约30°，矿化带与围岩片麻理有明显斜切关系（图2）。矿脉形态、产状严格受NW向断裂控制，沿走向、倾向膨胀收缩、分枝复合较为明显，旁侧羽支单脉发育。矿化带内普见明显矿化。带内圈定5个工业矿体，主要赋存于含黄铁矿石英脉或绢英岩化带，各矿体长78～367m，平均厚0.54～0.79m，控制最大斜深325m，平均品位（2.88～18.96）×106。其中，Ⅰ号主矿体，由若干间隔小于10m、较连续的大小不等的扁豆体小矿体群构成。矿体具有向南东侧伏的趋势。在断裂倾角较缓处及由缓向陡的转弯处，矿体变厚，而断层倾角变大则矿体变薄，显示压扭性构造控矿特征。

Ⅱ号矿化带由3个不连续的单脉构成，长约800m，单脉长度约60～300m，厚度约0.1～0.5m。形态以透镜状、扁豆状为主，北部单一脉产状为60°∠50°，南部两单脉产状为30°∠30°～38°。

1.2.2矿石特征

矿石结构构造：区内金矿石均为原生矿石，矿石结构主要包括自形—半自形粒状结构、填隙结构、包含结构、压碎结构、乳滴状结构、溶蚀结构等，矿石构造以块状、脉状、网脉状、浸染状、斑杂状、蜂窝状构造等为主。

矿石矿物成分：金为矿石中主要有用组分，伴生银、铜、铅、锌、硫。矿石中金属矿物主要为银金矿、黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿，局部含少量辉钼矿、黑钨矿、白钨矿、电气石；非金属矿物主要为石英，含少量绢云母、方解石、菱铁矿、绿泥石及石榴子石。金的赋存状态有包体金，晶隙金，裂隙金。

1.2.3成矿阶段

通过野外地质观察及室内显微观察矿物共生组合及穿插关系，将矿床成矿作用划分为4个阶段：①黄铁矿绢英岩（石英）阶段：主要由黄铁矿和乳白色石英组成，其次有少量镁菱铁矿、白钨矿和黑钨矿。石英颗粒细小，呈他形圆粒状与绢云母共生；黄铁矿自形，颗粒较粗大，并发育压碎结构。②石英黄铁矿（菱铁矿）阶段：主要组成矿物为含银自然金、银金矿、细粒黄铁矿和石英，以充填作用为主。石英呈灰白色，黄铁矿自形细粒发育，有少量菱铁矿生成，伴随少量银金矿沉淀。③金石英多金属硫化物阶段：黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、菱铁矿、铁白云石等生成。石英呈灰—灰白色，顆粒相对较粗，银金矿大量沉淀，为主要成矿阶段。④石英碳酸盐岩阶段：随热液温度降低，方解石发生沉淀，代表着矿化作用的结束。其中Ⅰ阶段矿化较弱，Ⅱ、Ⅲ阶段为金的主要成矿阶段，二者叠加部位常导致金的局部富集，形成富矿体。

2流体包裹体特征

2.1样品采集测试

本次针对马家窑金矿采集黄铁矿化绢英岩（阶段1）、黄铁矿化石英脉（阶段2）、含白云石黄铁矿化绢英岩（阶段2）、含白云石黄铁矿化石英脉（阶段3）、黄铁矿化白云石（阶段4）等样品开展了石英及白云石流体包裹体显微测温，共开展流体包裹体测试7件，获取测试数据126个（图3）。

选取具代表性的样品磨制包裹体片，进行详细岩相学观察，在此基础上开展测温工作。包裹体显微测温在核工业北京地质研究院分析测试研究中心进行，使用仪器为LINKAM THMS600型冷热台，测定温度范围为196～600℃，测量误差范围为±0.5℃，仪器运行条件：室内温度约25°，湿度约45%，检测方法和依据按照EJ/T11051999（矿物流体包裹体温度的测定）执行。

2.2岩相学特征

研究区内原生流体包裹体按相态将其分为单相包裹体（Ⅰ）、气液两相包裹体（Ⅱ）及三相包裹体（Ⅲ），各成矿阶段均有分布。以呈透明无色的纯液包裹体（Ⅰa）与呈无色—灰色的富液体包裹体（Ⅱa）为主，局部较为发育呈灰色—深灰色的富气体包裹体（Ⅱb）、呈无色—灰色的H2OCO2三相包裹体（Ⅲa）与呈深灰色的气体包裹体（Ⅰb），局部视域可见少量呈无色—灰色的含子矿物富液体包裹体（Ⅲb）。

单相包裹体（Ⅰ）：颜色呈无色或灰色，可分为纯液相包裹体（Ⅰa）和纯气相包裹体（Ⅰb），以纯液相包裹体（Ⅰa）为主，占比超80%，大小一般为6～12μm，随机分布，呈浑圆形。

气液两相包裹体（Ⅱ）：分为富液体包裹体（Ⅱa）和富气体包裹体（Ⅱb）2种类型，以富液体包裹体（Ⅱa）为主，主要为浑圆形、椭圆形、长条形或不规则多边形，大小一般为3～15μm，集中于5～10μm，气液比为10%～25%，以15%～20%為主，偶见气液比≥50%的富气包裹体。

三相包裹体（Ⅲ）：主要为H2OCO2三相包裹体（Ⅲa）和含子矿物富液体包裹体（Ⅲb），以浑圆形、长条形和不规则形为主，大小一般为4～15μm，集中在6～12μm。

2.3流体包裹体温度及盐度

针对各成矿阶段富液体包裹体（Ⅱa）、H2OCO2三相包裹体（Ⅲa）、含子矿物富液体包裹体（Ⅲb）进行了包裹体测温，并进行了盐度估算。

2.3.1温度

石英流体包裹体均一温度在106～360℃（表1，图4），主要集中于220～280℃。其中1阶段富液体包裹体（Ⅱa）均一温度在181～267℃，主要集中于220～240℃；H2OCO2三相包裹体（Ⅲa）均一温度在177～356℃，主要集中于250～280℃；含子矿物富液体包裹体（Ⅲb）均一温度在157～268℃，多子矿物未化。2阶段富液体包裹体（Ⅱa）均一温度在106～279℃，主要集中于220～240℃；H2OCO2三相包裹体（Ⅲa）均一温度在106～281℃，主要集中于120～140℃及220～240℃两段；H2OCO2三相包裹体（Ⅲa）均一温度在224～279℃，主要集中于250～270℃。3阶段富液体包裹体（Ⅱa）均一温度在225～268℃，主要集中于240～260℃；H2OCO2三相包裹体（Ⅲa）均一温度在231～267℃。4阶段富液体包裹体（Ⅱa）均一温度在212～240℃，H2OCO2三相包裹体（Ⅲa）均一温度在249～276℃。

白云石流体包裹体主要发育于阶段4，以富液体包裹体（Ⅱa）为主，均一温度在215～287℃，主要集中于240～280℃。

Ⅱ型和Ⅲ型原生流体包裹体常同时存在于同一个石英颗粒中，气液比10%～25%，气相的体积变化大，包裹体的岩相学观察包裹体主要呈群状或带状分布，未发现卡脖子或拉伸等现象，表明其捕获时成矿流体处于一种不均匀的热液体系状态，可能发生了流体不混溶［16］。在流体不混溶过程中，捕获的包裹体均一温度及压力相近，可以代表捕获温度和压力［17］。成矿流体的温度大致代表了成矿温度，即为220～280℃。

2.3.2盐度

本次测试流体包裹体以NaClH2O（CO2）体系为主，采用Hall及Bondar等提出的计算式［1820］进行盐度估算。

石英流体包裹体盐度（w（NaCl））在1.57%～32.39%之间（表1，图5），主要集中于4.60%～8.60%范围。其中富液体包裹体（Ⅱa）盐度在1.57%～12.39%之间，主要集中于4.40%～8.60%范围；H2OCO2三相包裹体（Ⅲa）盐度在2.82%～12.39%之间，主要集中于4.60%～7.60%范围；含子矿物富液体包裹体（Ⅲb）仅获取一个盐度数据，其他子矿物未融化，数值为32.39%。白云石流体包裹体观测以富液体包裹体（Ⅱa）为主，盐度在5.14%～5.33%之间。阶段1除部分含子矿物包裹体盐度较高外，其他与阶段2、阶段3流体包裹体盐度相对集中，阶段4白云石内流体包裹体盐度相对较低。

3S同位素特征

3.1样品采集测试

本次针对马家窑金矿采集含白云石黄铁矿化石英脉、黄铁矿化石英脉、黄铁矿化绢英岩、含白云石黄铁矿化绢英岩、黄铁矿化白云石等样品开展了S同位素分析，共完成S同位素测试7件。

硫同位素组成分析采用Delta Ⅴ Plus气体同位素质谱分析硫同位素组成，在核工业北京地质研究院分析测试中心完成。测量结果以CDT为标准，记为δ34SVCDT。分析精度优于±0.2‰。硫化物参考标准为GBW04414、GBW04415硫化银标准，其δ34S分别是（0.07±0.13）‰和（22.15±0.14）‰。当测定δ33SVCDT时，分析精度优于±0.2‰。硫化物参考标准为GBW04414、GBW04415硫化银标准，其δ33S分别是（0.02±0.11）‰和（11.36±0.14）‰。

3.2S同位素特征

本次共测试不同岩矿石内黄铁矿S同位素组成7件，δ34S值总体变化为5.3‰～15.9‰，平均值为8.1‰（表2）。其中阶段1黄铁矿化绢英岩内黄铁矿同位素组成为5.7‰～8.1‰，阶段2含白云石黄铁矿化绢英岩内黄铁矿同位素组成为5.3‰，阶段2黄铁矿化石英脉内黄铁矿同位素组成为7.0‰，阶段3含白云石黄铁矿化石英脉内黄铁矿同位素组成为15.9‰，阶段4黄铁矿化白云石内黄铁矿同位素组成为7.9‰。随流体演化，前期阶段1、阶段2黄铁矿同位素组成较稳定，在阶段3黄铁矿同位素组成发生较大变化，发生显著增高，至阶段4又恢复原同位素水平。

4讨论

4.1成矿物理化条件

4.1.1成矿流体密度

成矿流体密度与包裹体温度计密度密切相关，采用实验取得的测温数据和计算得到的盐度数据利用相关密度方程可计算获得流体密度。本研究计算对象包括气液两相包裹体（Ⅱa型）及含（富）CO2三相包裹体（Ⅲa型）。

气液两相包裹体（Ⅱa型）中流体的密度受包裹体均一温度以及盐度影响决定，可以根据实验获得的包裹体均一温度和盐度数据来估算流体密度。通过在饱和水蒸气NaClH2O溶液密度图上投点（图6），可得到气液两相溶液包裹体的密度集中于0.85～1.02g/cm3。

含CO2三相包裹体（Ⅲa型）中流体密度计算依据刘斌和沈昆［21］提出的密度公式：ρ＝φCO2×ρCO2+（1-φCO2）×ρH2O。经计算，含CO2三相包裹体密度为：0.80～0.97g/cm3，平均为0.91g/cm3（表1），多数小于气液两相溶液包裹体密度。

同时，区内气液两相包裹体（Ⅱa型）及含（富）CO2三相包裹体（Ⅲa型）多属低盐度溶液（≤25%NaCleqv）包裹体，利用包裹體温度密度关系方程［14］进行了密度计算，计算所得流体密度为0.82～0.99g/cm3，与前述计算基本一致。

总体而言，马家窑矿床流体包裹体密度变化范围集中于0.80～1.02g/cm3，属于相对低密度流体。

4.1.2成矿压力和深度的估算

成矿流体的温度和压力是影响流体迁移及运载能力的重要参数，是流体包裹体研究中重要的热力学指标。前人通过大量研究总结了流体包裹体地质压力计，采用包裹体测温数据进行近似估算，为成矿条件分析提供参考。

本次研究采用FLINCOR计算机程序对H2OCO2三相包裹体进行了压力估算，以推断成矿压力，计算数据主要依据包裹体部分均一温度和完全均一温度等实验数据，计算表明，石英中H2OCO2三相包裹体的捕获压力为200～285MPa。

根据Sheperd等［17］提出的成矿深度与压力换算公式：P=ρgH，ρ选取数值为3g/cm3。计算得到成矿深度，结果为6.8～9.7km。

总体温压计算结果表明，马家窑金矿床是成矿压力属中低压力，成矿深度属中浅深度。

综合流体包裹体测试研究结果，矿床成矿温度集中于220～280℃，成矿流体盐度（w（NaCl））在4.60%～8.60%区间，流体密度集中在0.80～1.02g/cm3。成矿流体属于低盐度、低密度、富H2O、富CO2流体，为中低温、中浅成金矿床。

4.2S物质来源及流体来源

前人将天然成矿热液的硫同位素组成大致分为4类［2124］：①δ34S∑S≈0，硫源以地幔硫为主；②δ34S∑S≈20‰，硫来源于大洋水和海水蒸发岩；③δ34S∑S=5‰～15‰，介于前两种之间，硫来源相对复杂，可能是地幔与地壳混合来源，也可能来自于围岩或其他更老的矿床；④δ34S∑S为较大负值，矿床硫来源则是开放沉积条件下的有机（细菌）还原成因硫。

马家窑金矿不同矿石中黄铁矿δ34S值总体为5.3‰～15.9‰，指示了复杂的硫来源，成矿早期流体内S同位素较稳定，在阶段3发生了大幅的正向变化，阶段4再次恢复原S同位素水平，这可能指示了流体演化过程中阶段3存在其他物质的加入，导致了S同位素的急剧变化。

S同位素组成与赋存主岩——花岗岩（6.1‰～10.1‰）、伴生岩石——煌斑岩（5.3‰～10.8‰）基本一致，而普遍高于胶东岩群（3.0‰～6.8‰）［26］。金矿的硫与中基性脉岩或花岗岩体可能具有成分的继承关系。前人研究表明，胶东中生代花岗岩具壳幔混源特征［25］，这与S同位素高于地幔S，指示复杂S来源的特征相似，推断成矿流体亦具壳幔混源特征。

S同位素研究结果与李兆龙等［10］、王佳良［12］对该矿床的CO及Pb同位素研究结果基本一致，与区域河西金矿、大柳行金矿和黑岚沟金矿等［2627］也具一定相似性，均显示成矿流体的地幔与地壳双重来源特征。

5结论

（1）马家窑金矿床矿石中流体包裹体以纯液包裹体与富液体包裹体为主，局部发育富气体包裹体和H2OCO2三相包裹体，可见少量含子矿物富液体包裹体。包裹体均一温度106～360℃，主要集中于220～280℃，代表了成矿温度，属中温热液矿床。

（2）矿床石英流体包裹体盐度（w（NaCl））集中于4.60%～8.60%，白云石流体包裹体盐度（w（NaCl））集中于5.14%～5.33%，流体密度集中于0.80～1.02g/cm3。反映成矿流体为低盐度流体，流体演化后期可能存在外部流体加入。

（3）流体包裹体压力估算表明，H2OCO2三相包裹体的捕获压力为200～285MPa，对应估算成矿深度为6.8～9.7km，马家窑金矿床成矿压力属中等压力，成矿深度属中成深度。

（4）马家窑金矿不同矿石中黄铁矿δ34S值总体为5.3‰～15.9‰，指示其成矿物质具壳幔混合来源的特征，主要来源于幔源物质，受到了壳源物质的混染。

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Study on Fluid Inclusions and Characteristics of S Isotope in Majiayao Gold Deposit in Jiaodong Peninsula

LU Nan，  ZHOU Minglei， SHEN Lijun， WANG Yongjun， LIU Xue，  ZHAO Zhihua

（Geological Planning and Exploration Institute of Shandong Coalfield， Key Laboratory of Coalfield Geophysics of Chinese Geophysical Society，Shandong Ji'nan  250104，China）

Abstract：Majiayao gold deposit is located in the east of Panma gold field in QixiaPenglaiFushan gold metallogenic belt in Jiaodong Peninsula. In this paper， fluid inclusion and S isotope of typical ores in main metallogenic stages have been analyzed and tested. It is showed that the fluid inclusions in the ore are mainly pure liquid inclusions and rich liquid inclusions， gas rich inclusions and H2OCO2 threephase inclusions are developed locally， and a small amount of threephase inclusions with daughter minerals can be seen. The homogenization temperature of inclusions is concentrated in 220～280℃. The salinity of quartz fluid inclusions are concentrated in 4.60%～8.60%， but the salinity of dolomite fluid inclusions are concentrated in 5.14%～5.33%. The density of fluid is concentrated at 0.80～1.02g/cm3. The estimated metallogenic pressure is 200～285MPa， corresponding to the depth of 6.8～9.7km. The δ34S value of pyrite in the ore is generally 5.3‰～15.9‰. The oreforming fluid is a medium temperature， low density and low salinity fluid with the characteristics of crustmantle mixed source. Majiayao gold deposit belongs to a medium temperature and medium depth hydrothermal deposit.

Key words：Fluid inclusion; S isotope; minerogenetic condition; Majiayao gold deposit; Jiaodong Peninsula