!"##年$月
%&’&(),!"##矿 床 地 质
*+,-.%/0-123+43第5"卷 第6期
789:5" ,8:6
文章编号:"!;$<=#">(!"##)"6<">=;<#;
胶东大庄子金矿成矿流体及稳定同位素研究!
刘 玄#,范宏瑞#"",胡芳芳#,郑小礼!,蓝廷广#,杨奎锋#
(#中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源重点实验室,北京 #"""!?;
!山东黄金集团有限公司,山东 莱州 !>6""")
摘 要 胶东大庄子金矿床位于胶北地体西南缘,中生代胶莱盆地北缘,西侧靠近郯庐(沂沭)断裂带。矿体产
出在古元古界荆山群变质岩中,发育碎裂(糜棱)蚀变岩型和石英脉型!种矿石。流体包裹体显微测温表明,主成矿
期温度为!6"!!$"@,成矿流体盐度!(,AB9CD)为=E!$E,属于F!2<B2!<,AB9体系。包裹体显微测温及岩相学
观察发现,成矿期流体发生了相分离作用,这可能是导致矿化的主要原因之一。氢、氧同位素测试显示石英"#$2石英
值变化于#"G?H!##G$H之间,石英包裹体"#$2F!2变化于6G5H!;G!H,"0F!2变化于I>;G$H!I=6G;H,表明大
庄子金矿成矿期流体以岩浆水为主,成矿后期混入了一定量的大气降水,岩浆水可能来自于与基性脉岩同源的基性
岩浆的去气作用。硫同位素分析获得硫化物"563值为=G?H!##G5H,与围岩荆山群变质岩硫同位素组成非常接
近,而与胶东群变质岩和中生代花岗岩的硫同位素组成差别较大,因此认为大庄子金矿床成矿流体中的硫主要来自
于荆山群变质岩。
关键词 地球化学;流体包裹体;稳定同位素;相分离作用;胶东大庄子金矿
中图分类号:1>#$G;# 文献标志码:%
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81/0".90
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###############################################################
RC]8L()XA)C()\A)(&9YORC(\AdCA
! 本文得到国家杰出青年基金项目(编号:6">!;"#")和全国危机矿山接替资源找矿项目(编号:!""$??5")资助
第一作者简介 刘 玄,男,#?$6年生,博士研究生,矿床学专业,-]AO9:O’C8Z\C]#’]AO9:Z8]""通讯作者 范宏瑞,男,#?>5年生,研究员,岩石学和地球化学专业,-]AO9:YAL\X#]AO9:O’’ZA(:AZ:ZL收稿日期 !"##<"5<5";改回日期 !"##<";<!"。张绮玲编辑。
!!"#$%&’()%*+(,-./01"22/!1345675689’6:(86;6&%):,:5%:,-;(:%;,)<567),7=8,->6*+85%*?),’<3:5’86*@67%:6*+:5%:8’&-’)6*:5(,)(A-,);6*+-&’6@84%8@,;6*%*:&B@()6$(@-),;:5(;(:%;,)<567),7=8,->6*+C85%*?),’<D
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作为中、新生代环太平洋金成矿带的一部分
(?,&@-%)E(:%&H,200I),胶东地区产出了若干个世
界级(!2JJ:)、数十个大型及许多中小型金矿床(图
2),它已成为中国最大、最重要的黄金产地(K5,’(:%&H,LJJJ;M6’(:%&H,LJJL;N%*(:%&H,LJJ!;范宏瑞
等,LJJO)。裘有守等(20II)根据金矿化形式的不
同,将胶东地区的金矿床划分为“蚀变岩型”或“焦家
式”和“石英脉型”或“玲珑式”两种类型,这种分类方
法在中国学者中已被广为接受。对于这两种类型的
典型矿床,例如“蚀变岩型”的焦家金矿、新城金矿、
三山岛金矿和“石英脉型”的玲珑金矿、乳山金矿、三
甲金 矿,研 究 者 们 在 矿 床 地 质 特 征(范 宏 瑞 等,
LJJO)、成 矿 年 代(K5%*+(:%&H,LJJ!;P6(:%&H,
LJJ!;胡芳芳等,LJJQE;胡芳芳,LJJQ7;P6(:%&H,
LJJI)、成矿动力学背景(K5,’(:%&H,LJJJ;K5%6(:%&H,LJJ2;R%):(:%&H,LJJL;M6’(:%&H,LJJL;K5,’
(:%&H,LJJ!)、成 矿 流 体 性 质 及 来 源(N%*(:%&H,
LJJ!;范宏瑞等,LJJO;胡芳芳等,LJJO;LJJ.;LJJI;
R’(:%&H,LJJQ%;S%*+(:%&H,LJJ0)等方面进行了
大量的研究,并达成了较为一致的共识。胶东地区
大多数金矿床与中生代花岗岩有着密切的空间关
系,矿体多产在花岗岩内或者花岗岩与变质岩的接
触带内。矿体的具体产出部位多受脆A韧性剪切带
的控制。另外,矿区普遍发育中生代的基性脉岩(李
兆龙等,200!;孙景贵等,LJJJ;杨进辉,LJJJ;?’,(:%&H,LJJ";S%*+(:%&H,LJJ")。成矿时代非常一致,
为(2LJT2J)U%(S%*+(:%&H,LJJ2;LJJ!;V%*+(:%&H,200I;M6’(:%&H,LJJL;P6(:%&H,LJJ!;R’(:%&H,LJJ";胡芳芳等,LJJO)。成矿流体以中温A低盐
度的RLWAXWLAY%X&TXR"体系为主,可能主要来源
于幔源岩浆脱水形成的岩浆水(范宏瑞等,LJJO)。
除这两类矿床之外,胶东地区还发育一种较为
图2 胶东区域地质及金矿分布略图(据N%*(:%&H,LJJ!改绘)
N6+H2 Z(+6,*%&+(,&,+67%&;%<,->6%,@,*+<(*6*8’&%,85,46*+&,7%:6,*8,-+,&@@(<,86:8(;,@6-6(@%-:()N%*(:%&H,LJJ!)
Q.Q 矿 床 地 质 LJ22年
特殊的金矿床,例如蓬家夼、大庄子等金矿床(朱大
岗 等,!""";郭 百 创 等,#$$#;张 连 昌 等,#$$#%;
#$$#&;’%()*%+,,#$$-;邹为雷等,#$!$),它们大多
产在胶莱盆地北缘的变质岩内(胶东群或者荆山
群),矿体产出受层间滑动断层控制,矿区内除基性
脉岩以外,不发育中生代火成侵入岩。就较典型的
“石英脉型”和“蚀变岩型”矿床而言,除上述区别外,
本文研究的大庄子金矿床矿石矿物发育更多的方铅
矿而具有较少的黄铁矿。矿床的形成经历了多期构
造活动,成矿后变形叠加成矿期和成矿前变形。多
期的构造变形使得其相对于胶东地区其他矿床更为
复杂。目前,对该矿床的研究尚不深入,成矿流体性
质以及金矿化沉淀机制更是缺乏详实的资料,对矿
床成因也存在较大分歧(朱大岗等,!""";郭百创等,
#$$#;张连昌等,#$$#%;#$$#&;范宏瑞等,#$$.;’%()*%+,,#$$-;邹为雷等,#$!$)。本文通过详细的流
体包裹体研究并结合稳定同位素分析,探讨了大庄
子金矿床成矿流体的性质和来源,为进一步认识这
种类型的金矿化机制提供制约。
! 区域及矿床地质背景
胶东大庄子金矿(图!)位于平度市大庄子村,向
东南距平度市区#$余/0。它处于胶北地体西南
缘,胶莱盆地北缘,向西离郯庐(沂沭)深大断裂带约
#$/0(郭百创等,#$$#)。矿区内基本为第四系覆
盖,自西向东(向盆地内部方向)零星出露有古元古
界荆山群变质岩系(图#),其岩性主要为斜长角闪
岩、二长片麻岩、大理岩、黑云变粒岩和黑云角闪斜
长片麻岩等(邹为雷等,#$$!)。矿区东部!$/0处
为中生代玲珑花岗岩(连国建等,#$$1),矿区内发育
早白垩世煌斑岩脉(!#2!!$3’%,4567法,朱大岗
等,!""")。
本区构造以断裂为主,可划分为889向、89向
和8:向;组。889向断裂最为发育,基本控制了矿
区的构造格局,最东侧的大庄子断裂发育在盆地的边
缘,是矿区内主要的控矿断裂。89向断裂规模小,一
般同时或稍晚于889向断裂。8:向断裂往往切割
错断其他方向的断裂,属于晚期构造,规模较小。与
成矿作用有关的主要是889向和89向断裂构造
(邹为雷等,#$$!)。另外,矿区内还分布有889走
向的黑羊山断裂及88:走向的洪山断裂(图#)。
图# 胶东大庄子金矿床矿区地质图
<=>,# ?)(+(>=@%+0%A(B*C)D%ECF%G>E=>(+HH)A(I=*,
J=%(H(G>A)G=GIF+%
矿区内的"号矿体(蚀变带)受分布于大庄子村
以东,向北穿越四甲村,向南为第四系所覆盖,受控
于889向大庄子脆K韧性剪切带(图#),顺层产在
斜长角闪岩和黑云斜长片麻岩夹持的大理岩中(图
;)。整个矿化带在平面和剖面上均呈波状、似层状
和透镜体状,具有膨胀与尖灭再现现象,矿化带长度
断续出露超过;$$$0,地表宽度1$!3$0(周国
发,#$$3)。断层面附近大理岩普遍发生破碎,主要
发育硅化蚀变,离断层越近硅化越强烈。伴随硅化
蚀变,碎裂硅化大理岩发育细粒浸染状、微裂隙充填
细脉状及细网脉状硫化物;种形式矿化。#号矿体
为含多金属硫化物的乳白色石英脉,其位于"号蚀
变带下盘的片麻岩中,与脆5韧性剪切带反倾。平面
和剖面上脉体均呈现出扁豆状,整个带长2$$多0,
宽!.$0左右,脉内发育少量与石英脉同期形成的
粗粒自形黄铁矿。通过坑道和显微观察发现,乳白
色石英脉遭受了多次构造破碎,形成了角砾状石英
和大量微裂隙,后来被多金属硫化物脉穿插、胶结
(图1&、1@),这表明乳白色石英脉比多金属硫化物先
沉淀,属于主成矿前脉体。此外,显微镜下偶见石英
被压扁拉长,正交偏光下可见发生动态重结晶的细
粒石英,呈波状消光,这指示石英脉遭受了一定的变
形。
矿区发育碎裂(糜棱岩化)蚀变岩型(图1%)和石
223第;$卷 第1期 刘 玄等:胶东大庄子金矿成矿流体及稳定同位素研究
图! 胶东大庄子金矿床矿区剖面图(据周国发,"##$改绘)
%&’(! )*+,+’&-.,/*-0&+1+203*4.536.1’5&’+,77*8+/&0,9&.+7+1’8*1&1/6,.(:+7&2&*7.20*;<3+6,"##$)
英脉型(图=>、=-)两种类型矿石,分别产于!号蚀变
带和"号矿体。矿石矿物主要有方铅矿、黄铁矿、黄
铜矿和闪锌矿,脉石矿物有石英、绿泥石、绢云母、方
解石、白云石和萤石等。矿区蚀变作用强烈,从早至
晚发育有钾化、硅化、(黄铁)绢英岩/绿泥石化、多金
属硫化物矿化、碳酸盐化及萤石化。钾化蚀变一般
以粗粒、自形钾长石发育在片麻岩中;(黄铁)绢英岩
/绿泥石化蚀变主要发育在片麻岩中,形成绢英岩化
/绿泥石化片麻岩,还发育含细粒浸染状黄铁矿绢英
岩;主构造带内围岩荆山群片麻岩、斜长角闪岩、大
理岩普遍发育硅化;多金属矿化(主成矿阶段)在!号蚀变带内表现为硅化大理岩,并发育细(网)脉以
及浸染状多金属矿化,而在"号矿体中多为网脉状
矿化;碳酸盐?萤石化为粗粒自形脉状方解石、萤石。
结合坑道和薄片观察,将大庄子金矿成矿作用
从早至晚分为=个阶段,即(!)黄铁矿?石英阶段,
黄铁矿自形程度好(通常为立方体)、颗粒较粗,与强
硅化大理岩及乳白色石英脉共生,此阶段矿化很弱;
(")黄铁矿?石英?绢云母阶段,细粒浸染状黄铁矿发
育在较弱绢英岩化片麻岩中,矿化程度有所升高;
(#)多金属?石英阶段,大量细粒方铅矿、黄铁矿、黄
铜矿及少量闪锌矿和石英,呈细脉、网脉状穿插或胶
结碎裂硅化大理岩和破碎石英脉,为矿区主要成矿
阶段;($)方解石?萤石阶段,方解石、萤石呈粗粒自
形脉状充填成矿后断裂,此阶段矿化微弱。
" 流体包裹体研究
!(" 分析方法
共采集了!#件样品进行流体包裹体研究,先将
样品磨制成厚度约为#@!::双面抛光的薄片,然
后进行流体包裹体岩相学观察,最后选择有代表性
的流体包裹体进行显微测温和激光拉曼光谱测试。
!号蚀变带内的石英主要以硅化形式出现,其中的
包裹体非常小(通常小于!%:),难以进行显微测温
及激光拉曼光谱测试,"号矿体中发育丰富的流体
包裹体,为本次测试的主要对象。最终用于显微测
温的样品有A件,其中B件石英样品主要采自"号
石英脉矿体(图=-),C件方解石样品采自!号蚀变
带内的方解石?石英脉(图=7)。
流体包裹体显微测温在中国科学院地质与地球
物理研究所矿产资源重点实验室流体包裹体实验室
配备的D&1E.:FGHI$##冷热台上完成。测试样品
前先利用美国%DJK4KLM公司提供的人工合成流
体包裹体标样对冷热台进行温度校正。该冷热台在
NC"#&NB#O、NB#&C##O、C##&P##O温度区间
的测定精度分别为Q#@PO、Q#@"O和Q"O。流体
包裹体测温过程中,升温速率一般为#@"&C#O/:&1,
AB$ 矿 床 地 质 "#CC年
图! 大庄子金矿床!号和"号矿体矿石及部分用于包裹体测试样品照片
"#!号蚀变带中含浸染状硫化物的硅化大理岩矿石;$#"号矿体中含多金属硫化物矿石;%#被多金属硫化物穿插的石英脉(&’()&*);
(#方解石脉(&+(),!)
-./#! 01232/4"5162724867429:2#!";(:2#"248$2(.86,";(68<8%38(6"95<867247<=.(.;%1=6.2;63=(>.;318?")1=";/)./2<((8526.3,@."2(2;/58;.;6=<"
"#A.<.%.7.8(9"4$<8B.31(.6689.;"38(6=<7.(867429:2#!248$2(>;$#C="43)B.316=<7.(86D8.;<8367429:2#"E="43)D8.;;
%#C="43)D8.;58;834"38($>6=<7.(8D8.;7429:2#"E="43)D8.;(&’()&*);(#F"<%.38D8.;=68(7247<=.(.;%<=6.2;";"<>6.6(&+(),!))
含FGH包裹体在其相转变温度(如固态FGH熔化和
笼合物熔化)附近升温速率降低为&IHJ/9.;,在水
溶液包裹体冰点和均一温度附近升温速率降为&IH#&I*J/9.;。流体包裹体成分(摩尔分数)、盐度、
FGH 密 度、总 密 度 和 捕 获 压 力 利 用 K"%-<.;%24(L42B;83"<I,M++*)程序进行计算获得。流体包裹
体激光拉曼光谱测试在同一实验室配备的英国N8O;.61"B公司生产的NKOH&&&型激光拉曼光谱仪上
完成。仪器使用P4Q激光器,波长为*M!;9,所测光
谱的时间为M&6,每%9RM(波数)计一次,M&&#!&&&%9RM全波段取峰,激光束斑大小约为M$9,光谱分
辨率H%9RM。
!#! 流体包裹体岩相学
"号矿体内的乳白色石英脉为成矿前脉体,形
成后经历了强烈的构造作用,形成大量微裂隙(图
*S),导致脉体石英中大部分原生包裹体遭到了改造
甚至破坏,没有找到符合鉴别标准(卢焕章等,H&&!)
的原生包裹体。在主成矿阶段,成矿流体充填石英
脉构造裂隙,形成大量以细粒多金属硫化物为主、只
含有极少量石英的细(网)脉,随着多金属硫化物的
沉淀,沿早期石英脉微裂隙形成大量次生包裹体,这
些次生包裹体多呈线状沿愈合裂隙分布,偶尔呈孤
立状,代表主成矿阶段的成矿流体;!号蚀变带内的
方解石脉中也发育较丰富的原生流体包裹体,多呈
+T,第U&卷 第!期 刘 玄等:胶东大庄子金矿成矿流体及稳定同位素研究
(长)管状,沿节理线方向生长(图!"、!#)。值得注意
的是,由于构造作用的影响,许多包裹体遭到了改
造,常见到包裹体被拉长(图!$)甚至出现颈缩(卡脖
子)(图!%)现象,这些后期改造作用通常会改变包裹
体的体积、成分等,进而影响测温数据的可靠性。因
此,本次测试所选择的包裹体离裂隙较远,外形较规
则,以减少后期改造对测温数据的影响。
根据室温下包裹体大小、形状、产状、相比例和
颜色等特征,在大庄子金矿床中识别出了如下&种
类型流体包裹体:
’(富)*+ 包裹体(图!,!-),室温下呈两相
(./+*0.)*+;’1 型)或 三 相(./+*0.)*+02)*+;’+型),外形较规则,个体一般较大,最大者达
34"5。具有较暗的相边界,)*+ 相充填度变化较
大,在!46!746之间。通常呈线状,偶尔呈孤立状
分布,大部分为次生包裹体,只在与硫化物紧密共生
的石英中发现少量原生包裹体;
89纯)*+包裹体(图!:、!;),室温下为单一或
者两相,通常呈线状,偶尔呈孤立产出;
)9/+*<)*+包裹体(图!=、!>),室温下呈气液
两相(图!=),偶见三相(图!>),/+*相充填度变化
较大,在?46!746之间,气相具有稍暗的边界。通
常呈线状与’类包裹体共生产出(图!5);
@9/+*溶液包裹体(图!"、!#),在方解石样品
中广泛发育,多为原生包裹体,石英脉中也偶有发
现。常呈线状分布者,为次生包裹体,通常切割前3种类型包裹体。室温下呈气液两相,充填度多大于
746,气相边界较亮;
富)*+包裹体和/+*<)*+包裹体各自充填度
都有很大的变化,而且二者紧密共生,这些现象可能
暗示流体为不混溶体系(@#,5AB:,+441)(图!5)。
在大庄子金矿中发育大量富)*+包裹体和/+*<)*+包裹体,且它们的)*+充填度都有一定的变化,这初
步暗示流体发生了相分离作用。)*+充填度相对较
小的’型和)*+充填度相对较大的)型包裹体可
能是捕获不混溶流体接触部位的流体形成的。在显
微测温时,选择了)*+充填度为C46!746的’型
包裹体和)*+充填度为146!346的)型包裹体
进行测试,这些包裹体可能分别代表了相分离后的
流体端员组分。
!9" 流体包裹体显微测温
对上述&类包裹体进行显微测温及计算(结果
见表1、+以及图?、D),各类包裹体显微相变特征如
下:
’9富)*+包裹体,’1型包裹体在降温至4!1CE时液相)*+中先出现一个气相)*+,随后气相
逐渐变大,液相边界逐渐变模糊,至F144E左右液
相)*+被冻结或压扁挤至角落;室温下降温,’+型
包裹体液相收缩,气相逐渐变大,至F7DE左右液
)*+冻结。’1型和’+型包裹体在升温至F!D(+!
F!?(?E(平均为F!?(DE)固相)*+熔化,其与纯
)*+三相点温度(F!?(?E)十分接近,暗示含碳相
为纯)*+,这得到激光拉曼光谱测试结果(图C,)的
证实。进一步升温至&(+!C(3E时)*+F/+*笼合
物熔化,随后在D(!!34(CE发生部分均一(至液
相),最后在+1?!3+DE(平均为+DCE,!G11)完全
均一(至液相),有?个包裹体在++!!+7DE发生爆
裂。计算获得’型包裹体"(/+*)为4(+&!4(DD,
"()*+)为4(37!4(D!,盐度#(H,)$;I)为3(36!
14(36,平 均 为?(C6,)*+ 密 度 为4(!&!4(CC
>/-53,总密度为4(?&!4(7+>/-53,压力为7!!174
表# 大庄子金矿床流体包裹体显微测温结果
$%&’(# )*+,-./(,0-0(.,*+1%.%-23’4*1*2+’45*-25*2./(6%7/4%287*8-’11(9-5*.
成矿
阶段类型
$5,)*+/E $5,#-;/E $5,-$,J"/E $",)*+
/E $",JAJ/E
范围 均值 范围 均值 范围 均值 范围 均值 范围 均值 爆裂范围 均值
#
’ F!D9+!F!?9? F!?9D(1+) &9+!C93 ?9&(1!)D9!!349C
(.)+49!(1C) +1?!3+D +DC(11) ++!!+7D 3?7(?)
8 F!D9+!F!?9? F!?9D(C) 1194!
+79&(.)+&93(C)
) F!?9C!F!?9? F!?9D(14) &9!!C94 ?9+(+&)149C!3493
(.)+49?(7) 1C+!3+1 +3?(D!)
$ @ 4!F&9D F19?(1C) D1!+!+ 1&!(+7)
注:括号内数字为所测流体包裹体数量,.为均一至液相。
4C? 矿 床 地 质 +411年
表! 大庄子金矿流体包裹体成分、盐度、"#!密度、总密度数据汇总
$%&’(! "%’)*’%+(,)-./-01+1-2,0%’121+3,"#!,(201+3%2,&*’4,(201+3-56,7,"%2,8+3/(5’*1,12)’*01-2012+9(8%:9*%2;:1;-’,,(/-01+
成矿阶段
类型
!(!"#)/$%&’ !((#")/$%&’ !()*(&)/$%&’ "()*(&+,)/’ (#"密度/(-/.$/) 总密度/(-/.$/)
范围 均值 范围 均值 范围 均值 范围 均值 范围 均值 范围 均值
估算
压力
/01*
!
2 34"5"3466 3455(75)34/8"
3469 3499(75)3"343"3437(75) /4/"734/ :4;(7:) 3495"
34;; 346"(7:)34:5"348" 34;7(7:)89"
783
< 34:7"34;9 346"(77)
( 34;;"3486 3485(5) 3437"
3438 3435(5) 3437"343/ 343"(5) /43"
774" 64;(/;) 347;"34/: 34":(5) 34;/"
743 348"(6)
# = 3"949 745(76) 34;9"743 348:("3)
注:括号内为所测流体包裹体数量。
图: 胶东大庄子金矿床均一温度直方图
>?-4: !?@A%-B*$@C%D?E-A%A*&C%$%-+E?F*A?%EA+$G+B*AHB+@%II&H?J?E.&H@?%E@?EAC+=*FCH*E-F?-%&JJ+G%@?A,K?*%J%E-
G+E?E@H&*
图6 胶东大庄子金矿床(#"包裹体部分均一温度直方图
>?-46 !?@A%-B*$@C%D?E-G*BA?*&C%$%-+E?F*A?%EA+$G+B*AHB+@%I2,<*EJ(ALG+I&H?J?E.&H@?%E@?EAC+
=*FCH*E-F?-%&JJ+G%@?A,K?*%J%E-G+E?E@H&*
图; 胶东大庄子金矿床包裹体激光拉曼光谱
*42型包裹体拉曼光谱;M4(型包裹体拉曼光谱
>?-4; N*@+BO*$*E@G+.AB*%I2*EJ(ALG+I&H?J?E.&H@?%E@?EAC+=*FCH*E-F?-%&JJ+G%@?A,K?*%J%E-G+E?E@H&**4O*$*E@G+.AB*%I2ALG+I&H?J?E.&H@?%E;M4O*$*E@G+.AB*
%I(ALG+I&H?J?E.&H@?%E
01*;
<4纯(#"包裹体在过冷却过程中至P83Q左
右液相发生冻结,随后回温至P96R""P9:R:Q固
相熔化。进一步升温至77R3""8R5Q完全均一,计
算获得的包裹体(#"密度为3R:7"3R;9-/.$/;
";: 矿 床 地 质 "377年
!"#$%&!%$ 包裹体在从室温降温至’())*时,气泡冻结或被压扁挤至包裹体腔的角落,回温至
’+,"-!’+,",*固 结 相 熔 化,表 明 含 碳 相 为 纯
!%$,这与激光拉曼光谱测试结果一致(图-.)。对
于)")(+!!(!%$)!)"(/-的!%$’#$%体系,笼
合物的熔化温度非常难观察到,需要反复升降温度
来获得准确温度(0123456,$))()。就本矿区此类包
裹体而言,即使进行了反复升降温度,大多数此类包
裹体也很难测到笼合物熔化及部分均一温度(表(),
从为数不多的数据来看,此类包裹体在/"+!-")*("7$/)笼合物熔化,在()"-!8)"8*("79)发生
部分 均 一(至 液 相),最 后 在(-$!8$(*(平 均 为
$8,*,"7:+)完全均一(至液相)。计算获得的包裹
体!(#$%)为)"--!)"9:,!(!%$)为)")(!)")9,
!%$密度为)"(-!)"8,;/<38,盐度#(=2!>?@)为
8")A!(("$A,平均为:"-A,总密度为)"-8!(");/<38;
0B水溶液包裹体通常冷却至’/)*左右发生
冻结,升温至’/":!)*附近冰熔化,在())!(-)*发生完全均一(至液相)。计算获得的包裹体的盐度
#(=2!>?@)为)!+"+A,平 均 为("/A,总 密 度 为
)"-+!(");/<38。
8 稳定同位素研究
!B" 分析方法
本次研究选取了+件石英样品和,件硫化物样
品(/件黄铁矿和$件方铅矿)分别进行氢、氧和硫同
位素分析。石英样品中/件来自"号矿体,(件来自
#号矿体。黄铁矿样品中$件采自含浸染状黄铁矿
化的绢英岩,(件细粒浸染状黄铁矿化的硅化大理岩
以及(件被多金属硫化物穿插的石英脉,$件方铅矿
都采自被多金属硫化物穿插的石英脉。
先将样品(石英、黄铁矿和方铅矿)破碎至约,)目,然后在双目镜下手工挑纯。同位素测试在核工
业北京地质研究院分析测试研究中心进行。分析氧
同位素时,样品与纯净的CDE+在+))!,-)*恒温条
件下反应(/F,释放出%$和杂质组分,将G1E/、CDE8等杂质组分用冷冻法分离出去,将纯净%$在:))*,
且有铂催化剂的条件下,与石墨恒温反应生成!%$,
用冷冻法收集!%$,用HIJ$+8气体同位素质谱仪
分析样品的%同位素组成。测量结果以GH%K为
标准,记为$(-%,分析精度优于L)"$M。$(-%#$%由
()8>5%7$(-%石英&$(-%#$%计算得出,()8>5%采用8"8-
N(),/$$’$"9)(!>2OP45?P2>B,(9:$);式中$ 为
所测矿物中I和!型包裹体均一温度的算术平均
值;分析氢同位素时,石英包裹体样品在装有碳的陶
瓷管里爆裂,释放出#$%、#$等含#气体,#$%及其
他可能存在的有机物在高温下与碳发生还原反应,
将含#气体还原成#$,#$在高纯氦气流的带动下
进入 HIJ$+8质 谱 仪 进 行 分 析。测 量 结 果 以 Q&GH%K 为 标 准,记 为$0Q&GH%K,分 析 精 度 优 于L(M;分析硫同位素时,将硫化物单矿物和氧化亚铜
按一定比例研磨至$))目左右,并混合均匀,在真空
达$")N()’$R2,9-)*条件下进行氧化反应,生成
G%$气体。在真空条件下,用冷冻法进行收集,并用
HIJ$+8气体同位素质谱仪分析硫同位素组成。测
量结果以!0J为标准,记为$8/G,分析精度优于
L)"$M。分析结果分别列于表8与表/。
!#$ 氢、氧同位素研究
#号蚀变带和"号矿体中的石英具有非常接近
的$0#$%值,变化于’,+"-M!’:/"+M,$(-%石英 值
范围也较窄,变化于()"9M!(("-M之间,计算得到
包裹体$(-%#$%变化于/"8M!+"$M(表8)。毛景文
等($))$)测试了大庄子金矿床成矿晚期方解石的
氢、氧同位素组成(表8),认为成矿流体为岩浆水和
大气降水的混合。在$0&$(-%图解上(图9),本文样
品投点位置紧邻原生岩浆水的左侧,离变质水较远,
而毛景文等($))$)的数据点投在更加靠近大气降水
线的位置,呈现向大气降水演化的趋势,这指示大庄
子金矿成矿流体在成矿期主要为岩浆水,演化到成
矿后期有越来越多的大气降水参与进来。
!B! 硫同位素研究
大庄子金矿$8/G组成介于:"9!(("8M,其中
方铅矿$8/GQ&!0J为:"9M!-"$M,黄铁矿$8/GQ&!0J为-"+M!(("8M。可以看出,方铅矿$8/G较黄铁
矿低,这符合8/G在不同硫化物中的富集顺序(郑永
飞等,$))));不同阶段黄铁矿$8/G也有些区别,表
现为成矿期比成矿前低。在自然界中,当硫处于热
力学平衡分馏作用下8/G倾向于赋存在含高价硫的
化合物。范宏瑞等((99/)认为热液中沉淀出的硫化
物中硫同位素组成取决于热液中G$’/G%$’/ 比值和
当时热液所处环境的氧逸度。当热液经历从还原环
境 到氧化环境的变化时,热液中G$’/G%$’/ 随之降
8-,第8)卷 第/期 刘 玄等:胶东大庄子金矿成矿流体及稳定同位素研究
表! 胶东大庄子金矿氢、氧同位素组成
"#$%&! ’()*+,&-#-)+.(,&-/0+1+2&)#1#+314&5#647#-,6/,+%))&2+0/1,8/#+)+-,2&-/-07%#样品名称 成矿阶段 测试矿物 !!"#矿物/$ 温度/% !!"#&’#
/$ !(&’#/$ 来源
)"(*)+ ",# 石英 !!-" ’.) +-’ /0!-.)"(*)1 ",# 石英 !!-1 ’.) +-) /1+-")"(*’) ",# 石英 !!-. ’.) .-" /0.-+
)"(*)!2!’2! ",# 石英 !!-’ ’.) .-1 /0.-+)"(*!0 ",# 石英 !)-3 ’.) .-4 /1+(’’24 $ 方解石 !!-3 !04 /’-’ /1’(’’2. $ 方解石 !)-3 !04 /4-) /0)(’’2+ $ 方解石 0-0 !04 /1-+ /+0(’’21 $ 方解石 1-0 !04 /0-. /0’
本文
毛景文等,’))’
表9 胶东大庄子金矿床硫同位素组成
"#$%&9 :7%37*/0+1+2&;#%7&0+307%3/)&0/-14&5#647#-,6/,+%))&2+0/1,8/#+)+-,2&-/-07%#样品号 测试矿物/岩石类型 成矿阶段 !4.5627(8/$ 数据来源
)"(*!! 方铅矿/被网脉状方铅矿穿插的石英脉 # 0-3)"(*4+ 方铅矿/石英、方解石、多金属硫化物脉 # "-’)"(*)+ 黄铁矿/含多金属硫化物石英脉 # "-+)"(*4) 黄铁矿/含大量细粒黄铁矿大理岩 ",%,# 3-’)"()!2!! 黄铁矿/含少量黄铁矿绢英岩 % !!-4)"()!2!. 黄铁矿/含细粒黄铁矿绢英岩 % !)-0
本文
黄铁矿/容矿围岩荆山群 3-4&!)-0(1) 张竹如等!
黄铁矿/玲珑花岗岩 1-!)&!)-!(!’)
黄铁矿/胶东群 0-’&0-1(+)杨忠芳等!
注:!表示转引自张连昌等(’))!);括号中的数字表示测试样品数量。
图3 胶东大庄子金矿床!(2!!"#图解
9:;-3 (:<;=<>?@!(AB=CDC!!"#:EFGB(<HGD<E;H:;?IJJBK?C:F,L:<?J?E;KBE:ECDI<
低,4.5便赋存在5#’/. 中而得不到释放,因此沉淀出
的硫化物!4.5会呈现出降低的趋势。因此,这一现
象反映了当黄铁矿结晶时热液所处的氧化还原环境
的改变,即随着热液不断地向近地表迁移,其所处环
境的氧逸度不断增高,导致成矿期析出的黄铁矿具
有相对较低的!4.5。而)"(*4)出现介于成矿期和
成矿前的!4.5可能是由于样品不纯造成的结果。
结合胶东地区基底变质岩、火成岩和金矿的硫
同位素组成的资料可以看出,大庄子金矿!4.5组成
("M+$&!!M4$)远高于胶东群变质岩和花岗岩,而
与其容矿围岩荆山群变质岩非常接近,表明大庄子
金矿成矿流体中的硫主要来自荆山群变质岩,这一
结论与前人工作一致(张连昌等,’))’N;连国建等,
’))4;宋玉财等,’)).)。
. 讨 论
9-< 流体包裹体成因和成矿流体性质
大庄子金矿床%号矿体中的乳白色石英脉为成
矿前脉体,代表成脉流体的原生包裹体已遭到构造
活动的改造和破坏,本次工作未找到适合测试的原
生包裹体,因此未能获得成矿前流体性质的信息。
通过详细的观察发现,代表主成矿期(第#阶段)的
石英多金属脉呈细(网)脉状胶结早期的乳白色石英
角砾,并沿早期的石英愈合裂隙封存了此阶段的流
体,另外,沿早期石英愈合裂隙也捕获了成矿后流
."1 矿 床 地 质 ’)!!年
体,因此早期乳白色石英中的次生包裹体代表了主
成矿期(第!阶段)和成矿后(第"阶段)流体。
热液金属矿床中富!"#包裹体的存在指示流体
可能发生过相分离或沸腾作用($%&’()*,#++,),而
若同时存在!"#密度相差很大,且均一温度近似的
两组包裹体,则其所代表的流体一定发生过相分离
作用(卢焕章等,#++-)。通常可以通过均一温度和
均一压力来判断包裹体是否属于不混溶流体包裹体
组合。大庄子金矿床石英脉中发育富!"#包裹体、
纯!"#包裹体和富.#"包裹体,它们代表了成矿期
流体。富!"#包裹体和富.#"包裹体均一温度非
常接近,并且在镜下常可观察到这两种类型的包裹
体密切共生,表明大庄子金矿成矿热液为共存的
!"#/.#"不混溶体系,它们是发生相分离作用后通
过不均一捕获形成的,分别代表共存的两个端员组
分,即富!"#贫.#"相和富.#"贫!"#相。刘斌
等(,000)描述了.#"/!"#体系不混溶流体六种组
合类型并解释了它们的形成原因,认为若流体由于
不混溶形成两相,此时被捕获的包裹体由于形成的
温度和压力较高,捕获的单相.#"中溶解了较多的
!"#成分,捕获的单相!"#中溶解了较多的.#"成
分,当温度下降至室温时,包裹体内的两种成分相互
分离,形成单独相,通过这种方式可以同时捕获富
!"#贫.#"和富.#"贫!"#两类包裹体,即1、!组合类型。2型包裹体为纯!"#包裹体,它们在样
品中发育程度不高,只发现了少量此类包裹体,可能
代表样品局部位置发生的不混溶程度很高。对于不
混溶体系,包裹体的均一温度等于捕获温度,不需要
进行压力校正,计算获得的压力可以代表包裹体的
捕获压力(刘斌等,,000;3%45%)6(),#++,)。根据1型和!型包裹体测温数据,富!"#相温度为#7+8左右,压 力 为09#,0+:;&,盐 度 !(<&!4=>)为
?@7A,密度为+@7,B/C’D;而富.#"相温度为#-+8左右,盐度!(<&!4=>)为E@7A,密度为+@0#B/C’D。
激光拉曼光谱结果(图7)也表明,成矿流体中挥发份
主要为!"#和.#"。综上所述,大庄子金矿床成矿
期流体为中温(#-+##7+8)、低盐度〔!(<&!4=>)EA#7A〕的 .#"/!"#/<&!4不 混 溶 体 系。范 宏 瑞 等
(#++9)详细总结了胶东“石英脉型”(包括玲珑、邓格
庄和乳山金矿)和“蚀变岩型”金矿床(包括三山岛、
大尹格庄、大柳行金矿)的流体性质,发现这些金矿
主成矿期流体为低盐度的!"#/.#"F!.-体系,成
矿温度为,E+#DD98,成矿压力为E+##9+:;&。
对比来看,大庄子金矿主成矿期流体具有与胶东其
他矿床类似的流体组成(唯一不同的是大庄子金矿
未发现!.-)和流体包裹体捕获温度,这表明大庄子
金矿的成矿流体与胶东地区其他金矿具有相似的性
质。而大庄子金矿含矿石英脉被碎裂成角砾状指示
为张性应力环境,因此成矿流体在灌入后由于压力
突然释放发生相分离作用而呈不混溶状态。同样的
现象在胶东其他金矿床的含矿石英脉内也有发现
(乳山、邓格庄、三甲,胡芳芳等,#++9;#++E;#++7),
这表明流体相分离作用对于胶东金矿脉状矿化起了
重要作用。
!"# 成矿流体来源
对于大庄子金矿成矿流体来源,前人主要利用
氢、氧同位素进行判别,但是对于类似的测试结果,
研究者们却得出了大体一致却又有不同的认识。一
致之处在于他们都认为大庄子金矿成矿流体为混合
水,不同之处在于混合端员成分。张连昌等(#++#G)
以及连国建(#++D)测试得到大庄子金矿床石英流体
包裹 体$,7".#"为#@DH#9@DH,$$.#"变 化 于
I-EA#IE#H,在$$/$,7"图解上投点在岩浆水、
变质水和大气降水的混合区域,据此他们认为大庄
子金矿床成矿流体为上述三者的混合。而毛景文等
(#++#;#++9)以及:&(等(#++7)测得大庄子金矿晚
期碳 酸 盐 脉 中 的 方 解 石 $,7".#"为 I#@#H #
IE@-H,$$.#"变化于I90H#IE?H,认为这一范
围基本属于岩浆水范畴,混入了一定的大气降水,但
没有变质水。本文测得大庄子金矿床$,7"石英值
变化于,+@0H#,,@7H之间,计算得到的包裹体
$,7".#"变化于-@DH#9@#H,石英包裹体中$$.#"变化于I?9H#IE-@9H,这与前人结果基本一致。
在$$J$,7"图解上,样品投点范围紧邻岩浆水的左
侧,位于混合区域内。但是笔者注意到矿床围岩(荆
山群变质岩)在新元古代(王沛成,,009)经历了中I高角闪岩相,甚至麻粒岩相的区域变质作用,而成矿
作用发生在早白垩世(,,E@-:&,石英1K/1K法,张
连昌等,#++#&),中间有十几亿年的间隔,变质水应
该无法被保存至中生代参与成矿。因此,我们认为
大庄子金矿成矿流体应该是以岩浆水为主,没有变
质水。结合毛景文等(#++#)的结果发现,在$$/$,7"图解上明显具有向大气降水线靠近的趋势,因此推
测成矿后期大气降水参与了进来。
97?第D+卷 第-期 刘 玄等:胶东大庄子金矿成矿流体及稳定同位素研究
值的思考的是,矿区内除少量基性脉岩外并没
有发现中生代岩浆岩,那么岩浆水从何而来呢?郭
百创等(!""!)提出了深源富水、碱质和硅质的岩汁
交代矿源层(即荆山群地层)的成矿模型。他们所提
到的深源岩汁应该类似于岩浆水,但是他们在文中
没有解释流体的来源。胶东金矿床内普遍发育一定
数量的基性脉岩,因此不能忽视它们跟成矿作用的
关系。毛景文等(!""!;!""#)和$%&等(!""’)认为,
胶东金矿在成矿时代上与基性脉岩侵位时代非常接
近,且二者都具有富()!流体和伴随以钾质交代为
特征的蚀变作用,因此认为二者具有同源性。而且
他们从区域上将金矿化、基性岩墙侵位联系起来,认
为胶东所有金矿为同一成矿系统。同样,范宏瑞等
(!""#)认为,胶东金矿成矿流体中的岩浆水可能来
源于与金矿床伴生的基性幔源岩浆脱水作用。因
此,根据本次研究结果并结合前人关于胶东金矿成
矿流体的认识,笔者认为大庄子金矿成矿流体以岩
浆水为主,后期混入了少量的大气降水,岩浆水主要
来源于幔源岩浆的去气作用。
!*" 矿化机制
流体包裹体、稳定同位素、成矿年代学(张连昌
等,!""!%)等研究表明大庄子金矿床与胶东地区其
他金矿具有相同的成矿动力学背景,即中生代构造
体制转折作用下形成的,它们属于同一成矿体系。
氢、氧同位素证据及前人的研究工作(张连昌
等,!""!+;连国建,!"",;毛景文等,!""!;!""#;$%&-.%/*,!""’)表明,大庄子金矿成矿流体来自矿区发
育的基性脉岩源区幔源岩浆去气作用产生的岩浆
水,并在成矿后期混入了少量大气降水。硫同位素
研究表明成矿热液中的硫主要来自围岩荆山群变质
岩。对大庄子金矿成矿物质来源问题,前人的工作
(朱大岗等,0111;连国建,!"",;宋玉财等,!""2)认
为,成矿物质具有多源性,部分来自荆山群地层,部
分来自下地壳或深源物质。因此可以推测,幔源岩
浆对成矿也具有一定贡献。结合各个方面的资料,
笔者认为在中生代构造体制转折的动力学背景下,
岩石圈减薄诱发软流圈上涌,引发大规模基性岩浆
活动,基性岩浆分异出富()!的热液流体携带着成
矿物质沿先存构造薄弱带(剪切带)上升、迁移,并在
上升过程中与荆山群变质岩发生水3岩反应,萃取其
中的矿化剂(硫等)和成矿物质,使得热液中的成矿
元素得到进一步富集,形成成矿热液。当流体迁移
至主构造带时,在压性应力环境下成矿热液与大理
岩发生水3岩反应,形成硅化蚀变,并伴随少量矿化;
而当热液迁入主构造带下盘张性裂隙中,随着热液
温度的逐渐降低(可能发生过相分离作用),热液中
的硅质沉淀下来,形成早期的乳白色石英脉及少量
自形黄铁矿,由于硫化物没有大量沉淀所以金保存
在残余热液中。随着构造带再次活动及温度进一步
降低,残余贫硅、富成矿物质的流体(可能还有新的
热液脉动)经历压力的突然释放,达到()!34!)两
相不混溶区的物理条件,使得()!从成矿热液中分
离出来,而无法对热液的54进行缓冲(678//859-.%/*,!""2),导致热液54环境发生变化,大量4:;
变成4!:而脱离成矿热液,热液中的金硫络合物发
生分解,形成大量硫化物,同时金发生沉淀,构成矿
区主要矿化事件。主成矿期后,大气降水加入,此时
热液中的成矿物质已大部分发生沉淀,无法形成工
业品位的金矿化。
# 结 论
(0)大庄子金矿床主成矿期捕获富()! 包裹
体、纯()!包裹体、4!)3()!包裹体,成矿晚期发育
4!)溶 液 包 裹 体;主 成 矿 流 体 属 于 中 温、低 盐 度
4!)3()!3<%(/体系,流体经历了相分离作用;
(!)成矿流体氢、氧同位素特征表明,主成矿期
流体主要来自于基性岩浆去气形成的岩浆水,成矿
后混入了一定量的大气降水。硫同位素研究表明,
成矿流体中硫主要来自于荆山群变质岩;
(,)大庄子金矿床在赋矿围岩、矿化特征、控矿
构造性质等方面与胶东地区石英脉型和蚀变岩型金
矿床有一定区别,但是它们的成矿流体具有相似的
性质和相同的来源,暗示大庄子金矿床与胶东地区
其他矿床可能具有类似的成因机制。
志 谢 野外工作得到了山东黄金集团大庄子
(鑫汇)金矿地质科孙伟业工程师的大力协助,姜晓
辉、汪再聪提供了有益的讨论和建议,匿名审稿人提
出了宝贵修改意见,在此一并表示真挚感谢!
#$%$&$’($)
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N’N 矿 床 地 质 !"00年
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U,’,<#,63(H):3F35I3F6Z(,’!=,’+9+?,%=Y’8",9=#>9%B#<%)2
E&".D#B>(-,X=,"",:9E)#’.)&V"+>+B8N-2344Z20+<%&’,<9+%%,’8&D9$’&B&8+’,<8&"..+:&9,%9&D%=+X#<,D,<B,L[-]2*B+E+&"&8$(+;
O,+?9,3F(3H):3ZHI63Z2
EA&\!#’.R=#&KK26GG62K,9<A99,&’&’%=+8+’+%,<%$:+&D8&"..+;
:&9,%9,’K#C=A#’8C,L,’,’8#B+#,’X,’8.A<,%$[-]2E+&"&8$#’.
XB&9:+<%,’8,FZ(T):FJIT6(,’!=,’+9+?,%=Y’8",9=#>9%B#<%)2
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5ZJ第FG卷 第T期 刘 玄等:胶东大庄子金矿成矿流体及稳定同位素研究
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887 矿 床 地 质 6H44年
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社"$(&$#"周国发"#**,"大庄子金矿控矿构造(流体(成矿作用研究(硕士论文)
[2]"导师:邓军,吕古贤"北京:中国地质大学(北京)"$()-"朱大岗,吕古贤,邓 军,鲁安怀"$---"胶东大庄子金矿地质特征与
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