編者按：
今天為大家推薦《地質力學學報》2022年3期文章。此次推送的是王曉虎等作者的《南秦嶺爛木溝金礦床地球化學特征與礦床成因研究》。
作者：王曉虎, 郭濤, 李效壯, 廖華, 張文高, 趙新科, 賈鳳儀, 曹林傑
摘要: 爛木溝金礦位于陝西省旬陽縣境内，産于南秦嶺石泉-神河構造岩片中，受黑虎廟脆-韌性剪切帶控制。文章通過爛木溝金礦區域成礦背景、地質特征及礦床地球化學分析，初步探讨了爛木溝金礦床成因。爛木溝地區地層中黃鐵礦微量元素Co含量為67.60×10-6~208.00×10-6，Ni含量108.00×10-6~585.00×10-6，稀土元素總量2.16×10-6~22.90×10-6，礦石黃鐵礦中Co含量為317.00×10-6~751.00×10-6，Ni含量82.80×10-6~304.00×10-6，稀土元素總量4.04×10-6~51.74×10-6，礦石黃鐵礦中δ34S值為9.9‰~12.9‰，均值11.27‰，礦石黃鐵礦中鉛同位素206Pb/204Pb值為18.560~20.206，207Pb/204Pb值為15.668~15.708，208Pb/204Pb值為38.257~38.860，地層黃鐵礦中鉛同位素206Pb/204Pb值為18.502~20.086，207Pb/204Pb值為15.644~15.788，208Pb/204Pb值為38.475~38.907，礦石中石英的δ18OV-SMOW值為13.5‰~15.9‰，均值為14.7‰，δDV-SMOW值為-77.8‰~-71.3‰，均值為-74.55‰，礦石中黃鐵礦Re-Os等時線年齡202±12 Ma。結論認為爛木溝金礦成礦物質來源于地層中火山岩夾層，成礦流體為多來源，主體為建造水改造後的變質水。爛木溝金礦形成于晚三疊世末期—早侏羅世早期秦嶺造山帶碰撞後的伸展階段，成礦流體充填于脆-韌性剪切帶片理中，礦物沉澱富集，為造山型金礦。
關鍵詞：南秦嶺；爛木溝；金礦；地質特征；礦床成因
圖件及說明
圖 1 南秦嶺石泉—旬陽一帶地質構造略圖
秦嶺造山帶是中國重要的地理及地質分界，是華北闆塊和揚子闆塊之間的彙聚帶，也是一個巨型多金屬成礦帶。張國偉等(1995a, 1995b, 1997)将秦嶺造山帶劃分為華北闆塊南緣、秦嶺微闆塊和揚子闆塊北緣三大陸殼單元，研究區南秦嶺構造帶屬于秦嶺微闆塊，北以商丹縫合帶為界，南至勉略縫合帶(圖 1)。
圖 2 爛木溝金礦地質圖
圖 3 旬陽縣爛木溝實測構造剖面圖
區域性的斷裂和褶皺構造展布方向總體上與地層一緻，斷裂傾向北，傾角為65°~75°，局部發育閃長玢岩脈(圖 2a)。礦區範圍内斷裂和褶皺構造發育。斷裂走向北西西，傾向北北東，傾角一般是50°~80°。礦區層間褶皺較為發育，軸面北北東傾和南傾均有，傾角為65°左右。黑虎廟脆-韌性剪切帶為主要控礦構造，剪切帶長約9.6 km，寬度30~80 m，總體走向北西西，傾向北北東，傾角約70°(圖 3)。從剪切帶向兩側，岩石變形變質逐漸減弱，說明應變集中且強烈的區域有利成礦。剪切帶沿走向呈舒緩波狀，在爛木溝以東逐漸收縮變窄呈線狀(圖 2b)。黑虎廟剪切帶不僅在空間上控制着礦化蝕變帶的展布，而且還控制着圍岩蝕變的空間分帶。礦區岩石普遍經曆了區域動力變質作用，剪切帶内多見片岩，石英定向拉長，黃鐵礦呈條帶狀分布，平行于片理産狀。
圖 4 爛木溝金礦31号勘探線剖面圖
礦區内礦體主要有3條，分别為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号礦體，産于剪切帶内的蝕變黑雲母石英片岩或石英黑雲母片岩中，礦體總體呈南東東—北西西向展布，呈層狀、似層狀産出，具膨脹收縮、分枝複合現象。礦體産狀與地層産狀基本一緻，一般走向90°~110°，傾向北北東，傾角65°~75°。礦體平均厚度0.94~2.9 m，礦床Au平均品位2.48 g/t(圖 4)。
圖 5 爛木溝礦區地層中黃鐵礦及礦石中黃鐵礦和石英
樣品采自爛木溝礦區爛木溝剖面、廟溝剖面，研究過程中對礦石黃鐵礦和地層中的黃鐵礦進行了識别(圖 5)，并在挑樣過程進行差別。采樣位置見圖 3。
圖 6 爛木溝金礦礦石中的黃鐵礦Re-Os等時線年齡
此次對爛木溝金礦礦石中黃鐵礦進行Re、Os同位素測試，結果見表 5。采用ISOPLOT程式将測試資料進行計算，所得5個點等時線年齡為202±13 Ma，初始187Os/188Os為2.9±1.1(圖 6a)，序号1~4點等時線年齡202±12 Ma，初始187Os/188Os為3.08±0.68(圖 6b)。由于測試對象為黃鐵礦，礦物本身Re、Os含量低，造成等時線誤差較大。
圖 7 爛木溝金礦床礦石和地層中黃鐵礦稀土元素配分圖
礦區地層中黃鐵礦與礦石中黃鐵礦的微量元素含量變化趨勢總體一緻，但Co/Ni比值相差較大。Co和Ni是黃鐵礦中常見的微量元素，常以類質同象的形式替代黃鐵礦中的Fe，利用黃鐵礦Co、Ni元素含量及相關比值來探讨其形成環境和礦床成因。研究表明，内生和外生條件下形成的黃鐵礦具有不同的Co/Ni值，其中與火山成因有關的黃鐵礦其比值一般>1，通常5~50，平均為8.7；熱液成因的黃鐵礦1 < Co/Ni < 5，平均為1.7；沉積成因的黃鐵礦Co/Ni < 1，平均為0.63。此次測試地層中黃鐵礦Co/Ni < 1，顯示為沉積成因，說明這套變質岩系地層原岩為沉積岩系；礦石中黃鐵礦Co、Ni含量與之正好相反，w(Co)為317.00×10-6~751.00×10-6，w(Ni)為82.80×10-6~304.00×10-6，Co/Ni比值介于2.01~6.35，均值3.90，與熱液成因的黃鐵礦特征接近，5.44和6.35的比值顯示部分成礦物質來源可能與火山作用有關。稀土元素總體含量不高(表 1)，從稀土元素配分曲線看，輕稀土富集，礦石中與地層中黃鐵礦配分曲線總體不相同(圖 7)，稀土元素顯示物源與地層有關。
圖 8 石泉-旬陽金礦帶硫同位素分布圖
硫是大多數礦床中最重要的成礦元素之一，硫來源的研究可以為流體和物質來源提供重要資訊。因為在熱液成礦作用中存在同位素的分餾效應，使得熱液形成的硫化物δ34S值一般不等于熱液δ34SΣS值，是以在判斷硫源時，必須依據硫化物沉澱期間熱液的總硫同位素組成(δ34SΣS)(Ohmoto and Rye, 1997)。爛木溝金礦床的硫化物以黃鐵礦為主(90%以上)，訓示其主成礦期成礦流體具低氧逸度，且溶液中以某一種含硫原子團(H2S或SO42-)為主，這些金屬硫化物的δ34S基本上反映了熱液的δ34SΣS，是以，成礦熱液的δ34SΣS可以近似等于硫化物的δ34S。從硫同位素看，爛木溝金礦硫同位素組成穩定，訓示了礦石硫源的均一性，說明該礦床硫的來源較為均一。礦石δ34S值雖低于地層硫，但總體上顯示一定的親緣性。從圖 8看，礦石黃鐵礦中的δ34S值在沉積岩區、變質岩區範圍内。同時，礦帶西段羊坪灣礦床S同位素與礦帶東段爛木溝礦床S同位素較為接近。
圖 9 爛木溝金礦黃鐵礦鉛同位素構造模式圖
圖 10 爛木溝金礦鉛同位素Δβ-Δγ成因分類圖解
在206Pb/204Pb-207Pb/204Pb和206Pb/204Pb-208Pb/204Pb圖(圖 9)上，礦石鉛與地層鉛組成一緻，且鉛同位素的組成範圍較寬，資料集中在造山帶線附近及其與上地殼線之間，并更接近于造山帶線，表明了鉛的來源為混合來源。朱炳泉等(1998)研究發現通過207Pb/204P和208Pb/204Pb的變化能夠反映源區的變化，并且根據不同成因類型礦石鉛的資料和已知成因礦石鉛資料，提出不同成因類型的礦石礦物Δβ-Δγ圖解。依據樣品208Pb/204Pb和207Pb/204Pb相對于同時代地幔的208Pb/204Pb和207Pb/204Pb的偏內插補點Δβ和Δγ，做出爛木溝金礦黃鐵礦Pb同位素和地層岩石中Pb同位素的Δβ-Δγ圖解(圖 10)，資料點均落入上地殼與地幔混合的俯沖帶鉛範圍内。結合鉛同位素構造模式圖(圖 9)和Δβ-Δγ成因分類圖解(圖 10)，認為鉛源具有殼、幔混合特征。
圖 11 石泉-旬陽金礦帶成礦流體及旬陽地區地層流體δ18O-δD圖解
爛木溝金礦石英的δD值為-77.8‰~-71.3‰，δ18O水的值為0.5‰~2.9‰，在δ18O-δD關系圖上(圖 11)，礦區成礦流體的H-O同位素組成落在岩漿水和變質水附近，并且在雨水線與沉積岩區中間位置，與區域上矽質岩和地層中脈石英相比，局部較為接近，表明爛木溝金礦成礦流體具有多屬性，由于礦區地層為變質岩系，且含中基性火山岩夾層，由此推斷成礦流體主要源自建造水，後經曆區域變質作用及大氣降水的加入，在流體萃取火山岩層成礦物質的過程中，具備了岩漿水和變質水的屬性，顯示了混合源的特征，就成礦流體屬性而言，總體應屬變質流體。與羊坪灣金礦同位素對比，羊坪灣金礦流體更接近變質水與岩漿水。
文章結論
(1) 獲得爛木溝金礦礦石中黃鐵礦Re-Os同位素年齡為202±12 Ma，結合區域構造演化曆史和金礦成礦特征，推斷爛木溝金礦形成于晚三疊世末期—早侏羅世早期。
(2) 成礦流體來源于建造水和大氣降水，在區域變質和流體萃取成礦物質的過程中，具備了岩漿水和變質水的屬性，總體應屬變質流體；成礦物質來源于地層中基性火山岩夾層。
(3) 爛木溝金礦是在早古生代含金背景較高的地層基礎上，經擠壓變形和區域變質作用，流體萃取中基性火山岩系的成礦物質，之後沿韌性剪切帶向上運移，并在晚三疊世末期—早侏羅世早期秦嶺造山帶碰撞後的伸展階段，充填于脆-韌性剪切帶片理中，富內建礦，成礦類型為造山型金礦床。
第一作者介紹
王曉虎(1983—), 男, 博士, 副研究員, 主要從事構造與成礦研究。
E-mail: [email protected]
引用格式
王曉虎, 郭濤, 李效壯, 等, 2022. 南秦嶺爛木溝金礦床地球化學特征與礦床成因研究. 地質力學學報, 28 (3): 464-479. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021002
WANG Xiaohu, GUO Tao, LI Xiaozhuang, et al., 2022. A study on the geochemical characteristics and metallogenesis of the Lanmugou gold deposit in the South Qinling Belt, Shaanxi, China. Journal of Geomechanics, 28 (3): 464-479. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021002