丁坤，王瑞廷，王智慧，劉凱，申喜茂

(1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714099；2.陜西省礦產(chǎn)資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710054；3.西北有色地質(zhì)礦業(yè)集團有限公司，陜西 西安 710054；4.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；5.商洛西北有色七一三總隊有限公司，陜西 商洛 726000；6.西安西北有色地質(zhì)研究院有限公司，陜西 西安 710054)

卡林型金礦床是因19世紀(jì)60年代在美國內(nèi)華達州卡林鎮(zhèn)薄層碳質(zhì)粉砂質(zhì)碳酸鹽巖中發(fā)現(xiàn)微細(xì)浸染狀金礦床而得名，繼而在美國內(nèi)華達州、猶他州、中國滇黔桂及陜甘川等地區(qū)又發(fā)現(xiàn)了大量同類型的金礦床。在四川省西北地區(qū)于20世紀(jì)80年代首次發(fā)現(xiàn)聯(lián)合村金礦，其成礦特征與美國內(nèi)華達卡林型金礦高度相似，因而被認(rèn)為是卡林型金礦床。之后在陜甘川交界區(qū)發(fā)現(xiàn)了大量該類型礦床。目前，關(guān)于卡林型金礦的研究已經(jīng)涉及到礦石元素組合、金賦存狀態(tài)、成礦物質(zhì)來源、成礦時代、成礦作用和礦床成因等諸多方面(Cline et al.，2005；Mntean et al.，2011)。

柞水-山陽礦集區(qū)是中國重要的銅金多金屬礦集區(qū)，在山陽-鳳鎮(zhèn)斷裂的南北兩側(cè)分布有二臺子-鳳鎮(zhèn)-夏家店和青林溝-王家溝-廟梁卡林-類卡林型金礦成礦帶(王瑞廷等，2008；方維萱等，2013；丁坤等，2021)。王家坪金礦床位于二臺子-鳳鎮(zhèn)-夏家店卡林-類卡林型金礦成礦帶中，是該區(qū)具有代表性的金礦床之一。2011年起，西北有色地質(zhì)礦業(yè)集團持續(xù)在該礦集區(qū)進行物探、化探和地質(zhì)勘查等找礦工作，目前已發(fā)現(xiàn)夏家店、龍頭溝等多個大中型金礦床。在王家坪礦區(qū)6條成礦帶中共圈出8條金礦體，估算331+332+333金金屬資源量5.77 t，礦床規(guī)模已達中型，找礦潛力巨大。前人對王家坪金礦床的地質(zhì)背景、金的賦存狀態(tài)、礦床地球化學(xué)、成礦機制、礦床成因和成礦規(guī)律等進行了研究，積累了寶貴的研究資料(胡西順等，2012；邵樂奇，2017)。但是通常運用巖石地球化學(xué)及碳、氫、氧等同位素地球化學(xué)分析來探討金礦床成礦物質(zhì)來源(劉新偉等，2016；Ma et al.，2018)。近20年來，微區(qū)原位分析等先進測試技術(shù)手段在卡林型金礦床成礦作用和礦床成因等研究中得到了快速發(fā)展和應(yīng)用，取得了重要進展和突破(邵樂奇，2017；李建新等，2019)。

筆者在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，開展了詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查工作，結(jié)合室內(nèi)鏡下鑒定，首次采用硫化物原位微區(qū)微量元素及硫同位素研究，探討黃鐵礦成因及成礦物質(zhì)來源，約束金礦床成因，進而為該區(qū)下一步找礦勘查及研究工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

秦嶺造山帶東、西兩段在構(gòu)造演化、物質(zhì)組成和基底屬性上差異明顯，故以徽縣-成縣盆地為界，東部為東秦嶺，西部為西秦嶺(馮益民等，2003)。在地理上以寶成鐵路為界，西側(cè)稱為西秦嶺，東側(cè)稱為東秦嶺。柞水-山陽礦集區(qū)位于秦嶺造山帶南部，其大地構(gòu)造歸屬為中秦嶺弧前盆地系(王宗起等，2002，2009)，為中國重要的多金屬礦集區(qū)之一。區(qū)域性山陽-鳳鎮(zhèn)斷裂和鎮(zhèn)安-板巖鎮(zhèn)斷裂東西向貫穿全區(qū)，控制了區(qū)內(nèi)主要礦產(chǎn)的分布，對沉積環(huán)境及成礦后期構(gòu)造熱液的強烈改造起著重要的制約作用。在該礦集區(qū)先后已發(fā)現(xiàn)了20余個大小不等的金礦床(點)，主要分布在山陽-鳳鎮(zhèn)斷裂南北兩側(cè)。例如，二臺子、龍頭溝、夏家店和王家坪等大-中型金礦床。

王家坪金礦床位于陜西省山陽縣十里鎮(zhèn)，礦區(qū)出露地層較為復(fù)雜，以泥盆系為主，與礦區(qū)東北側(cè)寒武系—奧陶系石甕子組白云巖呈斷層或不整合接觸。地層由老到新依次為：下泥盆統(tǒng)饅頭山組(D3m)、中泥盆統(tǒng)大楓溝組(D2d)、古道嶺組(D2g)、上泥盆統(tǒng)星紅鋪組(D3x)(圖1)。上泥盆統(tǒng)星紅鋪組(D3x)主要為一套淺變質(zhì)黏土巖夾碳酸鹽巖地層，沉積環(huán)境為濱海河口灣相，巖性為泥砂質(zhì)灰?guī)r與鈣質(zhì)板巖互層，夾少量千枚巖，王家坪金礦體主要賦存在星紅鋪組中。

圖1 (a)柞水-山陽礦集區(qū)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)圖(據(jù)劉凱等，2019)及(b)王家坪金礦區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)邵樂奇，2017)Fig.1 (a)Location map of the Zhashui-Shanyang ore concentration area and (b)Geological sketch of the Wangjiaping gold deposit

礦區(qū)褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要包括紙房溝-瓦房店-中村背斜和饅頭山-大坪-銀花河斷裂。饅頭山-大坪-銀花河斷裂呈東西向分布，長4.7 km，寬1～10 m，整體傾向北，傾角為72°～84°，具逆斷層性質(zhì)，為本區(qū)主要控礦構(gòu)造。

礦區(qū)北部出露板山巖體，面積約20 km2，是區(qū)域最大的復(fù)式巖體。其巖石類型有二長花崗巖、花崗閃長巖和鉀長花崗巖，屬鈣堿性弱過鋁質(zhì)花崗巖，巖體內(nèi)及附近圍巖蝕變均極弱，與其有關(guān)的礦產(chǎn)尚未發(fā)現(xiàn)。其中，地表出露最廣的為二長花崗巖和鉀長花崗巖。吳發(fā)富等(2013)通過鋯石(SHRIMP)法測得鉀長花崗巖年齡為730 Ma。

目前，在區(qū)內(nèi)共圈出了8條礦體，各礦體均呈近東西向展布，產(chǎn)狀近于一致，平行產(chǎn)出。其中，Ⅱ-1礦體規(guī)模較大(圖2)，Ⅱ-1號礦體上盤圍巖為灰?guī)r、含泥灰?guī)r和鈣質(zhì)板巖，礦體下盤基本為灰?guī)r；礦體呈透鏡狀產(chǎn)出，近東西向展布，總體傾向北，產(chǎn)狀為353°～13°∠73°～83°。Au品位為1.0×10-6～8.0×10-6，平均品位為4.35×10-6，厚度較穩(wěn)定，成礦后斷裂對礦體影響較小，未見脈巖錯斷礦體的現(xiàn)象。

1.第四紀(jì)坡積物；2.灰?guī)r；3.鈣質(zhì)板巖；4.構(gòu)造角礫巖；5.蝕變帶；6.金礦體；7.鉆孔圖2 王家坪金礦床Ⅱ-1 號礦體剖面地質(zhì)圖(邵樂奇，2017)Fig.2 Section of No.2-1 orebody of the Wangjiaping gold deposit

根據(jù)顯微鏡下鑒定，王家坪金礦礦石礦物組成較為簡單。非金屬礦物主要為方解石、石英、白云石、絹云母、綠泥石等；金屬礦物主要為黃鐵礦、雌黃、雄黃，其次為黝銅礦、輝銻礦、閃鋅礦、方鉛礦、毒砂、褐鐵礦、自然金等(圖3)，黃鐵礦和雌黃是王家坪金礦床最主要的載金礦物；礦石結(jié)構(gòu)主要為自形-半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)(圖3e、圖3f)；礦石構(gòu)造主要為角礫狀構(gòu)造(圖3b)、塊狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造(圖3c)、星點狀構(gòu)造(圖3e)，部分為稀疏浸染狀、浸染狀-稠密浸染狀構(gòu)造，少量為環(huán)帶狀構(gòu)造、草莓構(gòu)造；圍巖蝕變比較普遍，主要有硅化、碳化、鐵碳酸鹽化；黃鐵礦化、硅化、雌黃化與成礦關(guān)系最密切，其次是鐵碳酸鹽化、雄黃化。

根據(jù)礦床地質(zhì)特征、脈體穿插關(guān)系、礦物共生組合及其結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征，將王家坪金礦床成礦作用過程劃分為早、中、晚3個主要階段。

(1)石英硅化階段(早階段)：為金礦化初始階段，可見大規(guī)模的乳白色石英脈分布在斷裂構(gòu)造中，除少量黃鐵礦外，未見金屬硫化物(圖3a)。

(2)石英-方解石-硫化物階段(中階段)：是金礦化集中階段，主要由石英、黃鐵礦、方解石、雌黃和雄黃組成，可見少量的毒砂、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦等礦物；脈體兩側(cè)地層蝕變較強，以硅化、雌黃化、黃鐵礦化最為顯著(圖3b、圖3c)。

(3)碳酸鹽化階段(晚階段)：代表著礦化結(jié)束，可見方解石及碳酸鹽細(xì)脈交代主成礦階段雄黃、雌黃、石英(圖3f)。

2 樣品采集與分析方法

2.1 硫化物微量元素組成

本次樣品分別采自王家坪金礦床ZK3504 和 PD1036 坑道，礦石及圍巖樣品新鮮無風(fēng)化現(xiàn)象。系統(tǒng)采集坑道及鉆孔巖心成礦中、晚階段的石英、黃鐵礦和方解石脈樣品16件。黃鐵礦微量元素在北京科薈測試技術(shù)有限公司采用LA-ICP-MS 進行原位測試分析，測試采用澳大利亞Resolution Excimer 193 nm準(zhǔn)分子激光探針的Nu Plasma高分辨率多接受等離子質(zhì)譜分析儀對硫化物進行多元素定量分析。分析過程中采取激光束斑直徑為35 μm，重復(fù)的激光脈沖為10 Hz，激光能量密度為9.0 J/cm2進行斑點式剝蝕，以氦氣為載氣。每個樣點的分析時間為60s，背景分析時間為20s，樣品連續(xù)剝蝕分析時間為40s。測試過程中每剝蝕10～15個樣品點后，以2個NIST 610及2個MASS-1標(biāo)準(zhǔn)樣品作為外部標(biāo)樣來進行校正，以保證儀器的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。采用ICPMSDataCal 軟件進行各元素含量計算。測試元素包括：Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Mo、Ag、Cd、Au、Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Hg、Tl、Pb、Bi、In、Sn、Sb、W等24種。

a.黃鐵礦化石英砂巖；b.雄黃化構(gòu)造角礫巖；c.雌黃化石英砂巖；d.石英-雄黃脈；e.石英-黃鐵礦階段；f.方解石脈交代雌黃、石英；Orp.雌黃；Py.黃鐵礦；Rar.雄黃；Cal.方解石；Qz.石英圖3 王家坪金礦床礦石組分特征及成礦階段礦物特征圖Fig.3 Ore composition characteristics and mineralogical characteristics of Wangjiaping gold deposit

2.2 硫同位素特征

黃鐵礦硫同位素原位微區(qū)分析都是在標(biāo)準(zhǔn)探針片上完成。硫同位素LA-MC-ICPMS原位測試分析在北京科薈測試技術(shù)有限公司進行，實驗儀器為配備Photon Machine Analyte G2型激光探針和Nu Plasam HR高分辨率多接受等離子質(zhì)譜分析儀。所測元素采用的激光斑束直徑為30 μm、頻率為4 Hz，激光能量密度為3.4 mJ/cm2進行斑點式剝蝕，以氦氣為載氣，在氣體以0.41/min氣流速率運移至ICP-MS之前先同氦氣均勻混合。每個樣點的分析時間包括20 s背景分析和50～60 s的樣品連續(xù)剝蝕，分析點位置都靠近硫化物微量元素原位分析點。

3 分析結(jié)果

3.1 黃鐵礦微量元素組成

對王家坪金礦床不同成礦階段的黃鐵礦采用微量元素LA-ICP-MS測試分析，相關(guān)結(jié)果見表1。在所分析的微量元素中，部分親銅、親鐵元素(Ti、Se、Te、Cu、Co、Ni、As、Ag、Pb)的含量基本分布于儀器檢測限之上。分析結(jié)果表明，王家坪金礦床中成礦中階段(PyII)和晚階段黃鐵礦(PyIII)的微量元素含量存在較大差異。

PyII中Au含量為0.01×10-6～4.73×10-6，平均值為1.22×10-6，As含量為43.35×10-6～4 645.79×10-6，平均值為1 649.19×10-6，Se含量為4.52×10-6～22.07×10-6，平均值為11.73×10-6，Co含量為0.24×10-6～1 637.93×10-6，平均值為426.25×10-6，Ni含量為64.98×10-6～2 157.17×10-6，平均值為1 191.30×10-6。

PyIII中Au 含量為0.006×10-6～0.258×10-6，平均值為0.015×10-6，As含量為3.79×10-6～148.14×10-6，平均值為37.92×10-6，Se含量為4.99×10-6～8.71×10-6，平均值為7.55×10-6，Co含量為1.48×10-6～244.24×10-6，平均值為75.37×10-6，Ni含量為9.28×10-6～355.80×10-6，平均值為88.22×10-6。

總體來看，王家坪金礦床成礦中階段和成礦晚階段黃鐵礦中相似的微量元素含量相差巨大，成礦中階段黃鐵礦中的Au、Se、Co、Ni和As含量均高于成礦晚階段黃鐵礦。

從黃鐵礦元素的相關(guān)性圖解中可知(圖4)，Au與Cu、Co、Ni、As和Sb呈較好的正相關(guān)關(guān)系，是由于金礦物與黝銅礦、硫銅銻礦等硫化物密切相關(guān)，而與Ag相關(guān)性不明顯，表明Au的富集與含Ag顯微包體關(guān)系不明顯。

a.Au-Sb;b.Au-Ag;c.Au-As;d.Au-Cu;e.Au-Ni;f.Au-Co 圖4 王家坪金礦黃鐵礦的部分微量元素相關(guān)性圖解Fig.4 Correlation diagram of some trace elements in pyrite of the Wangjiaping gold mine

3.2 硫同位素組成

王家坪金礦床礦石及圍巖的硫化物δ34S值分析結(jié)果見表2、圖5。

圖5 王家坪金礦床硫同位素直方圖Fig.5 Sulfur isotope histogram of Wangjiaping gold deposit

表2 王家坪金礦床礦石、圍巖硫化物的硫同位素組成表(‰)Tab.2 Sulfur isotope composition of ore /surrounding rocksulfide in Wangjiaping gold deposit (‰)

研究區(qū)礦石礦物以黃鐵礦和雄黃為主，礦物組合較簡單，故礦區(qū)黃鐵礦和雄黃的δ34S平均值可代表成礦熱液的硫同位素組成。礦石中黃鐵礦的δ34S值為-28.5‰～20.33‰，平均值為3.85‰，極差為48.83‰；一件雄黃樣品的δ34S值為1.71‰。圍巖中黃鐵礦的δ34S值為5.32‰～28.07‰，平均值為20.33‰。

礦床中黃鐵礦的硫同位素組成變化很大，該礦床的硫化物δ34S值為-28.5‰～20.33‰，平均值為5.66，各個成礦階段硫化物δ34S值略有不同。其中，成礦早階段黃鐵礦的δ34S值為-1.51‰～12.8‰，平均值為7.81‰，極差為13.31‰；一件雄黃樣品的δ34S值為1.71‰。成礦中階段黃鐵礦的δ34S為-28.5 ‰～-19.95‰，平均值為-24.73‰，極差為8.55‰。成礦晚階段黃鐵礦的δ34S值為11.91‰～20.33‰，平均值為16.98‰，極差為8.42‰。

4 討論

4.1 黃鐵礦成因

對于金屬礦床常用礦石或硫化物中的Co、Ni含量及Co/Ni值作為礦床分類的根據(jù)，Co、Ni含量及Co/Ni值的變化可指示礦床成因類型及成礦作用。

前人研究顯示，沉積成因黃鐵礦中Co/Ni值<1，巖漿成因黃鐵礦的Co/Ni值多>5，巖漿熱液成因黃鐵礦的Co/Ni值為1～5，變質(zhì)熱液成因的黃鐵礦Co/Ni值更接近于沉積成因的黃鐵礦，一般<1，與火山巖有關(guān)的礦床中黃鐵礦Co、Ni含量較高，Co/Ni值一般都大于5(Middlemost，1994；Thomas et al.，2011；杜亞龍等，2017)。

通過對比發(fā)現(xiàn)，王家坪金礦床中成礦中、晚階段的Co、Ni含量組成不盡相同。成礦中期黃鐵礦中Co、Ni含量較高，Co含量為0.24×10-6～1 637.93×10-6，平均值為426.25×10-6，Ni含量為64.98×10-6～2 157.17×10-6，平均值為1 191.30×10-6；0.003

成礦晚期黃鐵礦中Co含量低，為1.48×10-6～244.24×10-6，平均值為75.37×10-6，而黃鐵礦中Ni含量較高，為9.28×10-6～355.80×10-6，平均值為88.22×10-6，0.02

4.2 成礦物質(zhì)來源

自然界硫同位素主要有3個儲存庫：一是幔源硫或巖漿硫，δ34S值通常為0±3‰；二是海水硫，現(xiàn)代海水δ34S值接近于20‰；三是沉積物中的還原硫，該類δ34S值極差大且具有較大的負(fù)值，δ34S值為-40‰～+50‰(邢波等，2016)。

王家坪金礦床早階段硫化物樣品的δ34S值基本落在隕石硫范圍內(nèi)，顯示出巖漿硫特征；而中階段的δ34S值變化范圍小，出現(xiàn)較大負(fù)值，表明該階段的硫具有多來源的特點；晚階段黃鐵礦δ34S值(δ34S=11.91‰～20.33‰，平均值為16.98‰)低于圍巖(δ34S=5.32 ‰～28.07‰，平均值為20.33‰)，可能成礦物質(zhì)中有賦礦圍巖的加入。綜上所述，成礦物質(zhì)可能來源于深部巖漿，有地殼物質(zhì)的加入，顯示混合來源特征。

4.3 礦床成因

秦嶺造山帶是一個經(jīng)歷了多期構(gòu)造-巖漿熱作用的復(fù)合大陸碰撞造山帶，蘊藏著豐富的金礦，成礦潛力巨大，引起了國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注和研究。不同學(xué)者將該地區(qū)金礦床成因類型主要分為造山型、卡林型、類卡林型3種。陳衍景等(2004)依據(jù)賦礦圍巖和成礦元素相似性、成礦溫度、流體鹽度、壓力及成礦深度等方面，認(rèn)為秦嶺地區(qū)金礦與內(nèi)華達卡林-類卡林型金礦一致。Mao等 (2002)根據(jù)賦礦圍巖時代和空間關(guān)系認(rèn)為秦嶺北部地區(qū)的金礦礦體與典型的造山型金礦特征相似，秦嶺南部金礦主要表現(xiàn)為構(gòu)造控礦的微細(xì)浸染狀礦化特征。柞-山礦集區(qū)金礦床從南到北有2條金礦帶：沿山陽-鳳鎮(zhèn)斷裂南側(cè)分布有二臺子-鳳鎮(zhèn)-夏家店卡林-類卡林型金礦帶(王瑞廷等，2008；方維萱等，2013)，山陽-鳳鎮(zhèn)斷裂北側(cè)分布有青林溝-王家溝-廟梁金礦帶。位于青林溝-王家溝-廟梁成礦帶中的大西溝-銀硐子金銀多金屬礦田外圍為類卡林型金礦分布區(qū)(方維萱等，2013)。例如，青林溝、下梁子和王家溝等卡林-類卡林型金礦床。

王家坪金礦礦石主要為蝕變沉積巖型，金屬礦物主要為黃鐵礦，其次為雌黃、雄黃；非金屬礦物主要有石英、方解石，其次為白云母、絹云母、綠泥石；多為微細(xì)浸染狀角礫狀、碎裂狀構(gòu)造；與金成礦關(guān)系密切的蝕變?yōu)楣杌?、方解石化和雌黃、雄黃化。通過與全球范圍類典型的卡林型金礦床、造山型金礦及類卡林型金礦對比可知(表3)，王家坪金礦賦存在沉積建造中，金以不可見金為主，成礦溫度為中-低溫環(huán)境，成礦物質(zhì)以巖漿熱液為主，混入少量圍巖，其在地質(zhì)背景、賦礦圍巖及成礦流體來源等方面與內(nèi)華達卡林型金礦相似。綜上所述，筆者研究認(rèn)為，柞-山礦集區(qū)王家坪金礦具與巖漿熱液密切相關(guān)的卡林型金礦床的特征屬性。

5 結(jié)論

(1)王家坪金礦床賦礦圍巖主要為不純碳酸鹽巖，礦體明顯受斷裂構(gòu)造控制，與Au、As、Hg、Sb等元素密切共生；金屬礦物為黃鐵礦、雌黃、雄黃；非金屬礦物主要有石英、方解石、白云母、絹云母、綠泥石等；礦石多呈微細(xì)浸染狀角礫狀、碎裂狀構(gòu)造；與金成礦關(guān)系密切的蝕變?yōu)楣杌?、方解石化和雌黃、雄黃化，類似于卡林型金礦床。

(2)王家坪金礦床早階段硫化物樣品的δ34S值為-1.51‰～12.8‰，基本落在隕石硫范圍內(nèi)，顯示出巖漿硫特征；而PyII的δ34S值變化范圍小，為-28.5 ‰～-19.95‰，具有多來源的特點；PyIII的δ34S值分布在11.91‰～20.33‰，顯示PyIII中有賦礦圍巖的加入。

(3)在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合黃鐵礦微量元素組成，認(rèn)為該礦床成礦中階段黃鐵礦中的Au、Se、Co、Ni和As含量均高于成礦晚階段黃鐵礦，黃鐵礦的Co、Ni含量組成暗示其成因與巖漿作用和沉積作用有關(guān)。