摘要:通過對(duì)岱王山金礦床石英、方解石中流體包裹體、黃鐵礦S同位素和方解石C、O同位素特征研究,探討了成礦流體的性質(zhì)、物質(zhì)來源及礦床成因。結(jié)果表明:石英中流體包裹體分為氣液兩相包裹體(Ⅰ型)、含CO2三相包裹體(Ⅱ型)、純CO2相包裹體(Ⅲ型)3種類型,成礦流體總體具有中溫度(171 ℃~280 ℃)、低鹽度(5.4 %~11.7 %)及低密度(1.07~1.13 g/cm3)的性質(zhì),為H2O-CO2-CH4流體體系;估算成礦深度為2.1~3.0 km,屬于淺成礦床。δ34S值為-1.0 ‰~-0.9 ‰,表明成礦流體中硫來源于巖漿活動(dòng);δ13CV-PDB值為-8.4 ‰~-1.5 ‰,δ18OV-SMOW值為6.3 ‰~19.7 ‰,暗示碳、氧來源具有多源性。綜合成礦流體特征及成礦物質(zhì)來源,認(rèn)為岱王山金礦床成因類型為與古亞洲洋閉合造山有關(guān)的淺成造山型。
關(guān)鍵詞:岱王山金礦床;流體包裹體;礦床成因;淺成;造山型;同位素
中圖分類號(hào):TD11 P618.51 文章編號(hào):1001-1277(2024)03-0067-05
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:Adoi:10.11792/hj20240314
引 言
岱王山金礦床位于內(nèi)蒙古赤峰市敖漢旗東部,主要由岱王山金礦區(qū)與其西側(cè)的中井金礦區(qū)、東側(cè)的峰水山金礦區(qū)組成[1],是赤峰—朝陽金礦帶東北端重要的礦化集中區(qū)。大地構(gòu)造位置處于西伯利亞板塊與華北板塊碰撞的西拉木倫縫合帶向南側(cè)華北板塊北緣的過渡部位,即華北地臺(tái)北緣古生代陸緣增生帶內(nèi)[2-8]。
岱王山金礦床在賦礦地層及成礦巖漿侵入體方面,與華北板塊內(nèi)的金廠溝梁金礦床等老變質(zhì)巖或巖漿巖中的金礦床有明顯區(qū)別,礦體主要賦存在酒局子組的區(qū)域構(gòu)造蝕變帶內(nèi),與成礦有關(guān)的侵入體為晚二疊世石英二長巖,其成巖年齡為258 Ma±2 Ma[7]。與金廠溝梁等典型金礦床相比,岱王山金礦床整體理論研究程度較低。本文期望通過成礦流體及穩(wěn)定同位素的研究,為岱王山金礦床找礦勘探及成礦理論研究提供依據(jù)。
1 礦區(qū)地質(zhì)特征
岱王山金礦床位于興蒙造山帶南緣向華北板塊過渡部位,在傳統(tǒng)的大地構(gòu)造分區(qū)中處于內(nèi)蒙古中部地槽褶皺系(Ⅰ級(jí))、溫都爾廟—翁牛特旗加里東地槽褶皺帶(Ⅱ級(jí))、敖漢旗復(fù)向斜(Ⅲ級(jí))內(nèi)[1,6],西拉木倫河斷裂與赤峰—開原斷裂夾持部位,靠近赤峰—開原斷裂(見圖1-A)。
礦區(qū)出露地層主要為古生界上石炭統(tǒng)酒局子組(C2jj)、家道溝組(C2j),中生界下白堊統(tǒng)九佛堂組(K1jf)(見圖1-B)。酒局子組由碳質(zhì)板巖、變質(zhì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖組成;家道溝組為板巖、砂巖夾灰?guī)r條帶或透鏡體,沿北東向背斜核部帶狀展布;九佛堂組巖性為礫巖、砂巖、砂礫巖夾油頁巖。
礦區(qū)內(nèi)褶皺發(fā)育,隨主背斜f1同步彎曲,總體呈北東向展布,褶皺構(gòu)造屬Ⅲ級(jí)敖漢復(fù)向斜的Ⅳ級(jí)岱王山復(fù)背斜,該背斜褶皺頂部滑脫帶、層間破碎帶為含礦熱液提供容礦空間。斷裂以北東向?yàn)橹鳎员毕蚰蠟镕1、F2、F3、F4斷裂,這些斷裂均具有多期活動(dòng)、壓扭轉(zhuǎn)換的特點(diǎn),以及控巖、控礦作用;F5斷裂為北西向走滑斷裂,錯(cuò)斷F1、F2、F3、F4斷裂;F6斷裂走向近南北,斷裂內(nèi)及兩側(cè)常見基性、中酸性巖脈,為超殼斷裂,兩側(cè)見斷層崖。礦化一般產(chǎn)于斷裂相對(duì)發(fā)育區(qū),特別是兩組構(gòu)造的交會(huì)部位。
礦區(qū)內(nèi)侵入巖以晚侏羅世黑云母二長花崗巖為主,礦體常產(chǎn)在巖體的舌凸部位;另外,可見晚二疊世石英二長巖被晚侏羅黑云母二長世花崗巖侵入。巖脈較發(fā)育,以閃長巖脈為主,亦常見石英脈,與斷裂、巖體接觸帶密切相關(guān),常沿?cái)嗔褍蓚?cè)或巖體外接觸帶產(chǎn)出。
2 礦床地質(zhì)特征
2.1 礦體特征
礦體賦存于酒局子組下段,金礦化受區(qū)域蝕變帶控制。礦區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)4條蝕變帶,可以分為硅化蝕變帶、層間破碎蝕變帶2種類型,呈北東向或南北向展布。硅化蝕變帶受斷裂控制,表現(xiàn)為變質(zhì)砂巖破碎,硅化、赤鐵礦化、螢石化、孔雀石化及石英脈發(fā)育;層間破碎蝕變帶屬韌脆性剪切帶,表現(xiàn)為板巖韌性變形,孔雀石化、硅化、赤鐵礦化發(fā)育。
礦體受確定的層位控制,產(chǎn)于砂巖中,接觸帶為中基性巖脈。金礦化受構(gòu)造控制,產(chǎn)生于背斜核部,主要產(chǎn)在北東向構(gòu)造與次級(jí)北西向斷裂中。礦體類型包括石英脈型和層間破碎蝕變巖型。
2.2 礦石特征
礦石類型主要有含金石英脈型和含金黃鐵絹英巖化蝕變巖型。含金石英脈型礦石是最重要的礦化類型,黃鐵礦發(fā)育并呈星散狀分布,其間有密集石英細(xì)脈穿插,沿石英細(xì)脈發(fā)育細(xì)脈浸染狀黃鐵礦,局部可見團(tuán)塊狀方鉛礦,主要發(fā)育礦物為黃鐵礦、石英、鐵白云石、自然金等;含金黃鐵絹英巖化蝕變巖型礦石的主要礦物為石英、黃鐵礦、絹云母、方解石、綠泥石、自然金等,黃鐵礦呈稀疏浸染狀分布。
金屬礦物主要有黃鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦,其次是方鉛礦、黃銅礦、孔雀石、銅藍(lán)等。脈石礦物以長石、石英、方解石為主,其次為綠簾石、綠泥石、絹云母、重晶石、黑云母、高嶺土、角閃石等。金礦物主要為自然金,副礦物主要為磷灰石。礦石結(jié)構(gòu)包括交代結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)、固溶體分離結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造以脈狀構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造及浸染狀構(gòu)造為主,此外還可見塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造等。
2.3 圍巖蝕變
石英脈兩側(cè)為強(qiáng)硅化蝕變巖,圍巖蝕變以硅化、綠泥石化為主,由內(nèi)向外呈綠泥石化—綠簾石化—碳酸鹽化過渡,局部見絹云母化。硅化多呈細(xì)脈狀、浸染狀與網(wǎng)脈狀,黃鐵礦顆粒較細(xì),自形程度也相對(duì)較低。硅化的石英產(chǎn)狀多樣,形成的時(shí)間及溫度變化均較大。碳酸鹽化分布相對(duì)廣泛,碳酸鹽礦物常呈集合體狀分布在蝕變巖石中或呈細(xì)脈狀穿切原生礦物。
2.4 成礦期次
依據(jù)礦體地質(zhì)特征、巖脈穿插關(guān)系、礦物組合、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等特征,將岱王山金礦床成礦劃分為4個(gè)成礦期次與5個(gè)成礦階段:成礦早期的黃鐵礦、石英階段;主成礦期的石英硫化物階段;主成礦期的石英、黃鐵礦、黏土礦物階段;成礦晚期的石英碳酸鹽階段;成礦期后石英大脈階段。
3 流體包裹體特征
3.1 流體包裹體巖相學(xué)特征
將采集的岱王山金礦床含金石英、方解石及成礦晚期的石英大脈等6件樣品制成流體包裹體薄片,進(jìn)行巖相學(xué)及測溫研究,流體包裹體及激光拉曼光譜分析研究工作均在自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。
岱王山金礦床流體包裹體照片見圖2。顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn),該礦床的原生包裹體十分發(fā)育,結(jié)合室溫下相態(tài)特征,將其分為氣液兩相包裹體(Ⅰ型)、含CO2三相包裹體(Ⅱ型)和純CO2相包裹體(Ⅲ型)3種類型。
氣液兩相包裹體(Ⅰ型):是石英和方解石中主要包裹體類型。室溫(20 ℃)下,由水溶液及氣泡兩相組成,氣液兩相包裹體的氣液比普遍小于50 %,大多為10 %~25 %,該類包裹體形狀多樣,有長條狀、橢圓狀及不規(guī)則狀,粒度3~12 μm,平均為8 μm。
含CO2三相包裹體(Ⅱ型):室溫下呈水溶液、液相CO2及氣相CO2三相產(chǎn)出。CO2相占包裹體總體積的50 %~65 %,該類包裹體主要在石英和方解石流體包裹體中可觀察到,粒度8~17 μm,形態(tài)主要為橢圓狀和不規(guī)則狀。
純CO2相包裹體(Ⅲ型):發(fā)育較少,氣相CO2相占包裹體總體積的10 %左右,粒度8~14 μm,形態(tài)主要為近圓形。
3.2 流體包裹體顯微測溫
對(duì)不同成礦期次的包裹體樣品進(jìn)行顯微測溫試驗(yàn),結(jié)果顯示,主成礦期石英硫化物階段主要為氣液兩相包裹體(Ⅰ型),包裹體均一到液相時(shí),完全均一溫度為246 ℃~275 ℃,平均完全均一溫度為265 ℃,峰值集中在260 ℃~280 ℃(見圖3-a)。成礦晚期石英碳酸鹽階段以氣液兩相包裹體(Ⅰ型)為主,包裹體均一到液相時(shí),完全均一溫度為188 ℃~218 ℃,平均完全均一溫度為199 ℃。成礦期后石英大脈階段主要為氣液兩相包裹體(Ⅰ型),包裹體均一到液相時(shí),完全均一溫度為171 ℃~209 ℃,平均完全均一溫度為192 ℃。測溫結(jié)果表明,岱王山金礦床的流體完全均一溫度隨成礦過程的演化不斷降低,總體上屬于中溫?zé)嵋毫黧w。
根據(jù)不同階段期次流體包裹體的冰點(diǎn)溫度及POTTER等[9]提出的鹽度計(jì)算公式,可以計(jì)算相對(duì)應(yīng)階段期次的鹽度:主成礦期石英硫化物階段包裹體鹽度為5.4 %~7.4 %,平均值為6.2 %;成礦晚期石英碳酸鹽階段包裹體鹽度為7.4 %~8.4 %,平均值為7.8 %;成礦期后石英大脈階段包裹體鹽度為7.5 %~11.7 %,平均值為9.5 %(見圖3-b)。各階段鹽度計(jì)算結(jié)果顯示:岱王山金礦床流體鹽度隨成礦過程的演化不斷升高,總體上屬于低鹽度流體。
根據(jù)不同成礦階段流體包裹體的完全均一溫度及鹽度,結(jié)合密度計(jì)算公式[10-12],可以計(jì)算相對(duì)應(yīng)階段期次流體包裹體的密度。計(jì)算結(jié)果顯示:主成礦期石英硫化物階段流體包裹體密度為1.07~1.09 g/cm3,平均值為1.08 g/cm3;成礦晚期石英碳酸鹽階段流體包裹體密度為1.08~1.11 g/cm3,平均值為1.10 g/cm3;成礦期后石英大脈階段流體包裹體密度為1.11~1.13 g/cm3,平均值為1.12 g/cm3。岱王山金礦床流體的密度隨成礦過程的演化不斷升高,總體上屬于低密度流體。
根據(jù)以上結(jié)果,認(rèn)為岱王山金礦床的流體屬于中溫度、低鹽度、低密度的流體體系。
3.3 成礦壓力及深度
根據(jù)不同成礦階段流體包裹體的完全均一溫度及鹽度,結(jié)合壓力計(jì)算公式[13-15],可以計(jì)算相對(duì)應(yīng)階段期次流體包裹體的壓力。計(jì)算結(jié)果顯示:主成礦期石英硫化物階段流體包裹體壓力為25.6~29.5 MPa,平均值為27.8 MPa;成礦晚期石英碳酸鹽階段流體包裹體壓力為20.2~25.6 MPa,平均值為23.4 MPa;成礦期后石英大脈階段流體包裹體壓力為21.0~25.9 MPa,平均值為23.7 MPa。總體上反映了低壓成礦環(huán)境。
研究成礦深度對(duì)于確定礦床的成因類型及保存條件有重要的指導(dǎo)意義。當(dāng)流體包裹體的壓力小于40 MPa時(shí),可以直接利用公式H=P/10(H為成礦
深度(km),P為成礦壓力(MPa))對(duì)成礦深度進(jìn)行估算。岱王山金礦床不同階段期次的流體包裹體壓力均小于40 MPa,根據(jù)上式估算成礦深度,結(jié)果顯示:石英硫化物階段成礦深度為2.7~3.0 km;石英碳酸鹽階段成礦深度為2.1~2.6 km;成礦期后石英大脈階段成礦深度為2.1~2.6 km。計(jì)算結(jié)果表明,在成礦過程中,發(fā)生了抬升作用,總體上岱王山金礦床屬于淺成礦床。
3.4 激光拉曼光譜分析
對(duì)岱王山金礦床不同成礦期次流體包裹體中富CO2包裹體和氣液兩相包裹體的氣相部分進(jìn)行激光拉曼光譜分析,測試結(jié)果顯示,在激光拉曼譜圖中出現(xiàn)了4處(1 283.3 cm-1、1 287.0 cm-1、1 385.9 cm-1、2 918.3 cm-1)較強(qiáng)烈的波峰、1處(3 393.7 cm-1)較為微弱的波峰(見圖4),表明成礦流體的氣相成分主要以CO2和CH4為主,其次為H2O。綜合分析認(rèn)為,岱王山金礦床流體為H2O-CO2-CH4流體體系。
4 穩(wěn)定同位素研究
為了示蹤成礦流體中硫等成礦物質(zhì)來源,挑選了岱王山金礦床中的黃鐵礦進(jìn)行硫同位素測試分析,結(jié)果見表1。由表1可知:δ34S值為-1.0 ‰~-0.9 ‰,具有深源硫的特征[16],數(shù)值變化范圍較小,表明了成礦流體中硫的來源比較單一,主要來源于巖漿活動(dòng)。
劉世偉[7]對(duì)鄰區(qū)中井金礦床中的方解石進(jìn)行了碳、氧同位素測試分析,測試結(jié)果顯示,δ13CV-PDB值為-8.4 ‰~-1.5 ‰,平均值為-4.7 ‰;δ18OV-SMOW值為6.3 ‰~19.7‰,平均值為10.3 ‰。礦區(qū)內(nèi)方解石樣品的δ18OV-SMOW值與花崗巖的δ18OV-SMOW值(7 ‰~13 ‰)[17]更為接近,說明了成礦流體與花崗巖之間有著密切的聯(lián)系。δ18OV-SMOW-δ13CV-PDB圖解(見圖5)顯示,岱王山金礦床碳來源具有多源性,也說明了成礦流體來源與花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)之間關(guān)系密切,并且有部分來源于地層中碳酸鹽的溶解。
5 礦床成因
岱王山金礦床地處興蒙造山帶南緣,賦礦巖層為酒局子組下段,地層接觸面為金礦化的發(fā)育提供了有利場所;巖漿活動(dòng)為金礦床的形成提供了熱源和成礦物質(zhì),與成礦有關(guān)的石英二長巖成巖年齡為258 Ma±2 Ma,形成于與古亞洲洋閉合有關(guān)的造山后構(gòu)造背景[7];北東向構(gòu)造為巖漿及成礦流體提供了運(yùn)移通道和沉淀場所,是最主要的容礦構(gòu)造。
根據(jù)流體包裹體研究結(jié)果,岱王山金礦床流體屬于中溫度(171 ℃~280 ℃)、低鹽度(5.4 %~11.7 %)及低密度(1.07~1.13 g/cm3)的流體體系。該礦床成礦過程中流體的溫度不斷降低而鹽度和密度不斷增加,表明了流體在成礦過程中建造水有所增加。根據(jù)估算的成礦壓力(20.2~29.5 MPa)及成礦深度(2.1~3.0 km),認(rèn)為該礦床屬于淺成礦床。根據(jù)激光拉曼光譜分析結(jié)果,礦區(qū)成礦流體的氣相成分以CO2和CH4為主,其次為H2O,表明在成礦過程中可能有酒局子組地層的有機(jī)碳參與,使得成礦物質(zhì)運(yùn)移、沉淀并富集成礦。
岱王山金礦床中含金石英脈硫同位素測試結(jié)果顯示,δ34S值變化范圍較小,具有深源硫的特征,表明成礦流體中硫的來源比較單一,主要來源于巖漿活動(dòng);根據(jù)鄰區(qū)中井金礦床中的方解石碳、氧同位素測試分析結(jié)果,認(rèn)為碳、氧來源具有多源性,與花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)之間關(guān)系密切,并且有部分來源于地層中碳酸鹽的溶解。
綜上所述,岱王山金礦床與造山型金礦床[19-20]的特征相似,成因類型為與古亞洲洋閉合造山有關(guān)的淺成造山型。
6 結(jié) 論
1)岱王山金礦床流體屬于中溫度(171 ℃~280 ℃)、低鹽度(5.4 %~11.7 %)及低密度(1.07~1.13 g/cm3)的流體體系。在成礦過程中流體的溫度不斷降低而鹽度和密度不斷增加,表明了流體在成礦過程中建造水有所增加。
2)激光拉曼光譜分析結(jié)果顯示,成礦流體的氣相成分以CO2和CH4為主,其次為H2O,為H2O-CO2-CH4流體體系,具有造山型金礦床流體特征。
3)黃鐵礦的δ34S值為-1.0 ‰~-0.9 ‰,硫來源于巖漿活動(dòng);δ13CV-PDB值為-8.4 ‰~-1.5 ‰,δ18OV-SMOW值為6.3 ‰~19.7 ‰,碳、氧來源具有多源性。
4)岱王山金礦床估算成礦深度為2.1~3.0 km,綜合成礦流體特征及成礦物質(zhì)來源,認(rèn)為成因類型為與古亞洲洋閉合造山有關(guān)的淺成造山型。
[參 考 文 獻(xiàn)]
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Fluid inclusion characteristics and genesis of Daiwangshan Gold Deposit in Aohan Banner,Inner Mongolia
Qi Yuning1,Sun Guosheng1,F(xiàn)eng Desheng2,Ma Dong1,Li Xue1,Sun Jiuda1,Wu Shengbao1
(1.College of Earth Sciences,Jilin University;2.Organization Department of Longsha District Committee of Qiqihar City)
Abstract:Based on the study of fluid inclusion,S isotope of pyrite,and C and O isotope of calcite in quartz and calcite in Daiwangshan Gold Deposit,the properties of ore-forming fluid,material source,and deposit genesis are discussed.The results show that fluid inclusions in quartz can be divided into 3 types:gas-liquid two-phase inclusions (type Ⅰ),CO2-containing three-phase inclusions (typeⅡ ),and pure CO2-phase inclusions (type Ⅲ).The ore-forming fluid has the characteristics of medium temperature (171 ℃-280 ℃),low salinity (5.4 %-11.7 %),and low density (1.07-1.13 g/cm3).It is a H2O-CO2-CH4 fluid system.The metallogenic depth is estimated to be 2.1-3.0 km,belonging to the shallow deposit.The δ34S values range from -1.0 ‰ to -0.9 ‰,indicating that the sulfur in the ore-forming fluid originates from magmatic activity; the δ13CV-PDB values range from -8.4 ‰ to -1.5 ‰,and the δ18OV-SMOW values range from 6.3 ‰ to 19.7 ‰,suggesting that the sources of carbon and oxygen were multi-source.Based on the characteristics of ore-forming fluid and sources of ore-forming materials,it is considered that the genesis type of Daiwangshan Gold Deposit is a shallow orogenic type related to the closed orogenic paleo-Asian Ocean.
Keywords:Daiwangshan Gold Deposit;fluid inclusions;deposit genesis;shallow;orogenic type;isotope
收稿日期:2023-04-19;" 修回日期:2023-05-09
基金項(xiàng)目:中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心項(xiàng)目(WKZB1911BJM300369/006,WKZB2011BJM300175/016);國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41572056)
作者簡介:齊雨寧(1996—),女,碩士研究生,研究方向?yàn)榈V物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué);E-mail:644146879@qq.com
*通信作者:馮德勝(1989—),男,工程師,碩士,從事地質(zhì)工作;E-mail:1016176280@qq.com