云南老王寨金矿的深部地质过程——来自显微岩相学和元素地球化学的证据

刘显凡，楚亚婷，卢秋霞，赵甫峰，李春辉，肖继雄，董 毅

1.成都理工大学地球科学学院，成都 610059 2.南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室，南京 210093

云南老王寨金矿的深部地质过程
——来自显微岩相学和元素地球化学的证据

刘显凡1，2，楚亚婷1，卢秋霞1，赵甫峰1，李春辉1，肖继雄1，董 毅1

1.成都理工大学地球科学学院，成都 610059 2.南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室，南京 210093

通过老王寨金矿围岩、蚀变岩石、矿石的显微岩相学和元素地球化学的系统研究发现：伴随硅化、碳酸盐化等蚀变和硫化物矿化，岩（矿）石中发育沿粒间、裂隙或角闪石解理纹贯入或穿插的黑色不透明超显微隐晶，经电子探针、扫描电镜和能谱分析鉴定，该固体物质主要由超显微晶石英、硅酸盐、碳酸盐、硫化物以及呈熔离交生关系的金红石、白钨矿和镜铁矿（磁铁矿）组成；熔离交生结构与沉淀共晶结构共存的特有岩相学特征指示成矿流体具备由熔体性质向热液性质转化的特性。结合岩（矿）石稀土微量元素研究，认为这种在透射光显微镜下呈黑色不透明的超显微隐晶固体物质，是具熔浆流体特点和超临界流体性质的地幔流体引发交代蚀变的直接微观表现之一；在交代蚀变过程中其性质由熔浆向地壳热液过渡，同时与地壳物质发生混染而有利于成矿作用的进行。

显微岩相学；超显微隐晶固体；深部过程；地球化学；壳幔混染；老王寨金矿

0 前言

老王寨金矿位于云南省镇源县境内、哀牢山金成矿带北段中部，已探明金储量近100t，矿石平均品位在5.0×10－6左右［1］，开采条件好，矿石品位高，选冶性能良好。从20世纪80年代初发现并开采至今，前人对该矿床的地质地球化学研究已积累了丰富的资料，其成因有火山热液论［2］、变质热液论［3］、岩浆热液论［4］、构造蚀变论［1］及地幔和岩浆去气成矿论［5－6］；尤其是梁业恒和孙晓明等［7］依据矿体含金石英脉中流体包裹体的系统研究，认为老王寨金矿的成矿流体为地幔深源流体演化的产物，矿床特征符合喜马拉雅期碰撞造山型金矿的成矿特点。这些观点有一个共识是：参与金成矿作用的流体主要为异地来源的深部流体或壳幔混合流体；争议的问题在于：1）提供深部流体的源在哪里？是深部地壳还是地幔？2）深部流体的属性如何？是熔浆流体还是热液流体亦或地幔流体演化导致的壳幔混合流体？3）成矿物质的主要来源和方式如何？是深源流体直接提供成矿物质还是深源流体活化地壳岩石中的成矿物质？笔者通过对矿床中主要岩（矿）石的岩相学和元素地球化学研究，结合电子探针及扫描电镜和能谱分析，重点探讨了蚀变煌斑岩中发现的黑色不透明超显微隐晶固体与成矿流体的成因关系，认为该超显微隐晶固体是伴随煌斑岩浆沿深大断裂上涌至地壳参与成矿的地幔流体作用的微观表现；并以此为线索，进一步揭示了这一作用过程中流体物质组成和结构特征演变以及由其引发壳幔物质混染成矿的可能机制。

1 区域地质概况

研究区属滇西三江褶皱带内的哀牢山金－多金属成矿带，位于红河深大断裂、哀牢山深大断裂带和九甲－墨江深大断裂带之间夹持的构造－岩浆－（沉积）变质带内。云南老王寨金矿即位于九甲－墨江深大断裂带东侧上盘的浅变质岩系中（图1），由总体呈北西－南东向延伸的浪泥塘、冬瓜林、老王寨、搭桥箐和库独木5个矿段组成。笔者重点研究老王寨矿段和冬瓜林矿段。出露地层主要有泥盆系、石炭系和三叠系，主要岩性有绢云母板岩、变质石英杂砂岩等，岩浆岩主要有煌斑岩、蚀变超基性岩、蚀变玄武岩和石英斑岩等。

区内断裂构造大体分为北西向一级断裂、北西西向二级断裂和北东向三级断裂，老王寨金矿即产于二级断裂中，严格受断裂构造控制［1］。该区域主要的3条深大断裂带具有长期活动特点，都相应伴随强烈的构造－岩浆－流体活动。已有的研究［8－9］表明，在晚古生代，构造运动主要表现为拉张与断陷，而从华力西晚期到印支期则转为以挤压活动为主，进入燕山期则表现为先挤压后拉张，到喜山期则表现为推覆运动为主，进入碰撞造山过程，可分为主碰撞（65～41Ma）、晚碰撞（40～26Ma）和后碰撞3个阶段。其中晚碰撞期成矿作用强烈发育，主要集中于高原东缘的构造转换带，成矿高峰期集中于（35± 5）Ma，与此相关的剪切带型金成矿事件，即形成著名的哀牢山大型Au矿带。可见，老王寨金矿发育于陆内转换造山环境，受大规模走滑－推覆－剪切作用控制，并受控于统一的深部作用过程，与软流圈上涌导致的幔源或壳幔混源岩浆及相关的流体活动密切相关。

2 矿床地质特征

图1 老王寨金矿区地质简图（据文献［10－11］略改）Fig.1 Geological sketch map of Laowangzhai gold deposit（modified after references［10－11］）

老王寨金矿床各矿段的产出总体受地层、构造、岩浆岩和古火山机构的控制。其中：老王寨矿段和冬瓜林矿段主要表现为受石炭系、北西向断裂及古火山机构共同控制；老王寨矿段出露超基性岩类和基性火山岩类，而冬瓜林矿段主要产出煌斑岩和石英斑岩类。

矿床中产出的超基性－基性岩体形成于海西晚期至印支期［7］，主要岩石类型有纯橄岩、辉橄岩、橄辉岩和辉石岩，而矿床中的煌斑岩和石英斑岩呈晚期脉岩穿插于超基性－基性岩体或地层岩石中。与矿化关系相对密切的是基性熔岩类和煌斑岩类［10］：基性熔岩类主要为粒玄岩和玻基玄武岩；蚀变煌斑岩类呈脉岩产出，岩石类型以云煌岩为主，含少量云斜煌岩。在透射偏光显微镜下，岩石具煌斑结构，斑晶以黑云母为主，含少量辉石，主要矿物组合为黑云母＋辉石＋钾长石＋斜长石，岩石中部分黑云母斑晶被纤闪石交代，并沿黑云母解理缝和纤闪石粒间贯入呈细脉和不均匀团斑状的黑色不透明物质，同时叠加长英质矿物，主要发育硅碱质蚀变。这种伴随显晶交代蚀变作用的黑色不透明物质在矿床中各类矿化蚀变岩中多有不同程度发育。

老王寨和冬瓜林矿段的金矿体多呈似层状、条带状、透镜状、脉状和不规则状产出，沿断裂带产出的矿体还表现出分支复合、成群出现的特征。矿石中的金矿物主要为自然金，少量含银自然金和银金矿；其他金属矿物主要为黄铁矿和毒砂，非金属矿物主要为铁白云石、绢云母、菱铁矿、长石等。主要矿石类型为以各类蚀变岩石为赋矿载体的构造蚀变岩型和石英脉型［12－14］，其中蚀变煌斑岩型矿石主要产出于冬瓜林矿段。常见的矿石结构主要有压碎粒状结构、增生环带结构、交代结构、包裹结构和固溶体分解结构等。常见的矿石构造主要有细脉浸染状至网脉状构造及条带状、层纹状、斑杂状和角砾状构造等。

矿床中的围岩蚀变类型主要有蛇纹石化、绿泥石化、绢云母化、硅化和碳酸盐化等，其中硅化、碳酸盐化和硫化物矿化具有多期性和叠加性，而且与金矿化关系最为密切，尤其在多种蚀变和多期蚀变叠加的强烈蚀变部位的矿化较强。根据蚀变特征及矿物共生组合将矿化分为4个阶段［14］：第一阶段形成高温白钨矿－石英脉组合，少量金矿化；第二阶段发育黄铁矿化、绢云母化、少量的硅化和碳酸盐化，形成自然金－黄铁矿－毒砂组合；第三阶段发育碳酸盐化和黄铁矿化，形成自然金－黄铁矿－辉锑矿组合；第四阶段流体活动较弱，形成石英和方解石，基本无金矿化。

众多研究资料显示，老王寨矿区的煌斑岩与金矿化紧密相关：一是体现在时间上，即成矿年龄（26.4Ma）与煌斑岩成岩年龄（30.8～34.3Ma）均为喜马拉雅期［3，15］；二是体现在空间上，即煌斑岩型金矿石占冬瓜林矿段金属总储量的50%，矿体展布和煌斑岩的侵入受到相同构造条件制约［4－5］。黄智龙等［16－17］通过地球化学系统研究认为，老王寨金矿煌斑岩来源于交代富集地幔；由于印度板块向欧亚板块俯冲，使富含钾质、大离子亲石元素和高场强元素及具有高87Sr／86Sr值、低143Nd／144Nd值的沉积物被带入地幔脱水形成的流体，是引起成矿过程中地幔流体交代作用的主要因素。应汉龙和刘秉光［14］、张继武等［18］通过微量元素和同位素等研究认为，该区煌斑岩并不直接提供成矿物质，成矿流体来源于其他深部流体，并与围岩相互作用而形成金矿化。黄智龙等［5，19］又对该区煌斑岩与金矿化的关系进行了深入研究，结果表明，煌斑岩本身并不提供大量成矿物质（主要指金），成矿流体主要源于煌斑岩成岩过程中富集地幔的幔源岩浆的去气作用（包括地幔去气作用和岩浆去气作用）。王江海等［15］依据PGE地球化学判别煌斑岩中的Au是次生富集的。李献华和孙贤鉥［20］、丁清峰［21］研究认为，煌斑岩虽不直接提供金源，但它与金矿共生且反映二者形成于相同的构造背景。

3 主要岩（矿）石岩相学特征

老王寨金矿区的主要岩石类型有石英斑岩、长石石英砂岩、超基性侵入岩（橄辉岩、辉橄岩、辉石岩、透辉岩等）、煌斑岩和绢云板岩－千枚岩等，其岩相学特征如图2所示。

由图2可以看出：在冬瓜林矿段脉状石英斑岩中，基质呈微晶－细粒结构，主要由细粒石英组成，同时均匀分布有绢云母，可见细脉碳酸盐化穿切其中，并叠加细粒黄铁矿化和细针状辉锑矿化；基质中的主体细粒石英似与硅化作用有关（图2A）。类似地，蚀变石英砂岩中的金属矿化也叠加于碳酸盐化之上（图2B）；辉橄岩和橄辉岩中，原岩中的橄榄石或辉石先发生蛇纹石化，而后发生碳酸盐化，如果蚀变温度较高（＞300℃），则可出现硅灰石化，表现为放射状硅灰石取代原矿物颗粒，碳酸盐则分布于原矿物裂隙或边缘（图2C），如果蚀变温度较低，则分泌出石英（或叠加硅化），表现为硅化石英含于碳酸盐脉中。

在老王寨矿段的蚀变似斑状透辉岩中，可见含微晶石英的碳酸盐脉呈复合脉状交代穿切岩石，表现为同时穿切透辉石似斑晶和似基质，同时还见更晚的碳酸盐细脉穿切透辉石、似基质和早期碳酸盐脉（图2D），表明存在多期蚀变叠加；在蚀变绢云板岩和千枚岩金矿石中的交代作用表现为细晶碳酸盐与隐晶至微晶硅质石英呈相间定向条带状排列，而且碳酸盐和微晶硅质石英呈波状消光（图2E），表明蚀变成矿作用过程伴随强烈的定向构造应力作用；在蚀变石英砂岩中，金属矿化主要叠加于微晶和细粒硅化石英脉部位（图2F）。

然而，尤其值得注意的是，在冬瓜林矿段的蚀变煌斑岩中，蚀变生成呈放射状排列的长英质矿物和呈针粒状的纤闪石及其间叠加产出不均匀的团斑状黑色不透明物质（图2G）；在蚀变绢云板岩和千枚岩中的蚀变作用表现为发育硅化石英脉并叠加呈细脉状和团斑状分布的黑色不透明物质（图2H）。这里所见的黑色不透明物质在反光下无反光特征，表明其不是一般光学显微镜所能观察的超显微隐晶物质。

过去研究中均将这种黑色不透明超显微隐晶物质作为碳质、铁质或一般金属矿物（如硫化物）浸染而未加以重视。笔者利用电子探针、扫描电镜和能谱分析，对该物质展开了初步研究，发现并认识到该物质与热液蚀变和矿化有着必然关联，从而为地幔流体参与成矿的深部地质作用研究提供了重要线索。

图2 老王寨金矿蚀变围岩显微特征Fig.2 Microscope characters of alterated rocks of Laowangzhai gold deposit

4 黑色不透明超显微隐晶物质的成分分析和性质讨论

4.1 显微特征和成分分析

表1列出了蚀变煌斑岩中呈不均匀团斑状分布的黑色不透明超显微隐晶物质的电子探针分析数据。图3为蚀变煌斑岩中黑色不透明超显微隐晶物质不同区域的扫描电镜背散射电子图像，图中测点为能谱分析点，其成分数据列于表2。综合分析可以看出如下特征和规律：

1）图3反映的4个视域图像特征代表了存在于蚀变煌斑岩中的黑色不透明超显微隐晶物质的基本物相特征，即在透射光显微镜下呈黑色不透明的物质；在扫描电镜背散射电子图中，不同微晶矿物在显示沉淀共晶结构的同时又表现出熔离交生（或出熔）的关系：碳酸盐矿物（白云石）与金红石之间构成沉淀共晶结构，金红石中出熔白钨矿（图3A）；毒砂与硅酸盐矿物（微斜长石）构成沉淀共晶结构（图3B）；镜铁矿（磁铁矿）出熔金红石，金红石中再出熔白钨矿（图3D）；以及黄铁矿与硬石膏的特殊伴生关系（图3C）。根据所测得的微晶矿物成分，可以判定该黑色不透明物质是一种由硅酸盐、碳酸盐和硫化物不均匀混熔或分熔形成的，富含Fe、Ti、W成分的超显微隐晶物质。这种体现热液性质的沉淀共晶结构和表现熔浆性质的熔离交生结构共存的微观岩相学特征，暗示成矿流体具有熔浆向热液转化的过渡特性；而黄铁矿与硬石膏的伴生关系，表明随环境由还原向氧化条件改变，成矿流体中的S2－向S6＋转变。结合图3D显示的双重出熔关系与宏观产出的白钨矿－石英脉矿化组合形成呼应，暗示具熔浆性质的含矿地幔流体在向热液流体转化的过程中，具有与钨矿化花岗质岩浆有关的地壳流体发生混染的特征。

表1 老王寨金矿蚀变煌斑岩（DGL－02）中黑色不透明超显微隐晶物质电子探针分析Table 1 Electron microprobe analysis of black opaque super－microcrystalline matters in altered lamprophyre（DGL－02）from Laowangzhai gold deposit wB／%

图3 老王寨金矿蚀变煌斑岩（DGL－02）中黑色不透明超显微隐晶固体物质组成的扫描电镜照片Fig.3 SEM pictures of constitution for black opaque super－microcrystalline solid matters in altered lamprophyre（DGL－02）from Laowangzhai gold deposit

表2 老王寨金矿蚀变煌斑岩（DGL－02）中黑色不透明超显微隐晶物质的能谱分析Table 2 Energy spectrum analysis of black opaque super－microcrystalline matters in altered lamprophyre（DGL－02）from Laowangzhai gold deposit

2）能谱分析结果（表2）为半定量数据，但对于成分简单的矿物仍然可以获得比较精确的成分比例，从而准确鉴定矿物。如对于硅酸盐矿物而言，若所测主要成分的比例关系清楚，也可以正确定名。本次能谱分析与电子探针定量分析的鉴定结果基本一致。因此，通过表2的能谱分析测定（测点4），可以推断表1的电子探针定量分析数据中明显不足100%的测点5－7数据主要是缺失了CO2的质量分数。

3）岩相学观察表明，黑色不透明超显微隐晶物质与硅化和碱交代关系密切（图2G和图2H）。结合表1和表2测得的黑色不透明超显微隐晶物质的微晶矿物组成与前述主要蚀变和矿化的矿物组成基本一致，暗示形成该黑色不透明超显微隐晶物质的热液是一种独立于煌斑岩浆的原始（初始）含矿流体。

4.2 关于黑色不透明超显微隐晶物质性质的讨论

1）晶质、隐晶质、微晶质或非晶质？

众所周知，在光学显微镜下呈黑色不透明的超显微隐晶物质可能有4种：碳质、黑色玻璃质、金属矿物和粒径小于0.01mm（10μm）的透明矿物晶体。扫描电镜（图3）观察、能谱及电子探针成分测定（表1和表2）证实：这种黑色不透明的超显微隐晶物质成分以硅酸盐和碳酸盐微晶矿物（晶体形态不明晰）为主，含金红石、硫化物以及镜铁矿（磁铁矿）。其中金红石以2种方式存在：一是与碳酸盐矿物沉淀共晶，二是与镜铁矿（磁铁矿）熔离交生；并且2种金红石中均有白钨矿出溶的现象。以上矿物粒径均小于10μm，可见晶体形态。因此，该黑色不透明物质在光学显微镜下呈隐晶质，在电子显微镜下呈超微晶（晶质）固体，可排除碳质、黑色玻璃和纯金属矿物固体的性质。

2）熔浆流体或热液流体？

前已述及，该黑色不透明超显微隐晶物质在蚀变煌斑岩和蚀变绢云板岩及千枚岩中呈细脉状和不均匀团斑状浸染分布，表明是一种成岩过程或成岩后流体作用的结果。然而，这种流体作用显然不同于一般的热液流体作用，依据如下：

①从成分上看，此为硅酸盐、碳酸盐、硫化物和氧化物的混熔物，不是热卤水的产物。

②单纯的热液流体作用于晶质矿物，表现为在原矿物基础上交代生成新的晶质矿物，不出现隐晶或非晶质固相，更不会出现熔离交生结构。

③隐晶、超显微或非晶质固相一般出现在熔浆流体快速过冷凝条件下，与图3A和D显示的超显微隐晶熔离结构特征形成呼应；这种熔离交生结构的现象类似于Bea等［22］研究认为的碱性熔浆在冷却过程中发生的熔离（出熔）。

④图3显示，硫化物、金红石、白钨矿和镜铁矿与硅酸盐以及碳酸盐之间存在不同层次关系的熔离交生和沉淀共晶结构，结合图3C显示的黄铁矿与硬石膏的伴生关系，表明成矿流体在其参与矿化蚀变过程中具有熔浆向热液过渡的演变特征；这种流体性质的演变受控于物化条件由高温到低温、由还原到氧化的转变。

因此，该黑色不透明超显微隐晶物质应为熔浆流体参与蚀变矿化以及自身演化过程中通过过冷凝方式形成的。Coltorti等［23］认为这种玻璃质是一种具碱性硅酸盐熔浆性质的交代媒介。

3）地幔流体或岩浆流体？

一般所说的岩浆流体应是岩浆和岩浆期后热液的总称。岩浆可以结晶成岩，岩浆期后热液则是岩浆结晶成岩过程中分泌的热液流体。显然，前述所定义的熔浆流体，既不具有自身结晶成岩的功能，也不具备热液流体引发固－固交代转化的性质，而比较接近或符合地幔流体及其运移演化的基本特性。论证如下：

Andersen和Neumann［24］通过研究地幔包体中的熔融包裹体发现了上地幔中硅酸盐－硫化物－碳酸盐之间的不均匀熔离关系，结合流体包裹体测压结果低于标准地幔压力1.4GPa，推测流体包裹体在随寄主岩浆和包体岩石向地壳迁移的过程中不可避免地发生拉伸和渗漏，在这一过程中具熔浆性质的地幔流体，由原始高温高压状态下硅酸盐、硫化物和碳酸盐的均匀混溶到不均匀熔离。Scambelluri等［25］研究的更新世碱性玄武岩中的角闪金云尖晶石橄榄岩包体中含有CO2包裹体、硅酸盐玻璃和碳酸盐矿物，其δ18O和δ13C值也不是标准地幔值，而是包体岩石随富碱岩浆上升运移过程中，碳酸盐化作用与碱性岩浆脱气作用引发寄主富碱岩浆与地幔包体发生相互作用的结果；在这一地幔流体交代作用过程中，一方面导致非平衡流体相快速结晶的硅酸盐玻璃＋橄榄石＋单斜辉石＋尖晶石组合，另一方面形成角闪石＋金云母＋磷灰石的交代组合［26］。杜乐天［27］认为碱性交代的出现是地幔流体向地壳热液流体转化的标志。据此可以推断，黑色不透明物质中呈超显微隐晶产出的氧化物、硫化物、碳酸盐和硅酸盐之间的熔离和沉淀共晶结构共存，是具熔浆性质的地幔流体向热液转化过程中过冷凝固结的产物；而本区蚀变煌斑岩中出现大量交代成因的碱性角闪石（图2G）就是地幔流体交代作用的体现。

笔者在黑色不透明物质中测得镜铁矿（图3D，表2测点9），结合所测黑色不透明超显微隐晶物质发育上地幔特征的熔离交生结构，表明镜铁矿应是磁铁矿随地幔流体向地壳迁移，由还原向氧化的过程中转化而成。这类似于云南六和富碱斑岩中深源石榴辉石岩包体内发现的富钠玻璃中存在磁铁矿向镜铁矿转化的微观现象［28］。

熔离交生结构与沉淀共晶结构共存的特殊岩相学特征暗示地幔流体由强还原向相对氧化的转变即是壳幔混染作用发生的过程。在这一过程中，一方面可通过降低原流体中还原性矿物的溶解度而促使其沉淀晶出［29］，也可以是流体作用的直接效应，如黑色不透明超显微隐晶物质中的碱质硅酸盐、石英、硫化物和碳酸盐可直接表现为岩（矿）石中的长英质硅化（图2G）、碳酸盐化和硫化物矿化的相互叠加（图2A，B）；另一方面，也可导致相对氧化的矿物与典型还原矿物叠加共存的现象，如黑色不透明超显微隐晶物质中出现硬石膏与黄铁矿伴生（图3C），白钨矿、金红石与白云石共存（图3A），以及磁铁矿向镜铁矿转化等。由此可见，光学显微镜下呈黑色不透明的超显微隐晶物质是参与成矿作用的地幔流体现实存在的一种微观踪迹，也是引发壳幔物质相互作用而混染，促进成矿作用的深部地质地球化学动力源和物质源。

5 元素地球化学

5.1 岩矿石常量元素特征

矿床中不同类型蚀变围岩的常量元素分析结果见文献［30］。蚀变石英砂岩、（锑矿化）石英斑岩、碳质板岩、硅化煌斑岩的SiO2质量分数较其他围岩要高，除碳质板岩的SiO2质量分数为61%，其余均在70%以上；超基性侵入岩类，如橄辉岩、辉橄岩和辉石岩等的蚀变作用主要表现为CaO、MgO、Na2O含量的增高；硅化煌斑岩较之新鲜煌斑岩在SiO2质量分数增高的同时，CaO、MgO、Na2O、K2O等碱质成分被带出而明显降低；结合岩相学特征鉴定，蚀变石英砂岩主要表现为SiO2和CaO质量分数的增高。

前述常量元素在不同类型岩石中的带入带出情况表明，矿床中各类岩石的蚀变作用可能受制于来自深部富硅碱流体的统一作用，但当流体作用于不同的岩石时，其蚀变作用导致活化迁移的元素成分有所差异。大量物质组分的活化运移和交换并造成壳幔流体和物质的混染，对成矿元素，尤其对流体和矿源体中金的活化转移和富集十分有利。

5.2 岩矿石微量元素特征

矿床中不同类型蚀变围岩的微量元素分析结果，并以原始地幔标准化按不相容至相容顺序作出微量元素分配模式图见文献［30］。

不同类型蚀变围岩的微量元素特征为除方解石脉、硅化石英脉和围岩、矿石中的Sc、Cr、Ni质量分数大部分低于原始地幔值外，矿区岩石均表现为富集大离子亲石元素，模式曲线具有较明显的“驼峰”型。围岩、矿石中的亲石元素除Sr、Ba、Zr有较明显的差别外，其他元素的含量范围相互重叠，平均含量相近；从高场强元素的变化特征看，除黄铁矿化蚀变岩、蚀变超基性侵入岩和方解石脉外，其他矿石的Th有明显富集，Ta则相对富集；从围岩到矿化岩再到矿石的上述元素对应表现为弱富集至明显富集，Cr和Ni由弱亏损至较强亏损，这表明矿床的矿石和脉体中高场强元素和大离子亲石元素富集程度较高，这是流体源自富集地幔的重要特征之一［31－32］，但仍具有相当程度的壳幔混染；而且，从矿体到围岩，地幔流体作用的强度在不同的岩石中表现为不同程度的减弱，地壳流体和物质的混染程度增强。

5.3 岩矿石稀土元素特征

主要类型的蚀变围岩、矿石和脉体的稀土元素分析结果和主要特征参数见文献［30］。各类样品的稀土元素质量分数范围较宽，∑REE为（2.25～236.84）×10－6，以脉体的稀土含量最低，其中，LREE为（1.92～220.43）×10－6，HREE为（0.33～23.86）×10－6，LREE／HREE为0.78～13.79。将原始数据进行球粒陨石标准化作出的稀土元素配分模式图见文献［30］，均表现为相似的轻稀土富集的右倾型；从脉体→围岩→矿石，Eu异常由正异常→弱负异常→较强负异常变化，Ce异常由无异常→弱负异常变化。

不同矿段的石英方解石脉体的稀土元素配分模式有一定差异：在富集LREE的前提下，老王寨方解石脉、冬瓜林原生硅化石英脉和方解石脉以Eu正异常为主，而冬瓜林晚期硅化石英脉以呈现无Ce、Eu异常为主；作为围岩和矿化岩石再到矿石的负Eu异常由弱至强变化，这表明参与成矿作用的流体由高温→低温，由还原→氧化演变，进而暗示含矿流体既有地幔来源的明显踪迹，也具有较强的壳幔流体混染特征。

结合矿床中岩矿石和脉体的稀土元素配分模式特征表明，地幔流体在参与成矿过程中引起地壳流体和物质的混染，进而造成原有正Eu异常向负Eu异常的转化，所以，负Eu异常的出现既可能是期后热液改造的标志，也可能是地幔流体与地壳流体发生混溶的标志；而负Ce异常减弱至消失则表明壳幔流体的混溶由弱至强演化，而Ce异常与Eu异常在各类样品间的反向演化关系也可看作是壳幔混染在各类样品中的标志。

由上述可见，围岩、矿化岩石、脉体和矿石的稀土元素配分曲线在Ce、Eu异常的组合上具有明显差异，表明成矿物质和流体并非来自围岩，至少不是主要由围岩提供。矿区中各类样品均明显富集轻稀土，稀土元素配分模式曲线向右倾斜，尤其是矿石、蚀变围岩明显富集LREE，是地幔流体参与该区成矿的重要标志，暗示成矿过程可能统一受制于具LREE富集特征的地幔流体作用，成矿物质主要来源于上地幔；但在成矿蚀变过程中不可避免地出现了地壳物质和流体不同程度的混染，这一壳幔混染过程在一定条件下可能更有利于成矿作用的进行。

已有的研究认为，原始地幔的部分熔融一般引起超镁铁岩中玄武质组分和不相容微量元素［33］，尤其是大离子亲石元素的亏损，而地幔流体交代作用则会导致轻稀土和不相容微量元素以及高场强元素的富集。通过对老王寨金矿岩矿石和脉体的元素地球化学分析，进一步揭示了成矿过程的深部地质作用引发壳幔混染，进而促进成矿的地球化学动力学机制。

6 讨论

已有的同位素研究表明，老王寨金矿成矿流体来源于地幔。其中：金矿石中辉锑矿、黄铁矿和毒砂单矿物中的硫同位素δ34S值变化范围为－2.22‰～2.27‰，极值4.99‰，具塔式效应，显示幔源硫特征［6］；矿石中的方解石δ13C值域为－7.00‰～－2.70‰，具岩浆源碳同位素组成特点［2］；成矿流体氢、氧同位素值主要落入张理刚［34］所拟的金铜－铁钴初始岩浆水范围；岩（矿）石铅同位素显示铅为壳幔混合来源［16］；胡瑞忠等①胡瑞忠，毕献武，何明友.哀牢山金矿带金成矿机制和成矿远景与寻找超大型矿床有关的基础研究专题报告.贵阳：中国科学院地球化学研究所，1996：14－65.通过稀有气体同位素研究发现，成矿流体中幔源氦占11%～52%。以上事实与本文论证的结果一致，同时指示成矿流体主要来源于地幔。

大部分金属矿床，尤其是内生金属矿床的成矿作用都与深部流体密切相关［35］。罗照华等［36－37］将深部流体归为透岩浆流体，即包含于或穿过岩浆体的深部（源）流体，认为成矿（流体）系统可以独立于岩浆（流体）系统存在，进而将两者在成岩与成矿过程中的演变关系分为3类成矿：1）当岩浆体系与流体体系同步运移，成矿流体被封存在岩浆体内成矿，构成正岩浆成矿；2）当部分成矿流体溢出岩浆体被释放到接触带成矿，构成接触带成矿；3）当成矿流体完全逃逸岩浆体，并沿有利通道进入适宜部位成矿，形成离岩浆体渐远的高、中、低温热液矿床，构成远程热液成矿。刘显凡等［28］提出地幔流体作用包括幔源岩浆熔体、超临界流体和由此演变的热液作用的综合效应。其作用过程可分为：1）地幔交代作用，即指伴随地幔脱气而在地幔内发生的交代作用，由此形成富集地幔的同时生成碱性熔浆，交代作用越强，熔浆碱性越强。2）地幔流体交代作用，即指源自富集地幔的流体在上升过程中发生的交代作用，该流体可包含于深源岩浆中并与其同步运移，也可能与岩浆分离而独立运移；在流体运移过程中，可以随深度和环境变化而引起物理化学条件变化，流体性质由熔浆→超临界流体→热液转化，并运载和沿途活化成矿物质至适宜容矿部位集中，促使壳幔物质叠加成矿，进而有利于深部成矿并形成大型和超大型矿床。

结合透岩浆流体成矿理论［36－37］和地幔流体作用释义［28］，可以推断：笔者在与金矿化紧密相关的煌斑岩中发现的呈不均匀团斑状分布的黑色不透明超显微隐晶物质，可以认为是具熔浆性质的地幔流体伴随煌斑岩浆上升侵位快速冷凝固结的产物。在此过程中，由于环境的温度和压力以及氧逸度的改变，流体由熔浆向地壳热液过渡，而出现沉淀共晶结构和熔离交生结构共存的特有现象。与此同时，未固结的部分地幔流体逃逸出煌斑岩体，并沿着有利通道（导矿构造）向远离岩浆体的方向运动，进入流动条件较差的次级构造裂隙或有利赋矿的界面岩石中，不断对周围岩体和地层岩石进行交代蚀变而表现出围岩的碳酸盐化、硅化及硫化物矿化，以此促进壳幔叠加成矿。该区地质构造复杂，深大断裂和次级构造为金矿成矿提供了良好的导矿通道和赋矿空间条件，尤其在多期多种蚀变叠加的强烈蚀变部位矿化较强，易于金矿的形成，其特殊地质构造背景为地幔流体参与地壳中的地质作用，进而引发壳幔混染成矿提供了有利条件。

7 结论

1）老王寨金矿床中蚀变岩的岩相学研究发现，光学显微镜下呈黑色不透明的超显微隐晶物质具有明显的不同序次的硅酸盐、碳酸盐、硫化物间的熔离交生结构和超显微晶沉淀共晶结构的特点，并证明该超显微隐晶物质是参与成矿的地幔流体现实存在的一种微观踪迹，也是引发壳幔混染、促进成矿作用的深部地质地球化学动力源和物质源。

2）该区与金矿化有关的蚀变以硅化、碳酸盐化和硫化物化蚀变为主，尤其是辉橄岩中蚀变硅灰石化的出现，标志硅质碳酸盐熔体在蚀变作用过程中达到了较高温压条件下的重组合反应，而且该蚀变的物质组成与黑色不透明超显微隐晶物质的组成基本一致，揭示成矿蚀变流体应为具熔浆性质的地幔流体，该流体作用于矿床的矿物和岩石，引发了与成矿作用有关的壳幔混染叠加的系列围岩蚀变。

3）岩矿石元素地球化学的分析研究表明，在地幔流体作用参与和引发硅碱质蚀变为主要特征的成矿过程中，同时富集轻稀土元素、大离子亲石元素、不相容元素和高场强元素，并伴随由高温→低温，由还原→氧化演变，同时导致地壳流体和物质的混染叠加由弱至强演化，进而造成原有正Eu异常向负Eu异常转化，同时负Ce异常减弱至消失。系列样品中Ce与Eu异常的这种反向演化关系也可看作是壳幔混染的重要标志。

4）黑色不透明超显微隐晶固体物质组成及其结构组合的研究，以及相关壳幔混染特征的论证，表明成矿物质和流体主要来自地幔；而含矿地幔流体在参与成矿蚀变过程中不可避免地引发壳幔物质和流体不同程度的混染和叠加，进而更加有利于成矿作用的进行。

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Deep Geological Processes on Laowangzhai Gold Deposit in Yunnan：Evidence from Petrography and Element Geochemistry

Liu Xian－fan1，2，Chu Ya－ting1，Lu Qiu－xia1，Zhao Fu－feng1，Li Chun－hui1，Xiao Ji－xiong1，Dong Yi1

1.Institute of Earth Science，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China 2.State Key Laboratory for Mineral Deposits Research，Nanjing University，Nanjing 210093，China

The analysis of the micro－petrography and element geochemistry，combined with electron microprobe and SEM，shows that the extremely fine，black opaque materials in the ores consist mostly of super－microcrystalline quartz，silicate，sulfide，carbonate and the liquation of rutile，scheelite and specularite（magnetite）.These materials are distributed in intergranular space，along the cracks in minerals or along amphibole cleavage.They are associated with silicification，carbonation and sulfidation in the wall rocks，mineralized rocks and gold ores in the Laowangzhai gold deposit.The special petrographical texture characters of thees black opaque matters as coexistence of liqutation andprecipitating cocrystallization reveal the transitional features of the mineralizing fluid between the magmatic melt and the hydrothermal fluid.Combined with REE composition of the host rocks and ores，we suggest that these super－microcrystalline solid，black opaque materials under the transmitted－light microscope are the direct microcosmic manifestations of metasomatism of mantle fluids which are thought to be of the characters of melts and supercritical fluids.During the metasomatic alteration，the mantle fluids were transformed into thermal fluids from magmatic melts.Their simultaneous contaminations by hybridization of mantle－derived and crust－derived materials in the deep geological processes were favorable for gold metallogenesis in the area.

micro－petrography；super－microcrystalline solid；deep processes；geochemistry；hybridization of mantle and crust；Laowangzhai gold deposit

book=2012,ebook=685

P618.51

A

1671－5888（2012） 04－1026－13

2011－10－17

国家自然科学基金项目（40773031，40473027）；高等学校博士学科点专项基金项目（20105122110010，20115122110005）；南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室开放研究基金项目（14－08－3）；成都理工大学矿物学岩石学矿床学国家重点（培育）学科建设项目（SZD0407）

刘显凡（1957－），男，教授，博士生导师，博士，主要从事矿物学、岩石学和矿床地球化学研究，E－mail：liuxianfan＠cdut.cn。