庞家河及外围地区金矿床成因分析

庞家河及外围地区金矿床成因分析

冉军林，白兆华，梅旭

(陕西核工业集团公司二一一大队，陕西西安710024)

摘要：从稀土元素特征、稳定同位素、包裹体成份等方面入手，对庞家河及外围地区金矿床成因作了简要分析。结果表明该区金矿床的成矿物质主要来自地壳，经多期多阶段的中低温热液流体作用，沿着不同矿化围岩、不同构造系统、不同构造层次，从而形成各具特色的金矿床(点)；泥盆系上统绿泥绢云千枚岩和石炭系中上统草凉驿组碎屑岩-碳酸盐建造是区内的主要直接矿源层，另外青石垭组、唐藏石英闪长岩、何家庄岩体也可能提供了部分金源。并在此基础上总结出该区的金成矿作用模式图。

关键词：稀土元素；稳定同位素；包裹体；成矿作用；成矿模式

中图分类号：P618.51

文献标识码：A

文章编号：1004-602X(2015)01-0056-05

收稿日期：2014-11-10

作者简介：冉军林(1970—)，男，重庆万州人，陕西核工业集团公司物探副高级工程师。

Abstract：From the characteristics of rare earth elements,stable isotopes, inclusion composition and other aspects,It makes a brief analysis on the causes of the Pang Jiahe gold mine.The results show that the gold deposits in the metallogenic material mainly comes from the earth's crust,the multiphase multi-phase fluids (medium to low temperature,along the different mineralization of surrounding rock,tectonic system,tectonic level,thus forming different characteristics of gold deposits (points);Devonian system on system under group of chlorite Xiaodonggou sericite phyllite and carboniferous system in upper Caoliangyi group in the clastic rock to carbonate formation is the main source bed directly,also Qinshiya group,Tangzang quartz diorite,Hejiazhuang rock mass may also provide some of the goldsource.And on this basis,summed up the patterning of gold mineralization in this region.

陕西凤县庞家河地区金矿床的成因问题一直是一个难点，前人曾提出“微细浸染型金矿床”的观点、韧-脆性剪切带型中温岩浆热液矿床及构造蚀变岩型的成因观点。作者根据该地区多年的实践工作及近来的研究，从稀土元素特征、稳定同位素、包裹体成份等几个方面对庞家河及外围地区金矿床成因进行了简要的分析、总结，并在此基础上总结出该区的金成矿作用模式图。

1稀土元素特征

采用中子活化法对庞家河、佐家庄、老湾沟蚀变矿化岩石及原岩的稀土元素地球化学特征进行研究[1，2]，测量仪器采用美国CANBER公司生产的Ge(Li)半导体探测器和4096道分析器；测量标准为国标GSS-5、GSR-6、GSD-12；中子活化分析对元素的检出限一般在10-6，测量误差一般可控在5%以下，精度能满足要求。结果显示：庞家河金矿床主要是改造了一套浅变质千枚岩，∑REE变化为186×10-6～282×10-6，轻重稀土比值变化为7.5～11.4，Eu为中等负异常，这些特点是太古界以后沉积岩相同的特征；佐家庄金矿石主要产于花岗岩内部宽约10余米的碎裂带及糜棱岩中，对其正常花岗岩、蚀变碎裂花岗岩、片理化蚀变花岗岩以及碎裂蚀变糜棱岩进行分析，其稀土组成和模式基本相同，∑REE变化为114×10-6～156×10-6，分布模式属轻重稀土，比值为10.9～20.2的完全右倾斜型；老湾沟矿化围岩为石英闪长岩，∑REE为178×10-6～365×10-6，稀土分馏稍强，比值为18.8～26.5。三个矿床(点)的围岩和矿石的稀土总量变化范围不大，总量在114.82×10-6～220.97×10-6之间，老湾沟稍大最高达356.17×10-6，比值在10.9～26.5之间；均属轻稀土富集的铕、铈亏损型。

2稳定同位素特征[3]

2.1　氧同位素

关于氧同位素的研究，我们对庞家河、佐家庄、老湾沟三个矿床(点)的矿化原岩、蚀变岩石及矿石进行了全岩δO18测定，发现三个矿床(点)不同程度

的蚀变矿化岩石相对于原岩，其δO18值均有明显提高。利用双目偏光、反射光显微镜，采用“全岩光片显微组分测定方法-SY/T6414-199”，测定δO18的变化范围9.21‰～12.39‰，而且原岩→蚀变岩石→矿石的δO18都有所增加，说明这个过程是一个富氧O18的过程。庞家河金矿蚀变类型主要是绢(水)云母化、黄铁矿、硅化；佐家庄金矿主要表现为黄铁绢英岩化、黄铁矿化、硅化以及旁侧岩石黑云母绿泥石化、长石的绢云母化；老湾沟表现为长石绢(水)云母化、硅化、黄铁矿化。

庞家河、佐家庄、老湾沟矿床(点)的蚀变矿化岩石对于原岩，其δO18值表现为上升趋势，反映了成矿物质来源的浅成性和多期多阶段性，成矿介质水属地层水和大气降水组成的混合水特征。

2.2　硫同位素

为了解决成矿物质的来源，我们采集了庞家河、佐家庄金矿床的黄铁矿、方铅矿、闪锌矿制备的SO2并送入气体质谱仪，利用离子光学和电磁原理，按照质荷比(m/e)分离不同质量的同位素，从而测定样品的同位素质量和相对含量，结果发现金矿床的硫同位素皆为正值，变化范围在+8.54‰～+13.41‰之间，按硫同位素值表示+8.10‰～+10.20δ34S‰，以地层硫为主有少量岩浆热液中硫参与的特点；硫同位素为+12.65δ34S，则是地层沉积的硫，基本无岩浆硫参与。说明硫来源于成矿介质水对泥盆系地层的淋滤改造作用，而且暗示着金的来源。

2.3　铅同位素

运用热电离质谱(TIMS)和207 Pb-204 Pb双稀释法[4]，对铅同位素组成的研究发现，庞家河金矿五个黄铁矿的铅同位素组成彼此变化不大，按φ值所计算的模式年龄(345～373 Ma)与本区及区域中上泥盆统赋矿层位年龄基本一致，显示出正常铅的特征，说明铅是在一个比较简单的系统中演化的，暗示着介质对泥盆系地层的淋滤改造富集成矿的特点。佐家庄金矿床的两个黄铁矿和一个方铅矿的铅同位素组成虽然比值变化不大，但Pb206与Pb207存在比较明显的线性关系，计算的φ值模式年龄(222～288 Ma)小于产矿围岩时代，暗示着有放射成因铅的叠加，这可能与成矿介质水沿构造进入深部基底地层中，淋滤出成矿物质，并与上部成矿物质混合成矿有关，也可能与矿床本身所处的构造部位偏下部有关。

3矿物包体研究

3.1　成矿温度

采用均一法，利用显微冷热台对庞家河金矿样品进行测定，根据测温结果，显示原生包体温度在290～350℃，反映了早期石英脉形成的温度；次生包体的温度在200～250℃，是主成矿期的温度，属中低温热液成矿温度。佐家庄金矿床利用主成矿阶段的共生矿物闪锌矿、方铅矿硫同位素计算出硫同位素的平衡温度为340℃，也反映了中温热液成矿作用的特点[5]。

3.2　包裹体成份分析

包裹体的成份代表了包体形成时流体的原始组成，对包裹体成份的研究有利于探讨成矿物质形成的物理化学条件及演化和富集等方面的重要问题[6]。依据不同浓度的盐水溶液具有不同的冰点，采用冷冻法对庞家河金矿矿物包裹体盐度进行测定；采用色谱-质谱法对庞家河金矿矿物包裹体可溶有机质成分进行测定。

根据对庞家河金矿不同期次的石英脉和佐家庄金矿主成矿期的石英包体成份分析，具有以下特征：

(1)不同阶段脉体中石英所捕获的包裹体成份有明显的差异，反映了热液流体活动具有多期多阶段性，不同期、不同阶段的热液流体性质、成份有明显的变化。庞家河金矿矿前期流体浓度、盐度均较高，高浓度、盐度流体可能含有丰富的成矿物质，为其演化和主成矿阶段奠定了物质基础；成矿期流体浓度、盐度降低，而还原参数(R)明显增高，SO4-2离子浓度低，庞家河金矿主成矿期有大量的黄铁矿、毒砂，是主要载金矿物，可能反映了溶液中存在有大量的还原性S、As，流体中金主要以[Au(HS)2]-、[Au2(HS)2]2-、[AuS2]-、[AuS2]3-和[Au(AsO4)2]3-的络合物形式搬运，K+浓度降低与绢云母化有关；成矿晚期包体成份表现为SO4-2离子浓度增大，还原参数R降低，反映晚期成矿作用氧逸度较高的地球化学环境，把S氧化成H2SO4有关；矿后期流体成分与前期相比，其盐度、浓度及R值均有所降低。佐家庄金矿成矿期石英包裹体成份以富碱金属、高盐度和R值(0.803)高为特征。

(2)区内包体液相成份主要特点为：Na+>K+(93P-33除外)，Na+/K+较高(3.534～21.894)；碱金属离子浓度与碱土金属离子浓度比值为Na+/Ca++Mg+2为9.462～27.73；F-离子含量很低，F-/Cl-为0.002～0.052，其特征反映区内流体来源为沉积或地下热卤水，而非岩浆或变质作用形成；气相成份中H2气相对摩尔分数较高(3.57～7.87)，反映流体来源可能较深。

(3)区内主矿期包裹体的水质类型主要为Cl--Na+型组合，庞家河金矿成矿晚期到矿后期，由于氧逸度增大，水质类型演化为Cl-·SO4-2-K+·Na+型组合。

(4)实测得石英包体流体pH为6.6～6.69，根据区内矿石的矿物组合和蚀变特征，均反映为中低温-中温热液成矿，推测其成矿温度约在200℃左右，与均一法温度的次生包体温度基本一致，故区内的成矿流体属偏碱性——碱性。

综上所述，该区金矿床的成矿物质主要来自地壳，经多期多阶段的中低温热液流体作用，沿着不同矿化围岩、不同构造系统、不同构造层次，形成各具特色的金矿床(矿点)，这从相似的蚀变类型和相似的矿化期次以及相似的矿物组合和金存在的形式得到证实。

4成矿作用分析和成矿模式

4.1　成矿作用分析

成矿作用是矿床的发生、发展和变化。双唐红地区是经历了长期多种地质事件和地球化学、地球物理作用而富集成矿。根据前述资料，本区金矿床的形成大致经历了以下几个主要成矿阶段。

(1)矿源层的形成阶段

庞家河金矿及其外围矿点均赋存于泥盆系上统以绿泥绢云千枚岩为主的沉积建造中；老湾沟金矿点是产于唐藏石英闪长岩内接触带，但岩体围岩为下古生界丹凤岩群，部分矿化也产于其中；佐家庄金矿产于何家庄黑云母花岗岩体南侧内接触带，岩体围岩为石炭系中上统草凉驿组碎屑岩—碳酸盐地层。总而言之，双唐红地区的金矿床(点)与泥盆系上统和石炭系中上统草凉驿组细碎屑岩密切相关，这套地层是该区的直接矿源层，主要依据是：

①庞家河、佐家庄金矿矿石硫同位素分析结果表明，硫主要来源于地层，同位素组成为地层硫特征。硫的来源隐含了金的来源。

②将庞家河、佐家庄金矿矿石黄铁矿铅同位素演化线与Zartman and Doe[7]全球平均结果相比较可以发现，庞家河、佐家庄金矿矿石黄铁矿铅同位素演化线落入造山带附近，说明铅的初始来源为当时的活动大陆边缘的造山带。而赋矿地层泥盆系上统和石炭系中上统草凉驿组的物质来源均来自活动大陆边缘造山带的秦岭古陆。铅作为黄铁矿的微量元素，黄铁矿作为主要载金矿物，因此，铅的来源也暗示了金的来源。

③稀土元素分析结果表明，从正常围岩→弱矿化岩石→矿石，其稀土元素总量和分配模式具明显的继承性和一致性，矿化岩石的稀土配分曲线的元素组成具有壳原型特征。

④区内地层金分析结果表明，泥盆系上统下绿泥绢云千枚岩金丰度值较高(3.23×10-9)，而且变异系数大，金含量低者为0.11×10-9，高者可达24×10-9，说明本套地层金丰度值较高，而且可淋滤性好。石炭系中上统草凉驿组绢云千枚岩、板岩金丰度值达4.32×10-9，明显高于区内金背景值1.25×10-9，它们是本区的直接金源。

⑤泥盆系上统绿泥绢云千枚岩微量元素As、Sb、Bi、Hg丰度值分别为11.0、1.20、1.83、0.083×10-9；石炭系中上统草梁驿组绢云千枚岩、板岩、灰岩微量元素As、Sb、Bi、Hg丰度值分别为130、2.8、0.886、0.097×10-9，明显高于其地壳丰度值2.2、0.6、0.004、0.089×10-9(黎彤1976)。而As、Sb、Bi、Hg是本区金矿床(点)明显富集的微量元素，反映了矿床和围岩中的微量元素的明显正相关关系。

以上特征表明：泥盆系上统绿泥绢云千枚岩和石炭系中上统草凉驿组碎屑岩～碳酸盐建造是区内的主要直接矿源层，另外青石垭组、唐藏石英闪长岩、何家庄岩体也可能提供了部分金源。

矿源层的形成与区内特有的地质构造发展演化相联系，从前面叙述中得知泥盆系～石炭系为活动大陆边缘浅海陆棚～陆棚边缘斜坡沉积环境。所接受的沉积物主要来源于秦岭古陆较老的陆源物质，部分为俯冲造山作用带上来深部物质，以及泥盆系中基性火山岩、热水沉积岩也可能提供少量成矿物质。当这些搬运来的成矿物质到达沉积环境变换带，由于物化条件的改变(酸碱度、氧化带还原电位、胶体凝聚、生物吸附等作用)而使金沉淀，形成背景值较高的矿源层。

(2)地质事件的改造作用阶段

晚泥盆系以后经海西运动，由于南北两陆块的挤压，形成断裂褶皱构造，伴随有海西期的中酸性岩浆活动。泥盆系和石炭系含金沉积建造经过区域浅变质作用，形成板岩、千枚岩相。到印支期由于南北两板块的强烈挤压，造成区内泥盆系石炭系南北两侧大规模的印支期构造～重熔型中酸性岩浆活动，使区内泥盆系石炭系板岩、千枚岩受到岩浆活动的热变质作用，进而形成浅变质的千枚岩相～低变质绿片岩相岩石；泥盆系石炭系内的海西期、印支期、燕山期同熔型中酸性岩体附近外接触带，大都发育的热接触变质斑点构造。上述地质事件使泥盆系、石炭系的碎屑岩～碳酸盐岩发生重结晶，使原始分散金开始活化，并形成含金变质热流体，两者保持在相对平衡的近于封闭式的循环体系中。

(3)热液成矿阶段

随着岩浆活动的演化到构造～热液活动期，大气降水和变质水沿泥盆系、石炭系内和边缘具有同生性质的大断裂向下渗透，在渗透过程中，浸出了地层中的碱金属、Cl-、S2-等元素，成为氧化型水，到深部被岩浆等热源加热，变成热卤水，同时富含挥发份、碱金属，这些热液在构造～岩浆等作用的驱动下，沿断裂系统反复循环，浸出含金矿物质的流体及含金地质体中的金等成矿物质，变成了成矿的含金热液，并以[Au(HS)2]-、[Au2(HS)2]2-、[AuS2]-、[AuS2]3-和[AuAsO4]0、[Au(AsO4)2]3-络合物形式携带迁移。

成矿热液伴随着构造活动，沿一、二级大断裂浅部进入到低级别的构造系统，在三级及其以下构造带、层间片理化带、破碎带、韧性剪切带、岩体构造破碎带、碎裂～糜棱岩带中，上升的成矿热液与下渗的富含碱金属氯化物型水相遇时，就出现上下两种化学性质不同的矿液“双混合”局面。由于浅成水为碱性，而且富S2-离子，它一方面使来自深部的含矿热液酸度急剧下降，另一方面破坏了各种络合物，使硫化物、砷化物沉淀下来；加之成矿热液的降温、减压、物理～化学性质发生变化，与围岩发生作用，产生围岩蚀变。由于构造～成矿热液的“脉动式”活动和成矿热液的演化，形成不同的矿化阶段和一些黄铁矿具有增生环带构造特征。金具有强的亲铁和亲硫性，所以金矿物主要与黄铁矿、毒砂相伴生[8，9]。

(4)氧化淋滤阶段

区内各矿床(点)均有不同程度的氧化作用，尤以庞家河金矿最明显。氧化淋滤作用阶段，主要表现为硫化物和其它可溶性矿物的流失，形成大量氧化矿物(如褐铁矿、赤铁矿)和一些造岩矿物的水云母化。金在氧化作用中有一定的淋滤和次生富集，有些颗粒明显增大，并在氧化矿石中见有明金。

4.2　金成矿作用模式

根据金成矿物质来源，地质事件的改造作用和稀土元素、稳定同位素特征以及包裹体测温成果，概括出金成矿作用模式图(图1)。

图1　秦岭泥盆系北带金成矿作用模式图

金成矿作用模式图说明：

(1)初始金源层主要是前泥盆系北秦岭古陆变质中基性火山岩和变质岩系为含金的母体，给泥盆系、石炭系提供物源和金源。

(2)直接金源层为泥盆系中上统和石炭系中上统，属陆棚碎屑岩～碳酸盐岩，为类复理石次稳定型陆源碎屑及碳酸盐和少量火山岩含金沉积建造，其物源主要是北秦岭古陆前泥盆系变质中基性火山岩和变质岩经风化剥蚀被水搬运沉积而成。

(3)地质事件改造作用系指对上述含金沉积建造有关金成矿的各种地质改造作用。其中主要有区域变质作用，持续活动的同生构造作用，同熔型中酸性岩浆侵入作用和主要以岩浆～构造作为热源，使下渗到深部的大气降水加热成热卤水对地层的淋滤作用，从而形成金成矿热液。

(4)有利环境是指金成矿热液从深部沿构造系统向上运移，到浅部适宜(造成上升成矿热液与下渗的冷水“双混合”局面)的地球化学环境和三级及以下构造的有利部位成矿。一级控制金矿带，二级控制金矿床，三级及以下构造控制矿体。

根据金成矿的金源来自地层、岩浆有别，划分为沉积改造型和岩浆热液改造型。其中沉积改造型金矿床是热卤水作用成矿，而把有明显热液参与的沉积改造型金矿床划归沉积热液改造型金矿床。

5结语

通过以上分析，从侵入岩成因类型分析推断，唐藏、何家庄和黑湾侵入岩超单元均属陆壳深成型，其共同特点是：(1)与围岩的蚀变关系清楚，并形成接触变质带；(2)岩体中围岩捕掳体多见；(3)侵入体具块状和流动构造；(4)同一超单元中岩性向偏酸性演化，结构上同类岩石的矿物粒度向增大的方向变化；(5)稀土元素分布分布曲线右倾，为轻稀土富集的铕、铈亏损型，说明矿源可能来源与陆壳物质重溶产物或变质热液型。

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[责任编辑李晓霞]

Analysis on the Genesis of Gold Deposit in Pang Jiahe

and Its Peripheral Area

RAN Jun-lin,BAI Zhao-hua,MEI XU

(211Battalion,Shaanxi Nuclear Industry Group Company,Xi'an 710024,China)

Key words：rare earth elements; stable isotopes; inclusions; mineralization; metallogenic model