吉林靖宇小东大沟金矿床地球化学特征及成因探讨

杨锡铭，孙丰月，彭 勃，刘金龙，李 良

吉林大学地球科学学院，吉林长春130061

吉林靖宇小东大沟金矿床地球化学特征及成因探讨

杨锡铭，孙丰月，彭 勃，刘金龙，李 良

吉林大学地球科学学院，吉林长春130061

小东大沟金矿床位于华北板块北缘东段王家店－天合兴多金属成矿带内，矿体的产出受断裂构造控制，与花岗斑岩、闪长岩等脉岩关系密切.流体包裹体研究表明，主成矿阶段成矿流体具有中低温（180～240℃）、低盐度（8%～11%）和低密度（0.92～0.98 g/cm3）的特征.氢氧同位素分析结果显示，成矿流体主要来源为地幔初生水，后期混入大气降水.硫同位素分析结果显示，硫源为岩浆硫.结合区域地质背景和分析测试结果，认为小东大沟金矿床的形成与滨太平洋板块向欧亚大陆俯冲形成的陆缘岩浆弧活动有关，为中低温热液脉型金矿床.

小东大沟金矿床；成矿流体性质；稳定同位素；矿床成因；吉林省

0 前言

吉林省靖宇县小东大沟金矿床位于华北板块北缘东段王家店－天合兴多金属成矿带内［1］，区域成矿条件有利，找矿前景良好.为深入了解小东大沟金矿床的矿化富集规律和矿床成因，指导进一步的找矿工作，对小东大沟金矿床进行了流体包裹体和稳定同位素氢氧硫的分析测试工作，探讨矿床成矿流体性质及矿床成因.

1 成矿地质背景

小东大沟金矿床位于华北板块北缘东段王家店－天合兴多金属成矿带中部，矿区北西侧是敦化－密山断裂，北东侧是著名的夹皮沟金－多金属成矿带.区域内岩浆活动频繁，岩石变质变形强烈，韧性变形构造发育［1］.

区域岩浆活动时期以太古宙、中生代为主.岩浆岩主要为侵入岩.太古宙侵入岩经变形变质作用形成变质深成岩，主要岩性为斜长角闪岩、角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩.中生代侵入岩岩性主要为英云闪长岩、花岗闪长岩、钾质花岗岩，以及脉状产出的辉长岩、辉绿玢岩、闪长岩、闪长玢岩、花岗斑岩、正长斑岩等［2］，本期脉岩与金矿化关系密切.

图1 王家店－天合兴多金属成矿带地质及矿点分布图（据文献［3］）Fig.1 Geological map of Wangjiadian-Tianhexing polymetallic metallogenic belt with distribution of ore occurrences（From Reference［3］）

区域构造活动频繁，构造样式组合复杂，主要发育两种.一种为椭圆形穹形构造，以会全栈、松树川穹形构造（图1）为代表，发育于太古宙变质深成岩中，在松树川穹型构造边部分布有松树川银矿、张家屯金矿；另一种为韧性剪切带，以王家店－那尔轰－天合兴南北向韧性剪切带为主体，其内部分布有大量北西、北东向断层，具长期活动特征，成矿、赋矿作用明显，沿其内部及两侧自北向南依次分布有王家店金矿、古家沟金矿、东沟金矿、小东大沟金矿、那尔轰金矿、天合兴铜矿等多个金、铜矿床［2］.

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质

小东大沟金矿区地层仅出露太古宙批洲岩组，分布于金矿区东北部，岩性为斜长角闪岩、角闪斜长片麻岩.矿区内侵入岩以太古宙变质深成岩为主，进一步划分为东北岔片麻岩、富家沟片麻岩，零散分布有不同时期沿断裂构造侵入的基性－超基性和中酸性小型侵入体.中生代脉岩较为发育，有辉长岩、闪长岩、石英斑岩、花岗斑岩.各类脉岩多受断裂构造控制，方向各异，出露规模大小不等.

构造主要为断裂构造，以北东向为主，东西向和北西向次之.北东向断裂形成时间最晚，切断东西向和北西向断裂，并被脉岩充填.脉岩多呈北东向展布，大部分脉岩有不同程度的矿化蚀变或被压碎.上述脉岩与成矿关系密切，是金矿找矿的重要标志.

该区现已发现金多金属矿体8条.主要矿体为2号、3号和6号.2号矿体长520 m，宽1.25 m，产状320°∠50°，金平均品位 1.29×10－6，最高品位 1.71×10－6；3号矿体长 440 m，宽 1 m，产状 320°∠50°，金平均品位 4.98×10－6，最高品位 14.39×10－6；6 号矿体长 320 m，宽 2.24 m，产状 320°∠30°，金平均品位 4.15×10－6，最高品位 25.89×10－6.

矿石中主要金属矿物有黄铁矿、褐铁矿、镜铁矿、方铅矿、黄铜矿、孔雀石，脉石矿物有石英、云母、斜长石、角闪石等.矿石结构主要为自形半自形粒状结构，构造主要为细脉状构造，局部矿化富集呈团块状.近矿围岩蚀变有硅化、绿泥石化、绿帘石化、绢云母化等.

2.2 成矿阶段及时代

根据野外地质观察和室内光薄片鉴定工作，按照矿石中矿物的共生组合、生成顺序及相互穿插关系，矿物的生成顺序为黄铁矿→闪锌矿（黄铜矿）→黄铜矿→方铅矿.成矿作用划分为2个成矿期，即热液成矿期和表生成矿期.热液成矿期分为石英－黄铁矿阶段、石英－多金属硫化物阶段和碳酸盐阶段.

石英－黄铁矿阶段：主要生成矿物为石英和黄铁矿，黄铁矿呈自形、半自形浸染状、脉状分布于岩石中，金矿化极微弱.

石英－多金属硫化物阶段：为主要成矿阶段，发育有黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿、方铅矿.黄铁矿呈浸染状分布于岩石中，闪锌矿、黄铜矿、方铅矿呈团块状、浸染状、脉状分布于岩石中.该阶段形成的矿物与先前形成的矿物叠加，富集成矿.

碳酸盐阶段：主要发育碳酸盐，矿物主要为方解石，金属矿物减少，多见方铅矿、闪锌矿呈团块状、脉状分布于岩石中，不见金矿化.

表生成矿期：主要发育次生氧化矿物，可见褐铁矿、孔雀石等.

矿区周围燕山期脉岩出露较多，主要呈北东向展布，岩石类型主要有闪长岩、闪长玢岩、石英斑岩和花岗斑岩.小东大沟金矿床北东30 km附近即为著名的夹皮沟金矿带.金矿带中各主要矿床的成矿时代如下：八家子 185 Ma［4］，红旗沟 178 Ma［5］，四道岔 177 Ma［6］，二道沟161 Ma［7］.小东大沟的矿床地质特征与夹皮沟金矿带内矿床的特征相类似，靠近区域深大断裂敦密断裂.矿床产于韧性剪切带中，矿体的产出受断裂构造控制，与花岗斑岩、闪长岩等脉岩关系密切.推断小东大沟金矿的成矿时代应为燕山早期.

3 流体包裹体研究

3.1 样品及测试方法

研究样品取自小东大沟金矿区与成矿有关的石英脉，磨制包裹体片，在双目镜下选择包裹体进行测试.流体包裹体测温在吉林大学地球科学学院地质流体实验室进行.实验采用德国Carl Zesis Axiolab显微镜（10×50）对包裹体进行岩相学观察.测温仪器：Linkam THMSG－600型冷热台，仪器测定温度范围为－196～+600℃，测试前用纯H2O包裹体（国际试样）及人造25%CO2－H2O进行了系统校正.试验中用液态氮气进行冷却，分析精度：大于31℃时为±2℃，小于31℃时为±0.1℃，测试过程中升降温速率一般为 1～20℃/min，固液相转变点附近的升温速率降低为1℃/min.

3.2 流体包裹体类型

通过镜下观察，小东大沟金矿床石英脉中流体包裹体较发育，多为原生包裹体，少部分为次生包裹体.根据室温时包裹体的相态，均为气液两相包裹体（表1），可进一步分为气相H2O－液相H2O包裹体和气相CO2－液相 CO2－液相 H2O 包裹体（图 2）.

图2 小东大沟金矿床流体包裹体显微照片Fig.2 Microphotographs of fluid inclusions in Xiaodongdagou gold deposit

气相H2O－液相H2O包裹体（W类）：该类型包裹体较发育，大小为2～10 μm，主要由气体和液体组成，气液比介于5%～25%，在常温下形态主要有椭圆形、多边形以及不规则状.

气相CO2－液相CO2－液相H2O包裹体（C类）：该类型包裹体比较少见，大小为6～10 μm，气相CO2占CO2相整体体积的50%，加热时，气相CO2和液相CO2在低于31.3℃的温度下均一成单一的CO2相（即CO2的部分均一温度）.

3.3 流体包裹体测试结果

石英－黄铁矿阶段：发育气相H2O－液相H2O包裹体和气相CO2－液相CO2－液相H2O包裹体.气相H2O－液相H2O包裹体均一温度为128.7～287.5℃，峰值为220～240℃（图3a），盐度峰值为9%～12%（质量分数，NaCl当量）（图3b），密度峰值为0.90～0.92 g/cm3（图3c）.

气相CO2－液相CO2－液相H2O包裹体部分均一温度为 25.7～28.5 ℃，完全均一温度为 222.7～293.6 ℃，峰值为260～300℃（图3a），水溶液相盐度峰值为11%～12%（图3b），密度峰值为0.94～0.96 g/cm3（图3c）.

金－多金属硫化物阶段：只见气相H2O－液相H2O包裹体，均一温度为 165.4～365.1 ℃，峰值为 200～220 ℃（图3a），盐度峰值为9%～10%（图3b），密度峰值为0.94～0.96 g/cm3（图3c）.

碳酸盐阶段：只见气相H2O－液相H2O包裹体，均一温度为 116.1～159.7 ℃，峰值为 140～160℃（图 3a），盐度峰值为 11%～12%（图 3b），密度峰值为 0.98～1.00 g/cm3（图3c）.

小东大沟金矿床成矿流体系统的变化从成矿早期到主成矿期有较为明显的规律.均一温度从早阶段（231.3 ℃）→主阶段（229.0 ℃）→晚阶段（145.1 ℃）逐渐降低，盐度从早阶段（11.84%）→主阶段（11.71%）→晚阶段（10.73%）逐渐降低，暗示在流体演化过程中，初始流体在沿着断裂通道上升过程中有较低温低盐度流体混合使其物理化学条件发生改变，均一温度与盐度均降低，并发生了气体的逃逸，从而导致Au的溶解度降低，并最终卸载沉淀成矿.密度从早阶段（0.919 g/cm3）→主阶段（0.920 g/cm3）→晚阶段（0.998 g/cm3）渐渐升高，可能由于流体发生CO2等气体逃逸或混入较高密度的流体所致.原始流体与低温低盐度流体不同程度混合是小东大沟金矿矿质卸载成矿的主要原因.

表1 小东大沟金矿床不同成矿阶段流体包裹体类型及参数Table 1 Types and parameters of fluid inclusions by metallogenic stages in Xiaodongdagou gold deposit

利用主成矿阶段流体包裹体测温数据，运用等容线相交法求得的小东大沟金矿成矿压力约为50～110 MPa，显示小东大沟金矿床形成于中压环境.利用孙丰月等［8］分段拟合的压力与深度之间的关系，得到成矿深度范围为 5.63～8.69 km，属于中成深度.

4 稳定同位素研究

4.1 样品及分析方法

稳定同位素测试分析工作在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成.选取小东大沟金矿床主成矿阶段石英单矿物样品进行氢－氧同位素测试.氧同位素的测定采用BrF5法制备CO2，通过MAT－253质谱仪分析气体中的O同位素组成，精度为±0.2‰.氢同位素组成测定采用爆裂法获取水，通过MAT－253型质谱仪分析气体中H同位素组成，精度为±2‰.氢、氧同位素采用的国际标准为V－SMOW.计算石英单矿物流体包裹体中 δ18OH2O时，根据公式 δ18OV－SMOW－δ18OH2O＝3.38×106/T2－3.4（200～500℃）［9］进行计算.选取小东大沟金矿床主成矿阶段黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿金属硫化物进行硫同位素测试.硫化物矿样以Cu2O作氧化剂制备SO2，通过MAT－230型质谱仪分析气体中的S同位素组成，分析精度为±0.2‰，相对标准为V－CDT.

4.2 测试结果

4.2.1 氢氧同位素特征

石英流体包裹体氢氧同位素测试分析结果表明，石英中 δ18OH2O的值在－0.49‰ ～ +1.91‰之间，δDV－SMOW的值在－129‰ ～－105‰之间.在δ18O－δD 同位素图解中，数据投点落在地幔初生水和大气降水线之间，预示成矿流体主要为地幔初生水，后期有大气降水加入.

4.2.2 硫同位素特征

对黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿和方铅矿金属硫化物样品进行硫同位素的测试，黄铁矿的δ34S值为4.9‰～5.6‰，黄铜矿的 δ34S 值为 4.2‰～4.6‰，方铅矿的 δ34S值为 2.9‰，闪锌矿的 δ34S 值为 5.3‰～5.6‰.硫化物总体 δ34S 值变化范围较集中（2.9‰～5.6‰），指示其硫源主要来自岩浆硫［10］.

5 矿床成因探讨

流体包裹体研究表明，主成矿阶段温度峰值为200～220 ℃，平均值为 229.0 ℃，密度为 0.92 g/cm3，为低密度，流体盐度为11.71%，为中低盐度，计算出成矿深度在 5.33～8.90 km，具有中成深度的特点.氢氧同位素数据显示，成矿流体主要为地幔初生水，后期有大气降水加入.硫同位素数据显示硫为岩浆硫，成矿物质来源于岩浆.研究表明，小东大沟金矿床成矿流体具有中低温、中低盐度、低密度的特征，形成于中等压力和中成深度的环境.含矿热液沿着断裂的构造空间上升，上升过程中由于温度、压力等的降低，成矿物质沉淀富集成矿.

图3 小东大沟金矿床成矿流体特征直方图Fig.3 Histogram for the characteristics of ore-forming fluid in Xiaodongdagou gold deposit

小东大沟金矿床在矿床地质、成矿流体、矿石特征等方面与中低温热液脉型金矿床特征类似，赋矿围岩为太古宙变质岩，断裂构造控矿作用明显，成矿温度大致落入中低温矿床的范围，按成矿压力计算的成矿深度显示中成成矿的特点.与此对应，早－中侏罗世，滨太平洋板块向欧亚大陆俯冲［11］，华北板块东北部处于挤压环境，发生地壳增厚，成矿作用形成于增生和碰撞造山带的汇聚板块边界上的挤压和扭压作用的过程中.分析认为，小东大沟金矿床的形成和滨太平洋板块与欧亚大陆俯冲形成的陆缘岩浆弧活动有关，为中低温热液脉型金矿床.

致谢：感谢吉林省有色金属地质勘查局602队王兴昌为野外调研工作提供便利，感谢吉林大学地球科学学院霍亮老师为岩石光薄片鉴定工作提供帮助，感谢吉林大学地球科学学院王琳琳老师为流体包裹体测试工作提供便利，对所有在文章写作中帮助过我的人表示感谢.

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GEOCHEMISTRY AND GENESIS OF THE XIAODONGDAGOU GOLD DEPOSIT IN JINGYU COUNTY，JILIN PROVINCE

YANG Xi-ming，SUN Feng-yue，PENG Bo，LIU Jin-long，LI Liang
School of Earth Sciences，Jilin University，Changchun 130061，China

The Xiaodongdagou gold deposit is located in the Wangjiadian-Tianhexing polymetallic metallogenic belt in the eastern section of northern margin of the North China plate，with orebodies controlled by fault structures.The mineralization is closely related to the dikes of granite porphyry and diorite.Study on fluid inclusion indicates that the ore-forming fluid in the main metallogenic stage is characterized by medium-low temperature（180-240℃），low salinity（8%-11%）and low density （0.92-0.98 g/cm3）.The analysis result of hydrogen and oxygen isotopes shows that the oreforming fluid is mainly from juvenile water in mantle mixed with later atmospheric precipitation.The sulfur is originated from magma based on sulfur isotope analysis.Considering the regional geological background and analysis results，it is believed that the Xiaodongdagou gold deposit of medium-low temperature hydrothermal vein type is the product of continental marginal magmatic arc activity formed by the subduction of the marginal Pacific Plate to Eurasia continent.

Xiaodongdagougolddeposit；ore-formingfluid；stableisotope；oregenesis；JilinProvince

1671-1947（2017）05-0473-06

P618.51；P597

A

2017－06－20；

2017－07－25.编辑：李兰英.

中国地质调查局“吉黑东部区域成矿规律综合研究”项目（编号1212011085485）.

杨锡铭（1993—），男，吉林大学矿物学、岩石学、矿床学专业硕士研究生，通信地址吉林省长春市朝阳区建设街2199号，E-mail//18243177359@163.com