福建政和马仑头金矿成矿物理化学条件及成因分析

刘乃忠

(福建省闽北地质大队，福州，350012)

政和马仑头金矿床是福建省闽北地质大队2004年发现的一个中型金矿床[1]，矿区位于东坑火山盆地的西北边缘；属政和上山岗一带金银成矿远景区，系福建省重要的金银多金属成矿远景区之一。目前在东坑火山盆地周边已发现的金矿(床)点有东游、前际、马仑头、大药坑、外厝、宝岩、上山岗、王母山、东际、后仑山、东坑、星溪、地坪等，相对于闽西南坳陷西南部的紫金山矿田，该区研究程度极低，有关矿床成因等问题至今存在分歧。笔者以马仑头金矿床作为研究，在野外地质工作基础上，运用流体地球化学和同位素地球化学方法，通过流体包裹体，氢、氧、硫和成矿流体Rr-Sr同位素的研究，深入探讨马仑头金矿床形成机制，并全面总结该区金矿床成矿规律，建立成矿模式。

1 地质背景

1.1 矿区地质特征

研究区位于政和县西南约40 km，区域上位于北东向政和—大埔深断裂带与北西向浦城—宁德断裂带交会处，北东东向泰宁—政和金银成矿带东段，区内构造-岩浆活动频繁，多期次构造活动、岩浆侵入及火山作用为成矿创造了良好的条件。

区内出露地层单一，除矿区西北部和东南角出露少量第四系、南园群和寨下组外，区内大部分出露地层为白垩纪石帽山群黄坑组(图1)。据黄坑组岩性组合特征，可分为下段和上段。下段总体呈北东向出露于矿区东北部，F2断层东侧，岩性主要为凝灰质砂岩、凝灰质粉砂岩、凝灰质泥岩，厚度大于50 m。上段是区内出露地层主体，岩性自下往上为火山角砾岩、安山质(岩屑)晶屑凝灰岩、英安岩、英安质(岩屑)晶屑凝灰(熔)岩、流纹质晶屑(角砾)凝灰(熔)岩，构成不完整的中性—中酸性—酸性凝灰岩—熔岩韵律层。呈厚层、巨厚层状，厚度大于233 m，呈喷发不整合覆盖于该组下段之上*福建省闽北地质大队，福建省政和县马仑头矿区金矿勘探暨矿山生产勘探(扩深)资源储量地质报告，2016。。

图1 政和马仑头矿区地质简图Fig.1 Geologic map of Maluntou mining area in Zhenghe county1—第四系；2—寨下组上段；3—黄坑组上段；4—黄坑组下段；5—南园群；6—断层及编号；7—地质界线；8—工业品位以上的金矿体及编号

区内构造受区域性构造影响主要为断层，断层以北西向为主，次为北东向，近东西向少见。区内北西向断层活动强烈，呈大致平行相间排列，成组出现，带内次级断层发育。断层强度具有自西南往东北渐弱，并由较密-稀疏的特点。近于平行分布F3～F16共14条断层。断层一般长300～2 100 m，走向276°～340°，南西侧断层往北东倾，北东侧往南西倾为主，倾角56°～85°；结构面呈舒缓波状-微波状，性质为逆断层，是区内矿化(构造)蚀变带金矿体的主要控矿、容矿构造。

北东向断层仅在区内西北部出露F1，东部出露F2。

区内岩浆侵入活动不发育，仅局部见脉状分布的辉绿玢岩(探硐中)、闪长岩(钻孔中)。

1.2 矿体特征

马仑头矿区共圈定工业品位以上金矿体18个，金银矿体1个；各矿体主要特征见表1。同时圈定边界品位以上、工业品位以下的金矿体(低品位金矿体)33个。

表1 政和马仑头矿床工业金(银)矿体特征

区内主矿体部分出露地表，部分为隐伏矿体，均产于白垩纪石帽山群黄坑组火山岩中。各矿体均受断层构造或岩石层间裂隙控制，其产状与断裂、裂隙产状基本一致，走向北西，倾向南西为主，部分北东，倾角较陡。矿体呈脉状、透镜状，长40～680 m，厚度0.53～18.07 m，斜深20～418 m。金品位为1.85×10-6～8.11×10-6，银品位为13.21×10-6～190.68×10-6。

矿石具有自形粒状结构、他形粒状结构、碎裂结构、网脉状结构、交代残余结构、镶边结构、溶蚀边结构、乳浊状结构、填隙结构、尖角交代结构及细脉穿插结构等[2]。矿石构造具团块状、角砾状、条带状、斑杂状、脉状、浸染状、蜂窝状构造等。

矿石自然类型按矿石的氧化程度可划分为氧化矿石、混合矿石和原生矿石，并以原生矿石为主；按矿石构造划分为条带状矿石、团块状矿石、角砾状矿石及斑杂状矿石等。

矿石有用组分主要为Au、Ag，伴生元素为Cu、Pb、Zn、S、As。

金属矿物主要有自然金、银金矿、黄铁矿、针铁矿、赤铁矿；非金属矿物主要以石英、绿泥石、绢云母为主，次有绿帘石、方解石等。

矿物的生成顺序为绢云母、绿泥石→石英、黄铁矿、自然金、银金矿→褐铁矿、赤铁矿、针铁矿。

氧化矿石的矿物共生组合有石英+褐铁矿+赤铁矿+自然金、石英+针铁矿+自然金+银金矿。混合矿石的矿物共生组合有石英+针铁矿+黄铁矿+自然金。

根据矿石特征、矿物组合及生成顺序将成矿期分为三个阶段(表2)，分别为石英-黄铁矿阶段、硫化物阶段、碳酸盐-硫化物阶段。第一阶段主要形成石英和粗粒黄铁矿；第二阶段主要形成细粒黄铁矿，后期形成黄铜矿、闪锌矿和方铅矿等矿石矿物，并伴随有少量自形石英生成，该阶段为金的主成矿阶段；第三阶段主要形成碳酸盐矿物，以方解石为主，呈脉状穿插早形成的矿物，伴随少量硫化物。硫化物阶段是主成矿阶段，代表性矿物组合为黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿等；碳酸盐阶段代表性矿物为方解石(照片1)。

表2 马仑头矿床成矿阶段划分及矿物生成顺序

照片1 马仑头矿床矿石矿物组合及结构关系Photo.1 Mineral assemblages and textures of ore of Maluntou deposita—黄铁矿自形粒状结构；b—黄铁矿碎裂结构；c—网脉状结构；d—交代残余结构；e—闪锌矿交代黄铁矿 ；f—共结边结构；g—乳浊状出溶结构；h—粗粒方铅矿(右)交代闪锌矿，细粒方铅矿(左)充填闪锌矿间隙；i—细脉穿插结构；Py—黄铁矿；Ccp—黄铜矿；Sp—闪锌矿；Gn—方铅矿

2 样品及分析方法

根据研究区矿床成矿期与成矿阶段的划分, 流体包裹体、H-O同位素和Rb-Sr同位素主要采集主成矿期矿石的寄主矿物石英，S同位素采集主成矿期矿石中的黄铁矿，样品采样位置及研究内容见表3。

表3 马仑头金矿样品采集位置及研究内容

流体包裹体显微测试工作在中国地质大学(武汉)固体矿产勘查实验教学示范中心流体包裹体实验室完成，所用显微镜型号为LeicaMD2500P；测定所选包裹体的冰点及对应的均一温度在中国地质大学(武汉)GPMR红外测温室完成，测试仪器为英国生产的Linkam MDS600型显微冷热台。H-O、S同位素测试在核工业北京地质研究院同位素室完成，石英O同位素和石英包裹体H同位素采用Finnigan MAT-253质谱仪测试。硫同位素测试仪器釆用MAT-251型质谱仪。Rb-Sr同位素分析在国土资源部中南矿产资源监督检测中心同位素地球化学研究室进行，分析仪器采用可调多接收固体质谱仪MAT-261。

3 流体包裹体研究

3.1 岩相学特征及类型

显微观察显示，马仑头矿床中流体包裹体数量较少，类型较为单一，为富液两相包裹体。包裹体形态多为孤立椭圆状、长条状、石英负晶形或不规则状，大小一般为4 μm×3 μm至8 μm×6 μm，气相多为透明，少数带黑灰色色调，液相、无色透明，气相充填度为10%～20%，多数在石英中随机分布(照片2)。

照片2 马仑头矿床石英中流体包裹体显微照片Photo.2 Microphotograph of the fluid inclusions in quartz of Maluntou deposit

3.2 显微测温

该次实验共获得流体包裹体完全均一温度120件包裹体均为富液两相包裹体，均一温度范围是135.9～360.1℃。由图2可发现，流体包裹体均一温度存在两个峰值，一个分布在149～168℃，另外一个分布在187～244℃。出现这种情况的原因存在三种：①由于人为因素，在测试均一温度时，同一群包裹体中测试数量过多，导致具有相似均一温度(149～168℃)的包裹体比重增大，引起均一温度的多峰值现象；②虽然最初选取样品时都是含硫化物石英脉，但在镜下找寻包裹体时，发现石英脉中部分区域叠加有后期碳酸盐(方解石)，且方解石内也含有较多包裹体，因此，推测分布在149～168℃内的部分包裹体所在的主矿物可能为方解石，所测得均一温度为主成矿期后流体温度；③均一温度的双峰值现象可能暗示研究区成矿流体具有多阶段成矿的特征。

图2 研究区石英流体包裹体均一温度直方图Fig.2 Histogram of homogenization temperature of the fluid inclusions in Quartz

区内金矿床成矿流体均一温度值存在两个峰值，表明经历了早阶段少量高温成矿→中阶段大量中温成矿→晚阶段低温成矿的演化，金矿的成矿温度主要是中温-低温阶段。参照区域上紫金山矿床的相关成果进行对比，该结论与梁青玲[3]、陈静[4]所测得的紫金山含矿石英脉内流体包裹体均一温度分布区间较为一致，该次所测得的324～358℃相当于紫金山流体的早阶段(320～380℃)；187～244℃相当于紫金山流体的中阶段(189～300℃)；而149～168℃相当于紫金山流体的晚阶段(132～226℃)。从而说明研究区内成矿流体可能与紫金山成矿流体具有相似的演化过程，但规模相对要小得多。以出现第二、三阶段所见流体包裹体类型为主，第二、三阶段包裹体主要为富液两相包裹体，普遍向液相均一，基本不含挥发分。对于各阶段成矿流体演化与成矿的关系，在此次测试结果的基础上，结合前述各矿床地质特征，马仑头矿床则是成矿流体三个阶段叠加的产物，其包裹体均一温度在上述三个峰值区间内均有分布。尤其是第二阶段，该阶段为主成矿阶段，形成了大量硫化物。第三阶段则是大量成矿物质沉淀之后的低温热液活动，形成碳酸盐矿物，因此马仑头矿床金属矿物种类相对较多且金矿体品位一般较高。沸腾和混合是流体演化和成矿的两种重要机制，对于研究区成矿流体由高温至低温的多阶段成矿模式，可能为单一流体的演化过程，也有可能为成矿流体在自然演化过程中与其他流体混合形成。研究初步认为是混合成因，因为政和—大埔断裂带为相对开放系统，在成矿流体上升的过程中很难保持自身的单一性，前人研究资料也指出紫金山矿床中金矿的沉淀与上升的流体和大气流体混合有关[5，6]。

4 同位素研究

4.1 H-O同位素研究

该次共测试5件含硫化物石英样品，各测试样品的采样位置及测试结果见表4，其中δDH2O值范围是-77.1‰～ -56.6‰，均值为-65.82‰，δ18OV-SMOW值变化范围较大，介于6.3‰～9.4‰，均值为8.44‰。根据石英-水体系的氧同位素分馏方程1000lnα石英-水=3.38×106/T2-3.40，结合邻近矿床所测流体包裹体的均一温度，计算出深部金矿体成矿流体的δ18OH2O值为-4.5‰～-0.8‰，均值为-1.88‰。

表4 马仑头金矿床成矿流体氢氧同位素组成

马仑头金矿床成矿流体相较于正常岩浆水的氢氧同位素组成偏低，而高于中国东部中生代大气降水的δ18OH2O值(-6.0‰)[7]，介于二者之间。与政和—大埔断裂带上紫金山及治岭头金多金属矿床成矿流体氢氧同位素组成相比，研究区氧同位素偏低，氢同位素中除个别样品较低外，其他样品与区域矿床中流体氢同位素保持较为一致的分布范围。成矿流体的氢氧同位素判别图显示区域上成矿流体氢氧同位素具有明显的由岩浆水向大气降水方向漂移的趋势(图3a)，暗示成矿流体为岩浆水(火山热液)与大气降水的混合热液，且来源以岩浆水(火山热液)为主，随着成矿的持续作用，大气降水不断加入参与循环[8, 9]，直至热液中成矿物质耗尽[10]。马仑头矿床有相对更偏向大气降水方向的趋势，暗示了研究区内不同地段成矿流体中混入的大气降水比例存在差异，该结果与上述流体包裹体测温结果相对应。马仑头矿床成矿流体在演化过程中，随着成矿作用的进行，有越来越多的大气降水加入，导致成矿温度有所降低。

图3 马仑头金矿床成矿流体δD—δOH2O关系图解(图3a，底图据文献[12])和马仑头矿床与政和大埔断裂带浅成低温热液型、火山岩型典型矿床硫同位素组成对比图[13-16](图3b)Fig.3 The δD-δH2O relation of the ore-forming fluids of Maluntou deposit and Contrast of the S isotopes of Maluntou deposit and other typical epithermal and volcanic deposits in the Zhenghe-Dapu fault zone

4.2 矿石硫同位素

硫同位素组成的研究可以推断成矿物质来源，研究与成矿存在密切关联的硫化物或矿石硫化物的硫同位素组成的变化可以了解矿床中硫的来源[11]，进而可探讨矿床成因。马仑头矿床中，测试样品的矿石类型主要为浸染状和脉状，测试矿物为黄铁矿，测试所得δ34S介于0.4‰～1.5‰(表5)，平均值为0.93‰，具有深源岩浆硫的特征，高于悦洋浅成低温热液型金银多金属矿床，而与政和—大埔断裂成矿带南端的紫金山、北端治岭头等典型次火山热液型、火山岩型金多金属矿床的硫同位素组成较为一致(图3b)。

表5 马仑头金属硫化物δ34S同位素组成

研究区内金矿床主要成矿阶段为石英-硫化物阶段或多金属硫化物阶段，该阶段形成的硫化物组成较为单一，主要由黄铁矿组成，伴生有少量闪锌矿、方铅矿和黄铜矿，均未见磁铁矿及硫酸盐矿物，因此各矿床硫化物的δ34S值可以代表成矿流体的硫同位素组成[17]，马仑头总硫组成(1.5‰)与幔源硫δ34S值(0‰±3‰)较为符合，表明矿床主成矿期的S可能来自深源岩浆。此外，该硫同位素分析结果与政和—大埔断裂带上紫金山铜金多金属矿床和治岭头金铅锌多金属矿床δ34S值对比结果，其与上述典型火山-次火山热液型矿床的硫同位素组成范围基本保持一致，这表明火山热液活动主要为其提供了硫源。因此，马仑头金矿床的成矿物质主要来源于区内早白垩世的火山活动。

4.3 Rb-Sr同位素

研究区马仑头矿床采集5件石英样品中流体包裹体的Rb-Sr同位素测试及计算结果见表6。5件样品中的ω(Rb)和ω(Sr)含量均比较接近，分别为0.869×10-6～1.409×10-6和2.068×10-6～5.881×10-6；而87Rb/86Sr比值为0.620 6～1.212，87Sr/86Sr比值为0.710 25～0.711 13，分布较分散，符合Rb-Sr同位素的等时线要求。因此，采用ISOPLOT程序对5件石英样品的87Rb/86Sr和87Sr/86Sr(2σ)比值做等时线图(图4)，5个样品无异常显示，构成了一条很好的石英流体包裹体等时线，获得该阶段成矿年龄为(101±1)Ma，ISr值为0.709 38±0.000 01。不难看出，该成矿阶段的成矿流体保持一个相对封闭的体系，流体中同位素达到了均一化，流体包裹体的Rb-Sr等时线年龄直接记录了该矿床的成矿作用时代。

表6 马仑头金矿床石英流体包裹体Rb-Sr同位素组成

注：λ87Rb=1.42×10-11a-1

图4 马仑头矿床石英流体包裹体Rb/Sr等时线图Fig.4 Rb/Sr isochronous graph of fluid inclusions in quartz in the Maluntou deposit

马仑头矿床中石英流体包裹体的Rb-Sr等时线年龄为(101±1)Ma，矿区内中酸性熔岩锆石LA-ICP-MS年龄为101～96 Ma，暗示成矿物质主要来源于岩浆作用，因此，马仑头矿床成矿作用与火山岩成岩作用有密切成因联系。成矿年龄及火山熔岩年龄属早白垩世，且对应于燕山期太平洋板块俯冲，中国东部地区岩石圈大规模减薄构造活动，因此该次研究认为马仑头金矿床的形成可能与深部岩浆以底辟形式侵位而发生的火山活动有关。

5 矿床成因分析

政和—建瓯地处在构造枢纽位置，随着政和—大埔断裂带的多阶段左行走滑运动，区内构造作用频繁强烈，地层岩石中构造裂隙发育，构成一构造裂隙发育区。早白垩世武夷山地区构造背景转变为大规模的伸展活动，导致松溪—宁德北西向火山喷发带进入活跃期，酸性-中酸性火山喷发、喷溢频繁，形成了研究区内广泛分布的火山岩和侵入岩，并伴随着一系列与火山活动具有成因联系的多金属矿床产出。

研究区内目前已发现金矿床在空间上与早白垩世火山岩及次火山岩关系密切，矿化主要发育在火山岩地层内、火山岩地层与中-晚元古代变质岩老地层之间或地层与岩体之间的接触不整合面及岩体(次火山岩)内部，贮矿围岩主要为早白垩世黄坑组熔岩-火山碎屑岩类。

矿体多呈透镜状、脉状，产状与上述火山岩、岩体内构造或接触带产状一致，矿石类型为蚀变岩型及石英细脉型，矿石构造多数为团块状、条带状、脉状及浸染状。矿石中主要金属矿物组合较为简单，主要为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿及闪锌矿，含微量毒砂。矿区围岩蚀变强烈，主要有硅化、绢云母化、绿泥石化、绿帘石化、叶蜡石化、高岭土化、碳酸盐化及萤石化等。

以上矿化特征与典型火山-次火山热液型金矿床类似。研究区内火山熔岩结晶年龄为(100±1)Ma～(96±1)Ma；马仑头矿区内含矿石英脉中流体包裹体Rb-Sr等时线年龄为(100±1)Ma。同位素定年结果表明，区内金矿与火山活动关系密切，二者均形成于早白垩世，与华南地区中生代大规模金多金属矿床成矿时代一致。

马仑头金矿床具有多阶段叠加成矿的特征，成矿流体为火山热液与大气降水的混合热液，且随着成矿作用的持续，大气降水的含量有所增多，成矿物质主要来自幔源及上地壳，其成因与中生代火山喷发-岩浆侵入活动密切相关。

研究区内成矿作用主要以热液期为主，主成矿期分为三个阶段。从少量早阶段到中阶段(主成矿阶段)再至晚阶段，成矿流体经历了高温→中低温→低温的降温过程，包裹体相态仅发育有富液两相包裹体，与成矿阶段相吻合。氢氧同位素证据表明，区内成矿流体为火山热液与大气降水的混合热液，且随着成矿作用的持续，大气降水的含量逐渐增多。矿石硫化物的硫同位素分析结果表明，研究区成矿物质中硫源来自地幔和上地壳。成矿流体的盐度及压力随成矿的进行呈逐渐降低，显示火山-次火山热液型金矿床成矿流体具有中低温、低盐度、低压的特征。从对已发现的火山-次火山热液型矿床流体演化来看：初始流体来源于含水的岩浆，其具有富含金属成矿元素、高温、低盐度、中等密度的特征。该类流体在构造应力及热动力驱动下进行上升流渗，在这一过程中，高盐度的液相部分从气相流体中分离出来，温度范围300～700℃；继续上升的低-中等盐度的气相流体和高盐度的液相流体随着温度的降低，气相流体发生收缩形成中-低盐度的液相流体，并与早期分离出的具有相同成分的液相流体混溶，温度从500℃降至350℃以下，此时部分铁硫化物发生沉淀；待该成矿流体通过深大断裂等区域性构造或其次级支断裂，到达近地表火山岩区域，有大量大气降水的混入参与，温度从350℃降至250℃以下，导致含矿热液系统的状态发生改变，将原有的化学平衡被打破，金属络合物稳定性降低，从而使流体卸载，沉淀成矿，形成了火山-次火山热液型金矿(图5)。而对于成矿物质来源，硫来自岩浆流体或火山岩，金属成矿元素来自地壳深部火山岩浆。

通过上述成矿构造背景、矿化特征、贮矿围岩、矿物组成、围岩蚀变、成矿流体性质的综合分析，笔者认为马仑头金矿床与火山-次火山热液型金矿床较为相似，马仑头成矿作用则相当于成矿流体在近地表火山岩区与大气降水混合的过程。因此，应将马仑头金矿床成因类型归属为火山-次火山热液型金矿床。

图5 马仑头火山热液型金矿成矿模式图Fig.5 Metallogenic model graph of Maluntou volcanic hydrothermal type gold deposit1—火山熔岩、火山碎屑岩；2—火山角砾岩；3—燕山晚期侵入岩；4—花岗斑岩；5—钾长花岗岩；6—石英二长斑岩；7—断裂；8—金矿体；9—铅锌矿体；10—矿石蚀变区；11—岩浆流体(火山热液)；12—气相流体；13—液相流体

6 结论

(1)马仑头矿床石英流体包裹体类型为富液两相包裹体。显微测温显示，均一温度范围是135.9～360.1℃；流体演化成矿经历了149～168℃和187～244℃两个主要阶段，分别对应中阶段大量中温成矿阶段→晚阶段低温成矿阶段。其中与成矿密切相关的温度峰值是187～244℃。

(2)氢氧同位素研究显示，马仑头矿床成矿流体在演化过程中，随着成矿作用的进行，有越来越多的大气降水加入，导致成矿温度有所降低。矿石硫同位素研究显示，硫可能来自深源岩浆，成矿物质与区内早白垩世的火山活动有关。

(3)Rb-Sr同位素表明，马仑头矿床成矿年龄为(101±1)Ma，矿区内中酸性熔岩锆石LA-ICP-MS测试年龄为101～96 Ma，表明马仑头金矿成矿作用与区内火山活动有着密切相关。

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