五河地区金矿成矿模式

张顺林，盛中烈 ，朱义坤 ，张家嘉

(1安徽省勘查技术院, 安徽合肥 230031 2，安徽省国土资源厅, 安徽合肥 230088)

1 区域背景

1.1 区域位置

图1 区域位置图Figure 1. Regional location

属华北地台南缘（图1），五河地区的上太古界-下元古界变质岩系，据《安徽省地质矿产志（1986-2005）》 称为“五河岩群”，指主要分布于蚌埠-五河一带的以片麻岩、斜长角闪岩、大理岩、浅粒岩为主的中深变质岩系。依据岩性特征可分为下亚群、上亚群，下亚群自下而上为西堌堆岩组、庄子里岩组、峰山李岩组，上亚群自下而上为小张庄岩组、殷涧岩组。出露较零星，总厚度6400多米。其中西堌堆组下段的①第一岩性段（（Ar3-Pt1x1-1）：为角闪斜长片麻岩夹斜长角闪岩，原岩为基性、中基性为火山岩；②第二岩性段（Ar3-Pt1x1-2）：黑云斜长片麻岩夹石榴石黑云斜长片麻岩及黑云母（二长）片岩，原岩为粉砂岩、泥岩、粉砂质泥岩；③第三岩性段（Ar3-Pt1x1-3）：斜长片麻岩，花岗片麻岩，原岩为中酸性火山岩。五河群原岩生成环境为大陆边缘或岛弧地区，变质相为高角闪岩相，某些地段处于高绿片岩相-高角闪岩相的过渡状况。

1.2 构造演化

五河地区内的构造演化同区域主要构造事件具有密切的成因联系，以下结合区域大地构造发展来梳理该区内的主要构造演化（表1）。

吕梁-五台期，五河岩群在早期沉积和火山喷发、岩浆侵入的基础上，发生了角闪岩相区域变质作用和混合岩化作用，并受来自南北向的主压应力作用，形成近东西向蚌埠复背斜构造，在本区内表现为北东向荣渡复背斜构造。区域变质作用促使金活化转移，使金元素预富集，为金矿形成奠定基础。

表1 五河地区构造演化序列Table 1 Tectonic evolution sequence in the Wuhe area

青白口纪至印支期查区内一直处于比较稳定的抬升剥蚀阶段，未接受沉积。

从印支期开始，随着华北板块和扬子板块相互碰撞的发展以及郯庐断裂的成生发展，本区的构造应力场转变为NW-SE向主压应力作用，开始形成一系列NNE-近SN向韧性剪切带。

燕山期是区内构造活动最强烈的阶段，韧性剪切带不断成生发展，由韧性断裂逐渐变为韧脆性，成矿作用就发生在这一时期。燕山期构造演化又可分为两个阶段：燕山早期（早侏罗世以前）发生以走滑为主的韧性剪切作用，形成一系列北北东-近南北向的韧性剪切带。燕山晚期断裂由韧性向韧脆性转变，这一时期出现大规模的岩浆活动，其中有相当部分是包括西堌堆岩组变质岩在内的地层岩石重熔形成的。岩浆热液一方面携带有一定的金等成矿物质，同时也是成矿流体的提供者，萃取围岩西堌堆岩组等变质岩中的成矿元素，上升至韧脆性断裂中富集，之后继续发生韧脆性变形，形成区内金矿体。由韧脆性变形进入脆性变形阶段，金矿化基本结束，多金属硫化物矿化，黄铜矿、方铅矿呈脉状发育。

从喜山期至今，随着区域级全球构造应力场的变化，区内主压应力逐渐变化为EW向至SEE甚至NEE向。由于地壳进一步抬升，变形性质基本为脆性变形，本期构造形迹主要为一系列脆性断裂，它们均对矿体起着破坏作用。

根据陈皓龙等人的研究，郯庐断裂五河段早期以韧性剪切为主的左行走滑运动为主；在早白垩世至古近纪发生脆性伸展正断；在新近系以来则以逆冲挤压活动为主。这三个阶段的活动基本上可与查区内断裂构造韧性-韧脆性-脆性的演化过程。

1.3 岩浆活动

区内岩浆活动较为频繁，以燕山期为主（表2、3）。

2 成矿物质来源

2.1 地层

已有的勘查和研究资料表明，区内金矿床（点）全部赋存于五河岩群中，其中的大部分赋存在西堌堆岩组中，仅从空间关系上看，五河岩群西度。

表2 五河地区及周边主要岩浆岩成岩年龄一览表Table 2. Diagenetic ages of major magmatic rocks in the Wuhe area and surrounding areas

表3 五河及周边地区部分脉岩形成时间一览表Table 3. Formation time of some vein rocks in the Wuhe and surrounding areas

2.3 硫同位素

以往的研究工作在五河的长淮、硖石山、西坂子等金矿区（点）采集硫化物样品，进行了测试分析（见表6）。黄铁矿的δ34S测定值大于方铅矿，表明在成矿过程中硫化物结晶时，溶液中及溶液中已结晶硫化物间硫同位素已达到平衡分馏（沈渭洲等，1987；郝立波等，2004；张理刚，1985）。测得含黄铁矿斜长片麻岩中黄铁矿δ34S值为1.2‰，其余矿石硫化物黄铁矿δ34S值在2.5%～7.8‰范围内变化，均为正值，平均为6.33‰（15件），方铅矿δ S值在-2.3%～6.4‰之间，平均为2.07‰（9件）。长堌堆岩组是区内金矿最主要的赋矿层位，西堌堆岩组主要变质岩含金性统计见下表4：

金主要赋存层位为西堌堆组第一岩性段（（Ar3-Pt1x1-1），岩性为角闪斜长片麻岩夹斜长角闪岩，原岩为基性、中基性为火山岩。

2.2 岩浆岩

五河钻孔中发现的各种岩浆岩中Au元素平均含量（表5），与金矿形成较为密切的应该为燕山期花岗闪长斑岩，其Au元素含量在所有岩浆岩中最高，且远高于地壳丰度及五河岩群丰淮矿区硫化物δ34S平均值为3.51‰，硖石山矿区为7.00‰，西坂子矿区为4.8‰，变化的范围不大。

由表6可以看出，黄铁矿的δ34S测定值大于方铅矿，表明在成矿过程中硫化物结晶时，溶液中及溶液中已结晶硫化物间硫同位素已达到平衡分馏。各矿区矿石硫同位素δ34S平均值在3.51‰～7.0‰之间，平均4.76‰，各矿区硫同位素均值差别不大，说明本地区矿床的硫具有相似的来源。围岩硫δ34S值1.2‰接近地幔硫的值，矿石硫化物中硫同位素δ34S值（均值4.76‰）大于地层硫同位素δ34S值，但是相差不大。

表4 西堌堆岩组主要变质岩含金性统计表Table 4. Statistics of gold-bearing properties of major metamorphic rocks in the Xigudui Formation Complex

表5 五河地区钻孔中岩浆岩类元素含量表Table 5. Contents of elements of magmatic rocks in boreholes in the Wuhe area

表6 以往五河地区硫同位素测试结果表Table 6. Previous test results of sulfur isotopes from the Wuhe area

五河地区硫同位素的分布特征显示矿石与围岩具有相近的δ34S值，一方面显示其具有幔源硫的特征，另一方面说明矿石硫主要来源于围岩，而偏高的硫可能反映了生物硫参与了循环过程。

2.4 铅同位素

全面地收集了前人所测长淮、硖石山等矿区矿石、部分围岩和岩体的铅同位素资料，其中包括：桑宝梁（4件，1990）、涂荫玖（7件，1992，1993）、董法先（15件，1995）、刘青（5件，2013）等。样品测试数据（表5-2）投影在B.R.Doe和Zartman的207Pb/204Pb-206Pb/204Pb和208Pb/204Pb-205Pb/204Pb图解上如图2-2：

一般地讲，低μ值（小于9.58或9.74）（沈渭洲，1987据B.R.Doe，

J.S.Stacey和J.D.Kramers数据）的铅来自于下部地壳或上地幔，或来自其他构造单元中基本处于封闭的体系，矿床的形成一般与岩浆活动有密切关系，而且在成矿过程中基本没有受到地壳物质的混染；高μ值的铅（大于9.58或9.74）来自上地壳。

从表7中可以看出，蚌埠地区围岩铅同位素μ值集中在8.84～9.28之间，平均8.96；女山岩体铅同位素μ值在9.50～9.51之间，平均9.51（据刘青等统计蚌埠地区花岗质岩体铅同位素平均μ值为9.18）；矿石铅同位素μ值8.72～9.56之间，平均9.18，含量介于围岩和女山岩体之间，且非常相近，低于上述标准值，说明矿石铅来源于深部地壳或者上地幔，成矿作用与岩浆活动有关。

在铅同位素图解（图2）上，总体上矿石铅与围岩铅具有相似的分布特征，表明两者有同源性，成矿物质可能部分来源于围岩；对于矿石铅与花岗岩的铅分布类似这一现象可以用本区中生代花岗岩由五河岩群变基性岩熔融所形成（王安东，2012）的观点来解释。

图2 蚌埠地区围岩、岩体及矿石铅同位素组成Figure 2. Pb isotope composition of wall rock, rock mass and ore in the Bengbu area

表7 五河地区矿石及围岩铅同位素组成表Table 7. Lead isotope composition in the ore and wall rock from the Wuhe area

在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb图上围岩铅和矿石铅投影落的范围比较大，多数落在地幔和造山带之间，部分靠近下地壳和上地壳，反映本地区铅源的多源性；在208Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解上，几乎所有的值都落在下地壳和地幔之间，说明矿石铅和围岩铅具有深源性的特点，成矿物质可能来源于下地壳或者地幔。另外，在图上也可以看出，各个矿区铅同位素的分布非常相似，说明这些不同矿区具有相似的铅来源，可能具有相同的成矿物质来源与相同的成矿作用。

所以，五河地区铅同位素分析结果显示，区内矿石、围岩和岩体铅同位素具有同源性，并且矿石铅与围岩铅又具有深源性的特点，表明矿石铅来源于围岩，铅的初始来源与地壳或下地幔有关。

2.5 稀土元素变化特征

根据以往研究资料（桑宝梁，1992；董法先，1995），硖石山金矿与长淮金矿中稀土元素测试结果说明了两矿区的成矿特点的相同性，均表现出从围岩-蚀变岩-矿体的比较系统的变化规律。长淮金矿从围岩到矿体REE从147.31×10-6→111.97×10-6→70.43×10-6→1.85×10-6，δEu异常从0.82→1.06→1.22→1.40，即从铕亏损变化为高正异常。硖石山金矿区REE的演化也有类似的现象。

这种REE表现行为和演变特征及Eu由微亏型渐变为高正异常型，可能是由于成矿热流体在迁移（或运移）过程中，从围岩斜长石中淬取了一定量的REE，特别是Eu元素，与其他物质一起进入了含矿构造带中并赋存于矿石内，从而造成了矿石中的Eu高正异常。

相关研究表明，金在岩石中有两种赋存形式：一是亲铁、亲铜、亲钾性，易活化的金；二是惰性、不易活化的金。易活化的金在地质构造事件过程中，热液作用使其从岩石中活化、萃取出来被迁移，不易活化者难以释放而残留在原来岩石中。

综上所述，矿石与围岩中硫同位素、铅同位素的相似性及稀土元素从围岩到矿石的变化在金矿形成过程中围岩某些组分迁移到了矿石内，围岩与矿石发生了物质交换，其中可能有易活化金元素伴随着这种迁移进入含矿构造带，在适当的物理化学条件下富集沉淀形成金矿,也就是说五河地区金矿成矿物质来源中有部分来自于围岩。

3 金的迁移方式

区域变质作用促使金活化转移，使金元素预富集，为金矿形成奠定基础，形成原始矿源层。

岩浆、构造热液活动使地层中金元素再次集中。中生代本区进入构造-岩浆活化阶段，印支期：华北板块和扬子板块相互碰撞以及郯庐断裂的成生发展，燕山期，由于岩浆作用及剪切带构造作用产生的热液，除本身原有的成矿物质外，还溶解了大量的围岩中的成矿物质，金元素再次集中。

成矿流体经多次迁移，在一定温度、压力条件下，发生沉淀和富集形成具有工业价值的金矿体（床）。

金矿迁移方式可分为三个阶段：初步聚集阶段（预富集）-多次迁移阶段（积累期）-集中阶段（成矿期）。

钛合金中硅元素曲线会随时间、环境变化，多次分析后产生偏离，如果不进行标准化，则钛合金中硅含量测定结果不准确。在PDA-8000光电发射光谱仪进行了更换增压气水量、维护激发台、清扫聚光透镜、更换泵油、描迹、更换标准化样品、更换氩气钢瓶的工作后均需进行标准化工作，否则测定结果波动很大。标准化分析后，检查内标元素强度值和分析元素标准化校正系数α、β以及κ值，确认与前值无太大变化。钛基体选用Ti323.2 nm作为内标通道，用RTi11/29、BST-5A、BST-81三个标样进行钛合金标准化，确保分析结果准确可靠。

地层中金的丰度是生成金矿的主要条件之一，关健条件是金的活化、迁移。

综上，金矿体的形成不是一种一次性完成的单阶段过程，而是与构造成生、发展、演化同步进行的复杂过程，金的矿化可分为三个阶段：

第一阶段粗粒石英构成厚度大的石英脉体充填于张扭性裂隙空间，出现弱黄铁矿化和金矿化；

第二阶段为主成矿期，压扭性构造韧-脆性变形，构造动力变质岩发育，石英强烈粒化与动态重结晶，含金多金属硫化物石英脉形成，并产生少量构造蚀变岩型金矿化；

第三阶段构造脆性变形，晚期金属硫化物、方解石、石英脉充填，微量金矿化。

4 成矿时代分析

五河地区金矿的成矿时代，前人曾采用传统地质事件序列分析方法和不同的同位素测年方法予以探索。

涂荫玖根据在硖石山等地观察到含矿脉体切割燕山期脉岩，而本身又被燕山晚期石英正长斑岩脉切割的地质体交切关系，认为硖石山金矿形成于燕山期。

董法先对采集硖石山、长淮金矿脉蚀变矿物绢云母以及绿泥石等用Rb-Sr等时线法做出的年龄分别为153.76±11.2Ma和109.03±4.4Ma。

邱瑞龙等（1999）对采自凤阳上王庄、洼子陈地区、毛山金矿以及硖石山地区含矿石英脉脉壁的绢英片岩进行K-Ar法测年，所得年龄为120～130Ma。

应汉龙等（2 0 0 2）测得毛山金矿、西坂子（朱顶）金矿床第一阶段晚期和第二阶段的含金石英脉的石英40A r/39A r年龄范围为113.4±0.4～118.3±0.5Ma，在误差范围内与长淮金矿床蚀变矿物的Rb-Sr等时线年龄一致，但小于硖石山金矿床蚀变矿物的Rb-Sr等时线年龄。

合工大邓宇峰（2016）近来对采自长淮金矿的矿石样品进行Re-Os（铼-锇）同位素定年，其成矿年龄测定结果为134±19Ma。

南大倪培（2017）对采自河口铅金矿的矿石样品进行热液独居石U-Pb年龄定年，其成矿年龄测定结果为160±1.8 Ma。而165-155Ma（Ar-Ar）间，太平洋板块俯冲，郯庐断裂带处于挤压走滑，存在一次构造剪切热事件（张岳桥等2008）。

结合区域范围内有关成矿作用时代的研究成果及上述定年结果，五河地区金矿成矿时代应为多期次，综合来看本区成矿年龄大致在110～160Ma之间，对应于我国东部中生代大规模成矿作用的鼎盛时期。

5 成矿模式

通过总结前人资料，结合Bonnemasion M.曾提出含金韧性剪切带成矿作用三阶段模式及Richard H Sibson提出的断层阀成矿模式，将五河地区金矿成矿作用划分为三个阶段：

（1）早期阶段：韧性剪切带形成，带内岩石发生糜棱岩化和强烈片理化，为热液活动提供了通道。热液作用使带内岩石遭受了强烈蚀变，并在剪切带中心部位形成强硅化带。该阶段为不可见金，含于硫化物晶格内，相当于黄铁矿-石英阶段。这一阶段温度最高，约350℃。

（2）中期阶段：是区内金矿形成最主要的阶段，剪切作用由韧性变形向脆性变形转变，形成脆性裂隙及各种充填脉，是剪切带内物质调整及含金硫化物富集阶段。随着剪切作用的进行，矿物遭受压碎作用，形成糖粒状石英，它是金矿物的有利储集体。该阶段的热液含有Cu、Pb、Zn等元素，热液作用导致早期含金硫化物分解，金在有利部位富集为可见金，粒度在1～100μm，其银含量一般很低，小于15%。相当于石英-黄铁矿阶段和石英-多金属硫化物阶段，该阶段温度低于上一阶段。

（3）晚期阶段为脆性变形阶段，形成大量张性裂隙。前面阶段形成的矿化发生原位重新活化。晚期阶段的成矿溶液富Cu、Pb、Ag等，形成脉状铅锌矿，少量金。随着温度的降低成矿作用逐渐进入尾声，晚期裂隙充填碳酸盐脉，方解石中流体包裹体温度约120℃左右，相当于石英-多金属硫化物阶段和石英-碳酸盐阶段。我们所总结的构造破碎蚀变岩-石英脉型多金属矿就是形成于此阶段，只有少量金矿化，主要是多金属硫化物。

断层阀模式

破裂前，流体聚集于发震区以下，顶部为不渗透区，使得流体压力不断增加，一旦流体压力大于覆静岩压力，位于发震区底部的断层在剪应力作用下发生破裂，破裂面向上延伸进入脆性区，产生张性断裂渗透区，相应深部断层上的剪应力大幅减小，断层破裂后，深部的流体沿着破裂面及其旁侧的次生破裂区释放，流体压力的实然释放会引起流体内的成矿物质沉淀，成物质沉淀后封闭破裂区，使得深部流体不断聚集，再次引起破裂，进入下一次循环。