基于胶东金矿成矿流体He-Ar同位素地球化学特征研究

卢圣祥

（山东黄金地质矿产勘查有限公司，山东 莱州 261400）

1 地质背景及特征分析

盘子涧金矿位于我国山东省栖霞市，其构造位置在华北板块东部胶杯的隆起区蓬莱～栖霞金成矿带南部，其区域主要包含的出露地层分别有第四系沉积地层和新太古代变质地层，盘子涧金矿其位置主要在北东方向盘子涧～罗家断裂侧。盘子涧金矿为石英脉型金矿，矿石矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、自然金和金银矿，次为磁黄铁矿、菱铁矿，脉石矿物主要为绢云母、方解石、石英等、含有少量白云石。通过对矿石标本观察得知，矿石的构造是以团块状构造、浸染状构造、脉状构造、网脉状构造为主。在显微镜下，黄铁矿是以碎裂结构、半自形--自形粒状结构和交代残余结构呈现，黄铜矿、方铅矿、闪锌矿常常呈他形晶粒沿最早形成的石英和黄铁矿裂隙进行分布，形成他形粒状结构，通过显微镜可观察黄铜矿在闪锌矿中是以乳滴状分布，形成固溶体分离结构，矿石中主要的载金矿物为黄铁矿、黄铜矿，金矿物常以包金和裂隙金的存放形式出现在矿体围岩，主要是栖霞超单元回龙夼单元，其岩性为片麻状中细粒含角闪石云英闪长岩和奥长花岗岩[1]。矿体围岩蚀变不太发育，其规模以及强度是通过断裂构造的规模、性质及岩石的碎裂程度决定的，其蚀变类型有黄铁绢英岩化、绢云母化、硅化等，根据矿脉的穿插关系、矿石结构和构造、矿物组合的特征，可将盘子涧金矿成矿作用分为4个矿化阶段，第一，黄铁矿～石英阶段；第二，石英～黄铁矿阶段；第三，金～石英～多金属硫化物阶段；第四就，石英～碳酸盐阶段。

2 样品采集及分析

本次对黄铁矿流体He-Ar同位素分析的矿石样品都选自山东胶东地区盘子涧金矿地下坑道中。共选取了4件载金黄铁矿样品用于流体He-Ar同位素分析。即石英--黄铁矿阶段两件样品（PZJ-01、PJ-03）和金--石英--多金属硫化物阶段两件样品，（PZJ-06、PZJ-13）都是金成矿阶段的黄铁矿，挑选黄铁矿样品都是在双目镜下进行的，为了保证所选样品新鲜且晶形完好，纯度超过99%。分析测试过程如下：第一，粉碎并筛选出40～60目黄铁矿样品，用超纯水进行超声清洗10秒，再用丙酮清洗两次，每次10秒，可以去除表面有机物等杂质；第二，取100毫克～500毫克黄铁矿样品装在螺旋式压碎装置内，加热到120℃～150℃烘烤去气36小时～48小时，在使用不含油的分子泵组抽真空，除去装置内及矿物表面吸附的大气成分；第三，等到矿物包裹体压碎装置的真空度达到1.0×10-7Pa后，在将黄铁矿样品压碎并释放氢、氩元素等惰性混合气体，通过铝泵酒精或干冰冷却，锆铝泵以及活性炭冷却进行多次提纯，去除其中的水分及氮气、氧气、二氧化碳、钴、氢气等活性气体，氢、氩用活性炭先后在液态氮和冰水混合物的恒温条件下进行吸附分离；第四，将经过提纯后的氢、氩按照前后顺序送入质谱仪进行氢、氩同位素分析测试。

3 成矿流体来源

热液流体中的稀有气体存在3个源区：第一，大气饱和水，包括大气降水和海水，其3He/4HE值为1Ra，40Ar/36Ar值为295.5；第二，地壳流体与陆壳岩石发生过相互作用的大气饱和水，地壳岩石中铀、钍衰变产生的放射性成因4He会扩散进入大气水中形成地下水和热液流体。因此，地理外层流体中4He物质的量要比大气饱和水中4H物质的量多，其3He/4He值一般为0.01帕～0.05帕，而40Ar/36Ar值不低于295.5；第三，地幔流体，地幔流体具有3He丰度高的特征，一般情况下3He/4He值为6镭～9镭，40Ar/36Ar值下为40000，且40Ar/36Ar值变化较大。盘子涧金矿成矿流体3He/4He值为0.81镭～1.20镭，平均为1Ra，高于地壳流体3He/4He值，又低于地理中间层流体3He/4He值，表示了盘子涧金矿成矿流体中不仅存在地壳氦，同时也有地幔氦的参与，表示成矿流体很有可能为壳幔流体混合的产物。盘子涧金矿氢同位素组成在3He-4He图解上投点均落在地壳氦与地幔氦之间过渡带上，位置更偏向于地幔流体，表明盘子涧金矿成矿流体中的氢同位素来源以地幔氦为主。

通过研究表明，地下水是从地球外层岩石中获取放射性成因的40Ar、4He与矿物中氢、氩封闭温度有关，4He封闭温度一般低于200℃，而40Ar封闭温度一般高于250℃，即深部高温热液可以捕获地球外层中放射性成因的40Ar，致使成矿热液中的40Ar得以富集，而浅处的现代大气饱和水下渗过程中会最早获取岩石中的4He，使得成矿流体中4He丰度升高。因此，可以推断盘子涧金矿成矿流体多来自深部幔源流体，深部幔源流体上涌过程中收获了地壳中放射性成因的40Ar，使得40Ar富集，而对于浅处的现代大气饱和水下渗直接参与成矿作用较少，流体中4He未得到有效富集。

4 成矿流体演化

通过黄铁矿氢、氩同位素研究结果表明，盘子涧金矿成矿期流体源于富集地球中间层流体，同时与存在地球外层流体参与成矿作用，显示出流体具有壳幔混合特点[2]。通过研究表明，胶东金矿富集受到了中生代构造运动的强烈控制，在晚侏罗世太平洋板块向库拉板块俯冲作用下，郯庐断裂带发生大面积向左平移，形成了一系列NE-NEE向控矿断裂构造，致使古太平俯冲洋壳交代的富集地幔溶解，形成壳幔混合岩浆带，岩石圈中间层拆沉，软流圈上涌，并带有大量的成矿组分和挥发分，地球外层大面积伸展隆起。而受早白垩世碰撞造山运动影响，在胶北隆起区内形成了一系列NNE向脆性断裂及周边次级脆性断裂，为岩浆流体的上升提供了有利的空间和通道，热液流体上升过程中加入地球外层流体，当移动至浅部低压带后，与少量大气降水接触导致成矿流体的温度、压力、碱质等都发生了变化，形成可溶解配合物进入流体相，随着温度、压力等物理化学条件的变化含矿热液在次级陡倾断裂部位发生沉淀聚集，形成矿化类型为石英脉型的盘子涧金矿[3]。

5 结语

通过本文对盘子涧金矿的分析，了解成矿流体的主要来源要来源于富集地幔，还有成矿流体的演化过程，由于成矿流体中存在着一定量的地壳放射性成因，从而表明地壳流体对成矿也起了一定的作用。