柴北缘赛坝沟金矿床硫、铅同位素组成：对成矿物质来源的指示*

2021-03-11唐名鹰何宗围朱德全高振华董振昆李小东

矿床地质 2021年1期

唐名鹰，何宗围，朱德全，张宇，高振华，董振昆，李小东

（1 山东省第八地质矿产勘查院，山东日照 276826；2 山东省地矿局有色金属找矿与资源评价重点实验室，山东日照276826；3 河南省地质调查院，河南郑州 450001）

柴北缘构造带位于中国秦祁昆造山系的中部区域，柴达木地块、全吉地块和中南祁连弧盆系以及东昆仑弧盆系的交界部位，该构造带东起沙柳河地区哇洪山-温泉断裂，向西经锡铁山、鱼卡至小赛什腾山，西被阿尔金断裂切断，由滩间山岩浆弧、柴北缘蛇绿混杂岩带和局部发育的鱼卡-沙柳河高压-超高压变质带3 个构造单元组成（陆松年等,2002；2004;Song et al., 2014；张建新等, 2015；Chen et al., 2018；蔡鹏捷等, 2018）（图1a）。成矿区带划分属赛什腾山-阿尔茨托山加里东期、印支期铅、锌、金、银、钨、锡、铬、煤（铜、钴、稀土）成矿带，为青海省比较重要的内生金属成矿带，成矿条件优越，前期矿床研究主要集中在锡铁山-小赛什腾山以及沙柳河一带，先后发现并评价了锡铁山铅锌矿床、青龙滩含铜硫铁矿矿床、双口山铅（银）矿床、滩间山金矿床、青龙沟金矿床、鱼卡金矿床以及沙柳河南区钨锡铅多金属矿床等中大型矿床（韩生福,2004；曹世泰,2013）。关于赛坝沟地区的研究较少，主要在北部糜棱岩带，先后发现了乌达热乎、赛坝沟、拓新沟以及噶顺金矿床（点），其中仅赛坝沟金矿床达到中型规模，南部糜棱岩带中发育黑山铀钍矿床、可可特沟铜矿点以及夏乌日塔铅锌多金属矿床。整体看来，赛坝沟地区矿床（点）集中产在糜棱岩带及其次级断裂中。前人关于赛坝沟成矿物质、成矿时代均进行了一定的研究。付青元等（1998）通过对赛坝沟金矿区地层、岩浆岩、构造和矿床的研究，认为矿区北侧早志留世花岗岩的侵入为成矿提供了热液来源，岩浆热液萃取滩间山群火山岩系中成矿物质组分，形成含金热液，并在北西向韧性剪切带相对张性部位沉淀成矿。张拴宏等（2001）通过对赛坝沟地区矿石及岩石硫、氢、氧、锶等同位素的组成进行研究，认为赋矿花岗质岩石为深源成因，具幔源或壳幔混合特征，成矿物质来源于深部，而成矿热液主要来自于周围的深源花岗质岩石，具混合热液的特征。丰成友等（2002）通过对赛坝沟金矿床地质背景、地质特征及成矿时代进行研究后，认为该矿床为造山型金矿，造山碰撞作用使得来源于深部的建造水和大气降水在碰撞带和大型剪切带长距离的迁移活动，并萃取围岩的成矿元素，形成含金流体，并在构造性质转换部位沉淀成矿。

由于以上研究对赛坝沟金矿床成矿物质来源存在不同的认识，本次在收集前人资料的基础上，采集了赛坝沟金矿床不同成矿阶段矿石样品。通过与共生硫化物硫、铅同位素进行对比研究，试图进一步探讨赛坝沟金矿床成矿物质来源，为赛坝沟地区原生金矿床的找矿及勘查工作提供进一步研究的科学依据。

1 地质背景

赛坝沟金矿床位于赛什腾山-阿尔茨托山成矿带之沙柳河加里东期成矿亚带中北部，区域构造位置横跨柴北缘构造带滩间山岩浆弧、柴北缘蛇绿混杂岩带2 个构造单元，区域上主要出露中元古代—古生代地层（王振强,2017）：沙柳河岩群（Pt2S）黑云斜长片麻岩、二云斜长片麻岩、云母石英片岩以及榴辉岩透镜体，滩间山群（ЄOT）变火山-碎屑岩组及基性-超基性蛇绿构造混杂岩，牦牛山组巨-粗粒的砾-砂级磨拉石建造。山麓及山前地带出露古近纪—第四纪半固结-松散的泥质-砂砾质沉积地层。区内岩浆岩主要分布在托莫尔日特-道希根乌兰一带，为柴北缘加里东期俯冲碰撞造山和海西期陆内岩浆活动产物，其中奥陶世英云闪长岩-花岗闪长岩-闪长岩岩石组合为赛坝沟金矿床主要赋矿围岩。受晚古生代强烈俯冲-碰撞造山影响，区内形成一系列北西西向紧密排列的左行平移-逆冲韧-脆性糜棱岩带，后期可见北东向张性断裂发育，区内金多金属矿床（点）均发育在该剪切带及其次级断裂中，显示出良好的金成矿潜力（图1b）。

图1 赛坝沟金矿床区域构造位置（a）、区域地质（b）和矿区地质图（c）（据唐名鹰等，2016；王振强，2017修改）图1b图例：1—第四系；2—中元古代沙柳河高压-超高压变质岩；3—寒武系—奥陶系滩间山群；4—寒武系—奥陶系蛇绿混杂岩；5—中奥陶世花岗岩；6—早志留世花岗岩；7—早石炭世花岗岩；8—中晚泥盆世牦牛山组；9—辉长岩岩片；10—斜长角闪岩岩片；11—变粉砂岩岩片；12—断层及糜棱岩带；13—地质界线；14—矿床（点）位置及编号图1c图例：1—第四系；2—赛坝沟蛇绿混杂岩斜长角闪岩；3—英云闪长岩；4—石英闪长岩；5—花岗斑岩脉；6—二长闪长玢岩脉；7—闪长岩脉；8—地质界线；9—断层及推测断层；10—逆断层；11—碎裂岩化蚀变破碎带；12—金矿体Fig.1 Regional tectonic location(a),regional geology(b)and geological map(c)of the Saibagou gold deposit（modified after Tang et al.,2016;Wang,2017）Fig.1b legend:1—Quaternary;2—Mesoproterozoic Shaliuhe high-pressure-ultrahigh-pressure metamorphic rock;3—Cambrian—Ordovician Tanjianshan Group;4—Cambrian—Ordovician ophiolitic melange;5—Middle Ordovician granite;6—Early Silurian granite;7—Early Carboniferous granite;8—Middle and Late Devonian Maoniushan Formation;9—Gabbro slabs;10—Amphibolite slabs;11—Variable siltstone slabs;12—Fault and mylonite zone;13—Geological boundary;14—Deposit(ore spot)location and serial number Fig.1c legend:1—Quaternary;2—Amphibolite of ophiolitic melange in Saibagou;3—Tonalite;4—Quartz diorite;5—Granite porphyry vein;6—Diorite porphyrite vein;7—Diorite vein;8—Geological boundary;9—Fault and inferred fault;10—Reverse fault;11—Cataclastic alteration fracture zone;12—Gold orebody

赛坝沟金矿床位于青海海西州乌兰县柯柯镇东南侧，由原青海省第六地质大队发现并进行初步评价。自2012 年起，山东省第八地质矿产勘查院对赛坝沟金矿深部及其外围进行勘查工作，随着矿床深部及外围找矿的突破，该矿床已达到中型规模，并具有成为大型岩金矿床的潜力。赛坝沟金矿床主要赋存于区内发育的北西-北北西向韧-脆性断裂构造组内，并严格受其控制，该断裂带密集平行展布，具有一定的斜列性，断裂面呈舒缓波状延伸（图1c），地表倾向产状多为北东向，倾角一般在60°～70°之间，局部近于直立，结构面性质以压性、压扭性为主，断裂形成的破碎带宽0.5～4 m，长750～1500 m。目前，赛坝沟及其外围金矿床共圈出5 条主矿体，呈透镜状或脉状产出，局部具尖灭再现、分支复合以及膨胀夹缩等特征，各矿体规模大小不等，长40～370.9 m，厚度0.2～4.99 m 不等，倾向延深66.9～584.29 m，矿石品位变化较大，部分区段明金发育，矿体产状与断裂面基本一致。矿区围岩蚀变分带不明显，其中近矿围岩以黄铁矿化、绢英岩化、硅化为主，往外依次为碳酸盐化和绿泥石化。根据蚀变特征，将矿石类型分为石英脉型和蚀变糜棱岩型两类，石英脉型金矿石为含硫化物石英脉，蚀变糜棱岩型金矿石为强烈糜棱岩化、黄铁绢英岩化蚀变的构造岩类（张庆来,2014；唐名鹰,2017）。

本次研究根据含矿石英脉野外产出特征，矿物共生组合特征以及各阶段形成产物的切割、穿插和叠加改造关系等综合研究资料，将热液成矿期从早到晚划分为4 个阶段：Ⅰ少量黄铁矿-烟灰色石英阶段（图2a）：主要为烟灰色石英脉，少量中粗粒黄铁矿颗粒沿裂隙或岩石缝隙呈稀疏浸染状不均匀分布（图2f）；Ⅱ金-黄铁矿-乳白色石英阶段：主要为乳白色粗粒石英脉夹细粒黄铁矿发育（图2b、c），该阶段矿石与Ⅰ阶段矿石明显区别在于石英颗粒变粗、黄铁矿变细且局部可见自然金、碲金矿、碲金银矿以及碲铅矿的发育（图2g），黄铜矿发育较少；Ⅲ多金属硫化物-金-灰白色-灰褐色石英阶段：沿Ⅱ阶段石英脉裂隙多发育（图2b），除黄铁矿外，多伴生黄铜矿等多金属硫化物脉，黄铁矿及其集合体粒径较粗，裂隙发育，表面麻点较多，呈浸染状成片分布，局部呈粗脉状（图2d），矿石裂隙以及矿物中发育较多的自然金、碲金矿、碲金银矿以及碲铅矿（图2h）；Ⅳ灰白色-浅肉红色石英-碳酸盐岩阶段：以石英脉、方解石脉为主，呈顺层或斜切脉状穿插于上述3 个阶段的石英脉中（图2a、e），脉石矿物颗粒粗，黄铁矿偶见，呈稀疏浸染状或断续脉状分布，偶见团块状粗粒方铅矿（图2i）、闪锌矿集合体发育。其中，与金形成相关的成矿阶段为Ⅰ黄铁矿-烟灰色石英阶段、Ⅱ黄铁矿-乳白色石英阶段、Ⅲ多金属硫化物-金-灰白色-灰褐色石英阶段阶段。

2 采样及实验分析方法

本次研究采取的测试样品均为各阶段系统取样，其中Ⅰ～Ⅲ阶段样品为含黄铁矿等硫化物的矿石，采样件数为6件；Ⅳ阶段样品为含方铅矿石英-方解石脉和黄铁矿化碳酸盐脉，采样件数为2 件。样品的粉碎、单矿物的挑选以及分析测试均在北京科荟测试技术有限公司完成，具体流程如下：首先将全岩硫、铅同位素分析样品粉碎至200 目以下，在双目镜下手工挑选，使单矿物纯度达到99% 以上，其中单矿物硫同位素分析样品质量为0.1 g，单矿物铅同位素分析样品质量在0.25 g。

硫同位素分析采用稳定气体同位素质谱仪MAT-253plus 完成，δ34S 值为测试得出的34S/32S 比值经V-CDT标准化后求得，测试精度优于0.2‰。铅同位素采用ThermoFisher NEPTUNE Plus 多接受-电感耦合等离子质谱仪进行分析，在相对湿度和温度分别为40%和20℃的条件下用三酸将样品分解后，采用树脂交换法分离出铅（李世珍等,2015），蒸干后进行铅同位素测定，分析精度在误差范围以内。

3 结果

3.1 硫同位素分析结果

赛坝沟金矿床硫同位素样品共8 件，其中黄铁矿7 件，方铅矿1 件。从表1 测试结果来看，黄铁矿δ34S 值在Ⅰ、Ⅱ成矿阶段分布区间为2.44‰～2.85‰，平均值为2.60‰，极差为0.41‰，在Ⅲ、Ⅳ成矿阶段分布区间为3.32‰～3.93‰，平均值为3.62‰，极差为0.61‰，方铅矿δ34S 值为0.98‰。从上述结果可看出，Ⅰ、Ⅱ阶段到Ⅲ、Ⅳ阶段黄铁矿δ34S 有略微的增加，根据黄铁矿硫同位素平衡分馏曲线（Ohmoto et al.,1997），随着成矿过程的持续，δ34S 随着温度的降低而略微增加。而方铅矿δ34S 值为0.98‰，明显小于黄铁矿中δ34S 值分布，其原因在于方铅矿相对于H2S 的硫同位素平衡分馏系数（A=-0.63）小于黄铁矿的平衡分馏系数（A=0.40）（Ohmoto et al.,1997），所以δ34S 值优先进入黄铁矿中，导致Ⅳ阶段方铅矿δ34S值明显小于同阶段的黄铁矿δ34S值。

图2 赛坝沟金矿矿石的野外露头、手标本及镜下特征a.Ⅳ阶段方解石-石英脉切入Ⅰ阶段黄铁矿化石英脉；b.Ⅲ阶段灰黑色多金属硫化物-石英脉沿Ⅱ阶段黄铁矿-石英脉裂隙产出；c.Ⅰ阶段、Ⅱ阶段黄铁矿化石英脉产出状态；d.Ⅲ阶段灰黑色多金属硫化物-石英脉中粗脉状自形黄铁矿集合体；e.Ⅳ阶段方解石脉侵入围岩；f.Ⅰ阶段黄铁矿化石英脉中浸染状黄铁矿（Py）、黄铜矿（Ccp）；g.Ⅱ阶段黄铁矿化石英脉中树枝状自然金（Gl）和细脉状碲铅矿（Alt）；h.Ⅲ阶段矿石中黄铁矿（Py）、黄铜矿（Ccp）、自然金（Gl）、碲金银矿（Ptz）、碲铅矿（Alt）伴生；i.Ⅳ阶段方解石-石英脉中方铅矿（Ga）集合体Py—黄铁矿；Ccp—黄铜矿；Gl—自然金；Alt—碲铅矿；Ptz—碲金银矿；Ga—方铅矿Fig.2 Field outcrops,hand specimens and microscopic characteristics of ore in the Saibagou gold deposita.The calcite quartz veins(stage Ⅳ)cutting pyritized quartz veins(stageⅠ);b.The grayish black polymetallic sulfide-quartz vein(stage Ⅲ)along the fissure of pyrite-quartz vein(stageⅡ);c.The productive state of Ⅰand Ⅱstage pyrite quartz vein;d.The grayish black polymetallic sulfide quartz vein(stage Ⅲ)with coarse veins of euhedral pyrite;e.Calcite veins(stage Ⅳ)intruding into surrounding rocks;f.Disseminated pyrite and chalcopyrite in pyrite fossil veins(stageⅠ);g.Dendritic natural gold and veinaceous tellurite in pyritized quartz veins(stageⅡ);h.Pyrite,chalcopyrite,native gold,petzite,altaite associated in Ⅲstage ore;i.Galena aggregate in calcite-quartz vein(stageⅣ)Py—Pyrite;Ccp—Chalcopyrite;Gl—Native gold;Alt—Altaite;Ptz—Petzite;Ga—Galena

3.2 铅同位素分析结果

选取以上黄铁矿、方铅矿金属硫化物样品进行铅同位素分析，从表2 测试结果来看，黄铁矿样品中206Pb/204Pb 比值为17.2315～17.9231，平均值为17.5748，极差为0.6916；207Pb/204Pb 比值为15.3143～15.4321，平均值为15.3807，极差为0.1178；208Pb/204Pb比值为37.3168～38.3150，平均值为37.7158，极差为0.9982。方铅矿样品中206Pb /204Pb 比值为18.6542，207Pb/204Pb 比值为15.6649，208Pb/204Pb 比值为39.3932。以上测试结果表明，赛坝沟金矿主成矿期铅同位素组成较为稳定，变化范围较小，可代表赛坝沟金矿床金属硫化物的铅同位素特征。

图3 赛坝沟金矿床成矿阶段、矿物生成顺序Fig.3 Mineralization stages and paragenetic sequence of minerals in the Saibagou gold deposit

表1 柴北缘构造带赛坝沟地区和滩间山地区硫化物硫同位素组成Table 1 S isotopic composition of sulfide in Saibagou area and Tanjiangshan area on the north margin of Qaidam

4 成矿物质来源讨论

4.1 硫的来源

黄铁矿等作为金矿床中常见载金硫化物，黄铁矿晶形、颗粒大小、破碎程度等均影响矿石中金的含量分布（蔡元吉等,1993;陈光远等,1987），通过对黄铁矿等矿物中硫同位素的研究，可以用来判断矿床成矿物质来源（Ohmoto,1986; Hoefs,1997）。热液矿床中不同硫化物的硫同位素组成不仅与成矿溶液的硫同位素组成、成矿温度有关，而且与成矿溶液的pH 值、氧逸度以及离子强度等相关，同时受矿物形成体系的开放或封闭性质所控制（蔡元吉等,1993;Ohmoto,1972）。在高温（t＞400℃）条件下，热液体系中硫主要为H2S 和SO2，热液全硫的δ34SΣS值为H2S 和SO2中的δ34S 值两者相加，中低温（t＜350℃）条件下，热液体系中硫以硫酸盐和H2S 为主（郑永飞等,2000）。另外，在高氧逸度条件下形成的硫化物比热液的δ34S 值要小得多，因此，在低的pH 和氧逸度条件下，热液体系以H2S 为主时，热液的δ34SΣS值与金属硫化物中δ34S值相近（吴永乐等,1987;郑永飞等, 2000）。赛坝沟金矿床中金属矿物组合较为简单，仅发育黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、磁铁矿和少量碲化物等，硫酸盐类矿物未见，说明矿床是在低氧逸度条件下形成的，并且矿床金属硫化物共生组合、围岩蚀变特征以及张拴宏等（2001）流体包裹体测温数据均指示热液体系为中低温环境，通过上述分析，表明成矿热液体系中的硫以H2S 为主，成矿流体中的δ34SΣS≈δ34S金属硫化物（吴永乐等, 1987; 郑永飞等,2000）。

表2 赛坝沟金矿床铅同位素组成Table 2 Pb isotopic composition of the Saibaigou gold deposit

自然界中硫同位素以幔源硫（δ34S 值约3‰）（Ohmoto,1986）、海水硫（δ34S 值约20‰）以及沉积物还原硫为主（Rollinson,1993）。赛坝沟金矿床硫同位素组成频率直方图中，硫同位素值集中分布（图5），综合张拴宏等（2001）所测数据，赛坝沟及周边金矿床δ34S 值在0.50‰～3.93‰之间，区域矿床围岩及成矿后石英脉δ34S值为3.7‰～4.0‰（张拴宏等,2001），上述数据中赛坝沟及周边金矿床δ34S 值除包含区域矿床围岩及成矿后石英脉外，更多接近于原始地幔来源的δ34S值（约3‰），说明赛坝沟金矿中的硫除来自于围岩外，更多来自于深部的幔源流体。

同时，在柴北缘构造带范围内，滩间山地区金矿床硫同位素组成范围在0.5‰～11‰之间（张延军,2017;国家辉等,1998;范贤斌,2017;孟和,2017），对比赛坝沟地区来看，整体具更大的正值，刘嘉等（2019）在研究中指出，以上矿床硫同位素数值主要落在造山型金矿范围内，推测成矿流体在上升过程中与通道围岩发生了水岩相互作用，导致硫同位素数值升高，这在一方面指示了上述矿床为造山型金矿床。综合以上证据，赛坝沟地区矿床中的硫在0.50‰～3.93‰之间分布，峰值集中在原始地幔值的3‰左右，与柴北缘西部滩间山地区金矿床中偏大的硫同位素数值不一致，可推断赛坝沟金矿床中硫主要来自于深源，上升过程中围岩水岩作用对硫同位素的影响小。

4.2 铅的来源

铅同位素地球化学研究除适用于相对封闭体系的锆石U-Th-Pb 测年外，在岩浆岩壳幔演化及相互作用、示踪矿床成矿物质来源等方面也具有重要的意义（Bernd,1987;Macfarlane et al.,1990;梁细荣等,1999）。赛坝沟金矿床矿石具相对集中的铅同位素组成，变化范围很小，说明矿石具有相对稳定的铅来源。铅同位素组成分析表中可看出，8件黄铁矿铅同位素样品μ 值分布在9.05～9.19，位于原始地幔μ 值（8.92）和上地壳铅（9.58）之间（Zartman et al.,1981;吴开兴等,2002），ω 值分布在35.23～36.48，平均值为35.25，位于地幔ω值（31.84）和地壳ω值（36.84）之间（Doe et al.,1979），同时在晚期第Ⅳ阶段1 件方铅矿中μ 值为9.57，接近于上地壳铅（9.58）数值（Zartman et al.,1981;吴开兴等,2002），ω 值为39.64，高于地壳ω 值（36.84）（Doe et al.,1979）；对张拴宏等（2001）获得的赛坝沟金矿床3 件围岩铅同位素样品铅同位素数据进行分析，围岩铅μ值分布在9.53～9.66之间，与上地壳铅μ 值相当，ω 值分布在36.39～38.38 之间，平均值36.39，略小于上地壳铅ω值。

图4 柴北缘构造带赛坝沟地区和滩间山地区矿床硫同位素组成分布图Fig.4 Distribution of S isotopic composition of the deposits in Saibagou area and Tanjiangshan area on the north margin of Qaidam

图5 赛坝沟金矿床硫同位素分布直方图（部分数据引自张拴宏等，2001）Fig.5 Histogram of S isotope distribution of the Saibagou gold deposit（Partial data after Zhang et al.,2001）

在铅同位素206Pb/204Pb-208Pb/204Pb 构造演化模式图解（图6a）中，赛坝沟金矿矿石黄铁矿铅同位素样品主要分布在地幔铅和下地壳铅之间，方铅矿铅同位素样品分布在上地壳铅演化线上，围岩铅同位素样品在上地壳铅演化线附近；在206Pb/204Pb-207Pb/204Pb 构造演化模式图解（图6b）中，赛坝沟金矿矿石铅同位素样品集中分布在地幔铅和下地壳铅之间，而围岩铅同位素样品在上地壳铅演化线左右分布。

图6 赛坝沟金矿床铅同位素构造演化模式图解（据Zartman et al.,1981）Fig.6 Pb isotope structural evolution pattern diagram of the Saibagou gold deposit(after Zartman et al.,1981)

综合赛坝沟金矿床铅同位素结果及分析，推断赛坝沟金矿床矿石铅主要来源于深部地幔与下地壳铅混合，也有少量上地壳铅的参与，而围岩铅主要来源于上地壳。