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矿床的成因研究

摘要金矿床位于西秦岭造山带东段,夏河-礼县及碌曲-成县逆冲推覆构造带的交叉部位,其北有岷县北-宕昌北深大断裂,窑上-石峡大断裂穿过矿区（图1中的F9）。

岷县北-宕昌北深大断裂以北出露的地层主要为中泥盆统西汉水群（D2xh）,为一NNE向的单斜构造。

窑上-石峡大断裂与岷县北-宕昌北深大断裂之间的地区,出露的地层主要为三叠系（T）,归属于留凤关群。

区域内的侵入岩主要有小金厂印支期角闪石英闪长岩和转庙子印支期花岗闪长岩。

大桥金矿区出露的地层主要为中-上石炭统和三叠系。

中-上石炭统（C2-3）主要出露在矿区的东部和南部,呈NEE向展布,是矿体的底板（,主要岩性为灰白色）深灰色厚层状灰岩。

三叠系（T）可细分为3个建造层:

下部建造层（Ta）、中部建造层（Tb）和上部建造层（Tc）。

下部建造层按岩性组合可分上、下2个岩性段。

矿区内仅见下部建造层的下岩性段（Ta-1）,分布在矿区的中部,呈NEE向展布,向西厚度逐渐变薄,主要岩性为硅质角砾岩、纹层状硅质岩、薄层灰岩、钙质板岩、层灰岩、碳质板岩。

其中的硅质角砾岩、硅质岩是该区的主要含矿层位。

矿区总体为一复式背斜的北翼,中-上石炭统厚层灰岩构成该复式背斜的核部。

NNE向的窑上-石峡大断裂（F9）穿过矿区,其西北侧为三叠系,东南侧为中-上石炭统（图1）。

此外,矿区内还发育一些小断裂。

矿区内的地层构成一次级背斜,其总体轴向为NE向,向北东倾伏,倾伏角15~25b。

矿区节理产状统计的玫瑰花图显示出,其主应力方向为NWW向,与矿区褶皱轴向是一致的。

矿体多赋存于褶皱的转折端,表明大桥金矿床具有在构造应力作用下在低压虚脱部位成矿的特点。

矿区内见有12条（黑云母）花岗闪长岩脉。

岩脉走向以NE向为主,呈透镜状产出,多顺硅质岩层侵入。

脉岩遭受韧性应力的改造而变形,常具有定向构造和糜棱岩化。

关键词地质学;硅质角砾岩;环带状黄铁矿;热水沉积型金矿床;中-低温热液型金矿床;西秦岭;甘肃

大桥金矿床位于甘肃省陇南市西和县城南55km处,是甘肃地质调查院通过化探异常查证在西秦岭东段发现的一种新类型的金矿床。

对其成矿条件和矿床成因进行研究,不仅可以从理论上加深对该矿床的认识,丰富西秦岭地区金矿成矿理论,而且可为在矿区外围寻找同类型金矿床提供科学依据。

本文在成矿地质背景及岩相学研究的基础上,结合稀土元素地球化学、矿石的硫同位素、流体包裹体测温

和黄铁矿的电子探针分析,讨论了该新类型金矿床的成因。

1成矿地质背景

大桥

2矿床地质

2.1矿体特征

大桥金矿床位于岷县北-宕昌北大断裂与窑上-石峡大断裂之间。

金矿化严格受三叠系下部建造层下

岩性段（Ta-1）硅质角砾岩的控制。

硅质角砾岩呈层状产出,层位稳定。

矿石为有机质含量高并具有黄铁矿化的硅质

角砾岩,其黄铁矿环带发育。

硅质角砾岩和纹层状硅质岩在稀土元素配分图上未表现出热水沉积的特征,其Fe/Ti-

Al/（Al+Fe+Mn）图解及SiO2与Al2O3呈负相关以及Sr/Ba值小于1说明,硅质角砾岩和纹层状硅质岩为陆源碎屑

沉积成因,进而表明,大桥金矿床不是热水沉积型金矿床。

依据环带状黄铁矿和脉状黄铁矿的发育及其高Co/Ni

值,可以判断在该矿床形成过程中,热液起到重要作用。

黄铁矿的D34S值为4121j~9182j,说明其硫来自岩浆硫

与地层硫的混合或变质流体。

矿石内石英脉中流体包裹体的均一温度为270~310e,属于中温范围,而硅质角砾岩

的元素聚类分析表明Au与低温元素Hg、As密切相关,说明温度降低可能是成矿机制之一。

大桥金矿床应属于中-

低温热液型金矿床。

金矿体主体呈NNE向展布,严格受硅质角砾岩的控制,与中-上石炭统接触的硅质角砾岩是主要的赋矿层位。

矿体总的为一向北东倾伏的很宽缓的复式背斜,沿走向变化较小,产状较为稳定。

矿体的主要形态为似层状、板状、透镜状,沿走向和倾向具膨大缩小、分枝复合现象（图2、图3）,其出露地表部分因受地形切割和断裂的影响,被分割成数块。

2.2矿石类型及矿物组成

大桥金矿床矿石的自然类型单一,按碎屑成分和组构可分为:

硅质角砾岩型金矿石、复成分角砾岩型金矿石和品位较差的纹层状硅质岩型矿石。

黄铁矿是该矿区矿石内最主要的金属矿物,占90%以上,还含少量黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、硫锑铅矿、脆硫锑铅矿等,但未见毒砂。

脉石矿物主要为石英,还含有方解石、萤石、绿帘石、绢云母等。

2.3矿石构造与结构

该矿区内,矿石构造主要有角砾状构造、网脉状构造、条带状构造、孔洞状构造、

纹层状构造、块状构造、浸染状构造等。

矿石结构主要有自形-半自形晶粒状结构、碎裂结构、热液脉状结构、环带结构、气孔状结构、交代残余结构、假象结构、包含结构、皮壳状结构、内部加大边结构等。

2.4矿石化学成分

硅质角砾岩型矿石的元素含量分析表明其为低品位矿石（表1）,伴生有益组分银。

其w（C全）为1106%,w（C有机）为017%（表1）,有机碳含量高是该类矿石的一个重要特征。

硅质角砾岩的颜色可大体反映出其有机质的含量,深黑色硅质角砾岩（4件）的w（Au）为4103g/t,明显高于灰色的硅质角砾岩〔12件,w（Au）为2101g/t〕,据此可推断,地层中的有机碳是金富集的有利条件硅质角砾岩内18种元素的聚类分析表明,Au与Hg、Ag、As密切相关（图5）,显示出低温成矿的特征。

2.5围岩蚀变

矿区内的围岩蚀变有黄铁矿化、硅化、碳酸盐化、绢云母化、萤石化。

其中,黄铁矿化、硅化与金矿化关系密切。

黄铁矿化在含矿硅质角砾岩、围岩、花岗闪长岩内均较发育。

黄铁矿的含量为1%~2%,粒径为011~210mm,呈细脉状（图10C）、稀疏星点状或浸染状分布,具自形的三角形、四边形和多边形切面。

硅化主要发育于硅质角砾岩、硅质岩中,以脉宽1~215mm的石英脉以及胶结物中石英微晶的形式存在。

2.6流体包裹体特征

在该矿区,石英内的流体包裹体有原生的和次生的。

原生包裹体主要分布于石英脉中和石英斑晶的中央;次生包裹体主要沿石英裂隙分布。

原生包裹体按相态可分为CO2三相包裹体、气液两相包裹体、纯液相包裹体。

纯液相包裹体形态主要为不规则和近圆状,无色,大小1~5Lm。

气液两相包裹体多呈椭圆状,次为柱状、长条状,大小为2~5Lm,气相分数为30%左右,均一温度大部分（70%）为270~310e。

CO2三相包裹体的形态多样,椭圆状、柱状、不规则状均有,气泡颜色为浅灰色-灰色,气相和液相CO2与盐水溶液的比例为1B（2~3）B（3~5）,大小为2~5Lm,呈群状或孤立分布,不完全均一温度为26e左右,完全均一温度大多（70%）为265~300e。

2.7金的赋存状态

金主要以自然金和银金矿的形式产出。

自然金常呈板片状、麦粒状、浑圆状、尖角粒状及枝杈状等,粒径为1~70Lm,嵌布粒度属中细微粒类型。

主要载金矿物为石英、褐铁矿、闪锌矿、黄铁矿和碳质等。

金的赋存状态主要有:

单体金以自然金形式存在于沉积碎屑颗粒间;包裹金以自然金和银金矿形式分布于石英、黄铁矿、褐铁矿和闪锌矿的晶体中;粒间金以自然金形式分布于石英和褐铁矿的晶粒间裂隙金以自然金形式充填于石英裂隙中;次显微金自然金以次显微形式存在于碳质等介质中。

3矿床成因

3.1硅质角砾岩成因

矿区内的金矿体严格受硅质角砾岩的控制。

国外已发现了赋存于硅质岩中的金矿床（陈柏林,2001）;国内有关赋存于硅质岩内金矿床（Liuetal,1998;汪东波,1999;姚仲友,1994;应汉龙等,1999;谢桂青等,2002）的研究表明,其多与热水沉积作用密切相关。

鉴于大桥金矿区内矿体严格受硅质岩的控制,故硅质岩的成因对于判断矿源尤为重要。

3.1.1稀土元素特征

由于热水沉积物的热水源中混入了向下渗透而后上升的海水,因此,热水沉积物能够保留海水固有的2REE低、Ce亏损等特点（Henderson,1984）。

热水成因的深海硅质岩具有Ce负异常,DCe平均值为0.29;非热水成因的陆源硅质岩为Ce正异常,DCe平均值为1.20（Simizuetal.,1977）。

热水金属沉积物的2REE低,Ce为负异常,HREE有富集趋势;非热水金属沉积物的2REE高,Ce为正异常,HREE不

式图上表现为Ce负异常、曲线向左倾斜的特征（Fleet,1983）。

大桥金矿区4个样品的DCe平均值为0.8955,远大于热水成因深海硅质岩的DCe平均值（0.29）,接近非热水成因陆源硅质岩的DCe平均值（1.20）。

该矿区内的硅质岩具有轻稀土元素富集的特征,完全区别于热水沉积岩。

3.1.2主量元素特征

Fe/Ti与Al/（Al+Fe+Mn）的关系是根据现代海底含金属喷流沉积物的地球化学特征建立起来的,是用以判断沉积物是否为喷流成因的有效的地球化学参数。

典型热水沉积物的Fe/Ti值和Al/（Al+Fe+Mn）值分别为大于20及小于0135（路远发等,1999;Bostorm,1983）。

大桥金矿区4件硅质角砾岩样品的Fe/Ti值分别为191474、81354、221268、361182（主量元素分析结果见表3）;Al/（Al+Fe+Mn）值分别为01766、01431、01611、01760,未显示出热水沉积成因。

用Fe/Ti-Al/（Al+Fe+Mn）图解可进一步判别热水源物质与陆源物质的混合比例（路远发等,1999）。

本文通过与其他硅质岩对比发现,该矿区的样品与热水沉积成因硅质岩明显不同（图8）,可认为该矿区的硅质岩是以陆源碎屑或深海黏土沉积为主。

在正常的沉积碎屑岩中,长石及黏土矿物（Al2O3）的含量随着石英（SiO2）含量的增加而减少。

由图9和表3可见,大桥金矿区硅质角砾岩的Al2O3与SiO2呈负相关,表现出正常沉积碎屑岩的特征。

3.1.3Sr/Ba值陆源碎屑沉积物在向海洋搬运的过程中,由于地球化学环境的变化,呈游离态搬运的Sr与Ba的地球化学行为会发生分异。

就Ba而言,一方面,由于其具有较小的溶度积,当淡水与海水混合时,淡水中的Ba2+与海水中的SO2-4结合,较易形成BaSO4沉淀;另一方面,由于Ba的离子半径较大,具有比Sr小的水合能,易于被黏土矿物、胶体等吸附,使得陆相和海陆过渡相沉积物中Ba含量较高,而进入海洋中的Ba较少,导致海水中Ba含量远低于Sr〔海水中w（Ba）平均为0102mg/kg,w（Sr）平均为71668

mg/kg〕。

就Sr而言,一方面,它具有比Ba大的活动性,与Ba相比,被黏土矿物、胶体、有机质等吸附的机会也较少,在搬运过程中不易形成化学沉淀,因而,游离态的Sr大部分被搬运入海,使得海水中Sr含量远大于Ba,导致陆相沉积物相对富Ba贫Sr,而海相沉积物相对富Sr贫Ba,因此,在有大量陆源碎屑物质注入的沉积地带,Sr/Ba比值小于1（朱志军等,2010）。

大桥矿区硅质角砾岩的Sr/Ba比值平均为0186,可见其为陆源碎屑沉积成因。

3.2黄铁矿标型

3.2.1黄铁矿的镜下特征在大桥金矿区

黄铁矿分布在含硅质角砾的灰岩、含角砾的硅质岩、硅质岩、钙质角砾灰岩及花岗闪长岩中。

在含硅质角砾的灰岩或含角砾的硅质岩中,角砾以含有细小的环带状黄铁矿和细小的他形黄铁矿为特征;基质以含有细脉状黄铁矿）及环带状黄铁矿和无环带的板状黄铁矿为特征。

硅质岩中的黄铁矿分布在硅质岩角砾中或裂隙中和细小石英脉的边部。

钙质角砾灰岩的角砾中仅见有少量草莓状黄铁矿,基质中发育有环带状黄铁矿,局部可见草莓状黄铁矿,黄铁矿多分布于岩石的微裂隙中或方解石脉的边缘。

粉砂岩中也可见少量环带状黄铁矿,但其环带多不规则。

花岗闪长岩中的黄铁矿明显分为2个阶段,一个阶段是粒径为1mm左右的立方晶形碎裂状黄铁矿（图11G）,另一个阶段为粒度较小的呈放射状的黄铁矿。

总体上讲,黄铁矿可以分为沉积期的和热液期的。

沉积期的以草莓状黄铁矿为代表;热液期的则有2个阶段,第一阶段的黄铁矿相对自形,第二阶段的黄铁矿以环带状黄铁矿的外环和细脉状黄铁矿为特征。

3.2.2黄铁矿的电子探针分析

在进行电子探针分析之前,将样品磨制成厚度约为100Lm的探针片,根据偏光显微镜下的特征选择被分析的样品。

然后,在探针片表面喷涂碳层,在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室进行EMP分析。

分析所用仪器为JEOL

JXA-8100电子显微探针仪;测试条件为:

加速电压20kV,电流20nA,束斑直径5Lm;检测限优于100@10-6。

测试元素及所用标样为As（As）、S（FeS2）、析结果见表4。

黄铁矿的Co/Ni值具有指示矿床成因和成矿作用的标型意义。

岩浆热液成因金矿床内黄铁矿的Co/Ni值大于1（周学武等,1994）。

宋学信等（1986）的研究表明,沉积成因的黄铁矿具有最低的Co/Ni值,一般为0101~015;层控型（沉积-改造型）黄铁矿的Co/Ni值亦较低,一般小于1或接近于1;热液型黄铁矿的Co/Ni值较高,一般为112~32。

大桥矿床的黄铁矿多呈脉状分布在石英细脉和方解石细脉的边缘及矿物的裂隙中,而且,花岗闪长岩内发育有2期黄铁矿,电子探针分析结果显示,除草莓状黄铁矿的Co/Ni值小于1之外,其余黄铁矿的Co/Ni值为11092~51375,平均为217。

据此可以确定黄铁矿（不包含草莓状黄铁矿）的形成与热液作用密切相关。

综合黄铁矿的镜下特征及电子探针分析结果,可将其分为沉积期（草莓状黄铁矿形成）、热液期和表生期（黄铁矿的褐铁矿化）。

热液期分为2个阶段,第一阶段表现为花岗闪长岩、矿石及围岩中颗粒较大的自形黄铁矿的形成,第二阶段表现为环带状黄铁矿、细脉状黄铁矿、细小他形黄铁矿及花岗闪长岩中放射状黄铁矿的形成。

4讨论

4.1成矿环境

大桥金矿床的金矿体总体呈NNE向展布,严格受硅质角砾岩的控制,因此,硅质岩的成因是揭示成矿环境的关键。

结合稀土元素、主量元素及Sr/Ba值,可以看出大桥金矿床的硅质岩是陆源碎屑沉积该矿区内的地层属于三叠系留凤关群,这与早三叠世留凤关群浊积岩的物源区以陆壳为主（赖旭龙等,1994）的地质事实是一致的,排除了该矿床形成于热水沉积环境的可能性。

4.2热液作用

图10A至图10E等类型的黄铁矿在三叠系下部建造层（Ta）的硅质角砾岩与底板灰岩的界面附近尤为发育,该处的硅质角砾为构造角砾,角砾外部存在细脉状黄铁矿（图10C）和环带状黄铁矿,说明在构造运动形成角砾的同时或之后,有热液活动,这也与硅质岩内多见黄铁矿分布于微裂隙中（图10F、11C）的基本事实相吻合。

构造成因的硅质角砾的内部可见细小的环带状黄铁矿（图10A）和他形黄铁矿（图10B）,花岗闪长岩内有碎裂状的自形黄铁矿（图11G）,这些黄铁矿均为热液成因,说明在角砾未碎裂之前存在一个阶段的热液作用。

黄铁矿是大桥金矿区最主要的金属矿物,高品位的矿石伴随有相对强烈的黄铁矿化。

包裹金以自然金和银金矿的形式分布于石英、黄铁矿、褐铁矿和闪锌矿的晶体中,粒间金以自然金的形式分布于石英和褐铁矿的晶粒间,可见热液成因黄铁矿的形成伴随着金的富集作用。

矿石中石英脉内流体包裹体的均一温度为270~310e,属于中温范围,这与矿石中发育中温矿物绿帘石（图4F）相一致。

硅质角砾岩的元素聚类分析表明,Au与低温元素Hg、As密切相关,说明温度降低可能是成矿机制之一。

笔者据此认为,大桥金

矿床应属于中-低温热液型金矿床。

由于本文未曾对大桥金矿床的成矿年龄及脉岩的形成年龄进行测试,故不能确定该矿区内花岗闪长岩脉与成矿的确切关系。

不过,的研究表明,在大桥金矿区内,脉岩本身很少成矿,其围岩的金含量也无明显富集的特征,远离矿体的脉岩的金含量明显低于近矿脉岩的金含量,但略高于或相当于三叠系地层的背景值（817@10-9~2715@10-9）,说明花岗岩侵入所提供的热源促进了成矿物质的活化。

其硫同位素特征说明,硫来自深部岩浆硫与地层硫的混合或变质流体,即热液的性质是岩浆热液还是变质热液仍不明确,需要做进一步的工作。

5结论

（1）大桥金矿床的硅质角砾岩不是热水沉积成因,该矿床也不是热水沉积型金矿床,而是中-低温热液型金矿床。

（2）地层中的有机碳是金富集的有利条件;硅化和黄铁矿化是指示矿体的重要蚀变;褶皱的转折端是矿体赋存的优选位置。

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外文原文

GenesisofDaqiaogolddepositinXiheCounty,GansuProvince

Abstract

TheDaqiaogolddepositliesbetweentheMinxian-DangchangfaultandtheYaoshang-Shixiafault.ItsgoldmineralizationexistsinthelowerlithologicmemberoflowerTriassicformationbed,inwhichthesiliceousbrec-ciapresentsitselfinthebeddedform.Oresarepyritizedsiliceousbrecciawithhighorganiccarboncontent,andpyritezonesarewelldeveloped.Siliceousbrecciaandlayeredsiliceousrocksdonotshowcharacteristicsofhot-watersedimentaryorigininREEpatterns.ThefeaturesoftheFe/Ti-Al/（Al+Fe+Mn）diagramandthephe-nomenathatSiO2isnegativelycorrelatedwithAl2O3andSr/Ba<1indicatethatsiliceousbrecciaandlamellarsiliceousrocksareclasticsediments.TheauthorsthusholdthattheDaqiaogolddepositisnotofthehot-water

sedimentarytype.Zonalpyrite,welldevelopedpyriteveinsandhighCo/Niratiossuggestthathydrothermalso-lutionplayedanimportantroleintheformationoftheoredeposit.D34Svaluesofpyritesareintherangeof4121j~9182j,implyingthatthesulfurfluidswerederivedfrommixedmagmaticandstratigraphicsulfurorfrommetamorphicfluids.Thehomogenizationtemperatureoffluidinclusionsinquartzismainlybetween270eand310e,belongingtomediumtemperature.ClusteranalysisofsiliceousbrecciaelementsshowsthatAuiscloselyrelatedtolowtemperatureelementsHgandAs,suggestingthatthedecreaseoftemperaturemighthavebeenoneofthemechanismsforgoldmineralization.TheDaqiaogolddepositisamiddle-lowtemperaturehy-drothermalgolddeposit.Keywords:

geology,siliceousbreccia,zonalpyrite,hot-watersedimentarygolddeposit,middle-lowtem-peraturehydrothermalgolddeposit,WestQinling,GansuProvince

BridgegolddepositlocatedinLongnanCity,GansuProvince55kmsouthwestandthecountyseat,wastheGeologicalSurveyofGansuverifiedbygeochemicalanomaliesdiscoveredinthewesternQinlingsegmentofanewtypeofgolddeposit.Metallogenicconditionstostudyitscaus