西秦岭大店沟金矿成矿流体演化及矿床成因

缪 广，董国臣，屈海浪，刘舒飞，艾忠林，史鹏亮，曹雪峰

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083；2.北京金有地质勘查有限责任公司，北京 100011；3.中国黄金集团有限公司，北京 100011；4.甘肃中金黄金矿业有限责任公司，甘肃 陇南 742400)

0 引 言

西秦岭是中国著名的造山型和卡林-类卡林型金矿聚集区之一[1-2]，大店沟金矿位于西秦岭成矿带柴家庄—吊坝子金多金属成矿亚带中[3-4]，近年来该带发现了李子园、水洞沟、湘潭子等一系列大中型金矿床而广为学界重视，认为区域成矿作用与印支期—燕山期岩浆活动和构造运动密切相关[5-6]。大店沟金矿为新发现的金矿床，主要开展了一系列矿产勘查工作，累计查明金金属量约16 t[7]，但成矿流体演化和金沉淀富集机制缺乏系统研究，矿床成因尚未判定，一定程度上制约了下一步找矿工作。本文在区域成矿地质和矿区地质调研、分析的基础上，对大店沟金矿成矿流体演化、物质来源和成矿结构面控矿特征等进行研究，厘清成矿作用过程和流体运移沉淀赋存机制，确定矿床成因类型，以期为成矿规律研究和进一步矿产勘查提供思路。

1 区域地质背景

大店沟金矿位于祁连—北秦岭褶皱带与中秦岭华力西褶皱带相邻地域的加里东褶皱带内，属华北板块、扬子板块、特提斯古海洋板块(松潘地块)碰撞应力集中作用区[8]，尤其是印支期—燕山期勉略洋壳俯冲-勉略洋闭合后的陆陆碰撞-后造山伸展塌陷多旋回大地演化、复合构造运动，形成了极其复杂的碰撞造山构造体系，为区域金多金属元素的迁移和富集提供了动力、通道与沉积场所[9-11](图1)。

图1 西秦岭区域地质矿产简图(a)(据文献[11]修改)和大店沟金矿周边区域地质简图(b)Fig.1 Simplified regional geological and mineral map of the Western Qinling region(a)(modified after reference[11])and simplified regional geological map of the Dadiangou gold deposit(b)

研究区属祁连—北秦岭地层区北秦岭分区[12]，出露地层由老至新有下元古界秦岭岩群，中元古界陇山群，下古生界丹凤群、葫芦河群、李子园群及泥盆系。区内褶皱、断裂及脆韧性剪切带构造极为发育，以北东向、北西向为主，望天沟—利桥背斜及其相伴生的断裂、剪切带对金矿成矿作用有重要意义[13]。断裂可以进一步分为近东西向、北东向、近南北向三组，自南向北主要为舒家坝—太阳寺大断裂、花石崖—立石子—元家坪—小寺沟韧性剪切挤压带及柴家庄—东岔河断裂。主要出露加里东期、华力西期及印支期侵入岩体[5]，岩性包括超基性、基性、中酸性的火山岩和侵入岩，其中印支期岩浆活动最为强烈，对金和多金属成矿起着极为重要的作用[14]。

2 矿区及矿床地质

2.1 矿区地质特征

大店沟金矿位于元家坪—小寺沟韧性剪切带南侧(图2)，区内地层由老至新为下元古界秦岭岩群(Pt1Q)第一岩性段黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩，震旦—奥陶系丹凤群木其滩组(Z-O)m第二、第三岩性段斜长角闪片岩、绿帘绿泥石英片岩、绿泥绢云石英片岩，其中绿泥绢云石英片岩为主要的赋矿围岩。

图2 大店沟金矿区地质简图(据文献[15]修改)Fig.2 Simplified geological map of the Dadiangou gold deposit (modified after reference[15])

矿区主要构造为70°走向的褪色蚀变脆韧性剪切带，含金石英脉带均严格受该北东东向脆韧性剪切带和叠加脆性构造控制。构造带沿木其滩组第二岩性段与第三岩性段接触带处发育，但主要发育于第三岩性段中，长约4 km，宽约60 m，最大宽度达100 m以上，产状为(340°～350°)∠(70°～85°)，有时近于直立，甚至反倾，剪切带内以揉皱、劈理、片理、断层、节理等构造为主要样式。

矿区内岩浆岩不发育，仅见中、酸性岩脉和中基性岩脉，均为成矿后产出，褪色蚀变脆韧性剪切带北部、南部各有一条规模较大的近东西向石英二长斑岩脉。矿床发育以典型褪色蚀变为特色的围岩蚀变现象，主要蚀变类型有绢云母化、绿泥石化、硅化、碳酸盐化、钠长石化、钾长石化和黄铁矿化等。

2.2 矿床地质特征

金矿体位于脆韧性剪切带内，以黄铁矿石英脉型为主，局部呈复脉带状分布，形态简单，多见似层状、透镜状，走向北东东，顺层近直立产出(图3)，主要矿体有1、4、5号等。

图3 大店沟金矿1 700 m中段(a)及8线剖面(b)地质图(据生产图件编制)Fig.3 Geological map of the 1,700 m level tunnel (a)and profile of Exploration Line No.8 (b)of the Dadiangou gold deposit

1号矿体规模最大，走向北东，控制长度1.5 km，倾向北西，倾角近直立,倾向控制深度为400 m，矿体厚度0.44～13.86 m，平均厚度2.93 m，金平均品位2.92 g/t。4号矿体位于1号矿体南侧下盘，走向北东，长度1 km，倾向北西，倾角近直立，倾向控制深度400 m，矿体厚0.41～8.91 m，平均2.24 m，金平均品位3.18 g/t。5号矿体位于1号矿体北侧上盘，走向北东，长度1.2 km，倾向北西，倾角近直立，倾向控制深度为400 m，矿体厚度0.40～7.92 m，平均厚度1.83 m，金平均品位3.15 g/t。

矿石矿物以黄铁矿为主，次为毒砂，以及微量的黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、磁黄铁矿、六方硫镍矿、镍黄铁矿、辉砷镍矿、碲铋矿等。脉石矿物主要为石英和长石，次为云母、绿泥石、方解石、滑石等。

矿石为自形晶-半自形晶-它形晶粒状结构、碎裂结构、交代溶蚀结构、包含结构等，具有浸染状构造、团块状构造、脉状构造等。金以包裹金、粒间金和裂隙金三种嵌布方式存在。矿石类型主要为黄铁矿化石英脉型和黄铁矿化蚀变岩型(图4)。

图4 大店沟金矿典型岩石和金矿石特征Fig.4 Photos showing the characteristics of typical ores and rocks in the Dadiangou deposit(a)绿泥绢云石英片岩发育脆韧性片理化及褪色蚀变；(b)脆韧性片理化带中发育石英脉矿体；(c)绢云母、绿泥石蚀变；(d)褪色化及碳酸盐化蚀变显微特征；(e)(f)含自然金硫化物石英脉显微特征。Q.石英；Py.黄铁矿；Po.磁黄铁矿；Ms.绢云母；Chl.绿泥石；Cbn.碳酸盐；Ilm.钛铁矿；Gl.自然金

2.3 成矿阶段划分

根据矿脉矿物组合、矿化类型、矿石结构构造及其穿插关系等特征，将大店沟金矿划分为半自形黄铁矿阶段、它形粒状黄铁矿阶段、多金属硫化物阶段、碳酸盐-黄铁矿阶段共计4个阶段。

半自形黄铁矿阶段(Ⅰ)(图5(a)和(g))为成矿作用最早阶段，黄铁矿多呈半自形立方体，无金产出，主要矿物组合为石英±钾长石+黄铁矿±磁黄铁矿+黄铜矿+绢云母。

它形粒状黄铁矿阶段(Ⅱ)(图5(b)、(c)和(h))为成矿作用中—早期，发育黄铁矿石英脉，黄铁矿呈它形粒状集合体，有金矿物产出，为成矿作用最主要阶段，主要矿物组合为黄铁矿+磁黄铁矿+钛铁矿+石英+绢云母。

石英多金属硫化物阶段(Ⅲ)(图5(d)、(e)和(i))为成矿作用中—晚期，发育多金属硫化物石英脉，矿物多呈它形、不规则状，主要矿物组合为黄铁矿±方铅矿+黄铜矿±斑铜矿+毒砂+金矿物+石英+方解石。

碳酸盐-黄铁矿阶段(Ⅳ)(图5(f))为成矿作用晚期，发育碳酸盐脉，充填在金矿脉边部及其附近，主要矿物组合有方解石+黄铁矿+钠长石±钾长石。

图5 大店沟金矿主要成矿阶段特征Fig.5 Photos showing the characteristics of main metallogenic stages in the Dadiangou deposit(a)半自形黄铁矿阶段钾长石+硅化；(b)它形粒状黄铁矿阶段黄铁矿石英脉；(c)黄铁矿石英脉切穿早期长石石英脉；(d)石英多金属硫化物脉；(e)多金属硫化物脉切穿早期黄铁矿石英脉；(f)碳酸盐石英脉；(g)半自形黄铁矿阶段半自形结构和交代结构；(h)它形粒状黄铁矿阶段它形结构；(i)石英多金属硫化物阶段交代溶蚀结构及黄铁矿碎裂结构。Q.石英；Kfs.钾长石；Py.黄铁矿；Po.磁黄铁矿；Gn.方铅矿；Sp.闪锌矿；Cal.方解石；Ccp.黄铜矿；Ilm.钛铁矿

3 流体包裹体地球化学

3.1 流体包裹体岩相学特征

流体包裹体样品均采自井下不同成矿阶段石英脉矿体，流体包裹体片制备由中国冶金地质总局测试中心完成。4个成矿阶段样品的岩相学观察显示第Ⅱ、Ⅲ成矿阶段流体包裹体样品纯净度、透明度较好，本次流体包裹体均一温度、冰点温度的测试工作主要以这两阶段样品为主。

根据流体包裹体成分以及普通室温下相态分型准则[16]、冷却升温过程中的相态变化，将大店沟金矿流体包裹体划分为水溶液包裹体、CO2三相包裹体、纯CO2包裹体三种类型。其中CO2三相包裹体(图6(a)和(b))、水溶液包裹体(图6(c)和(d))为主要类型，总计占比在80%以上，与造山型金矿流体包裹体特征基本一致[17-18]。(1)水溶液包裹体占总数的40%～50%，多呈近圆状、椭圆状、不规则状、多边形状等，大小多在2～10 μm。室温下表现为气液两相，液态H2O充填度大于50%。(2)CO2三相包裹体占总数的30%以上，多呈椭圆状、长条状、多边形状，大小多在3～10 μm。室温下多表现为三相(LH2O+LCO2+VCO2)，其中CO2相(LCO2+VCO2)占比20%～30%，颜色较深，气相CO2多分布于液相CO2中心。(3)纯CO2包裹体占总数的20%以下，多呈近圆状、椭圆状，大小为2～6 μm，室温下表现为单相或两相，边缘多呈暗黑色，较容易与纯水溶液包裹体混淆。

图6 大店沟金矿流体包裹体显微特征Fig.6 Microscopic photos of fluid inclusions from the Dadiangou gold deposit(a)半自形黄铁矿阶段流体包裹体特征；(b)它形粒状黄铁矿阶段流体包裹体特征；(c)多金属硫化物阶段流体包裹体特征；(d)碳酸盐-黄铁矿阶段流体包裹体特征

观察统计表明，大店沟金矿流体原生包裹体以独立状、群聚状或串珠状分布于透明矿物之中，成矿早阶段向晚阶段流体包裹体有整体由富含CO2向富含水溶液转变的趋势，但不同类型包裹体存在共生现象，指示经历了流体不混溶作用[19]，可能为金沉淀的主要因素。

3.2 流体包裹体物理化学条件

流体包裹体显微测温工作在北京金有地质勘查有限责任公司完成，实验所用仪器为Linkam THMS-600型冷热台，测试温度范围为-196～600 ℃，冷冻温度数据精度为±0.1 ℃，均一温度数据精确度为±0.5 ℃，升温速率一般为0.2～5.0 ℃/min。

4个阶段流体包裹体片共测得48组均一温度和冰点数据(表1)，结果表明，大店沟金矿均一温度介于120～256 ℃之间，平均176 ℃；温度分布频率直方图(图7(a))显示峰值出现在160～170 ℃和210～220 ℃，流体为中低温热液，且随着成矿流体的演化，温度具有逐渐降低的趋势。

表1 大店沟金矿流体物理性质数据统计Table 1 Statistics of fluid physical properties in the Dadiangou gold deposit

冰点温度介于-0.5～-12.4 ℃之间，计算盐度为4.03%～15.27%。盐度分布频率直方图(图7(b))显示峰值出现在10%～12%，为中低盐度流体，随着成矿流体的演化盐度具有逐渐降低的趋势。但部分较高盐度流体出现在各个成矿阶段，其均一温度与盐度不呈正相关性，据此推断CO2-H2O成矿流体在成矿期发生了沸腾作用或者相分离[21-22]。计算流体密度范围为0.82～0.98 g/cm3，成矿压力范围为32.6×106～70.1×106Pa，成矿深度范围为1.09～2.34 km。本次样品采集最低标高为地表以下约300 m(1 650 m中段)，指示矿区历史剥蚀深度在2 km以内。

图7 大店沟金矿成矿流体均一温度(a)和盐度直方图(b)Fig.7 Histograms of homogenization temperature (a)and salinity (b)of the Dadiangou gold ore-forming fluid

3.3 成矿流体成分分析

流体包裹体气相成分原位激光拉曼光谱分析在中国科学院地质与地球物理研究所流体包裹体实验室完成，使用仪器为LabRam HR激光共焦显微拉曼光谱仪，采用532 nm激发波长。由于大店沟金矿流体包裹体普遍偏小，本次选取它形黄铁矿(Ⅱ)阶段、多金属硫化物(Ⅲ)阶段两个主要成矿阶段包裹体进行激光拉曼光谱原位测试，分别获得17组和12组有效数据。

测试结果显示(图8)，两个阶段包裹体成分相似，液相成分主要以H2O为主，气相成分以H2O、CO2、CH4为主，并有少量的C2H2等有机成分，说明大店沟金矿成矿流体为H2O-NaCl-CO2-CH4体系，具有造山型金矿流体包裹体典型特征[23]。29组数据中有16个包裹体含有CH4等成分，指示有机碳参与了流体成矿作用，有机组分可能与金形成有机化合物和螯合物，对金迁移富集起到促进作用[24]。

图8 大店沟金矿Ⅱ阶段水溶液包裹体(a)和Ⅲ阶段CO2-CH4包裹体(b)激光拉曼光谱Fig.8 Laser-Raman analysis of fluid inclusions(stage II aqueous fluid inclusions(a),stage III CO2-CH4 fluid inclusions(b))from the Dadiangou gold deposit

4 成矿流体及成矿物质来源

4.1 H-O同位素特征

为研究成矿流体的来源和演化，本次选取了它形黄铁矿阶段和多金属硫化物阶段黄铁矿石英脉样品共计7件开展H-O同位素研究，挑选出石英单矿物送至核工业北京地质研究院测试中心进行测试，使用仪器为Finnigan MAT 253型质谱仪。

石英的O同位素分析采用BrF5法，分析精度优于±0.2‰，H同位素测定采用爆裂法取水、锌法制氢，分析精度优于±2‰。

测试数据显示大店沟金矿成矿流体的δ18OH2O范围为-0.06‰～2.24‰，δD介于-81.4‰～-98.7‰之间(表2)，分布较为集中，其范围与区域李子金矿、湘潭子金矿等基本一致(δ18OH2O范围为-0.06‰～9.60‰，δD介于-75‰～-120‰之间)[25-26]。

表2 大店沟金矿H-O同位素组成Table 2 Quartz H-O isotope compositions of the Dadiangou gold deposit

在δ18OH2O-δD图解(图9)中所有样品均投在了变质水至大气水之间区域，表明成矿流体主要为变质水以及少量的大气降水、岩浆水混合流体，其中的大气水特征反映成矿流体与围岩发生了低程度的水岩反应[27-28]。

图9 大店沟金矿成矿流体δ18O-δD 图解(底图据文献[29])Fig.9 δ18O vs δD diagram of the Dadiangou gold ore-forming fluid (base map after reference [29])

4.2 S同位素特征

为示踪成矿物质来源，本文选取大店沟金矿石英脉矿石和丹凤群木其滩组地层进行S同位素研究，挑选出黄铁矿单矿物送至核工业北京地质研究所分析测试研究中心进行测试。采用CuO氧化方法制取SO2，所用仪器为Delta V Plus稳定同位素质谱仪。硫同位素采用CDT国际标准，分析精度优于±0.2‰。

硫同位素分析结果(表3)和分布直方图(图10)显示，地层和矿体中δ34S值分布范围明显不同，整体不具有明显的塔式分布特征。地层中δ34S值分布范围较大，为3.6‰～9.0‰，主要代表地层中硫酸盐矿物硫。值得注意的是，无矿化褪色蚀变地层的δ34S值较原岩降低，可能反映来自地层中的硫与热液中的硫发生混合作用，显示围岩与热液发生了较强的交代作用。

图10 大店沟金矿硫同位素分布直方图Fig.10 Sulfur isotope histogram of the Dadiangou gold deposit

表3 大店沟金矿S同位素组成Table 3 Sulfur isotope compositions of the Dadiangou gold deposit

矿石中黄铁矿δ34S值分布较为集中，范围为-0.2‰～1.7‰，均值为0.8‰，因大店沟金矿其他硫化物含量低，且无硫酸盐矿物，因此可认为该矿床黄铁矿的硫同位素组成基本上代表了热液总硫的同位素组成[30]，即δ34S黄铁矿≈δ34S∑S。较集中的δ34S值说明矿石的硫源是均一的，与典型幔源硫0±3‰特征一致[31]，说明成矿作用过程中的S主要以深源为主。

5 矿床成因及Au沉淀赋存规律探讨

研究区所在的西秦岭成矿带为典型的造山型金矿床聚集区[1]，大店沟金矿严格受剪切带及叠加断裂构造控制，矿体类型为石英脉型和蚀变岩型；流体包裹体普遍富含CO2，显示中低温、低盐度碳质流体(H2O-NaCl-CO2-CH4)特征；稳定同位素示踪结果显示成矿流体为变质水和大气水混合来源，成矿物质主要为深部来源且交代了部分围岩成分。因此，综合判定大店沟金矿为造山型金矿床。

区域地质背景分析及典型矿床对比表明，大店沟金矿形成于碰撞造山作用开始之后的挤压-伸展转换阶段[11,32-33]，成矿前区域大规模的褶皱和逆冲推覆构造相伴的脆韧性剪切带提供了成矿动力机制，也形成了众多与区域构造平行或垂直的次级断裂、片理、节理、裂隙和微裂隙，为成矿流体运移、沉淀提供了良好的空间。深部成矿流体和成矿物质沿元家坪—小寺沟等区域构造向上运移并进入其次级的大店沟脆韧性剪切带中，因浅部构造体系相对开放加入了少量大气水，发生了流体不混溶和沸腾作用，同时发生水岩反应形成了大范围的褪色蚀变，导致流体物理化学条件变化，最终在脆性构造空间沉淀成矿。因丹凤群变质基性火山岩为主的地层在多期应力改造中产生了转折端/接触带/褶皱和一定的韧性变形[34-35]，成为热液运移的低速带，进一步增加了交代作用强度和沉淀时间，为金的大规模沉淀富集提供了条件。

因压扭性应力长期作用及多期构造活动显著的继承性特征，导致成矿结构面形成诸多波状扩容空间，沿走向方向尤其明显。前人在小秦岭地区的研究成果[36]表明，波形的引张部位一般是金矿体赋存的主要部位，造成了矿化分段富集现象。本文在成矿流体来源及演化、热液利用脆性空间运移沉淀机制研究的基础上，通过总结成矿结构面舒缓波状扩容空间分布及矿化分段赋存富集规律，用于指导深边部找矿预测。

矿体厚度可用于指示容矿构造空间，本文选取1号矿体绘制厚度等值线纵投影图(图11)。矿体厚度高值区具有由近地表SW向NE深部呈串状分布，指示存在多个应力扩容部位，且呈约300 m平行等间距分布规律。结合控矿构造左行剪切作用分析，认为成矿热液在成矿结构面中自南西深部向北东浅部运移，在与热液运移方向垂直的构造扩容部位形成矿化分段富集[37]，可预测矿体目前工程控制部位走向延伸方向存在多个扩容空间。根据以上规律在30线、43线施工钻探工程，均揭露品质较好的工业矿体，证实了成矿结构面舒缓波状和金分段沉淀富集规律的适用性。

图11 大店沟金矿成矿结构面厚度等值线纵投影图Fig.11 Vertical projection of thickness contour of ore-forming structural plane in the Dadiangou gold deposit

6 结 论

(1)根据矿脉矿物组合、矿化类型、矿石结构构造及其穿插关系等特征，将大店沟金矿划分为半自形黄铁矿、它形粒状黄铁矿、石英-多金属硫化物以及碳酸盐-黄铁矿4个成矿阶段。

(2)流体包裹体主要有水溶液包裹体、CO2三相包裹体以及纯CO2包裹体三种类型，成矿早阶段向晚阶段流体包裹体有整体由富含CO2向富含水溶液转变的趋势。成矿流体均一温度介于120～256 ℃之间，盐度范围为4.03%～15.27%，密度范围为0.82～0.98 g/cm3，具有中低温、中等盐度特征，成矿流体为H2O-NaCl-CO2-CH4体系，流体不混溶和沸腾作用为金沉淀的主导因素，成矿深度范围为1.09～2.34 km。

(3)H-O同位素表明成矿流体主要来自变质水，并混合了一部分的大气水；S同位素指示成矿物质具深源特征，同时成矿热液运移过程中交代淋滤了一定的围岩成分。

(4)综合判定大店沟金矿为造山型金矿。矿床经历了多期应力和构造运动叠加，北东东向脆韧性剪切带叠加脆性构造为成矿结构面，具有明显的舒缓波状，成矿热液在成矿结构面中自南西深部向北东浅部运移，金在垂直运移方向的构造扩容部位沉淀而形成矿化分段富集特征，预示出成矿富集规律和下一步找矿预测方向。

致谢：野外工作得到了甘肃中金黄金矿业有限责任公司主管负责人和技术人员的大力支持，综合研究、实验测试工作得到了北京金有公司刘春发博士、陈志勇硕士等人的帮助，谨致谢忱。