西秦嶺地區豬婆溝金礦成礦物質來源及礦床成因分析

焦陽，馮俊環

（甘肅省地質礦產勘查開發局第一地質礦產勘查院，甘肅 天水 741020）

1 區域背景

豬婆溝金礦位于甘肅省天水市境內，大地構造處于西秦嶺造山帶北秦嶺加里東鴛鴦鎮-關子鎮蛇綠混雜巖帶（白彥祥等，2018）（圖1）。前人雖對區內造山帶型金礦床有大量研究，但對礦化特征、地質特征和地球化學特征以及秦嶺碰撞造山機制綜合性的研究還比較欠缺（馮建忠等，2002；齊金忠等，2005；雷時斌等，2007；張復新等，2009；王潔明等，2023），致使對金礦床的成因仍存爭議。有些學者認為成礦作用發生在巖體形成之前，成礦作用與巖漿作用無直接聯系。也有學者認為，韌脆性剪切帶形成之后，巖體才開始侵入，巖體僅為成礦作用提供了熱動力，促使礦源層中的成礦有用元素活化遷移，并在韌脆性剪切帶的虛脫部位沉淀聚集成礦（齊金忠等，2003；胡曉隆等，2008；張峻，2008）。近年來，通過對八卦廟金礦、李壩金礦和大水金礦等大型類卡林型金礦床的研究，大多學者（閆升好等，2000；張復新等，2001；趙彥慶等，2003；陳衍景等，2004；袁士松等，2008；譚文娟等，2023）認為該類型金礦床同時受到韌脆性剪切帶和巖漿巖體的共同控制，巖漿巖體與金成礦有密切的成因關系，并為金成礦提供了充分的熱源、水源和部分物源，認為金礦床就是在巖漿熱液作用下形成的。流體包裹體被認為是成礦作用的“探針”（郭玲利，2016；李康寧等，2023），筆者利用豬婆溝金礦礦石H、O、S、Pb、Sr、Nd 等同位素示蹤方面的研究來討論成礦流體及成礦元素的時空變化規律，對豬婆溝金礦床成礦物質來源研究和礦床成因進行探討和總結。

圖1 西秦嶺造山帶構造略圖（a）和豬婆溝金礦礦區地質簡圖（b）Fig.1 (a) Structural sketch of West Qinling orogenic belt and (b) geological sketch of Zhupogou gold mine

1.1 礦區地質

礦區位于西秦嶺造山帶北秦嶺加里東鴛鴦鎮-關子鎮蛇綠混雜巖帶（白彥祥等，2018），出露地層為早古生代李子園巖群和中泥盆世舒家壩群。豬婆溝金銀礦賦礦巖組為早古生代李子園群（圖1）。本區經歷了多期的構造運動，構造較為復雜，區內主要金銀、鉛鋅等礦床（點）均分布于復式背斜南翼的次級褶皺與斷裂發育的虛脫部位。礦區斷裂構造復雜，以NW 向和NE 向構造為主。其中，NW 向斷裂對中酸性巖漿侵入和金的成礦起到重要的控制作用。礦區內巖漿活動相對較弱，未見大的侵入體出露，主要為石英脈和花崗巖脈，石英脈是本區的主要找礦標志。

1.2 礦體特征

礦區工程控制共圈出礦體12 條，其中7 條金礦體、3 條金銀礦體、1 條銅礦體和1 條金銅鐵礦體。礦體地表長度為80～1 280 m，厚度為1.20～19.20 m，Au 品位一般為1.29～20.22 g/t，Ag 品位為2.26～48.00 g/t，Au 品位變化系數為77.58%，銀品位變化系數為138.28%，厚度變化系數為121.19%；礦體呈脈狀或者是復脈狀產出于韌脆性斷裂帶中（洪百雄，2016），礦體產狀與斷裂產狀完全一致。礦體沿走向和傾向具有膨大縮小現象，礦體頂、底板圍巖為絹云石英片巖、綠泥絹云石英片巖、閃長巖（脈）等，礦體由地表向深部產狀穩定，在深部見有金、金銀、銅等盲礦體，反映深部還有良好的找礦遠景。近礦圍巖蝕變主要有黃鐵礦化、絹云母化、綠泥石化、黃銅礦化、硅化及碳酸鹽巖化等（劉偉，2020）。

1.3 礦石類型、組構

該區的礦石自然類型主要有黃鐵礦化石英脈型、褐鐵礦化石英脈型、塊狀硫化物型和褐鐵礦化蝕變巖型。礦石金屬礦物成分主要有黃鐵礦、褐鐵礦、方鉛礦、毒砂、銀金礦、自然金等。脈石礦物主要為石英、絹云母、綠簾石、綠泥石等。礦石結構有自形-半自形粒狀結構、交代結構、鱗片結構、碎裂結構。主要構造有塊狀構造、細脈浸染狀構造、碎裂碎斑狀構造、角礫狀構造等。

2 同位素地球化學

H-O、C 同位素可以用于判斷成礦流體來源；Pb、S、Sr 同位素可以對成礦過程中金屬元素的來源起到有效示蹤。

2.1 H-O 同位素特征

蝕變巖型礦石（Ⅱ階段）和塊狀硫化物型礦石（Ⅲ階段）為豬婆溝金礦床主要礦石類型，本次共采集代表性礦體（Ⅰ-2、Ⅰ-10 礦體）礦石樣品9 件進行H-O同位素分析，其中4 件為蝕變巖型礦石（Ⅱ階段），5 件為塊狀硫化物礦石（Ⅲ階段）（表1）。兩階段礦石石英流體包裹體H-O 同位素分析結果見表2，其中從礦石挑選出的石英中的流體包裹體為氫同位素（δD）和氧同位素（δOV-SMOW）的測試對象（吳曉波等，2011）。

表1 豬婆溝金礦床H-O 同位素測試樣品采樣信息表Tab.1 sampling information of H-O isotope test samples of Zhupogou gold deposit

表2 豬婆溝金礦床流體包裹體H-O 同位素組成表（‰）Tab.2 H-O isotopic composition of fluid inclusions in Zhupogou gold deposit (‰)

由表2 可知，成礦過程中δD 組成值相對穩定，δ18O 組成值具有逐漸降低趨勢。表明不同成礦期礦石O 同位素組成總體變化較小，并不存在從成礦早期到成礦晚期的O 同位素飄移現象，然而如果成礦的熱液源自同一系統，在漫長的成礦時期范圍內，由于其流經的范圍廣闊，與巖石間的相互作用（吳曉波等，2011）會不斷加劇以及同其他來源的流體混合程度增加，O 同位素的飄移現象是不可避免的。

2.2 S 同位素特征

（1）分析方法

S 同位素分析測試中，先稱取15 mg 硫化物單礦物粉末樣品放置于真空石英管中，與氧化亞銅一起研磨攪拌均勻后，然后在達20%Pa 真空狀態下加熱的條件下，當溫度達980 ℃時，開始氧化反應發生，用冷凍法收集生成的SO2氣體，用MAT251 質譜儀分析測試，分析精度優于±0.2‰。

（2）分析結果

本次于豬婆溝金礦床的2 件二長花崗巖、6 件礦石中的硫化物和1 件圍巖地層含黃鐵礦碳酸鹽脈硫化物進行S 同位素組成測試分析，測試結果列于表3 中。由表中數據可知，2 件二長花崗巖中黃鐵礦的δ34S 值為10.8‰～10.9‰；6 件礦石中毒砂的δ34S值為10.7‰～11.5‰，平均值為10.93‰；1 件圍巖地層含黃鐵礦碳酸鹽脈中黃鐵礦的δ34S 值為4.5‰（表3）。

表3 豬婆溝金礦床巖礦石及硫化物采樣信息和S 同位素組成表Tab.3 Sampling information and S isotopic composition of ore and sulfide in Zhupogou gold deposit

研究區銅礦床不含硫酸鹽礦物且含硫礦物組合主要以黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、毒砂等為主，說明硫的溶解類型以S2-為主，所以該地區熱液中總硫同位素組成δ34SΣS可以用以上硫化物的δ34S 平均值來代表（Ohmoto，1972）。

2.3 Pb 同位素特征

（1）分析方法

在中科院青島海洋所實驗室完成各成礦期硫化物及巖礦石全巖Pb 同位素的分離提純及測定，同位素分析采用ISOPROBE-T 熱電離質譜計進行測定，NBS981 未校正結果：208Pb/206Pb=2.164 940±15，207Pb/206Pb=0.914 338±7，204Pb/206Pb=0.059 110 7±3，全流程本底Pb＜100 pg。

（2）分析結果

本次于Ⅰ-2、Ⅰ-10 礦體采集10 件樣品Pb 同位素測試結果見表4 中。由表中數據可知，Ⅱ成礦階段 的206Pb/204Pb 值為18.190～19.752，207Pb/204Pb 值為15.596～15.722，208Pb/204Pb 值為38.282～39.465；Ⅲ成礦階段的206Pb/204Pb 值為18.179～18.230，207Pb/204Pb 值為15.593～15.597，208Pb/204Pb 值 為38.309～39.230；硫化物的206Pb/204Pb 值為18.179～18.198，207Pb/204Pb 值為15.589～15.594，208Pb/204Pb 值為38.244～38.266。上述特征值表明豬婆溝金礦Pb 同位素組成具有高度的均一性。

表4 豬婆溝金礦床樣品采樣信息及Pb 同位素組成表Tab.4 Lead isotopic composition of Zhubogou gold deposit

3 流體包裹體地球化學

3.1 樣品選擇

本次測試樣品分別采自豬婆溝金礦1682 中段平硐PD3101 中CM11、19、23、27、29 穿脈代表性礦脈（Ⅰ-2）的典型含石英脈金礦石，以及ZK2702-1 閃長巖石英脈、ZK5303 黃鐵礦化綠泥石英片巖石英方解石細脈等。需要說明的是，由于多數流體包裹體過小，無法進行測試，為確保實驗數據準確，本次只研究便于觀測的氣液兩相包裹體和含子晶三相包裹體，最終選取了3 件樣品中大于5 μm 的氣液兩相包裹體和含子晶包裹體作為測試對象進行觀測。

3.2 流體包裹體巖相學

3.2.1 寄主礦物特征

在進行流體包裹體巖相學研究時，重點針對石英脈型礦石、賦礦的閃長巖、閃長玢巖中的石英脈和石英方解石脈。通過野外的觀察，依據客觀地質證據，對流體的先后順序進行區分。在豬婆溝金礦區，如豬婆溝金礦床流體包裹體寄主礦物顯微照片（圖2）所示，石英顆粒多為半自形-他形粒狀，脈狀產出，受構造作用影響，波狀消光特征顯著，少量石英顆粒發生次生加大現象與重結晶作用。其中，主成礦期的石英細脈中伴生有大量的金屬硫化物，一定程度上影響了對流體包裹體的觀察研究。成礦晚期的石英-方解石脈常穿插、疊加于成礦早期和主成礦期石英脈，使得對于成礦晚期的流體包裹體研究困難較大。鑒于此特征，在進行流體包裹體研究時，區分原生、次生包裹體顯得尤其重要。

圖2 豬婆溝金礦床流體包裹體寄主礦物顯微照片Fig.2 Micrograph of host minerals of fluid inclusions in Zhupogou gold deposit

3.2.2 包裹體類型與分布

鏡下所觀察到的流體包裹體主要分為兩類：原生包裹體和次生包裹體。原生包裹體在石英和方解石顆粒中隨機呈單個或群體產出，形態上主要為橢球形，少數呈負晶形和不規則狀。一般為4～6 μm，少數可達16 μm。而次生流體包裹體形成于主礦物結晶之后，常沿石英中的裂隙、方解石中的解理發育，呈條帶狀分布，呈橢球狀和不規則狀，一般為2～4 μm。

按照成分和常溫下的相態，豬婆溝金礦不同成礦階段流體包裹體分為以下類型：水溶液包裹體、含子晶水溶液包裹體（洪樹炯等，2020）、純CO2包裹體、含CO2包裹體，包裹體大小及分布特征上還存在一定差異（圖3）。

圖3 豬婆溝金礦床石英脈中流體包裹體顯微照片Fig.3 Micrograph of fluid inclusions in quartz vein of Zhupogou gold deposit

成礦早階段樣品中流體包裹體特別發育，大多以不均勻、成群的狀態分布，包裹體的形態以橢圓形、負晶形和不規則等形狀居多。主要以兩相氣液包裹體和含子晶三相包裹體形態出現，以前者居多（圖3a、圖3b、圖3e、圖3f）。氣液兩相包裹體主要以液相為主，液態填充度在65%左右，該階段流體包裹體較小，大多為2～5 μm，少數為6～12 μm。多數均一到液相，少數均一到氣相或在完全均一前爆裂。含子晶三相包裹體，常溫下可見由水溶液、氣泡和固體子晶組成的3 種相態，鹽水溶液的充填度變化較大。CO2三相包裹體絕大部分由于體積太小，無法進行精確的測溫學研究，只得到少量的冰點和均一溫度。由于該階段為豬婆溝金礦主要的成礦階段，對其中的氣液兩相包裹體和含子晶三相包裹體均開展了詳細的測溫學和地球化學研究。

成礦主階段樣品中流體包裹體數量較多，以上提到多種類型流體包裹體均可見及，以氣液兩相包裹體（圖3c、圖3d）為主，呈橢圓狀或不規則狀，成群分布或以單個包裹體產出，個體普遍較小，一般為2～5 μm，偶爾可達7 μm，絕大多數包裹體均一為液相。含CO2包裹體則較少見且體積太小，無法進行精確的測溫學研究。因此，本次工作僅對其中的氣液兩相包裹體開展了詳細的測溫學和地球化學研究。

3.3 流體包裹體顯微測溫

由于所采取的豬婆溝金礦樣品中的流體包裹體均較?。ǘ鄶担? μm），為了保證測溫的準確性，因此本次測溫的流體包裹體粒徑一般為3～12 μm，部分可達到15 μm。用于本次測溫的樣品包括成礦早階段、主成礦階段。而成礦晚階段（石英-方解石階段）由于包裹體較小、包體片透明度差，缺少有效數據，沒有加入接下來的討論。具體顯微測溫結果見表5。

表5 豬婆溝金礦流體包裹體顯微測溫數據表Tab.5 Micro temperature measurement data of fluid inclusions in Zhupogou gold mine

3.3.1 成礦早階段

成礦早階段石英中的包裹體主要為氣液兩相包裹體和含子晶三相包裹體，均為原生包裹體。含子晶三相包裹體僅測出一個冰點溫度為-17.4 ℃，氣液兩相包裹體的冰點溫度為-20.1～-12.4 ℃。該階段含子晶三相包裹體均一溫度為148.6～289.4 ℃，平均為203.6 ℃；氣液兩相包裹體均一溫度為165.4～268.6 ℃，平均為208.6 ℃，溫度區間較大。在均一溫度直方圖（圖4）上，呈正態分布樣式，說明數據可信度較好。均一溫度峰值處于180～220 ℃，屬于中低溫范圍。

圖4 石英中流體包裹體均一溫度、鹽度直方圖Fig.4 Histogram of homogenization temperature and salinity of fluid inclusions in quartz

根據包裹體的冰點溫度，利用冰點-鹽度關系表，估算成礦早階段流體鹽度為為16.34～22.44% NaCleqv，平均19.51% NaCleqv，屬于高鹽度范圍。

3.3.2 主成礦階段

主成礦階段石英中包裹體主要為氣液兩相包裹體、含子晶三相包裹體，均為原生包裹體。含子晶三相包裹體的冰點溫度范圍為-4.8～-4.3 ℃；氣液兩相包裹體的冰點溫度為-5.3～-0.1 ℃。該階段含子晶三相包裹體均一溫度為141.3～198.6 ℃，平均為160.7 ℃；氣液兩相包裹體均一溫度為128.9～285.3 ℃，平均為174.1 ℃。在均一溫度直方圖（圖4）上，峰值范圍較寬，處于130～170 ℃。明顯低于成礦早階段，結合礦物共生組合，峰值范圍較寬，充分印證了多金屬硫化物沉淀的較寬溫度區間，并且豬婆溝金礦的熱液成礦期的金屬礦物沉淀是具有延續性的。這也與鏡下觀察中，成礦早階段與主成礦階段金屬礦物相互穿插、交代、熔蝕的現象相一致。

根據包裹體的冰點溫度，利用冰點-鹽度關系表，估算成礦主階段流體鹽度為1.40～8.28% NaCleqv，平均為5.84% NaCleqv。相比于成礦早階段，鹽度大大降低，與主成礦階段大量金屬礦物沉淀，石英相對比例減少的地質事實相符。

通過流體包裹體測溫數據，可知豬婆溝金礦的熱液成礦期也是一個溫度降低、鹽度降低，伴隨大量金屬礦物沉淀的過程。

3.4 流體包裹體成分特征

不同成礦階段流體包裹體的激光拉曼原位分析結果（圖5），3 件樣品49 個包裹體激光拉曼光譜分析結果顯示，氣相成分較為常見者為CO2、H2O、SO2，部分包裹體中含有微量的CO、CH4、C2H4、C2H6等氣體。其中，富CH4、C2H4等還原性標志的烴類有機氣體指示成礦流體為還原性質的熱液體系。

圖5 豬婆溝金礦床流體包裹體激光拉曼光譜圖Fig.5 Laser Raman spectra of fluid inclusions in Zhupogou gold deposit

4 礦床成因探討

4.1 成礦物質來源

豬婆溝金礦床的礦石中S 同位素為10.7‰～11.5‰，類似于二長花崗巖S 同位素為10.8‰～10.9‰，而不同于含黃鐵礦碳酸鹽脈的S 同位素值為4.5‰。從圖6 中看出，巖漿硫值明顯低于豬婆溝金礦床的δ34S 值，可能有大量變質巖或沉積巖的成礦物質混入（鄭永飛，2000）。

圖6 巖、礦石硫化物同位素組成頻率直方圖Fig.6 Frequency histogram of isotopic composition of S-compounds in rocks and ores

豬婆溝金礦床的Pb 同位素模式圖（圖7），顯示出成礦物質主要來源于上地殼鉛，形成于造山帶環境。在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb 源區構造環境判別圖上（圖8），大量投影點落在上地殼、下地殼和富集地幔的交匯部位，足以說明與成礦有關的殼、幔之間的作用發生在下地殼與上地幔的界面處，在上升侵位的過程中受到上地殼物質的混染。

圖7 豬婆溝金礦床Pb 同位素模式圖Fig.7 Pb isotope pattern of Zhupogou gold deposit

圖8 207Pb/204Pb-206Pb/204Pb 源區構造環境判別圖Fig.8 Discrimination diagram of tectonic environment of 207Pb/204Pb-206Pb/204Pb source area

4.2 成礦流體來源及演化

從圖9 中看出，主成礦階段（Ⅱ黃鐵礦-絹云母-石英-金階段、Ⅲ石英-絹云母-多金屬硫化物-金階段）投影數據點均在原生巖漿水的左下方，Ⅲ階段明顯的有向雨水線（大氣降水）偏移靠近的趨勢，結合流體包裹體顯微測溫結果，反應出該礦床的成礦流體來源于原生巖漿水，伴隨著成礦作用演化的進行，大氣降水含量逐漸增多。

圖9 豬婆溝金礦主成礦階段δD-δ18O 組成圖Fig.9 δD-δ18O composition diagram of main metallogenic stage,Zhupogou gold deposit

4.3 礦床成因演化

（l）中元古代至新元古代，伴隨Rodonia 超大陸裂解，西秦嶺地區形成商-丹洋，沉積了以秦嶺巖群為代表的基底，并爆發了多次的火山活動，形成了李子園巖群火山-沉積巖系。

（2）早古生代末期，區域構造運動，李子園巖群和秦嶺巖群發生區域疊加變質和區域變質作用，使秦嶺巖群中的金再次在熱液變質作用下遷移到李子園巖群，并與李子園巖群中的金元素在變質熱液作用下活化（楊禮敬等，2004）、遷移，初步形成金的富集成礦。

（3）至晚古生代，在西秦嶺造山運動進入中晚期，區域上發生韌脆性剪切作用，從而疊加了構造熱液作用，導致早期初步富集的金元素再次活化，遷移至構造虛脫部位交代成礦，形成構造蝕變巖型金礦（楊禮敬等，2004）。

（4）中生代早期，西秦嶺地區進入后碰撞造山伸展階段，印支運動促使區域發生了大規模的巖漿侵入活動，巖漿期后熱液和少量大氣降水以及變質水構成成礦熱液。從深部攜帶成礦物質向上遷移，并從礦源層和蝕變巖型金礦中萃取大量的成礦物質，沿韌脆性斷裂剪切帶和次級斷裂遷移至構造虛脫部位迅速充填成礦（楊禮敬，2004），形成多金屬硫化物型礦體和石英脈型金礦體。

綜上分析，豬婆溝金礦成因類型屬沉積變質-巖漿期后熱液疊加改造的構造蝕變巖型金礦床（楊禮敬等，2004）。

5 結論

（1）豬婆溝金礦不同成礦階段流體包裹體在類型、大小及分布特征上存在一定差異，成礦早階段主要為兩相氣液包裹體和含子晶三相包裹體；成礦主階段以氣液兩相包裹體為主。

（2）流體包裹體顯微測溫證實豬婆溝金礦的熱液成礦期是一個溫度降低、鹽度降低，伴隨大量金屬礦物沉淀的過程。

（3）從H-O 同位素特征分析，該礦床主成礦階段的成礦流體來源于原生巖漿水，伴隨著巖漿分異形成礦床的過程中，有大氣降水的參與。

（4）豬婆溝金礦成因類型屬沉積變質-巖漿期后熱液疊加改造的構造蝕變巖型。