胶东大磨曲家金矿床成矿流体成分及稳定同位素研究(郭春影,杨立

1、 卷 (Volume 28, 期 (Number 3, 总 (Total 113矿物 岩石 页 (Pages 51-56,2008,9, (Sept ,2008J MIN ERAL PETROL 收稿日期 :2008-06-10; 改回日期 :2008-09-10基金项目 :国家自然科学基金 (No. 40572063和 No. 40672064 ; 教育部创新团队、 “ 111” 计划 (No. B07011 ; 教育部 “ 跨世纪人才培养计划” 及中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室开放基金 (No. GPMR0732胶东大磨曲家金矿床成矿流体成分及稳定同位素研究郭春影 1,2,

2、杨立强 1,2, 张 静 1,2, 高帮飞 1,2, 王庆飞 1,2, 1,21. 中国地质大学 (北京 ;2. 中国地质大学 (北京 , 北京 100083【摘 、 蚀变岩中石英单矿物流体包裹体群体 , 探讨金成矿流体由高温到低温流体成分演化与金成矿过程 , 结果证实 :流体 包裹体气相成分以 H 2O 为主 , 其次为 CO 2, 其余为 CH 4,C 2H 6, H 2S , 少量样品检测到少量N 2和 Ar 2。 流体包裹体液相成分中 , 阳离子主要为 Na +和 K +,Ca 2+次之 , 少数样品检测到 Mg 2+; 阴离子主要为 Cl -和 SO 42-,F -含量也较高 。 高

3、温阶段 CO 2含量缓慢降低 ,CH 4+C 2H 6总量变化较大 ; 低温阶段 CO 2含量快速降低 , H 2S 含量缓慢降低 ,CH 4+C 2H 6总量呈现增加趋势 。 由高温阶段到低温阶段 K +含量降低 ,Na +含量增加 ,Ca 2+变化不明显 ; 阴离子组成 SO 42-含量急剧降低 ,F -含量缓慢增加 ,Cl -含量快速增加 。 成矿流体稳定同位素 组 成 D 水 (SMOW 为 -106148-95152 , 18O 石英 (SMOW 为 1016412168 , 换算与之平衡 18O 水 (SMOW 为 1188 5178 , 13C CO 2(PDB 为 -61264

4、 -41271 。 稳定同位素组成说明大磨曲家金矿床成矿流体可能为深部来源 , 可能与地幔排气和矿区内煌斑岩岩浆活动有关 。【关键词】 胶东 ; 金矿床 ; 大磨曲家 ; 流体包裹体 ; 气液相成分 ; 稳定同位素 中图分类号 :P618. 51 文献标识码 :A文章编号 :1001-6872(2008 03-0051-060 引 言胶东地区是我国重要的金矿床集中区之一 , 以约 013%的国土面积占有中国约 25%的黄金储量和产量 1。 国内外学者对胶西北地区金矿床研究成矿 流体来源总体上有 5种认识 :(1 地幔流体 2; (2 岩浆流体 3; (3 大气降水 4; (4 以变质水为主体同

5、 碰撞流体系统 5; (5幔源岩浆水与大气降水混 合 6。 Mao 等通过碳 、 氢 、 氧和硫同位素研究认为 胶东地区金成矿作用与地幔流体密切相关 7。大磨曲家金矿床位于胶东西北部三大金成矿带之一的招 远 -平度断裂带北端 , 为典型的构造破碎带蚀变岩 型金矿床 。 Yang 等对大磨曲家金矿床流体包裹体 进行初步研究 , 认为成矿流体主要为胶东群变质岩 重融花岗质岩热液 , 晚期有部分大气降水参与 8。 由于该矿床脉体发育程度极差 , 很难采集到适合流 体包裹体研究的矿脉样品 , 此次研究采集了不同类 型蚀变岩和矿石样品 , 采用热爆法获得不同温度区 间流体包裹体群体气 、 液相成分数据以

6、及稳定同位 素数据 , 在此基础上希望能对大磨曲家金矿床成矿 流体来源和成分演化趋势及其成矿意义作进一步的分析 。1 地质概况胶东地区西以郯 2庐断裂为界 , 南以五莲 2荣城 断裂与世界上著名的大别 2苏鲁超高压变质带相临 , 其大地构造位置处于华北板块与扬子板块的大陆深 俯冲带边缘 、 古太平洋板块向欧亚大陆俯冲的大陆 边缘上 (图 1 。由于所处位置的特殊性 , 胶东地区 在地质历史上先后经历了华北板块与扬子板块的碰 撞造山运动 、 古太平洋板块向欧亚板块下的俯冲运 动 , 以及由这两大动力体系诱发并控制的郯庐断裂图 1 胶东金矿集中区区域地质简图Fig. 1 Simplified ge

7、ological map of the Jiaodong gold province带的多期活动和中国东部岩石圈增厚 2减薄的过程 9。 这些重大地质事件是胶东地区金矿床在中生 代大规模集中产出的重要构造背景 , 也构成了该地 区金成矿的动力学体制 。在上述各构造体制下 , 形 成的各种岩浆岩及金成矿事件是这些动力学体制作 用的产物 。胶东西北部地区与金矿床空间上密切相关的岩 浆岩包括玲珑花岗岩 、 郭家岭花岗闪长岩以及广泛 分布的各种脉岩类 。罗镇宽等采用岩浆成因锆石 SHRIM P U 2Pb 方法 , 得到玲珑花岗岩成岩时代为 150Ma 160Ma , 郭家岭花岗闪长岩成岩时代为 12

8、6Ma 130Ma 10。 Miao 等 11和 Wang 等 12采 用锆石 SHRIM P U 2Pb 方法 , 同样得到玲珑花岗岩 成岩时代为 150Ma 160Ma 。元素地球化学研究 表明 , 玲珑花岗岩大多属于碰撞期与碰撞后期地壳 重融型花岗岩 , 郭家岭花岗闪长岩属于造山期后壳 幔混合成因花岗岩 9。 胶东地区广泛分布与金成矿 密切相关的各种脉岩类 , 包括基性脉岩 、 中性脉岩 、 酸性脉岩和伟晶岩 。 据中基性岩脉与金矿体切穿关 系及其同位素年代学将其分为早白垩世脉岩 (>120Ma 和晚白垩世脉岩 (<120Ma 9。研究还表明 , 胶东地区中 、 基性岩脉是幔

9、源岩 , 其地球化学特征被 认为这类岩石源自大陆岩石圈地幔 9。大磨曲家金矿床产于我国著名的胶东玲珑金矿 田中 , 其大地构造位置属滨太平洋成矿带外带 、 胶北 地体北部的胶西北隆起区 , 矿区位于玲珑矿田的北 东部 , 南西与阜山 (原东风 矿床相邻 。矿区西起珠 顶西 、 东至王屋村 常伦庄 ; 南起柴火顶 栾家店围 子 、 北至葛家 。胶东岩群主要分布在矿区东南部 , 岩性主要为 斜长角闪岩 、 黑云斜长片麻岩 、 黑云变粒岩等 。 胶东 群呈盖层分布于玲珑片麻状花岗岩之上 , 二者界线25矿 物 岩 石 2008 较为模糊 , 呈渐变过渡关系 。岩石普遍发育混合岩 化 , 与东部的郭家

10、岭花岗闪长岩呈渐变过渡或断裂 接触 。区内岩浆岩主要有玲珑型花岗岩 、 郭家岭型花 岗闪长岩及少量脉岩 。 玲珑型花岗岩分布于招平带 下盘 , 属玲珑花岗岩的边缘相 , 其内部胶东岩群变质 岩多呈残留体存在 , 与上覆变质岩呈渐变过渡接触 。 郭家岭型花岗闪长岩主要分布于矿区东部 , 与变质 岩呈渐变或断层接触 。 煌斑岩可分为成矿前和成矿 期煌斑岩两期 , 前者被断裂蚀变带穿切 , 后者常与矿 体相伴出现 , 产状与主裂面一致 。区内断裂构造发育 , 按断裂规模及对矿体的控 制作用 , 可划分出 3级断裂 : 级断裂为招平断裂 , 走向 N E30°40°, 倾向 SE

11、, 倾角 35°45°, 带宽 20m 238m , 控制了区内主矿体的分布 。 级断裂为 招平 断 裂 上 下 盘 控 制 的 次 级 断 裂 , E NN E , 倾向 SE , , , 80°。 , 。 级断裂多见于 级断裂构造旁 , 多表现为一些节 理 , 规模小 , 产状变化大 , 一般长数十米到近百米 , 厚 数厘米到数十厘米 , 多为岩屑粘土或蚀变矿化作用 所产生的矿物充填 。2 流体包裹体成分流体包裹体群体气 、 液相成分在中国科学院地质与地球物理所岩石圈演化国家重点实验室完成 。 流体包裹体群体气相成分采取分温度区间爆裂提 取 , 以获取不同成矿

12、阶段的流体气相成分 13。气相 成分利用四极杆质谱仪定量分析各种气体相对含 量 , 仪器重复测定精密度 <5%, 测试流程及样品前 期处理参见文献 13。 流体包裹体群体液相成分与 气相成分采取相似的手段 , 同样分温度阶段爆裂 , 提 取不同温度区间群体包裹体离子成分 。 离子成分测 试由离子色谱仪分析 , 得到离子相对浓度 , 仪器重复 测试精度 <5%。提取离子成分样品前期处理同气 相成分样品前期处理过程 。测试结果 (表 1 表明 , 大磨曲家金矿床流体包裹体气相成分以 H 2O 为主 , 其次为 CO 2, 其余为 C H 4,C 2H 6, H 2S , 少部分样品 N

13、 22, 但它们 , 即主体矿化发 , 阳离子 主要为 Na +和 K +, Ca 2+次 之 , 少 数 样 品 检 测 到 Mg 2+; 阴离子主要为 Cl -和 SO 42-,F -含量也较高 。 部分样品中 ,F -含量甚至高于 Cl -含量 。在图 2中 , C H 4+C 2H 62CO 22H 2S 演化过程经 历了两个阶段 。 高温阶段 (由 500 320 到 320 260CO 2含量缓慢降低 ,C H 4+C 2H 6总量 变化较小 ; 低温阶段 (由 320 260 到 260 100CO 2含量快速降低 , H 2S 含量除个别有所增 加外 , 其余均是缓慢降低 ,C

14、 H 4+C 2H 6总量则呈现 增加趋势 。 成矿流体阳离子组成从高温阶段到低温表 1 大磨曲家金矿床石英中流体包裹体群体气 2液相成分 (气相 mol %, 液相 . w (B /10-6T able 1 Bulk fluid inclusion volatiles and ions of Damoqujia gold deposit (volatiles ,mol %;ions , in ×10-6样号温度 / CH 4H 2O N 2C 2H 6H 2S Ar CO 2F -2-+2+2+123456781002601. 8251. 2721. 5860. 7220. 229

15、-0. 2422603200. 8861. 2932. 2651. 3230. 2990. 1591. 3543205003. 1601. 27091. 1504. 7493. 2660. 1351. 476100260-99. 204-0. 0630. 7341. 0651. 3850. 9120. 7440. 152-2603200. 65594. 4620. 2970. 2860. 1660. 4093. 7250. 8851. 4472. 2660. 9960. 562-3205000. 49693. 8090. 5230. 0350. 057-5. 0812. 8961. 008&g

16、t;45. 104. 8462. 8360. 1171. 6871003201. 11196. 267-2. 170. 02-0. 4323205001. 43595. 076-1. 0930. 030. 2662. 11002601. 20697. 381-0. 560. 007-0. 8471. 7131. 3391. 1321. 0111. 088-0. 1382605000. 88893. 2760. 1540. 2570. 0310. 0735. 321. 6043. 3952. 1313. 1802. 108-0. 0921003200. 79595. 166-0. 904-3.

17、1353205000. 69990. 915-0. 5580. 0360. 1057. 6871002600. 79996. 376-0. 2610. 045-2. 520. 7111. 8650. 7900. 9460. 1610. 0180. 102260320-96. 0240. 79-0. 057-3. 130. 7152. 9621. 2641. 7140. 274-0. 1063205000. 80892. 5210. 144-6. 5272. 0362. 91631. 5164. 2852. 3550. 0720. 7791003200. 399. 346-0. 0750. 01

18、-0. 2683. 3393. 1235. 0051. 5640. 938-0. 2313205000. 20297. 5490. 0160. 430. 0930. 3131. 3974. 8290. 66078. 2014. 2405. 611-1. 281100260-98. 156-1. 8440. 6770. 8160. 6240. 7020. 366-0. 4112603200. 58995. 5370. 2280. 3910. 0650. 4022. 7870. 7000. 7060. 3840. 5990. 261-0. 373注 :“ -” 表示低于检测限 ; 气相成分测试采用

19、四极质谱型号为日本真空技术株式会社生产的 R G202型 , 工作条件为 :SMZ 电压 -1. 22kV ;电离方式 EI ; 离子电压 50eV ; 测量速度 50msec/amu ; 真空度 5×10-6Pa ; 仪器重复测定精密度 <5%。 液相成分测试采用日本岛津公 司 (SHIMADZU 生产的 HIC 26A 型色谱处理机 ; 淋洗液是 215mM 邻苯二甲酸 -214mM 三 (羟 甲基氨基 CH 4; 流速为阴离子 112ml/min , 阳离子 110ml/min ; 重复测定精密度 <5%35 第 28卷 第 3期 郭春影等 :胶东大磨曲家金矿床成矿

20、流体成分及稳定同位素研究阶段 K +含量降低 , Na +含量增加 , Ca 2+变化不明 显 。 SO 42-含量急剧降低 ,F -含量缓慢增加 ,Cl -含 量快速增加 。图 2 成矿流体 18O 2D 组成 Fig. 2 18O 2D composition of the ore fluid3 成矿流体稳定同位素流体包裹体稳定同位素组成在中国科学院地 质与地球物理所岩石圈演化国家重点实验室完成 ,测试结 果 列 于 (表 2 。 D 水 值 为 -106148-95152 , 石英 18O 为 10164 12168 , 与之平 衡的 水 的 18O 为 11885178 , 13C P

21、DB 值 为 -61264 -41271 。 流体包裹体 D 测试对象为爆裂发提取的包裹体捕获的水 。氧同位素测试 对象为包裹体寄主矿物石英 , 利用石英与水氧位素分馏平衡方程 14计算得到水的 18O 值 成矿流体 D 和 182, 有一个点氧同位素 向大气降水线漂移 , 直观上成矿流体似乎主要为深 部来源岩浆水或地幔水 , 并且有少量大气降水的混 入 。 成矿流体 13C 值与多种来源的 CO 2的 13C 值 重合 。火山气体和基性火成岩中流体包裹体的 CO 2的 13C 值为 -4 -8 15, 而花岗伟晶岩中表 2 大磨曲家金矿床成矿流体稳定同位素组成T able 2 Stable

22、isotopic compositions of inclusion fluidof the Damoqujia gold deposit样号D 水 /(SMOW 18O 石英 / (SMOW 18O 水 / (SMOW 起爆温 度 /13C/(PDB 9-95. 5210. 645. 78387-4. 9073-97. 7111. 034. 88338-5. 0224-96. 5310. 961. 88258-4. 2715-102. 2611. 724. 95318-4. 784注 :样品由中国科学院地质与地球物理所岩石圈演化国家重点实验室稳定同位素实验室测试 , 测试仪器为 MA T 2

23、252。 D 和 13C直接测试包裹体中的流体 , 18O 同位素测试石英矿物 , 与之平衡的水的 18O 由 1000ln =3138×106/T 2-219014计算得到流体包裹体 CO 2的 13C 值为 +1 -12 15。大磨曲家金矿床流体包裹体 13C 值处于上述两种流体的 13C 范围内 , 但是与前者 , 即火山气体和基性火成岩中流体包裹的 13C 范围更为接近 。结合矿区内发育有成矿前和成矿期煌斑岩脉 , 可能显示煌斑岩对大磨曲家金矿床的形成具有重要贡献 。4 讨 论大磨曲家金矿床流体包裹体气相成分以 H 2O 为主 , 其次为 CO 2, 其余为 C H 4, C

24、 2H 6, H 2S , 少部 分样品检测到少量 N 2和 Ar , 这与典型的脉状金矿 床一致 16。 , 阳离子主要 +K +2+Mg 2+; -4-含量也较高 。 成矿 , 流体气 、 液相成分均有明显的演 化过程 。 CH 4+C 2H 62CO 22H 2S 组成经历了两个 阶段 , 高温阶段 CO 2含量缓慢降低 , C H 4+C 2H 6总量变化不大 , 低温阶段 CO 2含量快速降低 , H 2S 含量缓慢降低 , C H 4+C 2H 6总量呈现增加趋势 。 高温阶段到低温阶段 K +含量降低 ,Na +含量增加 , Ca 2+变化不明显 ; 阴离子组成 SO 42-含量

25、急剧降 低 ,F -含量缓慢增加 ,Cl -含量快速增加 。需要说 明的是 ,SO 42-可能并不代表成矿流体中 S 元素的 真实存在形式 。离子成分提取是在空气中通过加 热爆裂法得到 。这一过程中原始成矿流体中的还 原价态 S 元素很可能被氧化为高价态的 S 。因此 , 对大磨曲家金矿床早期流体主要为 K +2SO 42-体 系的看法 8有待于进一步探讨 。成矿流体 D 和 18O 同位素组成位于初生水与原生岩浆水左下方 , 氧同位素微弱向大气降水线漂 移 ; 稳定同位素组成说明大磨曲家金矿床成矿流体 可能为深部来源 , 可能与地幔排气和矿区内煌斑岩 岩浆活动有关 , 并有少量大气降水的混入

26、 。 前人对胶东地区金矿床成矿流体来源的认识 多样 , 近期更多学者强调了幔源流体对金成矿过程的贡献 7。 大磨曲家金矿床成矿流体 D 和 18O 同位素组成落在初生水与原生岩浆水左下方 , 可以认 为该特征反映幔源流体来源 。 但是 , 成矿流体演化 过程中与围岩 , 尤其是花岗岩发生强烈的水岩反 应 , 形成以绢云母代表的大量蚀变矿物 。这种水岩 反应过程是在高温高压下完成的 , 成矿流体氢氧同 位素组成不可避免发生改变 , 而不能代表成矿流体初始组成特征 。通常认为压力对氢同位素分馏影响很小 , 但是研究结果 17显示 , 压力对氢同位素在45矿 物 岩 石 2008含水矿物与水之间同位

27、素平衡分馏具有重要影响 , 最大幅度可达 20 。虽然没有发现压力对氧同位 素平衡分馏的显著影响 17, 但是成矿流体氧同位 素是测试寄主矿物石英的氧同位素 , 通过平衡分馏 计算得到的 。 计算与石英平衡的流体氧同位素 , 前 提假设是流体与石英达到了氧同位素平衡 18。这 一假设是否成立 , 没有很好的限定 。另外 , 温度是 氧同位素平衡分馏计算的关键因素 。常用流体包 裹体均一温度代替氧同位素平衡温度 , 但是该温度 与实际温度相比可能偏低 , 加之所测包裹体数量常常有限 , 因此计算得到流体 18O 值偏低 , 导致成矿流体向大气降水漂移的假象 。利用爆裂温度代替 氧同位素平衡温度

28、, 爆裂温度是流体包裹体捕获的上限温度 , 虽然可能造成计算得到的流体 18O 值偏 高 , 但是代表了大多数流体包裹的捕获温度区间 因此 , 流体 18O 要影响没有得到理想的控制 , 利用 D 和 18O 同位 素组成判别成矿流体来源存在非常大的不确定性 。虽然稳定同位素对成矿流体来源的示踪不明确 , 但 是区域构造演化 1、 区域成矿流体研究 4、 区域成 矿动力学 19和胶东地区与金矿床密切共生的中基 性岩脉研究 9以及其他同位素示踪 20都显示了幔源流体对胶东地区金成矿的重要贡献 。综合来看 , 幔源流体对大磨曲家金矿床成矿过程可能具有重 要意义 。引起成矿物质 Au 沉淀的因素很多

29、 21, 其中成 矿流体沸腾作用常被认为是金矿床成矿物质沉淀 的主要因素之一 22。 S 被认为是热液条件下与 Au 形成络合物的最主要元素 23。在 H 2O NaCl CO 2体系中如果有少量 C H 4加入 , 就会大大扩大 该体系发生不混溶的区域 , 导致沸腾作用易于发 生 24。 CO 2可以在热液体系中起到缓冲热液 p H 值 , 使热液体系可以溶解更高浓度 Au 的作用 25。 因此 CO 2,C H 4,C 2H 6和 H 2S 等挥发分的存在 , 有 利于沸腾作用的发生 , 从 2O NaCl CO 2体系 22, 而形成具有工 致谢 在流体包裹体气 、 液相成分测试过程中得

30、到 中国科学院地质与地球物理研究所朱和平的指导 ; 在包裹体爆裂测温过程中得到中国科学院地质与 地球物理研究所谢奕汉研究员指导 ; 稳定同位素测 试由中国科学院地质与地球物理研究所张福松 、 陈 健 、 李铁军等完成 , 对上述专家 、 学者的帮助表示衷 心感谢 。参考文献1 邓 军 , 杨立强 , 葛良胜 , 等 . 胶东矿集区形成的构造体制研究进展 J.自然科学进展 ,2006,16(5 :5132518. 2 邓 军 , 杨立强 , 方 云 , 等 . 胶东地区壳 2幔作用与金成矿效应 J.地质科学 ,2000,35(1 :60270. 3 姚凤良 , 刘连登 . 胶东西北部脉状金矿 M

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41、ying1 , 2 , YAN G Li2qiang1 , 2 , ZHAN G J ing1 , 2 , GAO Bang2fei1 , 2 , WAN G Qing2fei1 , 2 , YU Hai2jun1 , 2 Chi na U ni versi t y of Geosciences , B ei j i n g 100083 , Chi na; 1 . S t ate Key L aborator y of Geological P rocesses an d M i neral Resou rces , 2 . Key L aboratory of L i t hos p he

42、re Tectonics an d L it ho P robi n g Technolog y of M i nist r y of E d ucation , Chi na U ni versi t y of Geosciences , B ei j i n g 100083 , Chi na Abstract : Bulk volatiles and io ns and stable isotope co mpo sitio ns of inclusio n fluids in quartz of altered granitoids f ro m Damoqujia gold depo

43、 sit were st udied in order to reveal gold ore fluid evo2 lutio n and to t race it s po ssible so urces. It was showed t hat bulk inclusio n fluid volatiles were do minated by H2 O and CO2 , wit h small amo unt of C H4 ,C2 H6 , H2 S ,N 2 and Ar 2 . K + and Na + are t he do minant catio ns in inclusio n fluid wit h minor Ca2 + and Mg