甘肅合作早子溝金礦床流體包裹體及硫鉛同位素特征

陳瑞莉，陳正樂,，伍俊杰，梁志錄，韓鳳彬，王 永，肖昌浩，韋良喜，沈 滔

1.東華理工大學地球科學學院，南昌 330013 2.中國地質科學院地質力學研究所，北京 100081 3.甘肅省地礦局第三地質礦產勘查院，蘭州 730050 4.中國地質大學(北京)研究生院，北京 100037

0 引言

西秦嶺是我國主要的貴金屬工業礦產資源基地之一，已發現多個金、銀、銅、鉬、鉛鋅、汞銻、鈾等金屬礦床[1]。其中，金礦床為區內的優勢礦種。關于西秦嶺金礦的礦床類型及分布，毛景文等[2]認為西秦嶺造山帶中的脆韌性剪切帶主要分布的是造山型金礦，西秦嶺成礦帶南帶背斜部位的金礦床呈現出卡林型金礦和受構造控制的造山型金礦床之間的過渡類型，在往南的南秦嶺和松潘—甘孜造山帶的東北部金礦類型則主要為卡林型-類卡林型金礦?？臻g上，夏河—合作斷裂帶以北花崗巖發育，為多金屬成礦集中區，發育銅、鎢、鉬、鉍、金、砷等以中高溫元素為主的礦化，產有三索瑪金礦、答浪溝金礦、扎不浪可金礦點、老豆金礦及德烏魯銅礦和崗以銅礦等，礦床類型包括矽卡巖型、中高溫熱液脈型和中低溫熱液型；夏河—合作斷裂帶以南侵入巖少，有利于卡林-類卡林型金礦產出，為金、汞、銀等中低溫元素的礦化，產有隆瓦寺院金礦、納合迪金礦、直合完干金礦及格里那汞礦點等[3]。

早子溝金礦床(或稱棗子溝金礦)處于西秦嶺中帶和南帶過渡部位，位于夏河—合作斷裂帶內。早子溝金礦地質勘探程度較高，前人的研究工作主要集中在成礦物質來源[4-7]、巖漿巖地球化學[4,8-10]、成巖成礦時代[2-3]、礦床成因[1-4,11-14]、圍巖蝕變與金礦物賦存狀態[7,14-15]等方面，并取得了較多的資料和成果，但也存在一些未解決的問題，如其成礦地質體、熱液流體運移沉淀等尚有爭論。目前，對于礦床成因從礦床地質和年代學方面的研究主要有3種認識：1)中低溫熱液蝕變型金礦[5,9,11-13]；2)卡林型金礦[7,16]；3)斑巖型金礦[6]。熱液礦床的成礦流體研究是礦床學研究的重點問題，地質流體在成礦作用中起到十分重要的媒介作用，是礦床學研究的主要對象之一。熱液金礦床是成礦流體活動的產物，成礦流體活動記錄在熱液礦物及其流體包裹體中，這使得流體包裹體成為研究流體成礦作用的“化石”或“探針”[17]。本文在詳細的礦床地質研究的基礎上，通過對早子溝金礦床石英中流體包裹體的巖相學、顯微熱力學和包裹體成分分析等，結合礦石中硫化物的S-Pb同位素組成特征研究，揭示了成礦流體特征及演化規律，探討了流體成礦機制及過程。

1 區域地質背景

早子溝金礦床在大地構造位置上處于西秦嶺褶皺帶北部斷褶帶與中部裂陷槽之間的過渡部位，屬于同仁—夏河—岷縣金成礦帶的一部分[4-5]。夏河—合作—岷縣成礦帶處于西秦嶺褶皺帶的北部斷褶帶與中部裂陷槽之間的過渡部位，其北界為臨夏—武山、天水斷裂，其南達洮河復向斜軸部的碌曲、卓尼一帶[16]。西秦嶺西段位于東西向中央造山系與南北向賀蘭—川滇構造帶垂向交匯地區，是中國大陸構造的主要地塊與造山帶聚集交接轉換部位，也是青藏高原東北緣擴展跨越地帶，具有板塊拼合與陸內造山的同期復合交接，并疊加陸內剪切走滑構造特點，被稱之為“西秦嶺—松潘構造結”[18]。區域地層總體走向為NW向，與區域構造生長線方向一致。區域出露地層從老到新主要有下石炭統、二疊系、下三疊統、侏羅系、新近系及第四系，上石炭統、上三疊統、白堊紀及古近紀地層缺失，缺失地層之間以平行不整合接觸直接覆蓋于老地層之上。區內晚古生界到早中生界地層主要分布在NE部位，并且受NW向新堡—力士山復背斜控制，石炭系主要分布于復背斜軸部，二疊系、三疊系為背斜兩翼，以斷層接觸為主[19]。

區域主構造線呈NW—SE向展布，以斷裂構造為主，褶皺構造次之。區內斷裂構造普遍發育，金礦的區域性展布嚴格受NWW向斷裂帶控制，已發現的金礦床和金礦(化)點均明顯受控于區域性斷裂帶及其次級斷裂?？氐V斷裂主要為3條大致平行的區域性斷裂帶，自北向南依次為力士山—圍當山斷裂帶、夏河—合作斷裂帶和?？颇稀窭锬菙嗔褞?，區域性斷裂帶及其旁側的次級斷裂構成本區的斷裂構造系統。斷層走向總體為NW向，傾向多為NE向。早子溝金礦的主礦體就產于NE、NW、近SN向斷裂破碎帶中。

區內巖漿巖以侵入巖十分發育，主要巖性有閃長玢巖、石英閃長玢巖、黑云母閃長玢巖、花崗閃長斑巖和斜長花崗斑巖等，侵入巖多以小巖脈群產出，沒有大的侵入體巖體出露。

2 礦床地質特征

早子溝金礦床位于新堡—力士山復背斜南翼之合作—珉縣區域斷裂帶上[17]。礦區內出露的地層單一，為中三疊世古浪堤組(T2g)。古浪堤組為陸棚斜坡相的陸源碎屑沉積巖，經歷了水深由深到淺的過程，地層總體走向近南北向，略呈反“S”型展布；按照巖相可分為三段；其下段(T2g1)為灰褐-灰綠色中—厚層狀中—細粒長石石英砂巖夾粉砂質板巖、泥質粉砂巖、鈣質(含礫)板巖；中段(T2g2)為灰綠色、局部灰黑色板巖、粉砂質板巖夾薄層細粒長石石英砂巖、含礫砂巖、灰巖、鈣質板巖及少量薄層細砂巖、泥質灰巖、細礫巖透鏡體；上段(T2g3)為青灰色、灰綠色粉砂質板巖夾泥質板巖、鈣質板巖、細粒長石石英砂巖、含礫板巖。其中，條帶狀硅質板巖、泥質板巖及粉砂質板巖是賦礦巖石之一[7]。

區內總體為一大型單斜構造，局部受斷層影響，層間褶曲發育。區內斷裂構造主要由NE向、NW向和SN向3組斷裂組成，其中以NE向、SN向規模最大，NW向次之，具有張剪性、延伸大的特點(圖1)；它們分別控制并構成3個方向的金礦帶產出，是主要的導礦及容礦構造[7]。從斷裂的切割關系上可以知道，在形成時間上以NW向最早，近SN向居中，NE向最晚，間接指示了斷裂活動、構造熱液及成礦作用的多期性。早子溝金礦主礦體包括北東向礦帶的Au1、Au9、Au10、Au15、Au17、Au37、Au45、Au46、Au54、Au55、M6和M4共12個礦體，北西向礦帶的Au14、Au25和Au63共3個礦體，南北向礦帶有Au31礦體。金礦化賦存部位有板巖、巖脈內及巖脈與地層的接觸帶或其附近的圍巖破碎帶[15]。礦體一般呈不規則脈狀、長條狀，少量似層狀，受NE、NW和近SN向斷裂控制。

全區廣泛分布各類巖脈，尤以南部最為發育，主要為閃長巖脈、閃長玢巖脈、石英閃長玢巖脈、花崗閃長巖脈、花崗斑巖脈、細晶巖脈、石英斑巖脈及少量輝綠巖脈、煌斑巖脈等。巖脈主要產在地層和裂隙中，地層中的巖脈明顯受斷裂構造控制，具成群集中、沿斷裂構造充填的特點。巖脈一般邊界平整，與圍巖界線清晰，且延伸較長，巖石節理、裂隙發育[9]。

結合野外調查研究，根據礦石的賦礦圍巖組成及礦石礦物組成的差異特征，可將早子溝金礦床含礦石英脈劃分為2個期次：第Ⅰ期是金的預富集期，主要是流體對早期淺變質巖地層的萃取和淋濾作用，使成礦組分遷移和聚集，主要為粗粒石英含金脈-赤鐵礦化形成期，為成礦作用早期的產物；第Ⅱ期為成礦熱液對早期礦源層進行疊加改造時期，主要形成多金屬硫化物-金石英脈(主成礦期)，其又可分為黃鐵礦-毒砂硫化物階段和輝銻礦-金石英脈階段2個階段。相對應的可將原生礦石大致歸為3類，分別為蝕變板巖型金礦石、蝕變脈巖型金礦石和輝銻礦石英脈型金礦石(圖2)。

礦石中礦物成分復雜，金屬礦物較多，主要有輝銻礦、毒砂、黃鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦及少量的自然金等；脈石礦物為石英、長石、方解石、黑云母、絹云母-水云母、角閃石等；副礦物主要是鋯石、金紅石等。根據礦石光片及薄片鏡下特征鑒定，礦石中金礦物以微細粒浸染狀顯微金為主，明金可見(圖2g、h、i)。自然金呈不規則粒狀，主要以包體的形式賦存于黃鐵礦、毒砂、輝銻礦等硫化物中，少量賦存于硅酸鹽礦物中。圍巖蝕變主要有硅化、絹云母化、碳酸鹽化、黃鐵礦化、毒砂化、褐鐵礦化等，其中絹云母化、碳酸鹽化在區內廣泛發育。成礦期金礦化主要與中期硅化、黃鐵礦化、毒砂化、輝銻礦化等蝕變類型疊加的程度和蝕變強度呈正相關，金礦化賦存在黃鐵礦和毒砂中，礦化蝕變最強烈地段是金礦化最富集部位。圍巖蝕變具有一定的蝕變分帶現象，表現為從礦體到圍巖近礦部位硅化、黃鐵礦化較強[15]。

a.產出于F24號破碎帶的Au1礦脈；b.礦脈被斷裂切割；c.盲6礦體結構構造；d.措施井2中段Au15礦體；e.含輝銻礦石英礦石；f.張性石英脈與赤鐵礦化；g、h、i.顯微鏡下的明金。T2g.中三疊世古浪堤組；F.斷裂構造；Au.明金。圖2 早子溝金礦石英脈樣品及鏡下照片Fig.2 Photographs shaving ores and samples of Zaozigou gold deposit

3 流體包裹體特征及測試結果

由于石英脈型金礦體中金在石英中呈細粒浸染狀分散分布，所以石英與金應為同期產物，石英中的流體包裹體可以代表成礦流體的性質，因此對主成礦階段含礦石英中的流體包裹體開展巖相學、顯微測溫、流體包裹體成分分析、激光拉曼探針分析研究。早子溝金礦流體包裹體測試的樣品均采自各個中段的主成礦期(第Ⅱ期)的含輝銻礦石英脈型金礦石；DZ27-1為地表出露的輝銻礦化石英脈，M6-1、M6-2、M6-3、M6-4采自一號井一號平硐一中段(3 160 m標高)M6礦體，CS-1采自措施井一中段(3 050 m標高)Au9礦體，CS-2采自措施井二中段( 3010 m標高)Au15礦體,CS-3采自措施井二中段(3 010 m標高)M9沿脈的輝銻礦化石英脈。

3.1 流體包裹體基本特征

通過對薄片巖相學特征的觀察研究，早子溝金礦流體包裹體大多數為氣-液(LH2O+ VH2O)流體包裹體，其特征是氣液比為2%～15%，大小為2～25 μm，一般為6～10 μm；形態各異，有橢圓形、多邊形、豆莢狀、管狀、長條形、長柱狀和不規則形等；流體包裹體較為分散，隨機分布，規律性不強，局部見規則成群分布的流體包裹體，形狀多為橢圓形、不規則形及四邊形?？梢姴糠趾珻O2三相流體包裹體，約為總量的3%，大小一般為4～8 μm，分布較為零散，其形態多數呈四邊形，個別不規則形狀；該類流體包裹體具有明顯的“雙眼皮”結構，多數在室溫下并不明顯，室溫下其相界為一圈黑影。原生流體包裹體中還有部分純液相和純氣相流體包裹體，大小不等，形狀不一，與其他類型的流體包裹體分布在一起，偶見孤立的存在。石英脈中發育有沿裂隙分布的次生流體包裹體，呈線狀、帶狀、環狀及群體狀分布在礦物生長環帶內。根據Roedder[20]和盧煥章等[21]提出的流體包裹體在室溫下相態分類準則，早子溝金礦流體包裹體主要可以分為氣液兩相包裹體(Ⅰ型)和含CO2三相包裹體(Ⅱ型)兩類(圖3)。早子溝金礦流體包裹體主要為氣液兩相，其中又以富液相包裹體居多。不同類型的流體包裹體共存現象說明其捕獲時成礦流體處于一種不均勻狀態，流體不混溶作用導致了碳質流體與溶液相分離。

3.2 樣品測試分析方法

流體包裹體樣品測試分析在中國地質科學院地質力學研究所礦田構造實驗室完成，儀器為英國Linkam THMS-600型冷熱臺，測溫范圍-196～600 ℃，分析精度低于0 ℃時為±0.1 ℃，高于200 ℃時為±2 ℃。均一溫度研究采用冷凍均一測溫法，其測試流程按照降溫(降至-100 ℃，保證流體包裹體內完全結冰)—升溫(逐漸升至0 ℃，觀察冰晶融化，冰晶消失時的溫度計為冰點)—繼續升溫(流體包裹體中氣泡消失均一為液相)—降溫(降至室溫)進行，流程中根據需要隨時調整程序的測試范圍與測試精度，以適應樣品變化的需要。降溫至包裹體完全凍住，然后逐漸升溫，至最后冰晶消失時的升溫速率為0.1～0.3 ℃，最后冰晶消失時的溫度為冷凍溫度(即冰點溫度)。測定均一溫度時，氣液相均一時的升溫速率為2 ℃。此次試驗測得流體包裹體的均一溫度采用氣-液兩相包裹體的均一測溫法，鹽度(w(NaCl))則通過冷凍法對NaCl-H2O流體包裹體進行冰點的測定，然后根據Hall[22]提出的公式計算出鹽度，再依據均一溫度和鹽度及相應的公式計算出該礦床成礦流體密度等物理化學參數。

單個包裹體的激光拉曼分析在中國科學院地質與地球物理研究所流體包裹體實驗室完成，使用儀器為英國Renishaw公司生產的RM-2000型激光拉曼光譜儀，使用Ar激光器，波長514 nm，所測光譜的計數時間為10 s、每1 cm-1(波數)計數一次，1 000～4 000 cm-1波段取峰，激光束斑大小約為1 μm，光譜分辨率2 cm-1。選擇部分有代表性的富CO2流體包裹體和CO2-H2O流體包裹體進行激光拉曼探針分析。

3.3 測試分析結果

本文在詳細的巖相學觀察的基礎上，對早子溝金礦礦石石英中的流體包裹體進行了顯微測溫工作。經過對薄片以及流體包裹體的巖相學觀察，選擇其中10個包體片進行流體包裹體的相關測試，共測得105個有效數據(表1)。

由表1可以看出，流體包裹體均一溫度為129.8～324.3 ℃(n=105)，平均溫度為202.2 ℃。根據所測流體包裹體均一溫度數據繪制直方圖。從均一溫度直方圖(圖4a)可以看出，流體包裹體均一溫度變化范圍較寬，成礦溫度多集中在130.0～280.0 ℃，具有180.0 ℃左右峰值，呈正態分布說明礦床成礦流體應屬中低溫成礦流體；與礦石礦物中的低溫礦物組合輝銻礦、毒砂、黃鐵礦、赤鐵礦等礦物組合基本吻合。

研究區礦床的流體包裹體鹽度由冷凍臺測定獲得的冰點溫度，根據H2O-NaCl體系鹽度-冰點公式：w=0.00+1.78Tm-0.044 2Tm2+0.000 557Tm3，其中，w為鹽度，Tm為冰點下降溫度[22]。得出鹽度的變化范圍多為1.22%～10.74%，平均為6.04%，峰值為5.00%～8.00%，呈正態分布(圖4b)，說明礦床成礦流體屬中低鹽度成礦流體。

從礦區流體包裹體均一溫度-鹽度圖(圖5a)可以看出，流體包裹體集中在中低溫和中低鹽度區間，且鹽度隨溫度的降低而減小。另外，鹽度與溫度的線性關系較好，說明成礦流體發生了混合作用。

利用NaCl-H2O體系均一溫度、鹽度、密度關系近似地求得流體的密度[23]。從均一溫度-鹽度關系圖(圖5b)中可以看出，流體密度比較低，變化范圍為0.75～0.98 g/cm3，平均值為0.90 g/cm3，且隨著溫度的升高而降低。

由于早子溝金礦主要的控礦因素為斷裂控礦，礦區礦體大多數產出于斷裂帶內。因此，壓力估算不適合用靜壓計算。據流體包裹體的均一溫度和鹽度，利用邵潔漣[24]計算流體壓力經驗公式：p1=poT1/To，其中初始壓力po=219+2 620w，初始溫度To=374+920w，T1為均一溫度，估算獲得金礦成礦階段的成礦壓力為32.7～88.6 MPa。

表1 早子溝金礦床礦石石英脈流體包裹體均一溫度、冰點與鹽度表

圖4 早子溝金礦床流體包裹體均一溫度、鹽度直方圖Fig.4 Histograms of homogeneous temperature of fluid inclusions in Zaozigou gold deposit

趨勢1.與低溫低鹽度的流體相混合；趨勢2’和2”.與不同鹽度的流體等溫混合；趨勢3.沸騰導致殘留液相的鹽度增高；趨勢4.自然冷卻。圖5 流體包裹體均一溫度-鹽度雙變量圖Fig.5 Diagram of homogenization temperature versus salinityand the scatter plot between salinity and pressure of fluid inclusions

早子溝金礦流體包裹體均一溫度與壓力具有一定的正相關性，即隨著溫度的降低其壓力也逐步減??；從整體上來看，流體包裹體隨著壓力的降低，鹽度也隨之降低，有可能在成礦過程中流體發生了相分離。相分離作用形成的含水相主體為CO2-H2O型流體包裹體，導致了流體包裹體中含有少量的CO2液相，但很少出現含CO2溶液三相流體包裹體，一方面顯示成礦流體母液有CO2的存在，另外也說明成礦流體的相分離作用僅發生部分不混溶，相分離作用主要發生于礦脈形成過程中。

3.4 流體包裹體成分分析

3.4.1 流體包裹體群體氣液相色譜

對早子溝金礦主成礦階段石英中群體包裹體氣相成分進行分析(表2)，測試結果顯示，早子溝金礦氣相成分主要H2O，其次是CO2，除此之外還含有極少量的N2、CH4和C2H6和H2S；Ar*結果僅供參考，因此未做進一步討論。區域上的深大斷裂可以為深源流體的上涌和金礦質的運移富集提供很好的背景條件。早子溝地處大別—秦嶺結合帶，盡管含液體CO2流體包裹體的數量不是很高，但是根據流體包裹體成分分析表明流體包裹體中CO2的質量分數較高，可能暗示了成礦流體具有深源特征[25]，這與早子溝所處的大地構造背景是十分吻合的。多數樣品中含有有機質CH4和C2H6的存在，并且圍巖地層為黑色炭質板巖,其有富含有機碳的特征，指示在早子溝金礦的成礦作用過程中有機質或有機碳參與了流體成礦作用[26]。若還原性氣體CO、CH4等含量越高，則還原性越強[20]。有機組分可與金形成有機化合物和螯合物，有利于金遷移富集[26]。早子溝金礦床的流體包裹體氣相成分顯示，含有還原性的CH4、C2H6、H2S，表明早子溝金礦的成礦環境為還原條件下。即表明該礦床輝銻礦-金成礦階段礦化過程是發生在還原環境下的成礦作用，有利于金的富集。

表2 早子溝金礦流體包裹體氣相成分

一般情況下，氣體的溶解度大小為CO2>CH4>N2，使得CH4的質量分數大于N2；但是在有沸騰作用的時候，難溶于液相的組分將相對于易溶組分分餾到氣相中去，導致氣相中的N2質量分數升高[25]。早子溝金礦流體包裹體氣相成分中的CH4/N2值既有大于1的也有小于1的，即CH4的質量分數有高于N2的，也有低于N2的，說明成礦流體可能發生過沸騰作用，而沸騰作用也是金屬成礦的重要方式之一。

對早子溝金礦床輝銻礦石英脈型金礦石石英中群體包裹體液相成分進行分析(表3)，測試結果顯示，流體包裹體中液相成分陽離子主要為Na+、K+，質量分數分別為(0.738～6.120)×10-6、(0.582～2.400)×10-6，含有少量Ca2+、Mg2+。陰離子以SO42-、Cl-為主，質量分數分別為(3.930～7.860)×10-6、(0.099～6.840)×10-6，含有少量F-，F-質量分數均小于1，而Cl-質量分數既有大于1也有小于1的。群體包裹體分析顯示，流體中SO42-質量分數較高，SO42-絕大多數要比Cl-高，高SO42-現象反映流體氧化能力較強。在成礦作用過程中，伴隨著金的沉淀，含金絡合物解體還原為HS-，HS-在氧逸度增高時向氧化硫(SO42-)的轉換，是導致SO42-質量分數較高的原因。只有地表DZ27樣品的質量分數SO42-

表3 早子溝金礦石英中流體包裹體液相成分

成礦流體富含Na+、K+、Cl-、SO42-及少量Ca2+，個別樣品還含有F-和Mg2+的熱水溶液，并且F-和Mg2+同時出現，表明具有較強溶解成礦物質的能力。在主要成礦階段，陰、陽離子之間的質量分數關系：SO42->Cl->F-； Na+>K+>Ca2+>Mg2+，SO42-/(F-+Cl-)>1。在金的成礦期，陰陽離子的比例應該是近似一致的，且此時的陰陽離子比最小[25]。金在溶液中呈某種絡合離子形式進行遷移時，溶液中陽離子濃度應該大于陰離子濃度[27]，但在早子溝金礦中陽離子的濃度小于陰離子的濃度，結合礦物的賦存形式，早子溝金礦床礦脈中有明金的存在，推測在成礦時金可能已經以自然元素形式沉淀，從而導致了相應的陰陽離子比例發生變化。

醫學影像學實踐性較強，同時，隨著醫學技術水平的不斷發展，對影像學專業學生的實踐能力要求也越來越高，學生在實踐過程中加深對理論知識的應用理解，并對所學知識進行及時更新，從而進一步提高學生的實踐能力，促進醫學影像學的發展[1]。目前，以問題為導向的教學模式（problem-based learning，PBL）[2]和以案例為基礎的教學模式（case-based learning，CBL）已經被較多醫學院校所接受[3]。文中，通過對90名影像專業的學生分別采取CBL教學模式和PBL教學模式，并對學生的學習情況進行記錄，旨在尋找一種提升影像學教學效率的模式，現報道如下。

呂新彪等[11]根據早子溝金礦床氫、氧同位素分析結果，認為成礦流體主要是來自大氣降水，但是有巖漿水或者變質水的加入。成礦流體中K+可以暗示該階段流體的形成與巖漿活動之間存在的密切聯系[28]，進一步證明了在輝銻礦-金階段成礦過程中有部分巖漿流體加入到成礦熱液之中。陳國忠等[29]對早子溝金礦床巖漿巖的石英斑晶中的熔融包裹體進行了測溫實驗，得到了該礦區內巖漿的演化溫度為700.0～790.0 ℃。本文測得早子溝金礦床輝銻礦-金成礦階段的溫度主要為130.0～280.0 ℃，推測其成礦流體來自于巖漿熱液演化的后期，本階段的成礦流體應為巖漿期后熱液。早子溝金礦床流體包裹體的均一溫度、鹽度和密度等參數表明了成礦流體中有大氣降水的參與，該礦床流體包裹體成分測試表明成礦流體主要為大氣降水和巖漿水混合來源。

3.4.2 單個包裹體激光拉曼光譜

本次流體包裹體激光拉曼光譜顯示：在拉曼光譜圖上除了寄主礦物石英的特征峰外，出現CO2特征峰(1 282.8～1 386.8 cm-1)和寬泛的液相H2O峰(3 310～3 610 cm-1)(圖6)。主成礦階段流體包裹體氣相成分含有較多的H2O、CO2，CO次之，可見極個別的CH4存在，未檢測到其他氣體成分存在。盡管只有極個別的CH4，但是此類流體包裹體特殊的形態、產狀具有重要意義，CH4等烴類的存在可能指示了深源流體的存在，且形成于還原環境[30]。流體包裹體成分的另一個特點是CO2的特征峰值，表明流體的成分主要是CO2和H2O，與絕大多數金礦床的流體成分(多富含CO2)相同。研究區流體包裹體主要含有CO2，其成礦流體屬碳-水體。含有CO氣體，指示流體總體偏氧化性但是具一定的還原性。低鹽度、富CO2的流體包裹體是造山型礦床或變質熱液礦床區別于其他類型礦床的重要標志[31]，造山型金礦的實質是變質熱液礦床[17]，是一種由于地質的改變帶來熱液與其他巖石所融合，形成礦床的類別[32]。熊德信等[33]認為高CO2的流體有以下幾種來源：幔源、下地殼中高級變質流體(麻粒巖相、榴輝巖相等)和巖漿熱液。因此，盡管早子溝金礦床流體包裹為中低溫低鹽度成礦流體，而且從激光拉曼的特征光譜來看，該礦流體包裹體的CO2摩爾濃度也不低；但是，在流體包裹體的特征上卻并沒有發現很多數量的含CO2三相流體包裹體的存在，并不符合造山帶型金礦床成礦流體的特點，成礦流體的來源并非變質熱液。

圖6 早子溝金礦流體包裹體激光拉曼光譜Fig.6 Laser Ranan spectra of typical inclusions in zaozigou gold deposit

早子溝金礦床輝銻礦-金成礦階段流體包裹體的液相成分均以水為主，其次為CO2，還含有一定量的SO2、CO32-、HCO3-，各類型流體包裹體的氣相成分絕大部分含有氣相和液相的CO2，而且大部分樣品峰值較高，部分樣品還有SO2，偶爾含有少量CO和CH4等還原性氣體或有機氣體，H2O峰相對在液相成分中峰值較低。

4 硫鉛同位素

當前，同位素地球化學在示蹤成礦物質來源方面具有十分重要的作用，而硫鉛同位素是成礦物質來源的重要的研究手段。金屬礦物中的硫同位素組成反映了來源物質的同位素比值及礦石沉淀過程中引起同位素分餾的作用，硫化物的δ34SV-CDT值主要取決于硫的天然來源。鉛同位素組成除受放射性衰變和混合作用影響外，不會在物理化學作用和生物作用過程中發生變化，因此，用其不僅能指示地殼演化，而且還可以指示礦床成因與成礦物質來源[34]。

4.1 樣品分析方法

S同位素測試的樣品采自礦區主要礦體內的輝銻礦-金成礦階段的原生含輝銻礦石英金礦石，樣品由核工業北京地質研究院同位素實驗室完成測試。S同位素組成分析測試是將金屬硫化物單礦物與氧化亞銅按一定比例研磨、混合均勻后進行氧化反應，使得S同位素從硫化物中析出生成SO2，用冷凍法收集反應產生的SO2；然后用MAT251氣體同位素質譜儀分析SO2中硫同位素組成，測量結果以V-CDT為標準，分析精度優于±2‰。本次測試結果及前人研究結果見表4。鉛同位素分析樣品采自于熱液成礦期的晚階段輝銻礦-金成礦階段的含金輝銻礦化石英脈中的輝銻礦，鉛同位素分析由核工業北京地質研究院分析測試研究中心完成，先用混合酸溶樣，然后用樹脂交換法分離出鉛，蒸干后用熱表面電離質譜法進行鉛同位素測量，儀器為ISOPROBE-T熱電離質譜儀(編號7734)，分析時室溫為20 ℃，相對濕度20%～30%。對1 μg鉛的206Pb/204Pb測量精度<0.05%，208Pb/204Pb測量精度≤0.005%。一般認為，硫化物的U和Th質量分數微少，因此硫化物形成后U和Th衰變產生的放射成因鉛的數量更少，所以其對鉛同位素組成的影響可以忽略不計。因此，本次依據硫化物測試得到的鉛同位素組成不需要校正，即代表鉛鋅礦形成時的初始鉛同位素比值。

4.2 硫同位素組成特征

單個礦物的δ34S不能判斷流體中S的來源，但流體總S(∑S)的δ34SV-CDT可以指示成礦流體中的硫來源[35]。早子溝金礦床礦物學的研究表明，含硫礦物均為硫化物，未發現硫酸鹽礦物，因此礦床中硫化物的δ34SV-CDT平均值與成礦流體的δ34SV-CDT應基本一致，可代表成礦流體的δ34SV-CDT值[36-38]。早子溝金礦床有蝕變脈巖型金礦石、蝕變板巖型金礦石和石英輝銻礦脈型金礦石，其各自的硫同位素組成結果如表4所列。由表4可見，早子溝金礦中δ34SV-CDT黃鐵礦>δ34SV-CDT輝銻礦，表明此成礦階段中不同含硫礦物間硫同位素達到化學平衡狀態，成礦過程中沒有引起硫同位素的強烈分餾[39]。在輝銻礦-金成礦階段中，輝銻礦與金共生，所有輝銻礦的硫同位素組成可以代表此階段成礦流體的硫同位素組成。測試結果表明，早子溝金礦床輝銻礦-金成礦階段的硫同位素組成基本接近，硫同位素組成很穩定，δ34SV-CDT為-10.30‰～-8.10‰，變化甚小(圖7)，極差為2.20‰，平均為-9.33‰。一般認為δ34SV-CDT值變化范圍在10‰之內就可認定為同一硫源[10]，沉積巖和變質巖的硫同位素組成都有很寬廣的值，來源受原巖的影響較大，硫源很難為單一的來源，其硫同位素值變化也相對應有寬廣的范圍。早子溝金礦床輝銻礦的硫同位素組成與早子溝金礦床金礦石中蝕變板巖型金礦石和蝕變脈巖型金礦石硫(黃鐵礦δ34SV-CDT為-9.26‰～-4.90‰)[5-6]同位素組成相近，與蝕變脈巖型礦石中的礦化石英脈的黃鐵礦硫同位素都相似[10]；但是卻比早期蝕變巖型金礦石的硫同位素組成值更小，推測該階段硫同位素有地層硫的加入。

表4 早子溝金礦硫同位素測試結果

圖7 早子溝金礦床硫同位素直方圖Fig.7 Frequency histogram of δ34SV-CDT for ore sulfides from Zaozigou gold deposit

西秦嶺地區典型造山型金礦硫同位素具有相似的組成特征(圖8)，其δ34SV-CDT值主要分布在正值區間，具有過渡型硫的特征。研究表明，西秦嶺金礦床的硫源較復雜，變化很大[39]。造山帶型金礦床的硫化物δ34SV-CDT值組成多為正值，除雙王金礦外，均為0～20‰[40]，表示成礦流體經過較長時期的運移，使得硫源來源較多，導致硫同位素的組成值變化較大。硫同位素的組成為負值，說明成礦過程中成礦流體的物化條件發生了強烈的變化[41]；可能是硫酸鹽與巖漿硫的混合作用有關，也可能是從地殼中萃取了各種成因硫。前文已經表明了早子溝金礦成礦流體為大氣降水和巖漿水的混合來源，且早子溝金礦床區內不存在硫酸鹽礦物。而且早子溝金礦床硫同位素δ34SV-CDT值出現了明顯的負值，說明在成礦過程中礦石硫中有一部分來自于地層的低值硫。從礦區硫同位素對比圖(圖8)可以看出，礦石中硫同位素值與自然界花崗巖相似，這一結果與前人的結論是一致的，顯示成礦流體可能來自于巖漿熱液[5-6,10]，暗示了巖漿熱液對流循環萃取了圍巖地層中的成礦物質參與成礦。

據文獻[38-39]修改。圖8 早子溝金礦床與西秦嶺典型金礦床及主要巖石類型硫同位素對比投影圖Fig.8 Sulfur isotope projection of Zaozigou gold deposits and other major rock types

4.3 鉛同位素組成特征

鉛同位素一般不受環境影響產生明顯的分餾，可以保留較為可信的源區信息。因此，鉛同位素組成不僅能夠反演地殼演化，而且可以示蹤成礦物質來源。

早子溝金礦床礦石鉛同位素組成(表5)為：206Pb/204Pb為18.166～19.027，207Pb/204Pb為15.608～15.741，208Pb/204Pb為38.249～39.275；μ值為9.51～9.68，明顯高于正常鉛μ值范圍(8.686～9.238)[42]，w值為35.96～37.86，也均高于正常鉛w值(35.55±0.59)[42]；Th/U值為3.66～3.81(平均值為3.74)，高于地幔值3.45，與地殼的Th/U值(約為4)[43]相當。多數研究者認為μ值大于9.58為高放射成因殼源鉛特征，小于9.58說明有低放射成因深源鉛存在，一般高μ值被解釋為來自上地殼。中國大陸上地殼平均Th/U值為3.47和全球上地殼平均Th/U值為3.88[42]?？傮w上，硫化物的鉛同位素組成變化范圍相對較小，相對富集放射性成因鉛，說明物源區富238U、232Th，表明早子溝金礦床鉛等成礦物質來源具有相對穩定、成熟度相對高的上地殼或者沉積物特征源區。

為進一步確定早子溝金礦床礦石的鉛來源，將礦石鉛同位素值分別投圖。在Zartman圖解(圖9)上， 8個礦石樣品的鉛同位素值投影點主要落在上地殼和造山帶之間，而且集中分布在造山帶演化線一側，只有一個在上地殼范圍之上，表明其中的鉛主要來源于成熟度較高的造山帶或上地殼物質[44]，礦石鉛同位素的復雜性暗示其為殼?；旌铣梢蜚U。

為了使該礦床的礦石礦物鉛的來源證據更加充實，將鉛同位素組成的相關參數根據朱炳泉等[45]建立的示蹤鉛來源的Δγ-Δβ成因分類圖解進行投圖。從Δγ-Δβ成因分類圖解(圖10)上可以看出，樣品投影點在1、2、3a范圍內均有分布，即幔源鉛、上地殼鉛和上地殼與地?；旌系母_鉛(巖漿作用)，說明了該礦床的成礦物質來源復雜，為多來源成礦物質的混合；其中，幔源鉛和上地殼鉛都有落點，但是絕大多數的落點都集中在巖漿作用產生的上地殼與地?；旌系母_鉛區域內。而且，鉛同位素的組成圖解與鉛同位素的構造環境判斷圖解(圖9)也顯示了成礦物質來源于地殼和幔源物質。因此，鉛同位素的組成特征表明了成礦物質來源于殼?；旌?，與硫同位素的組成特征是一致的，表明早子溝金礦是巖漿活動的產物。

表5 早子溝金礦床含金輝銻礦化石英脈中輝銻礦鉛同位素測試結果及相關計算參數

圖a.b.中：A.地幔；B.造山帶；C.上地殼；D.下地殼。c.d.中：LC.下地殼；UC.上地殼；OIV.洋島火山巖；OR.造山帶；A、B、C、D分別為各區域中樣品相對集中區。底圖據文獻[43]。圖9 早子溝金礦床鉛同位素構造模式圖Fig.9 Lead isotopic composition of Zaozigou gold deposit

1.地幔源鉛；2.上地殼鉛；3.上地殼與地?；旌系母_帶鉛(3a.巖漿作用；3b.沉積作用)；4.化學沉積型鉛；5.海底熱水作用鉛；6.中深變質作用鉛；7.深變質下地殼鉛；8.造山帶鉛；9.古老頁巖上地殼鉛；10.退變質鉛。底圖據文獻[44]。圖10 早子溝金礦床礦石礦物鉛同位素Δγ-Δβ成因分類圖解Fig.10 Δγ-Δβ diagram of genetic classification ore minerals Lead from the Zaozigou gold deposit,Gansu

二疊紀，區域主壓應力由NE向轉變為NEE向，印支中期早子溝金礦第Ⅰ期(粗粒石英含金脈)熱液以滲濾交代作用的方式灌入礦區內NW向和SW向陡傾角斷裂破碎帶中并形成蝕變巖型金礦體。二疊紀—三疊紀時期，區域主壓應力方向轉變為NNW向，三疊紀在夏河—合作地區的碰撞造山陸內演化階段，造山運動產生了大量斷裂帶，并且穿過上地殼夏河—合作斷裂構造帶活動強烈，使得溫度、壓力發生改變，誘發了巖漿侵入作用，導致上地殼物質重融發生[46]。印支晚期巖漿活動形成了局部地熱場，促使區域流體加熱循環并使得地層中金活化、遷移，形成的含礦熱液沿斷裂通道上升，在綠片巖中富集、沉淀使金初步富集，形成了礦源層，并且為后期金礦形成奠定了物質基礎。

印支期的伸展構造運動伴隨大規模的巖漿活動，巖漿活動為巖漿熱液的熱循環提供了熱動力，圍巖中原有的金進一步活化、遷移，并在有利的構造部位進一步富集；強烈構造運動使早期斷裂構造復活，形成一系列次級斷裂構造，含礦熱液沿斷裂構造薄弱部位不斷上侵，在侵位上升和冷凝成巖過程中提供熱源促進地下水對流循環，使得地下水運移加速，并與巖漿水混合，形成大量熱水溶液且攜帶礦化劑。成礦作用早期，深源巖漿在上升過程中巖漿分泌出處于高溫臨界狀態的含礦氣水熱液，并溝通了深部成礦流體的上升循環，在經過礦源層中導致金再度活化、遷移并以絡合物形式進入熱液形成成礦流體。熱液沿構造裂隙運移上升并與沿裂隙下滲的大氣降水相遇發生了混溶。通過溶淋、滲濾大量攝取礦源層中的金而形成含礦熱水溶液，不同性質流體的匯聚，導致溫度、壓力條件發生改變，改變了地球化學環境，形成了地球化學障，造成了金元素賦存狀態的不穩定，使得金沉淀和富集并在近地表裂隙中成礦。當溫度進一步降低，由于斷裂或水力壓裂作用而引起壓力的突然釋放，含礦高溫氣水熱液發生沸騰作用。成礦流體的沸騰作用使流體中CO2、H2O、H2S等揮發分大量散逸，pH值升高，流體鹽度升高，溫度降低，破壞了原有體系的物理化學平衡，導致成礦流體中金屬硫化物(磁黃鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦、輝銻礦等)的沉淀富集成礦。此后，隨著溫度和壓力的進一步降低，熱液中析出大量方解石和少量黃鐵礦、毒砂等，至此成礦作用基本結束。主成礦期晚階段(輝銻礦-金成礦階段)熱液主要以充填交代進入礦區北西向緩傾角斷裂破碎帶中，并形成石英輝銻礦脈型礦體。

5 結論

1)早子溝金礦流體包裹體研究表明，成礦流體均一溫度為129.0～325.0 ℃，平均203.2 ℃，鹽度為1.22%～10.73%，平均鹽度為6.04%，成礦流體為中低溫低鹽度低密度淺成流體。該成礦流體主要為大氣降水，有巖漿水的參與，成礦流體發生了混合作用及沸騰作用，它們是金礦床沉淀的重要因素。

2)硫同位素組成δ34SV-CDT值為-10.30‰～-8.10‰，主要為巖漿熱液來源，并在在巖漿侵位過程中萃取沉積地層的還原硫。礦石鉛源來自成熟度較高的上地殼和造山帶，其來源為殼?；旌铣梢蜚U，且巖漿作用是礦石鉛的主要來源。

3)礦床的形成嚴格受構造控制，早期形成石英脈，后期被強烈交代改造，它屬于與深源巖漿分異作用有關的低溫熱液礦床，但該區無火山巖建造，它不屬于與火山建造有關的淺成低溫熱液礦床，成礦與巖漿活動及巖漿巖有密切的成因關系，礦床應為與巖漿有關的巖漿期后低溫熱液金礦床。

致謝：甘肅省地礦局第三地質礦產勘查院和甘肅省合作早子溝金礦有限公司相關人員在野外采樣及地質考察中給予了幫助、支持與指導，在此表示誠摯的感謝！

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