甘肅棗子溝金礦床成礦過程分析
——來自礦床地質特征、金的賦存狀態及穩定同位素證據

曹曉峰，Mohamed Lamine Salifou Sanogo，呂新彪，何謀春，陳 超，朱 江，唐然坤，劉 智，張 彬

1.中國地質大學資源學院，武漢 430074 2.中國地質大學地質過程與礦產資源國家重點實驗室，武漢 430074 3.北京礦通資源開發咨詢有限責任公司，北京 100037

甘肅棗子溝金礦床成礦過程分析
——來自礦床地質特征、金的賦存狀態及穩定同位素證據

曹曉峰1，2，Mohamed Lamine Salifou Sanogo1，2，呂新彪1，2，何謀春1，2，陳 超1，朱 江1，唐然坤1，劉 智1，張 彬3

1.中國地質大學資源學院，武漢 430074 2.中國地質大學地質過程與礦產資源國家重點實驗室，武漢 430074 3.北京礦通資源開發咨詢有限責任公司，北京 100037

棗子溝金礦位于同仁－夏河－岷縣金成礦帶，礦區賦礦地層為三疊紀中統古浪堤組下段細碎屑巖及灰巖，并發育大量閃長質脈巖。礦體既產于地層中，也出現在脈巖或其接觸帶中，但其產狀均嚴格受NE、NW及近SN向3組斷裂構造控制，控礦構造為高角度的張剪性及旋扭性斷裂。熱液成礦期可劃分為黃鐵礦－石英階段，黃鐵礦－毒砂－（閃鋅礦－方鉛礦－黃銅礦－輝銀礦－絹云母－綠泥石－）石英階段，輝銻礦－石英－方解石階段及石英－方解石階段。圍巖蝕變類型主要為硅化、方解石化及絹云母化。環境掃面電鏡及電子探針測試數據表明，金呈顯微可見金存在于礦物裂隙和粒間隙中或以納米不可見金捕獲在載金礦物中。成礦期不同硫化物金的質量分數均高出檢測限，其范圍為0.003%～0.658%，平均值為0.257%。棗子溝金礦床具有卡林型金礦床的典型特征。氫氧同位素數據顯示成礦流體主要來自大氣水，硫同位素數據則表明硫主要來自沉積地層。其成礦過程可能為深切割斷裂導通地下水，在深部被加熱循環萃取圍巖中成礦物質，并在淺表張性斷裂中充填交代圍巖，致使成礦物質沉淀富集成礦。金的遷移形式可能存在AuH3SiO04、Au（HS）－2、H2Au（Sb，As）S02和HAu（Sb，As）S－3等多種遷移方式。成礦早階段可能以金硅絡合物的解體為主，成礦晚階段則可能是硫氫（銻）絡合物發生解體，致使金與硫化物同時沉淀，以顯微納米金的形式包含在硫化物中。

棗子溝；微細浸染型；金礦；成礦期；穩定同位素；金的賦存狀態

0 前言

甘肅是西秦嶺最大的金礦分布區，金礦床類型眾多，目前學術界大多認為其分屬于造山型和卡林型金礦兩大類［1－4］。以夏河－宕昌－兩當－鳳縣為界將西秦嶺劃分為南北2個成礦帶：北帶以造山型金礦為主；南帶以卡林型（微細浸染型）金礦床最為主要，其特征是金以超顯微金賦存在載金礦物中［3－4］。甘肅合作市棗子溝金礦床發現于1996年，經多年工作已由最初的中型擴大為大型礦床。地理坐標為東經102°47′00″－102°51′00″，北緯34°57′00″－34°59′00″。該礦床地處同仁－夏河－岷縣金成礦帶［5］，屬以卡林型金礦為主的南帶。前人已對棗子溝金礦床進行了基礎地質、成礦環境及選礦方法的研究［6－9］，然而對于金的賦存狀態及成礦過程等尚缺乏研究。筆者基于對棗子溝金礦床地質特征、金的賦存狀態及穩定同位素研究，探討了該礦床的成礦過程，為進一步擴大找礦效果提供理論支持。

1 區域地質背景

秦嶺造山帶呈近東西展布，橫跨我國中部，西達昆侖山，東至大別山，夾于商丹、勉略兩條縫合帶之間。其現今構造格架是華北克拉通與揚子克拉通長期相互作用的產物［10］。西秦嶺造山帶是指青海南山北緣斷裂－土門關斷裂以南、寶成鐵路以西、瑪沁－略陽斷裂以北、柴達木地塊以東的廣闊區域，是諸多地塊和造山帶匯聚的交接地帶。其主體夾于商丹、勉略兩縫合帶西延的臨夏－武山－天水斷裂（F1）和瑪曲－南坪－略陽斷裂（F2）之間（圖1）［11］。西秦嶺造山帶呈近東西向延伸，地層發育齊全，太古宇、元古宇、震旦系、古生界及中新生界均有不同程度出露。區內巖漿巖形成于石炭紀至第三紀。西秦嶺造山帶自新元古代以來，大致經歷了Rodinia超大陸裂解、秦祁昆洋形成、洋陸俯沖造山、大陸碰撞造山、板內伸展和陸內碰撞造山多個構造演化過程［3］。具體表現為晉寧運動使秦嶺微地塊發生匯聚拼合，形成了統一的揚子地塊，于震旦紀沿現商丹構造帶擴張分裂，分劃為南北秦嶺，進入秦嶺主造山期即板塊構造擴張期，后轉化為板塊俯沖收斂階段。從泥盆紀晚期開始，南、北秦嶺發生初始點接觸碰撞，同時南秦嶺沿勉略帶逐漸與揚子地塊分離，導致秦嶺微板塊的獨立，構成三板塊（華北、秦嶺、揚子板塊）夾兩縫合帶（商丹帶、勉略帶）的基本構造格局。中、晚三疊世的印支運動，“三板塊”沿“兩縫合帶”依次向北俯沖碰撞，最終全面碰撞造山，之后轉入以伸展塌陷、剪切平移作用為主的板內造山階段［2，10］。西秦嶺基本構造格架主要是在印支期奠定的，其后又遭受中、新生代構造的強烈改造，始形成現今的構造格局［12］。

圖1 西秦嶺巖漿巖區域地質簡圖（據文獻［11］改編）Fig.1 Regional geological sketch map（modified after reference［11］）

2 礦床地質特征

礦區地層為三疊系中統古浪堤組下段，由一套鈣質、粉砂質、泥質板巖組成的細碎屑巖夾灰巖條帶組成。具體可再分為3層：下層為深灰色、灰綠色條紋狀粉砂質板巖夾泥質板巖及中－薄層巖屑長石砂巖、褐灰色灰巖條帶，局部含較多灰巖、砂巖角礫；中層上部為淺灰、黃綠色條帶狀板巖夾石英細砂巖透鏡體及結晶灰巖條帶，局部夾含礫粉砂巖，下部為灰黑色硅質板巖與淺灰色粉砂質板巖及灰巖條帶互層，夾灰色長石細砂巖透鏡體；上層上部巖性為灰色鈣質板巖夾薄層粉砂巖、厚層長石細砂巖及鮞粒灰巖，下部為灰黑色硅質板巖與淺灰色粉砂質板巖互層。其中，中上層為主要賦礦圍巖（圖2）。

礦區無區域性大斷裂，但小斷裂十分密集，具多期次活動，穿插關系明顯。從走向來看，可分為EW、NW、SN、NNE、NE向5組。早期為近EW向斷裂，成礦期為近SN、NW及NE向斷裂，晚期為NNE向斷裂。具體特征見表1。棗子溝金礦化主要受NE、NW、近SN向3組斷裂構造的嚴格控制，金礦化產于板巖、蝕變閃長玢巖及蝕變閃長玢巖與板巖接觸帶的構造破碎帶中（圖2）。

圖2 棗子溝金礦床礦區地質簡圖（據腳注① 劉東曉，陳耀宇，劉春先，等.甘肅省合作市棗子溝一帶金礦普查報告.合作：甘肅省地礦局第三地質礦產勘查院，2008.改編）Fig.2 Geological and structural map of Zaozigou gold deposit（modified after footnote①）

表1 棗子溝金礦床礦區斷裂主要特征Table 1 Characteristics of the faults at Zaozigou gold deposit

礦區中酸性巖脈十分發育，主要巖性有細晶閃長（玢）巖、閃長玢巖、黑云閃長玢巖、石英閃長玢巖、花崗閃長斑巖、斜長花崗斑巖，外圍有輝綠玢巖，均為淺成侵入體，具斑狀、似斑狀結構，產狀為小巖脈、小巖枝，展布方向主要為NNE向，西部偏轉到近SN向，少數為NW向（圖2）；并具有多次脈動充填的特點，沿斷裂帶“冷侵入”，對圍巖烘烤蝕變現象較弱。

礦區巖石遭受了弱的區域變質作用：泥質巖石變質成板巖，具有新生礦物絹云母；硅質板巖則普遍發生輕微的黝簾石化。各類脈巖受構造活動影響明顯，微裂隙發育，普遍具碳酸鹽化。礦區熱液蝕變主要沿斷裂破碎帶進行，蝕變不均勻。在細碎裂巖及構造角礫巖中形成絹云母化、綠簾石化、碳酸鹽化、鈉黝簾石化、硅化、硫化物礦化等幾種蝕變類型。

3 礦體特征

3.1 礦體產狀及展布特征

圖3 礦體采空區構造形態Fig.3 Figure of ore bodies mining pit

棗子溝金礦化產于巖脈發育部位及巖脈與圍巖的接觸帶附近，礦化嚴格受構造破碎帶、構造斷裂帶的控制。多階段的成礦熱液在構造帶內充填交代圍巖地層或者巖漿巖，使金、銻不斷富集成礦。該礦床的特點是金銻共生，金礦體規模較大、形態完整、延伸穩定、礦化比較均勻，其中333＋334資源量達68 t①梁志錄，劉東曉，劉春先，等.甘肅省合作市棗子溝金礦東、西礦段普查報告.合作：甘肅省地礦局第三地質礦產勘查院，2010.；銻礦化連續性差，礦體多呈不連續的脈狀、雞窩狀夾雜在金礦體中間。棗子溝礦區共圈出金礦體48條，主礦體有7條，分別為Au1、Au9、Au14、Au15、Au26、Au29、Au31。礦體分布標高為3 180～3 385m，控制礦體延深40～400m。主要礦化帶展布方向為NE向、NW向及近SN向。其中：NE向礦化帶主礦體延長大于1 000m，寬度大于300 m，走向50°～70°；NW向礦化帶主礦體延長大于300m，寬度大于50m，走向300°～320°；近SN向礦化帶主礦體延長大于1 000m，寬度大于100m，走向350°～10°。

Au1號為礦區最大的工業主礦體，賦存于F24斷層破碎帶內，并受NE向斷裂構造的嚴格控制（圖2）。該礦體與斷層產狀一致：310°～330°∠82°～87°，地表延長大于1 000m，斜深120～400m，平均厚度4.28m，平均金品位7.90×10－6；礦體形態總體完整，產狀及延伸均較穩定，局部出現膨大縮小或分支復合現象；主要含礦巖石為蝕變構造角礫巖、蝕變石英閃長玢巖、褐鐵礦化砂板巖等。礦體和圍巖有較為明顯的界線，呈突變接觸關系。圖3A，B為Au1號工業礦體采空區構造控礦特征，圖3A是主斷面張性特征，圖3B為派生斷裂的剪張性特征；圖3C是Au14號礦體的采空區，顯示斷裂的旋扭性特征。

3.2 礦石組構

棗子溝金礦床礦石礦物成分較為簡單，主要為鐵、銻、砷的硫化物，如黃鐵礦、毒砂、輝銻礦，為礦區主要的載金礦物。此外，礦石中還發現有少量的閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦及輝銀礦等。脈石礦物主要為絹云母、石英、白云石、方解石，及少量金紅石、獨居石、鋯石。礦石構造主要為細脈浸染狀構造（圖4A）、條帶狀構造、網脈狀構造、角礫狀構造（圖4B）、石英脈狀（圖4C）及塊狀構造等。礦石結構主要為自形－半自形粒狀結構（圖4D，E，F）、它形粒狀結構（如圖4F，G中的它形方鉛礦、輝銀礦及輝銻礦）、共結邊結構（圖4F）、碎裂結構（圖4H）、交代結構（圖I、J）、細脈充填結構（圖4E、G、K中的石英方解石脈）、變余假象結構（圖4L）等。主要載金礦物描述如下。

黃鐵礦熱液期黃鐵礦主要有2個世代：早世代黃鐵礦呈星散或浸染狀分布，粒度較粗，為0.4～2mm，結晶相對較好，為半自形－它形粒狀結構，但受后期構造作用影響，強烈破碎，形成碎裂結構（圖4H）。晚世代黃鐵礦呈細脈狀或浸染狀分布（圖4A、D），顆粒較細（10～85μm），呈半自形或渾圓狀產出，毒砂常沿其邊緣呈放射狀生長或穿插交代黃鐵礦，偶見閃鋅礦與其共生（圖4D，J）。在表生氧化期，黃鐵礦邊緣常常氧化形成赤鐵礦和褐鐵礦，并形成黃鐵礦的殘余假象結構（圖4L）。

圖4 棗子溝金礦手標本及礦石顯微照片Fig.4 Photomicrographs of ore fabric at Zaozigou gold deposit polish sections

毒砂毒砂常與黃鐵礦伴生，同樣可分為2個世代：早世代毒砂多呈浸染狀分布，結晶較好，多為自形晶；其形成稍晚于伴生的黃鐵礦，常沿著渾圓狀黃鐵礦邊緣放射狀增生（圖4D）。晚期毒砂多呈石英方解石脈切割早世代浸染狀分布的毒砂礦石，結晶相對較差，為半自形－自形，多為粒狀（圖4E）。

輝銻礦輝銻礦為礦區輝銻礦石英脈型礦石的主要礦物成分（圖4C），常呈細脈狀穿插早期黃鐵礦毒砂礦石（圖4G）；一般呈針狀或長柱狀的集合體產于石英脈中，集合體大小可達3cm。顯微鏡下，可見輝銻礦的聚片雙晶，呈它形充填在石英裂隙中。

3.3 成礦期次及階段劃分

根據野外觀察到的礦石構造及室內顯微鏡下鑒定結果，棗子溝金礦床可分為成巖期、成礦期及表生期。成巖期形成組成脈巖及淺變質板巖、粉砂質板巖及鈣質板巖等的石英、長石、角閃石、黑云母、黏土礦物及少量鋯石等；成巖期后受構造運動影響導致熱液沿斷層破碎帶運移，形成黃鐵礦、毒砂、輝銻礦及少量的方鉛礦、閃鋅礦、輝銀礦、白鐵礦等礦化，伴生有絹云母、石英、綠泥石和方解石等蝕變；熱液成礦期后地殼抬升剝蝕致使礦體發生氧化形成表生期赤鐵礦、褐鐵礦及銻華。熱液成礦期的黃鐵礦、毒砂具有多個世代，表現在脈狀切割，自形程度（自形或它形），顆粒大小及分布類型（脈狀分布及浸染狀分布）的不同（圖4）。綜合可得成礦期次及礦物生成順序圖（圖5）。其中熱液期分為黃鐵礦－石英階段，黃鐵礦－毒砂－（閃鋅礦－方鉛礦－黃銅礦－輝銀礦－絹云母－綠泥石－）石英階段，輝銻礦－石英－方解石階段及石英－方解石階段，成礦作用發生在前3個階段。

圖5 棗子溝金礦成礦期次及礦物生成順序圖Fig.5 The ore－forming stages and paragenetic sequence of mineral assemblage in Zaozigou gold deposit

4 礦石礦物ESEM及EMPA分析

環境掃描電鏡Quanta200（ESEM）和電子探針JXA－8100（EMPA）分析均在中國地質大學（武漢）地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成。ESEM實驗條件為加速電壓20kV，束斑直徑小于1μm；EMPA實驗條件為加速電壓20kV，電流20nA，束斑直徑1μm，檢測限優于100×10－6。ESEM分析結果顯示黃鐵礦、毒砂和輝銻礦等硫化物中均未發現顯微金顆粒，而通過ESEM分析發現的顯微自然金主要包含在石英或石英裂隙中及硅酸鹽礦物顆粒之間（圖6），大小為1～5μm，其中金的質量分數為60.96%～82.61%。此外，ESEM分析結果還表明金顆粒成分復雜，具有Si、Al、K、Fe、Na的譜峰（圖6A，B，C）。Bakken［13］通過掃描電鏡分析黃鐵礦和閃鋅礦表面，認為只有當金的質量分數大于1%～2%，金信號在掃描電鏡下才可見。ESEM研究結果表明本區黃鐵礦、毒砂、輝銻礦、閃鋅礦及方鉛礦等硫化物中金均不富集。

采用電子探針JXA－8100對賦礦沉積巖及花崗閃長巖中的黃鐵礦及賦礦沉積巖中毒砂、輝銻礦、黃銅礦、閃鋅礦及銻華等礦物進行元素成分測試，共獲得310個分析數據點，每個數據點分別測試了As、S、Fe、Ag、Co、Sb、Ni、Au、Cu、Hg、Zn、Pb、W等13種元素。其中黃鐵礦中有5個點未檢測到Au，其余測試數據點均檢測到Au，其質量分數為0.003%～0.658%（平均為0.257%）。所有礦物中均檢測到Ag的質量分數為0.001%～0.128%（平均0.044%），表明金礦石中Ag不富集成礦。表2和表3顯示了電子探針As、Sb、Hg、Au、Ag、Fe、Cu、Zn等元素測試結果統計值。

從表2可以看出，花崗閃長巖和沉積巖中的黃鐵礦，無論是核部還是邊部，都能檢測到金，且核部和邊部的金含量差別不大。如：花崗閃長巖中黃鐵礦核部金最小質量分數為0.034%，最大質量分數為0.475%，平均值為0.229%；邊部金最小質量分數為0.034%，最大質量分數為0.467%，平均值為0.223%。總體上花崗閃長巖的邊部和核部金含量相近。沉積巖中大顆粒黃鐵礦的核部金最小質量分數為0.017%，最大值為0.456%，平均值為0.205%；而邊部最小值為0.078%，最大值為0.401%，平均值為0.210%。其表現為邊部最小值比核部大，最大值比核部小，平均值邊部略高于核部。沉積巖中細粒浸染狀黃鐵礦金的質量分數普遍較高，平均值為0.215%，最大值可達0.478%。上述所測黃鐵礦的Co／Ni值除一個點為0.71外，其余各點均大于1，平均值4.2，最大可達92。這反映了黃鐵礦為熱液成因（一般認為沉積成因黃鐵礦Co／Ni值小于1［14］），也與黃鐵礦主要產于礦化斷層破碎帶中，而未礦化圍巖中黃鐵礦不發育，且未見具有明顯沉積特征的黃鐵礦等地質事實相符。

圖6 環境掃面電鏡金的產出特征分析Fig.6 Characteristics of gold occurrence under ESEM

毒砂（Asp）中金的最小值為0.026%，最大值為0.588%，平均值為0.311%；輝銻礦（Stb）中金最小值為0.033%，最大值為0.658%，平均值為0.361%。可以看出，毒砂和輝銻礦中金的最大值與平均值均比黃鐵礦（Py）中高，且輝銻礦中金的平均值和最大值均是3種礦物中最高的。這表明從早到晚金有略微富集的趨勢，As和Sb可能均控制著金的遷移與沉淀。次要礦石礦物黃銅礦（Ccp）與閃鋅礦（Sph）中所有測試點也檢測到了金（表3）。黃銅礦中金最小值為0.057%，最大值為0.475%，平均值為0.252%；閃鋅礦中獲得的一個數據顯示金的質量分數為0.335%。可以看出，黃銅礦、閃鋅礦中金的質量分數比黃鐵礦高，但比毒砂和輝銻礦中金的質量分數低。金存在于所有硫化物中，從早到晚，金的質量分數略有增大的趨勢，其在毒砂和輝銻礦等富As和Sb的礦物中質量分數最高。金在黃鐵礦、毒砂、輝銻礦、黃銅礦及閃鋅礦中均呈正態分布（圖7），符合地質統計規律，表明金的隨機分布特征。對輝銻礦的表生氧化物銻華進行分析，獲得其金的質量分數變化在0.026%～0.588%，平均值為0.375%，與輝銻礦相比，金沒有發生明顯的二次富集作用，表明金在硫化物中主要以顯微包裹金存在，而不參與礦物晶格形成。前人研究表明，黃鐵礦和毒砂中S與As質量分數成反比關系，在形成礦物時S與As類質同象置換，占據相同的晶格位置，且Au與As具有正相關關系［15］。筆者通過對黃鐵礦及毒砂中As與S及Au的質量分數相關投圖（圖8），可以看出As和S具有非常好的反相關關系（圖8A），與其他的微細浸染型金礦床相似［16－17］，兩者之間的相關關系可表示為w（S）＝－0.798w（As）＋52.726，且As＋S與Fe也具有明顯的反相關關系：w（Fe）＝－1.044w（As＋S）＋100.607。黃鐵礦中Fe的質量分數明顯低于理論值，As＋S質量分數接近理論值；毒砂中As的質量分數明顯低于理論值，Fe和S則明顯高于理論值，表明礦物虧As、富S，與礦區未發現富As礦物的地質事實吻合。黃鐵礦和毒砂中Au與As的相關關系不明顯，但總體上As的質量分數越高，Au的質量分數也越高（圖8B）。對電子探針分析的As、S、Fe、Ag、Co、Sb、Ni、Au、Cu、Hg、Zn、Pb、W等13種元素作相關關系分析，得出金與其他12種元素的相關關系都非常低，相關系數的絕對值小于0.4（表4）。其中相關性較好的為成礦主量元素，如S和As、Fe和S、Fe和Sb及Co和Ni。在聚類分析中Ag、Pb、Co、Ni、Hg、W、Au、Zn、Cu聚成一類（圖9）。這與典型的指示卡林型金礦的元素組合Au、As、Hg、W、Mo組合及As、Hg、Sb、Tl、F有所差別［18］。

表2 黃鐵礦、毒砂、輝銻礦As、Fe、Ag、Sb、Au、Hg元素質量分數Table 2 Statistics of the contents of As，Fe，Ag，Sb，Au，Hg in pyrite，arsenopyrite and stibnite wB／%

表3 黃銅礦、閃鋅礦及銻華中As、Sb、Ag、Au、Hg元素質量分數Table 3 Statistics of the contents of As、Sb、Ag、Au、Hg in chalcopyrite，sphalerite and valentinite wB／%

圖7 黃鐵礦、毒砂、輝銻礦、黃銅礦（Ccp）及閃鋅礦中Au的質量分數Fig.7 The Au contents in pyrite，arsenopyrite，stibnite，chalcopyrite and sphalerite

表4 所有電子探針測試數據元素相關關系圖Table 4 Bivariate correlation of 13elements content in all analyzed point

圖8 黃鐵礦及毒砂中元素相關關系圖Fig.8 Correlation of elements in pyrite and asenopyrite

圖9 所有測試點中13種元素聚類分析圖Fig.9 Cluster analysis of 13elements from all theanalyzed points

5 穩定同位素特征

石英中流體包裹體的氫氧同位素分析在宜昌地質礦產研究所進行，分析方法為BrF5法，測試儀器為MAT 251EM型質譜儀，采用的國際標準為SMOW。氫氧同位素測試具體過程為：稱取40～60目樣品10～15g，用濃硝酸清洗石英，以去除可能含有的其他礦物及有機物，再用去離子水反復沖洗至中性，加熱烘干后備用；將石英樣品放入石英管，加熱去氣，抽真空后，于高溫下爆裂，并收集爆裂出的水。氫同位素用鋅還原法測定水與鋅在高溫條件下發生置換生成的氫氣；氧同位素用二氧化碳－水高溫平衡法測定水與高純二氧化碳在高溫條件下發生氧同位素交換的二氧化碳。氧同位素分析誤差小于± 0.2‰，氫同位素分析誤差小于±2‰。硫同位素分析采用的分析儀器為MAT 251型質譜儀，δ34S以CDT為標準。具體過程為將各種硫化物單礦物與氧化亞銅在真空狀態下加熱，進行氧化反應，生成二氧化硫，進行同位素質譜分析，分析誤差小于±0.2‰。5個硫同位素樣品和2個石英樣品的測試結果見表5。

表5 氫氧硫穩定同位素組成Table 5 H，O，S isotope composition of the ore

輝銻礦石英脈中流體包裹體的氫氧同位素測試結果顯示：成礦流體的氧同位素組成δ18OSMOW為－7.29‰和－7.96‰，氫同位素組成δDSMOW為－67.4‰和－68.8‰。投影到δDSMOW－δ18OH2O圖解上（圖10），2個測試數據落點區域相似，均落在了雨水線附近，表明成礦流體受到巖漿水或是深部變質成因水的影響較弱，成礦流體主要是來自于大氣降水的循環作用。棗子溝金礦床流體的氫氧同位素組成與滇黔桂卡林型金礦靠近雨水線附近的樣品相似，而與西秦嶺目前獲得的數據有所差別，表明棗子溝金礦未明顯受到印支期及燕山期巖漿活動的影響，而西秦嶺李壩、陽山、小溝里、尚家溝、八卦廟、雙王、丘嶺、淋湘等金礦則明顯受到了礦區巖漿侵入活動的影響，具有巖漿流體或深變質流體的特征［19－21］。

圖10 成礦流體的δD－δ18 O圖解Fig.10 δD－δ18 O composition diagram of the ore－forming fluid

對3個輝銻礦及2個黃鐵礦樣品進行硫同位素測試，測試結果顯示硫同位素組成穩定，其變化范圍為－8.59‰～－9.03‰。輝銻礦的硫同位素組成比黃鐵礦的硫同位素組成稍小，符合硫同位素在平衡條件下在不同硫化物中的大小順序，也與輝銻礦形成于成礦晚階段有關。硫同位素具明顯的負值，說明硫同位素來自于圍巖地層，而其變化范圍很小，則表明其形成環境相當穩定，是在中低溫條件下發生了同位素平衡的結果。此外，前人獲得該礦床各類礦石（黃鐵礦）硫同位素δ34S范圍為－4.33‰～－11.50‰［6，24］。較大負值的硫同位素與巖漿來源的硫有明顯區別，表明礦石硫主要來自于沉積地層而與礦區廣泛發育的閃長巖脈關系不密切。此外，具有相似來源特征的還有：甘肅碌曲拉爾瑪金礦床中硫同位素δ34S的變化范圍為－25.20‰～11.36‰，極差達36.56‰，具有離散度大、塔式分布效應不明顯的特點［25－27］；陜甘川成礦區甘肅卅曲九源金礦床中礦石硫化物的δ34S為0.63‰～10.47‰，圍巖中黃鐵礦的δ34S為6.938‰～15.90‰，平均為9.993‰，礦石硫同位素組成與圍巖的硫同位素組成接近［25］；滇黔桂地區微細浸染型金礦床中黃鐵礦硫同位素主要集中于－3‰～16‰，明顯以富重硫為特征，并且熱液黃鐵礦與同生沉積黃鐵礦的硫同位素組成較為相似［28］。這些特征均表明卡林型金礦硫主要來自圍巖地層，與美國卡林型金礦硫的來源相似［22，29－31］。

6 討論

6.1 礦床類型的歸屬

“卡林型”金礦床這一概念最早由A.S.Radtke提出［32］，其典型特征為微細浸染型金與黃鐵礦化、硅化關系密切，受高角度斷層控制明顯，產于滲透性良好的不純碳酸鹽巖中。甘肅棗子溝金礦床賦礦圍巖為三疊系中統古浪堤組下段鈣質、粉砂質、泥質板巖，褐灰色灰巖條帶及鮞粒灰巖，少部分礦體產于閃長巖中，但均沿構造破碎帶分布。美國內華達州卡林型金礦的賦礦層位是志留系－泥盆系羅伯茨山（Roberts）組和泥盆系波波維奇（Popovich）組層紋狀細粒鈣質或含白云質、泥質粉砂巖，極少數礦體產于巖漿巖［18，33］。我國滇黔桂地區卡林型金礦主要產于三疊系，其次為二疊系和泥盆系，如：貴州紫木凼下三疊統夜郎組、板其的紫云組，丫地和爛泥溝的中三疊統新苑組。秦嶺地區以泥盆系為主（雙玉、二臺子、八卦廟、金龍山等），寒武系中也偶有產出（拉爾瑪）；川西北地區的東北寨金礦、丘洛金礦主賦礦層位為三疊系；滇西上芒崗金礦賦存于上侏羅統勐戛組，巖性為含碳黏土巖、粉砂巖和泥砂質灰巖或白云巖［18］。可見，卡林型金礦的圍巖巖性基本相似，但成礦時間分布范圍廣。棗子溝礦（化）體均受控于斷裂破碎帶，礦化熱液蝕變主要沿斷裂破碎帶進行，在細碎裂巖及構造角礫巖中發生絹云母化、綠簾石化、碳酸鹽化、鈉黝簾石化、硫化物礦化、硅化、鐵染，蝕變不均勻。因棗子溝金礦床主要賦礦圍巖是泥質和粉砂質板巖，與美國內華達卡林型金礦床圍巖為不純灰巖、鈣質細碎屑巖有所區別，因而表現出主成礦期硅化比碳酸鹽化強。棗子溝金礦礦石礦物主要為鐵、砷、銻的硫化物，如黃鐵礦、毒砂、輝銻礦為主要載金礦物。礦床的特點是金銻共生，歸屬于卡林型金礦中的金－銻－汞型［34］。周余國等［35］提出對卡林型金礦的認識應“只求同”（要求其最基本的表面特征相同或相似），“須存異”（容礦巖石、產出地質背景、成因等有所不同）。卡林型金礦本身不具有成因意義，不是一種成因類型；任何一種礦床成因類型在其（中）低溫成礦階段，隨著成礦環境的改變和元素的分異演化，都可能形成大致符合卡林型金礦特征的金礦類型。判斷一個金礦是不是卡林型金礦應主要考慮下列4條標準：①金呈（超）微細粒存在于不同的容礦巖石中；②容礦巖石構造以浸染狀為主；③成因上只能統一于中低溫熱液成礦，至于物源、熱源、水源等成因問題需具體礦床作具體分析；④區帶上集中分布。根據上面的標準，周余國等［35］將卡林型金礦定義為區帶上集中分布的（超）微細、浸染、中低溫熱液礦床。棗子溝金礦的地質特征符合上述特征，可歸屬于卡林型金礦床。

6.2 金的賦存狀態

ESEM分析表明，顯微自然金賦存在石英和硅酸鹽礦物顆粒間隙，形成粒間金或賦存在石英和硅酸鹽裂隙中，呈裂隙金產出。其中顯微金粒度為1～5μm，金的質量分數為60.96%～82.61%。此外，ESEM分析結果顯示金的成分復雜，伴隨有Si、Al、K、Fe、Na的譜峰，表明金與富堿硅酸鹽礦物同時沉淀。通過EMPA對熱液期黃鐵礦、毒砂、輝銻礦、黃銅礦及閃鋅礦分析表明，金賦存于熱液期各種硫化物中，在各硫化物中金的質量分數呈正態分布。各硫化物中金的平均質量分數大致相同，晚期結晶的礦物金質量分數略微升高。金的平均質量分數為0.257%。Au與As的相關關系不明顯，但總體上As豐度高時，Au的平均值也稍高。此外，Sb豐度的升高也會導致Au的相應升高。元素相關關系表明Au與其他12種元素的相關關系都非常低，相關系數的絕對值小于0.4。在聚類分析中Ag、Pb、Co、Ni、Hg、W、Au、Zn、Cu聚成一類。上述這些特征表明金不參與礦物晶胞的組成，而更可能是以微包裹體的形式被捕獲在礦物中。孫振亞和劉永康［36］針對掃描電鏡和電子探針無法有效地分析0.5～0.1 μm以下的超顯微金，采用一級碳萃取復型法制樣，對未氧化含金砂巖和局部褐鐵礦化泥砂巖礦石進行了透射電鏡AEM分析，直接觀察到了多顆納米級的超顯微自然金，并研究了它們的形態及聚集復合現象。其研究表明，黃鐵礦中包裹的超微金為5～20nm，而褐鐵礦、針鐵礦和伊利石集合體中的超微金可以從20nm至1μm。此外，譚光裕［37］也報道了在甘肅評定砷－金礦床黃鐵礦熔礦渣中見很少的0.2～0.4μm的自然金，進一步證明了金一般以微包裹體的形式被礦物捕獲。Reich等［16］通過對不同卡林型及淺成低溫熱液型金礦床中含砷黃鐵礦進行SIMS和EMPA分析，并結合前人的研究成果提出了Au在含砷黃鐵礦中的溶解極限線為c（Au）＝0.02c（As）＋4×10－5。若位于曲線下面，金以＋1價呈固溶體的形式賦存在礦物中，而位于曲線上面則以納米顆粒的形式存在。棗子溝金礦床中含砷黃鐵礦統計分析結果表明：絕大部分測試點的c（Au）／c（As）＞0.02，表明黃鐵礦中的金主要以納米顆粒金的狀態賦存，但不排除晶格金的存在。

綜上所述，棗子溝金礦床中金主要有3種賦存狀態：一是金呈納米級微包裹體形式被包含在載金礦物中；二是顯微自然金賦存在石英和硅酸鹽礦物顆粒間隙，形成粒間金；三是顯微自然金賦存在石英和硅酸鹽裂隙中，呈裂隙金。但不排除金呈類質同象替代的原子形式存在于載金礦物中。

6.3 金的富集機制

氫氧硫穩定同位素表明成礦流體為大氣降水，硫來源于圍巖。礦床成因可能為大氣降水通過斷層下滲到地殼深部并被加熱，向上循環萃取圍巖地層中的成礦物質，在淺表環境下沿著斷裂充填交代破碎帶圍巖角礫及碎裂巖，并卸載成礦物質。礦區礦體明顯受高角度斷層控制，并具切割巖體的特征，也表明棗子溝金礦的成礦作用與礦區大量出露的脈巖關系不大，而與地層關系密切。

大量地質地球化學研究表明，在成礦溶液中，金是以絡合物形式遷移的。在溫度＞350℃和fo2較高的酸性流體中，金以金氯絡合物形式遷移，而在中－低溫（350～150℃）、低fo2的堿性環境中，金則主要以硫絡合物形式遷移［38－39］。近年來，一些學者研究指出，在具有地質意義的物理化學條件下，成礦溶液中金硅絡合物AuH3SiO04比其他各種絡合物（如Au（HS）－2、AuCl－2等）都顯得重要得多［40－41］。在許多情況下，金的硫砷絡合物及硫銻絡合物可能也是金的重要遷移形式，在含銻和砷的硫化氫溶液中，金的溶解度隨溶液中銻、砷含量的增加成正比增長，成礦溶液中金以硫銻－砷金絡合物形式遷移，在弱酸性－近中性還原條件下，形成和雜多核物［42－44］。因此，地層中砷和銻進入循環熱液中，以及溶液中砷和銻硫化物的存在對金的遷移起了顯著作用，是促使地層中金活化并進入溶液的重要機制。

石英中流體包裹體測試數據表明，成礦熱液的均一溫度范圍為125～323℃，平均值為209℃，且溫度數據顯示其分布范圍集中在140～260℃內（未發表），表明成礦環境為中低溫條件。前人根據礦石及近礦圍巖的礦物組成，認為棗子溝金礦床在成礦過程中帶入的組分主要有K2O、H2O、CO2、CaO、S、Fe、Au、Ag、As、Sb、Hg、Cu、Pb、Zn等［24］。早期沉淀的自然金往往存在于硅酸鹽或石英中或其裂隙中，且金的成分中還含有Si、Al、K、Fe、Na等。由于早期Fe的大量沉淀，致使成礦早期黃鐵礦中Fe普遍虧損。基于以上認識，早期沉淀的金可能是以金硅絡合物的形式遷移，隨著溫壓條件的降低及圍巖碳酸鹽交代反應，首先從溶液中沉淀出來。對于以硫氫絡合物形式遷移的金來說，溶液中還原硫活度的降低和氧逸度的下降是導致金沉淀的最有效機制［38］。早期溶解的方解石使得溶液中碳酸根離子含量逐漸升高及礦石中硫化物的大量沉淀，必然導致礦液中還原硫活度及逸度降低，同時導致成礦晚階段硫氫（銻）絡合物發生解體，金與硫化物同時沉淀。所以，黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦中均可檢測到金。此外，由于礦液與圍巖作用而引起的溫度下降和溶液進入減壓帶而引起的壓力降低等，可能是導致礦質沉淀的輔助機制。

7 結論

1）棗子溝金礦具有卡林型金礦的地質特征。金主要有3種賦存狀態：一是金呈納米級微包裹體形式被包含在載金礦物中；二是顯微自然金賦存在石英和硅酸鹽礦物顆粒間隙，形成粒間金；三是顯微自然金賦存在石英和硅酸鹽裂隙中，呈裂隙金。但不排除金呈類質同象替代的原子形式存在于載金礦物中。

2）其成礦過程可能是區域性深大斷裂導通地下水，在地殼深部被加熱，促進地下水對流循環萃取沉積地層中的成礦元素，并在近地表張性裂隙中發生金的沉淀富集。

3）金可能存在AuH3SiO04、Au（HS）2－、H2Au（Sb，As）S02和HAu（Sb，As）S3－等多種遷移方式，并且成礦早階段可能以金硅絡合物的解體為主，成礦晚階段可能是硫氫（銻）絡合物發生解體，致使金與硫化物同時沉淀，主要以顯微納米金的形式包含在硫化物中。

甘肅省地礦局第三地質隊劉春先等給予了熱心的幫助與支持，鑫海公司王仁戰工程師在野外采樣及地質考察中給予了幫助、支持與指導，李亮繪制了部分地質圖件，在此表示衷心的感謝。

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Ore－Forming Process of the Zaozigou Gold Deposit：Constraints from Geological Characteristics，Gold Occurrence and Stable Isotope Compositions

Cao Xiao－feng1，2，Mohamed Lamine Salifou Sanogo1，2，LüXin－biao1，2，He Mou－chun1，2，
Chen Chao1，Zhu Jiang1，Tang Ran－kun1，Liu Zhi1，Zhang Bin3

1.Faculty of Earth Resources，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China 2.State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China 3.Beijing Kuangtong Resource Development Consulting Company Ltd.，Beijing 100037，China

Abstract：The Zaozigou gold deposit is located in the Tongren－Xiahe－Minxian gold metallogneic belt in west Qinling orogen.The ore bodies are hosted in fine－grained clastic rocks intercalated with limestone of the Middle－Triassic Gulangti Formation and varied dikes.The gold ore bodies are strictly controlled by the NE，NW and SN trending tensional and shearing faults with high dipping angle.The ore－forming hydrothermal period is divided into four stages：pyrite－quartz，pyrite－arsenopyrite quartz，stibnite－quartz－calcite and quartz－calcite.Quartz，calcite and sericite are the main alteration minerals.Environmental scanning electron microscope and electron probe analyses show that the gold is microvisible or invisible.Micro－visible gold is seen in the intercrystalline space or in the fissures of quartz and silicates.Invisible gold is captured in pyrite，arsenopyrite，stibnite and other sulfide mainly as nanoparticles.Gold concentration in sulphides of ore－forming stages is between 0.003%and 0.658% with an average of 0.257%.All the characteristics above lead us to draw the conclusion that the Zaozigou deposit is a typical carlin－type.Hydrogen and oxygen isotope compositions show that oreforming fluids came from meteoric water while sulfur isotope compositions show that the sulfur came from the sedimentary strata.The meteoric water went deep into the crust through the deep cutting faults and was heated and circulated to extract the metals from the wall rocks.Gold may be transported in the hydrothermal fluids in forms of AuH3SiO04、Au（HS）－2，H2Au（Sb，As）S02and HAu（Sb，As）S－3.In the early stage，the breakup of the AuH3SiO04complex resulted in the deposition of Au and Si，Fe，Na，Al etc；while in the later stages the breakup of Au（HS）－2，H2Au（Sb，As）S02and HAu（Sb，As）S－3complexes led to the simultaneous deposition of sulfides and gold nanoparticles in them.

Zaozigou；micro－disseminated；gold deposits；ore－forming period；stable isotopes；gold occurrence

book=2012,ebook=649

P618.51

A

1671－5888（2012） 04－1039－16

2011－10－15

國家科技支撐計劃項目（2011BAB06B04）；中國地質大學地質過程與礦產資源國家重點實驗室基金項目（124－G08Y60104）

曹曉峰（1985－），男，博士研究生，主要從事礦產普查與勘探方面研究，E－mail：cao079＠qq.com

呂新彪（1962－），男，教授，博士生導師，主要從事礦床學和礦產勘查方面的教學及研究工作，E－mail：lvxb＿01＠163.com。