湘東北地區肖家山金礦床成礦物質來源*

蔣星祥，李劍，趙拓

（1.中南大學，湖南 長沙 410083；2.湖南省地質科學研究院，湖南 長沙 410007；3.湖南省煤炭地質勘查院，湖南　長沙　410014）

湘東北地區肖家山金礦床成礦物質來源*

蔣星祥1，2*，李劍2，趙拓3

（1.中南大學，湖南 長沙 410083；2.湖南省地質科學研究院，湖南 長沙 410007；3.湖南省煤炭地質勘查院，湖南長沙410014）

肖家山金礦床是江南古陸中段湘東北金成礦區一個典型的金礦床，其硫化物δ34S值介于-14.76‰～+6.12‰之間，平均值-2.07‰，處于巖漿硫與圍巖混合硫范圍內；流體包裹體研究及稀土元素地球化學特征表明成礦流體與巖漿分異流體及變質熱液的混合流體有關。結合礦床地質特征和前人研究成果，認為肖家山金礦床成礦物質具有深部巖漿與地層來源多來源性，其中含礦巖漿的形成可能與燕山期湘東北地區大規模構造-巖漿導致的基底重熔有關。

肖家山金礦；S同位素；稀土元素；成礦物質來源；湘東北地區

湘東北地區位于江南古陸中段，是華南地區極為重要的以金為主的金-鉛-鋅-銅-鈷多金屬成礦帶，區內具有代表性的金礦床有黃金洞、大萬（大洞—萬古）、雁林寺、洪源、團山背礦床。近年來眾多地勘單位在該區開展了一系列地質找礦工作，取得了較好的找礦成果；同時圍繞區內黃金洞、萬古等幾個典型礦床，前人對礦床地質特征、地球化學特征和礦床成因進行了探索性的研究和討論（羅獻林等，1988；劉英俊等，1989；劉蔭椿，1989；柳德榮等，1994；劉友梅等，1996；毛景文等，1997；肖擁軍等，2004；董國軍等，2008），為湘東北地區進一步金礦找礦和研究工作提供了思路。

肖家山金礦（圖1）屬雁林寺金礦床一部分，后因礦權變更，而成一獨立礦區。前人對原雁林寺金礦開展了礦床地質特征、成礦流體、成礦年代、礦床成因及找礦預測等方面研究（柳德榮等，1993；劉亮明等，1999；黃誠等，2012；陶詩龍等，2015），所涉及的研究手段包括稀土微量元素、氫氧同位素、包裹體氣—液相成分以及含金石英脈的 ESR 測年等。目前對該礦床成礦物質來源缺乏深入探討，缺少系統的地球化學物源信息，特別是同位素示蹤方面的研究。因此，本文擬在前人研究基礎上，通過對該礦床礦石中的黃鐵礦、毒砂進行硫同位素研究，結合稀土元素、流體包裹體等研究成果，剖析肖家山金礦床成礦物質來源，為研究成礦機制提供依據。

1　成礦地質背景

研究區位于揚子板塊東南緣江南古陸中段湘東北金成礦區內。按地洼學說觀點，該區為東南地洼區湘贛地洼系，屬于華夏型地洼區（陳國達，1996）。

礦區內出露中元古界冷家溪群，是一套區域淺變質復理石濁流沉積-深海相粘土沉積建造，由老至新依次為雷神廟組、黃滸洞組及小木坪組（圖1）。雷神廟組主要為粉砂質板巖；黃滸洞組可以分為三段：下段為變質石英雜砂巖和粉砂質板巖，中段為千枚巖、粉砂質板巖及絹云母粉砂質板巖，上段為淺變質砂巖、粉砂巖與砂質、條帶狀板巖；小木坪組分為兩段：下段為粉砂質板巖和變質石英雜砂巖，上段為絹云母、條帶狀粉砂質板巖。礦區構造發育，主要的褶皺構造有洪家沖同斜倒轉向斜；斷裂構造以NE向為主，EW及NW向次之，其中北東向構造與地層走向近乎一致，為主要的導礦、容礦構造。礦區內未見巖漿侵入巖出露，僅礦區西部正沖一帶見中酸性巖體，毗鄰的雁林寺礦區有脈巖出露。

圖1　肖家山金礦床地質簡圖1-冷家溪群小木坪組上段；2-冷家溪群小木坪組下段；3-冷家溪群黃滸洞組組上段；4-冷家溪群黃滸洞組中段；5-冷家溪群黃滸洞組下段；6-冷家溪群雷神廟組；7-地質界線；8-倒轉向斜；9-實測及推測斷層；10-金礦脈及編號；11-產狀Fig.1 Generalized geologic map of Xiaojiashan deposit 1-Upper Xiaomuping Formation of Lengjiaxi Group； 2-Lower Xiaomuping Formation of Lengjiaxi Group； 3-Upper Huhudong Formation of Lengjiaxi Group； 4-M iddle Huhudong Formation of Lengjiaxi Group； 5- Lower Huhudong Formation of Lengjiaxi Group；6-Leishenm iao Formation of Lengjiaxi Group； 7-Geological boundary；8-Overturn syncline； 9-Measured and inferred fault； 10-The occurrence of ore veinand its serial number； 11-Attitude of strata

目前，礦區共圈定金礦體45個，其中肖家山礦段35個，黃絲坑礦段10個。礦體走向大多呈北東向，傾向北西，傾角主要集中在47～55°。礦體一般延長40～500 m，延深60～200 m，厚度在0.2～5.44 m之間。品位在0.1×10-6～21.15×10-6之間，最高可達67.65×10-6，變化較大。金礦化樣式以石英脈型為主，多數含礦石英脈呈似層狀、透鏡狀產出，局部可見石英脈隨地層揉皺的現象。礦石類型可分為石英細脈帶型、石英大脈型。其中石英細脈帶型礦石由含金石英細脈、含金蝕變板巖、含金蝕變砂巖等組成，蝕變主要有黃鐵礦化、毒砂化等；石英大脈型，含金石英大脈多沿斷裂破碎帶充填。礦石中金屬礦物主要為黃鐵礦、黃銅礦、毒砂、方鉛礦、閃鋅礦以及自然金等；非金屬礦物以石英、絹云母、（鐵）白云石為主，綠泥石、方解石及電氣石次之。

礦石構造比較簡單，主要為塊狀構造、浸染狀構造和網脈狀構造、條紋狀構造，其中條紋狀礦石金較富集。礦石結構主要為自形—半自形結構、它形粒狀結構、交代結構、固溶體分離結構、填隙結構、乳濁狀結構等。

礦床以熱液成礦作用為主，根據野外礦脈的穿插關系和鏡下特征可將熱液成礦期分為三個階段：石英—黃鐵礦階段（I），發育石英細脈以及細脈狀或星點狀半自形—它形細粒狀黃鐵礦，金礦化較弱。石英—硫化物階段（II），此階段石英（細）脈中發育黃鐵礦、毒砂、方鉛礦、閃鋅礦等金屬硫化物，在鏡下還可見黃銅礦及較小的裂隙金。石英（細）脈往往夾有黑色條紋。黃鐵礦多為它形粒狀，毒砂多為針狀和長柱狀。該階段金礦化十分發育，有時可見明金。石英-鐵白云石階段（III），該階段主要特征為鐵白云石細脈穿插在石英脈中，或鐵白云石分布于石英脈兩側，構成梳狀構造。該階段僅圍巖中含有少量立方體黃鐵礦顆粒，金礦化基本結束（陶詩龍等，2015）。

2　樣品采集及分析方法

2.1硫同位素分析

本次研究主要采集區內含金石英脈、破碎蝕變板巖及礦區西部隱伏花崗巖中含金石英脈等樣品。送樣前首先將采集的礦石樣品進行破碎、過篩，保留至40-80目顆粒，然后在顯微鏡下挑選純黃鐵礦、毒砂（純度98%以上），再研磨至200目。對挑選出的單礦物樣品送至國土資源部中南礦產資源監督檢測中心進行分析，測試時硫化物單礦物和氧化亞銅按一定比例（如黃鐵礦為1∶10） 研磨并混合均勻，在真空達2.0×10-2Pa狀態下加熱，反應溫度為980℃，進行氧化反應，生成二氧化硫氣體，用冷凍法收集，并用MAT251氣體同位素質譜分析硫同位素組成。測量結果以CDT為標準，分別記為δ34S。分析精度優于±0.2‰。硫化物參考標準為GBW-04414、GBW-04415硫化銀標準，其δ34S分別是-0.07±0.13‰ 和22.15±0.14‰。

2.2稀土元素分析

研究采取區內代表性礦體、地層及巖體樣品，送核工業二三〇研究所分析測試中心進行稀土元素測試。測試采用ICP-MS方法，所用儀器為X series電感耦合等離子體質譜儀，精度優于5%，稀土元素標準化采用Sun和McDonough（1989，下同）球粒隕石標準值。

3　測試結果

3.1硫同位素組成特征

表1列出了本次肖家山礦區硫化物硫同位素測試數據及前人發表的同一礦床鄰區硫同位素數據。

表1　肖家山礦區及鄰區硫化物硫同位素組成表Table1　Sulfide sulfur isotope composition table of Xiaojiashan deposit and adjacent regions

由表1可知，本次所測4件硫化物（毒砂、黃鐵礦）樣品的δ34S值為-5.25‰～-1.15‰，其中黃鐵礦δ34S值為-5.25‰～-2.05‰，平均值-3.52‰，毒砂δ34S值為-1.15‰。綜合前人硫化物硫同位素測試數據（劉亮明等，1999；董國軍等，2008），可知本區δ34S值變化范圍較廣，介于-14.76‰～+6.12‰之間，平均值-2.07‰，其中黃鐵礦δ34S值為-14.76‰～6.12‰（平均為-2.72‰，樣品數16個），毒砂δ34S值為-1.67‰～1.16‰（平均為-0.77‰，樣品數8個）。

3.2稀土元素組成特征

表2列出了本次稀土元素分析結果及有關特征值。

由表2可知賦礦地層的稀土總量ΣREE介于149.90×10-6～196.03×10-6，平均值179.83×10-6，輕重稀土比值LREE/HREE=7.99～9.29＞6，LaN/ YbN=8.39～9.74，輕稀土富集。銪異常δEu值為0.59～0.62，均值0.60，為銪負異常。鈰異常δCe值為0.91～1.09，均值0.96，基本屬正常型。礦區西部隱伏花崗巖體的ΣREE值為154.31×10-6，LREE/HREE值為14.28，LaN/YbN值為19.26，表現出明顯的輕稀土富集，δEu值為0.67，為銪負異常，δCe值為0.93，基本屬正常型。

表2　肖家山礦區稀土元素分析結果及特征值表Table 2 REE analysis results and the characteristic value table of Xiaojiashan deposit單位:×10-6

圍巖為板巖的石英脈型礦石（樣品XJS-1、XJS-5）稀土總量較低，ΣREE值為39.28×10-6～61.56×10-6，LREE/HREE=6.39～6.43，LaN/ YbN=7.73～8.39，輕稀土富集。δEu變化較大，一個為正異常1.17，一個負異常0.81，δCe值為0.91，屬正常型。圍巖為花崗巖的礦石（樣品XJS-10）ΣREE值為149.72×10-6，LREE/ HREE值為7.57，LaN/YbN值為8.68，δEu明顯負異常為0.54，δCe值為0.96，屬正常型。

4　成礦物質來源分析

4.1硫同位素地球化學證據

礦床硫化物的硫同位素組成大致呈塔式分布，δ34S 平均值為-2.07‰（ 樣品數為24件，表1及圖2） 。除2件黃鐵礦δ34S 值（-14.76‰～-10.34‰）與區域冷家溪群淺變質巖中硫化物δ34S 值（-10.4‰）（柳德榮等，1994）接近，硫同位素組成富輕硫外，區內大多數樣品δ34S 值與典型巖漿硫來源礦床的溶液全硫同位素組成-2×10‰～6.5×10‰相近（徐文欣，1995），也與巖漿硫的δ34S 值（ 0±3‰） 范圍相似（ Ohmoto，1986； Ripley，1986 ） 。

圖2　肖家山金礦床硫化物硫同位素直方圖Fig.2　Sulfide sulfur isotope histogram of Xiaojiashan deposit

成礦熱液體系中硫同位素分餾過程是復雜多變的，δ34S值的變化受T、fO2、pH 值、流體中各相的硫同位素組成和形成時體系封閉性質等因素的制約（Ohmoto and Rye，1979； 鄭永飛等，2000）。確定成礦流體的總硫同位素組成（δ34SΣS）是應用硫同位素方法探討成礦物質來源的主要依據，而在礦物組合簡單的情況下，可以根據礦床的礦物共生組合關系及硫化物中的平均值大致估計成礦流體的硫同位素組成（鄭永飛等，2000）。如前所述本區16件黃鐵礦樣品的δ34S值介于-14.76‰～6.12‰，平均值為-2.72‰，8件毒砂樣品的δ34S值介于-1.67‰～1.16‰，平均值為-0.77‰。研究區主要硫化物礦物組合相對黃鐵礦和毒砂分析結果顯示δ34S 在毒砂中的含量大于或（近似） 等于黃鐵礦，兩種礦物皆為小負值，顯示出深源巖漿硫特征。

與肖家山金礦床同處于江南成礦帶湘東北地區的黃金洞金礦硫同位素δ34S值為-12.2‰～-3.4‰，均值為-9.74‰（葉傳慶等，1988） ，萬古金礦硫化物δ34S 值為-9.42‰～-7.57‰，均值為-8.57‰（毛景文等，1997） 。前人上述研究結果顯示黃金洞與萬古金礦硫同位素組成大部分偏離巖漿δ34S范圍，但硫同位素比冷家群中硫同位素明顯富δ34S，這說明在成礦過程中地層提供了一部分硫，另一部分很可能來自深部。近年來，江南古陸淺變質巖中金礦床Au等主要金屬物質來源具有深部來源的特征被越來越多的學者所接受（毛景文等，1997；劉姤群等（2001）；曾鍵年等2002；賀轉利等，2004；許德如等，2015）。湖南沃溪金銻鎢礦、鏟子坪金礦（曹亮等，2015）、黃金洞金礦、萬古金礦，江西金山金礦（曾鍵年等，2002）等多個礦床實例研究資料表明成礦物質中均有不同程度巖漿物質的貢獻。

4.2稀土元素地球化學證據

稀土元素（REE）屬于不活潑元素，在一定地球化學過程中具有相似的地球化學特征和地球化學行為，可用來有效地示蹤成礦物質及成礦流體來源。

如前所述，本區巖體的ΣREE值為154.31 ×10-6，LREE/HREE值為14.28，（La/Yb）N值為19.26，δEu值為0.67，δCe值為0.93，而賀轉利等（2004）研究湘東北地區燕山早期花崗巖的稀土元素總量為81.48×10-6～172.67×10-6，LREE/ HREE=16.52～24.92，（La/Yb）N=25.13～39.90，（La/ Sm）N=5.56～6.12，（Gd/Yb）N=2.03～2.86，顯示輕重稀土元素的明顯分餾和LREE的強烈富集；Eu表現出一定程度的負異常（δEu 0.58～0.85），Ce則表現為弱的負異常（δCe 0.74～0.83），顯示出本區巖體與燕山期花崗巖配分模式的一致性。

區內蝕變板巖型礦體（樣品XJS-6）稀土組成、配分模式與地層圍巖十分相似（圖3），均為輕稀土相對富集、重稀土平坦以及銪負異常為主要特征，稀土曲線都為右傾型，其LREE/ HREE、（La/Yb）n比值也較接近，反映出該類型礦體對地層物質具有明顯繼承性。而該區石英脈型礦體的ΣREE值變化較大，介于39.28 ×10-6～149.72×10-6，其中地層中石英脈型礦體（樣品XJS-1、XJS-5）稀土總量（ΣREE值39.28×10-6～61.56×10-6）明顯低于賦礦圍巖，配分曲線也與其有明顯差異；花崗巖中石英脈型礦體（樣品XJS-10）稀土總量（ΣREE值149.72×10-6）雖與圍巖相近，但其配分模式與地層、巖體有明顯差異，與湘東北地區萬古—大洞金礦、雁林寺金礦稀土配分模式相似。由于石英的稀土元素特征可近似地反映石英沉淀時流體的稀土元素特征（Rossman etal.，1987；Norman et al.，1989），因此，含金石英脈稀土元素特征反映了本區成礦物質來源的多樣性、成礦流體來源的多源性，結合礦區礦體產出地質特征，推測成礦流體可能為巖漿分異流體與變質熱液的混合流體。

圖3　不同地質體球粒隕石標準化稀土元素配分圖（標準化值據 Sunand Mc Donough，1989）Fig.3　Different geological chondrite standardized rare earth element distribution diagram （according to the standardized values of Sunand M c Donough， 1989）

同時，可以看出肖家山金礦巖體樣品的稀土元素組成特征及稀土元素標準化配分模式圖上與賦礦地層的稀土配分模式較一致（圖3），具有輕稀土相對富集、銪負異常的右傾特征。區內花崗巖的稀土組成特征及配分曲線顯示與冷家溪群板巖一致性，可能與該類巖體形成于地殼基底重熔（S型）有關，而冷家溪群巖石富含金等微量元素（柳德榮等，1993；劉亮明等1997；1999；黃誠等，2011），故由此而形成的巖漿巖和巖漿熱液也應含一定量的金，從而可成為金礦形成的物源。

4.3流體包裹體證據

陶詩龍等（2015） 對研究區礦石中流體包裹體的研究顯示：該礦床流體包裹體以氣液兩相水溶液包裹體為主，出現極少量純液相包裹體。石英—黃鐵礦階段成礦流體溫度較高、鹽度中等（Th集中在211～295℃、鹽度為4.70%～6.52%）；含金石英—硫化物階段溫度和鹽度均升高（Th為240～308℃、鹽度為6.23%～9.84%）；石英—鐵白云石階段溫度和鹽度均有降低的趨勢（Th集中在180～246℃、鹽度集中在3.12%～6.08%）。成礦流體的演化過程大致分為三個時期：早期流體鹽度中等、溫度較高，可能來源于變質熱液；中期流體鹽度突然變高且溫度也保持較高，與早期的流體不具有繼承性，考慮到區域上不存在膏鹽地層，流體也不具有沸騰特征，較合理的解釋是成礦熱液部分來源于深部巖漿活動，并有少量地下水的混入；晚期流體的溫度和鹽度均降低，應主要來源于地下水，成礦作用趨于結束。該結論一定程度表明礦區成礦作用過程中有巖漿熱液的疊加。

5　結論

（1）肖家山金礦床硫同位素值分布相對集中，具有塔式效應，反映出深源硫的特征，但其分布范圍（δ34S=-14.76‰～+6.12‰）比幔源硫（δ34S=-3‰～+3‰） 范圍略寬，對比區域冷家溪群淺變質巖中硫化物δ34S 值（-10.4‰），反映出研究區硫具有多來源性，硫可能來源于深源硫與淺部地層硫的混合。

（2）流體包裹體及稀土元素地球化學特征反映肖家山金礦床成礦物質具有多來源性，成礦物質可能來自深部巖漿與淺部地層的疊加，其中含礦巖漿的形成可能與燕山期湘東北地區大規模構造—巖漿導致的基底重熔有關。

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Ore-form ing M aterial Source of Xiaojiashan Gold Deposit of Northeastern Hunan

Jiang Xingxiang1，2， Li Jian2， Zhao Tuo3
（1. Central South University， Changsha Hunan410083； 2. Hunan Academy of Geological Sciences，Changsha Hunan410007； 3. Hunan Coal Geological Survey Institute， Changsha Hunan410014）

Xiaojiashan gold deposit is a typical deposit of northeastern Hunan gold mining area in the middle of ancient land. The value of sulfide δ34S is between -14.76 ‰～+ 6.12 ‰ with average value - 2.07 ‰， which is within the value scope of magmatic sulfur and mixed sulfur of surrounding rock. Fluid inclusion research and rare earth element geochemical characteristics indicate that ore-forming fluid w ith relevant to the mixed fluid of magmatic differentiation fluid and metamorphic hydrothermal. Associated with characteristics of the ore deposit and the results of the former researchers， this paper argues that Xiaojiashan gold deposit ore-forming material has multiple sources of deep magma and strata， and the formation of ore magma may be related to the basal re-melting caused by large-scale tectonic magmatic activities of Yan Shan epoch in northeastern Hunan.

Xiaojiashan gold ore； Sulfur isotope； rare earth element； ore-forming material source；northeastern Hunan

P618.51

A

1672-5603（2016）03-001-7

*本文得到湖南省2012年度兩權價款項目（編號：201203094）資助

*第一作者：蔣星祥，1974年生，高級工程師，主要從事地質礦產及遙感測繪工作。Email: 458095835@qq.com

2016-8-19；改回日期：2016-8-22。