成矿物质来源与矿床成因机制

矿床成因及成矿机制讨论~

一、矿床成因
通过野外地质观察和室内分析结果及综合分析，可以初步判断，哈达门沟金矿床和柳坝沟金矿床成矿地质条件基本相同，矿石类型均为石英脉型，石英-钾长石脉型和钾硅化蚀变岩型，整个矿区钾化异常强烈，被人们称为 “红化” 现象，钾长石化与成矿关系十分密切，而且局部地段矿石类型就以钾长石脉为特征，根据矿石矿物组合及矿物穿插先后次序，大致将哈达门沟成矿划分为四个阶段：(1)钾长石-硫化物-氧化物阶段；(2)黄铁矿-石英阶段；(3)石英-多金属硫化物-（硫酸盐）阶段；(4)石英-碳酸盐阶段。流体包裹体测温表明，哈达门沟金矿成矿温度在160～300℃范围内，集中在200～280℃之间，为中温，包裹体盐度在5％～15％ NaCleq之间，集中分布在6％～12％ NaCleq和13％～14％ NaCleq之间，为中低盐度流体，成矿压力（平均值）为（139～366）×105 Pa，集中在（198～252）×105 Pa，对应的成矿深度为1.5～3 km（静水），为中-浅环境。包裹体气相成分中均以H2O（66.56％～89.81 mol％）和CO2（5.64％～16.74 mol％）为主，其次为N2，O2，含微量的CH4，C2H6，C2H2和C2H4等。CO2/CH4特征值141.39～407.10，说明成矿期的环境处于弱氧化状态，气相组分还原参数R/O比值为0.004～0.006，反映了成矿阶段偏氧化的状态。阴离子以Cl-和 为主，少量的 和F-，微量Br-；阳离子以Na＋，K＋和Ca2＋为主，含少量Mg2＋，Na＋＞K＋，因此成矿流体应属于 型流体。 的存在也说明当时流体可能为弱氧化状态。中国人民武装警察黄金指挥部（1995）计算成矿流体pH值为6.52～7.08，偏碱性，lgfO为-26.73～41.33，Eh为-0.57～0.83，表明其形成过程为弱还原-弱氧化条件，δ18OH-δD图上，投影点落在原生岩浆水及变质水附近，说明哈达门沟金矿成矿热液来源于岩浆水和部分变质热液。在铅构造模式图上，哈达门沟矿区矿石铅投点比较分散，绝大多数投在了地幔铅演化曲线和造山带铅演化曲线之间靠近地幔的一侧，表明哈达门沟黄铁矿中铅主要来自于地幔，同时有造山带铅和下地壳铅的混入，少量可能来自于上地壳，哈达门沟矿石硫化物δ34S变化于-21.7‰～5.4‰之间，平均值为-10.6‰，柳坝沟沟矿区δ34S值变化于5.4‰～-21.7‰之间，初步认为哈达门沟和柳坝沟成矿流体中硫主要为深部流体和太古代地层的混合硫。通过同位素年龄测定，哈达门沟Re-Os同位素等时线年龄为386.6±6.1 Ma，为早泥盆世，属海西早期构造-岩浆活动事件，而区内大桦背岩体的成岩年龄锆石SHRIMP U-Pb平均年龄为353±7 Ma，通过野外调查，发现矿区西部的169号脉被大桦背岩体的岩枝所穿插、截断，孟伟等（2002）也同样观察到在岩体边部见到花岗岩将含Au矿脉截断或 “吃掉” 的现象，故可以推断，成矿应早于大桦背黑云钾长花岗岩的形成时代，本次测定大桦背岩体成矿元素含量大部分小于地壳丰度，所以大桦背岩体与金矿成矿关系不大，岩体的侵入可能对已有矿化局部有叠加改造，沙德盖岩体通过本次锆石SHRIMP U-Pb年龄测定，获得平均年龄为221.6±2.1 Ma，远远小于成矿年龄，沙德盖岩体可能对已有矿化叠加改造，矿区变质岩成矿元素丰度较高，而且矿石硫、铅同位素特征也表明，成矿物质部分来源于区内变质岩，大部分成矿物质可能来源深部流体，这从矿石的S，Pb，H-O同位素也可说明。由于哈达门沟金矿区处于华北克拉通北缘，受北部兴蒙造山带多次开合碰撞的复杂构造活动影响，而引发区内构造-岩浆的多期活动，区内的山前、山后两条深大断裂也经历复杂的构造演化，沿着大断裂及其派生断裂，各期次的岩体、岩脉多期侵入，形成了今天所看到的山前钾化带、含金钾化蚀变岩、伟晶岩脉、花岗岩体等以及金、钼等多金属矿床。总体认为哈达门沟金矿床属于与深部钾质成矿流体有关的中温热液型脉状矿床。矿区北部西沙德盖钼矿Re-Os同位素等时线年龄为226.4±3.3 Ma，而且钼矿主要产于斑状花岗岩中，说明其与哈达门金-钼矿床为不同的成矿演化系列。
二、成矿机制
区内乌拉山群变质岩，金含量很高，在区域变质、混合岩化过程中，金等成矿元素发生了初步活化、迁移，为金矿的形成提供了初步的物质条件。在泥盆纪早期华北板块北缘处于弧-陆碰撞后伸展构造背景（李锦轶，2009；Zhang et al.，2010；张晓晖等，2010a，b），这种伸展环境引发山前大断裂的活动，深部富钾含矿流体沿山前大断裂上升，在运移过程中不断萃取围岩中的金等成矿元素，在大断裂的次级断裂等构造有利部位充填、交代而成矿，关于这种金钼组合型的矿床，Sillitoe（2002）曾提出它与板块内部及边缘拉张环境下富碱性的A型花岗岩有密切的成因关系，哈达门沟金钼矿床正是产于这种地质背景，矿区深部可能有隐伏的碱性岩体存在（王信虎等，1994）。
泥盆纪早期华北板块北缘成矿具有普遍性，如东坪金矿同样在这个时期形成（罗镇宽，2001；李长明，2009），白云鄂博在该期有成矿作用的叠加（赵景德，1991），白乃庙铜矿南矿带含矿石英脉黑云母Ar/Ar等时线年龄为396±2 Ma（李文博，2008）。
尽管华北克拉通北缘早古生代的构造演化历史还知之甚少，但近年的研究认为在早古生代，古亚洲洋向南往华北板块俯冲，早泥盆世白乃庙处于岛弧环境（Xiao et al.，2003；张晓辉等，2010），白乃庙目前获得的绿片岩和花岗岩侵入岩年龄在466～386 Ma之间（Wang，1983；Tang ＆ Yan，1993），所以当时华北克拉通北缘有可能处于与古亚洲洋板块向南俯冲结束有关的弧后拉张环境（罗镇宽，2001；Jiang，2005；Zhang et al.，2007；李锦轶，2009；张晓辉等2010a，b；Zhang et al.，2010），沿华北克拉通北缘深大断裂，岩浆和成矿流体上升，形成哈达门沟及东坪金矿床以及沿华北克拉通北缘大断裂分布的近东西偏碱性侵入岩带。
随后在海西中期大桦背岩体的侵入，对已形成矿床局部叠加改造，印支期沙德盖岩体和西沙德盖岩体的侵入可能对已有矿床有进一步的叠加改造，岩浆分异结晶发育地段，局部形成钼多金属矿化，因此在本区显示出成矿年龄多样性，表现出多期成矿特点；在哈达门金矿成矿过程中，呼-包大断裂对金矿形成及后期改造起控制作用，山前钾化破碎蚀变带是该大断裂的派生构造，主要起导矿作用，其次级构造为成矿提供空间；成矿物质来源为复合来源，既有乌拉山群古老地层来源，也有深部高钾岩浆来源，还可能有后期岩浆的叠加，成矿流体既有有深部流体，也有大气水，变质水的参与，矿床成矿作用演化时间较长，首先是形成含金钾质脉体或钾化蚀变岩充填交代；然后受构造或热流体破碎，为后期含金硅质热液交代充填，表现石英脉、网脉，先期的钾质脉局部呈角砾状（热液角砾）为含金硅质热液胶结，在此阶段含金热液活动中也伴随钾化现象，表现为沿石英脉两侧和围岩接触带以及围岩碎块的 “红边”，这一阶段形成的矿物主要有石英和粗粒浸染状分布的黄铁矿等；继先期含金石英脉或含金硅化蚀变岩形成之后，后期硅质热液沿先期的石英脉所充填胶结，此阶段形成多金属硫化物石英脉，主要矿物组合为石英、方铅矿、黄铁矿、黄铜矿及少量闪锌矿等。到成矿后期，热液受地下水和大气氧化作用明显，主要形成石英方解石脉，黄铁矿颗粒粗大，局部可见镜铁矿等。

在综合分析研究区区域地质地球化学特征、控矿地质条件、矿床地质地球化学特征、成矿物质来源和成矿流体来源的基础上，对庞西垌-金山银金矿床的形成提出如下模式（图5-4）。
1.前寒武纪—寒武纪，矿源层形成，伴随元素的初步富集
前寒武纪—寒武纪形成于裂陷海槽的火山-沉积岩系，以富Ag和高Ag/Au比值为特征，成为本区以银为主的银金矿床的矿源层。在矿源层形成过程中，变质作用使成矿元素初步富集。
2.加里东期，区域变质作用和混合岩化作用使成矿元素发生重新分配
在基底形成过程中，矿源层经受了广泛的、多期次的区域变质作用和区域混合岩化作用。在区域变质作用和区域混合岩化作用中，岩石中的Ag、Au及相关成矿元素发生活化、迁移和重新分配。伴随区域变质作用和混合岩化作用，研究区内有博白飞鹅岭和廉江禾寮变质交代型铅锌银矿床的形成。
3.海西—印支期断裂变质作用引起成矿元素的局部再富集
海西—印支期基底断裂变质作用和混合岩化作用，使成矿物质在局部范围内进一步重新分布。庞西垌-金山断裂带在此期开始形成。
4.晚燕山期构造变形作用和岩浆活动使矿床最后形成
晚燕山期庞西垌-金山断裂带复活，沿断裂构造出现岩浆侵入活动，形成英桥花岗岩体和六环花岗岩体。岩浆侵位冷凝过程中释放了大量的热能，并加热了大气降水。
大气降水吸收了岩浆分异的挥发组分，受岩浆热能的驱使，沿构造活动产生的裂隙淋滤变质岩层和花岗岩，形成成矿热液。成矿热液沿庞西垌-金山断裂带迁移并引起大范围围岩的热液蚀变作用。
热液围岩蚀变作用主要包括钾化、硅化、绢云母化、绢英岩化、黄铁矿化、铅锌矿化和碳酸盐化等。银金矿床最后定位与黄铁绢英岩化、硅化有关。

图5-4　庞西垌-金山银金矿床成矿模型

1.成矿物质来源

微量元素聚类分析表明，Mo与Ba、Cr等元素密切相关，可能与伟德山花岗闪长岩的演化和元素本身的地球化学性质有关。稀土元素配分模式研究表明，矿石与围岩具有明显的继承演化关系，花岗闪长岩既是围岩也是成矿母岩。硫、铅同位素组成和特征分析表明，成矿物质主要来自幔源，并受到下地壳物质的混染，这与辉钼矿中Re含量变化指示的成矿物质来源结论一致，说明最终成矿物质直接来自于围岩，即由壳源酸性岩浆与幔源基性岩浆混合形成的伟德山花岗岩。

图4-19 尚家庄钼矿床铅同位素组成图解

（底图据Doe ＆ Zartman，1979）

从铅同位素组成图解²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb-Pb²⁰⁷/²⁰⁴Pb（图4-19）可知，尚家庄钼矿床铅同位素组成投点落在地幔演化线附近，一部分靠近造山带演化线，一部分表现出受到下地壳的混染，说明铅的来源为混合源，但主要以幔源为主，与壳幔混合成因的伟德山花岗岩演化关系密切。

Re-Os同位素体系不仅可以精确确定硫化物矿床的形成时间，还可以示踪成矿物质来源、指示成矿过程中不同来源物质混入的程度（王辉等，2001）。一般认为，从地幔来源→壳幔混源→地壳来源，辉钼矿中Re的含量会降低10%，从n×10^-4→n×10^-5→n×10^-6（Mao et al.，1999）。尚家庄钼矿床辉钼矿中Re的含量为17.74×10^-6～23.72×10^-6，平均为20.21×10^-6，随着深度加深，Re含量有增高的趋势，指示成矿物质可能为壳幔混合来源，且以壳源为主。对尚家庄钼矿床硫、铅同位素研究发现，两者也显示出了混合源的特征，铅同位素显示了更好的地幔源铅的特点。

伟德山花岗岩牙山岩体中的三佛山单元是由壳源酸性岩浆与幔源基性岩浆混合形成的（张华锋等，2006），微粒闪长质包裹体矿物学特征表明有岩浆过冷却和岩浆混合的痕迹（Landi et al.，2004），这正是由于壳源酸性岩浆大比例混入的结果。前人对胶东金矿硫、铅同位素研究也表明，两者具有混合源的特征。由此分析，胶东金矿、钼矿与伟德山花岗岩存在物质来源上的渊源关系。

2.矿床成因与成矿机制

与伟德山花岗岩有关的斑岩-矽卡岩型辉钼矿床的成矿机制可能是随着岩浆的形成和演化，分异产生出高温热液流体，高温流体具有很强的活动性、溶解性和渗透能力，活化并携带了花岗质岩浆中大量的成矿物质，逐渐演化成含矿的成矿流体，由于这种底侵作用使得陆壳垂向增生加厚，最终导致了陆壳的拆沉，从而使岩石圈减薄，软流圈上涌造成减压熔融，成矿流体在深部应力和温压差的作用下向上运移，当含矿流体运移到岩体边部时，遇到与外界连通的裂隙，温度和压力迅速降低，体系的物理化学条件突变，打破了含矿流体稳定存在的化学平衡，流体便卸载成矿物质成矿。

大洋板块俯冲产生的岩浆弧常出现斑岩型的矿床，尚家庄钼矿区位于太平洋板块向欧亚板块俯冲区域，赋存于早白垩世牙山斑状花岗岩体中。而研究区东部的中生代三佛山、昆嵛山等岩体均表现出埃达克岩的性质。因此，研究认为尚家庄钼矿床属斑岩型，只是未表现出典型的斑岩型矿床的蚀变分带特征。

由于近年来对胶东地区有色金属矿成矿作用的研究日趋升温，因此有色金属矿成矿与金矿成矿的关系也备受关注。目前，多数研究者接受胶东金矿存在一个主成矿期的观点，认为金矿在120Ma左右大规模集中爆发成矿。对于有色金属矿是否与金矿同期还是存在多期成矿作用？两者之间有什么联系？诸如此类的问题尚未得到一致性的认识。

柳振江等（2010）在胶东莱州市伟德山花岗岩的南宿亚超单元花岗岩中发现了辉钼矿化，并对五件辉钼矿样品进行了Re-Os同位素年龄测试，测得模式年龄为（111.8±0.3）～（128.9±0.5）Ma，指出辉钼矿矿化与南宿岩体（U-Pb年龄为117Ma）同期形成，与金矿形成时代（120Ma左右）大体一致。

刘善宝等（2011）对胶东典型的钼矿床进行了深入研究，指出胶东福山邢家山钼钨矿床成矿时代（161Ma±1.0Ma，模式年龄加权平均值）早于金矿成矿时代，并认为胶东地区存在至少两期与花岗岩有关的成矿作用，即160～155Ma的钼矿成矿作用和137～120Ma的金矿成矿作用，与南岭地区钼矿成矿进行对比分析后，认为160～150Ma为中国东部地区重要的钨锡钼成矿期。

丁正江等（2012）也对邢家山钼钨矿床进行了研究，测试Re-Os同位素等时线年龄为（158.70±2.06）Ma，认为胶东地区中生代以来岩浆活动及相应的成矿作用主要存在四期，即：165～155Ma的铜钼多金属矿化期、137～110Ma的金矿化期、120～110Ma的铜钼铅锌多金属矿化期、100～75Ma 的金银铅锌多金属矿化期，分别对应于燕山早期—燕山晚期的各期次花岗质岩浆活动，但目前对该区金及多金属矿床的研究成果资料未能显示每次岩浆活动都会带来一次与之对应的成矿作用。

作者（2013）测试了尚家庄钼矿床辉钼矿 Re-Os 同位素年龄，发现其成矿时代（116.4Ma±1.6Ma，加权平均年龄）与围岩（伟德山花岗岩）的成岩时代高度吻合，成岩时的岩浆活动直接带来了成矿所需的物质和能量，成矿围岩即是母岩。其成矿时代与大规模金矿成矿时代一致，认为钼矿与金矿有可能是同一成矿系列的产物。

此外，还有学者提出胶东地区的金及多金属矿是与中生代花岗岩有关的同一成矿系列。

前人研究表明，邢家山钼钨矿床为矽卡岩-斑岩型矿床、尚家庄钼矿床为斑岩型矿床，均与中生代岩浆侵入事件有关，但二者成矿年龄相差很大（约42～45Ma），而且都有相应的同时代的侵入岩，即侏罗纪钙碱系列侵入岩（160～140Ma）、白垩纪高钾钙碱系列（约135～90Ma）侵入岩。因此，前人多认为白垩纪岩浆侵入造成了大规模的金成矿，侏罗纪岩浆侵入事件发生在金成矿之前，是否它的侵位带来了大规模的钼、铜等有色金属矿化还值得进一步研究。

胶东地区其他多数钼矿床（点）均表现出与燕山晚期白垩纪花岗岩有成生联系的特点，如：牟平孔辛头铜钼矿床（矽卡岩型，产于燕山晚期伟德山花岗岩院格庄岩体与荆山群大理岩接触部位）、荣成冷家钼矿床（岩浆热液型，产于伟德山花岗岩中）、威海西山后钼矿点（隐爆角砾岩筒型，与中生代侵入岩有关）。因此，作者认为胶东地区除邢家山钼钨矿的成矿作用发生在侏罗纪（约160Ma）外，大规模钼矿成矿与燕山晚期伟德山花岗岩的侵位和演化密切相关，该期成矿作用与胶东金矿大规模集中爆发成矿的时代总体一致（约120Ma）。

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