祝德成，田瑞聰，田京祥，于學(xué)峰，楊振毅，楊仕鵬

(1.山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250013；2.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，國土資源部金礦成礦過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

矽卡巖型礦床是一種重要的礦床類型，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，世界上約1/4的富鐵礦和鉛鋅礦資源以及約一半的鎢礦資源都產(chǎn)在矽卡巖型礦床中，此外矽卡巖型礦床還產(chǎn)出銅、錫、鉍、鉬、金、銀、鈾、稀土以及透輝石、透閃石、石榴石、硅灰石、金云母、蛭石等多種金屬和非金屬礦產(chǎn)[1]。矽卡巖型銅金礦床作為重要的金礦類型之一，近年來，已成為國內(nèi)外地學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。按照矽卡巖類型的不同又可將金矽卡巖礦床分為還原型金矽卡巖、氧化型金矽卡巖、鎂矽卡巖型和區(qū)域變質(zhì)地體中的金矽卡巖四大類[2-8]。

中國的矽卡巖型金礦(包括獨(dú)立金礦和伴生金礦)數(shù)量較多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，儲(chǔ)量超1000t，約占目前全國金保有儲(chǔ)量的7%，它們大多成群成帶分布[9]。魯西地區(qū)是我國矽卡巖型金礦的一個(gè)重要產(chǎn)地[10]，主要產(chǎn)在沂南的銅井、金場，臨朐鐵寨及沂源的金星頭等地，其中尤以銅井、金場2個(gè)銅金礦床規(guī)模最大，可達(dá)中型*山東省第八地質(zhì)隊(duì)，山東省沂南銅井地區(qū)銅金礦成礦地質(zhì)條件及找礦方向，1981年。。前人對沂南地區(qū)銅金礦研究較多，主要集中在同位素年代學(xué)、成礦流體、巖石地球化學(xué)、成礦規(guī)律等方面，取得了一些重要進(jìn)展[11-20]。但成礦流體性質(zhì)、成礦物質(zhì)來源等問題尚不明確。在詳細(xì)野外調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過開展黃鐵礦流體包裹體He-Ar同位素分析，并結(jié)合前人S，H，O，C穩(wěn)定同位素研究結(jié)果，以期查明成礦物質(zhì)和流體來源、成礦作用特征標(biāo)志，為了解該區(qū)金礦成礦機(jī)制提供一定的理論支撐。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于山東省中南部地區(qū)，沂南縣北部。大地構(gòu)造位置屬魯西隆起馬牧池穹斷東緣，NNE向鄌郚-葛溝斷裂與NW向的馬家窩-銅井?dāng)嗔呀粫?huì)處(圖1)。

1—青山群八畝地組；2—寒武-奧陶系；3—燕山晚期二長花崗斑巖；4—燕山晚期花崗斑巖及石英斑巖；5—燕山晚期二長斑巖；6—燕山晚期正長閃長玢巖；7—燕山晚期閃長巖-閃長玢巖；8—燕山晚期輝長巖-閃長巖；9—中基性與中酸性侵入巖大致分界線；10—斷裂圖1 沂南銅井地區(qū)區(qū)域地質(zhì)略圖[21]

2 樣品采集與分析方法

區(qū)內(nèi)地層發(fā)育新太古界、新元古界、古生界、中生界及新生界。侵入巖以燕山晚期中、酸性小巖株為主。主要有沂南序列銅漢莊單元石英閃長玢巖、大朝陽單元中細(xì)斑二長閃長玢巖和蒼山序列鐵銅溝單元斑狀中細(xì)粒二長花崗巖、于山單元中細(xì)斑二長花崗斑巖。其中，明生巖體[22]、銅井巖體、朝陽巖體、金場巖體等出露規(guī)模較大。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，按走向可分為NW向、NNE向、近EW向以及近SN向斷裂，其中以NNE向斷裂最為發(fā)育。斷裂帶內(nèi)可見大量的糜棱巖、構(gòu)造透鏡體。區(qū)內(nèi)成礦巖體、礦(化)體的產(chǎn)狀和成礦部位受構(gòu)造控制明顯，不同方向的構(gòu)造交會(huì)部位控制著巖漿的侵入及巖體形態(tài)，矽卡巖型礦體主要分布在巖體的邊緣及巖枝與圍巖的接觸帶上，熱液脈型礦體產(chǎn)生在不同構(gòu)造體系的次級裂隙中。

樣品取自沂南銅井銅金礦主成礦階段礦石礦物黃鐵礦(圖2a)。樣品經(jīng)破碎、篩選后，在雙目鏡下挑選20～60目的新鮮黃鐵礦顆粒(圖2b,c)，純度99%以上。He-Ar同位素測試由中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心稀有氣體分析實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)儀器為英國Micromass公司生產(chǎn)的MM5400質(zhì)譜計(jì)，分析標(biāo)樣是蘭州市皋蘭山頂?shù)目諝?AIRLZ2007)。分析結(jié)果均進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)和熱本底校正。測試的實(shí)驗(yàn)條件為：發(fā)射電流It4=800μA，It40=200μA，高壓為9.000kV。檢測儀器的熱本底(1600℃)為(cm3STP)：4He=2.46×10-10，20Ne=4.08×10-10，40Ar=1.39×10-8，84Kr=3.07×10-12，132Xe=1.26×10-13。詳細(xì)的測定過程參見葉先仁等[23]。

(a)含金銅黃鐵礦化矽卡巖型礦石;(b)黃鐵礦(淺黃色)呈團(tuán)塊狀、浸染狀分布50×;(c)黃鐵礦(淺黃色)顆粒中包含較小的磁鐵礦(灰色)顆粒為包含結(jié)構(gòu)100×圖2 黃鐵礦樣品及雙目鏡下黃鐵礦顆粒照片

3 測定結(jié)果

He-Ar同位素測試結(jié)果見表1。

表1 銅井銅金礦黃鐵礦流體包裹體He-Ar同位素組成

由表1可知，銅井銅金礦黃鐵礦中流體包裹體的3He/4He值變化極小，為0.1129 ～0.1209 R/Ra，高于地殼3He/4He值[(0.01～0.05)R/Ra]，但低于典型地幔3He/4He值[(6～9)R/Ra]，這表明成礦流體中存在地幔He，同時(shí)有地殼He加入；4He/40Ar=1.16～3.433，平均2.2965，略高于地幔值(1.36～2.23)，但低于典型地殼值(6.4)。40Ar/36Ar=364.1～458.0，平均411.1，高于大氣值(295.5)，低于地幔值(>40000)。

4 討論

4.1 前人關(guān)于H，O，S，C同位素測定結(jié)果

前人在該地區(qū)開展過銅金礦石的H，O，S，C同位素測定；該次收集到前人的分析數(shù)據(jù)參與討論(表2、表3、表4)[24]。

表2 H，O同位素分析結(jié)果

表3 C同位素分析結(jié)果

表4 S同位素分析結(jié)果

從上述數(shù)據(jù)分析可見，銅井銅金礦石方解石δ18O值(10.55～13.75)×10-3之間，δD值(-72～-62.5)×10-3，平衡溫度99～140℃，金場銅金礦石方解石δ18O值13.20×10-3，δD值-72.6×10-3，平衡溫度102℃。黃鐵礦的δ34S值變化于(-1.73～3.5)×10-3，彌散度較小，位于0值附近，接近隕石硫范圍，表明硫主要為深源巖漿體系。碳同位素(δ13CPDB)在(-5.08～-4.54)×10-3，與“初生碳”δ13C(-5～-8)×10-3基本一致，也顯示了深源的特征。

4.2 成礦物質(zhì)及成礦流體來源探討

熱液流體中惰性氣體主要有3種來源，且不同來源氣的He，Ar同位素組成及其特征比值具有顯著差別[25]：①大氣飽和水(ASW)，包括大氣降水和海水，其典型的同位素組成為：R/Ra=1，40Ar/36Ar=295.5；②地幔流體，具有3He含量高的特征，R/Ra的特征值為6～9，40Ar/36Ar值變化較大，Ar以放射性成因Ar為主，40Ar/36Ar值一般大于40000；③地殼流體，其中主要含有放射成因的He和Ar，R/Ra的特征值為0.01～0.05，而40Ar/36Ar>295.5。由表1可知，銅井銅金礦黃鐵礦中流體包裹體的3He/4He值0.1129～0.1209 R/Ra，介于地幔流體和地殼流體之間，成礦流體中有來自幔源流體組分的加入，成礦流體是殼幔流體的混合；40Ar/36Ar=364.1～458.0，高于大氣飽和水(295.5)，明顯低于地幔流體，說明流體中存在來源于地殼的放射成因Ar[25]，暗示成礦流體是殼幔混源流體，并有大氣降水加入。

表2、表3中H，O，C同位素?cái)?shù)據(jù)顯示：研究區(qū)成礦流體的H，O同位素組成相差不大；基本接近巖漿水范圍，反映成礦熱液主要為巖漿熱液。C同位素值與沉積碳酸鹽和沉積有機(jī)碳迥然不同，在巖漿碳酸巖范圍，也顯示了成礦流體的巖漿熱液成因。

S同位素一般主要有3個(gè)儲(chǔ)存庫：一是幔源S(δ34S=(0±3)×10-3)[26]；二是海水S，現(xiàn)代海水中δ34S=20×10-3；三是沉積物中還原S，主要以具有較大的負(fù)值為特征[27]。由表4中S同位素?cái)?shù)據(jù)可知，銅井銅金礦礦石中的黃鐵礦δ34S較均一，介于-1.73×10-3～3.5×10-3之間，與幔源δ34S值接近，顯示其S源可能部分來自地幔。

4.3 成礦時(shí)代及成礦機(jī)制探討

研究表明，礦床成礦物質(zhì)和流體具有幔源特征，金成礦主要與燕山晚期淺成—超淺成中酸性侵入巖有關(guān)。對該地區(qū)與成礦有關(guān)的巖體或者蝕變礦物進(jìn)行過大量的同位素測年工作。雖然測試方法、測試對象、測試結(jié)果不盡相同，但給出了成巖成礦的大量信息(表5)。金場銅金礦早期矽卡巖黑云母和晚期矽卡巖黑云母的Rb-Sr等時(shí)線年齡為133±6Ma和128±2Ma[17]，它們與金場巖體的形成時(shí)間十分一致。銅井閃長玢巖中巖漿鋯石U-Pb年齡為128～129Ma[18]，礦石中的鋯石U-Pb年齡為128.6±3.6Ma[19]，綜上認(rèn)為，沂南金場金銅礦成礦時(shí)間為128～121Ma[24]，與膠東地區(qū)金礦主成礦時(shí)間大致一致，其有無關(guān)聯(lián)尚需進(jìn)一步研究。

表5 魯西地區(qū)與金礦有關(guān)的中生代巖體及成礦年齡

注： ①山東省第八地質(zhì)隊(duì)，山東省沂南銅井地區(qū)銅金礦成礦地質(zhì)條件及找礦方向，1981年。

燕山晚期巖漿在侵位過程中，巖漿期后熱液與古生代碳酸鹽巖地層發(fā)生接觸交代作用，在接觸帶及附近形成矽卡巖，巖漿期后熱液富含金銅等成礦物質(zhì),在交代形成矽卡巖和矽卡巖型鐵礦的過程中，同時(shí)形成銅金礦床,一般為共生礦床。礦床產(chǎn)于中生代中酸性巖漿巖與寒武紀(jì)灰?guī)r接觸面及附近的矽卡巖中。礦床的成因類型屬矽卡巖型銅金礦。

5 結(jié)論

(1)He-Ar同位素研究表明，成礦流體中有來自幔源流體組分的加入，并且成礦過程中混入較多的大氣降水。

(2)結(jié)合前人H，O，S，C同位素研究；沂南地區(qū)矽卡巖型金礦成礦流體來源于巖漿熱液，并有大氣降水的加入，成礦物質(zhì)和成礦流體來源于殼源和幔源的混合。

(3)沂南金礦是產(chǎn)于中生代中酸性巖漿巖與寒武紀(jì)灰?guī)r接觸面及附近的矽卡巖型銅金礦，形成于128～121Ma。