孫 豪,宋 揚 *,李 超,鄭 明 ,孫鵬程,方 穎

1)中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所,自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室,北京 100037;2)國家地質(zhì)實驗測試中心,北京 100037; 3)中國地質(zhì)大學(北京),地球科學與資源學院,北京 100083

石英脈型金礦床成礦時代的精確厘定一直是礦床學研究的熱點,早期金礦床時代的定年主要通過蝕變礦物如絹云母、白云母、鉀長石K-Ar、Ar-Ar、Rb-Sr方法間接地獲取金成礦時代(例如,駱萬成和伍勤生,1987; 富云蓮和葉伯丹,1991; 呂古賢和孔慶存,1993; Xu et al.,2002; Hart et al.,2002; 李厚民等,2003)。近年來一些學者嘗試通過含金石英脈中流體包裹體Rb-Sr法、Ar-Ar法或熱液鋯石U-Pb法更直接的測定金成礦流體的年齡(例如,李獻華等,1992; 李俊建等,1996; 薛良偉等,1999; Hu et al.,2004; 毛光周等,2008; 于介江等,2010; Bao et al.,2014)。隨著Re-Os同位素測年技術(shù)的發(fā)展,一些金礦化伴生的硫化物如黃鐵礦、毒砂、磁黃鐵礦等礦物的 Re-Os測年取得了重要進展,其中,輝鉬礦(MoS2)是眾多礦物中唯一一種母體同位素(Re)直接替代礦物結(jié)構(gòu)中主要元素(Mo)的硫化物,可以直接測定硫化物的形成年齡(Stein et al.,2001),是開展高精度成礦時代研究的重要選擇(Li et al.,2017)。但不可否認的是,并非所有的石英脈型金礦都產(chǎn)出輝鉬礦,此外該類金礦床中輝鉬礦與金成礦作用的關(guān)系也有待進一步研究。

冀東地區(qū)位于華北克拉通北緣,區(qū)內(nèi)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有金廠峪、峪耳崖、牛心山、下營坊等金礦床(點)197處(張連昌等,2018),是我國北方重要的石英脈型金礦產(chǎn)區(qū)(裴榮富和梅燕雄,2003),這些金礦床中常發(fā)育輝鉬礦,例如金廠峪金礦床中局部鉬礦化的品位高達 0.071%,達到有用伴生元素要求(羅鎮(zhèn)寬等,2001),甚至在一些金礦的附近形成了獨立的鉬礦床,如茅山金礦附近的太平村、南雙硐鉬礦床(孫金龍等,2016),這些特征為運用輝鉬礦Re-Os測定金礦成礦時代提供了重要條件,已經(jīng)獲得了金廠峪(Song et al.,2016)、峪耳崖(陳紹聰?shù)?2014)、唐杖子金礦(李正遠等,2014)、下營坊金礦(鄒滔等,2016)等金礦的成礦時代。然而,由于區(qū)內(nèi)輝鉬礦與金成礦作用之間的確切關(guān)系尚不清楚,且部分金礦床中輝鉬礦的定年結(jié)果與其他如K-Ar、Ar-Ar、U-Pb及裂變徑跡等方法所獲得的金礦年齡存在較大差異(徐昌濤和賈斌,1989; Lin et al.,1995; 袁萬明等,2001; 羅鎮(zhèn)寬等,2001; 李俊建等,2002; Wang et al.,2020),因此這些礦床中的輝鉬礦能否用來直接厘定區(qū)內(nèi)相關(guān)金礦的成礦時代仍有待進一步研究。

本文選擇這一地區(qū)規(guī)模最大的金廠峪金礦床為研究對象,通過對金礦中含金黃鐵礦和輝鉬礦的產(chǎn)出狀態(tài)與礦物原位微量元素特征進行詳盡對比,研究探討金廠峪金礦床中輝鉬礦與金礦化之間的關(guān)系,以期為今后進一步運用輝鉬礦Re-Os方法精確解析石英脈型金礦的成礦時代提供一定的礦物學及地球化學證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

冀東地區(qū)地處華北克拉通北緣燕山臺褶皺帶馬蘭峪復(fù)式背斜的主體展布區(qū)域,大地構(gòu)造位置上位于古亞洲洋構(gòu)造成礦域和古太平洋構(gòu)造成礦域的交疊部位,成礦作用豐富,構(gòu)造巖漿活動強烈而復(fù)雜,產(chǎn)出有眾多的金(鉬)礦床(裴榮富和梅燕雄,2003)。冀東地區(qū)地層產(chǎn)出較齊全,根據(jù)沉積時代,可依次劃分為下前寒武系、上前寒武系及顯生界三大組成部分(孫大中,1984),其中,大面積分布的早前寒武紀地層經(jīng)歷多期區(qū)域變質(zhì)、構(gòu)造變形等系列復(fù)雜的演化過程,形成了區(qū)內(nèi)分布廣泛的變質(zhì)褶皺基底。該太古宙變質(zhì)褶皺基底主要由遷西巖群和遵化巖群兩部分組成,巖性主要為一套角閃巖相-麻粒巖相巖石組合(圖1)。

圖1 冀東地區(qū)區(qū)域地質(zhì)及主要金礦床分布圖(據(jù)梅燕雄,1997; 宋揚等,2013修改)Fig.1 Geological map of Jidong (east Hebei) area (after MEI,1997; SONG et al.,2013)

區(qū)內(nèi)構(gòu)造形式多樣,區(qū)域性的褶皺、斷裂、韌性剪切構(gòu)造三者復(fù)合交疊,形成了冀東地區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造特點。其中,近東西向和北東向展布的斷裂構(gòu)造構(gòu)成了區(qū)內(nèi)基本的菱形構(gòu)造格架,控制著區(qū)域內(nèi)盆嶺構(gòu)造的形成及巖漿巖的分布(張連昌等,2018),而有韌性剪切帶的復(fù)合疊加部位往往是金礦的有利成礦堆積空間(裴榮富和梅燕雄,2003)。

區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁而強烈,花崗質(zhì)侵入巖出露廣泛,空間上可大致劃分為北部、中部以及南部三個侵入巖帶,其中,中部侵入巖帶與區(qū)內(nèi)金(鉬)成礦關(guān)系最為密切,由都山、肖營子等復(fù)式巖基和四干頂、茅山、高家店、青山口、牛形山等巖株組成,巖石類型以酸性-中酸性-中基性巖類為主,局部出現(xiàn)偏堿性巖類。據(jù)同位素年代學數(shù)據(jù)統(tǒng)計,冀東地區(qū)花崗巖漿活動主要存在遷西期、四堡期、印支期和燕山期四個主要活動期,分別歸屬于新太古代—中元古代和中生代兩個年齡峰期,其中尤以中生代巖漿活動最為活躍,與區(qū)內(nèi)金(鉬)礦床聯(lián)系最為緊密(裴榮富和梅燕雄,2003)。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 賦礦圍巖及構(gòu)造

金廠峪金礦位于冀東金成礦帶東部,金廠峪—遵化—馬蘭峪緊密褶皺綠巖帶和都山—太平寨—遷安片麻巖穹狀隆起的過渡部位(宋揚等,2011)(圖2a)。金廠峪金礦賦存于遵化巖群中,該巖群主要由一套角閃巖相-高角閃巖相變質(zhì)巖系組成,巖性主要包括斜長角閃巖、角閃巖、角閃斜長片麻巖以及少量磁鐵石英巖、輝石麻粒巖、變粒巖等,其中,斜長角閃巖為金廠峪金礦的主要賦礦圍巖。金廠峪金礦礦區(qū)尺度上未見大規(guī)模巖漿侵入體出露,僅發(fā)育一些煌斑巖、石英鈉長巖和花崗斑巖等基性-中酸性巖脈。礦區(qū)西側(cè)及西北側(cè)發(fā)育有青山口、賈家山兩個較大的花崗巖體(圖 1),其與金廠峪金成礦之間具有一定的成因聯(lián)系(梅燕雄,1997; 羅鎮(zhèn)寬等,2001)。金廠峪金礦產(chǎn)于北北東向展布的金廠峪韌性剪切帶中,該剪切帶由早期北北東向韌性剪切帶和疊加其上的同向韌-脆性剪切帶以及更晚形成的構(gòu)造片理帶復(fù)合而成,含金礦脈(體)多沿片理化帶貫入,并受共軛剪切擴容帶控制(梅燕雄,1997)。

圖2 冀東金成礦帶基底構(gòu)造綱要圖(a)(據(jù)宋揚等,2011)和金廠峪金礦礦區(qū)地質(zhì)簡圖(b)(據(jù)Song et al.,2016)Fig.2 Schematic of the basement structural framework in Jidong gold metallogenic belt (a) (after SONG et al.,2011) and a simplified geological map of the ore field in the Jinchangyu gold deposit (b) (after Song et al.,2016)

2.2 礦體及礦化特征

金廠峪金礦整個礦區(qū)北北東向展布,長約6 km,寬約1 km,呈南西開闊北東收斂的狹長楔狀(圖2b),16個工業(yè)礦體自西向東分別劃歸到0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 6條金礦脈帶,其中,Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ號礦脈帶含礦性較好。Ⅱ號礦脈帶位于礦區(qū)中南部,走向近南北或北東,長約890 m,寬約1～40 m,由地表向下延伸超過 400 m,是金廠峪礦床主要的產(chǎn)金礦脈帶之一。Ⅲ號礦脈帶位于Ⅱ號礦帶東面,走向北東,傾向南東,沿走向延伸約1 km,寬約20 m,地表向下延深較大,且在深部與Ⅱ號礦脈帶復(fù)合,二者合計金資源儲量約占整個礦床的 65%,礦脈平均品位高達6.99 g/t。Ⅴ號礦脈帶位于礦區(qū)東部,受褶皺陡傾的層間剪切破碎帶控制,走向北東,傾向北西,傾角 70°～85°,近直立。礦脈帶長約 1500 m,寬約45 m,向下延深約1000 m,為礦區(qū)展布規(guī)模最大的礦脈帶,其平均含金品位為5.93 g/t。

根據(jù)容礦巖石類型,可將金廠峪金礦床金礦石類型劃分為主要的含金石英-鈉長石脈型、含金石英脈型和含金蝕變巖型三種類型,其中以前兩者最為重要。礦石多具隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu),塊狀、脈狀或片狀、斑雜狀構(gòu)造。礦石組成較簡單,黃鐵礦為主要的金屬礦物,其次有磁鐵礦、赤鐵礦、金紅石、輝鉬礦、自然金等; 非金屬礦物主要包括石英、玉髓、鈉長石、絹云母、綠泥石以及少量碳酸鹽類礦物。

金廠峪金礦圍巖蝕變總體較弱,具有明顯的水平分帶特征,由含金礦脈由近及遠依次發(fā)育鈉長石化、硅化、黃鐵礦化、絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化。鈉長石化和硅化常相伴產(chǎn)出,黃鐵礦化疊加在近礦蝕變帶之上隨礦化強度的減弱而逐漸消失。絹云母化和綠泥石化發(fā)育在礦脈與貧礦圍巖的過渡帶,而碳酸鹽化則主要分布于無礦化的圍巖中。

2.3 成礦期次劃分

金廠峪金礦的形成具有多期多階段的特點。根據(jù)脈體內(nèi)礦物共生組合,并結(jié)合各脈體產(chǎn)狀、脈體間的穿插關(guān)系,將脈體劃分為成礦早期的石英-鈉長石脈、主成礦期的石英-鈉長石-多金屬硫化物脈、成礦晚期的石英-黃鐵礦脈以及成礦末期的石英-碳酸鹽脈(圖3)。

2.4 礦石樣品特征

本次研究的2件樣品(JC-19、JC-22)全部取自金廠峪金礦床Ⅴ號礦體石英-鈉長石-多金屬硫化物脈。對兩件樣品進行了詳盡的手標本和鏡下觀察,礦石中金屬礦物主要見有黃鐵礦、金紅石、輝鉬礦、鉛鉍硫化物、磁鐵礦、黃銅礦、方鉛礦等。黃鐵礦呈細脈狀或浸染狀分布于礦石中,以細粒-中粒(100～2000 μm)的半自形-自形晶為主,他形晶相對較少,普遍發(fā)育微裂隙暗示著黃鐵礦受到較強烈的碎裂作用(圖 4),光學顯微鏡及掃面電鏡下均未見有明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖 4),表明樣品中的黃鐵礦的流體沉淀環(huán)境較為穩(wěn)定; 輝鉬礦呈浸染狀分布,多以微細葉片狀(＜50 μm)與他形粒狀金紅石緊密伴生(圖 4a–f),輝鉬礦與金紅石無明顯的穿插關(guān)系,局部見共結(jié)邊(圖 4a),推測兩者應(yīng)為同期流體事件的產(chǎn)物; 局部可見微細葉片狀輝鉬礦和他形粒狀金紅石交代黃鐵礦,形成浸蝕結(jié)構(gòu)、港灣狀結(jié)構(gòu)、骸晶結(jié)構(gòu)(圖 4a–e),暗示著輝鉬礦和金紅石應(yīng)晚于黃鐵礦形成。鏡下,可見自然金以包體金、裂隙金、粒間金的形式包裹于黃鐵礦晶體內(nèi)或充填在黃鐵礦的微裂隙中或黃鐵礦顆粒及脈石礦物之間(圖4g–l),黃鐵礦內(nèi)的包體金表明黃鐵礦與金成礦密切相關(guān),原生包體金與黃鐵礦為同期同源產(chǎn)物,而裂隙金的存在則暗示著,金廠峪金礦化并非單一流體事件的產(chǎn)物,局部可能存在晚于含金黃鐵礦的另一期流體事件的發(fā)生。非金屬礦物以石英、鈉長石、絹云母、綠泥石為主,局部可見碳酸鹽礦物穿插交代早期的石英、黃鐵礦(圖3i)。

圖3 金廠峪金礦床不同階段脈體野外、手標本及顯微鏡下照片F(xiàn)ig.3 Images of different stages of host rocks and ores from the Jinchangyu gold deposit

3 樣品及測試分析

樣品經(jīng)手標本仔細觀察后,選擇代表性部位,進行切割、精磨拋光制成礦石薄片,然后在光學顯微鏡及掃描電鏡下對樣品薄片中的礦物產(chǎn)出狀態(tài)及接觸關(guān)系等礦相學特征進行細致的觀察和分析,理清黃鐵礦和輝鉬礦的結(jié)構(gòu)特征、形成期次后,挑選用于分析的礦物顆粒并擇取合適的部位圈定分析位置以進行LA-ICP-MS原位微量元素分析。

LA-ICP-MS分析在國家地質(zhì)實驗測試中心完成。樣品使用New Wave UP 213激光剝蝕系統(tǒng)(美國New Wave公司),Thermo Element Ⅱ高分辨率電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(德國 Finnigan公司)進行剝蝕分析。實驗過程中采用 He氣運載剝蝕物質(zhì),利用Mass-1國際標樣對分析數(shù)據(jù)進行校正。儀器參數(shù)為激光束斑直徑40 μm,激光脈沖10 Hz,能量0.176 mJ。具體實驗條件及過程可參考袁繼海等(2015)。

4 測試結(jié)果

黃鐵礦微量元素含量特征如附表1所示,除Sb元素含量普遍較低外,黃鐵礦中的 Co、Ni、Ge、Gr、Ti、Mn、Cu、Zn、Pb、Bi、As、Au、Ag、Mo等親鐵、親銅元素絕大部分在檢測限之上,而高場強元素除 Zr外,其他如 Hf、Nb、Ta、Th、U等元素大部分低于檢測限。分析結(jié)果表明,黃鐵礦中的Ge、Mn元素含量相對較為均一,含量分別為(0.56～5.12)×10–6(平均值為 3.34×10–6)、(0.96～5.55)×10–6(平均值為 2.77×10–6),其余所測元素含量變化范圍均較大,其中 C o、N i含量分別為(24.50～930.10)×10–6(平均值為 340.41×10–6)、(32.14～236.90)×10–6(平均值為 94.98×10–6),相應(yīng)的Co/Ni比值變化范圍為0.48～7.31,絕大部分大于1,均值為 3.92。主要成礦元素 Cu、Zn、Pb、Bi、Au、Ag 元素含量分別為(1.80～138.90)×10–6(平均值為 25.66×10–6)、(2.87～158.20)×10–6(平均值為23.63×10–6)、(BDL～14 468.00)×10-6(平均值為 1 812.39×10–6)(BDL為低于檢測限值,下文同)、(0.01～1 696.00)×10–6(平均值為 194.57×10–6)、(BDL～6.36)×10–6(平均值為 1.36×10–6)、(BDL～53.72)×10–6(平均值為12.58×10–6),此外,黃鐵礦中Ti和Mo含量均表現(xiàn)為明顯的高異常,含量分別為(11.73～5 788.20)× 10–6(平 均 值 為 613.12 × 10–6)、(BDL～4718.00)×10–6(平均值為 632.32×10–6)。

表1 金廠峪金礦含金黃鐵礦微量元素皮爾森相關(guān)系數(shù)表Table 1 Pearson phase relation table for the trace elements of auriferous pyrite collected from Jinchangyu Gold deposit

輝鉬礦微量元素含量特征如附表2所示,由表中分析結(jié)果可知,輝鉬礦中除Ge、Hf、Ta元素有個別測點含量低于檢測限外,其余所分析的元素含量均高于檢測限。其中,Sb元素在輝鉬礦中分布較為穩(wěn)定,含量為(0.90～3.20)×10–6(平均值為 1.95×10–6),其他元素含量變化較大。除 Co、Ni、Ge元素的含量與本次所測黃鐵礦相當外,其余對應(yīng)元素含量普遍較黃鐵礦高,主要成礦元素Cu、Zn、Pb、Bi、Au、Ag 元素含量依次為(82.99～630.60)×10–6(平均值為 433.81×10–6)、(3.45～2 031.00)×10–6(平均值為 372.08×10–6)、(2 950.00～403 301.00)×10–6(平均值為 19 087.58×10–6)、(592.50～3 605.00)×10–6(平均值為 2 108.53×10–6)、(16.71～169.30)×10–6(平均值為96.33×10–6) 、 (51.20～604.00)×10–6( 平 均 值 為254.03×10–6)。此外,As、Ti、V、Fe、W 元素也表現(xiàn)為一定程度的富集,平均值分別為 74.18×10–6、31 463.60×10–6、193.88×10–6、104 400.75×10–6、68.04×10–6。高場強元素(Zr、Hf、Nb、Ta)和放射性元素(Th、U)含量在輝鉬礦中變化范圍較大,平均值分 別 為 514.67×10–6、 10.48×10–6、 92.20×10–6、2.12×10–6、6.05×10–6、3.82×10–6。

表2 金廠峪金礦輝鉬礦微量元素皮爾森相關(guān)系數(shù)表Table 2 Pearson phase relation table for the trace elements of molybdenite collected from Jinchangyu Gold deposit

5 討論

5.1 金廠峪金礦床中金的賦存狀態(tài)

金在硫化物中主要以可見金和不可見金的形式賦存,其中,可見金根據(jù)其與載金硫化物之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系,包括包體金、裂隙金以及晶隙金(又稱粒間金)(劉英俊和馬東升,1991),不可見金包括粒徑＜0.1 μm的亞微米-納米金礦物顆粒(Au0)和進入到礦物晶格中的固溶體金(Au+)(Reich et al.,2005;Cook et al.,2009)。

在光學顯微鏡及掃描電鏡下對金廠峪金礦礦石薄片進行了細致的觀察,在黃鐵礦中可見有大量的包體金、裂隙金及晶隙金(圖4g–l)存在,說明金廠峪金礦中可見金較為豐富,黃鐵礦為主要的載金礦物之一。黃鐵礦中Co和Ni常以類質(zhì)同象的方式替代黃鐵礦中的Fe,As則常置換S(Craig et al.,1998;嚴育通等,2012),當Co3+、Ni4+置換Fe2+或As+置換S2–時,黃鐵礦的晶胞參數(shù)將發(fā)生改變(徐國風和邵潔漣,1980; 陳光遠等,1988; Simon,1999),這種晶格的畸變有助于更多的微量元素能夠捕獲進入到黃鐵礦的晶體結(jié)構(gòu)中,例如Au、Ag、Cu、Mo等成礦元素(Reich et al.,2005; Deditius et al.,2011; Li et al.,2019a),此時這些微量元素的含量應(yīng)與Co、Ni、As元素含量呈正相關(guān)性。本次研究的含金黃鐵礦中Au、Ag均與Ni、As呈高度正相關(guān)性(表1),暗示著部分 Au、Ag進入到了黃鐵礦晶體結(jié)構(gòu)中,以不可見的晶格金、晶格銀形式存在其中,同時也表明Au、Ag、Ni、As元素在成礦流體中共同遷移富集。

圖4 金廠峪金礦床石英-鈉長石-多金屬硫化物脈礦石光學顯微鏡及掃描電鏡下照片F(xiàn)ig.4 Optical microscope and scanning electron microscope images of quartz-albite-polymetallic sulfide vein ore from Jinchangyu gold deposit

Reich et al.(2005)的研究表明,富砷黃鐵礦中Au的溶解量與As的對應(yīng)含量密切相關(guān),兩者間的關(guān)系可定義為曲線 CAu=0.02×CAs+4×10–5,曲線之上,Au以飽和的自然金(Au0)形式存在,而在曲線下方,Au以不飽和的固溶體形式(Au+)存在,該研究結(jié)果已被眾多學者用以判別 Au在黃鐵礦中的賦存狀態(tài)(例如,Large et al.,2009; Li et al.,2019a,b; 林祖葦?shù)?2019; Baidya et al.,2020)。本次研究結(jié)果顯示,金廠峪金礦含金黃鐵礦在曲線上方和下方均有較多測點分布,表明Au以不飽和的固溶體金及亞微米-納米自然金兩種狀態(tài)存在于黃鐵礦中(圖 5a),這與上述元素相關(guān)性分析結(jié)果及鏡下觀察到的大量自然金包體相吻合。元素相關(guān)性分析結(jié)果顯示(表1),黃鐵礦中除 Au-Ag呈明顯正相關(guān)性(r=0.66)外,其他能與Au化合的元素(例如Bi、Cu)均未和Au呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性,這說明黃鐵礦中的金礦物主要存在自然金和銀金礦(或金銀礦),其他金礦物包體含量較少。

有關(guān)輝鉬礦中 Au賦存狀態(tài)的研究資料較少,但輝鉬礦中 Cu、Pb、Bi、Ag均與 Au呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)分別為r=0.68、r=0.90、r=0.90、r=0.55)(表2),表明輝鉬礦中可能含有例如鉍金礦、銀金礦(或金銀礦)等金礦物包體,或 Au以類質(zhì)同象、超顯微納米顆粒賦存于輝鉬礦的銅鉛鉍硫化物包體中,至于 Au是否以晶格金的形式賦存于輝鉬礦中則仍需要進一步的研究。大量可見金及不可見金賦存于黃鐵礦及輝鉬礦中,暗示著石英-鈉長石-多金屬硫化物脈形成于金廠峪金礦的主成礦階段,且其中的黃鐵礦和輝鉬礦均為重要的載金礦物。

5.2 金廠峪金礦床含金黃鐵礦與輝鉬礦的關(guān)系

黃鐵礦中的Co/Ni值是判別黃鐵礦形成環(huán)境的重要參數(shù)(Bralia et al.,1979; 陳光遠等,1988; 周濤發(fā)等,2010),一般而言,沉積型黃鐵礦 Co/Ni值常小于 1,巖漿熱液型黃鐵礦 Co/Ni值常分布在 1～5之間,且變化范圍較大(李紅兵和曾凡治,2005),而變質(zhì)熱液型黃鐵礦流體來源主要為建造水和變質(zhì)水,其Co/Ni值常小于1或接近1(嚴育通等,2012)。在巖漿演化過程中,由于Ni2+的八面體擇位能比Co2+大的多(Ni2+:20.6 cal/mol,Co2+:7.4 cal/mol),故Ni2+在巖漿結(jié)晶的早期就大量進入鐵鎂造巖礦物中,而Co2+則在殘余巖漿或由巖漿冷凝析出的熱液中相對富集,加之在黃鐵礦形成時 Co2+置換 Fe2+的能力強于 Ni2+,因而巖漿熱液黃鐵礦中的 Co含量常高于甚至遠高于 Ni,即造成了巖漿熱液型黃鐵礦 Co/Ni值常大于 1甚至遠大于 1(童潛明,1986; 冷成彪,2017)。金廠峪金礦床中含金黃鐵礦的Co/Ni值絕大多數(shù)大于 1且變化范圍較大,符合巖漿熱液黃鐵礦特征。

由于Ni常替代黃鐵礦晶格中Fe的位置,并且在還原環(huán)境下活動性較弱,因而很難在后期的成巖及熱液擾動過程中遷移釋放出來(Tribovillard et al.,2006; Large et al.,2009),故黃鐵礦中的Ni含量相對較為穩(wěn)定,可提供一定的形成環(huán)境及物質(zhì)來源信息(Koglin et al.,2010; 趙海香等,2015)。在巖漿作用過程中,Ni在地幔或超鎂鐵-鎂鐵質(zhì)巖石中強烈富集(如地幔中平均 Ni含量為 1960×10–6(McDonough,2003)),而在地殼或經(jīng)歷高分異的中-酸性巖石中Ni的含量則明顯降低(如大陸地殼的平均 Ni含量為105×10–6(Taylor and Mclennan,1985; Taylor and Mlennan,1995))。金廠峪金礦中含金黃鐵礦的Ni含量變化范圍為 32.14×10–6～236.90×10–6,平均值為94.98×10–6,表明形成含金黃鐵礦的熱液流體可能主要來源于地殼或中酸性巖。

輝鉬礦中 Re的含量能提供物質(zhì)來源信息,成礦物質(zhì)由幔源-殼?；煸?殼源方向演化,輝鉬礦中Re的含量有遞減的趨勢(Mao et al.,1999),一般而言,成礦物質(zhì)主要來源于地幔,輝鉬礦中Re含量大于 100×10–6; 成礦物質(zhì)為殼幔混合源的輝鉬礦 Re含量多在幾十10–6; 而當成礦物質(zhì)完全來自殼源時,輝鉬礦 Re含量則常小于 10×10–6(孟祥金等,2007;Pa?ava et al.,2016; 周芳春等,2020)。金廠峪金礦中輝鉬礦的Re含量普遍較低,變化范圍為(0.3～9.6)×10–6,平均值為 3.6×10–6(Song et al.,2016),表明金廠峪金礦中輝鉬礦的形成也與殼源物質(zhì)高度相關(guān)。

上述特征表明,含金黃鐵礦和輝鉬礦的物質(zhì)來源相似,那么兩者是否為同一熱液流體的產(chǎn)物？兩者與金礦化之間又有何關(guān)系呢？通過研究發(fā)現(xiàn),盡管含金黃鐵礦和輝鉬礦具有相似的流體物質(zhì)源區(qū)特征且共同產(chǎn)出在石英-鈉長石-多金屬硫化物脈中,但鏡下礦相學特征顯示,金廠峪金礦石英-鈉長石-多金屬硫化物脈樣品中局部見輝鉬礦和金紅石交代含金黃鐵礦,形成港灣狀、浸蝕等交代特征結(jié)構(gòu)或充填在含金黃鐵礦的裂隙中(圖 4a–e),可知輝鉬礦和金紅石應(yīng)晚于含金黃鐵礦形成。而大量的金紅石與輝鉬礦共生,兩者無穿插交代關(guān)系,局部形成共結(jié)邊(圖 4a),表明金紅石和輝鉬礦為同一成礦熱液中形成。金紅石(TiO2)是一種成分簡單且鍵性很強的簡單氧化物,礦物結(jié)晶能力較強,因而常在熱液的早階段結(jié)晶出來(陳光遠等,1988)。如果金紅石、輝鉬礦與含金黃鐵礦為同一熱液流體的不同演化階段的產(chǎn)物,那么理論上金紅石應(yīng)早于含金黃鐵礦結(jié)晶,這與上述鏡下礦相學特征顯然不符。由此可知,金紅石、輝鉬礦與含金黃鐵礦并非同一熱液流體的產(chǎn)物。輝鉬礦中親鐵親銅元素(Cu、Pb、Bi等)及高場強元素(Nb、Ta、Hf等)平均含量普遍高于含金黃鐵礦約1～2個數(shù)量級(如附表1,2; 圖5b),亦暗示輝鉬礦和含金黃鐵礦形成于不同的成礦熱液。

金廠峪金礦黃鐵礦中包體金和裂隙金均有產(chǎn)出(圖 4),表明金廠峪金礦的形成經(jīng)歷了多階段的金富集沉淀過程(劉英俊和馬東升,1991),而大量裂隙金與鉛鉍硫化物一同形成在黃鐵礦裂隙中(圖 4i,l)及輝鉬礦中極高的鉛鉍金含量(附表 2),則表明輝鉬礦與含金黃鐵礦形成之后的金富集過程緊密相關(guān)。含金黃鐵礦中賦存的 Au在后期的碎裂、變形重結(jié)晶或熱液流體的改造過程中可以活化遷移再釋放而進一步濃集(Large et al.,2007; Cook et al.,2009;Fougerouse et al.,2016)。因而,輝鉬礦中平均Au含量較含金黃鐵礦高出近 2個數(shù)量級(圖5b),其中的Au來源可能有兩種解釋:1)先存含金黃鐵礦再活化來源; 2)新的富Au流體來源。本次研究發(fā)現(xiàn),金廠峪金礦床含金黃鐵礦普遍發(fā)育微裂隙(圖 4),表明黃鐵礦受到了強烈的擠壓碎裂作用; 黃鐵礦中發(fā)育較多的包體金,且 Au含量變化較大(BDL～6.36×10–6),而平均 Au 含量較低(均值為 1.36×10–6); 黃鐵礦富 Ti、Mo(附表 1),而輝鉬礦高度富 Fe(附表2),黃鐵礦局部發(fā)育明顯的溶蝕邊結(jié)構(gòu)(圖 4c),說明輝鉬礦、金紅石熱液流體與含金黃鐵礦進行了充分的水巖反應(yīng); 上述特征均暗示含金黃鐵礦中的Au可能經(jīng)歷了再活化遷移,濃集釋放過程(Cook et al.,2009; Fougerouse et al.,2016)。盡管形成輝鉬礦的成礦熱液是否本身富 Au尚不清楚,但可以明確的是,含金黃鐵礦的再活化對富金輝鉬礦的形成具有重要貢獻,輝鉬礦與Au的二次富集密切相關(guān)。由此推知輝鉬礦是金廠峪金礦主成礦階段的產(chǎn)物,同時,也可作為高品位金礦體的標志性礦物之一。

圖5 金廠峪含金黃鐵礦Au/As比值圖(a)和含金黃鐵礦與輝鉬礦微量元素平均含量特征對比圖(b)Fig.5 Binary plots of Au vs.As for auriferous pyrite from Jinchangyu gold deposit (a) and the average content of trace elements in a contrast diagram of pyrite and molybdenite from the Jinchangyu deposit (b)

Bai et al.(2019)對金廠峪金礦石英-硫化物脈中的含金黃鐵礦進行了Re-Os定年,獲得等時線年齡為(223.5±6.0) Ma,與 Song et al.(2016)輝鉬礦 Re-Os測年結(jié)果(等時線年齡為(223±4) Ma,加權(quán)平均年齡為(225±4) Ma)在誤差范圍內(nèi)基本一致。該結(jié)果表明輝鉬礦雖晚于含金黃鐵礦形成,但兩者可能為同一大的金成礦事件下不同成礦流體脈沖事件的產(chǎn)物,兩者的年代學數(shù)據(jù)均指示金廠峪金礦形成于中生代早期,可能與印支期構(gòu)造巖漿活動有關(guān)。

5.3 輝鉬礦 Re-Os方法測定石英脈型金礦成礦時代的適用性

石英脈型金礦由于圍巖蝕變較弱、成礦后熱擾動和構(gòu)造作用疊加破壞等因素的影響,使得難以選用合適的礦物開展常規(guī)同位素定年來直接獲取金礦的成礦時代,故早期一般利用與礦體有關(guān)的地質(zhì)體相互關(guān)系或與金礦伴生的蝕變巖或蝕變礦物的同位素年齡來間接的確定金礦的成礦時代(翟明國等,2001)。

近二十年來,部分學者先后采用石英流體包裹體Rb-Sr法、Ar-Ar法、熱液鋯石U-Pb法、硫化物Rb-Sr法對石英脈型金礦床進行了直接定年嘗試,盡管取得了一些成功的案例,但由于(1)Rb的易活動性,Rb-Sr封閉體系在中高溫及變質(zhì)事件中容易重新開放; (2)Ar為極為活潑的氣體元素,容易發(fā)生過?；騺G失; (3)次生包裹體難以剔除; (4)熱液鋯石與巖漿、變質(zhì)鋯石難以區(qū)分; (5)熱液鋯石成因機制復(fù)雜; (6)Rb-Sr在硫化物中的賦存狀態(tài)尚不清楚;(7)硫化物中的 Rb-Sr含量通常很低,常低于質(zhì)譜儀的檢測限; (8)Rb-Sr等時線的構(gòu)建,同源且具有差異明顯的Rb/Sr比值的樣品難以獲取等系列因素的影響,該類方法在成礦年代學研究中的應(yīng)用受到制約(劉建明等,1998; 魏俊浩等,2003; 畢詩健等,2008; 陳文等,2011)。

Re、Os均為高度親鐵和親硫元素,趨向于在地核和金屬硫化物中富集(杜安道等,2009),因而Re-Os同位素體系是目前金屬硫化物礦床成礦年代研究中最直接有效的定年手段。輝鉬礦是公認的Re-Os同位素定年代表性礦物,當前已在各種金屬硫化物礦床成礦年代學研究中獲得了廣泛的應(yīng)用(李晶等,2010; 李超等,2012),與其他定年體系及定年對象相比,通過輝鉬礦Re-Os方法測定石英脈型金礦的年齡具有以下幾點優(yōu)勢:1)輝鉬礦含有異常高的 Re含量(可達 10–6至百分級別(Stein et al.,2001)),且一般情況下基本不含有普通 Os(Markey et al.,1998; Stein et al.,2001; 杜安道等,2009),故相比黃鐵礦、毒砂、黃銅礦等低Re硫化物,輝鉬礦取樣量小,測年精度更高、可以實現(xiàn)年輕礦床的定年且單個樣品即可直接獲得模式年齡; 2)輝鉬礦Re-Os體系即使在極端的溫度-壓力環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定(Raith and Stein,2000; Stein et al.,2001,2003;Stein,2006),故在復(fù)雜的地質(zhì)背景下,其所獲得的地質(zhì)年齡結(jié)果可靠性更強; 3)輝鉬礦具有極高的Re/Os比,通過對單一輝鉬礦脈進行多次獨立分析,并進行類似鋯石 U-Pb定年的加權(quán)平均,可實現(xiàn)分離萬年時間尺度的高精度測年(例如Li et al.,2017),故能夠結(jié)合更為精細的成礦時間信息對石英脈型金礦的成礦作用過程進行解剖。

然而,金礦的形成往往具有多期性和階段性(張成喜,1989),因而厘清輝鉬礦與金礦化之間的確切關(guān)系,選取與金礦化同時代的輝鉬礦樣品是開展輝鉬礦Re-Os定年的前提,而在對野外地質(zhì)特征進行仔細觀察分析的基礎(chǔ)之上,對所采取的野外樣品進行詳盡的礦相學和微量元素特征分析是正確理解輝鉬礦和金成礦作用之間關(guān)系,獲取準確且具有地質(zhì)意義的輝鉬礦Re-Os年齡的關(guān)鍵。

6 結(jié)論

1)金廠峪金礦石英-鈉長石-多金屬硫化物脈形成于金廠峪金礦的主成礦階段,脈中產(chǎn)出的黃鐵礦和輝鉬礦均為重要的載金礦物。

2)輝鉬礦與金廠峪金礦 Au的二次富集密切相關(guān),是金廠峪金礦主成礦階段的產(chǎn)物,同時,也可作為金廠峪高品位金礦體的標志性礦物之一。輝鉬礦與含金黃鐵礦為印支期構(gòu)造巖漿活動背景中同一金成礦事件下不同成礦流體脈沖事件的產(chǎn)物。

3)在正確理解輝鉬礦與金成礦作用之間的確切關(guān)系,選取具有代表性的輝鉬礦樣品的前提下,輝鉬礦Re-Os方法是一種可靠的石英脈型金礦直接定年方法。

致謝:對幾位匿名審稿專家及編輯提出的寶貴意見及建議,在此致以衷心的感謝！

Acknowledgements:

This study was supported by National Key Research and Development Program of China (No.2018YFC0604106),and Ministry of Natural Resources of the People's Republic of China (No.KY-BR-XZ-202006).

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