門文輝

石湖金礦是冀西地區(qū)重要的金礦產(chǎn)地之一，其礦床成因一直是眾多地質(zhì)工作者關注的問題，對石湖金礦的礦物學、成礦規(guī)律、礦床成因等方面進行了系統(tǒng)研究，積累了詳實的地質(zhì)資料，對石湖金礦的礦床地質(zhì)特征、礦床成因、成礦規(guī)律等也有了較為成熟的認識，基本上認為石湖金礦與太行山中段的麻棚巖體存在著密切的成因聯(lián)系。

本文在詳細的礦床地質(zhì)研究的基礎上，從同位素組成特征方面進行了分析，探討了成礦物質(zhì)的來源，闡明了礦床成因機制，以期為太行山構造-巖漿-多金屬成礦帶內(nèi)金成礦研究提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

石湖金礦位于太行山構造-巖漿-多金屬成礦帶中部，區(qū)域出露的地層以阜平群中深變質(zhì)巖地層為主，包括四道河組、木廠組、漫山組、南營組、團泊口組、索家莊組等6個巖組，其原巖主要為陸源碎屑巖夾鎂質(zhì)碳酸鹽，變質(zhì)程度主要為高角閃巖相。其中團泊口組金平均含量可高達54.8×10-9，被認為是金成礦的良好礦源層。

區(qū)域褶皺構造主要表現(xiàn)為向E傾伏的陳莊大型復向斜的NW翼；區(qū)域斷裂構造主要包括與區(qū)域褶皺構造平行的近EW向展布的深大斷裂和NNE向、近NNW-SN向的韌-脆性斷裂，其中后者與區(qū)域Cu-Au多金屬礦產(chǎn)出關系密切。

區(qū)域巖漿巖包括燕山期花崗巖和大量中酸性脈巖，總體呈近SN向展布，具代表性的巖體為沿北冶-麻棚-楊家莊深大斷裂分部麻棚巖體和赤瓦屋巖體，多數(shù)學者認為麻棚巖體與區(qū)域金成礦作用具有內(nèi)在成因聯(lián)系。

2 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)地層主要為團泊口組和南營組，其中團泊口組與金成礦關系密切，根據(jù)巖性自下向上可劃分為3個巖性層，分別為下段為黑云斜長片麻巖、角閃黑云斜長片麻巖夾斜長角閃巖、透鏡狀含石榴子石斜長角閃巖，局部見肉紅色厚層狀含磁鐵鉀長淺粒巖；中段為黑云斜長片麻巖、鉀長淺粒巖和灰白色-灰綠色黑云斜長片麻巖；上段為黑云斜長片麻巖夾斷續(xù)斜長角閃巖透鏡體，中、下段為石湖金礦賦礦層位；礦區(qū)褶皺構造包括軸向NW展布的土嶺東溝-三棱尖南背斜構造和近EW向展布的坡梁尖-水泉向斜構造；斷裂構造主要表現(xiàn)為受NE向赤城-娘子關斷裂影響而形成的近SN向、NW向和NWW向疊加于早期EW向基底斷裂之上的斷裂構造，其中近SN向和NW向斷裂構造為區(qū)內(nèi)金礦體的控礦構造、控制了區(qū)內(nèi)礦體的空間展布特征；礦區(qū)巖漿巖主要為麻棚巖體及一系列與其有成因聯(lián)系的中酸性脈巖，筆者2014年測得麻棚巖體及外圍石英閃長玢巖脈的鋯石U-Pb年齡為135-136.0Ma，認為該期巖漿巖與石湖金礦礦床成因關系密切。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

石湖金礦區(qū)內(nèi)至今已發(fā)現(xiàn)50余條礦（化）帶，礦脈長度300～3200m，寬度0.1～40m不等，礦（化）帶分布嚴格受斷裂構造控制，多呈近SN向及NW向展布。其中101礦帶位于礦區(qū)中部，全長大于3200m，寬8～42m，走向334～5°，傾向E、傾角53～82°。帶內(nèi)101-4、101-2礦體規(guī)模較大，其余礦體規(guī)模均較小。

101-4礦體嚴格受斷裂構造控制，賦礦巖石為阜平群團泊口組構造角礫巖，礦體頂?shù)装宥酁槲g變程度不同的片麻巖及少量淺粒巖或斜長角閃巖等，少量為石英閃長玢巖。礦體呈斷續(xù)脈狀、扁豆狀、透鏡狀產(chǎn)出，走向和傾向均具有明顯的膨大收縮、分枝復合、尖滅再現(xiàn)、尖滅側現(xiàn)等特征。礦體產(chǎn)狀穩(wěn)定，337～342°∠53～80°。賦礦標高-32～655m，工程控制斜深約800m。礦石品位2.22～154.04×10-6，平均10.77×10-6，礦體厚0.36～4.96m，平均1.40m。

101-2礦體產(chǎn)出狀態(tài)與101-4特征相似，呈續(xù)脈狀、扁豆狀、透鏡狀產(chǎn)出，走向和傾向均具有明顯的膨大收縮、分枝復合、尖滅再現(xiàn)、尖滅側現(xiàn)等特征。以220m中段為界，上部傾向北西，下部傾向南東，走向320°，傾角65～82°。賦礦標高108-718m，控制斜深約420m。礦石品位1.52～342.71×10-6，平均8.71×10-6；礦體厚0.27～2.71m，平均1.70m。

3.2 礦石質(zhì)量特征

（1）礦物礦物組成

根據(jù)野外觀察及顯微鏡下鑒定，礦石貴金屬礦物為自然金、銀；金屬礦物主要為黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、斑銅礦、磁鐵礦等；非金屬礦物主要為石英、絹云母、綠泥石、方解石、白云石、高嶺石等。主要金屬礦物特征如下：

黃鐵礦：金屬光澤，淺黃色，半自形-自形晶體顆粒，粒徑在0.05-2mm之間，部分＞5mm。可能受后期構造活動影響，普遍具碎裂結構，被晚期形成的閃鋅礦、方鉛礦膠結或被閃鋅礦、黃銅礦交代，為主要載金礦物。

閃鋅礦：它形-半自形粒狀，粒徑在0.05-2.5mm之間，與方鉛礦、黃銅礦和黃鐵礦密切共生。顯微鏡下常見其交代黃鐵礦，后期又被方鉛礦交代。晶體內(nèi)常出溶乳滴狀黃銅礦。

方鉛礦：半自形-自形粒狀，粒徑在 0.5-5mm 之間，沿黃鐵礦和閃鋅礦裂隙充填或交代分布。

黃銅礦：主要以它形粒狀和乳滴狀產(chǎn)出，它形粒狀多不規(guī)則形態(tài)，部分沿黃鐵礦裂隙交代黃鐵礦；乳滴狀出溶于閃鋅礦內(nèi)，多具熔離結構。

（2）礦石結構構造

石湖金礦礦石構造主要有塊狀構造、浸染狀構造、角礫狀構造、星點狀構造、細脈狀構造、多孔狀構造等。

塊狀構造：黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦與石英組成致密塊狀礦物集合體，形成塊狀礦石；浸染狀構造：不規(guī)則狀硫化物礦物呈半自形-他形等分散在石英脈和硅化巖內(nèi)；角礫狀構造：圍巖角礫被黃鐵礦-石英膠結形成角礫狀構造；另一種是早階段的黃鐵礦-石英脈被破碎成角礫并被其他多金屬硫化物所膠結；星點狀構造：成礦早期自形程度好的黃鐵礦呈星散狀分布于乳白色石英脈內(nèi)；呈斑點狀產(chǎn)出；細脈狀構造：多金屬硫化物呈細脈狀充填于石英脈中，或晚階段金屬硫化物呈細脈狀充填于早期硫化物裂隙內(nèi)；多孔狀、蜂窩狀構造：常見于近地表氧化礦石內(nèi)，硫化物氧化流失后形成蜂窩狀構造。

礦石結構有自形晶粒狀結構、半自形-它形晶粒狀結構、侵蝕結構、交代殘余結構、壓碎結構、包含結構和乳滴狀結構等。

自形晶粒狀結構：黃鐵礦以自形粒狀分布于石英脈中，其后期往往發(fā)育碎裂，具碎裂結構，但自形晶輪廓清楚；半自形-他形晶粒狀結構：石英脈或蝕變巖內(nèi)黃鐵礦呈半自形-他形不規(guī)則晶粒星散狀分布，常與方鉛礦、閃鋅礦等金屬硫化物構成多金屬硫化物礦石，礦石內(nèi)方鉛礦、閃鋅礦主要呈不規(guī)則它形粒狀結構；侵蝕結構：成礦早階段形成的黃鐵礦，被晚階段方鉛礦、閃鋅礦交代，部分閃鋅礦又被稍晚的方鉛礦交代。鏡下可見早期黃鐵礦晶體邊界具不規(guī)則港灣狀或侵蝕凹陷；交代殘余結構：不同階段硫化物礦物間的相互交代，如晚階段方鉛礦、黃銅礦沿閃鋅礦裂隙或邊界交代，使方鉛礦內(nèi)出現(xiàn)閃鋅礦殘留；碎裂結構：早期自形黃鐵礦被壓碎后由石英所充填膠結；乳滴狀結構：鏡下常見黃銅礦在閃鋅礦內(nèi)呈乳滴狀產(chǎn)出。

3.3 礦石類型

石湖金礦載金金屬硫化物礦物主要為黃鐵礦，根據(jù)礦石礦物組成和礦石結構構造，將礦石分為4種類型：含金褐鐵礦化礦石：產(chǎn)于地表或近地表，為原生礦氧化后形成，占礦石總量的5%；石英-多金屬硫化物礦石：主要分布在斷裂帶的硅化帶中，為石湖金礦的主要工業(yè)礦體，約占礦石總量的50%；石英-黃鐵礦-粗脈礦石：主要分布于構造虛脫部位，如復式褶皺次級背斜鞍狀虛脫部位，約占礦石總量的30%，含金硫化物為黃鐵礦；網(wǎng)脈浸染狀金礦石：分布于控礦斷裂帶的次級斷裂內(nèi)，占礦石總量的15%，礦石礦物常呈稀疏浸染狀產(chǎn)出，且含金量較低，常呈網(wǎng)脈狀形成工業(yè)礦體。

3.4 金的賦存狀態(tài)

礦石內(nèi)金主要以自然金、銀金礦、金銀礦等形式在黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦等硫化物中產(chǎn)出。按粒度分為明金、顯微金和晶格金等三種。明金一般賦存于近地表氧化帶內(nèi)，粒度2-3mm，呈橢圓形和長條形分布于硫化物礦石內(nèi)，數(shù)量極少；顯微金分布于硫化物（如黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦等）礦物裂隙、粒間或礦物內(nèi)部，常形成裂隙金、粒間金和包體金。綜合前人統(tǒng)計結果，裂隙金約占36%，粒間金約占40%，包體金約占24%。金礦物粒徑多在0.074-0.3mm（約占50%）和0.01-0.074mm（約占48%），為中粗粒金，另有少量微粒金（＜0.001mm，約占2%）。金礦物形態(tài)較復雜，有橢圓粒狀、角礫狀、樹枝狀、針狀、圓粒狀等。張步升還通過對黃鐵礦的物相分析，發(fā)現(xiàn)黃鐵礦中存在晶格金，多以Au+和Au-的形式出現(xiàn)。

4 同位素組成特征

實踐證明，同位素組成特征在判斷成礦礦質(zhì)來源、成礦流體來源及演化歷史、礦石沉淀析出條件等方面都起到了重要的作用。本文通過資料收集整理，分析同位素地球化學特征，旨在對石湖金礦成礦物質(zhì)來源進行梳理，為礦床成因研究提供依據(jù)。具體特征如下：

4.1 石英脈流體包裹體C-H-O同位素特征

研究δD與δ18O是示蹤成礦作用過程中水溶液來源的重要手段。不同來源成礦流體具有不同δD、δ18O同位素組成。石湖金礦石英脈中流體包裹體的δDV-SMOW介于-87～101‰之間，δ18OW-SMOW介于6.2～8.2‰之間，在δDV-SMOW-δ18OQ-SMOW關系圖中投點落在巖漿水、變質(zhì)水和大氣降水之間的范圍內(nèi)，最靠近巖漿水，表明石湖金礦成礦熱液氫氧同位素組成具有多源特征，為受大氣降水和變質(zhì)水共同影響的深部巖漿熱液。

流體包裹體碳同位素δ13C（‰）值在-5.76～-4.29‰之間，接近于“初生碳”同位素（-5～7δ13C(‰)），且變化范圍較小。表明石湖金礦成礦流體中碳為巖漿或地幔熱液來源。氧同位素變化范圍較窄，+4.56～+5.48‰，多數(shù)集中5‰左右，反映成礦流體中氧同位素均一程度很高，來源與碳同位素一致，也為巖漿或地幔熱液源。

4.2 多金屬硫化物S、Pb同位素特征

（1）S同位素特征

硫同位素研究是探討礦床成因、示蹤成礦物質(zhì)來源和劃分成礦時代等的有效途徑之一。金的親硫性特征更決定了研究金質(zhì)來源必須以研究礦床中硫的來源為基礎。一般將成礦熱液的總硫同位素分為三種類型：①δ34S接近于0，一般認為是幔源硫或地殼深部大量物質(zhì)均一法的結果；②δ34S為較大的正值，有時達+20‰左右，大多為海水或沉積地層硫；③混合硫，不同硫同位素來源的混合，δ34S介于上述兩種類型之間為+5～+15‰。

石湖金礦區(qū)金屬硫化物δ34S數(shù)據(jù)在-2.15～4.01×10-3之間，平均值為1.67×10-3，變化范圍較小。同位素組成直方圖中δ34S分布相對集中且塔式分布明顯，說明成礦物質(zhì)在運移過程中發(fā)生過S均一化作用，表明石湖金礦區(qū)δ34S主要來源于深部地幔，也反映成礦流體主要為巖漿熱液來源。

（2）Pb同位素

鉛同位素組成除受放射性衰變和混合作用影響外，不會在物理、化學和生物作用過程中發(fā)生變化，即在礦質(zhì)運移和沉淀過程中鉛同位素組成保持不變。因此鉛同位素被廣泛應用于示蹤成礦物質(zhì)來源、判別構造環(huán)境等方面的研究。

石湖金礦區(qū)礦石鉛同位素組成變化范圍較窄，208Pb/204Pb=27.121～38.496、207Pb/204Pb=15.134～ 15.667、206Pb/204Pb=16.002～18.100，表明礦床鉛成熟度較高，且富集鈾鉛、虧損釷鉛，表現(xiàn)出明顯的巖漿熱液成因鉛特點。

在R.E.Zartman（1979）鉛同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb構造環(huán)境判別圖解上，所有樣品均集中在下地殼演化線兩側，部分樣品靠近上地幔演化線，總體反映鉛源較深，主要來源于下地殼，且具有殼?；旌香U源的特征。在礦石鉛同位素△β-△γ成因分類圖解亦有相同特征，表明礦石鉛同位素主要分布在深變質(zhì)下地殼鉛和地幔源鉛范圍內(nèi)，與硫源特征基本一致。

5 礦床成因淺析

5.1 成礦物質(zhì)來源

（1）阜平群團泊口組地層中Au、Ag等成礦元素具有較高的背景值。Au平均含量約為地殼豐度的17.9倍，為區(qū)域背景的19.2倍，Ag為地殼豐度的1.7倍，而其他元素含量均低于地殼豐度和區(qū)域背景值。前人研究認為，該區(qū)團泊口組內(nèi)部夾斜長角閃巖為原始沉積形成時基性火山巖的加入，Au質(zhì)可能隨基性火山巖進入到地層，隨后在歷經(jīng)區(qū)域變質(zhì)、混合巖化等地質(zhì)作用過程中遷移富集，最終在團泊口組地層中形成較高的含Au背景。因此，團泊口組地層是石湖金礦潛在的礦源層。

（2）麻棚巖體斑狀花崗巖Au平均含量2.46×10-9，花崗閃長巖Au平均含量1.5×10-9，石英閃長巖Au平均含量0.6×10-9，較世界花崗巖（4.5×10-9）含量低，整體表現(xiàn)含金性較差，可能不是石湖金礦的主要成礦母巖，只是在礦質(zhì)運移及沉淀過程中提供了部分成礦物質(zhì)和成礦流體。

（3）石英閃長玢巖脈的Au含量平均可達28×10-6。但由于石英閃長玢巖脈與礦體關系密切，且部分為礦體的直接頂?shù)装?，因此其高的含金性可能是脈巖先于成礦侵入到斷裂破碎帶后，在后期成礦熱液流經(jīng)脈體時對其混染礦化蝕變作用的結果，所以石英閃長玢巖脈的高含金性不能作為判斷成礦物質(zhì)來源的依據(jù)。

5.2 成礦機理

晚太古代至早元古代阜平群富Au原巖沉積地層經(jīng)歷了強烈的阜平造山運動，受其影響區(qū)域地層經(jīng)歷了強烈的區(qū)域變質(zhì)作用和混合巖化作用，使原始沉積地層中的Au質(zhì)在團泊口組地層中聚集形成較高的含金背景。隨后呂梁運動使區(qū)域整體隆升，進入穩(wěn)定的蓋層演化階段，區(qū)域總體構造格架未發(fā)生明顯的改造作用。

中生代以來，區(qū)域地層發(fā)生強烈的NE及NNE向構造-巖漿活動及與之相應的成巖成礦作用。主要表現(xiàn)為深埋的阜平群地層發(fā)生部分熔融和大量下地殼或上地幔物質(zhì)的上升侵位，形成區(qū)域花崗巖體（麻棚巖體、赤瓦屋巖體）的原始巖漿，同時大規(guī)模構造-巖漿活動促使早期近SN向斷裂構造活化，為巖漿就位及熱液的運移提供了有利的成礦空間和運移通道。在巖漿向淺部運移過程中發(fā)生充分的結晶分異，并形成富集成礦流體，流體沿構造通道繼續(xù)向上運移過程中，與圍巖進行了充分的水巖反應，并萃取圍巖地層中的Au，使其含金性進一步提高，當流體進入張性構造裂隙時發(fā)生減壓沸騰，并受大氣降水和變質(zhì)流體的耦合作用，最終在成礦有利部位沉淀成礦。

6 結論

（1）C-H-O同位素組成特征分析表明石湖金礦成礦流體為與麻棚巖體有關的受大氣降水和變質(zhì)水影響的巖漿期后熱液；S-Pb同位素分析表明，石湖金礦成礦物質(zhì)來源較深，可能來源于下地殼或上部地幔，或者為二者的轉換部位。

（2）結合礦床地質(zhì)特征及礦床成因淺析，筆者認為石湖金礦為受深部巖漿期后熱液影響而形成的石英脈型金礦床。