老王寨金矿床同位素组成特征及其地质意义*

邓碧平 刘显凡 卢秋霞 赵甫峰

(成都理工大学地球科学学院)

位于云南省中南部的哀牢山金矿带是我国重要的新生代金成矿带，带内已发现大坪、墨江、老王寨等大型、超大型金矿床，其中镇沅老王寨金矿规模最大，是超基性岩、玄武岩、煌斑岩、浅变质细碎屑岩等构造破碎蚀变岩型金矿床。毕献武等［1］对金主成矿阶段的石英采用电子顺磁共振方法获得老王寨金矿床的成矿时代为37.9～54.2 Ma，与喜马拉雅早期相当。近年来，一部分学者认为，早期成矿流体主要以岩浆水为主，晚期有大气降水的混入［2-3］，另一部分学者则认为，成矿流体来源于地球深部［4-6］。关于金矿带内成矿流体的来源还有较大的分歧。最近，愈来愈多的研究表明深源流体参与了金成矿带的深部地质过程［7-9］。目前，已有学者对老王寨金矿床的成矿作用进行了大量研究，但涉及成矿流体的来源、特征、性质等重要方面仍存在争议。本研究通过对老王寨金矿床主要岩(矿)石H、O同位素以及C、S同位素综合研究重点探讨老王寨金矿床成矿流体的来源和特征。

1 矿床地质特征

老王寨金矿床各矿段的产出总体表现为石炭系浅变质岩、北西向断裂、岩浆岩(如:在冬瓜林矿段主要表现为石英斑岩类与蚀变煌斑岩控矿，而在老王寨矿段主要表现为蚀变玄武岩类与超基性岩控矿)及古火山机构共同控制。矿床中金矿体形态主要有脉状、条带状、似层状、透镜状、不规则状。矿体沿断裂带还表现出分枝复合、成群产出的特征。矿区内产出的超基性岩主要有橄辉岩、纯橄岩、辉石岩、辉橄岩，见有少量呈脉状产出的石英斑岩，主要在海西晚期—印支期［10］形成。矿床中尤其是煌斑岩类与基性熔岩类与矿化关系较为密切［11-12］。基性熔岩类以玻基玄武岩、粒玄岩为主。煌斑岩类形成于新生代［13］，以云煌岩为主，主要呈脉岩产出，矿物组成主要有黑云母、辉石、斜长石、钾长石，具有煌斑结构，以黑云母斑晶为主，其中部分斑晶(黑云母)被纤闪石交代，并沿纤闪石粒间与黑云母解理缝贯入一种呈不均匀团斑状、细脉状的黑色不透明物质，同时叠加有长英质矿物(为硅碱质蚀变)，这种伴随显晶交代蚀变作用的黑色不透明物质在矿区各类蚀变矿化岩中大都有不同程度的发育。主要的矿石构造有层纹状、斑杂状、细脉浸染状、网状、角砾状、条带状。主要的矿石结构有增生环带结构、包裹结构、压碎粒状结构、固溶结构、充填或穿插交代结构。矿石中的主要金属矿物有毒砂、黄铁矿;金矿物主要有自然金，含少量银金矿、银自然金;主要的非金属矿物有绢云母、铁白云石、长石、菱铁矿。矿石类型主要有构造蚀变岩型和石英脉型［14-15］。

矿区围岩蚀变类型主要有硅化、蛇纹石化、硫化物化、绢云母化、碳酸盐化、纤闪石化、绿泥石化，其中，在多期蚀变与多种蚀变(如:碳酸盐化、硅化、硫化物化)叠加部位的金矿化最强。依据形成共生矿物组合的先后顺序和围岩蚀变组合特征将成矿过程划分为:含少量金矿化的高温白钨矿－石英脉成矿前阶段;含自然金－毒砂－黄铁矿的绢云母化－黄铁矿化－碳酸盐化－硅化阶段或自然金－辉锑矿－黄铁矿的黄铁矿化－碳酸盐化主成矿阶段;几乎无金矿化的方解石－石英成矿后阶段［16］。

2 岩矿石同位素组成特征

2.1 氢、氧同位素组成特征

老王寨金矿各类岩矿石的氢、氧同位素组成见表1。从表中可以看出，氢、氧同位素组成具有以下特征:①氢同位素组成范围较宽，δDH2O为-105.10‰～－50.30‰，氧同位素组成相对集中，δ18OH2O主要为3.12‰～9.87‰;②不同矿化阶段具有不同的氢、氧同位素组成，早期矿化形成的白钨矿石英脉δDH2O为 －68.10‰ ～ －74.29‰，δ18OH2O为 4.81‰ ～8.13‰，该期矿化形成的石英脉δDH2O为－105.10‰～ －60.02‰，δ18OH2O为7.45‰ ～11.76‰，主要成矿期 δDH2O为 －95.80‰ ～ －50.30‰，δ18OH2O除 2 件样品为1.60‰外，其余为3.12‰～6.52‰，晚期矿化阶段形成的硫化物石英脉 δ18OH2O为 4.95‰ ～6.91‰;③不同类型矿石的氢、氧同位素组成有明显的差异，蚀变超基性岩型矿石和蚀变基性火山岩型矿石δ18OH2O为5.01‰～6.31‰，绢云母板岩型矿石δDH2O为 －95.80‰ ～ －87.40‰，δ18OH2O为 1.60‰ ～6.52‰，酸性斑岩型矿石 δDH2O为 －50.30‰，δ18OH2O为6.23‰。

表1 老王寨金矿床岩矿石中矿物氢、氧同位素组成 ‰

矿区样品主要分布于岩浆水区域附近，由于变质水和大气降水的混合而表现为一定程度的漂移和分散，但混合水中应以岩浆水为主(Sheppard等［18］认为 δ DH2O为 － 80‰ ～ －40‰、δ18OH2O为 5 .5‰ ～9.5‰的水具有岩浆水性质);而不同性质水的混合导致投点漂移和分散，暗示来自深部地幔具有熔浆性质的含矿流体与地壳岩石相互作用，不可避免地混入地壳(地层)水、变质水和大气降水。这种作用和流体性质转化可能促进矿质的沉淀和聚集。

2.2 碳同位素特征

老王寨金矿床主要岩矿石中脉石矿物的碳、氧同位素组成见表2。从表中可以看出，脉石矿物的碳、氧同位素组成具有以下特征:①不同类型矿石和煌斑岩的 δ13CPDB为 －5.56‰ ～ －1.49‰，、δ18OSMOW为12.70‰～17.88‰，表明成矿流体中的碳总体来源相似;②围岩中晚期方解石脉的 δ13CPDB和δ18OSMOW分 别 为 0.60‰ ～1.39‰ 和 18.00‰ ～21.10‰，可与麻洋河含碳泥灰岩的δ13CPDB和δ18OSMOW(分别为1.76‰和20.27‰)对比，但与矿石的δ13CPDB和δ18OSMOW有较大差别，暗示后者可能受到某种程度的混染。

表2 老王寨金矿床岩矿石中脉石矿物碳、氧同位素组成 ‰

已有研究表明，金刚石、碳酸岩、大洋玄武岩、地幔包体等地幔样品的δ13CPDB值较为分散(大致为0～ －35‰)，但主要为 －2‰ ～－9‰，地幔δ13CPDB值的主峰值区为－4‰～－8‰［20］。尽管不同成因碳酸盐的碳同位素组成有较多重叠，但统计分析结果显示不同成因碳酸盐的δ13CPDB值总体上呈正态分布，其峰值范围较为稳定，如岩浆成因碳酸盐的δ13CPDB峰值范围为 －2‰～－10‰，主峰为－5‰附近(落在地幔δ13CPDB的主峰值区内)，海相碳酸盐的δ13CPDB峰值范围为－3‰～2‰，主峰为0附近。上述分析表明，老王寨金矿床中不同类型矿石的碳同位素组成明显表现为幔源特点;而围岩中晚期方解石脉的碳同位素则可能受到海相碳酸盐碳同位素的混染。

地球化学研究表明，矿床中的煌斑岩为交代富集地幔部分熔融作用的产物［19，21-22］，其碳同位素组成具有典型的幔源特征，而不同类型矿石的碳同位素组成与此接近但有一定漂移;成矿流体主要源于与煌斑岩浆同源并共同运移，但又互不混溶并可适时分溶或熔离的含矿地幔流体，在参与成矿过程中，伴随与地壳物质和流体相互作用，导致含矿地幔流体属性由熔浆向热液转化;穿插于煌斑岩中的黑色不透明超显微隐晶物质的组构特征表明石膏与黄铁矿伴生等超微观特征，正是这一流体作用和演化的直接微观证据。

2.3 硫同位素特征

老王寨金矿床矿石矿物硫同位素组成测试结果见表3。除个别样品分散外，不同矿段和矿石类型的矿石矿物的δ34S值相对集中，变化范围为－2.37‰～3.7‰，极差为6.07‰，平均值为0.607‰。在硫同位素组成直方图上呈明显的塔式效应，且δ34S峰值在0附近，为典型的幔源硫特征，说明矿床的成矿流体主要源自地幔，见图1。黄智龙等［24］对老王寨金矿床硫同位素组成统计分析，也证明了成矿流体中的硫源于深部地幔。

表3 老王寨金矿床硫同位素组成 ‰

图1 老王寨金矿床硫同位素组成

3 结语

(1)老王寨金矿绝大多数矿石的 δDH2O和δ18OH2O分别为 －95.8‰ ～ －50.3‰和 4.81‰ ～9.87‰，都主要分布在岩浆水的氢、氧同位素组成范围之内。因此，成矿流体中的水主要为岩浆水。当然，来自地下深部地幔的岩浆水沿深大断裂往上运移过程中，由于伴随着强烈的构造作用和成矿作用，不可避免地混入了地壳(地层)水、变质水以及大气降水。

(2)矿区(岩)矿石中不同成因碳酸盐的δ13CPDB值呈正态分布，其峰值范围较为稳定，其中岩浆成因碳酸盐的δ13CPDB峰值范围为 －2‰ ～－10‰，主峰为－5‰附近，落在地幔δ13CPDB的主峰值区内。由此可见，老王寨金矿床碳同位素组成明显具有幔源特点。地球化学研究也表明，矿区煌斑岩为交代富集地幔部分熔融作用的产物，伴随岩浆活动过程中的地幔去气和岩浆去气作用形成的CO2是蚀变流体和成矿流体的主要来源，岩(矿)石中的碳酸盐的碳同位素又充分显示形成碳酸盐的CO2主要来源于地幔。

(3)不同矿段、不同矿石类型和不同矿物的δ34S值集中于 －2.37‰ ～3.7‰，平均为0.607‰，在硫同位素组成直方图上呈明显的塔式效应，且δ34S峰值在0附近，为典型的幔源硫特征。

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