小秦岭大湖金钼矿床地质特征及成矿流体

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.116

现代地质 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (06): 1536-1550.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.116

• 秦岭金——多金属成矿作用 • 上一篇下一篇

小秦岭大湖金钼矿床地质特征及成矿流体

郭云成¹^,²(), 刘家军²^,³(), 尹超²^,³, 郭梦需²^,³

1.中国地质调查局烟台海岸带地质调查中心,山东烟台 264000
2.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院,北京 100083
3.中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室,北京 100083

收稿日期:2021-05-19 修回日期:2021-10-30 出版日期:2021-12-10 发布日期:2022-02-14
通讯作者: 刘家军
作者简介:刘家军,男,教授,博士生导师,1963年出生,矿物学、岩石学、矿床学专业,从事矿床学和矿床地球化学教学和研究工作。Email: liujiajun@cugb.edu.cn。
郭云成,男,助理工程师,1990年出生,矿物学、岩石学、矿床学专业,从事矿产勘查及矿床地球化学研究工作。Email: 836648647@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金重大研究计划重点项目(92062219);国家自然科学基金重点项目(41730426);中国地质调查局项目“胶西北地区金矿资源勘查”(DD20208006)

Geological Characteristics and Ore-forming Fluids of the Dahu Au-Mo Deposit in Xiaoqinling Gold Field

GUO Yuncheng¹^,²(), LIU Jiajun²^,³(), YIN Chao²^,³, GUO Mengxu²^,³

1. Yantai Center of Coastal Zone Geological Survey,China Geological Survey,Yantai,Shandong 264000,China
2. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083,China
3. State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China

Received:2021-05-19 Revised:2021-10-30 Online:2021-12-10 Published:2022-02-14
Contact: LIU Jiajun

摘要/Abstract

摘要：

小秦岭地区位于华北克拉通南缘,赋存许多大型-超大型的金矿床,大湖金钼矿床位于小秦岭北矿带。大湖金钼矿床成矿具有多期多阶段特点,包括热液期和表生期,根据矿脉穿切关系、矿石的矿物组成以及结构、构造研究,热液期分为4个成矿阶段,即石英-钾长石-辉钼矿阶段(Ⅰ)、石英-黄铁矿-自然金阶段(Ⅱ)、石英-多金属硫化物-自然金阶段(Ⅲ)和石英-碳酸盐阶段(Ⅳ)。流体包裹体岩相学、激光拉曼成分分析和冷热台测温结果表明,大湖金钼矿的初始成矿流体属H₂O-CO₂-NaCl体系,包裹体分为三种类型,即CO₂-H₂O型包裹体(C型)、水溶液型包裹体(W型)和纯CO₂型包裹体(PC型)。成矿Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ阶段包裹体均一温度范围分别为275.3~350.0 ℃、260.0~312.7 ℃、245.3~287.6 ℃和237~251 ℃,流体盐度范围为5.2%~16.7%,密度为0.777~1.108 g/cm³,为中-高温、中-低盐度、低密度流体,与变质流体特征一致。均一温度从Ⅰ阶段→Ⅳ阶段呈逐渐下降趋势,盐度从Ⅰ阶段→Ⅲ阶段逐渐降低,Ⅳ阶段沸腾作用使流体中的气体组分逸出,导致剩余流体的浓缩盐度增高。流体成矿压力范围为58.0~196.3 MPa,对应成矿深度范围为3.0~7.1 km。矿区普遍存在的围岩蚀变表明水岩反应强烈,氢同位素δD为-90‰~-44‰,成矿流体氧同位素δ¹⁸O_水范围为2.1‰~5.9‰,属于变质热液范围;在δ¹⁸O_水-δD组成图解投图中落在变质水范围左下侧,Ⅱ、Ⅲ阶段样品的δ¹⁸O_水较Ⅰ阶段整体左移,表明高温变质流体与围岩(斜长角闪岩等变质岩)发生水岩反应,导致同位素互换平衡。大湖金钼矿床受区域近东西向断裂构造控制,属典型的断控脉状矿床,成矿流体以变质水为主,矿床主要特征与典型的造山型金矿特征相符。

关键词: 小秦岭, 大湖金钼矿床, 流体包裹体, 氢氧同位素, 造山型金矿床

Abstract:

The Xiaoqinling district, located on the southern margin of the North China Craton, is the second largest gold province in China.The Dahu is a typical Au-Mo deposit on the northern margin of the Xiaoqinling terrane, and is hosted by migmatitic granites and biotite-plagioclase gneiss of the Taihua supergroup metamorphic complex.According to crosscutting relationships and mineral assemblages, the hydrothermal ore-forming process can be divided into four stages, including quartz-K-feldspar-molybdenite assemblage(Ⅰ), quartz-pyrite-molybdenite assemblage(Ⅱ), quartz-pyrite-polymetallic sulfide assemblage(Ⅲ), and quartz-calcite assemblage(Ⅳ).Petrographic, fluid inclusion microthermometric and micro-Raman spectroscopic analyses reveal three types of fluid inclusions in quartz, i.e., CO₂-H₂O (C-type), H₂O-solution (W-type), and pure CO₂(PC-type). Stage Ⅰ quartz mainly contains C-type, PC-type, and W-type inclusions.Homogenization temperatures of C-type inclusions vary from 275.3 to 350.0 ℃ with salinity of 6.3% to 14.7%, and have δ¹⁸O_water values from 4.6‰ to 5.9‰ and δD values from -82‰ to -63‰.Stage Ⅱ quartz mainly contains C-type inclusions with small amounts of PC-type and W-type inclusions.Their C-type inclusions homogenized at 260.0 to 312.7 ℃, lower than that of stage Ⅰ.The fluid salinities vary from 2.2% to 17.5%.The fluids have δ¹⁸O_water values from 3.0‰ to 4.5‰ and δD values from -90‰ to -50‰.Maximum trapping pressure estimated from the CO₂-H₂O inclusions are 196 MPa for stage Ⅱ, corresponding to 7.1 km depth.The ore-forming fluid is characterized by meso- to hypothermal, CO₂-rich and low salinity, resembling typical metamorphic fluids.Hydrogen-oxygen isotope signatures indicate that the fluids were originated from metamorphic devolatilization.The reactions of metamorphic fluid with the wallrocks may have led to the isotope exchange.Therefore, the Dahu Au-Mo deposit is best classified to be an orogenic-type gold deposit.

Key words: Xiaoqinling district, Dahu Au-Mo deposit, fluid inclusion, H-O isotope, orogenic gold deposit

中图分类号:

P618.51

郭云成, 刘家军, 尹超, 郭梦需. 小秦岭大湖金钼矿床地质特征及成矿流体[J]. 现代地质, 2021, 35(06): 1536-1550.

GUO Yuncheng, LIU Jiajun, YIN Chao, GUO Mengxu. Geological Characteristics and Ore-forming Fluids of the Dahu Au-Mo Deposit in Xiaoqinling Gold Field[J]. Geoscience, 2021, 35(06): 1536-1550.

图/表 14

图1 小秦岭金矿区地质简图(据陈衍景[16]修改)

Fig.1 Geologic map of the Xiaoqinling gold field (modified after Chen[16])

图2 大湖金钼矿床地质简图及采样位置示意图(底图据孙卫志等[4]修改)

Fig.2 Geologic map of the Dahu Au-Mo deposit and sketch map of the sampling locations (modified from Sun et al.[4])

图3 大湖金钼矿床第0勘探线剖面图及采样位置示意图(底图据孙卫志等[4]修改)

Fig.3 Profile of No.0 Exploration Line in the Dahu Au-Mo deposit, and sketch map of the sampling locations (modified from Sun et al.[4])

图4 大湖金钼矿床矿石手标本特征 (a)早阶段石英、钾长石和辉钼矿共生;(b)早阶段立方体状黄铁矿和辉钼矿共生;(c)中阶段条带状黄铁矿和石英共生;(d)中阶段致密团块状黄铁矿和石英共生;(e)烟灰色石英和黄铁矿、方铅矿共生;(f)表生期矿石发生褐铁矿化、孔雀石化。Py.黄铁矿; Qtz.石英;Mo.辉钼矿;Gn.方铅矿;Kfs.钾长石;Mal.孔雀石;Lm.褐铁矿

Fig.4 Characteristics of ore hand-specimen from the Dahu Au-Mo deposit

图5 大湖金钼矿床矿物组成特征(单偏光) (a)Ⅰ阶段石英颗粒边部自然金;(b)Ⅰ阶段辉钼矿放射状集合体;(c)Ⅰ阶段自形立方体状黄铁矿;(d)Ⅱ阶段黄铁矿中的自然金颗粒;(e)Ⅲ阶段黄铜矿交代黄铁矿;(f)Ⅲ阶段方铅矿交代黄铁矿;(g)赤铁矿胶结早期石英角砾;(h)Ⅳ阶段石英、方解石脉中的黄铁矿。Py.黄铁矿; Au.自然金;Qtz.石英;Mo.辉钼矿;Ccp.黄铜矿;Gn.方铅矿;Hem.赤铁矿;Cal.方解石

Fig.5 Characteristics of mineral compositions from the Dahu Au-Mo deposit

图6 大湖金钼矿床矿物结构和围岩蚀变特征((a)和(b)为正交偏光,其余为单偏光) (a)斜长石表面发生绢云母化;(b)Ⅰ阶段中的微斜长石具格子双晶;(c)Ⅱ阶段黄铁矿和辉钼矿共生;(d)Ⅱ阶段黄铁矿和辉钼矿共生;(e)Ⅱ阶段辉钼矿沿石英裂隙发育;(f)Ⅱ阶段黄铁矿的碎裂结构;(g)Ⅲ阶段方铅矿的揉皱结构;(h)Ⅲ阶段黄铁矿、黄铜矿、方铅矿和闪锌矿共生。Pl.斜长石;Mi.微斜长石;Qtz.石英;Mo.辉钼矿;Py.黄铁矿;Ccp.黄铜矿;Gn.方铅矿; Sp.闪锌矿

Fig.6 Characteristics of mineral texture and wallrock alteration in the Dahu Au-Mo deposit

表1 大湖金钼矿流体包裹体测温试验样品特征

Table 1 Characteristics of fluid inclusions samples for microthermometric analysis from the Dahu Au-Mo deposit

样品号	成矿阶段	采样位置	样品特征描述
16DH-49	Ⅰ	F35矿脉矿石堆	乳白色石英脉,少量辉钼矿和黄铁矿
16DH-53	Ⅰ	F35矿脉蚀变围岩	钾长石化石英脉,可见少量辉钼矿和黄铁矿
16DH-61	Ⅰ	F5矿脉地表矿石堆	钾长石化石英脉,可见少量辉钼矿和黄铁矿
16DH-26	Ⅱ	F5矿脉330 m标高	烟灰色石英脉,沿裂隙发育辉钼矿
16DH-56	Ⅱ	F5矿脉400 m标高	烟灰色石英脉,自形黄铁矿呈脉状发育
16DH-57	Ⅱ	F5矿脉400 m标高	烟灰色石英脉,自形黄铁矿呈脉状发育
16DH-58	Ⅱ	F5矿脉400 m标高	烟灰色石英脉,自形黄铁矿呈脉状发育
16DH-65	Ⅱ	F5矿脉地表矿石堆	蔷薇粉色石英脉,少量黄铁矿
16DH-72	Ⅱ	F5矿脉地表矿石堆	宽20~30 cm石英脉,自形黄铁矿呈脉状发育
16DH-37	Ⅲ	F5矿脉295 m标高	烟灰色石英脉,方铅矿和黄铁矿呈脉状发育
16DH-40	Ⅲ	F7矿脉280 m标高	宽10~30 cm石英脉,网脉状方铅矿和黄铁矿

图7 大湖金钼矿床典型流体包裹体显微照片 (a)石英中负晶形C型两相包裹体;(b)石英中C型三相包裹体;(c)石英中相邻C型包裹体气液比差异明显;(d)石英中C型两相包裹体;(e)—(f)石英中C型两相包裹体,相邻包裹体中CO2相含量差异明显;(g)石英中PC型包裹体、C型三相包裹体;(h)石英中W型两相包裹体

Fig.7 Micrographs of typical fluid inclusions in quartz from the Dahu Au-Mo deposit

图8 大湖金钼矿床流体包裹体成分分析激光拉曼图谱 (a)C型三相包裹体中的CO2和H2O峰;(b)C型两相包裹体中的CO2峰;(c)PC型包裹体中的CO2峰;(d)W型包裹体中的H2O峰

Fig.8 Laser Raman spectroscopy of fluid inclusion composition analysis for the Dahu Au-Mo deposit

表2 大湖金钼矿床流体包裹体显微测温结果

Table 2 Microthermometric data of fluid inclusions for the Dahu Au-Mo deposit

成矿阶段	类型		$T m, C O 2$ /℃	T_m,cla/℃	$T h, C O 2$ /℃	T_m,ice/℃	T_h,tot/℃
Ⅰ阶段	C型	25	-64.7~-56.6	-1.5~7.8	8.3~31.1		275.3~350.0
Ⅱ阶段	C型	49	-64.5~-56.6	-2.2~8.9	11.0~29.5		260.0~312.7
	PC型	1	-58.6		14.3
	W型	8				-9.5~-6.0	228.9~260.0
Ⅲ阶段	C型	16	-61.8~-56.6	3.5~8.9	13.7~29.2		245.3~287.6
Ⅲ阶段	PC型	2	-60.8		13.7~15.0
Ⅳ阶段	W型	14				-11.6~-8.5	200.0~251.0

表2 大湖金钼矿床流体包裹体显微测温结果

Table 2 Microthermometric data of fluid inclusions for the Dahu Au-Mo deposit

成矿阶段	类型		$T m, C O 2$ /℃	T_m,cla/℃	$T h, C O 2$ /℃	T_m,ice/℃	T_h,tot/℃
Ⅰ阶段	C型	25	-64.7~-56.6	-1.5~7.8	8.3~31.1		275.3~350.0
Ⅱ阶段	C型	49	-64.5~-56.6	-2.2~8.9	11.0~29.5		260.0~312.7
	PC型	1	-58.6		14.3
	W型	8				-9.5~-6.0	228.9~260.0
Ⅲ阶段	C型	16	-61.8~-56.6	3.5~8.9	13.7~29.2		245.3~287.6
Ⅲ阶段	PC型	2	-60.8		13.7~15.0
Ⅳ阶段	W型	14				-11.6~-8.5	200.0~251.0

表3 大湖金钼矿床成矿流体盐度及估算压力统计

Table 3 Statistics of ore-fluid salinity and pressure estimation for the Dahu Au-Mo deposit

成矿阶段	类型	盐度/%		估算压力/ MPa	流体密度/ (g/cm³)	估算深度/km
成矿阶段	类型	范围	平均值	估算压力/ MPa	流体密度/ (g/cm³)	估算深度/km
Ⅰ阶段	C型	4.3~16.9	11.2	82.9~186.3	0.831~0.999	3.0~6.8
Ⅱ阶段	C型	2.2~17.5	9.5	63.6~196.3	0.777~0.978	3.1~7.1
Ⅱ阶段	W型	9.2~13.2	11.6	63.5~71.8	0.920~1.108	2.4~2.6
Ⅲ阶段	C型	2.2~11.3	8.2	105.0~172.0	0.820~0.952	3.8~6.3
Ⅲ阶段	PC型	6.6~9.3	8.6
Ⅳ阶段	W型	9.2~15.6	12.0	55.6~71.8	0.92~1.01	1.8~2.5

表4 大湖金钼矿床石英氢、氧同位素数据

Table 4 Hydrogen and oxygen isotope compositions of quartz from the Dahu Au-Mo deposit

样品编号	测试矿物	均一温度/℃	δ¹⁸O_石英 /‰	δ¹⁸O_水 /‰	δD/‰	成矿阶段
16DH-38	石英	313.9	12.3	5.9	-82	Ⅰ
16DH-60	石英	313.9	11.0	4.6	-63	Ⅰ
16DH-20	石英	289.3	11.9	4.6	-90	Ⅱ
16DH-6	石英	289.3	11.7	4.4	-75	Ⅱ
16DH-57	石英	289.3	11.8	4.5	-50	Ⅱ
16DH-58	石英	289.3	10.9	4.3	-59	Ⅱ
16DH-72	石英	289.3	10.7	3.6	-44	Ⅱ
16DH-43	石英	258.3	11.5	2.9	-77	Ⅲ
16DH-40	石英	258.3	11.6	2.1	-73	Ⅲ
16DH-62	石英	258.3	12.2	3.6	-72	Ⅲ
16DH-35	石英	258.3	11.3	2.7	-77	Ⅲ

图9 大湖金钼矿床成矿流体δ18O水-δDSMOW组成图解(底图据Taylor[32])

Fig.9 δ18Owater vs.δDSMOW plot for the ore-forming fluid of the Dahu Au-Mo deposit (modified from Taylor[32])

图10 大湖金钼矿床流体包裹体均一温度和盐度演化直方图

Fig.10 Evolution histograms of homogenization temperature and salinity of fluid inclusions from the Dahu Au-Mo deposit

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小秦岭大湖金钼矿床地质特征及成矿流体

Geological Characteristics and Ore-forming Fluids of the Dahu Au-Mo Deposit in Xiaoqinling Gold Field

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