甘肃两当湘潭子金矿床地质特征及成因

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.127

摘要/Abstract

摘要：

甘肃两当湘潭子金矿位于西秦岭造山带东段,金矿体主要受北西西向断裂控制,与区内发育的中酸性岩脉空间关系密切。显微观察和电子探针分析表明,Au主要赋存在黄铁矿和毒砂中,矿体中黄铁矿Co/Ni特征显示黄铁矿的成因与岩浆作用有关。通过稀土元素分析发现,矿石的稀土元素特征与岩体的稀土元素特征基本一致,而与地层围岩有明显差异。对矿石中的黄铁矿进行硫同位素测试,硫化物δ³⁴S值介于-5.7‰~2.0‰之间,均值为0.38‰,δ³⁴S值频数分布比较集中,具有以近零为中心的塔式分布特征,表明矿石中硫的来源与岩浆作用有关。通过氢氧同位素分析,湘潭子金矿区矿石的δ¹⁸${{\text{O}}_{{{\text{H}}_{2}}\text{O}}}$值介于3.44‰~9.65‰之间,均值为6.29‰,δD介于-120.10‰~-79.00‰之间,均值为-100.47‰,表明本区成矿流体主要来自岩浆水。铅同位素特征显示湘潭子金矿区铅的演化与岩浆作用和造山运动关系密切。通过对比研究可知湘潭子金矿的主成矿时代为印支晚期。湘潭子金矿是印支晚期含成矿物质和流体的岩浆上侵,受浅部断裂系统控制的脉状矿体。湘潭子金矿的发现及成因研究对西秦岭地区找矿方向具有重要的意义。

关键词: 西秦岭, 湘潭子金矿, 地质特征, 地球化学特征, 矿床成因

Abstract:

The Xiangtanzi gold deposit is located in the eastern West Qinling orogenic belt. The gold deposit is mainly controlled by NW-trending faults, and is closely related to the local intermediate-felsic dikes. Microscopic observation and electron microprobe analysis show that Au is mainly hosted in pyrite and arsenopyrite. The Co/Ni characteristics of pyrite in the ore body show that the genesis of pyrite is related to magmatism. Through REE analysis, it is found that REE characteristics of ore are basically consistent with those of rock mass, but obviously different from those of surrounding rock.The sulfur isotope of pyrite in the ore was tested and the ore sulfide δ³⁴S values are from -5.7‰ to 2.0‰ (avg.0.38‰), clustering around zero with a tower distribution, which indicates that the ore sulfur source is magmatic. By hydrogen and oxygen isotope analysis, the Xiangtanzi gold ore has δ¹⁸${{\text{O}}_{{{\text{H}}_{2}}\text{O}}}$=3.44‰-9.65‰ (avg.6.29‰) and δD=-120.10‰ to -79.00‰ (avg.-100.47‰). This indicates that the ore-forming fluid in this area came mainly from magmatic water.Pb isotope characteristics indicates that the Pb evolution at Xiangtanzi was closely related to magmatism and orogeny. A comparative study shows that the metallogenic epoch of the Xiangtanzi gold deposit is late Indosinian. The Xiangtanzi gold deposit is a vein shaped ore body controlled by shallow fault system, which was invaded by magma containing ore-forming materials and fluids in the late Indosinian period. The discovery and genesis of Xiangtanzi gold deposit is of great significance to the prospecting direction in West Qinling area.

Key words: West Qinling orogenic belt, Xiangtanzi gold deposit, geological characteristic, geochemical characteristic, ore genesis

中图分类号:

P618.51

高银虎, 尹刚, 龚泽强, 郭明春. 甘肃两当湘潭子金矿床地质特征及成因[J]. 现代地质, 2021, 35(06): 1523-1535.

GAO Yinhu, YIN Gang, GONG Zeqiang, GUO Mingchun. Geological Characteristics and Genesis of the Xiangtanzi Gold Deposit in Liangdang County, Gansu Province[J]. Geoscience, 2021, 35(06): 1523-1535.

图/表 18

图1 湘潭子金矿大地构造位置图 (a)西秦岭地区构造简图(据文献[14]);(b)湘潭子金矿区域地质及金矿分布简图(据文献[3]略改)。1.大草滩组;2.舒家坝组;3.李子园群;4.木其滩组;5.秦岭岩群;6.小山坡沟闪长岩;7.天子山二长花岗岩;8.磨扇沟二长花岗岩;9.太白二长花岗岩;10.实测逆断层;11.实测/推测性质不明断层;12.韧性剪切带;13.花岗(斑)岩脉;14.闪长(玢)岩脉;15.超基性岩脉;16.产状;17.金矿床;18.金铅银矿床

Fig.1 Tectonic map of the Xiangtanzi gold deposit

图2 湘潭子矿区地质简图 1.大草滩组;2.木其滩组;3.石英;4.斑状二长花岗岩;5.石英闪长玢岩/闪长玢岩;6.石英脉;7.逆断层;8.性质不明断层;9.金矿体;10.地层/片理产状

Fig.2 Geological map of the Xiangtanzi mining area

图3 湘潭子金矿床25号勘探线剖面简图

Fig.3 Geological profile of No.25 exploration line of the Xiangtanzi gold deposit

图4 湘潭子金矿床矿石矿物组合典型照片 (a)脉状石英黄铁矿矿石;(b)石英黄铁矿矿石样品在镜下可见毒砂与黄铁矿共生;(c)脉状石英多金属矿石;(d)石英多金属矿石黄铜矿+黄铁矿+方铅矿+闪锌矿+毒砂的矿石矿物组合特征;(e)碳酸盐闪锌矿脉;(f)碳酸盐闪锌矿阶段矿物组合以闪锌矿+方铅矿+方解石(白云石)为特征;(g)富铅锌矿石手标本;(h)富铅锌矿石中局部可见磁黄铁矿;(i)成矿晚期碳酸盐阶段方解石+黄铁矿的矿物组合。Py.黄铁矿;Apy.毒砂;Ccp.黄铜矿;Gn.方铅矿;Sp.闪锌矿; Po.磁黄铁矿;Q.石英;Cal.方解石

Fig.4 Photos of representative ore mineral assemblages of the Xiangtanzi gold deposit

图5 湘潭子金矿床各成矿阶段黄铁矿典型照片 (a)成矿早期自形-半自形粗粒黄铁矿;(b)成矿早期与毒砂共生的自形粗粒黄铁矿;(c)成矿期细粒它形的黄铁矿和它形细粒毒砂共生;(d)成矿晚期自形粗粒黄铁矿。Py.黄铁矿;Apy.毒砂;Q.石英;Cal.方解石

Fig.5 Photomicrographs of pyrite in each ore stage of the Xiangtanzi gold deposit

表1 湘潭子金矿床黄铁矿电子探针分析结果(%)

Table 1 EPMA results of pyrites from the Xiangtanzi gold deposit (%)

样品号	取样位置	As	Fe	S	Au	Zn	Co	Ag	Ni	总量	Co/Ni
X1-1	Ⅰ矿带	4.40	44.05	52.22	0.06	0.02	0.14	0	0.04	100.93	3.97
X1-1	Ⅰ矿带	2.03	44.01	52.65	0	0	0.12	0	0.05	98.86	2.28
X1-1	Ⅰ矿带	2.12	43.18	53.46	0	0.14	0.08	0	0.01	98.99	16.00
X1-1	Ⅰ矿带	1.76	44.76	53.03	0	0.06	0.07	0.01	0.03	99.72	2.45
X1-1	Ⅰ矿带	0.53	45.93	52.90	0.11	0.17	0.07	0	0.08	99.79	0.91
X1-2	Ⅰ矿带	0.14	46.66	53.09	0.08	0.03	0.07	0.03	0.01	100.11	4.64
X1-2	Ⅰ矿带	0.17	45.60	54.23	0.02	0.11	0.17	0	0.02	100.32	11.20
X1-2	Ⅰ矿带	0.19	44.51	54.86	0	0.03	0.10	0.05	0.22	99.96	0.44
X1-2	Ⅰ矿带	0.19	45.24	53.17	0.11	0.13	0.08	0.02	0.03	98.97	2.81
X1-2	Ⅰ矿带	0.18	44.94	53.91	0.03	0.01	0.05	0	0.02	99.14	3.33
X1-2	Ⅰ矿带	0.21	45.21	54.71	0	0	0.16	0	0.11	100.40	1.45
K1-11	Ⅲ矿带	0.20	45.99	53.31	0.10	0	0.05	0	0.02	99.67	2.35
Z15-4	Ⅱ矿带	0.20	47.42	51.97	0	0	0.04	0.01	0.08	99.72	0.52
Z8-1	Ⅱ矿带	0.22	43.71	55.29	0	0.07	0.06	0	0.08	99.54	0.73
Z8-2	Ⅱ矿带	0.16	45.96	52.60	0	0	0.11	0.02	0.05	98.90	2.35
Z8-3	Ⅱ矿带	0.26	46.09	52.10	0	0.01	0.35	0.02	0.03	98.86	11.23
LI-1	Ⅱ矿带	0.23	45.17	53.87	0	0.02	0.10	0	0.06	99.45	1.75
LI-1	Ⅱ矿带	0.29	45.98	53.75	0.03	0.07	0.06	0	0.02	100.20	3.00
Z20-2	Ⅱ矿带	0.25	44.94	54.08	0	0.07	0.08	0.02	0.16	99.60	0.52

表2 湘潭子金矿床毒砂电子探针结果(%)

Table 2 EPMA results of arsenopyrite from the Xiangtanzi gold deposit (%)

编号	As	Fe	S	Cu	Zn	Co	Ag	Au	总量
Apy1	44.69	34.69	20.38	0.01	0.03	0.07	0.01	0	99.88
Apy2	44.92	34.70	20.77	0.07	0.01	0.06	0.04	0	100.57
Apy3	44.58	34.78	20.89	0.01	0	0.07	0	0	100.33
Apy4	45.11	34.62	20.27	0	0.03	0.09	0	0	100.12
Apy5	42.09	35.33	23.59	0	0.05	0.11	0.01	0.090	101.27
Apy6	42.48	34.74	22.54	0	0.02	0.05	0	0.005	99.84

表3 湘潭子金矿床矿体、围岩稀土元素分析结果(10-6)

Table 3 REE parameters of the orebody, wallrock and intrusion at the Xiangtanzi gold deposit (10-6)

样品号	样品名	取样位置	La	Ce	Pr	Nd	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er
1	X1-1	矿体	45.57	89.37	10.03	36.16	8.56	1.43	6.12	0.90	5.00	1.01	2.83
2	X1-2	矿体	83.54	155.95	16.74	60.02	12.16	2.31	7.34	0.77	3.10	0.53	1.30
3	Z3	矿体	77.96	140.96	14.48	49.96	9.69	2.23	6.25	0.73	3.35	0.62	1.70
4	Z4	矿体	84.20	144.01	14.59	49.26	9.52	2.07	6.22	0.71	3.29	0.61	1.67
5	Z5	矿体	84.17	150.66	15.47	53.03	10.31	2.31	6.59	0.74	3.23	0.59	1.60
6	K1-10	矿体	82.88	149.61	15.46	52.04	10.27	2.33	6.53	0.75	3.43	0.63	1.73
7	K1-11	矿体	84.87	150.76	15.47	50.87	10.21	2.20	6.43	0.73	3.23	0.59	1.61
8	L06-1	围岩	19.80	36.20	4.28	17.40	3.39	0.98	2.92	0.52	2.84	0.55	1.46
9	L97-8	围岩	21.70	35.20	3.94	15.40	3.07	0.87	2.87	0.52	2.99	0.62	1.82
10	DB02-1	岩体	104.00	170.00	18.40	64.70	9.82	2.31	7.47	0.93	3.72	0.69	1.97
11	FSD01	岩体	103.00	181.00	20.30	75.80	11.60	2.73	8.51	1.07	4.01	0.65	1.85
样品号	样品名	取样位置	Tm	Yb	Lu	Y	REE	LREE	HREE	LREE/ HREE	La_N/ Yb_N	δEu	δCe
1	X1-1	矿体	0.42	2.67	0.40	25.36	210.47	191.12	19.35	9.88	12.24	0.60	1.02
2	X1-2	矿体	0.18	1.08	0.16	13.57	345.18	330.72	14.46	22.87	55.48	0.75	1.02
3	Z3	矿体	0.25	1.63	0.25	16.89	310.06	295.28	14.78	19.98	34.31	0.88	1.03
4	Z4	矿体	0.25	1.63	0.26	16.47	318.29	303.65	14.64	20.74	37.05	0.82	1.01
5	Z5	矿体	0.24	1.57	0.25	15.86	330.76	315.95	14.81	21.33	38.46	0.86	1.02
6	K1-10	矿体	0.25	1.65	0.26	17.58	327.82	312.59	15.23	20.52	36.03	0.87	1.02
7	K1-11	矿体	0.24	1.57	0.25	16.15	329.03	314.38	14.65	21.46	38.78	0.83	1.02
8	L06-1	围岩	0.24	1.48	0.19	15.20	92.25	82.05	10.20	8.05	9.60	0.95	0.96
9	L97-8	围岩	0.30	1.96	0.27	17.70	91.53	80.18	11.36	7.06	7.94	0.89	0.93
10	DB02-1	岩体	0.30	1.94	0.28	20.30	386.51	369.23	17.28	21.36	38.45	0.82	0.95
11	FSD01	岩体	0.25	1.58	0.21	18.80	412.56	394.43	18.13	21.76	46.76	0.84	0.97

表3 湘潭子金矿床矿体、围岩稀土元素分析结果(10-6)

Table 3 REE parameters of the orebody, wallrock and intrusion at the Xiangtanzi gold deposit (10-6)

样品号	样品名	取样位置	La	Ce	Pr	Nd	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er
1	X1-1	矿体	45.57	89.37	10.03	36.16	8.56	1.43	6.12	0.90	5.00	1.01	2.83
2	X1-2	矿体	83.54	155.95	16.74	60.02	12.16	2.31	7.34	0.77	3.10	0.53	1.30
3	Z3	矿体	77.96	140.96	14.48	49.96	9.69	2.23	6.25	0.73	3.35	0.62	1.70
4	Z4	矿体	84.20	144.01	14.59	49.26	9.52	2.07	6.22	0.71	3.29	0.61	1.67
5	Z5	矿体	84.17	150.66	15.47	53.03	10.31	2.31	6.59	0.74	3.23	0.59	1.60
6	K1-10	矿体	82.88	149.61	15.46	52.04	10.27	2.33	6.53	0.75	3.43	0.63	1.73
7	K1-11	矿体	84.87	150.76	15.47	50.87	10.21	2.20	6.43	0.73	3.23	0.59	1.61
8	L06-1	围岩	19.80	36.20	4.28	17.40	3.39	0.98	2.92	0.52	2.84	0.55	1.46
9	L97-8	围岩	21.70	35.20	3.94	15.40	3.07	0.87	2.87	0.52	2.99	0.62	1.82
10	DB02-1	岩体	104.00	170.00	18.40	64.70	9.82	2.31	7.47	0.93	3.72	0.69	1.97
11	FSD01	岩体	103.00	181.00	20.30	75.80	11.60	2.73	8.51	1.07	4.01	0.65	1.85
样品号	样品名	取样位置	Tm	Yb	Lu	Y	REE	LREE	HREE	LREE/ HREE	La_N/ Yb_N	δEu	δCe
1	X1-1	矿体	0.42	2.67	0.40	25.36	210.47	191.12	19.35	9.88	12.24	0.60	1.02
2	X1-2	矿体	0.18	1.08	0.16	13.57	345.18	330.72	14.46	22.87	55.48	0.75	1.02
3	Z3	矿体	0.25	1.63	0.25	16.89	310.06	295.28	14.78	19.98	34.31	0.88	1.03
4	Z4	矿体	0.25	1.63	0.26	16.47	318.29	303.65	14.64	20.74	37.05	0.82	1.01
5	Z5	矿体	0.24	1.57	0.25	15.86	330.76	315.95	14.81	21.33	38.46	0.86	1.02
6	K1-10	矿体	0.25	1.65	0.26	17.58	327.82	312.59	15.23	20.52	36.03	0.87	1.02
7	K1-11	矿体	0.24	1.57	0.25	16.15	329.03	314.38	14.65	21.46	38.78	0.83	1.02
8	L06-1	围岩	0.24	1.48	0.19	15.20	92.25	82.05	10.20	8.05	9.60	0.95	0.96
9	L97-8	围岩	0.30	1.96	0.27	17.70	91.53	80.18	11.36	7.06	7.94	0.89	0.93
10	DB02-1	岩体	0.30	1.94	0.28	20.30	386.51	369.23	17.28	21.36	38.45	0.82	0.95
11	FSD01	岩体	0.25	1.58	0.21	18.80	412.56	394.43	18.13	21.76	46.76	0.84	0.97

图6 湘潭子金矿床矿体、围岩和岩体稀土元素配分模式图(标准化数据引自文献[20])

Fig.6 REE distribution patterns of the orebody, wallrock and intrusion at the Xiangtanzi gold deposit (normalized data after reference[20])

表4 湘潭子金矿床硫同位素分析结果(‰)

Table 4 Results of sulfur isotope analysis of the Xiangtanzi gold deposit (‰)

序号	样品编号	取样矿带	测试矿物	δ³⁴S
1	X1-1	Ⅰ	黄铁矿	-5.7
2	X1-2	Ⅰ	黄铁矿	1.8
3	K1-33	Ⅱ	黄铁矿	2.0
4	K1-31	Ⅱ	黄铁矿	1.8
5	K1-11	Ⅲ	黄铁矿	2.0

表5 湘潭子金矿矿石氢氧同位素分析结果(‰)

Table 5 Results of hydrogen and oxygen isotope analysis of the Xiangtanzi gold deposit(‰)

样品编号	取样矿带	成矿阶段	δ¹⁸ $O H 2 O$	δD
H1	Ⅲ	无矿石英阶段	3.44	-79.0
H2	Ⅲ	石英黄铁矿阶段	6.13	-91.1
H3	Ⅲ	石英黄铁矿阶段	7.12	-91.8
H4	Ⅲ	石英多金属阶段	9.65	-102.2
H5	Ⅲ	碳酸盐阶段	7.14	-118.6
H6	Ⅲ	碳酸盐阶段	4.27	-120.1

表5 湘潭子金矿矿石氢氧同位素分析结果(‰)

Table 5 Results of hydrogen and oxygen isotope analysis of the Xiangtanzi gold deposit(‰)

样品编号	取样矿带	成矿阶段	δ¹⁸ $O H 2 O$	δD
H1	Ⅲ	无矿石英阶段	3.44	-79.0
H2	Ⅲ	石英黄铁矿阶段	6.13	-91.1
H3	Ⅲ	石英黄铁矿阶段	7.12	-91.8
H4	Ⅲ	石英多金属阶段	9.65	-102.2
H5	Ⅲ	碳酸盐阶段	7.14	-118.6
H6	Ⅲ	碳酸盐阶段	4.27	-120.1

表6 湘潭子金矿矿石铅同位素分析结果

Table 6 Lead isotope compositions of samples from the Xiangtanzi gold deposit

样号	采样位置	²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb	²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb	²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb	μ	ω	Th/U	Δβ	Δγ
T014	17号巷道	18.041	15.556	38.148	9.42	36.95	3.80	16.17	34.59
T018	Ⅲ-18	18.026	15.553	38.132	9.41	36.94	3.80	16.01	34.48
T020	Ⅲ-1	18.001	15.545	38.110	9.40	36.92	3.80	15.59	34.31
T029	PD1660	18.059	15.596	38.331	9.50	38.02	3.87	19.04	41.16

图7 湘潭子金矿床硫化物矿石 Pb 同位素构造模式图 A.地幔;B.造山带;C.上地壳;D.下地壳

Fig.7 Lead isotope diagrams of sulfide ore from the Xiangtanzi gold deposit

图8 湘潭子金矿区Pb同位素Δβ-Δγ成因分类图解(底图据文献[22]) 1.地幔源铅;2.上地壳铅;3.上地壳与地幔混合的俯冲带铅;3a示岩浆作用铅,3b示沉积作用铅; 4.化学沉积型铅;5.海底热水作用铅;6.中深变质作用铅;7.深变质下地壳铅;8.造山带铅; 9.古老页岩上地壳铅;10.退变质铅

Fig.8 Lead isotope Δβ-Δγ classification plot for samples from the Xiangtanzi gold deposit (base map from reference [22])

图9 湘潭子金矿不同矿体黄铁矿Co-Ni图解(底图据文献[26],Ⅰ、Ⅱ区为沉积区和沉积改造区,Ⅲ、Ⅳ区为岩浆和热液区)

Fig.9 Pyrite Co-Ni diagram for different orebodies of the Xiangtanzi gold deposit (base map from reference [26])

图10 湘潭子金矿δ34S值频数图

Fig.10 δ34S frequency diagram of the Xiangtanzi gold deposit

图11 湘潭子金矿床氢氧同位素组成图解

Fig.11 Hydrogen-oxygen isotope diagram of samples from the Xiangtanzi gold deposit

图12 湘潭子金矿床成矿地质模型

Fig.12 Metallogenic geological model of the Xiangtanzi gold deposit

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