Question

高硫浅成热液型金矿床

Answer 1

高硫浅成热液型金矿又称酸性硫酸盐型或石英-明矾石-高岭石型金矿，在我国发现的典型代表是福建紫金山铜金矿床以及台湾省的金瓜石铜金矿床，虽然这两个矿床产出的构造背景不同，但在矿床地质-地球化学特征上表现出明显的相似性。以下所列的描述性模式是在综合国内外同类矿床资料的基础上，并以紫金山金矿床为例来说明此类金矿的成矿特点。

（一）主要成矿标志

1.地质环境

区域地质背景为火山弧或大陆活化带的隆起区。金矿赋存于上叠式火山断陷盆地。基底岩石为陆相的碎屑岩。其成岩成矿时差类型属同步型，紫金山金矿成岩成矿时代均为燕山期，金瓜石金矿的成岩成矿时代均为新第三纪，其时差较低硫浅成热液型金矿小。矿石的沉淀与主岩的侵位时代非常接近，一般相差约0.5Ma。

岩石组合为碱钙性流纹质、流纹英安质和石英粗安质火山岩、次火山岩。其中流纹英安岩是最主要的容矿围岩。

火成岩相包括陆内喷出相、侵出相和火山通道相。

2.矿床地质特征

矿床受火山中心系统、火山穹丘系统以及相关的断裂-裂隙系统的控制。

矿石自然类型包括硅质岩型、石英脉型和热液角砾岩型。矿物组合有其特征的矿物，即硫砷铜矿＋黄铁矿±铜蓝组合以及一种高级泥质蚀变矿物组合，后者包括大量的深成明矾石和数量较多的高岭石，无或很少见冰长石和绿泥石，另外还有其他大量的铜矿物和粘土矿物。金银矿物主要为银金矿和自然金，并与硫化物以及硫盐类矿物共生。在空间上，金矿脉均赋存在铜矿脉之上。在某些矿区可见金矿脉切穿铜矿脉。

围岩蚀变具分带性，高级泥化蚀变通常与矿石伴生，其中明矾石、高岭石和其他矿物靠近矿脉产出，并常与硅化共存。在离矿脉较远的部位，围绕高级泥化蚀变的是有时与绢云母蚀变相互混合的泥化蚀变。泥化蚀变带本身常有矿物分带，靠近矿脉为高岭石，再向外是蒙脱石，最外部的蚀变带为青磐岩蚀变。在垂直方向，由下往上依次为硅化（黄铁矿化）-明矾石化-粘土化。

地表氧化带发育有褐铁矿、黄钾铁矾、针铁矿、含高岭土的白色泥化作用、细粒白色明矾石脉、赤铁矿。经过氧化次生作用，金有一定的富集。

3.矿床地球化学

成矿温度范围较宽，为140～420℃。其中金的沉淀主要发生在200～300℃，300℃以上为铜矿化，晚期阶段贫金属的流体一般在140～200℃之间沉淀出脉石矿物。盐度比低硫型高，在矿化过程中变化范围较大，为1%～22%NaCl，但一般低于10%NaCl，多数集中在4%～8%，在沸腾时含盐度可高达15%～20%NaCl以上。金矿定位深度＜1000m。铜矿定位深度可达1000m以上。流体成分中，阳离子以K^＋和Na^＋为主，其他少量；阴离子以

占绝对优势，其他离子含量很低。但不同蚀变带

含量变化很大，以石英明矾石带

含量最高。

硫同位素的δ³⁴S值一般在0‰值附近，说明硫是岩浆来源的，它可能直接来自深部，或是由火山岩围岩派生而来。多数方铅矿铅同位素与周围的火山岩极其相似，这就意味着铅的来源要么是附近的围岩，要么是岩浆流体；而有的矿区则显示出混合铅的特征；还有的则显示出其有相当大的一部分铅来自上部地壳的前寒武纪岩石。氢、氧同位素的研究表明，金矿化流体基本上为大气降水，铜矿化流体有少量再平衡岩浆水。

微量元素的垂直分带序列为As、Sn、Ag、Bi、Ba和Cu，其中As、Sn、Ba为近矿前缘指示元素；Mo、Bi、Zn为Cu的尾部指示元素。

（二）紫金山铜金矿床

1.区域成矿地质背景

紫金山铜-金矿田位于闽西南晚古生代坳陷之西南，北西向云霄-上杭深断裂与北东向宣和复背斜的交汇部，上杭北西向白垩纪陆相火山-沉积盆地北东缘隆起区（图3-3）。

图3-3　上杭紫金山金铜矿田地质示意图（据石礼炎等）

1—上白垩统沙县组、赤石群；2—下白垩统石帽山群；3—上泥盆-下石炭统石英砂砾岩、矿岩、泥岩及灰岩；4—寒武系林田群；5—爆破角砾岩；6—英安玢岩；7—细粒花岗岩；8—中粒二长花岗岩；9—粗粒二长花岗岩；10—重砂异常区；11—断层；12—地质界线；13—推测地质界线

区域上发育一套寒武纪-二叠纪地层，呈北东向展布，由寒武系林田群千枚岩、变质粉砂岩等浅变质岩系构成宣和复式背斜轴。宣和复式背斜延至紫金山矿区，被燕山早期形成的紫金山复式花岗岩沿轴部侵入吞蚀殆尽。下白垩统石帽山群主要为一套中酸性火山岩和火山碎屑沉积岩。上白垩统沙县组和赤石群主要岩性为紫红色砂岩、粉砂岩和砂砾岩等。

岩浆活动可分为燕山早期和燕山晚期两期。前者表现为多期次花岗岩侵入，依次形成似斑状中粗粒黑云母二长花岗岩→中粒二长花岗岩→细粒花岗岩，构成规模较大的紫金山复式花岗岩体。燕山晚期主要为超浅成或次火山岩，如花岗斑岩、石英斑岩、英安玢岩、石英闪长玢岩等。

区域断裂构造十分发育，主要有北东、北西、近南北向几组。其中以前两组最发育，它们组成的网格状构造是紫金山地区主要的构造格局，并将复式岩体切割成许多规模不等的菱形块体。

2.矿床地质特征

紫金山矿田已发现紫金山、二庙沟、赤水三个古火山机构，它们分别位于紫金山复式岩体的南部边缘相中部，受紫金山地区的北东向与北西向断裂构造带交接部的控制。

紫金山古火山机构现仅存直径约600m向北东倾伏的火山岩筒，从通道中心向外依次分布有次火山岩相、爆发相和少量喷发相。

英安玢岩是紫金山分布最广的次火山岩之一，在火山机构中沿岩筒通道中心出露，周边环绕火山角砾岩及热液角砾岩。

北西和北东向断裂和裂隙带是矿床的主要容矿构造。矿体和热液角砾岩在西北段主要受北西（310°～330°）向密集裂隙带和网脉状裂隙系统控制。

紫金山铜金矿体具有“上金下铜”的特点，金、铜矿化带的分界大约在650m标高左右。

区内圈定了两个金矿带和33个金矿体。金矿体呈脉状，分布于低温硅化岩蚀变带中，并隐伏于地表之下不深的氧化带内。单一矿体厚0.7～7m，延长几十至百米不等，延深几十米至200m，并全部尖灭在650m标高附近的潜水面之上。一般呈脉状、透镜状，部分变厚加富部位呈囊状体，形态较复杂。在走向上和倾向上其品位和厚度变化极大。多条金矿脉组成北西向金矿化带，沿北西向密集裂隙带分布。金矿体除受低温硅化蚀变和网脉状裂隙系统控制外，还与氧化程度关系密切。

铜矿体均为隐伏矿体，埋藏在潜水面以下石英-明矾石蚀变带中。矿体成群成带分布，总体具右行侧列趋势，构成北西向铜矿化带。单个矿体为不规则的脉状、囊状和透镜体，受裂隙密集带和网脉状裂隙系统控制，延长可达几百米，延深100～400m不等。

金矿矿石成分简单。而铜矿矿石成分复杂，主要矿石矿物有黄铁矿、蓝辉铜矿、铜蓝、硫砷铜矿，其次为斑铜矿、黄铜矿、砷黝铜矿、似黄锡矿、硫锡铁铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿、自然金等；脉石矿物主要有石英、明矾石、迪开石、绢云母等，次要的有重晶石、绿黄晶等。

蚀变岩石无论是在时间上，还是空间上，均呈现以英安玢岩小岩体为中心的带状排列，从而构成矿床中独具特色的蚀变分带。

石英-绢云母蚀变最早，呈一不连续的大环，包围在其他交代岩相带最外侧，表现为浅黄绿色、极细鳞片状绢云母集合体和石英对围岩中大部分矿物的较彻底的改造。之后为石英-迪开石蚀变，其中一部分迪开石是酸性流体交代绢云母的产物，另一部分迪开石则是直接交代花岗岩和英安玢岩的产物。石英-明矾石是叠加在石英-迪开石蚀变之上的交代岩相带，表现为石英、钾明矾石集合体交代迪开石，并偶尔交代绢云母。硅化岩是最后形成的蚀变岩石，在矿床中心的英安玢岩上，它像一顶“硅帽”扣在火山-次火山侵入体上，并沿北西向裂隙密集带伸出一枝，插入于石英-明矾石交代岩相带中，硅化岩主要由低温石英组成，有少量蛋白石。

在空间上，上述四种交代岩环绕英安玢岩和北西向裂隙密集带呈带状展布。在水平方向上，由中心向外缘依次为硅化岩、石英-明矾石带、石英-迪开石带、石英-绢云母带。剖面上，由上而下，依次是硅化岩、石英-明矾石带、石英-迪开石带、石英-绢云母带。

原生金属矿物组合，在不同交代岩相带有差别：硅化岩带中，常见粉尘状、胶状结构的黄铁矿和胶黄铁矿，有少量自然金；石英-明矾石交代岩相带中，由黄铁矿、蓝辉铜矿、铜蓝、硫砷铜矿构成常见的金属矿物组合；石英-迪开石带中矿化明显减弱，有稀疏的黄铁矿星点，并出现铅、锌矿化；石英-绢云母带中，除黄铁矿外，出现以黄铜矿、斑铜矿为代表的铜矿物组合。

与特征的蚀变岩带相对应，其相关的金属元素组合为：

（1）硅质交代岩带：Au、Ag、W、Bi、Mo、As、Sb、Se。

（2）石英-迪开石交代岩带：Ag、Pb、W、Bi、Mo、Hg、As、Sb、V。

（3）石英-明矾石交代岩带：Cu、Ag、Pb、Zn、W、Sn、Mo、Hg、Sb、V。

（4）石英-绢云母交代岩带：Zn、Pb、Sn、Rb、V。

3.流体包裹体和稳定同位素特征

张德全等（1992）测定的各蚀变带流体包裹体的均一温度表明，各蚀变带有不同的峰值。石英-明矾石蚀变岩带包裹体均一温度显示出180～200℃和220～240℃两个强峰，分别对应于两次明矾石蚀变的温度。石英-迪开石蚀变带的温度范围较宽（180～280℃），但主要集中于200～220℃温度区间。石英绢云母蚀变带岩石的包裹体均一温度直方图，表现为多组小样混合的特点，但基本上可分解为320～360℃和240～260℃两组峰值，前者是第一次绢云母蚀变的温度区间，后者是第二次绢云母蚀变（细鳞片状）的温度区间。硅化带的均一温度直方图基本上显示出两个正态分布的峰，即120～140℃和380～400℃，其余的峰是明显偏离正态的多相叠加峰。均一温度的每一峰值区，大致反映了一次热事件，从早期至晚期温度递降，而主要成矿温度则在晚期的中低温区间。

流体包裹体的盐度在0.0～21.6%之间，多数集中在4%～8%区间。其中石英-明矾石蚀变流体和铜矿成矿流体的盐度变化极大，为12%～21.6%，这是沸腾的结果。流体密度变化于0.6～1g/cm³之间，其中大多数密度值均较低，高密度相流体亦起因于流体的沸腾。

张德全等（1992）采用CO₂密度法和比容法对这类包裹体测压，结果为9～80MPa。利用Na_Cl^-H₂O体系的沸腾曲线（Hass,1971）估计出沸腾包裹体的饱和蒸气压力为1～10.5MPa。前者相当于（近似地）静岩压力，后者相当于静水压力（近似于开放体系）。据前者估算出成矿深度大致为300～2400m。

不同蚀变带中石英样品的气、液相成分分析表明，气相中，除H₂O外，CO₂含量最高，还原气体（H₂、CO₂、CH₄等）含量低，显示出较氧化的环境。这与计算出的较低的还原参数（0.21～0.60）和较高的f_（O2）值（10^-23～10^-26Pa）一致。由包裹体成分估算的总盐度为0.69%～6.6%。其中0.968%为硅质交代岩带流体的总盐度，6.6%为石英明矾石蚀变流体和铜成矿流体的总盐度。说明与金有关的成矿流体以极低盐度为特征。与铜有关的成矿流体亦以低盐度为特征，但较之与金有关的成矿流体稍高。因此本区石英明矾石蚀变岩带和石英绢云母蚀变岩带的流体是

体系，而形成石英迪开石蚀变岩带和硅质交代岩带的蚀变流体属

体系。前者是铜矿化流体的特点，后者是金矿化流体的特点。

紫金山矿床不同类型的蚀变带中均发现有沸腾包裹体，但以石英明矾石蚀变岩带，即铜矿化带中最发育，只要是铜矿化或热液角砾岩出现地段，一般均可找到沸腾包裹体。低温的硅质交代岩和石英绢云母交代岩中未发现沸腾包裹体。说明铜矿的形成与流体沸腾有密切联系。

紫金山矿床硫化物和硫酸盐矿物的δ³⁴S值为-8.4‰～＋26.9‰，其中硫化物的δ³⁴S为-8.4‰～＋5.1‰，明矾石为＋6.9‰。通过物理化学计算的δ³⁴S_∑S=0‰，反映了硫的深部来源--幔源特征。

采用单阶段铅计算的模式年龄，其中有一个样品相当于燕山期，有两件样品相当于海西-印支期。这可能表明一部分铅来自于区域上的海西-印支构造层，另一部分则主要与燕山晚期中-酸性岩浆活动有关。

张德全（1992）对紫金山矿床各类蚀变岩石测定的氧同位素组成及计算的某些参数表明：从石英绢云母蚀变岩和石英迪开石蚀变岩，再往硅质交代岩，W/R比值逐渐增大。亦即在产生石英绢云母和石英迪开石的蚀变过程中，流体已混入大量的大气降水，往后大气降水还不断增高，到硅质交代蚀变时流体中介质水几乎全为大气降水。

石英包裹体中水的δD值为-55‰～-76‰，平均值为-63‰，与美国科罗拉多州的Creede有很相近的氢、氧同位素组成。

综上所述，紫金山矿床的成矿流体的介质水主要是燕山晚期火山-次火山岩浆加热的中生代大气降水，石英-明矾石蚀变和铜矿化过程中有少量岩浆水混入，晚期硅化（硅质交代岩）和金矿化时，流体几乎全为加热的大气降水。

据石礼炎（1992）的同位素年龄数据，矿区及外围燕山早期中粒二长花岗岩的U-Pb法年龄为157Ma。矿区外围侵入燕山早期花岗岩中的燕山晚期石英闪长玢岩全岩Rb-Sr等时线年龄为（102±9.2）Ma。而紫金山矿床的绢云母和明矾石所测定的K-Ar同位素年龄分别为（94.10±2.43）Ma和（111.78±2.86）Ma。表明本区蚀变与成矿属燕山晚期，与晚侏罗至早白垩世的火山活动有关，其成矿时代与容矿围岩的年龄基本一致。