2020, Vol. 29
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2. 成都理工大学 地球科学学院, 四川 成都 610059
2. School of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China
成矿时代的精确测定一直以来都是矿床研究的一个重要课题，是矿床成因研究的重要内容，可为评价成矿地质环境和寻找新的找矿靶区提供重要参数[1-2].近年来，流体包裹体的Rb-Sr同位素测年被广泛应用于金矿床成矿时代的研究，以含金石英脉为研究对象已经取得了一系列的成果[1-8].由于石英具有较好的热稳定性、高化学纯度、较高的机械强度及后生状态稳定等特征，是Rb-Sr法测定成矿时代非常理想的对象[2, 4, 8].石英中Rb、Sr的赋存状态只有2种：一是存在于流体包裹体中，二是以杂质形式赋存于主矿物晶格中.石英晶体化学性质又决定了Rb、Sr不可能赋存于石英晶格中，因此测定石英矿物的年龄，实质上就是测定流体包裹体的年龄[5, 8-13].
徐家村金矿床位于佳木斯地块西南部，前人仅对赋矿二长花岗岩形成年龄及成因有过研究，该岩体锆石U-Pb年龄为254.2±0.95 Ma，形成于晚古生代古亚洲洋板块向华北板块俯冲的构造环境[14]，然而，在成矿年龄、成矿流体与赋矿二长花岗岩之间的成因联系等方面却未见有过报道.本文以徐家村金矿床主成矿期的含金石英脉为研究对象，测定石英流体包裹体Rb-Sr等时线年龄，获取成矿年龄，结合石英H、O同位素，探讨成矿流体来源及其与赋矿花岗岩的成因联系，为矿床成因、成矿构造背景及成矿动力学研究提供理论基础.
1 区域地质概况徐家村金矿床构造上位于牡丹江断裂以东，张广才岭隆起带的中段（图 1a）.区域内出露地层主要有二叠系兴东群大盘道组的碳酸盐岩（P1d）、新近系船底山组的玄武岩系（βN2c）及第四系全新统漫滩沉积物（Q2）.区内断裂构造极为发育，主要为依舒断裂带及牡丹江断裂带的一些次级断裂[14]，如F1、F2断裂及其次生断裂（图 1b），呈北西向、近南北向及北北东向延伸.
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图 1 研究区地质图(据文献[15]) Fig.1 Geological maps of the study area(From Reference [15]) a-大地构造位置图（tectonic location）；b-区域地质图（regional geology）；c-徐家村金矿床矿区地质图（geological map of Xujiacun gold deposit）；Q2-第四系全新统（Quaternary Holocene）；P1d-二叠系兴东群大盘道组（Permian Dapandao fm.）；βN2c-上中新统船底山组玄武岩（basalt of Chuandishan fm.，Upper Miocene）；γK1-早白垩世花岗岩（Early Cretaceous granite）；κγK1-早白垩世碱长花岗岩（Early Cretaceous alkali-feldspar granite）；γδT3J1-晚三叠-早侏罗世花岗闪长岩（Late Triassic-Early Jurassic granodiorite）；ηγT3J1-晚三叠-早侏罗世二长花岗岩（Late Triassic-Early Jurassic monzogranite）；κγT3J1-晚三叠-早侏罗世碱长花岗岩（Late Triassic-Early Jurassic alkali-feldspar granite）；ξγT3J1-晚三叠-早侏罗世正长花岗岩（Late Triassic-Early Jurassic syenogranite）；ηγP3-中晚二叠世二长花岗岩（Middle-Late Permian monzogranite）；γδP5-3-中晚二叠世花岗闪长岩（Middle-Late Permian granodiorite）；νPt3-新元古代辉长岩（Neoproterozoic gabbro）；γπ-花岗斑岩（granite porphyry）；δμ-闪长玢岩（diorite porphyrite）；δ-闪长岩（diorite）；1-压性断裂（compressive fault）；2-复合断层（composite fault）；3-断裂（fault）；4-推测断裂（inferred fault）；2-不整合界线（unconformity）；6-居民区（residential area）；7-采样位置及编号（sampling position and number）；8-矿体及编号（orebody and number）；9-矿区范围（ore field） |
区内岩浆活动具有多期性特点，出露有晚二叠世花岗岩（ηγP3）、中晚二叠世花岗闪长岩（γδP2-3）晚三叠世-早侏罗世花岗岩（ηγT3J1）等晚古生代-中生代中酸性侵入岩（图 1b）.其中，以晚二叠世二长花岗岩出露面积最大，占全区面积50%以上（图 1b），同时也是徐家村金矿床主要的赋矿岩石之一[15].
2 矿床地质特征矿区内仅出露有第四系漫滩冲积物（Q2）（图 1c）.断裂构造主要为北北西向次级断裂，其次有南北向、北东向及北北东向等次级断裂，为矿区主要的导矿及容矿构造.矿区岩浆岩以晚二叠世二长花岗岩（ηγP3）为主，其次有闪长玢岩等小面积出露，均为矿区主要的赋矿岩体（图 1c）.
金矿体主要产于晚二叠世二长花岗岩中（图 1c），多呈细长脉状或透镜状，受断裂及其周围裂隙控制.矿体近于直立，走向为近南北、北东及北北东向等（图 1c），沿走向及倾向延伸分别可达130、250 m，矿体厚度1.0~5.53 m，平均品位3.08×10-6~4.4×10-6.矿石类型以硫化物-石英矿石为主，矿石矿物以黄铁矿为主，有少量的闪锌矿、方铅矿等.金矿物主要为自然金、碲金矿和银金矿，包裹在黄铁矿和方铅矿等矿物中.脉石矿物主要有石英、长石、方解石、绢云母、绿泥石.矿石组构以交代结构和脉状构造为主，次有粒状结构、浸染状构造和晶洞状构造等.围岩蚀变有钾化、硅化、黄铁矿化、绢云母化及绿泥石化等，其中金与硅化、黄铁矿化关系最为密切[15].
根据各岩脉及矿脉穿切关系、手标本及镜下矿物共生组合特征等，将成矿阶段从早到晚分为：钾化-硅化阶段、石英-黄铁矿阶段、石英-金属硫化物阶段、碳酸盐化阶段4个阶段[15].其中，石英-金属硫化物阶段为主成矿阶段，该阶段石英脉中以出现大量黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等硫化物为特征，金品位的高低与金属硫化物含量呈正相关系.黄铁矿为主要载金矿物.早期黄铁矿与脉状石英伴生，多呈立方体、五角十二面体晶形，粒度较小，一般1~5 mm（图 2a）.中期黄铁矿不发育.晚期的黄铁矿含金性好，烟灰粉末状，呈脉状、显微细粒状产出（图 2b）.早期石英为灰白色，呈细脉状或团块状与自形黄铁矿共生，不含金（图 2a）.晚期石英为灰黑色，呈不规则脉状的细粒玉髓产出，分布广，与成矿关系密切，且与细粒黄铁矿、方铅矿、闪锌矿共生（图 2b）.金以银金矿、自然金及碲金矿的形式赋存于黄铁矿中（图 2c~d）.
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图 2 徐家村金矿床样品照片 Fig.2 Sample photographs of Xujiacun gold deposit a-黄铁矿（pyrite）；b-晚期含金石英－黄铁矿脉（gold-bearing quartz-pyrite vein of late stage）；c-石英两侧黄铁矿中的多颗银金矿颗粒，背散射图像（electrum particles in pyrite on both sides of quartz，backscattering image）；d-黄铁矿中的方铅矿和自然金，背散射图像（galena and native gold in pyrite，backscattering image）；Qz-石英（quartz）；Py-黄铁矿（pyrite）；El-银金矿（electrum）；Gn-方铅矿（galena）；Ng-自然金（native gold） |
样品采自矿区钻孔ZK4201、ZK4202、ZK4601和ZK2802，为主成矿期的含金石英脉.样品背散射图像显示金赋存于黄铁矿中.将挑选的石英样品粗碎至40~60目，在双目镜下挑选9件纯度接近100%石英单矿物样品，其中4件用于Rb、Sr同位素测试，5件用于H、O同位素测试，分析测试均在核工业北京地质研究院分析测试研究所完成.
主成矿期石英中流体包裹体较为发育，包裹体类型主要为气液H2O包裹体和CO2-H2O三相包裹体，可见纯液相包裹体与纯气相包裹体.流体包裹体主要为原生包裹体，多呈椭圆形，少数呈圆形、不规则状或似三角状，以孤立状及星点状分布为主.少量次生包裹体呈拉长的串珠状分布.流体包裹体一般较小，直径一般小于10 μm，少数可达15~20 μm.气液H2O包裹体中，气相充填度一般较小（< 10%），少数可达20%~30%.主成矿期石英中的H2O包裹体均一温度为189~357 ℃，CO2-H2O三相包裹体完全均一温度为220~308 ℃，二者均一温度大致吻合（未发表）.
Rb、Sr测试前先用6 mol/L的盐酸加热洗净样品，再用蒸馏水清洗接近中性，放入烤箱，温度升至200 ℃，恒温30 min，以消除次生包裹体的影响.称取0.1~0.2 g粉末放入低压密闭的溶样罐之后，再添加Rb-Sr稀释剂，用混合酸溶解24 h.待样品完全溶解后蒸干，再加入超纯盐酸转化为氯化物再蒸干.随后用0.5 mol/L的盐酸溶液将其溶解，进行离心分离，清液加入阳离子交换柱，用1.75 mol/L的盐酸溶液淋洗Rb，用2.5 mol/L的盐酸溶液淋洗Sr，蒸干，采用I SOPROBE-T热电离质谱仪进行同位素分析.质量分馏用86Sr/88Sr=0.1194校正，标准测量结果：NBS987为0.710250±7，实验室流程本底：Rb为2×10-10 g、Sr为2×10-10 g.
5件石英样品的H、O同位素分析测试使用仪器为MAT253和Delta V Advantage气体同位素质谱仪，测量结果以SMOW为标准，记为δDV-SMOW，分析精度优于±1%.氢同位素参考标准为国家标准物质北京大学标准水，其δDV-SMOW=-64.8%，δ18OV-SMOW=-8.79%.兰州标准水，其δDV-SMOW=-84.55%，δ18OV-SMOW=-12.48%.详细的实验流程及步骤参见文献[16].
4 分析结果 4.1 石英流体包裹体Rb、Sr同位素徐家村金矿4个主成矿期的石英样品的Rb、Sr同位素测定结果如表 1所示.石英中的Rb含量为1.33×10-6~ 9.45×10-6，Sr 11.1×10-6~75.35×10-6，n（87Rb/86Sr）0.1939~1.5297，n（87Sr/86Sr）（0.709629± 0.000012）~（0.714076±0.000012）.采用ISOPLOT程序处理年龄数据，λ=1.42×10-11/a，87Rb/86Sr输入误差为0.5%~2%，获取石英流体包裹体Rb-Sr等时线年龄为229±8.6 Ma（2σ）.如图 3所示，4个石英样品的87Rb/86Sr与87Sr/86Sr构成明显的线性关系，所得（87Sr/86Sr）i为0.70909±0.00013（2σ），MSWD为0.56.
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表 1 徐家村金矿床石英Rb-Sr同位素分析结果 Table 1 Rb-Sr isotope analysis results of the quartz in Xujiacun gold deposit |
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图 3 徐家村金矿床石英Rb-Sr等时线图 Fig.3 Rb-Sr isochron of inclusions in the quartz of Xujiacun gold deposit |
石英中氢、氧同位素分析结果如表 2所示：δ18O值为12.6 %~14.2%，平均13.72%. δD值为-83.1 %~ -87.1 %，平均-84.9 %.利用石英-水的同位素平衡方程：1000lnα石英-水=3.38×106/T2-3.40 [17]求出流体包裹体的δH O18值为2.96%~5.63%，平均3.72%.将δD值与δ18OH O值投影到δD-δ18OH O图解中（图 4），可见5个数据点位于原生岩浆水区域下方偏左的位置，接近岩浆水区域的下限.
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表 2 徐家村金矿石英中氢、氧同位素组成 Table 2 compositions of H and O isotopes in the quartz o XUNJiacun gold deposit |
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图 4 徐家村金矿成矿流体δD-δ18OH2O图解(底图据文献[18]) Fig.4 The δD-δ18OH O diagram of ore-forming fluids in Xjjiacun gold deposit(After Reference [18]) |
本文首次测定的徐家村金矿床含金石英脉流体包裹体Rb-Sr等时线年龄为229±8.6 Ma，（87Sr/86Sr）i为0.70909±0.00013.用于测年的石英样品均来自主成矿期，石英未见裂隙发育且未受到构造活动的影响和改造.此外，获得的4组数据拟合出的等时线具有良好的线性关系，说明同位素在成矿流体中达到均一，自流体包裹体被石英捕获以来，流体中的Rb-Sr保持了良好的封闭体系[6].而且，测试之前先将样品加热至200 ℃恒温30 min，使次生包裹体爆裂，从而有效降低了次生流体包裹体对测试结果的影响.因此，测得的Rb、Sr含量基本来自原生流体包裹体，这也满足了Rb、Sr同位素测年的基本条件[8]，所获得的Rb-Sr等时线年龄（229±8.6 Ma）可以作为徐家村金矿床的成矿年龄.
前人研究表明，金的成矿作用一般都与构造运动、岩浆活动或变质作用有关，因此金矿床形成时代必然与重大地质事件有关[6, 19]，只有同时具备了必要的成矿条件，如成矿物质、地质作用所释放出的能量及流体的驱动等，金矿床才能形成[20].对徐家村金矿床含矿二长花岗岩及闪长玢岩的年代学及地球化学研究结果显示，锆石U-Pb年龄分别为254.2±0.95 Ma、230.44±0.54 Ma [15]，分别形成于晚二叠世、中三叠世.含矿岩体均为钙碱性系列岩石，具有富集大离子亲石元素（K、Ba、Rb）和亏损高场强元素（Nb、Ta、Ti、Th）的特征，具有岛弧花岗岩的特征[15]，岩体在板块俯冲消减环境下形成.越来越多的研究证据表明，晚古生代古亚洲洋板块向华北板块俯冲，至晚二叠世-三叠世（230~300 Ma）古亚洲洋发生闭合，华北板块与佳蒙地块发生陆-陆碰撞，并可能一直持续到晚三叠世，最终导致华北板块北缘的兴凯板块与西伯利亚板块东南缘的佳木斯地块完成拼合[21-29].在此过程中引起的大规模的岩浆活动导致了一大批金矿床的形成，如老柞山金矿、新立金矿及平顶山金矿等[30-32].老柞山金矿床成矿岩体黑云母花岗岩形成年龄为256±3.1 Ma [11]，而成矿年龄为239±34 Ma [33].徐家村金矿床石英流体包裹体Rb-Sr等时线年龄为229±8.6 Ma，较含矿岩体形成时代（254.2±0.95 Ma、230.44±0.54 Ma）稍晚或接近[15]，显示成岩成矿可能发生在同一地质事件中，即与古亚洲洋板块向佳蒙地块俯冲作用有关.
另外，徐家村金矿床围岩蚀变十分强烈，表现为钾长石化、硅化、绢云母化等，而且含矿石英脉体十分发育，说明在成矿过程中热液流体扮演着重要的角色.矿石中发育石英晶洞构造等岩浆-热液阶段不平衡结构构造[34]，表明成矿流体处于一个封闭的环境，且热液与岩浆具有密切成因联系.徐家村金矿床成矿岩体地球化学研究表明，二长花岗岩分异指数（DI）为85.37~89.30，固结指数（SI）为1.96~2.88，δEu值为0.68~0.92，表明岩体的分异程度较高，为岩浆晚期分异的产物[15]，成矿流体可能来源于岩浆结晶晚期分异出的热液.
自然界中不同成因及来源的流体，其H、O同位素组成存在明显的差异，故可以通过成矿流体的氢氧同位素组成的δD-δ18OH O图解来判别成矿流体的来源以及不同成因成矿流体的混合[35].石英中δ18OH O值为2.96%~5.63%，平均3.72%，δD值为-83.1%~-87.1%，平均-84.9%，接近岩浆水的下限值[36-37]，表明成矿流体可能早期来自于岩浆中分离出的热液，印证了含矿石英脉与赋矿花岗岩体的的成因联系.在δD-δ18OH O图解中（图 5），可见5个数据点位于原生岩浆水区域下方偏左的位置，向雨水线方向偏移，说明在热液上升过程中可能与低δ18O、低δD值的大气降水混合，发生同位素交换[38-39].大气水的加入可以使水岩比增大，更有利于淋滤围岩中的金及其他金属元素，并与围岩发生交代作用[20]，这也与地质事实相符.综上所述，成矿流体应为晚二叠世花岗岩浆分异出的热液，含矿硅质热液沿构造裂隙贯入，后期有少量大气降水的加入，并与周围岩石发生反应，黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等硫化物沉淀，并形成多种近矿围岩蚀变.
6 结论（1）石英流体包裹体Rb-Sr等时线年龄为229±8.6 Ma，较含矿岩体形成时代（254.2±0.95 Ma、230.44±0.54 Ma）稍晚或接近，显示成岩成矿可能发生在同一地质事件中，即与古亚洲洋板块向佳蒙地块俯冲作用有关.
（2）石英中H、O同位素特征显示，成矿流体应为晚二叠世花岗岩浆分异出的热液，后期有少量的大气降水的加入.
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