2. 吉林大学地球科学学院, 长春 130061
2. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China
0 引言
浅成低温热液金矿床自20世纪80年代成为国际矿床学研究的热点，大量的学者对其进行过广泛研究。Hedenquist等[1]根据硫的状态把其分为高硫化(HS)、中硫化(IS)、低硫化(LS)3个亚类，其中中、高硫化矿床成矿流体的演化及与下部斑岩成矿系统的关系一直为研究的重点和难点。不少学者对延边地区杜荒岭、九三沟金矿进行过有关成矿地质特征、矿床成因、成矿时代及动力学的研究[2-12]，但成矿流体的演化研究薄弱。本文对两个矿床蚀变岩和矿石石英内的流体包裹体从显微测温、拉曼成分测试及稀有气体同位素示踪角度进行了系统研究，以期对成矿过程及深部找矿提供新的认识和思路。
1 成矿地质背景延边地区位于中国东北陆缘吉林省东部，地处天山－兴蒙造山带东端，狭于佳木斯地块、兴凯地块、和龙地体(华北板块东端)之间，是一个经历古亚洲洋演化和兴蒙造山对接、中生代古太平洋板块俯冲以及新生代超壳断裂作用叠加的复合构造区[13]。区域出露的地层主要有晚古生代中、浅变质的塔东群、三道沟群、青龙村群、五道沟群以及下二叠统的大蒜沟组、庙岭组、山谷旗组、滩前组，中生代晚三叠世的大兴沟群和早侏罗世中晚期至早白垩世的屯田营组、金沟岭组和泉水村组及晚白垩世的大砬子组、龙井组[14]；侵入岩时代主要是晚二叠世(260~245 Ma)、三叠纪(225~200 Ma)、早侏罗世(190~180 Ma)、中侏罗世(170~150 Ma)、早白垩世(130 Ma)[15-16]和早白垩世晚期花岗杂岩(113~105 Ma)[17]。
延边地区属于太平洋成矿域的一部分，具备良好的浅成热液、斑岩型金铜矿床(图 1a)的成矿地质背景。斑岩、类斑岩型矿床有农坪、小西南岔金铜矿，浅成热液低硫化型以五凤－五星山金矿床为代表，浅成热液高硫化型以杜荒岭、九三沟金矿颇为典型(图 1b、c)。年代学表明杜荒岭金矿含硫化物石英脉石英内流体包裹体的40Ar-39Ar等时线年龄为(107±6) Ma[2, 9]，而九三沟金矿床中黄铁绢英岩化石英闪长岩的成岩年龄为(109.3±2.1) Ma[7]，所以延边地区的浅成高硫化型金铜矿床的成矿时限略滞后于109~107 Ma，应与富金斑岩型铜矿床的成矿时限(104~102 Ma)一致[13, 17-18]。
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| a: 1.新生代火山岩；2.中生代火山-沉积岩；3.古生代浅变质岩；4.早白垩世花岗杂岩；5.中晚侏罗世花岗岩；6.晚二叠世－早侏罗世花岗闪长岩-二长花岗岩；7.晚二叠世辉长岩-闪长岩；8.断层；9.地质界线；10.国界线；11.富金斑岩-类斑岩铜矿；12.浅成热液低硫化型金矿床；13.浅成热液中硫化型金矿床；14.浅成热液高硫化型金矿床。b, c:1.火山岩；2.细粒闪长岩；3.石英闪长岩；4.黑云母花岗闪长岩；5.花岗闪长斑岩；6.斜长花岗斑岩；7.石英闪长玢岩；8.闪长玢岩；9.断裂破碎带；10.隐爆角砾岩筒；11.矿体；12.矿带号；13.强蚀变带；14.弱蚀变带。a’ b’，c’ d’代表图 2中勘探线位置。 图 1 延边地区地质和热液金铜矿床分布图(a)及杜荒岭(b)、九三沟金矿(c)矿床地质图 Figure 1 Geological map of the Yanbian area showing locations of gold or copper deposit (a), geological map of Duhuangling (b)and Jiusangou gold deposit (c) |
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| a: 1.花岗闪长岩；2.蚀变岩型矿体；3.钻孔；4.地表探槽。b:1.花岗斑岩；2.石英闪长玢岩；3.蚀变石英闪长玢岩；4.安山岩类；5.黄铁绢英岩化；6.矿体；7.破碎带。 图 2 杜荒岭金矿勘探线剖面图(a)和九三沟金矿床0号勘探线剖面图(b) Figure 2 Exploration section of Duhuangling gold deposit (a) and geological section along exploration line No. 0 of Jiusangou gold deposit (b) |
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杜荒岭和九三沟金矿床两者距离不足10 km，它们具有相似的矿床地质特征(图 1b、c；表 1)，具体详见下文。
| 矿床名称 | 控、容矿构造 | 矿体类型 | 赋矿围岩 | 矿体形态 | Au品位 | 成矿元素 |
| 杜荒岭金矿 | 北东向断裂与近东西向断裂 | 隐爆角砾岩型和蚀变岩型 | 石英闪长岩和少量花岗闪长斑岩 | 隐爆角砾岩型矿体近直立，呈不规则状 | 隐爆角砾岩型为3.00×10-6左右；蚀变岩型为3.76×10-6~9.35×10-6 | Au、Ag、Pb、Zn、Bi，少量Cu、Mo |
| 九三沟金矿 | 隐爆角砾岩及外围NNE和NEE向断裂 | 蚀变岩型 | (石英)闪长玢岩、细粒闪长岩 | 板状、囊状 | 10×10-6以上 | Au、Ag、Pb、Zn、Bi、As，少量Cu |
杜荒岭金矿床位于吉林延边地区东部，分布在汪清中生代火山断陷盆地东侧，大石头－大北城近东西向断裂与北东向断裂交汇处。矿区内出露的地质体主要是石英闪长岩、花岗闪长斑岩和花岗斑岩脉，均可能与成矿有关。
矿床目前已勘探出19条矿化地质体，划分为5个矿化带。矿体类型主要是隐爆角砾岩型(1条)和蚀变岩型(18条)(图 2，图 3a，b)，后者伴生硫化物
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| Qtz.石英；Py.黄铁矿；Ccp.黄铜矿；Au.自然金；Hem.赤铁矿；Mt.磁铁矿；Gn.方铅矿；Ser.绢云母；Dkt.地开石；Apy.毒砂；Sp.闪锌矿。a.角砾岩型矿石；b.蚀变岩型矿体；c.蚀变岩中的硫化物石英脉；d.蚀变岩矿体；e.浸染状黄铁矿化高岭土化蚀变岩；f.硅化蚀变岩；g.碎裂状黄铁矿中包裹的金；h.地开石化黄铁绢英岩化蚀变岩；i.自形黄铁矿被毒砂交代充填；j.他形黄铁矿与毒砂共生；k.蚀变岩中的黄铁矿方铅矿脉；l.早期黄铜矿被闪锌矿交代。a－c, g, h, k为杜荒岭矿床；d－f, i, j, l为九三沟金矿。 图 3 杜荒岭金矿和九三沟金矿的矿石矿物组构显微照片 Figure 3 Photographs showing ore mineral composition and ore fabric in Duhuangling-Jiusangou gold deposit |
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石英脉(图 3c)。隐爆角砾岩型矿体产在矿区西侧北东向断裂与近东西向断裂交汇部位，赋矿围岩为石英闪长岩和少量花岗闪长斑岩，角砾岩筒地表出露长50 m左右，宽30 m，在平面上呈椭圆形，长轴方向呈北东向，倾向为20°~25°。含金角砾岩由角砾和胶结物两部分组成：角砾体积分数为50%~70%，呈浑圆状、棱角状，砾径0.2~5.0 cm，岩性为硅化、绢云母化花岗闪长斑岩和石英闪长岩；胶结物为青磐岩化蚀变岩、硅化蚀变岩、绢英岩化蚀变岩等。矿体Au平均品位为3.00×10-6左右。蚀变岩型矿体位于隐爆角砾岩型矿体的东侧，产于近东西向的断裂内，常伴生花岗斑岩，赋矿围岩为石英闪长岩和少量花岗闪长斑岩，黄铁绢英岩化的花岗斑岩本身就是矿体；矿脉成群近平行产出，间距20~80 m，脉群总体倾向330° ~350°，倾角65°~80°(局部达85°)；矿体Au品位为3.76×10-6~9.35×10-6。矿石矿物以黄铁矿为主，少量黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、辉锑矿、闪锌矿，可见方铅矿及自然金、银金矿、辉铋矿、辉银矿(表 2)等；围岩蚀变主要是绢云母化、泥化(高岭土化、地开石化)、硅化、青磐岩化以及少量碳酸盐化，偶见电气石化。矿石多呈半自形粒状结构和交代侵蚀结构，可见浸染状、角砾状、脉状、晶洞构造。矿化过程可划分黄铁绢英岩化阶段、石英-黄铁矿阶段、多金属硫化物阶段和石英-碳酸盐细脉4个成矿阶段。
| 样品名称 | 样号 | 矿物及化学式 | 元素 | 质量分数/% | 原子百分比/% |
| 泥化的块状黄铁矿矿石 | DHL-11-4-1 | 辉铋矿Bi2S3 | S | 12.43 | 47.98 |
| Pb | 32.43 | 19.37 | |||
| Bi | 55.13 | 32.64 | |||
| S | 7.07 | 28.44 | |||
| 辉铋矿Bi2S3 | Fe | 3.55 | 8.20 | ||
| Mo | 11.28 | 15.17 | |||
| Bi | 78.09 | 48.19 | |||
| DHL-11-4-2 | 辉银矿Ag2S | S | 29.57 | 50.08 | |
| Fe | 21.55 | 20.95 | |||
| Cu | 17.68 | 15.11 | |||
| Ag | 24.53 | 12.34 | |||
| U | 6.67 | 1.52 | |||
| 黄铜矿CuFeS2 | Si | 2.85 | 4.54 | ||
| S | 33.41 | 46.59 | |||
| Fe | 41.55 | 33.26 | |||
| Cu | 22.19 | 15.61 | |||
| DHL-11-4-3 | 自然金Au | Fe | 5.34 | 15.27 | |
| Cu | 4.72 | 11.86 | |||
| Au | 89.94 | 72.87 | |||
| 注：测试单位为吉林大学古生物中心; 扫描电镜型号为JSM-6700F。 | |||||
九三沟金(铜)矿床距吉林汪清县复兴镇东南约3 km，位于杜荒子－汪清中生代火山断陷盆地的东部，北北东向复兴断裂与北西向金仓断裂的交汇处，是闹枝－百草沟－金苍(复兴)东西向火山岩浆带的一部分, 火山机构特征明显, 火山颈内次火山岩相发育。受东西向断裂和南北向断裂控制, 矿区内形成了以790高地为特征的古火山机构, 该矿床赋存于火山角砾岩中及外围NNE和NEE向裂隙系中。
矿区出露的地层为金沟岭组安山质火山熔岩及碎屑沉积岩, 岩性主要为玄武岩、玄武安山岩、安山岩、安山质凝灰岩等, 在金苍河谷南北两侧见有少量二叠纪泥质浅变质岩及零星出露的第三纪玄武岩、砂砾岩等。矿区出露的地质体主要为细粒闪长岩、(石英)闪长玢岩及少量的斜长花岗斑岩，年代学显示闪长玢岩的年龄与成矿时限接近。
矿床产在(石英)闪长玢岩内接触带及隐爆角砾岩带中，矿体以蚀变岩型为主(图 3d)，与围岩(石英)闪长玢岩、细粒闪长岩呈渐变过渡接触，而在矿区中部可见花岗斑岩切穿金矿体。目前已勘探圈定出10个矿体，其中以1号、7号、8号矿体规模较大，储量占总储量的90%以上；矿体品位较高，为10-6以上，储量约1.5 t，矿石类型主要是浸染状黄铁绢英岩和黄铁矿脉。矿石构造主要是浸染状，其次是脉状、角砾状、团块状构造等；矿石结构有自形－半自形粒状结构、他形粒状结构、交代熔蚀结构、包含结构、碎裂结构等；矿石矿物以黄铁矿为主，次之为毒砂及微量的黄铜矿、砷黝铜矿、方铅矿、闪锌矿和硫砷铜银矿；脉石矿物有伊利石、水白云母、绢云母、石英、绿帘石、方解石和电气石等；金矿物主要以自然金为主，其次为银金矿，常分布在黄铁矿、毒砂粒间或以包裹金产出。围岩蚀变主要类型为黄铁绢英岩化和高岭土化(图 3e)，其次为硅化(图 3f)、青磐岩化、绿泥石化和碳酸盐化等。依据矿石结构和矿物组合规律划分出4个成矿阶段：黄铁绢英化阶段、石英(毒砂)黄铁矿阶段、自然金多金属硫化物阶段和石英-碳酸盐阶段。
两个矿床中4个成矿阶段的主要矿物，都显示其为浅成成矿阶段的产物，相似程度比较大，以下统一描述。
黄铁绢英化阶段：此阶段为蚀变内带，产于角砾岩中，矿体主要赋存在该带。自形－半自形粗粒黄铁矿(图 3g)、石英被绢云母包裹，此阶段还残留了蚀变阶段的部分黏土矿物如地开石等(图 3h)，在黄铁矿表面或裂隙中吸附少量金。
石英(毒砂)黄铁矿阶段：两个矿床都发育半自形－他形石英、黄铁矿和微量金或裂隙金及少量黄铜矿，是金的主要成矿阶段。杜荒岭矿床此阶段含砷矿物不发育，九三沟矿床此阶段发育硫砷铜矿，以及交代溶蚀早期黄铁矿的毒砂(图 3i，j)。
自然金多金属硫化物阶段：此阶段发育细粒黄铁矿，有的黄铁矿发育碎裂结构，此阶段两个矿床都发育大量方铅矿(图 3k)、闪锌矿(图 3l)、辉铋矿、辉银矿(图 4)、辉锑矿，银金矿等，是金的另一个主要的成矿阶段。
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| 箭头指示扫描位置；右图显示矿物成分图谱及计算的矿物化学式。Bmt.辉铋矿；Arn.辉银矿；Ccp.黄铜矿；Au.自然金; Py.黄铁矿。 图 4 杜荒岭金矿矿石矿物的扫描电镜图像及成分图谱 Figure 4 SEM photos and energy dispersive spectra image of ore minerals in Duhuangling gold deposit |
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石英-碳酸盐阶段：发育石英、方解石和少量黄铁矿。
3 流体包裹体 3.1 研究样品及方法本文分别对杜荒岭矿床早期矿化阶段蚀变的黄铁绢云岩、主成矿阶段的黄铁矿化石英脉、九三沟矿床蚀变－早期矿化阶段的硅化蚀变岩、660 m标高主成矿阶段含团块状黄铁矿蚀变岩等6件样品中的石英，进行了单个流体包裹体显微测温、激光拉曼成分的研究。
显微测温实验在吉林大学地球科学院地质流体实验室(LINKAMTHMS-600型冷热台(-196~600 ℃))完成。测定前对流体包裹体的参数采用人造纯H2O及w(NaCl)为25%的H2O-NaCl包裹体(国际标样)进行了系统校正；接近于相变时的升温速率，对于完全均一温度为1 ℃/min, 对冰点为0.1 ℃/min。
单个流体包裹体的拉曼成分测试在北京核工业地质分析测试研究中心(LABHR-VIS LabRAM HR800型显微激光拉曼光谱仪)完成。Renishaw RM2000型，实验条件为514 nm Ar+激光器，光谱计数时间为10 s，每cm-1全波段一次取峰，激光束斑1 μm；LabRAM HR800型，波长为532 nm，Yag晶体倍频，固体激光器，激光束斑≥1 μm, 扫描时间为10 s，扫描两次。
3.2 岩相学特征流体包裹体的岩相学观察表明主要有4种类型：气相包裹体、含固相的多相包裹体、气液两相包裹体、纯液相包裹体。各类流体包裹体的具体特征如下。
气相包裹体：指气体充填度(V/(V+ L))＞50%的包裹体。杜荒岭和九三沟矿床的气相包裹体均发育在Ⅰ、Ⅱ矿化阶段，呈圆形或椭圆形，直径为6~8 μm，孤立存在或与多相包裹体共存(图 5a、b)。该类型包裹体多数室温时呈现黑色，看似为单相气相，少量可呈现两相，加热时或均一为气相或液相。
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| V、L、S分别表示组成流体包裹体的气相、液相、固相；L+V.气液两相包裹体；L-R.(富液相)气液两相包裹体；L+V+S.含固相的多相包裹体；V.气相包裹体；L.纯液相包裹体。a、c－e、h－j为杜荒岭金矿；b、f`－g、k为九三沟金矿。 图 5 杜荒岭金矿和九三沟金矿石英中流体包裹体的类型及产状显微照片 Figure 5 Micrograph about type and occurrence of fluid inclusion from quartz in Duhuangling-Jiusangou gold deposit |
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含固相的多相包裹体：指的是在包裹体中除了气相和液相之外，还存在一个或多个固相的多相包裹体。按固相能否熔化细分为两类：固相为硫酸盐或未知透明子矿物及黄铜矿、磁铁矿(后文拉曼测试)等金属矿物不能熔化的(图 5c－f)；固相为石盐、钾盐等子晶能熔化的(图 5g、h)。该类包裹体为椭圆形或不规则形，与气相或气液两相包裹体共存(图 5i)。加热时，固相先于或晚于气相消失，均一为液相，少量固相加热到600 ℃时，还未均一。
气液两相包裹体：在本文中指气体充填度(V/(V+ L))＜50%的所有两相流体包裹体，这种类型的包裹体在整个成矿过程均比较发育。单个包裹体呈椭圆形、负晶形和不规则形状, 与多相及富气相包裹体共存(图 5i)或沿晶带及孤立的散乱分布(图 5j)，直径为4~14 μm，以6~10 μm为主，约占流体包裹体总数的60%。加热时，均一为液相。
纯液相包裹体：指的是室温下为液相的单相包裹体，该类包裹体发育比较少，在成矿的晚期阶段或主成矿阶段与多相、富气相包裹体共存(图 5k)，形态为不规则或椭圆状，直径为4~6 μm。
早期矿化阶段蚀变的黄铁绢云岩、硅化蚀变岩与主成矿阶段的黄铁矿化石英脉、含团块状黄铁矿蚀变岩内流体包裹体的类型组合均为气液两相包裹体、含子矿物多相的流体包裹体，不同的是早期多相流体包裹体内固相多为硫酸盐、黄铜矿等在600 ℃未均一的矿物，且气液两相包裹体中发育有少量富气相的包裹体，而主成矿阶段多相流体包裹体的子晶为石盐、钾盐。
3.3 均一温度、盐度本文流体包裹体的显微测温研究主要揭示了蚀变(或早期矿化)阶段和主成矿阶段的均一温度，冷冻过程中未见CO2笼形物出现；气液两相包裹体的始熔温度(Tfm)为-32~ -22 ℃，含子矿物的多相包裹体的始熔温度(Tfm)约为-50 ℃。
我们获得九三沟矿床的完全均一温度为142~470 ℃(图 6a)，冰点为-18.6~-0.7 ℃；杜荒岭矿床的完全均一温度为92~433 ℃(图 6b)，冰点为-15.1~-0.9℃。气液两相、含子晶多相流体包裹体的盐度分别通过Hall[19]、Sterner[20]公式计算，获得九三沟矿床的成矿流体盐度为0.5%~42.6%，杜荒岭矿床的成矿流体盐度为0.4%~48.1%(图 7a)。
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| 1.气体充填度(V/(V+ L))为5%~30%的气液两相包裹体；2.气体充填度(V/(V+ L))为30%~50%的气液两相包裹体；3.气体充填度(V/(V+ L))大于50%的气液两相包裹体；4.含固相的多相包裹体。蚀变－早期矿化阶段测试样品为黄铁绢云岩、硅化蚀变岩；主成矿阶段测试样品为黄铁矿化石英脉、含团块状黄铁矿蚀变岩。a.九三沟金矿；b.杜荒岭金矿。 图 6 九三沟和杜荒岭金矿流体包裹体的完全均一温度-频率直方图 Figure 6 Total homogenization temperature histogram of fluid inclusions in Jiusangou-Duhuangling gold deposit |
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| 1.杜荒岭矿床；2.文献[6]中杜荒岭矿床数据；3.九三沟矿床。图 7a的阴影区表示Furtei高硫化金矿床的盐度数据[22]。Tm.子矿物均一温度；Th.完全均一温度。 图 7 杜荒岭和九三沟金矿盐度-完全均一温度图解(a)和多相包裹体的石盐消失均一与气相消失均一图解(b) Figure 7 Salinity versus total homogenization temperature for fluid Inclusions (a) and halite dissolution temperatures vs vapor disappearance homogenized to liquid for poly-phase fluid inclusions (b) in Duhuangling-Jiusangou gold deposit |
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显微测温结果显示杜荒岭、九三沟两个矿床的蚀变－早期矿化阶段的均一温度为330~470 ℃，这阶段流体包裹体的类型为气液两相包裹体、富气相包裹体及多相包裹体(图 6a、b)，多相包裹体中固相的种类有石盐、钾盐、硬石膏、重晶石等硫酸盐类及黄铜矿等金属矿物。多相流体包裹体中硫酸盐类和金属矿物在600 ℃前未熔化，石盐、钾盐子矿物在600 ℃前都熔化，且几乎全部晚于气泡均一(图 7b)，利用子矿物消失温度算得流体的盐度为33.4%~48.1%，其中均一温度在400 ℃以上的流体包裹体盐度数据落在了Furtei高硫化金矿床数据的范围内[21] (图 7a)。两个矿床主成矿阶段流体包裹体的均一温度为90~330 ℃，以气液两相包裹体、含子晶多相包裹体为主(图 6a、b)，这阶段的多相包裹体子矿物均一方式有两种：早于或晚于子矿物消失(图 7b)，图 7a显示此阶段两个矿床的成矿流体盐度为0.4%~44.9%，呈现低盐度、中高盐度、高盐度3个区间，代表了浅成矿化的主要流体特征。
3.4 压力和深度的估算前面显微测温数据显示，杜荒岭、九三沟矿床主成矿阶段发生了沸腾作用。对于沸腾的流体包裹体集合体，一定的温度和盐度对应特定的压力[22]。我们把杜荒岭、九三沟矿床的成矿流体体系按照H2O-NaCl对压力进行了估算[23-24]，在图 8上显示这两个矿床的成矿压力为0.1~20.0 MPa，浅成矿化阶段流体包裹体的压力为1~5 MPa。按照静水压力10 MPa/km，计算的古成矿深度为0.01~2.00 km，浅成矿化深度为0.1~ 0.5 km，与典型浅成热液矿床的成矿深度一致。
黄铁绢云岩、硅化蚀变岩石英中单个富气相流体包裹体的激光拉曼测试显示成分主要为CO2、N2(图 9a、b)，与富气相包裹体共存的固体测试表明成分为磁铁矿(图 9c)，显示早期流体为高氧化流体。成矿阶段黄铁矿化石英脉、含团块状黄铁矿蚀变岩石英内气液两相包裹体的成分以H2O为主，少量的CO2, 微量CH4、N2(图 9d－f)。
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| 图 9 杜荒岭金矿流体包裹体的拉曼成分图解 Figure 9 Raman spectrograms of fluid inclusions in Duhuangling gold deposit |
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实验样品采自矿化阶段形成的硫化物蚀变岩(4件)，将采集的样品进行碎样(＜3 mm)，分别挑选了结构、光学性质均一, 无裂痕迹象, 且与矿化阶段相吻合的同类寄主矿物(约2 g，分离纯度为100%)，共选出包括黄铁矿在内的单矿物样品4件，用于矿物流体包裹体稀有气体同位素实验。
实验在东京大学理学部地球化学实验室进行，采用压碎样品精制装置抽出气体，冷却分离稀有气体，在VG5400气体质谱议上精确检测完成，具体的分析方法和流程详见文献[25-26]。实验测试误差＜10%(1σ); 其中，4He、20Ne、40Ar、84Kr和132Xe的实验空白本底分别为(1.5~4.5)×10-11、(0.8~1.9)×10-12、(3.8~8.4)×10-10、(1.7~5.3)×10-14和(2.2~9.6)×10-15ccSTP/g; 氦同位素标样的3He/4He为(28.88±0.14)×10-5(HESJ)[27]。
3.6.2 实验结果实验获得4He、20Ne、40Ar、84Ke、132Xe的质量分数见表 3。4个样品3He/4He的值为0.009 6~0.020 6 Ra，远低于大气(1 Ra)的He同位素组成，接近年轻的大陆地壳流体(0.01~0.05 Ra) [28-29](图 10a)。壳源流体中大气He的贡献可以由F4He值(定义为样品4He/36Ar相对于大气中4He/36Ar = 0.165 5的值)确定[30]。研究的两个金矿硫化物样品的F4He值集中在1 755~12 508，说明样品中含有的大气可以忽略不计。样品中38Ar/36Ar为0.189 6~0.192 7，略高于饱和大气水(38Ar/36Ar为0.188 0)，40Ar/36Ar为1 302.4~4 433.6，介于饱和大气水(40Ar/36Ar为295.5) 与地幔流体之间。从表 3可以知：放射成因40Ar*的质量分数为77.3%~93.3%，大气40Ar的贡献为22.7%~6.7%，说明成矿流体中Ar主要来自地壳岩石的放射成因的Ar(图 10b)；40Ar*/4 He值为0.005 9~0.046 1，3He/4He的值为0.009 6~0.020 6 Ra，而大陆岩石圈地幔40Ar*/4He值为0.5，3He/4He的值为6~8 Ra，地壳岩石的40Ar*/4He值为0.2，3He/4He的值＜0.1 Ra，说明成矿流体的主要成分来源于地壳；样品中的20Ne/22Ne和21Ne/22Ne值分别为9.734~9.870和0.030 9~0.040 6，接近于饱和大气组成(20Ne/22Ne=9.8，21Ne/22Ne=0.029)，小于地幔流体的同位素组成(20Ne/22Ne和21Ne/22Ne值分别为9.8~13.2, 0.058~0.068)。
| 样品号 | 矿物名称 | 质量/g | 3He/4He(/Ra, ±1) | 20Ne/22Ne(±1) | 21Ne/22Ne(±1) | 38Ar/36Ar(±1) | 40Ar/36Ar(±1) | 4He | 20Ne | 40Ar | 84Ke | 132Xe | (40Ar*)/% | 40Ar*/4He | F4He | ||||||
| (10-9ccSTP/g) | (10-12ccSTP/g) | ||||||||||||||||||||
| Jsg-1 | 黄铁矿 | 0.311 6 | 0.020 6 | ±0.005 | 9.870 | ±0.11 | 0.030 9 | ±0.001 3 | 0.190 1 | ±0.000 7 | 1 302.4 | ±14.2 | 1 677 | 0.419 | 752 | 15.1 | 1.52 | 77.3 | 0.046 1 | 1 755 | |
| Jsg-2 | 黄铁矿 | 0.320 6 | 0.013 2 | ±0.004 | 9.734 | ±0.08 | 0.032 0 | ±0.001 5 | 0.189 6 | ±0.001 0 | 1 990.0 | ±22.0 | 3 067 | 0.350 | 1 115 | 17.8 | 2.43 | 85.2 | 0.027 7 | 3 306 | |
| Dhl-1 | 黄铁矿 | 0.319 0 | 0.009 6 | ±0.003 | 9.811 | ±0.09 | 0.040 6 | ±0.001 4 | 0.192 7 | ±0.001 3 | 4 433.6 | ±67.3 | 12 032 | 0.405 | 2 577 | 17.2 | 2.52 | 93.3 | 0.007 7 | 12 508 | |
| Dhl-2 | 黄铁矿 | 0.326 6 | 0.011 1 | ±0.006 | 9.849 | ±0.07 | 0.034 2 | ±0.001 1 | 0.190 1 | ±0.001 0 | 2 511.6 | ±16.6 | 14 970 | 0.951 | 3 128 | 32.6 | 3.48 | 88.2 | 0.005 9 | 7 262 | |
| 大气 | 1.000 0 | 9.800 | 0.188 0 | 295.5 | 1 | ||||||||||||||||
| 注：Ar*=((40Ar/36Ar)m－295.5)/(40Ar/36Ar)m)×100；F4He=(4He/36Ar)m/(4He/36Ar)air。下角m:表示实测值；air:大气。 | |||||||||||||||||||||
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| MORB.洋中脊；SCLM.次生岩石圈地幔。 图 10 杜荒岭和九三沟金矿流体包裹体中稀有气体3He/4He-4He/20Ne(a)和3He/4He-40Ar/36Ar(b)图 Figure 10 Plot of 3He/4He-4He/20Ne (a) and 3He/4He-40Ar/36Ar (b) in fluid inclusions from Duhuangling and Jiusangou gold deposit |
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杜荒岭和九三沟金矿具有典型浅成高硫化系统的几个特征：两个矿床都产在俯冲带的火山弧环境，矿体产在隐爆角砾岩筒内，与钙碱性岩石有关[2-3]；研究的两个矿床硅化、高岭土化、泥化非常发育，但多孔状石英[4]仅少量发育且未见明矾石。这些不同原因有几种可能：1) 发育这些特征，但未保存下来或在当前的有限的露头内未被发现；研究的这两个矿床成矿流体的酸性程度与典型的高硫化矿床不一样。2) 早期多孔状石英被后期广泛发育的硅化覆盖。3) 明矾石的缺失可能由下列反应解释，导致明矾石被高岭石取代[31]，本文认为第二、三种解释合理。
矿石矿物室内鉴定观察及扫描电镜成分测试(表 2)表明，杜荒岭和九三沟矿床成矿流体中含有Au、Ag、Pb、Zn、Bi[3]，少量的Cu，与典型的高硫化矿床一致。但两个矿床也有不同，毒砂在九三沟矿床广泛存在，而杜荒岭未见As矿物，且扫描电镜测试黄铜矿的原子百分比与标准黄铜矿的化学式相比，表明S不足，同样说明矿床形成的温度比较高[32]。
显微测温时冷冻过程中未见CO2笼形物出现，说明流体体系中CO2的质量分数低于4%[33]；气液两相包裹体和含子矿物的多相包裹体的始熔温度说明体系中除了NaCl，还可能有KCl和Fe的氯化物[33-34]。
激光拉曼测试成分显示，早期成矿阶段成矿流体的气体成分为CO2、N2；主成矿阶段流体成分以H2O为主，少量的CO2(图 9e, f), 微量CH4、N2。N2的存在是延边地区热液金铜矿床的普遍特征[35]。
显微岩相学观察表明，多相流体包裹体的子晶有NaCl、钾盐、硫酸盐等暗含早期流体的液相成分(含有Na+、K+、Cl-、SO42-)。
所以成矿系统由Au、Ag、Cu等金属元素，液相H2O、Na+、K+、Cl-、SO42-及气相少量的CO2和微量CH4、N2等组分组成。
4.2 成矿流体的性质及起源单个流体包裹体的激光拉曼测试成分显示发育硫酸盐子矿物，说明早期流体的高氧化性。显微测温表明深部可能存在斑岩体，显示高温的特征。
关于浅成高硫化金矿床早期成矿流体的起源目前都认为是岩浆气的冷凝[36-40]，多孔状的石英晶簇是其存在过的证据[41]，而且这种岩浆气能携带10-6数量级的Au和Ag[42-46]。最新研究表明水成气体也能携带Au、Ag和Cu元素[47-51]。
均一温度盐度图解(图 7a)上两个矿床都获得了高盐度数据，且九三沟矿床的高盐度数据恰好落在了Furtei高硫化金矿床高盐度数据内，此时的流体包裹体气泡先于子矿物均一，所以此时的高盐度流体包裹体可能为捕获的岩浆房中流体初次沸腾时的高盐度相，这些流体包裹体恰恰说明了成矿流体的岩浆来源，而且可能表明这两个矿床深部存在斑岩系统[21]。
前面稀有气体同位素的结果表明，3He/4He的值接近年轻的大陆地壳流，40Ar/36Ar和20 Ne/22 Ne和21Ne/22Ne值接近于饱和大气组成，小于地幔流体的同位素组成。在4He/20 Ne -3He/4He (图 10a)上，两个矿床的数据点落在了大气-地幔混合线与地壳流体之间，40Ar/36Ar-3He/4He图解(图 10b)上，两个矿床的数据点都落在了地壳流体范围内。
赵海等[10]测试获得两个矿床石英内氢氧同位素的δ18O(H2O)为3.41‰~5.39‰，δD V-SMOW为-104.08‰~-104.36‰，显示其为岩浆与大气的混合来源。
早期的成矿流体为幔源岩浆气，且具有高温、高氧化的性质，地壳流体应是主成矿阶段的主要成分，成矿晚期又混入了饱和大气水。
4.3 成矿流体的演化及沉淀机制1) 成矿前蚀变阶段(410 ℃以上)及早期成矿阶段(330~410 ℃)。早期流体主要应为H2SO4-HCl为主的酸性岩浆气，图 7a显示在400 ℃以上流体包裹体盐度的数据落在了Furtei高硫化金矿床数据的范围内，这少量流体包裹体可能代表了深部斑岩系统在浅部叠加后期浅成流体后的产物。
酸性岩浆气交代围岩形成硅化、高级泥化及泥化带，此时金属元素以水合物形式(MeCl-H2O或者MeHS-H2O)被运输[46, 48, 51-52]。随着饱和气相熔体的结晶，自形石英形成。
随着温度逐渐冷却，上述岩浆气冷凝成酸性的流体交代原来含铁的矿物形成自形－半自形黄铁矿，此时成矿流体中金属元素可能以水成类型如MeCl2或Me(HS)o被传递[52-57]。流体中Au等金属元素达到饱和，可能会因为存在下列化学反应而沉淀：
(1) 
(2) 然而这两个矿床中未见自然金，所以金以纳米级颗粒形式吸附于黄铁矿表面，导致成矿流体中金又处于了不饱和状态。
2) 主成矿阶段(90~330 ℃)。此阶段流体发生沸腾作用，深度为100~500 m。引起沸腾的原因应该是稀有气体同位素结果显示的早期岩浆流体与地壳流体的混合(图 10)。沸腾的证据有如下几点：
两个矿床都存在大量的含子矿物的包裹体，子矿物有先于或晚于气泡消失的两种均一方式；显微岩相学观察，富气相、富液相及含子矿物的包裹体共存(图 5g，i，k)；均一温度-盐度图(图 7a)显示主成矿阶段相同的温度区间对应很宽的盐度范围[58]；在矿区我们观察到了隐爆角砾岩，矿相学显示发育碎裂状的黄铁矿(图 3g)。
沸腾作用使流体性质由弱酸性、氧化性转变为弱碱性的还原性流体，导致形成黄铁矿、毒砂及硫砷铜矿、辉铋矿等大量硫化物，在黄铁矿的裂隙中沉淀自然金。随着物化条件的变化，辉银矿、银金矿在黄铜矿中析出，方铅矿、闪锌矿等形成。
3) 晚期成矿阶段(小于150 ℃)。杜荒岭和九三沟金矿金属矿物以贫硫化物为特征，此时沉淀的矿物以石英、碳酸盐为主，而未见高硫化矿床晚期常见的重晶石和石膏，这可能与成矿系统中S相对于成矿元素不足有关。均一温度直方图上显示此时主要以气、液相比值较低的两相流体包裹体为主，温度、盐度比较低，随着流体上升，成矿流体应以饱和大气水为主。
5 结论1) 杜荒岭和九三沟金矿均产在俯冲带的火山弧环境，矿化与隐爆角砾岩筒有关，蚀变以硅化、高岭土化为主, 成矿元素均为Au、Ag、Pb、Zn、Bi，少量的Cu，含As的矿物两个矿床发育程度不同。
2) 成矿流体源于携带Au、Ag、Cu等成矿元素的幔源岩浆气，成分以H2O、Na+、K+、Cl-、SO42-为主, 少量的CO2, 微量CH4、N2，具有高温高氧化特征。
3) 早期成矿阶段H2SO4-HCl为主的流体交代围岩形成酸性蚀变，Au等成矿元素因溶解度饱和而沉淀，主成矿阶段先前的岩浆气与地壳流体的混合是其成矿的主要机制，流体特征为中低温、还原性流体，此阶段形成深度为100~500 m，晚期以低温低盐度的大气水为主，碳酸盐发育，未见硫酸盐。
相对于世界范围内多数高硫化金矿成矿流体具有低温低盐度的特点，杜荒岭和九三沟金矿的成矿温度偏高，且早期成矿阶段存在少量的高盐度流体包裹体，可能表明深部存在斑岩成矿系统。
致谢: 笔者在流体包裹体测温和成分测定过程中，得到吉林大学地球科学院地质流体实验室王力老师和北京核工业地质研究所张敏的大力协助，在此表示衷心的感谢!| [1] | Hedenquist J W, Arribas R A, Gonzalez U E. Exploration for Epithermal Gold Deposits[J]. Reviews in Economic Geology, 2000, 13: 245-277. |
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