0 前言

浙江省治岭头金矿位于绍兴—龙泉金银、铜、铅锌、钼成矿带西南部，是浙江省内最大的金矿床。该矿床自发现与勘查以来，引起了国内外学者的广泛关注，积累了丰富的研究成果，如成矿条件、成矿时代及同位素等^[1-5]。但目前仍存在一些有待解决的问题：在矿床成因方面，有变质热液^[1]、火山热液^[2-3]、变质热液-火山活动叠加^[4-6]、沉积改造成因之争^[7]；在矿产勘查方面，由于西矿段上覆火山岩盖层较厚，深部找矿远景仍不明朗。治岭头矿区围岩蚀变发育，但缺乏对蚀变分带特征的深入研究^[8-10]。围岩蚀变是成矿流体交代围岩的结果，是找矿的重要标志。开展围岩蚀变地质地球化学特征的研究，对于推断成矿流体成分特征、金矿床成矿作用过程和矿床成因等方面都具有重要理论意义，同时对该矿区深部及外围找矿还具有重要的实际意义。

在矿区围岩蚀变地质研究的基础上，重点采集了西矿段Ⅴ号矿体180、220中段和赋存于F₁断裂中的Ⅵ号矿体140、180、220、260中段及上覆中生代火山岩蚀变岩样品，研究了蚀变矿物时空分布特征、蚀变岩地球化学特征；对蚀变过程中物质带入带出进行定量计算，总结蚀变与成矿关系，建立了该矿床围岩蚀变分带模式，旨在为西矿段深部及矿区外围进一步找矿提供参考。

1 区域及矿床地质特征

矿区大地构造位置位于华夏古陆武夷地体的边缘，绍兴—江山深大断裂以东，余姚—丽水深大断裂以西，陈蔡—遂昌隆起带西南部。区域内出露的地层有古元古界八都群、上侏罗统、下白垩统等。北东向的断块隆起带及基底变质变形构造、断层、火山构造，组成了区域基本构造格局。区域内出露的侵入岩以燕山期中、酸性侵入岩为主(图 1)。

矿区地层具有明显的二元结构(图 2)。基底为古元古界八都群变质岩，岩性主要为黑云斜长片麻岩，还含有少量石榴石黑云斜长片麻岩、黑云二长片麻岩、浅粒岩及变粒岩等，变质程度为角闪岩相，局部混合岩化。盖层为上侏罗统大爽组。大爽组分为三段：下段以中粗粒石英砂岩、细粒石英砂岩、粉砂岩为主，底部为粉砂泥岩；中段为流纹质角砾晶屑凝灰岩、含砾晶屑凝灰岩；上段为球泡球粒流纹岩、流纹岩。

侵入岩主要有侵位于韧性剪切带内的加里东期石英闪长(玢)岩和燕山期的脉岩。燕山期脉岩主要为花岗斑岩、闪长玢岩、二长斑岩、霏细岩及煌斑岩等^[6]。

矿区构造主要包含韧脆性剪切带、脆性破裂构造、破火山口构造等。矿区经历了元古宙SN方向挤压应力场作用，形成了NW和NE两个方向共轭韧脆性剪切带，控制着金矿体的形成与展布。矿区断裂构造极为发育，主要有北东向、北西向、近东西向、近南北向等。北西西—近东西向断裂为矿区的容矿断裂，近南北向断裂有F₁及一组切矿断裂，F₁对金矿的形成与展布也起到了重要作用。矿区东部华峰尖为一塌陷式破火山口，其火山通道中心在华峰尖南约300 m，火山口直径约1 km，近圆形。

矿区西以F₁断裂，东以F₄₂断裂为边界分为西、中、东3个矿段。矿段总体延伸达1 400 m以上，垂向分布200 m左右。金矿体呈脉状，主要赋存于韧脆性断裂中，矿体由交代、充填形成的玉髓状含金石英岩、含金石英脉和含金石英网脉及黄铁绢英岩化片麻岩组成^[10]。金矿体的围岩主要为八都群变质岩，围岩蚀变较发育。矿体接近上覆火山岩盖层时迅速变窄尖灭，不整合面附近的火山岩有蚀变现象，但无金银矿脉形成。

金属矿物主要为金银矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿及磁黄铁矿等。脉石矿物主要为石英、方解石、菱锰矿及少量绢云母、绿泥石等。矿石结构有他形粒状结构、半自形粒状结构、自形粒状结构、交代残余结构、交代结构及鳞片变晶结构等。矿石构造有块状构造、角砾状构造、脉状构造、条带状构造及稀疏浸染状构造等。

2 围岩蚀变 2.1 主要蚀变类型

治岭头金矿的赋矿围岩主要为八都群黑云斜长片麻岩，蚀变也发育在黑云斜长片麻岩中。根据岩矿石的薄片观察结果，围岩蚀变的主要类型有：硅化、绢云母化、绿泥石化、黄铁矿化、方解石化和菱锰矿化(图 3)。

硅化：硅化是矿区最主要的蚀变类型之一，以石英脉或硅化蚀变岩形式产出，硅化与金矿体关系最为密切，金矿体几乎均赋存于强硅化带中(图 3a)。

绢云母化：显微鳞片状绢云母主要沿着长石的解理和矿物表面分布(图 3b)。绢云母化在空间上分布广泛，在时间上几乎贯穿整个蚀变过程。通常情况下斜长石首先被交代，随着蚀变作用加强，钾长石也逐渐被绢云母交代，局部可见斜长石和钾长石的交代残留和假象。黑云母、角闪石等暗色矿物通常先被绿泥石交代，随着蚀变作用加强，绿泥石被绢云母交代。绢云母化与矿化本身关系不密切，常与硅化、黄铁矿化伴生形成绢英岩和黄铁绢英岩。

绿泥石化：沿黑云母、角闪石的中心、解理、边缘交代，并通常伴随粉末状铁质氧化物生成，可见黑云母的假象(图 3c)。

黄铁矿化：黄铁矿化分布较广，主要伴随硅化、菱锰矿化产出。黄铁矿常呈他形、半自形、自形粒状结构。其中，他形黄铁矿多呈粒状集合体产出，自形、半自形黄铁矿多呈浸染状分布(图 3d)。与硅化相伴生的黄铁矿主要以细粒为主。与菱锰矿伴生的黄铁矿粒度较粗。黄铁矿也是载金的母体。

方解石化：主要形成于主成矿阶段之后，呈方解石细脉或石英-方解石细脉穿切于矿体和围岩中(图 3e)。

菱锰矿化：矿区菱锰矿化较发育，菱锰矿通常呈淡粉色细脉穿切较早阶段形成的交代石英(图 3f)。发育菱锰矿化的地段金矿体品位高。

2.2 矿体横向蚀变特征

为研究金矿体横向蚀变特征，对Ⅵ号矿体220中段进行了剖面采样，采样间距1.0~1.5 m，穿过主矿体并进入两侧围岩，靠近矿脉时加密采样间距。通过镜下观察，定量研究了矿体横向上的蚀变变化特征，根据蚀变矿物的体积分数(表 1)，从矿体到围岩可以划分出强硅化、弱硅化-黄铁绢英岩化、绢云母化和绿泥石化4个蚀变带(表 2)。

强硅化带主要由交代石英、黄铁矿、菱锰矿组成，多为粒状变晶结构，原生矿物几乎全部被交代，原岩结构构造消失。其中，烟灰色石英脉含矿性较好(图 4a)。

弱硅化-黄铁绢英岩化带呈灰色或烟灰色，主要由石英、绢云母、黄铁矿组成(图 4b)。石英有呈变余斑状结构的原岩残留石英和交代石英两种。交代石英沿裂隙充填，多呈细脉状、网脉状。长石几乎全部被绢云母和石英交代，局部可见原岩的片麻状构造。该带是金矿石的产出部位，蚀变程度与含金量呈正相关。

绢云母化带主要由绢云母、石英和少量黄铁矿组成(图 4c)。硅化很弱，交代石英呈细小粒状；绢云母化较发育，可见长石、黑云母假象，局部保留长石残晶。原岩结构构造大体保留，可见原岩的片麻状构造。

绿泥石化带主要发育绿泥石化及较弱的绢云母化，原岩的结构构造保存较好(图 4d)。

2.3 矿体走向蚀变特征

为研究金矿体走向蚀变特征，对Ⅵ号矿体和Ⅴ号矿体不同中段进行了系统的采样，采样间距5~20 m。研究表明，在矿体走向上，硅化、黄铁矿化、菱锰矿化的强度变化趋势相似，绢云母化、绿泥石化与硅化的变化趋势整体上呈相反趋势。方解石化较弱，分布规律不明显。沿矿体走向蚀变强度呈波动性变化，与矿体呈透镜状产出特征一致(图 5)。不同中段的硅化表现为：上部呈不均匀的石英网脉；中部为玉髓状石英脉体，且蚀变分带发育完好；下部为结构简单的石英大脉。

2.4 上覆火山岩蚀变特征

为查明金矿化围岩蚀变的空间分布范围，对火山岩盖层蚀变进行了研究。结果表明，上覆火山岩盖层中发育的主要蚀变类型为方解石化(图 6a)、黄铁矿化(图 6b)及较弱的绢云母化(图 6c)和绿泥石化(图 6d)，与产于火山岩盖层中的铅锌矿化围岩蚀变类型相似^[12]，未见与金矿化关系密切的典型的硅化和菱锰矿化。

矿山勘探资料也证明，矿区金矿体仅赋存于八都群变质岩基底中，在接近火山岩盖层时矿体迅速尖灭，未进入火山岩盖层^[10]。郑明华等^[13]和濮为民^[14]在火山岩盖层中发现了与治岭头含金石英脉相似的石英角砾层，而且与火山岩有关的小岩体和次火山岩脉无一例外穿切破坏了金银矿带。综合上述研究，可以确定金矿化发生于中生代火山活动之前。

3 成矿阶段划分

根据地质体穿切关系和矿物组合特征，治岭头金矿成矿作用可划分为3个成矿阶段。不同成矿阶段特征如下：

Ⅰ石英-黄铁矿-金阶段：该阶段是金成矿主阶段。形成了石英、自然金和硫化物。硫化物主要为黄铁矿。该阶段的石英主要呈灰色，粒度较小，与硫化物一起呈脉状、细脉-网脉状分布，局部为不规则状，形成的矿石类型为石英脉、石英网脉和蚀变岩型。

Ⅱ石英-锰碳酸盐(菱锰矿)-黄铁矿-金阶段：该阶段也是金成矿的主要阶段。主要为硅化、菱锰矿化和黄铁矿化相伴生，还伴有少量磁黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等，主要呈细脉、不规则状。黄铁矿呈浸染状分布，多为他形结构。锰碳酸盐呈脉状穿切早期石英，并伴生黄铁矿和其他多金属硫化物。

Ⅲ石英-方解石化阶段：该阶段是成矿的尾声，形成了石英、方解石和少量的黄铁矿，呈脉状穿切矿体和围岩。该阶段石英呈白色、粗粒状，含硫化物很少或不含硫化物，与主成矿阶段石英有明显区别。该阶段有时以石英-方解石脉形式出现，有时则是以单独的方解石脉形式出现。

4 蚀变过程中物质带入带出

研究蚀变过程中物质的带入带出是判断成矿物质来源、元素迁移方式和沉淀原因以及分析成矿构造性质等问题的重要途径之一。

目前，国际上普遍被认可的物质带入带出计算方法是Grant的“等浓度线法”，可以定量计算蚀变过程中各组分的迁移情况^[15]。使用“等浓度线法”的关键在于选择合适的惰性元素作为质量得失的参照标准。Grant^[15]推导出了Gresens方程组的简单解法，并结合等浓度图研究蚀变过程中物质的带入带出情况。“等浓度线法”主要通过绘制等浓度线来确定惰性元素，等浓度线是由不同数量级的浓度值比例缩放拟合而成。但Baumgartner等^[16]指出这种比例缩放存在缺陷，并提出了最大椭圆覆盖锥法来确定蚀变过程中的惰性元素，这种方法理论更加严密，但计算较繁琐。高斌等^[17]在以往物质带入带出研究基础上，提出应用线性回归分析中的方差分析和回归诊断参数来判断惰性元素，在应用过程中取得了良好的效果。本次研究将应用该方法确定惰性元素，并计算蚀变过程中的地球化学组分迁移量。

在围岩中选取没有明显蚀变的新鲜黑云斜长片麻岩作为原始岩石样品，岩石类型与矿区蚀变原岩一致。在矿脉中选取弱硅化黑云斜长片麻岩作为蚀变岩样品。样品测试由国土资源部长春矿产资源监督检测中心完成，氧化物及Sr、Ba采用X荧光光谱法测定，Au、Ag采用原子吸收分光光度法测试，As、Sb、Hg采用原子荧光光谱法测试，其他元素采用等离子体质谱法测试。分析质量采用国家一级标准物质进行监控，分析结果均符合要求。氧化物测试精度RSD＜5%，微量元素RSD＜10%。围岩及蚀变岩主量元素分析结果见表 3，微量元素分析结果见表 4。应用线性回归分析中的方差分析与回归诊断参数筛选出Al₂O₃、TiO₂、P₂O₅为蚀变过程中的惰性组分。

据文献[15-16]，有

式中：b为质量迁移因子；C_i为元素浓度；上标O为原岩；上标A为蚀变岩；σ为标准差；ΔC_i为质量迁移量。由(1) 式求出治岭头金矿蚀变过程中惰性元素等浓度线拟合斜率，即质量迁移因子b=0.943，F检验值=2 752 757，T检验值=1 659.1，拟合非常显著。据此绘制出双对数浓度线图(图 7)，将活动元素也投影在图中，图中每一种元素都给出了相应的双轴向误差线，用于比较各元素与拟合等浓度线的关系。惰性元素都位于拟合直线上，而活动元素不在拟合线上，且误差线基本不与拟合线相交。将质量迁移因子b带入方程(2)、(3)，求出治岭头金矿蚀变带形成过程中的常量元素质量迁移量(表 5)和微量元素质量迁移量(表 6)，并绘制了相应的柱状图(图 8、9)。

结果表明，围岩蚀变过程中，原岩总质量增加了7.97%，总带入量为正值。在蚀变过程中相对带入的组分有SiO₂、CaO、MnO、Au、Sn、Ag、As、Sb、Hg、V、Co、Ni、Mo、W、Cu、Pb、Zn；相对带出的组分有Fe₂O₃、FeO、MgO、K₂O、Na₂O、Li、Bi、Ba、Sr。对比各组分质量变化百分率，得出各组分的活动迁移量顺序为：常量组分为CaO＞Na₂O＞MnO＞Fe₂O₃＞K₂O＞FeO＞SiO₂＞MgO；微量组分为Au＞Ag＞Zn＞As＞Cu＞Pb＞Sn＞Ba＞Sr＞Mo＞Bi＞Hg＞V＞Sb＞W＞Ni＞Li＞Co。

5 讨论 5.1 原始成矿流体成分特征

黑云斜长片麻岩和蚀变岩的化学成分特征表明，在蚀变过程中，含量呈增加趋势的元素(氧化物)有SiO₂、CaO、MnO、Au、Sn、Ag、As、Hg、V、Mo、Cu、Pb、Zn；含量呈减小趋势的元素(氧化物)有Fe₂O₃、FeO、TiO₂、Al₂O₃、MgO、K₂O、Na₂O、P₂O₅、Bi、Ba、Sr。元素含量变化很小的元素有：Sb、Li、Co、Ni、W。元素含量的增加和减少可以在一定程度上反映元素在蚀变过程中的迁入迁出趋势，但不能作为判断蚀变过程中组分带入带出的依据，因为在蚀变过程中元素含量的变化情况受惰性元素、质量亏损等因素的影响。如蚀变岩中TiO₂、Al₂O₃、P₂O₅的含量小于原岩，呈减小趋势，但计算表明它们为惰性元素，在蚀变过程中元素本身或其化合物没有或仅有微小质量变化

治岭头金矿蚀变过程中，成矿流体带入的Si与围岩硅化对应，形成石英脉和硅化蚀变岩。成矿流体带入的Ca主要形成方解石细脉，带入的Mn与菱锰矿化相对应。原岩中的Mg、K、Na呈带出趋势，这与流体包裹体液相成分富含Mg²⁺、K⁺、Na^{+[8, 18-19]}的分析结果吻合。流体包裹体更多反映的是热液残余流体的成分特征，即原始热液流体与围岩相互作用后的产物，Mg、K、Na被原始成矿流体带出后以包裹体形式保存，所以包裹体成分富含Mg²⁺、K⁺、Na⁺等组分。

在蚀变过程中，成矿流体作用于原岩，导致岩石中角闪石、黑云母等暗色矿物分解，发生绢云母化，带出的铁与流体中的硫结合形成黄铁矿。成矿流体除带入Au、Ag外，也带入了Cu、Pb、Zn、Sn、Mo、Hg、V、W、Ni、As、Sb。

蚀变过程中物质带入带出是成矿热液原始流体与围岩交代作用的结果，可以反映原始成矿热液流体的成分特征。根据蚀变过程中原岩元素带入带出变化，推断治岭头金矿原始成矿热液流体富含Si、Ca、Mn、Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sn、Mo、Hg、V、W、Ni等组分。

5.2 金矿及围岩蚀变带形成机理

矿区围岩蚀变岩中菱锰矿化较发育，且富含菱锰矿地段的矿石含金量非常高，如Ⅵ号矿体的220中段菱锰矿化较发育，产出的矿石含金量高达10^-4。菱锰矿是典型的富Mn矿物，金银矿床中普遍发育锰矿化表明成矿热液中很可能有MnO₂氧化剂的存在，变价锰系统的高氧化性对金银在热液中的迁移起到了显著作用：2Au+3Mn⁴⁺=2Au³⁺+3Mn²⁺，2Au+Mn⁴⁺=2Au⁺+Mn^2+[20-21]。郑明华等^[22]通过热力学计算也表明，金银被高价锰系统氧化进入溶液可达到极高的浓度。在不同物理化学性质的热液中，金可以不同形式的络合物进行迁移，其中以氯络合物和硫氢络合物为主^[23]。在氧化性较强的酸性氧化物型高温溶液中，金主要以氯络合物形式存在；而在还原性较强、温度较低(＜300 ℃)、含HS^-高的碱性溶液中，金多以硫氢络合物形式迁移。前人^{[8, 18-19]}研究表明治岭头金矿的成矿热液流体pH值为4.5~5.1，Eh值高，含盐度中等(5%~8%)，Cl^-溶度中等，具有酸性、S逸度低、高温、氧化性强、Cl^-活度中等的特点。可以推断在治岭头金矿成矿过程中，热液流体中的金、银主要以稳定的氯络合物AuCl₂^-、AgCl₂^-形式迁移。

含矿热液流体产生后向同构造作用形成的控矿断裂迁移，在热驱动力作用下沿构造断裂带产生的构造应力差，从深部向浅部流动，热液运移至容矿构造后开始沉淀成矿。成矿热液流入扩容带时压力骤然下降，单相流体变为气液两相共存，挥发性物质大量逸出，液相矿化度升高，氧化性减弱，pH值也随之升高^[22]，有关金属络合物稳定性下降，AuCl₂^-、AgCl₂^-等络合物开始分解卸载。分离出的气相在特定环境下又冷凝成酸性溶液，酸度升高，会促使热液对铝硅酸盐等矿物产生酸性蚀变，如绢云母化、绿泥石化等。随着热液温度降低，H₂S在水中的溶解度增加，促进2S^2-+2e→{S}₂^2-，导致成矿流体中{S}₂^2-的活度升高，这种环境适宜于黄铁矿的形成，这就为形成黄铁绢英岩化创造了有利的条件^[24]。

热液沉淀成矿是一个多次反复的过程，治岭头金矿成矿分为3个阶段：早期(第Ⅰ阶段)进入容矿构造的热液流体是以Si、Au、Ag为主的简单组分；中期(第Ⅱ阶段)的成矿流体以富集多种金属元素为特点，沉淀出了多种金属硫化物及菱锰矿；晚期(第Ⅲ阶段)热液成分简单，含矿性差，以富Ca²⁺为特点。随着Si、Ca、Mn等元素带入及Fe、Mg、K、Na等元素的带出，原岩总质量增加了7.97%(表 5)，形成了金矿脉两侧的围岩蚀变带。蚀变带规模和蚀变强弱多受构造性质、岩性条件、矿化强度及岩石破碎程度的影响。从矿脉到围岩是一个蚀变程度连续变化的过程：石英脉(强硅化带)→弱硅化-黄铁绢英岩化带→绢云母化带→绿泥石化带→黑云斜长片麻岩，蚀变强度逐渐减弱。绢云母化带和绿泥石化带蚀变程度较低、范围较大，以绢云母化和绿泥石化为主，保留了大部分原岩矿物及原岩的片麻状构造。强硅化带和弱硅化-黄铁绢英岩化带也经历了前期的弱蚀变，但随着岩石破碎程度加剧，蚀变程度逐渐变强，主要发生硅化和黄铁绢英岩化，绢云母几乎全部取代斜长石，同时伴随石英和少量浸染状黄铁矿生成。最初生成的绿泥石也被绢云母和黄铁矿取代，弱蚀变矿物绿泥石和原生矿物几乎全部消失，原岩结构构造也不复存在。随着蚀变作用的增强，蚀变矿物组合表现为由繁至简，原岩矿物变化过程如下：

石英→无变化或重结晶；

钾长石→绢云母+石英；

斜长石→钠长石+绢云母→绢云母；

黑云母、角闪石→绿泥石+粉末状氧化铁→绢云母+黄铁矿。

综合围岩蚀变研究成果，初步建立了治岭头金矿及围岩蚀变带形成模式(图 10)。

5.3 成矿时代及成因

控矿构造研究表明，治岭头矿区经历了元古宙SN方向挤压应力场作用，形成NW和NE两个方向共轭韧脆性剪切带。治岭头金矿的含金石英脉都赋存于元古宙八都群变质岩中，并且严格受到元古宙剪切带控制。

目前治岭头金矿成矿地质体尚未确定，金成矿时代存在很大争议，有人认为金成矿与中生代火山活动有关，但金矿围岩蚀变早于中生代火山岩，矿体接近上覆火山岩盖层时迅速变窄尖灭。矿区火山岩的U-Pb锆石年龄为127~110 Ma^[25]，而多数成矿年龄数据也显示金成矿早于中生代火山岩，如郑人来等^[26]测得金矿脉中石英的K-Ar年龄为141.5 Ma，周俊法等^[10]测得石英包裹体Rb-Sr年龄为165~140 Ma，这与金矿围岩蚀变观测结果一致。治岭头矿区广泛出露燕山期中、酸性侵入岩，矿区存在较强烈的燕山期岩浆作用。氢氧同位素资料显示成矿热液为岩浆热液与古大气降水的混合流体^[27-28]。如钱建民等^[28]通过测定不同类型石英脉中氢氧同位素组成，δD范围为-56.1‰~-73.0‰，δ¹⁸O范围为-3.90‰~15.56‰，其在δD-δ¹⁸O图解中位于岩浆水和大气降水之间。综上所述，治岭头金矿形成于中生代火山活动之前，其成矿流体主要为岩浆热液，后期有部分大气降水加入。矿区可能存在隐伏的燕山期花岗质岩体，为金成矿提供了热源、成矿流体和部分成矿物质。

6 结论

1) 治岭头金矿围岩蚀变发育，主要类型为硅化、绢云母化、绿泥石化、黄铁矿化、方解石化、菱锰矿化。蚀变具有明显分带，从矿体到围岩依次为强硅化带、弱硅化-黄铁绢英岩化带、绢云母化带和绿泥石化带。

2) 围岩蚀变过程中，相对带入的组分有SiO₂、CaO、MnO、Au、Ag、As、Sb、Mo、W、Cu、Pb、Zn等；相对带出的组分有Fe₂O₃、FeO、MgO、K₂O、Na₂O、Li、Ba、Sr等；惰性组分有Al₂O₃、TiO₂、P₂O₅。治岭头金矿原始成矿流体富含Si、Ca、Mn、Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo、W等组分。

3) 硅化、黄铁绢英岩化与金矿化关系极为密切，是矿区深部及外围寻找同类型金矿床的重要标志，菱锰矿化则是寻找富矿段的标志。

4) 治岭头金矿形成于中生代火山活动之前，其成矿流体为岩浆热液，后期有大气降水加入。