热液脉状金矿床是世界范围内金资源储量最多的金矿床类型(Weatherley and Henley, 2013)，可赋存于各个时代的变质地体中(Groves et al., 1998; Goldfarb et al., 2005; Yang et al., 2014; Zhang et al., 2020a)，其成矿流体特征与金沉淀机制研究较多，已取得较好的认识或达成共识(杨立强等, 2014, 2020; Yang et al., 2017; Deng et al., 2018, 2020a; Qiu et al., 2019, 2020; Zu et al., 2019)，然而其成矿物质和流体来源仍具争议。因脉状金矿床成矿过程与构造、岩浆、变质等地质事件关系的认识差异，产生不同成矿物质与流体的来源模型：变质脱流体模型认为成矿物质来源于造山过程中绿片岩相变质作用向角闪岩相变质作用转变时，含碳与水的绿片岩脱挥发份时产生的H₂O、CO₂、S与Au(Phillips and Powell, 2010; Tomkins, 2010)；许多学者认为金成矿作用与俯冲洋壳大洋沉积物或交代富集地幔脱水、脱二氧化碳与脱硫化作用相关(Deng et al., 2020b; Groves et al., 2020a, b)；无独有偶，Fu and Touret(2014)认为地幔脱水作用能够为脉状金矿提供大量的富二氧化碳流体；少量学者认为脉状金矿床的形成与碱性侵入岩的母岩浆产生的深部岩浆热液流体有关(Mueller et al., 2008)；浅部地表水或大气降水与深部变质-岩浆流体的相互作用组成的混合/多源模型(Hagemann et al., 1994)；鉴于大多数矿床成矿后经历了复杂的隆升、剥蚀与改造历史，次生流体包裹体发育，大气降水混合模型没有普适性(Goldfarb and Groves, 2015)。

金在脉状金矿床中多以含硫氢根络合物形式在流体中运移，并且流体中存在大量的HS^-与S^2-，硫化物的δ³⁴S值在一定程度上与流体的δ³⁴S值相似(Ohmoto and Goldhaber, 1997; Yang et al., 2016a)。此外，铅同位素在矿物质运移、沉淀过程中不会因物化条件的作用而发生变化。黄铁矿、毒砂作为该类型金矿床中的重要载金矿物，矿物内不含U、Th等放射性元素，铅同位素的比值更为稳定(Deng et al., 2003; 张静等，2009; 张良等，2014)。Goldfarb and Groves(2015)认为脉石矿物H-O同位素数据无法排除次生流体包裹体的影响，从而导致结果的可靠性存疑。因此，更精细的单矿物挑选与硫化物硫、铅同位素方法共同使用，有助于更有效地示踪矿床成矿物质来源(Qiu et al., 2016, 2017; Yang et al., 2016b; Deng et al., 2017)。

长沙-平江(长-平)金成矿带位于我国第三大金矿集区——江南造山带中段(图 1)，金资源储量高达250余吨。区内金矿床均赋存于新元古界冷家溪群地层内，是典型的变质沉积岩容矿的热液脉状金矿床，其巨量金来源与矿床成因是令人关注的关键科学问题。长-平带内赋矿围岩金丰度可达19.3×10^-9~62.9×10^-9，被众多学者认为是成矿物质的直接矿源层(罗献林，1988；叶传庆等，1988；Liu et al., 2019)；但石英脉的³He/⁴He高值特征指示区内万古脉状金矿床的形成与地幔岩石减压部分脱气造成动力学分馏有关，成矿流体的δD值也证明成矿流体具有岩浆或深部来源特征(毛景文等，1997)。这与Xu et al.(2017)总结江南造山带金矿床硫同位素值分布得出的结果相似，即金矿床硫主要为变质来源，并混有少量岩浆出溶的硫。Zhang et al.(2018)通过与金共生热液绢云母氢同位素与石英氧同位素，黄铁矿、毒砂硫、铅同位素分析，判断黄金洞金矿床成矿流体来源于变质流体，成矿物质来源于比新元古界冷家溪群变质级别更高的变质岩或某一时期大洋俯冲板片沉积物。可见前人针对成矿物质来源研究并未达成共识。为此，本文在详细划分成矿阶段的前提下，排除细粒多金属硫化物包体对实验结果的干扰，通过自形载金毒砂与黄铁矿S-Pb同位素分析，对比前人区域内脉状金矿床、斑岩型铜-多金属矿床、赋矿变质沉积岩系与花岗岩体同位素研究成果，综合探讨正冲金矿床成矿物质来源，并进一步查明矿床成因。

图 1

Fig. 1

图 1 江南造山带区域位置(a)及长-平金成矿带区域地质图与金成矿分布特征(b，据Xu et al., 2017修编) Fig. 1 Location of Jiangnan Orogen (a) and regional geologic map and the distributions of gold deposits in the Changsha-Pingjiang metallogenic belt (b, modified after Xu et al., 2017)

江南造山带位于扬子板块与华夏板块之间(图 1a)，其经历了早新元古代古南海板块向华夏板块的俯冲，以及随后发生的扬子板块与华夏板块的大陆碰撞(Wang et al., 2010; Deng and Wang, 2016)；晚新元古代时期陆内发生后造山拉伸作用，造山带内发生稳定的沉积(周金城等，2008；王自强等，2012)；扬子板块与华夏板块在早古生代再次发生汇聚、陆内碰撞作用(舒良树，2006; Faure et al., 2009)；早中生代由于华南板块与华北板块大陆碰撞影响，造山带内发育一系列褶皱、推覆断层(Wang et al., 2005)；晚中生代，盆-岭结构在特提斯洋向古太平洋板块转化后初步形成(张岳桥等，2012)。复杂与漫长的增生、造山运动使得江南造山带内发育有大量的金-多金属矿床，其中40个金矿床沿NE-NNE向深大断裂分散于造山带内，金资源总量可达970余吨(Xu et al., 2017)。

江南造山带中段长-平金成矿带以NE-NNE向新宁-灰汤(新-灰)、长-平、醴陵-衡东深大断裂与NEE-近E-W-向韧性剪切带为构造格架(图 1b)。地层发育有震旦系-志留系砾岩、页岩和板岩，泥盆系-三叠系灰岩、砂岩、泥岩和粉砂岩，白垩系砂岩和泥岩与第四系红层，赋矿围岩新元古界冷家溪群板岩与板溪群砾岩、砂岩、凝灰岩和板岩。燕山期、印支期、加里东期和新元古代岩浆岩在长-平金成矿内均有出露，但与区域内的三大金矿田——黄金洞金矿田(金资源量80t)、万古金矿田(金资源量85t)与醴陵金矿田(金资源量约80t)的分布并无明显的空间关系。金矿床分布于长-平断裂或新-灰断裂与北东东向至近东西向韧性剪切带交汇处，并都位于深大断裂下盘的新元古界浅变质岩系中，受次级断裂控制(孙思辰等，2018; Zhang et al., 2019, 2020b)。铜-多金属硫化物矿床在该区域内分布广泛，多与白垩纪-晚侏罗世七宝山、连云山、望湘、幕阜山岩体具有空间联系(图 1b)。

正冲金矿床是醴陵金矿田内近年来新发现的金矿床，金资源储量为19t。该矿床赋矿围岩主要是新元古代浅变质岩系：黄浒洞组下段杂砂岩和泥质板岩、黄浒洞组上段砂岩、泥岩和板岩与小木坪组下段砂岩和泥质板岩。金矿体受NE-NNE向右行断层和NW逆断层严格控制(图 2a)。NE-NNE向矿体走向延伸达数百米，厚度较薄，仅为10~30cm，具有典型的剪切脉特征，主要发育有V16-1、V16-2、V18与V24矿体。NW向V79、V80、V81与V82蚀变带厚度较大，最厚处可达为200m，但沿倾角变陡，矿体减薄，具有逆断裂控矿的特征。矿区内北东至近东西向F₂与F₆为成矿后活动的正断裂，倾角分别为65°~75°与31°~82°，倾向北东，切错两组方向矿体。矿区内发育有成矿前花岗岩脉(株)，蚀变程度较强，局部具有黄铁矿、毒砂等矿化特征，被金矿体切穿(图 2b)。

图 2

Fig. 2

图 2 正冲金矿床地质图(a)及82号钻孔勘探线剖面图(b)(据Sun et al., 2020修编) Fig. 2 Geological map of the Zhengchong gold deposit (a) and drill section (line 82) in the Zhengchong gold deposit (b) (modified after Sun et al., 2020)

正冲金矿床矿石类型以石英-硫化物脉型、黄铁毒砂绢英岩型与石英包裹板岩角砾岩型矿石为主(图 3、图 4)。根据野外宏观尺度与镜下微观尺度观察，正冲金矿床内矿石矿物的形成阶段如图 5，主要有金、黄铁矿、毒砂、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿与少量黝锑铜矿和磁黄铁矿；脉石矿物主要为石英，绢云母，少量绿泥石与方解石等。金在矿床中以自然金与不可见金两种方式赋存于毒砂与黄铁矿中，据选厂统计，不可见金所占比例达60%。成矿早阶段，矿床内发育有粗粒乳白色石英脉，脉中可见大量细粒的白云母，但未见有明显的矿化(图 3a、图 4a)。成矿主阶段，乳白色石英脉发生构造破碎并充填石英-白云母-黄铁矿-毒砂细脉与少量的绿泥石(图 3a、图 4b, c)。细脉中的黄铁矿、毒砂裂隙与矿化围岩内的压力影构造中均发育有方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、黝锑铜矿和磁黄铁矿等多金属硫化物，与自然金共生(图 4d, e)。此外，矿床内还发育有大量浸染状的自形黄铁矿、毒砂，被认为是成矿主阶段不可见金的重要载金矿物(图 4f-h；Sun et al., 2020)。成矿晚阶段，石英-硫化物细脉被晚阶段石英-方解石脉切穿(图 4i)。

图 3

Fig. 3

图 3 正冲金矿床矿石类型 (a)石英-硫化物型矿石；(b)黄铁毒砂绢英岩型；(c)石英包裹板岩角砾岩型矿石 Fig. 3 Mineralization styles in the Zhengchong gold deposit (a) quartz-sulfide vein; (b) pyrite- arsenopyrite- sericite- quartz altered slate; (c) slate breccia within hydrothermal quartz

图 4

Fig. 4

图 4 正冲金矿床矿物显微照片 (a)成矿早阶段贫矿石英脉与白云母；(b)贫矿石英脉裂隙中充填有石英-白云母-黄铁矿-毒砂细脉；(c)成矿主阶段内发育有少量绿泥石脉；(d)在黄铁矿裂隙中发育有自然金、方铅矿、黄铜矿、闪锌矿、磁黄铁矿与少量的金红石；(e)黄铁矿压力影构造中发育黄铜矿、闪锌矿、黝锑铜矿；(f)黄铁矿、毒砂呈浸染状发育于矿化板岩内；(g)自形毒砂颗粒；(h)自形黄铁矿颗粒；(i)成矿晚阶段石英-方解石脉切割石英-硫化物脉. Apy-毒砂; Au-金; Cal-方解石; Ccp-黄铜矿; Chl-绿泥石; Mus-白云母; Po-磁黄铁矿; Py-黄铁矿; Qtz-石英; Rt-金红石; Sp-闪锌矿; Tet-黝锑铜矿 Fig. 4 Photomicrography of ore minerals at the Zhengchong gold deposit (a) barren quartz vein and muscovite from early ore-stage; (b) fine quartz-muscovite-pyrite-arsenopyrite vein filled in the fracture of barren quartz vein; (c) minor chlorite occurs in the main ore-stage; (d) gold formed with galena, chalcopyrite, sphalerite, pyrrhotite and minor rutile in the fractures of pyrite; (e) chalcopyrite, sphalerite and tetrahedrite occur in the pressure shadow of the pyrite; (f) disseminated euhedral to sub-hedral pyrite and arsenopyrite in mineralized slate; (g) euhedral arsenopyrite; (h) euhedral pyrite; (i) quartz-sulfide vein is cut cross by calcite -quartz vein. Apy-arsenopyrite; Au-gold; Cal-calcite; Ccp-chalcopyrite; Chl-chlorite; Mus-muscovite; Po-pyrrhotite; Py-pyrite; Qtz-quartz; Rt-rutile; Sp-sphalerite; Tet-tetrahedrite

图 5

Fig. 5

图 5 正冲金矿床热液矿物生成顺序图 Fig. 5 Paragenetic assemblage and sequence of mineral at the Zhengchong gold deposit

本次测试分析实验主要选取正冲金矿床290m与180m中段NE-NNE向与NW向矿体的黄铁矿-毒砂绢英岩矿石、石英-(自然金)-多金属硫化物矿石和石英包裹板岩角砾岩型矿石，通过显微镜下观察确定黄铁矿、毒砂和石英与金共生组合关系，尽可能挑选较为自形的单个黄铁矿、毒砂颗粒，防止裂隙中充填的其他多金属硫化物对实验结果干扰，最终挑选ZC17D01B1、ZC17D04B1、ZC17D05B1-1、ZC17D08B1、ZC17D08B2、ZC17D10B1和ZC17D10B2-2，共7块样品。将样品进行碎样处理，并逐级过筛，在双目镜下分选黄铁矿、毒砂和石英单矿物，保证每个样品所挑选的单矿物颗粒小于200目，纯度达99%。载金黄铁矿、毒砂硫与铅同位素分析在核工业北京地质研究所进行。硫同位素分析在980℃、2×10^-2Pa条件下与O₂反应，产生的SO₂利用Giesemann et al. (1994)的方法通过Delta V质谱仪进行分析。并采用CDT标准，用δ³⁴S来表示，测试精度可达±0.2‰。Pb同位素分析首先将样品中混入的Tl元素排除，使用国际Tl同位素标样对分析仪器的质量分馏进行校对，再对样品进行酸溶解，通过阴离子交换树脂提取Pb，干燥后用1%的HNO₃稀释，并在测试中用标样NBS-981对铅同位素值进行校正。

正冲金矿床主成矿阶段7件样品中，除ZC17D04B1由于样品内毒砂含量较低，只进行黄铁矿硫同位素测试外，其它样品均同时进行黄铁矿与毒砂硫同位素分析(表 1)。本次研究实验数据显示6件毒砂样品、7件黄铁矿样品δ³⁴S值均为负值。毒砂δ³⁴S变化幅度较小为-4.7‰~-0.9‰，均值为-3.0%，且高于黄铁矿δ³⁴S值，为-9.1‰~-1.1‰，均值为-4.4‰。结合Liu et al. (2019)对正冲金矿床9件矿石样品中挑选出的4件毒砂与8件黄铁矿单矿物硫同位素值(毒砂δ³⁴S为-2.1‰~-0.1‰，黄铁矿δ³⁴S为-8.9‰~-1.7‰)(表 1)。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 正冲金矿床毒砂与黄铁矿硫、铅同位素数据 Table 1 The S and Pb isotopes data of the Zhengchong gold deposit 序号 样品号 岩性 测试矿物 δ34SVCDT(‰) 208Pb/204Pb 207Pb/204Pb 206Pb/204Pb 数据来源 1 ZC17D01B1 黄铁毒砂绢英岩 毒砂 -2.7 — — — 本文 黄铁矿 -4.9 38.202 15.642 17.979 2 ZC17D08B2 黄铁毒砂绢英岩 毒砂 -3.7 37.998 15.555 17.772 黄铁矿 -4.9 38.089 15.632 17.895 3 ZC17D10B2-2 黄铁毒砂绢英岩 毒砂 -1.8 38.275 15.645 18.073 黄铁矿 -2.6 38.233 15.656 18.012 4 ZC17D04B1 石英-金属硫化物脉 黄铁矿 -2.2 37.941 15.587 17.740 5 ZC17D08B1 石英-金属硫化物脉 毒砂 -4.0 38.285 15.663 18.033 黄铁矿 -5.7 38.268 15.660 18.021 6 ZC17D10B1 石英-金属硫化物脉 毒砂 -0.9 37.867 15.560 17.743 黄铁矿 -1.1 37.774 15.547 17.670 7 ZC17D05B1-1 石英包裹板岩角砾岩型矿石 毒砂 -4.7 38.122 15.656 17.929 黄铁矿 -9.1 38.230 15.655 17.999 8 290-8 — 毒砂 -0.1 38.445 15.718 18.078 Liu et al., 2019 9 290-9 — 毒砂 -0.1 38.355 15.667 18.052 10 290-7 — 毒砂 -1 38.621 15.756 18.118 11 330-9 — 毒砂 -2.1 38.426 15.700 18.096 12 290-8 — 黄铁矿 -1.7 38.322 15.686 18.027 13 290-7 — 黄铁矿 -3.4 38.470 15.718 18.069 14 330-12 — 黄铁矿 -3.8 38.250 15.700 18.937 15 240-3 — 黄铁矿 -5.5 38.407 15.673 18.123 16 290-1 — 黄铁矿 -7 38.126 15.697 17.883 17 330-11 — 黄铁矿 -8.7 38.027 15.691 17.827 18 240-2 — 黄铁矿 -8.9 38.114 15.703 17.864

表 1 正冲金矿床毒砂与黄铁矿硫、铅同位素数据 Table 1 The S and Pb isotopes data of the Zhengchong gold deposit

正冲金矿床5件毒砂样品与7件黄铁矿样品进行铅同位素分析(表 1)。毒砂铅同位素数据²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb与²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb分别为37.867~38.285、15.555~15.663与17.743~18.073，略高于黄铁矿铅同位素37.774~38.268、15.547~15.660与17.670~18.021。Liu et al. (2019)所测得4件毒砂样品与7件黄铁矿样品铅同位素数据均略高于本次实验结果(表 1)，其测得花岗岩²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb与²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb组分分别为38.972~40.342、15.692~15.763和18.569~19.614(Liu et al., 2019)。

硫同位素作为重要的成矿物质来源示踪方法，在脉状金矿床的研究中得到了较为广泛的运用(Yang et al., 2016c; Zu et al., 2020)。硫同位素的组成受热液流体氧逸度、pH值与矿物形成温度的影响(Hoefs，2009)。矿石与脉石矿物组合与成矿流体富CO₂、低盐度的特征(Liu et al., 2019)均指示正冲金矿床流体为弱酸性至中性，pH值约为6~7(叶传庆等，1988；刘英俊等，1993；刘育等，2017)，含矿流体中的硫以S^2-和HS^-形式运移，因而黄铁矿、毒砂的硫同位素组成能够代表成矿流体的硫同位素值(Ohmoto and Goldhaber, 1997; Yang et al., 2016d)。正冲金矿床成矿阶段载金黄铁矿δ³⁴S值为-9.1‰~-1.1‰，均值为-4.4‰，毒砂δ³⁴S为-4.7‰~-0.9‰，均值为-3.0%，即δ³⁴S_毒砂＞δ³⁴S_黄铁矿，说明成矿期硫同位素平衡分馏且封闭体系内质量基本平衡。金成矿作用与大规模的硅化、绢云母化、硫化与少量的绿泥石化密切相关，指示金成矿作用主体发生于250~400℃温度条件下，与Sun et al.(2019)使用矿物温度计手段测得正冲金矿床载金毒砂形成温度为322~397℃的认识一致。本研究分析测试选取的黄铁矿晶型较好、且未发生明显后期破碎变形，其形成温度略低于同阶段形成的毒砂，约为350℃(Large et al., 2012; Finch and Tomkins, 2017)。利用上述黄铁矿硫同位素组成、形成温度和pH值，在Ohmoto(1972)logf_O2-pH-δ³⁴S图中获得成矿时氧逸度约10^-30.7(图 6)。

图 6

Fig. 6

图 6 正冲金矿床成矿阶段载金黄铁矿logfO2-pH-δ34S图(据Ohmoto, 1972) 1表示为δ34S等值线，()中的数值代表δ34S∑S=0时黄铁矿的δ34S值；2表示为Fe-S-O矿物相线(∑S=0.01mol/kg) Fig. 6 Diagram of logfO2-pH-δ34S in the main ore stages ore-bearing pyrite at the Zhengchong gold deposit (after Ohmoto, 1972) 1 means δ34S contours. Values in () are for pyrite at δ34S∑S=0; 2 means Fe-S-O mineral boundaries at ∑S=0.1mol/kg H2O. Barite soluble/insoluble boundary at m(Ba2+)+m(∑S)=10-3

不少学者应用载金硫化物硫同位素研究长-平带金矿床成矿物质来源，但由于δ³⁴S值分布较广，具有混合硫的来源特征(董国军等，2008；夏浩东等, 2017)，为了排除数据中极端值的干扰，本次研究选用箱线图进行δ³⁴S数据统计与处理(图 7)。长-平带内矿物硫同位素箱线图显示，正冲金矿床黄铁矿与毒砂δ³⁴S值较窄，分别集中于-7.0‰~-2.6‰和-3.7‰~-0.9‰，与黄金洞金矿田(黄铁矿、毒砂分别为-9.7‰~-6.0‰与-7.5‰~-5.2‰)、肖家山金矿床和雁林寺金矿床(黄铁矿、毒砂分别为-4.3‰~-1.1‰与-1.5‰~-0.4‰)具有一定的重叠，均位于负值区域。许多学者认为长-平带内金矿床的硫来源于围岩冷家溪群地层(叶传庆等，1988；罗献林，1988；Liu et al., 2019)，结合前人对该套地层中黄铁矿的硫同位素分析结果，5个δ³⁴S值显示相对该地层具有更还原的硫，集中于-13.1‰~-10.4‰区间，-6.3‰为异常值(刘亮明等，1999)，低于长-平带内各金矿床的硫化物硫同位素值(表 2)。

图 7

Fig. 7

图 7 长-平带岩石、矿物硫同位素分布规律 (a)正冲金矿床载金硫化物与毒砂δ34S箱线图解，长-平带内脉型金矿床中黄铁矿、毒砂δ34S与斑岩型矿床内黄铁矿、冷家溪群板岩中黄铁矿、正冲金矿床内花岗岩数据来自表 2；(b)世界范围内赋存于变质沉积岩的造山型金矿δ34S值随时间变化曲线与海水中硫酸盐曲线对比(据Goldfarb et al., 1997; Chang et al., 2008) Fig. 7 Sulfur isotopic distribution of rocks and minerals in the Chang-Ping metallogenic belt (a) the 'box and whisker' plots of ore-bearing pyrite and arsenopyrite from Zhengchong gold deposit, and all the data of the pyrite and arsenopyrite from vein-type gold deposit, pyrite from porphyry-type deposits, pyrite from Lengjiaxi Group in Chang-Ping metallogenic belt and granitoids from Zhengchong deposit are listed in Table 2; (b) variation in sulfur isotopic compositions of sulfides in global sediment-hosted orogenic gold deposits through geologic time compared to the time-dependent marine sulfate curve (after Goldfarb et al., 1997; Chang et al., 2008)

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 长-平带内矿床、沉积地层与花岗岩的δ34S值 Table 2 The δ34S of various deposits, sediment rocks and granitoids along the Changsha-Pingjiang Fault 矿床/地层/花岗岩 样品数 测试对象 δ34S (‰) 数据来源 范围 均值 脉型金矿床 正冲金矿床 6 毒砂 -4.7~-0.9 -3.0 本文 正冲金矿床 4 毒砂 -0.1~-1.0 -0.8 Liu et al., 2019 雁林寺 7 毒砂 -1.7~+ 1.2 -0.7 董国军等，2008 肖家山金矿床 1 毒砂 -1.2 — 蒋星祥等，2016 黄金洞金矿田 9 毒砂 -9~-6.1 -7.7 Zhang et al., 2018 黄金洞金矿田 6 毒砂 -7.3~-5.6 -6.5 罗献林，1988 黄金洞金矿田 3 毒砂 -6.1~-3.4 -4.5 叶传庆等，1988 黄金洞金矿田 5 毒砂 -3.3~-2.1 -2.8 夏浩东等，2017 黄金洞金矿田 4 毒砂 -6.7~-4.8 -5.8 董国军等，2008 黄金洞金矿田 5 毒砂 -8.5~-5.6 -6.9 刘英俊等，1993 万古金矿床 1 毒砂 -8.9 — 柳德荣等，1994 正冲金矿床 7 黄铁矿 -9.1~-1.1 -4.6 本文 正冲金矿床 7 黄铁矿 -8.9~- 1.7 -5.6 Liu et al., 2019 肖家山金矿床 3 黄铁矿 -5.25~-2.05 -3.5 蒋星祥等，2016 黄金洞金矿田 8 黄铁矿 -10.3~-7.2 -8.3 Zhang et al., 2018 黄金洞金矿田 4 黄铁矿 -10.4~-6.6 -8.0 罗献林，1988 黄金洞金矿田 14 黄铁矿 -12.2~-4.2 -7.7 叶传庆等，1988 万古金矿床 2 黄铁矿 -10.4~-10.1 -10.3 柳德荣等，1994 万古金矿床 1 辉锑矿 -11.6 — 柳德荣等，1994 黄金洞金矿田 5 黄铁矿 -3.7~-0.5 -2.2 夏浩东等，2017 黄金洞金矿田 6 黄铁矿 -12.9~-5.9 -9.5 董国军等，2008 黄金洞金矿田 4 黄铁矿 -13.2~-6.2 -9.9 刘英俊等，1993 雁林寺 12 黄铁矿 -14.8~+6.1 -2.3 董国军等，2008 雁林寺-洪源 2 黄铁矿 -5.73~-4.57 -5.15 刘亮明等，1999 斑岩型多金属矿床 鳌鱼山 3 黄铁矿 -2.9~3.3 0.7 王育民等，1984① 井冲 3 黄铁矿 -3.4~-1.9 -2.5 刘姤群等，2001 4 黄铁矿 -4.3~-3.0 -3.9 易祖水等，2010 27 黄铁矿 -4.9~0.2 -1.9 Wang et al., 2017 七宝山 83 黄铁矿 +1.8~+5.1 +3.72 陆玉梅等，1984 6 黄铁矿 +1.8~+5.4 +4.2 胡祥昭等，2000 — 黄铁矿 +1.8~+5.4 +3.5 沈瑞锦，1996 12 黄铁矿 +2.2~+4.8 +3.7 胡俊良等，2017 赋矿地层与花岗岩 新元古界冷家溪群 1 黄铁矿 -13.1 — 刘英俊等，1993 新元古界冷家溪群 1 黄铁矿 -10.6 — 柳德荣等，1994 新元古界冷家溪群 1 黄铁矿 -10.4 — 柳德荣等，1994 新元古界冷家溪群 7 黄铁矿 -13.1~-6.3 — 刘亮明等，1999 新元古界冷家溪群 1 黄铁矿 -10.4 — 罗献林，1988 正冲金矿床矿区内小型花岗岩体 6 花岗闪长岩 -2.4~+1.0 -0.7 Liu et al., 2019

表 2 长-平带内矿床、沉积地层与花岗岩的δ34S值 Table 2 The δ34S of various deposits, sediment rocks and granitoids along the Changsha-Pingjiang Fault

① 王育民, 欧阳昌泰, 陈遇灏. 1984.中国铅锌矿床地质勘探问题研究.长沙:湖南省地质矿产局, 1-522

除脉状金矿床在长-平成矿带内广泛分布外，该区域内还发育有斑岩型铜-钴、铜-钼等矿床，其分布与晚侏罗世-白垩纪岩体具有明显的空间联系。在该类型矿床中，当物理化学条件平衡状态下，各硫化物中的硫元素的富集顺序具有差异：BiS₃<Sb₂S<Cu₂S<PbS<Cu₅FeS₄<CuFeS₂<ZnS<FeS_1-x<FeS₂<MoS₂(郑永飞和陈江峰，2000)，导致斑岩型矿床中黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿和方铅矿中的δ³⁴S值具有差异。其中，斑岩型矿床中黄铁矿δ³⁴S值集中于-1.0‰~4.2‰，正冲矿区内花岗岩全岩δ³⁴S值为-2.2‰~1.0‰，均略高于正冲金矿床黄铁矿δ³⁴S值(图 7a)。

正冲金矿床与长-平带内斑岩型矿床中硫化物与各岩体铅同位素均具有较宽的²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb特征，但²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb-²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb图解显示长-平带内斑岩型矿床中硫化物与各岩体铅同位素具有一定的重叠，反映两者的铅具有相似的来源。本次铅同位素数据显示正冲金矿床与斑岩型矿床中硫化物与各岩体铅同位素具有显著的差异，投影点主要位于造山带演化曲线与上地壳之间(图 8a)，构造环境判别图也显示矿床黄铁矿、毒砂铅同位素组成位于地壳与造山带环境中

图 8

Fig. 8

图 8 长-平金成矿带主要地质体208Pb/204Pb-206Pb/204Pb模式图(a)及构造环境判别图(b)(底图据Zartman and Doe, 1981) 数据列于表 3；A, B, C, D为各区域中样品相对集中区 Fig. 8 208Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb plot (a) and the tectonic and environment discriminant diagram (b) for the main geological body from the Chang-Ping metallogenic belt (base map after Zartman and Doe, 1981) Data sources are listed in Table 3. A, B, C, D represent the centralized areas

(图 8b)，表明铅来源可能是造山带内变质沉积地层(表 3)。并且，发育在正冲金矿床内的花岗岩全岩样品具有较宽的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb分布区间(Liu et al., 2019)，与矿区内硫化物铅同位素特征不同，排除了矿区内早期存在的岩浆岩对成矿阶段铅的贡献。

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 长-平带内矿床、沉积地层与花岗岩的铅同位素值 Table 3 The lead isotopic data of various deposits, sediment rocks and granitoids along the Changsha-Pingjiang Fault 矿床 矿脉(段) 样品号 样品 测试矿物 数据来源 黄金洞 金福 JF16D64B3 硅化板岩 毒砂 39.220 15.669 18.417 Zhang et al., 2018 金塘 JT16D54B3 硅化板岩 毒砂 38.630 15.670 18.072 金塘 JT16D59B2 石英-硫化物脉 毒砂 38.729 15.685 18.075 杨山庄 YSZ16D08B3 硅化不泥岩 毒砂 38.740 15.636 18.246 杨山庄 YSZ16D09B1 石英-硫化物脉 毒砂 38.773 15.638 18.035 杨山庄 YSZ16D35B1 石英-硫化物脉 毒砂 38.631 15.694 18.012 — — 硅化板岩 黄铁矿 38.365 15.712 17.970 罗献林，1988 — — 黄铁绢英岩 黄铁矿 38.069 15.584 17.848 — — 石英-硫化物脉 黄铁矿 38.178 15.589 17.897 — — 石英-硫化物脉 黄铁矿 38.934 15.564 17.845 金塘 — 石英-硫化物脉 黄铁矿 37.763 15.556 17.860 叶传庆等，1988 金塘 — 石英-硫化物脉 黄铁矿 38.262 15.539 17.943 金塘 — 石英-硫化物脉 黄铁矿 38.020 15.529 17.846 金塘 — 石英-硫化物脉 黄铁矿 38.088 15.509 17.830 金塘 — 石英-硫化物脉 黄铁矿 37.702 15.508 17.706 杨山庄 — 石英-硫化物脉 黄铁矿 38.223 15.556 17.963 金塘 — 石英-硫化物脉 黄铁矿 38.418 15.526 17.853 夏浩东等，2017 金塘 — 石英-硫化物脉 黄铁矿 38.003 15.441 17.496 金塘 — 石英-硫化物脉 黄铁矿 38.145 15.468 17.579 金塘 — 石英-硫化物脉 黄铁矿 38.416 15.517 17.725 金塘 — 石英-硫化物脉 黄铁矿 38.453 15.557 17.674 金塘 — 石英-硫化物脉 黄铁矿 38.155 15.431 17.448 金塘 — 石英-硫化物脉 黄铁矿 37.669 15.586 17.194 金塘 — 石英-硫化物脉 黄铁矿 37.597 15.396 17.049 金塘 — 石英-硫化物脉 黄铁矿 38.127 15.275 18.014 金塘 — 石英-硫化物脉 黄铁矿 38.019 15.263 18.137 金塘 JF16D64B3 硅化板岩 黄铁矿 39.153 15.672 18.326 Zhang et al., 2018 金塘 JT16D54B3 硅化板岩 黄铁矿 38.661 15.689 18.042 金塘 JT16D59B2 石英-硫化物脉 黄铁矿 38.581 15.675 18.062 杨山庄 YSZ16D09B1 石英-硫化物脉 黄铁矿 38.683 15.670 18.060 万古 — HL-1 — 毒砂 38.539 15.73 18.024 邓会娟等，2013 — HL-2 — 毒砂 38.403 15.665 18.082 — HL-3 — 毒砂 38.623 15.766 17.983 — HL-4 — 毒砂 38.872 15.767 18.135 — HL-5 — 毒砂 38.886 15.693 18.358 — HL-6 — 毒砂 38.318 15.659 18.015 — HL-7 — 毒砂 38.344 15.685 17.988 — HL-8 — 毒砂 38.247 15.654 17.934 — HL-9 — 毒砂 38.645 15.787 18.005 — HL-10 — 毒砂 38.412 15.674 18.091 — — — 黄铁矿 38.493 15.624 18.192 — — — 毒砂 38.44 15.711 17.994 — — — 毒砂 38.453 15.691 17.976 — — — 毒砂 38.426 15.64 18.105 — — — 毒砂 38.468 15.654 18.058 — — — 毒砂 38.175 15.625 17.918 — — — 毒砂 38.485 15.745 18.049 — — — 黄铁矿 38.135 15.643 17.957 — — — 毒砂 38.44 15.697 17.982 — — — 毒砂 38.472 15.72 17.982 — — — 黄铁矿 38.664 15.621 18.091 — — — 毒砂 38.674 15.785 18.05 — — — 黄铁矿 38.126 15.618 17.952 鳌鱼山 — — — 方铅矿 38.73 15.688 18.372 刘姤群等，2001 — — — 闪锌矿 38.655 15.623 18.356 七宝山 — 铅-2 — 方铅矿 38.806 15.663 18.467 陆玉梅等，1984 — t-13 — 方铅矿 38.948 15.809 18.372 — 同-05-3 — 方铅矿 38.882 15.537 18.118 — 铅-3 — 方铅矿 38.708 15.628 18.478 — 铅-4 — 方铅矿 38.818 15.723 18.42 — 铅-5 — 方铅矿 38.468 15.602 18.268 — t-9 — 方铅矿 38.628 15.626 18.1 — Q-1 — 黄铁矿 38.625 15.625 18.32 胡祥昭等，2000 — Q-2 — 黄铁矿 38.365 15.575 18.33 — — 含黄铁矿矿石 黄铁矿 38.509 15.689 18.384 — — 含黄铁矿矿石 黄铁矿 38.376 15.661 18.315 胡俊良等，2017 — — 含黄铁矿矿石 黄铁矿 38.856 15.737 18.384 — — 含黄铁矿矿石 黄铁矿 38.632 15.665 18.326 — — 含黄铁矿矿石 黄铁矿 38.577 15.629 18.35 — — 含黄铁矿矿石 黄铁矿 38.705 15.666 18.396 — — 石英斑岩 黄铁矿 38.571 15.711 18.39 — — 石英斑岩 黄铁矿 38.569 15.652 18.318 — — 石英斑岩 黄铁矿 38.734 15.717 18.412 — — 石英斑岩 黄铁矿 38.728 15.707 18.373 井冲 — — — 黄铁矿 38.237 15.592 18.042 刘姤群等，2001 — — — 黄铜矿 38.362 15.6 18.124 — — — 黄铁矿 38.814 15.695 18.345 — — — 黄铜矿 38.536 15.621 18.31 石塘冲铜多金属矿床 — — — 方铅矿 38.829 15.669 18.369 刘姤群等，2001 — — — 闪锌矿 38.775 15.652 18.28 枨冲铜多金属矿床 — — — 方铅矿 38.839 15.719 18.43 刘姤群等，2001 — — — 闪锌矿 38.883 15.728 18.438 连云山岩体 — — — 花岗岩 38.385 15.623 18.312 Xu et al., 2017 — — — 花岗岩 38.456 15.659 18.341 — — — 花岗岩 38.631 15.713 18.382 — — — 花岗岩 38.351 15.62 18.297 — — — 花岗岩 38.219 15.607 18.251 — — — 花岗岩 38.323 15.619 18.311 — — — 花岗岩 38.164 15.593 18.181 — — — 花岗岩 38.315 15.623 18.281 — — — 花岗岩 38.414 15.639 18.311 — — — 花岗岩 38.354 15.624 18.294 — — — 花岗岩 38.355 15.63 18.258 — — — 花岗岩 38.283 15.612 18.251 — — — 花岗岩 38.328 15.615 18.275 望湘岩体 — — — 花岗岩 38.247 15.592 18.252 Xu et al., 2017 — — — 花岗岩 38.256 15.599 18.243 幕阜山岩体 — — — 花岗岩 38.124 15.565 18.209 Xu et al., 2017 — — — 花岗岩 38.286 15.606 18.231 — — — 花岗岩 37.859 15.524 17.96 — — — 花岗岩 38.264 15.612 18.202 — — — 花岗岩 38.528 15.696 28.449 — — — 花岗岩 38.263 15.624 18.532 — — — 花岗岩 38.368 15.637 18.464 — — — 花岗岩 38.413 15.623 18.335 金井岩体 — — — 花岗岩 37.92 15.559 17.976 Xu et al., 2017 — — — 花岗岩 38.287 15.595 18.145 — — — 花岗岩 38.333 15.593 18.148 — — — 花岗岩 38.469 15.65 18.21 — — — 花岗岩 38.368 15.627 18.185 — — — 花岗岩 38.359 15.627 18.208 — — — 花岗岩 38.402 15.639 18.21 冷家溪群板岩 — — — 板岩、千枚岩 39.294 15.586 18.832 刘海臣和朱炳泉，1994 — — — 板岩、千枚岩 39.858 15.59 19.034 — — — 板岩、千枚岩 41.786 15.728 20.089 — — — 板岩、千枚岩 43.388 15.733 20.308 — — — 板岩、千枚岩 41.792 15.788 20.525 — — — 板岩、千枚岩 40.057 15.642 19.122 — — — 板岩、千枚岩 46.917 15.937 22.038 正冲金矿床矿区内小型花岗岩体 — 290-2 — 花岗岩 39.346 15.721 18.903 Liu et al., 2019 — 290-3 — 花岗岩 39.900 15.738 19.284 — 290-4 — 花岗岩 40.342 15.763 19.614 — 290-5 — 花岗岩 39.010 15.704 18.653 — 290-6 — 花岗岩 38.972 15.692 18.569 — 240-12 — 花岗岩 39.375 15.700 18.937

表 3 长-平带内矿床、沉积地层与花岗岩的铅同位素值 Table 3 The lead isotopic data of various deposits, sediment rocks and granitoids along the Changsha-Pingjiang Fault

通过对比正冲金矿床与长-平带内其余脉状金矿床载金硫化物与赋矿围岩冷家溪群地层、区域内花岗岩体δ³⁴S值和铅同位素分布特征，正冲金矿床中的硫、铅具有变质来源的特征。然而正冲金矿床乃至醴陵金矿田内冷家溪群地层变质程度较低，不能直接提供成矿物质。在变质脱挥发份模型中，深部矿源岩发生绿片岩相至角闪岩相变质作用转换过程中释放的含金流体向上运移，并在中上地壳绿片岩相地层中形成脉状金矿床(Phillips and Powell, 2010; Tomkins, 2010; Deng et al., 2015)，但矿床形成时间要略晚于区域变质事件的峰值年龄(Groves et al., 2020a)。因此，正冲金矿床成矿物质可能来源于深部，比冷家溪群更深、更高变质程度的沉积岩，与区域内黄金洞金矿田具有相似的成矿物质与流体来源(Zhang et al., 2018)。

NE-NNE向长-平带内多期次的构造-岩浆-成矿事件导致区域内发育有富饶的金、铜、钴等多金属矿床(图 1)。正冲金矿床矿体均赋存于NW向与NNE向次级断裂构造中，以脉状形式产出。金矿化伴随有强烈的硅化、硫化和绢云母化等蚀变，自然金与不可见金在矿床中均有分布，成矿流体具有富CO₂、低盐度特征(Liu et al., 2019)，与造山型金矿床成矿流体具有相似性(Goldfarb et al., 2005)。正冲金矿床、黄金洞金矿田和万古金矿床的赋矿地层均为新元古界浅变质岩系，矿体主要受构造控制，矿床中载金矿物硫、铅同位素组成与该套地层同位素组成具有显著的差异，无法指示新元古界地层与脉状金矿床具有成因联系。正冲金矿床成矿物质也不具岩浆来源特征。正冲金矿床黄铁矿、毒砂δ³⁴S集中于-5.2‰~-2.0‰之间，与世界范围内三叠纪或早白垩世形成的沉积岩容矿的造山型金矿δ³⁴S值一致(图 7b)。与此同时，笔者尚未发表的主成矿阶段白云母⁴⁰Ar-³⁹Ar年龄数据指示正冲金矿床成矿年龄为220Ma左右。因此，该金矿床形成于早三叠世华南与华北板块的碰撞作用过程中(Zhang et al., 2019)。

综合上述地质、地球化学与地质年代学数据，早三叠世碰撞造山作用过程中，区内深部含水、含碳地层经历了绿片岩相向角闪岩相变质作用转换，脱挥发份，释放大量的水、二氧化碳与金，沿一级长-平深大断裂向上运移，并在中浅地壳次级断裂系统内聚集沉淀，形成正冲造山型金矿床(Groves et al., 1998; Goldfarb et al., 2005)。

(1) 正冲金矿床成矿作用可分为乳白色贫矿石英-白云母、石英-白云母-黄铁矿-毒砂-多金属硫化物-少量绿泥石和石英-方解石三个阶段；毒砂与黄铁矿是自然金与不可见金的重要载体。

(2) 正冲金矿床自形载金黄铁矿与毒砂δ³⁴S值较窄，分别为-9.1‰~-1.1‰与-4.7‰~-0.9‰，成矿流体氧逸度约10^-30.7，均低于长-平带斑岩型矿床黄铁矿与正冲矿区内花岗岩全岩δ³⁴S值，且明显区别于区域内赋矿地层δ³⁴S值；铅同位素组成反映载金矿物中铅来源于上地壳或造山带。以上指示区内岩浆与赋矿沉积变质围岩并不是金矿床成矿物质的主要来源，成矿物质可能来源于比冷家溪群变质程度更高的、沉积位置更深的变质沉积岩。

(3) 正冲金矿床矿体受北北东与北西向两组方向断裂控制，赋存于低变质程度的板岩中，成矿流体具有富CO₂，低盐度特征。矿床形成于约220Ma华南与华北碰撞造山过程中，金矿床中载金黄铁矿、毒砂与世界范围内同时期变质沉积岩容矿的造山型金矿具有相似的δ³⁴S值特征；以上证据共同表明正冲金矿属造山型金矿床。

致谢      研究工作得到了中国地质大学(北京)邓军教授、邱昆峰副教授和和文言副教授，西澳大学David I. Groves教授，科罗拉多矿业学院Richard J. Goldfarb教授与莫纳什大学Roberto F. Weinberg教授的指导和帮助；野外工作得到了正冲金矿床与湖南省有色地质勘查局214队文亭院长等相关工作人员的帮助与支持；硫、铅同位素测试得到了核工业北京地质研究所实验人员的帮助；两位匿名审稿人提供了宝贵的审稿意见；谨此致谢。