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第 37 卷 第 6 期 2018 年 11 月 GeologicalScienceandTechnologyInformation Vol37 No6 Nov 2018 doi:1019509/jcnkidzkq20180620 蔡光耀, 安芳 造山型金矿床地质背景 地球化学特征和成矿模型研究综述 [J],2018,37(6):163G172 造山型金矿床地质背景 地球化学特征和 成矿模型研究综述 蔡光耀 a,b, 安 芳 a,b ( 西北大学 a 大陆动力学国家重点实验室 ;b 地质学系, 西安 710069) 摘要 : 造山型金矿床与造山事件在时间和空间上具有十分密切的联系, 对造山型金矿床的主要成矿时期 在世界和中国的分布规律 矿床地球化学特征以及成矿模型进行了总结 造山型金矿床成矿时间与大陆地壳生长过程中产生的热事件对应, 主要形成于陆缘增生造山带, 少量形成于陆 - 陆碰撞造山带 造山型金矿床的成矿流体具有低盐度 (6%~12%) 富 CO2(10% ~50%) 的特征, 可以与其他类型的金矿床进行区分 就地球化学特征而言, 不同时代不同地区差别较大, 如太古宙与元古宙造山型金矿床成矿流体的 δ 18 O 值集中在 6 ~11 δ 13 C 值变化范围为 0~-10, 而显生宙造山型金矿床 δ 18 O 值为 7 ~13 δ 13 C 值为 0~-10 ; 太古宙造山型金矿床中硫化物的 δ 34 S 值集中在 0~9 之间, 而显生宙造山型金矿床则集中于 0~10 之间 ; 各时代造山型金矿床成矿流体均相对富集 D 同位素,δD 值集中于 -80 ~-20 之间 Pb 和 Sr 同位素虽然在示踪物质来源方面研究进展较大, 但是仍不能很好地指示造山型金矿床成矿物质的来源 随着研究的不断深入, 地壳连续模式 变质脱挥发分模式 断层阀模式以及盆地尺度两阶段模式等成因模式先后被提出, 用于描述造山型金矿床的形成过程, 但关于造山型金矿床的成矿模式仍存在较大争议 关键词 : 造山型金矿床 ; 构造背景 ; 地球化学特征 ; 成因模式 ; 综述中图分类号 :P61851 文献标志码 :A 文章编号 :1000G7849(2018)06G0163G10 造山型金矿床 的定义最早由 Bohlke 提出, 经 过 Groves 等和 Goldfarb 等的补充和完善, 逐渐发 展成为一个相对系统的概念 [1G4] 造山型金矿床 包含了广泛的石英 - 碳酸盐型脉状金矿床, 也包括 太古宙同造山期以浊积岩为围岩的中温脉状金矿 床 [2] 造山 不仅指板块构造理论中所指的造山事 件, 而且也包括太古宙时期发生的地体拼接事件 [5] 一些地质学家通过对比研究, 发现赋存于澳大利亚 Yilgran 和加拿大 Abitibi 克拉通太古宙绿岩带中的金矿床和赋存于美国阿拉斯加显生宙地层中的 JuG nean 金矿带在产出环境 构造背景 元素共生组合 成矿流体性质和来源等方面有一定的相似性 [6G9], 它 们代表了地壳的连续变化, 这两类金矿床均形成于 较特殊的温压条件下, 温度范围为 200~650, 压 力为 100~500 MPa [9] 基于这类金矿床的地质特 [2] 征 成因特征以及其他方面的因素,Groves 等根 据此类金矿床的形成深度将其划分为 3 个亚类 : 浅 成造山型金矿床 ( 6km) 中成造山型金矿床 (6~ 12km) 和深成造山型金矿床 (>12km) 造山型金矿床提供了世界上大约 30% 的黄金储量 [10], 而且世 界上已经查明的巨型金矿床 (Au 储量 >500t) 中, 有 17 个属于造山型金矿, 如西非克拉通内的 AG shanti 金矿床 澳大利亚 Yilgarn 克拉通内的 Golden Mile 金矿床等 造山型金矿床是造山带内最主要的矿床类型 [11], 也是当今最重要的金矿工业 类型 [12] 正如卡林型金矿床的引入和发展, 使得我国地 质工作者在滇黔桂和陕甘川地区勘查出了一批大 型 特大型金矿床一样 [13G17], 自造山型金矿床的概念 发展起来后, 我国地质工作者结合我国相关造山带 的地质特征, 也发现了一大批该类型的金矿床 [18G23], 并通过对这些矿床的研究丰富和完善了造山型金矿 收稿日期 :2018G01G14 编辑 : 杨勇 基金项目 : 陕西省教育厅科技计划项目 (14KJ1761); 国家自然科学基金项目 (41203032) 作者简介 : 蔡光耀 (1993 ), 男, 现正攻读矿物学 岩石学 矿床学专业硕士学位, 主要从事金矿床研究工作 EGmail:1943223348@ qqcom 通信作者 : 安芳 (1984 ), 女, 副教授, 博士生导师, 主要从事矿床地质学研究工作 EGmail:anfang_china@163com

164 2018 年 床的成矿理论, 同时, 掀起了造山带金矿床地质特征 和成矿理论研究的热潮 造山型金矿床解决了诸多 地质问题, 但仍存在一些亟需解决的争议和问题 笔 者拟在前人研究的基础上, 总结造山型金矿床形成的 地质背景 成矿地球化学特征和成矿模型 1 地质背景 11 时空分布特征及成因背景 [2,24] Groves 等认为造山型金矿床与造山事件在空间和时间上具有十分密切的关系, 提出 造山型 金矿床 是指发生在汇聚板块边缘的增生造山作用 过程中形成的金矿床, 它的形成与次绿片岩相到绿 片岩相变质作用具有密切的关系 ; 空间上, 矿体主要 受次级逆冲脆 - 韧性剪切带控制 ; 成矿时间可以从 太古宙跨越到显生宙 太古宙绿岩带中的金矿床与 显生宙造山带中发现的金矿床在产出环境 构造背 景以及成矿流体性质和来源等方面具有一定的相似 性和一致性 因此, 许多地质学家认为迄今发现的 太古宙 显生宙的造山型金矿床很有可能都形成于 汇聚板块边缘大地构造背景 [25G28] 需要指出的是, [2] Groves 等总结的造山型金矿床地壳连续模式中其浅部有 HgGSb 矿床的出现, 由此向下, 主要有造 [29] 山型金矿床的出现和形成 而陈衍景根据浅成 作用的特征以及变质作用 岩浆作用的差异之后将 热液矿床简单地划分为岩浆热液型矿床 变质热液 型矿床 ( 造山型矿床 ) 以及浅成热液型矿床 3 类, 并 对其特征进行了描述, 认为这一深度形成的 HgGSb 矿床属于浅成热液型矿床 [3,11] Goldfarb 等发现造山型金矿床形成的时间与大陆地壳生长过程中产生的热事件对应, 并识别 出 3 个主要的成矿时期 : 新太古代 (28~255Ga) 古元古代 (21~18Ga) 和显生宙 (600~50 Ma)( 图 1) 造山型金矿床在前寒武纪表现出 幕式 成矿的特征, 这与初始大陆的增长作用有很大的关系 ; 但在 显生宙则呈现出连续成矿的特征 ( 图 1), 初步估计 显生宙造山型金矿床的经济储量为 28 万 t, 约为前 寒武纪此类金矿床的 2 倍 ( 不包括成因存在争议的 南非 Witwatersrand 金矿床 ) [3,11] 世界范围内, 造山型金矿床主要分布在 YilG garn Canadian Tanzanian West African Siberian 克拉通, 以及 Alaska RussianFarEast Uralide 和 Lachlan 造山带 ( 图 2), 典型的金矿床主要有澳大利亚 Golden Mile 乌兹别克斯坦 Muruntau 加纳 AG shanti 以及美国 Grass Valey 等 [3,30] 澳大利亚 Golden Mile 金矿床位于 Yilgarn 克拉通绿岩带中, 是目前所知的全球第三大金矿床, 也是目前世界上 最大的太古宙造山型金矿床, 金储量约 2000t 区 内的矿脉可以划分为费米斯顿型 奥罗亚型和查洛 特型 3 类, 以费米斯顿型最为重要, 其矿石的金储量 几乎占整个矿区金资源的 70% [32] 乌兹别克斯坦 Muruntau 金矿床位于中亚成矿域西南天山成矿省, 形成时代为二叠纪, 其黄金储量超过 6100t, 是目 前世界上发现的最大的造山型金矿床 加纳的 AG shanti 金矿床位于西非克拉通, 矿床形成于古元古代, 储量达 3100t [33] 我国造山型金矿床主要分布在胶东半岛 华北 克拉通北缘 小秦岭和西秦岭 新疆北部 扬子克拉 通与华夏地块的碰撞褶皱带 西南三江地区以及中 部的祁连山褶皱带, 此外, 巴颜喀拉地区和拉萨地块 南北两侧的喜山期和燕山期构造带中也发育造山型 金矿床 [34] ( 图 3) 其中, 胶东地区是我国最大的金矿产地, 累计探 明黄金储量已经超过 900t, 区内典型的金矿床有焦 家 阜山特大型金矿床, 仓上 玲珑大型金矿床和众 [36G37] [38] 多中小型金矿床 Sun 等认为太平洋板块 在 125 Ma 时俯冲方向发生了近 80 的变化, 导致胶 东地区的应力场发生重要转变, 进而引起大规模的 10 000 m(au)/t 1 000 100 Dolin Grass Valley Las Christinas Ashanti Muruntau Kolar Natalka 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 t/ma 图 1 [30G31] 造山型金矿床在地质历史时期的分布 Fig1 Distributionoforogenicgolddepositsingeologicalhistory 图 2 Golden Mile Natalka Bendigo [3,30] 造山型金矿床在世界范围的分布情况 Fig2 Distributionoforogenicgolddepositsalovertheworld

第 6 期蔡光耀等 : 造山型金矿床地质背景 地球化学特征和成矿模型研究综述 165 [36] 岩浆活动和金成矿作用 Qiu 等认为胶东地区 金矿床的形成与太平洋板块的俯冲消减作用有关, 但同时也指出胶东地区的金矿床与国外典型造山型 金矿床存在差异 小秦岭地区是我国仅次于胶东的 第二大黄金产地, 区内发育文峪 东闯 金硐岔 桐峪 和枪马等大中型造山型金矿床, 主成矿期为印支期, 形成于陆 - 陆 ( 华北陆块与扬子陆块 ) 碰撞造山过程 中, 属于秦岭碰撞造山带的边缘组成部分 [37] 西秦 岭的造山型金矿床主要分布在秦岭造山带中的脆韧 性剪切带内, 呈脉状产出, 形成于 210~70 Ma [18], [39] [40] [41] 包括阳山 八卦庙和李子园等一系列大中 [42] 型金矿床,Meng 等指出, 这些造山型金矿床主要 发育于秦岭古特提斯洋最后的闭合阶段 西南三江 地区的哀牢山造山型金矿带位于三江特提斯成矿域 东北端, 发育老王寨 冬瓜林 金厂 长安和大坪等大 中型金矿床和诸多的中小型金矿床, 累计探明金储 量超过 200t, 成矿时代为喜山期 [43G44] 0 800 km - 图 3 中国典型造山型金矿床分布图 ( 底图据文献 [35]) Fig3 DistributionoforogenicgolddepositsinChina 12 造山型金矿的产出环境造山带主要有 2 种类型 : 陆缘增生型造山带和 陆 - 陆型碰撞造山带 [45G46] 陆缘增生型造山带与洋 壳向陆壳的俯冲消减有关, 而陆 - 陆碰撞型造山带 [2] 则是两陆块间大洋最终消失的产物 Groves 等 认为, 不论是陆缘增生型造山带还是陆 - 陆碰撞型 造山带, 均代表地壳作用过程的结束 就二者之间 的关系而言, 任何陆 - 陆型碰撞基本上都是以洋盆 的闭合为先导, 它可以看作是陆缘增生型造山带的 最后一个阶段 陆缘增生型造山带在 20 世纪 80 年 代中期就已经被广泛接受, 并认为它与俯冲作用相 [2] 关, 是造山型金矿床产出的有利环境 Groves 等论 述了陆缘增生型造山带和陆 - 陆型碰撞造山带之间 的差别, 并在此基础上提出与洋壳俯冲作用有关的陆 缘增生型造山带是造山型金矿床主要的产出环境 造山型金矿床的本质其实就是由造山作用 ( 如 地壳加厚 洋脊俯冲以及下地壳拆沉等 ) 引起的地壳 中的强大热流所诱发的大规模流体成矿事件 [11] 造山型金矿床成矿事件是陆缘增生或陆 - 陆型碰撞 造山作用的结果, 其时间一般同步或滞后于造山事 件, 不可能早于造山事件, 如中国西秦岭地区呈脉状 产出于韧性剪切带中的金矿床以及中国青海东昆仑 地区造山型金矿床都形成于造山事件之后 [18,21] 造山型金矿床通常发育在造山带内部或受造山事件 影响强烈的地区, 如南秦岭夏家店金 ( 钒 ) 矿床产于 印支期褶皱带, 区域内构造活动强烈而广泛 [4,47] 就陆缘增生型造山带来说, 金矿床主要发育在弧前 增生楔或者增生地体内, 即大洋岩石圈俯冲于大陆 岩石圈形成的俯冲带或 B 型俯冲带与岩浆弧之 间 [48] ( 图 4), 如美国阿拉斯加东南部 Juneau 金矿带 中的脉状金矿床就产于显生宙增生并俯冲到大陆边 缘的地体之中 [50] 而对于陆 - 陆型碰撞造山带而言, MBT RBT VMS SEDEX 图 4 [49] 造山型金矿 ( 含其他金矿类型 ) 成矿系统发育的板块构造背景 Fig4 Tectonicsetingsofvarioustypesgoldsystemsincludingorogenicgolddeposit

166 2018 年 造山型金矿成矿系统则主要发育在主边界逆冲断层 (MBT) 和反向边界逆冲断层 (RBT) 之间 ( 图 4), 如 秦岭造山带中的造山型金矿床基本分布在龙门山 - 大巴山主边界逆冲断裂与三门峡 - 宝丰反向边界逆 冲断裂之间 [49,51G53] 与形成于挤压构造环境中的这类金矿床不同, 卡林型金矿床主要形成于裂谷带和弧后盆地内, 构 造对金矿化的控制作用较强, 且在不同的矿区有不 同的表现 ; 浅成低温热液型金矿床主要形成于板块 俯冲带上盘的大陆弧以及弧后的拉张动力学环境条 件下 ; 而一些富金斑岩型矿床大都发育于大陆和岛 弧造山带中, 矿体主要受与侵入体有关的脆性构造 控制 [2,54] 2 矿床地球化学特征 21 流体包裹体根据前人的研究成果, 造山型金矿床中的流体 包裹体可以划分为 3 种主要类型 [2,5,49,55] (1) 富 CO2 包裹体包括纯 CO2 包裹体和 CO2 体积分数在 50% 以上的 CO2-H2O 包裹体, 前者可以由单相或气 - 液两相 CO2 组成, 可含有 N2 CH4 等 ; 后者主要由 CO2 和水溶液组成, 为气 - 液两相或气相 CO2 - 液相 CO2 - 水溶液三相 此类包裹体的盐度通常 <5%NaCleq, 一般在成矿的 早 中阶段比较发育, 晚阶段相对不太发育 (2) 含 CO2 包裹体其中 CO2 体积分数一般 小于 30%, 以 CO2 和水溶液为主要组分, 呈两相或 三相, 其中气相成分为 CO2, 可含一定比例的 CH4, 盐度通常 <10% NaCleq, 以成矿早 中阶段较为常 见 (3) 水溶液包裹体 (NaClGH2O) 为单相或气 液两相包裹体, 此类包裹体盐度变化大 (<3% NaCleq~>10% NaCleq ), 在成矿的中 晚阶段常见 通过大量流体包裹体研究, 矿床学家认为造山 型金矿成矿流体为低盐度的炭质流体, 可见 CO2- H2O 不混溶, 盐度较低 [22,49,55G57] 从成矿过程来看, 流体的成分由富含 CO2 逐渐演变为水溶液, 其 中 CO2 与 H2O 含量的比值也在中阶段突然降低, 指示发生了不混溶或流体沸腾现象, 致使成矿流体 [22,49,53,58G59] [60] 中的 CO2 逸失 Ridley 等将不同类 型金矿床的成矿流体成分做了相对系统的总结, 发 现造山型金矿床成矿流体具有低盐度 (6%~12%) 富含 CO2(10%~50%) 的特征, 与其他类型金矿床 [61] 有很大的差别 ( 图 5) 但 Hart 等特别指出, 虽 然造山型金矿床成矿流体中 CO2 含量变化范围大, 但是不能简单地认为具有这种成矿流体特征的金矿 02 04 06 x(nacl) x(h2o) 0 2 0 4 () x(co 2 ) x(h2o) x(co2) x(nacl) 为摩尔分数 ; 虚线区域表示了大部分造 山型金矿床的数据记录, 实线区域表示出现频率最高的数据记录 图 5 [60] 不同类型金矿成矿流体成分特征 Fig5 CompositionsoforeGformingfluidsofdiferenttypesofgold deposits 床就是造山型金矿床, 比如与侵入岩有关金矿床成 矿系统中的流体也具有类似的特征 22HGOGSGC 同位素造山型金矿床的成矿流体一般经历了较长距离 的迁移, 其 H-O 同位素组成不仅反映了成矿流体 的源区性质, 而且很有可能表征了沿着流体通道的 水岩反应以及后期流体的混合特征 [60,62G64] 深入研 究 H O 同位素沿着流体通道的空间变化规律以及 各个成矿阶段的时间演化规律, 在具体分析影响同 位素组成主导因素的基础上, 可以揭示成矿流体的 来源 流体的演化轨迹 甚至矿床成因, 也可以为找 矿提供相应的理论依据 [65] [5,11,66] 前人通过对不同地区 不同时代造山型 金矿的研究, 积累了大量 H O 同位素数据, 这些研 究结果表明造山型金矿床成矿流体显示出富集重同 位素的特征, 其中, 太古宙 - 元古宙造山型金矿床成 矿流体的 δ 18 O 值集中在 6 ~11, 显生宙造山型 金矿床为 7 ~13 [11,66] ;δd 值变化范围较大 (-180 ~-20 ), 但是利用云母类矿物获得的 [5,11,66] δd 值相对比较集中, 介于 -80 ~-20 间 ( 图 6) 造山型金矿床中的金通常被认为是以硫的络合 物的形式进行搬运和迁移 [11,24], 而且矿石中的金主 要赋存在黄铁矿等硫化物中, 因此, 认识和确定硫的 来源对于理解金的来源 热液流体的来源以及矿床 成因具有重要意义 对大量造山型金矿床硫同位素 数据的综合分析表明, 不同地区 不同时代的造山型 金矿, 其 δ 34 S 值变化范围较大, 且存在着较大的差 别 太古宙造山型金矿床中硫化物的 δ 34 S 值主要

第 6 期蔡光耀等 : 造山型金矿床地质背景 地球化学特征和成矿模型研究综述 167 δd/ 0-20 -60-100 -140 SMOW -180-20 -10 0 10 20 30 δ 18 O/ 图 6 不同时代造山型金矿床成矿流体中 δd-δ 18 [5,66G68] O 图 Fig6 OreGformingfluidsoforogenicgolddepositsformedinArG chaean,phanerozoicandproterozic 集中在 0~9 之间 [7,11,69], 大部分显生宙造山型金 矿床中硫化物的 δ 34 S 值变化于 0~10 之间, 然而 一些金矿床中获得的 δ 34 S 值介于 -20 ~25 [11] [11,70] Goldfarb 等指出造山型金矿床中的 S 同位素主要反映了围岩的 S 同位素特征, 并不能很好地指 示成矿流体和成矿物质的来源, 这也说明造山型金 矿中的硫具有多来源的特征 值得注意的是, 显生 宙造山型金矿床硫化物的 δ 34 S 值出现了负值, 这也 许指示了流体氧逸度对硫同位素分馏的影响 [71] 而且, 最新的研究成果显示, 一些赋矿围岩为沉积岩 的显生宙造山型金矿床, 如产于美国阿拉斯加地区 显生宙的金矿床, 其中黄铁矿 δ 34 S 值的变化趋势与 海水中硫酸盐基本一致, 指示这些金矿床中的 S 来 自于海水 [70,72G73] [11] Goldfarb 等认为 C 同位素虽然被广泛地用来示踪金矿床中 CO2 的来源, 但是由于对数据的解 释存在着差异, 因此依然无法提供决定性的结果 在显生宙造山型金矿床中, 与矿石相关的 δ 13 C 值为 0~ -10, 而在太古宙和古元古宙金矿床中, 其 δ 13 C 值也接近 0~ -10, 澳大利亚 PineCreek 金矿床的 δ 13 C 值甚至可低至 -32 [11] 大部分造山 型金矿床中获得的 δ 13 C 值可能受绿岩带或者变质 碎屑岩地层液化作用的影响 [11,74G75] 23Pb Sr 同位素特征与 H O S C 等稳定同位素类似, 近年来 Pb Sr 等放射性成因同位素在造山型金矿床研究中的应用, 尤其是在成矿物质来源的示踪方面取得了重 要的进展 [76], 但依旧存在着较大的争议 以放射性 同位素 Pb 为例, 虽然 Pb 同位素常常被用作示踪元 素示踪成矿物质的来源, 但是却很少能够确定成矿 物质的具体来源, 例如阿尔卑斯地区的 MonteRose 金矿中成矿时期硫化物的 Pb 同位素数据具有典型 的末端泥质变质岩的特征, 而并没有显示其最邻近 的绿岩带的特征 [77] 与 Pb 同位素类似,Sr 同位素 比值也不能很好地指示成矿物质的来源, 甚至可能 使结果更为复杂, 而且其物源特征也不能很好地被 保存 [11,60], 比如加拿大 Nova Scotia 南部的 Meguma 金矿床, 其初始 Sr 同位素比值并不能表明它是来自于单一的浊积岩围岩, 还是来自于片麻岩 基底 [78G79] 不同时代的造山型金矿床,Pb 同位素的 指示意义不同, 前寒武纪造山型金矿床中硫化物的 Pb 同位素比值比较一致, 指示了深部放射性成因来源, 与赋矿围岩基本无关 ; 而显生宙造山型金矿床的 Pb 同位素比值与围岩一致 [11,60,70,80G81] 3 矿床成因模式 根据造山型金矿床的基本地质特征 矿石结构 构造 矿物共生组合 成矿流体特征以及同位素 ( 稳 定性和放射性 ) 组成等, 矿床学家已经提出了一些矿 床成因模式, 试图解释此类金矿床的形成过程, 例如 地壳连续模式 [9,82] 变质脱挥发分模式 [83G84] 断层阀 [85] [73] 模式和盆地尺度两阶段模式等 31 地壳连续模式 [9,82] 地壳连续模式是 Groves 等在长期研究澳 大利亚西部 Yilgarn 地块太古宙脉状金矿床的基础 上提出的, 提出该模式的依据是 Yilgarn 地块太古 宙脉状金矿床在元素组合 围岩蚀变类型 控矿构造 性质以及地球化学特征等方面表现出的一系列连续 变化的趋势, 而且这种趋势在加拿大 Abitibi 等地区 太古宙绿岩带内的金矿床中也同样存在 地壳连续模式主要揭示了造山型金矿床在地壳 一定深度范围内垂向上的分布规律与特征, 认为从 次绿片岩相一直到麻粒岩相这一地壳深度的变化过 [2,24] 程中都有金矿床的形成 ( 图 7)Groves 等指出 与次绿片岩相以及绿片岩相相关的造山型金矿床元 素的共生组合为 AuGAg±As±B±Bi±Sb±Te± W 在绿片岩相地层中, 其蚀变矿物的共生组合主要是石英 碳酸盐 云母 (± 钠长石 ) 绿泥石和黄铁 矿 (± 白钨矿, 电气石 ), 其蚀变类型主要是钾化 白 云母化 碳酸盐化 绿泥石化 黄铁矿化以及电气石 化 ; 在空间上主要受次级逆冲脆 - 韧性剪切带的控 制 [86] 随着研究的不断深入, 越来越多的造山型金 矿床在该模式的指导下被发现, 大部分产于绿片岩 相的岩石中, 但在次绿片岩相 角闪岩相 甚至麻粒

- 168 2018 年? 图 7 Pb Sr Nd?? Pb Sr Nd? /Pb Sr Nd? [9,76] 造山型金矿床地壳连续成矿模式图 Fig7 Crustalcontinuum modelfororogenicdeposits 岩相的岩石中也发现了具有重大经济价值的金矿 床, 如西澳大利亚 NorsemanGWiluna 金矿带北部的 Wiluna 金矿产于次绿片岩相中, 澳大利亚 Yilgarn 克拉通中的 Grifin sfind 金矿产于麻粒岩相之 中 [9,87G88] 大量研究表明, 这些产于不同变质岩相 中的造山型金矿床在构造性质 元素共生组合 元素 迁入 - 迁出 蚀变类型以及成矿流体来源等方面具 有一定的相似性和一致性 [6,76,82] 然而, 造山型金矿床的地壳连续成矿模式也存 [89] 在着一些不足, 例如, 周军等认为该模式缺乏对 [22] 大地构造演化复杂性的认识 ; 陈衍景指出, 该模 式主要基于澳大利亚 Yilgarn 加拿大 Abitibi 和美 国 Juneau 金矿床的研究提出, 而这些地区几乎只有 脉状金矿床, 缺少类似于中国胶东地区的蚀变岩型 金矿床, 与东秦岭地区多类型 多矿种发育的造山型 金矿床也具有明显的不同, 并指出在考虑矿床垂向 变化的同时, 缺乏对矿体在侧向上变化规律和矿化 分带的认识 32 变质脱挥发分模式随着研究的不断深入, 造山型金矿床的地壳连 续模式已经不能很好地解释一些造山型金矿床的成 因, 有研究者对地壳连续模式提出了质疑 [83G84,88,90], 主要集中在高级变质地体内的金成矿作用与围岩峰 [68] 期变质作用之间的关系 与此同时,Philips [83G84] 等提出并完善的变质脱挥发分模式, 进一步解 释了金成矿作用与变质作用之间的关系 该模式主 要用于解释单个造山型金矿床的形成过程, 解决了 诸多关于造山型金矿床中金的富集 分离 分布以及 基本地质特征相关的问题 变质脱挥发分模式认为造山型金矿床中, 金和 流体的释放出现在绿片岩相向角闪岩相转变的过程 中, 金的沉淀主要发生在绿片岩相条件下, 或者发生 在由脆性向韧性过渡的地壳深度, 并指出金矿床在 形成后有可能继续发生进变质作用, 甚至发生部分 熔融 [68,83G84] 该模式同时指出, 含水和含炭的绿片 岩相岩石, 特别是变质的基性岩石, 在造山过程中主 要在变质达绿片岩相 - 角闪岩相边界时发生脱挥发 分作用 [84] 在单个矿物颗粒发生脱挥发分作用时, 不仅仅可以萃取 H2O 和 CO2, 还能萃取金和硫 通过 S 的络合反应减少流体中的 S, 同时 H2CO3 等 弱酸使得流体处于最优 ph 值, 有效地提高了金的 溶解度 当然, 地壳中的岩石在由绿片岩相向角闪 岩相过渡的过程中有流体产生是变质脱挥发分模式 成立或运用的一个基本条件, 同时, 该模式强调造山 型金矿床的形成主要发生在变质作用较低的地体 [84] [84] 中 Philips 等指出, 这一成因模式可以解释 太古宙绿岩带和板岩带中发现的造山型金矿床的分 布及其相关特征 33 断层阀模式 [85] 断层阀模式由 Sibson 等提出, 该模式很好 地解释了造山型金矿床中的金是如何进入控矿空间 的 一般, 造山型金矿床主要赋存于二级或三级高 角度逆冲断层内, 在区域水平应力的挤压作用之下, 这些断层容易发生破裂, 为流体迁移提供通道 陈 [91] 柏林指出断层阀模式能够合理地解释剪切带的 脆 - 韧性转化过程, 认为这种高角度逆冲断层作为 阀门促进了成矿体系的压力从超静岩压力到静水压 力的周期性变化与波动, 而断层的活动则主要发生 在压力超过静岩负载的地段, 断层破裂会导致断层 破碎带内部形成渗透性较高的裂隙, 有利于深部流 体的释放 ; 断层的破碎所引起的成矿热液体系的压 力骤降, 是导致成矿物质溶解度降低 沉淀结晶的主 要原因 成矿物质的沉淀有利于成矿体系转变为封 闭体系, 又重新发生压力的积累和周期性重复, 这样 就构成了成矿物质迁移和沉淀的完整体系 断层阀 模式中, 压力变化在金沉淀及矿化方面扮演很重要 的角色, 随着流体压力的降低, 金的溶解度也逐渐降 低, 进而导致金的沉淀及金矿化的发生, 如 t= 350, 当压力从 400 MPa 降低到 50 MPa 时, 金的溶解度约从 1 10-6 降低到 01 10-6 ( 图 8) 34 盆地尺度两阶段模式 [73] 盆地尺度两阶段模式由 Large 等提出, 该模 式认为富含有机质的沉积物是沉积岩容矿的造山型

lg(au ) 第 6 期蔡光耀等 : 造山型金矿床地质背景 地球化学特征和成矿模型研究综述 169-20 -30-40 -50-60 -70-80 -90-100 Fig8 400 Mpa 200 Mpa 100 Mpa 50 Mpa 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 T/10 3 K 图 8 t/ C 250 350 450 550 625 725 [92] 成矿流体温度 - 压力与金溶解度之间的关系 10 4 10 3 10 2 10 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 RelationshipbetweenoreGfluidstemperatureGpressureand Auconcentration 金矿床和卡林型金矿床中金和砷的来源 该模式同 时指出, 在早期成矿成岩期, 炭质等有机质沉淀, 同 时金 砷以及其他微量元素在沉积和成岩作用过程 中就已经开始进入黑色页岩和浊积岩盆地预富集, 并在后期的热液 构造以及岩浆活动的过程中活化 富集 在缺氧 闭塞的大陆边缘盆地环境下, 有机质 以及其他沉积物开始从底层海水向大陆斜坡中的泥 岩 粉砂岩以及盆地相中固定 聚集金 砷以及其他 [73] 微量元素, 如 V,Ni,Zn,Cu,Mo,U 等 Large 等 指出, 在成岩作用的早期阶段, 金和其他微量元素优 先进入含砷黄铁矿中, 到成岩作用的晚期阶段以及 变质作用的早期阶段, 早期成岩过程中的含砷黄铁 矿逐渐形成粗粒的黄铁矿, 有机质则形成沥青 在 较高级的变质作用过程中, 含砷黄铁矿逐渐转化为 磁黄铁矿 在整个过程中释放出金 砷以及 Cu Zn Mo Bi 等微量元素, 并在黑色页岩内部或者褶皱带 剪切带等构造中赋存金矿石 该模式的优势在于揭示了普遍存在于沉积岩容 矿金矿床中 Au As 与 S 之间的相关性以及 S 的来 源问题, 并且总结了多数矿床中出现的典型微量元 素组合 (Mo V Ni Cr Zn As Sb Hg Cu Se Te W 等 ) 当然, 这种模式并没有很好地解释造山型金矿床沿着或邻近地壳断裂系统分布的原因 [73] 需要说明的是, 盆地尺度两阶段模式仅适用于解释 以炭质沉积物为源岩的造山型金矿床和卡林型金矿 床的成矿模式, 尽管这一成因模式也阐述了部分造 山型金矿床产于绿片岩相中绿泥石 黑云母亚相的 原因 [73], 但更多用于解释卡林型金矿床的成矿过 w(au )/ 10-6 程 4 存在问题 由于构造背景以及地质环境的不同, 再加之后 期的地质作用, 目前还没有一个统一的成因模式来 概括造山型金矿床的形成, 这也是我们在以后的研 究中亟需解决的问题 我国造山带众多, 这在客观上为发现造山型金 矿床提供了可能与依据, 为国内寻找金矿指出了方 向, 而且目前已经在秦岭等造山带中发现了该类金 矿床 由于碰撞造山带中该类金矿床应该分布较 多, 因此后期应当在这些区域加大研究和勘探的力 度及规模 5 结论 (1) 造山型金矿床与造山事件具有一定的时空 联系, 矿体主要受次级逆冲脆 - 韧性剪切带控制 ; 成 矿时间从太古宙延续到显生宙, 并存在 3 个主要的 成矿时期 : 新太古代 (28~255Ga) 古元古代 (21 ~18Ga) 和显生宙 (600~50 Ma) 造山型金矿床一般形成于陆缘增生型造山带和陆 - 陆碰撞型造山 带, 形成时间一般同步或晚于相应的造山事件 (2) 造山型金矿床的成矿流体具有低盐度 (6% ~12%) 和富 CO2(10% ~50%) 的特征 ; 太古宙与 元古宙造山型金矿成矿流体的 δ 18 O 值为 6 ~ 11,δ 13 C 值为 0~-10, 太古宙 δ 34 S 值集中在 0 ~9 ; 显生宙金矿 δ 18 O 值为 7 ~13,δ 13 C 值为 0~-10,δ 34 S 值 0~10 ;δd 值主要集中于 -80 ~-20 之间 (3) 地壳连续模式 变质脱挥发分模式 断层阀 模式以及盆地尺度两阶段模式相继被提出, 用于解 释造山型金矿床成矿过程, 但均不够全面 完善 参考文献 : [1] BohlkeJKOrogenic(metamorphic,hosted)goldGquartzveins [R]USGeologySurveyOpenGFileReport,1982,795:70G76 [2] GrovesDI,GoldfarbRJ,CebreGMriam M,etalOrogenicgold deposite:proposedclassificationinthecontextoftheircrustal distributionandrelationshiptotheothergolddepositstypes [J]OreGeologyReviews,1998,13:7G27 [3] GoldfarbRJ,GrovesDI,GardolSOrogenicgoldandgeologG icaltime:aglobalaynthesis[j]oregeologyreviews,2001, 18:1G73 [4] 任涛, 王瑞廷, 孟德明, 等 南秦岭造山型金矿地质特征及成矿 模式 : 以陕西山阳夏家店金 ( 钒 ) 矿床为例 [J] 西北地质,2014, 47(1):150G158 [5] HagemannSG,CassidyK FArcheanorogeniclodegolddeG posits[j]reviewineconomicgeology,2000,13:9g68

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