LA-ICP-MS Zircon U-Pb Age of Gabbro and Basalt in the Baimuxia Area of North Qilian and Its Geological Significance
-
摘要: 在北祁连柏木峡地区发现的辉长岩、玄武岩以构造岩块形式产出。通过对区内柏木峡地区出露的4处辉长岩、玄武岩的详细野外调查及岩石组合、岩性特征研究，对辉长岩及玄武岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年，首次获得了较为精确的年龄值，分别为（675±31）Ma和（764.1±3.3）Ma，代表了辉长岩、玄武岩的成岩年龄，这一发现结合区域上已经在北祁连山东西段，中南祁连山和柴达木地区获得的大量同位素测年资料，说明这些地区在新元古代可能存在一期重要的岩浆活动，这次岩浆活动可能与同时期全球的Rodinia超大陆裂解有关。结合区域构造演化，认为本地区新元古代形成的辉长岩、玄武岩由于遭受后期强烈的加里东期构造作用的叠加、改造，已变得面目全非，以构造岩块形式残存于柏木峡构造蛇绿混杂岩带中。
-
关键词:
- 北祁连柏木峡地区 /
- 辉长岩 /
- 玄武岩 /
- LA-ICP-MS锆石U-Pb定年
Abstract: The gabbro and basaltare hosted in the Baimuxia Ophiolitemelange belt of North Qilian with the form of various blocks.After carrying out the detailed field investigation and studies of petrology and lithology ongabbro and basalt in the Baimuxia area, the LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of gabbro and basalt samples has yielded the accurate ages of (675±31)Ma and (764.1±3.3)Ma, which can represent theirdiagenetic ages.The results reveal that one important magmatic activity may be existed in the North Qilian area during Middle Neoproterozoic, which could be related to the global cracking of Rodinia supercontinent.The dating of LA-ICP MS zircon U-Pb provide accurate geochronological constraints for studying the formation and evolution of the North Qilian tectonic zone.-
Keywords:
- Baimuxia area of North Qilian /
- gabbro /
- basalt /
- LA-ICP MS zircon U-Pb dating
-
造山型金矿是一种重要的金矿类型，指造山过程中形成的受构造和建造双重控制的后生脉状金矿床，具有广泛的分布范围和巨大的资源潜力（王京彬等, 2024）。研究表明，造山型金矿主要形成于大陆地壳上部变质带内，特别是在增生造山带内挤压或转换挤压背景下。然而，随着研究的深入，发现了一些伸展背景下形成的金矿与经典造山型金矿具有相似的成矿特征。因此，造山型金矿的定义范畴有时也被拓宽至伸展背景。此外，造山型金矿的成因一直存在很大争议（Yardley et al., 2013），其中一点就是其成矿流体的来源较为复杂，包括大气降水、区域变质中的侧分泌或粒化作用、岩浆–热液流体等来源均有报道（Saager et al., 1982；Nesbitt, 1991； Fu et al., 2014；赵鹤森, 2019）。Au主要以硫氢络合物的形式在成矿热液中运移，成矿流体沿区域断裂向上迁移过程中由于流体不混溶作用或流体–岩石相互作用导致金的硫氢络合物失稳、解体而发生金矿化（Phillips et al., 2010；Tomkins, 2010；Zhong et al., 2015）。也有研究认为，造山型金矿中的碲–铋熔体在金的运移和沉淀机制中起到了吸附剂的作用，Au在成矿流体达到一定的物理化学条件时，从碲铋矿物中析出（Ma et al.，2024）。
20世纪80年代以来，成因矿物学与找矿矿物学理论发展迅速，矿物标型特征研究和矿物标型特征填图在金矿的找矿工作中得到有效的应用（陈光远等，1987）。指针矿物学是在找矿矿物学的基础之上，衍生出的一个较新的概念，同样涉及到利用特定的矿物作为指示标志来寻找矿产资源。这些标志包括特定矿物的化学成分、内部结构、外表形态、物理性质等。随着矿产勘探的深入，传统物化探方法在某些地区，特别是深部或厚覆盖区，遇到了困难。因此，寻找新的、高效的找矿方法变得尤为重要。指针矿物学找矿方法正是基于此应运而生的。目前，应用指针矿物学找矿的案例有很多，其中通过绿泥石、绿帘石等蚀变矿物的化学成分特征或短波红外光谱特征进行斑岩型矿床勘查工作的案例最为典型（Wilkinson et al., 2015, 2020; Pacey et al., 2020）。陈华勇等（2021）系统总结了蚀变矿物的勘查方法理论，并建立了蚀变矿物勘查标识体系。对于造山型金矿来说，缺乏广泛的蚀变矿物分带，相对于斑岩型或矽卡岩型矿床系统，蚀变矿物勘查方法的应用较少。赵鹤森等（2021）认为黑云母MgO/FeO值可以代表围岩的蚀变强度，而Ti含量配合角闪石–斜长石温度计可以限定蚀变的温度。此外，通过比较光谱扫描仪测得的白云母特征吸收峰值与矿石品位发现，光谱特征参数的变化规律能够显示出对金矿体的指示意义（Wang et al.，2017）。
四川丹巴县独狼沟金矿位于扬子陆块西缘金成矿带上，区域内分布燕子沟、牦牛坪、张家坪子、梭罗沟、二里沟、偏岩子、一炷香、韭菜坪等金矿床，是我国重要的金矿床构造成矿带（Zhao et al., 2008；邹发, 2016；宋明伟等，2024）。前人分别从构造环境、成矿年代、流体包裹体（Zhao et al., 2019; 王庆飞等, 2019）、成矿物质来源（凡韬等, 2023）、碲铋矿物特征（马天祺等, 2023）等方面对独狼沟金矿进行了研究并在矿床成因方面取得了一定认识。笔者从矿物学的角度出发，通过独狼沟金矿中的金属硫化物化学组成特征，分析成矿流体的性质变化，厘定矿床成因类型同时，提出指针矿物示矿标志，旨在通过该研究为独狼沟金矿外围和深部的勘查工作提供一定的理论依据。
1. 区域背景
独狼沟金矿床位于丹巴–冕宁金矿带中，地处扬子克拉通西缘（图1a），松潘–甘孜褶皱带的东南部（图1b）（许志琴，1992），其间发育有大量造山型金矿床和金矿点（侯林，2012；凡韬，2017；王昕，2019；Zhao et al.，2019）。该区域处于三江成矿带、松潘–甘孜成矿带和攀西成矿带的交汇处（赵鹤森，2019；Ma et al，2024），构造控制明显，构造演化极为复杂，成矿带内发育有大量多层次顺层剪切及穹状构造体，为成矿提供了良好的空间条件。区域内主要出露早古生代地层，缺失寒武纪地层，主要包括穹窿核部震旦系花岗质片麻岩，志留系茂县组二云母片岩，泥盆系危关群角闪–黑云母片岩、石英岩，均受不同程度的变质作用影响。
![]()
Figure 1. (a) Sketch of the tectonic location of the study area, (b) regional tectonic geological map, (c) regional geological map of the Dulanggou gold deposit独狼沟金矿床矿区主要出露泥盆系危关群第三岩组（Dwg3）以及第四岩组（Dwg4）地层，岩性为一套角闪岩相的沉积变质岩。矿区内发育5条断层构造，控矿断裂为火地断裂派生出3条次级断裂，分别为F1、F2、F3。F1断层走向为325°～360°，总体倾向为W–NW，倾角为65～82°。F2走向为336°～30°，总体倾向为221°～275°，倾角约为45°～90°。F3走向与F2大致平行，倾向为232°～264°，倾角为50°～90°，其中F2为主控矿断裂（图2）。矿体主要赋存于泥盆系危关群第三岩组（Dwg3）
3667 ～4245 m的二云石英片岩及石英岩层间薄弱面，严格受构造控制。区内岩浆岩出露较少，仅出露花岗闪长岩脉和花岗伟晶岩脉。目前共圈定29个矿体，其中1、7、9号矿体为主矿体。矿体多呈脉状、透镜状、雁列状产出，整体朝西倾，倾向多为230°～310°，倾角较陡。主矿体真厚度为0.8～27.3 m，平均厚为8.0 m，平均品位为2.8×10–6～17.42 ×10–6，Au资源量约为50 t （Zhao et al.，2019）。矿区围岩蚀变强烈，但分带不明显，主要发育硅化、黑云母化、角闪石化，其上叠加有绢云母化蚀变，晚期发育少量碳酸盐化、绿泥石化。黄铁绢英岩化是最重要的近矿蚀变，呈带状分布于矿体两侧，比矿体范围稍大，与金成矿密切相关。组成矿石的主要金属矿物为磁黄铁矿，其次为黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿、磁铁矿、方铅矿、碲铋矿物、自然金等。非金属矿物主要为石英，其次为黑云母、绿泥石、方解石、绢云母等。矿石以细脉浸染状–稀疏浸染状构造为主（图3b、图3d），也可见少量角砾状和稠密浸染状矿石（图3a、图3c）。矿石结构主要为他形晶结构（图3i）、交代结构（图3、图3f）、文象结构（图3g）、自形–半自行晶粒状结构（图3h）、液滴状结构（图3k）等。
![]()
图 3 独狼沟金矿矿石组构特征a. 角砾状构造矿石，金属硫化物胶结石英角砾；b. 碲铋矿物呈细脉状穿插矿石；c. 稠密浸染状矿石；d. 稀疏浸染状矿石；e～j.均为反射单偏光光源；e. 碲铋矿物与自然金紧密共生；f. 黄铜矿沿裂隙交代磁黄铁矿；g. 碲铋矿物交代磁黄铁矿呈交代纹象结构；h. 黄铜矿沿裂隙穿插半自形粒状黄铁矿；i. 他形碲铋矿物中出熔自然金，可见碲铋矿物液滴定向分布；j. 磁黄铁矿边部发育黄铜矿和黄铁矿；k. 碲铋矿物+磁黄铁矿+黄铜矿+闪锌矿在石英脉中呈不规则状；Py. 黄铁矿；Po. 磁黄铁矿；Qz. 石英；Au. 自然金；Ccp. 黄铜矿；Sp. 闪锌矿；Bi-Te. 碲铋系列矿物Figure 3. Structure and texture characteristics of Dulanggou gold deposit根据矿石矿物组成、结构构造和围岩蚀变，可以把独狼沟金矿的成矿过程分为：石英–绢云母–磁黄铁矿/黄铁矿–自然金（I），石英–碲铋矿物–黄铜矿–自然金（II）两个阶段。成矿I阶段热液为酸性还原流体，交代早期形成的钾钠长石、黑云母，形成绢英岩化，并伴随大量磁黄铁矿沉淀；成矿II阶段大量发育碲铋矿物+自然金，常见黄铜矿沿边部或裂隙交代I阶段的磁黄铁矿（图3f），也可见碲铋矿物交代磁黄铁矿呈文象结构（图3g）。黄铜矿与碲铋矿物关系较为紧密，同时可见黄铜矿中出溶有少量的闪锌矿（图3k）。该阶段出现大量碲铋矿物，且碲铋矿物与自然金密切共伴生（图3e、图3i、图3k），是独狼沟金矿的主成矿阶段。综合野外观察、镜下矿物鉴定结果，各阶段矿物的主要生成顺序如图4所示。
![]()
图 4 独狼沟金矿矿物生成顺序图Figure 4. Diagram of mineral generation sequence in Dulanggou gold deposit2. 研究方法
样品采自勘探线1线、3线、4线、5线、8线、9线、12线、14线，
3730 m、3780 m、3830 m、3930 m、4000 m、4075 m、4115 m、4190 m中段，每隔25～50 m随机采样。矿石样品大部分属于1#矿体。磨制探针片分别进行电子探针和LA-ICP-MS的测试工作，以分析成矿流体的物流化学条件及矿床的成因类型。电子探针和LA-ICP-MS矿物微区主微量元素含量分析测试都在广州市拓岩检测技术有限公司进行。电子探针显微分析仪型号为JEOL JXA-iSP100，工作电压20 kV，工作电流20 nA，分析束斑4 μm，标样使用英国MAC矿物/金属标准和中国国家标准样品GSB；所有数据采用ZAF法进行校正，分析方法参照标准严格参照中华人民共和国国家标准GB/T 15246-2002（硫化物矿物）；LA-ICP-MS采用New Wave Research 193nm ArF 准分子激光剥蚀系统，与Thermo Scientific iCap-RQ 四极杆型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）联用。准分子激光发生器产生的深紫外光束经过匀化光路聚焦于样品表面，激光束斑直径为35 µm，频率为6 Hz，能量密度为3.5 J/cm2。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度。硫化物微区微量元素含量测试和处理过程中采用玻璃标准物质NIST SRM 610，MASS-1和实验室黄铁矿、闪锌矿标准样品进行多外标总量归一法校正（Liu et al., 2008），采用比例标准物质SRM 612作为监控样品（Wilson et al., 2002;Danyushevsky et al., 2011 ）。详细的测试方法请参考Zhang等（2022）。
独狼沟金矿床II阶段为主要的金成矿阶段，发育有大量的碲铋矿物，该阶段的热液活动必然会对一部分II阶段生成的黄铁矿和磁黄铁矿产生改造。文中采用二阶聚类分析法，用于分析和判断独狼沟金矿床中指针矿物的特征。聚类分析属于一种无监督的机器学习方法，根据相似性度量构建层次结构，通过聚合最近似的数据点，逐步形成更大的组。除了文中的公开的数据以外，另加入项目组未发表的黄铁矿和磁黄铁矿微量元素数据，各170个进行分析。首先对数据进行预处理，筛选出有意义的微量元素以保证聚类分析的效果，所选元素需满足高于检出限的数据必须占总数据量的80%以上，将低于检出限的测试结果按二分之一检出限值赋予固定的值。同时，考虑到LA-ICP-MS的测试精度，排除平均值小于 10×10–6的元素。根据以上条件，分别选择Co、Ni、Cu、Se、W、Mn、Mo和Co、Ni、Se作为连续变量，这些元素可当作黄铁矿和磁黄铁矿潜在的特征元素值，用于指示矿体的位置。然后构建特征分类树（cluster feature tree, CF），根据节点内相似度程度生成节点。最后，对节点进行聚类，并以施瓦兹贝叶斯准则（Bayesian information criterion，BIC）判断聚类效果。
3. 矿物主微量元素特征
3.1 黄铁矿
成矿I阶段的黄铁矿样品的原位微量元素分析结果（表1）显示，在黄铁矿中Mn、Co、Ni、Se、W等微量元素含量较高，Mn含量为1.27×10–6～255.80×10–6，平均为21.95×10–6；Co含量为186.61×10–6～447.36×10–6，平均为418.18×10–6；Ni含量为0～991.72×10–6，平均为326.06×10–6；Se含量为32.42×10–6～131.02×10–6，平均为77.74×10–6；W含量为0～542.58×10–6，平均为68.17×10–6。Cu、Ag、Au、Pb、Bi等微量元素含量较低，Cu含量大多为0～21.16×10–6，仅有3个数据为315.31×10–6、344.17×10–6、510.43×10–6，平均为21.95×10–6；Ag含量为0～1.38×10–6，平均为0.35×10–6；绝大多数样品Au含量未检出，少量为0.06×10–6～5.13×10–6，平均为1.41×10–6，有一个极高值为61.58×10–6；Pb含量为0.15×10–6～21.51×10–6，平均为2.78×10–6；Bi含量为0.05×10–6～31.68×10–6，平均为2.37×10–6。
表 1 黄铁矿LA-ICP-MS分析结果（10–6）Table 1. Analysis results of Pyrite using LA-ICP-MS (10–6)样品编号 S Mn Fe Co Ni Cu Se Ag W Au Pb Bi 3730 -14W-1#-1@PY-1536402.29 1.84 462838.59 370.27 319.75 1.01 37.82 0.11 18.56 − 0.42 0.18 3730 -14W-1#-1@PY-2531040.56 1.62 468047.03 458.09 374.80 2.58 54.27 0.12 12.82 − 1.40 1.62 3730 -14W-1#-1@PY-3533759.73 1.27 465498.92 359.54 310.00 9.82 40.89 0.20 9.91 − 0.59 0.35 3780 -3E-#-2@PY-6538059.69 30.87 460980.72 328.05 551.36 1.75 36.67 0.30 5.91 − 1.22 0.75 3780 -3E-#-2@PY-7563697.10 20.29 435864.16 298.84 60.09 0.43 32.42 0.94 11.54 − 4.46 2.94 3780 -3E-#-2@PY-8561674.31 46.14 437284.20 421.37 393.75 1.94 39.28 1.22 33.32 0.06 21.51 31.68 3830 -01E-1#-1@PY-11546966.14 17.05 451871.45 429.30 530.31 − 117.43 0.21 57.73 − 0.69 0.46 3830 -01E-1#-1@PY-12546445.97 14.58 452311.60 468.13 580.33 − 121.07 0.00 46.92 − 1.31 0.80 3830 -01E-1#-1@PY-13561691.23 255.80 436480.90 617.56 730.88 − 101.63 0.00 58.78 2.39 1.28 1.19 3830 -1@PY-19550661.55 4.20 449010.86 186.61 24.16 2.14 72.02 0.21 26.87 − 0.94 0.66 3830 -1@PY-20548940.55 2.83 450538.77 307.59 40.34 6.09 79.82 0.57 45.02 − 15.94 9.21 3830 -1@PY-21553965.94 9.07 445527.70 209.17 27.08 13.56 77.73 0.00 152.01 − 0.15 0.05 3930 -1E-1@PY-45538646.46 11.58 460068.13 394.12 160.79 7.90 62.80 0.16 369.77 − 0.54 0.49 3930 -1E-1@PY-46547659.02 85.04 451343.51 489.01 187.79 8.06 60.40 0.12 77.12 0.06 2.34 11.59 3930 -1E-1@PY-47537956.02 18.30 461195.35 385.53 191.32 0.99 71.01 − 74.65 − 2.26 1.53 4075 -12E-1#-2-Py-62537400.19 19.36 461848.72 487.57 38.62 1.68 113.17 − 51.87 − 0.81 0.56 4075 -12E-1#-2-Py-63546772.36 5.53 452679.36 360.76 29.87 0.54 94.83 0.20 40.08 − 1.30 0.76 4075 -12E-1#-2-Py-64541004.39 10.06 458406.99 366.01 29.76 − 93.59 0.56 64.32 − 2.30 1.87 4075 -YM1-9#-1-Py-78527842.25 11.92 470966.52 322.40 698.23 1.59 107.09 0.12 24.32 0.07 8.87 1.61 4075 -YM1-9#-1-Py-79536916.61 4.52 461707.73 323.63 732.00 5.01 67.97 0.04 197.86 1.79 0.23 0.14 4075 -YM1-9#-1-Py-80557472.86 26.84 440502.04 432.15 829.73 16.04 87.01 0.22 542.58 61.58 0.36 0.09 4113 -3-12E-1#-1-PY-108534367.37 3.38 464214.17 476.75 724.19 − 84.47 0.34 102.79 − 0.21 0.30 4113 -3-12E-1#-1-PY-109544944.59 3.81 453589.61 497.19 760.61 0.64 87.44 0.51 96.64 − 0.50 0.66 4113 -3-12E-1#-1-PY-110549612.42 3.45 448513.92 644.80 991.72 0.63 131.02 0.74 77.82 − 1.85 1.61 4113 -3-12E-2-PY-137541483.53 15.84 457622.08 472.42 200.24 1.17 106.05 1.38 67.09 − 12.47 4.15 4113 -3-12E-2-PY-138541762.12 7.94 457370.68 443.44 173.57 13.51 105.58 0.16 101.41 4.15 0.54 0.24 4113 -3-12E-2-PY-139539877.24 9.70 459196.46 460.27 189.89 21.16 116.10 − 108.10 5.13 0.35 0.21 4113 -4-1-1#-12E-2-PY-149539848.55 3.96 458851.78 517.32 675.73 − 66.78 0.76 2.86 − 7.39 4.85 4113 -4-1-1#-12E-2-PY-150536467.17 2.88 462253.46 449.63 738.37 0.13 62.20 0.98 1.44 0.21 6.76 4.02 4113 -4-1-1#-12E-2-PY-151553326.16 2.39 445345.90 620.98 625.00 − 54.80 0.35 6.14 − 1.00 0.85 4113 -12-1-PY-162543357.78 10.42 456110.05 283.09 113.63 − 70.43 0.24 40.94 − 1.15 0.99 4113 -12-1-PY-163539913.91 5.60 459456.90 350.41 148.23 0.79 64.63 0.18 46.36 − 1.24 1.45 4113 -12-1-PY-164547200.16 8.52 452285.40 258.14 97.30 − 58.75 − 83.06 − 0.80 0.43 4115 -12E-14E-2-PY-170539919.02 26.43 459939.91 17.95 − 2.47 85.24 − − 0.26 0.30 0.19 4115 -12E-14E-2-PY-171524012.41 26.12 475836.87 40.54 − 7.21 62.62 0.46 − 0.72 0.62 0.10 4115 -12E-14E-2-PY-172512947.44 44.69 486896.40 51.24 − − 49.87 0.25 − 0.64 0.34 0.06 4190 -4-PY-198563433.69 35.43 435229.16 538.51 133.46 510.43 81.82 1.20 0.47 − 1.30 1.72 4190 -4-PY-199559569.98 21.99 439268.03 492.86 162.93 344.17 80.52 0.55 0.46 − 2.08 1.45 4190 -4-PY-200548879.10 24.77 449989.07 533.00 140.36 315.31 94.63 0.41 1.05 − 0.77 0.67 主：“−”表示低于检出限。 3.2 磁黄铁矿
独狼沟金矿床中赋存有大量的磁黄铁矿，其原位微量元素分析结果（表2）显示，在磁黄铁矿中Mn、Co、Ni、Se、W等微量元素较为富集，Mn含量为0～58.42×10–6，平均为5.99×10–6；Co含量为179.91×10–6～447.36×10–6，平均为345.83×10–6；Ni含量为13.90×10–6～647.62×10–6，平均为324.02×10–6；Se含量为32.21×10–6～111.04×10–6，平均为67.75 ×10–6。Cu、Ag、Pb、Bi等微量元素含量较低，分别为：Cu含量为0～24.08×10–6，平均为7.21×10–6；Ag含量为0～1.71×10–6，平均为0.19×10–6；绝大多数样品Pb含量为0～6.39×10–6，平均为0.99×10–6，最高值为18.49×10–6；Bi含量为0～8.35×10–6，平均为0.95×10–6。
表 2 磁黄铁矿LA-ICP-MS分析结果（10–6）Table 2. Analysis results of Pyrrhotite using LA-ICP-MS (10–6)编号 S Mn Fe Co Ni Cu Se Mo Ag Pb Bi 3730 -9W-7#-1@PYr-8363870.46 4.78 635699.45 181.31 174.38 22.39 42.41 0.70 − 0.26 0.46 3730 -9W-7#-1@PYr-9362958.58 4.28 636626.77 180.06 168.68 21.05 37.39 0.61 0.11 0.03 0.18 3730 -9W-7#-1@PYr-10365464.06 4.73 634118.64 179.91 161.95 21.97 37.21 0.73 − 0.16 0.48 3730 -14W-1#-1@PYr-16361057.65 3.83 638227.36 340.87 301.52 8.14 40.21 0.75 − 0.35 0.11 3730 -14W-1#-1@PYr-17358088.33 1.76 641198.31 348.88 309.29 1.68 42.07 0.49 − 0.13 0.06 3730 -14W-1#-1@PYr-18362228.43 1.96 637081.01 341.69 289.66 2.50 43.03 0.60 − 0.13 0.12 3780 -3E-#-2@PYr-19357016.92 − 642088.21 303.82 491.65 4.31 45.23 0.53 0.35 1.72 1.67 3780 -3E-#-2@PYr-20358089.66 − 641081.28 302.88 466.58 0.00 46.26 0.38 0.16 0.99 0.67 3780 -3E-#-2@PYr-21356993.13 − 642152.96 277.60 517.59 0.00 52.20 − 0.35 0.60 0.32 3830 -01E-1#-1@PYr-33356218.83 7.93 642751.53 401.82 515.56 0.74 74.41 1.08 − 1.09 1.64 3830 -01E-1#-1@PYr-34358816.92 5.45 640193.65 398.30 511.93 0.00 63.22 0.84 − 0.91 2.19 3830 -01E-1#-1@PYr-35355081.44 7.33 643933.92 388.13 508.77 0.00 55.93 − 0.42 2.58 1.74 3930 -1E-1@PYr-65354280.56 3.32 645146.25 331.65 142.44 19.32 68.34 − − 0.51 0.18 3930 -1E-1@PYr-66357925.86 17.10 641456.96 348.66 154.20 4.50 72.09 − − 0.92 0.67 3930 -1E-1@PYr-67361569.38 27.00 637809.66 333.16 146.43 4.25 74.73 0.77 − 0.45 0.13 4000 -12E-1#-1@PYr-68357913.81 2.30 641571.25 422.77 16.40 0.00 60.10 − 0.69 3.13 0.77 4000 -12E-1#-1@PYr-69360731.68 − 638707.59 432.79 13.90 1.12 65.06 − 1.00 18.49 2.63 4000 -12E-1#-1@PYr-70357296.32 5.31 642198.08 407.90 21.58 0.39 63.19 1.43 − 0.82 0.21 4075 -8E-YM-1@PYr-77355089.79 2.82 643403.39 428.54 613.19 0.00 48.87 1.22 0.38 0.35 0.12 4075 -8E-YM-1@PYr-78349980.00 3.04 648688.23 439.71 631.37 1.24 54.32 0.77 0.15 0.97 1.03 4075 -8E-YM-1@PYr-79353007.03 − 643921.46 447.36 647.62 5.54 58.91 0.47 − 0.60 0.43 4075 -12E-1#-2-Pyr-98369387.77 2.51 630100.92 338.61 28.09 13.28 98.56 1.85 0.40 1.12 2.19 4075 -12E-1#-2-Pyr-99369751.64 2.35 629771.90 331.42 17.60 5.48 94.08 1.54 − 0.57 0.40 4075 -12E-1#-2-Pyr-100361365.75 5.00 638144.35 339.88 24.73 17.61 95.32 − − 0.09 0.11 4075 -YM1-9#-1-Pry-111352273.41 26.99 646799.89 260.89 536.83 8.36 64.31 1.71 − 0.08 0.12 4075 -YM1-9#-1-Pry-112358264.94 58.42 640734.09 260.42 569.82 15.26 74.89 − − 0.00 − 4075 -YM1-9#-1-Pry-113366807.60 40.04 631910.28 259.95 592.75 8.36 91.73 − − 4.26 2.92 4113 -1-12E-1#-1-Pry-114362377.99 5.60 636519.34 421.30 541.92 4.52 111.04 − − 0.18 − 4113 -1-12E-1#-1-Pry-115361037.29 4.86 637929.93 391.36 530.85 0.00 88.31 0.96 0.50 3.93 4.66 4113 -1-12E-1#-1-Pry-116364894.11 2.83 633777.17 391.14 532.84 3.06 102.36 1.00 1.22 1.19 0.16 4113 -3-12E-1-PYR-146358596.15 3.24 640756.19 353.46 154.31 5.11 107.68 − − 1.11 1.20 4113 -3-12E-1-PYR-147357341.36 − 642027.92 364.56 152.67 3.03 94.82 1.70 − 1.19 1.67 4113 -3-12E-1-PYR-148352809.89 − 646564.33 367.41 162.94 0.00 80.32 − − 0.37 − 4113 -4-1#-12E-1-PYR-161356011.33 − 642996.34 334.00 592.09 0.00 56.16 − − 0.48 0.70 4113 -4-1#-12E-1-PYR-162357257.51 − 641740.77 337.55 579.19 0.64 60.77 − 0.13 0.08 − 4113 -4-1-1#-12E-2-PYR-169350526.21 − 648438.09 358.99 620.12 0.00 43.15 0.95 0.38 0.58 1.16 4113 -4-1-1#-12E-2-PYR-170358556.98 − 640396.17 357.97 618.10 1.07 46.34 − 1.71 6.39 8.35 4113 -4-1-1#-12E-2-PYR-171355985.53 − 642987.83 366.52 609.04 2.39 42.29 − − 0.28 0.41 4190 -5-PYR-191357355.39 5.01 642084.47 363.98 104.33 9.07 74.39 − − 0.79 0.32 4190 -5-PYR-192355057.68 − 644354.71 364.29 105.68 14.54 94.00 − − 0.89 0.25 4190 -5-PYR-193358049.74 − 641327.79 370.28 99.32 15.98 82.65 0.59 − 1.35 0.64 4190 -4-PYR-198349108.77 − 650293.31 348.16 91.90 22.64 75.66 − 0.46 0.18 0.18 4190 -4-PYR-199347533.26 − 651888.29 345.05 88.35 24.08 85.05 − − 0.39 0.53 4190 -4-PYR-200349946.13 3.87 649499.14 351.48 98.78 23.67 72.11 − − 0.26 0.15 注：“−”表示低于检出限。 3.3 闪锌矿
样品中的闪锌矿较少，均发育在成矿Ⅱ阶段，闪锌矿电子探针分析结果（表3）显示，通过分析结果可知闪锌矿中Zn含量为54.12%～54.51%，S含量为32.26%～33.24%，Fe含量为8.44%～9.12%，Cd含量为3.69%～3.77%，还有少量的Mo、Co、Cu、Se、Sb元素。Ga、In、Ge等分散元素含量很低。
表 3 闪锌矿的电子探针分析结果（%）Table 3. Analysis results of sphalerite using EPMA (%)编号 S Ag Zn Fe Mn Cu Se Cd Ge Total Sph218 32.867 0.015 54.208 8.435 0 0.005 0.026 3.696 0 99.316 Sph219 32.264 0.005 54.118 8.841 0.013 0.006 0.005 3.772 0 99.058 Sph221 33.024 0 54.138 9.123 0.005 0 0 3.701 0 100.030 Sph222 33.244 0 54.507 8.665 0 0.006 0 3.693 0 100.163 4. 讨论
4.1 成矿流体的物理化学条件
在热液成矿体系中，一些微量元素（如Cu、Co、Ni、As、Au、Ag、Bi、Te、Sb）往往会以类质同象、纳米矿物包体等方式富集在黄铁矿中（Deditius et al., 2011; Reich et al., 2013; 刘仕玉等，2021; Fan et al., 2022）。不同温度条件下，黄铁矿对这些微量元素的富集程度有所差异。黄铁矿中Co含量常被用于判别黄铁矿形成温度（郑博等，2024），成矿温度越高，Co含量越高（梅建明，2000），通常高温黄铁矿的Co含量高于1 000×10–6，中温在100×10–6～1 000×10–6之间，低温则是低于100×10–6。独狼沟金矿床黄铁矿中Co含量为186.61×10–6～447.36×10–6，平均为418.18 ×10–6，通过Co含量判断，黄铁矿形成时流体具有中温特征。Se元素也被用于判断黄铁矿的形成温度，在Keith等（2014）的研究中，给出了Se元素含量与温度T（℃）的计算公式：Se=5×1013×T-4.82。独狼沟金矿床黄铁矿中Se元素含量为32.42×10–6～131.02×10–6，通过计算，黄铁矿的温度为253～338 ℃，平均为286 ℃。由
4000 m以下中段样品计算出的平均温度为297 ℃，而由4000 m～4190 m中段样品计算出的平均温度为279 ℃，深部流体温度稍高于浅部，独狼沟金矿成矿I阶段的流体应属于中高温流体。Keith等（2014）研究发现闪锌矿Fe/Zn值可以用于指示成矿温度，计算公式为T（℃）=（Fe/Zn+
0.2953 ）/0.0013 。由于独狼沟金矿床中的闪锌矿含量极少，且通常以固溶体形式出溶于黄铜矿中，文中仅测试了4个样品，计算得到的闪锌矿形成温度为347～357 ℃，平均为351 ℃，但该温度并不能代表成矿II阶段流体的平均温度。深部流体的温度稍高，黄铜矿和闪锌矿在大于300 ℃的高温条件下先于低熔点亲铜元素（LMCE）组成的碲铋矿物析出，并被流体带至相对较浅的位置。因此，II阶段成矿流体的平均温度可能要低于该部分闪锌矿的形成温度。成矿II阶段发育的碲铋矿物主要为楚碲铋矿（BiTe）、叶碲铋矿（Bi4Te3）、未定名矿物（Bi2Te）、硫碲铋矿（Bi4Te2S）、赫碲铋矿（Bi7Te3）、未定名矿物（Bi8Te3）、未定名矿物（Bi3Te）（马天祺等，2023），这些碲铋矿物都具有Bi:Te≥1的特征。随着Bi:Te原子比的降低，Bi-Te体系矿物的熔点逐渐升高，矿床中的Bi8Te3和楚碲铋矿限制了成矿II阶段的成矿温度范围大致在266 ℃～475 ℃（图5），在不考虑压力的情况下，独狼沟金矿中的碲铋矿物在流体中均以熔体形式存在（Okamoto et al., 1983; Ciobanu et al., 2005; Tooth et al., 2008），固溶体分解结构就是碲铋熔体冷却的标志之一（图3g）（刘家军等，2016）。另外，独狼沟矿床成矿II阶段流体包裹体均一温度主要在250～300 ℃范围内（刘星兰，2024）。综上所述，独狼沟金矿成矿II阶段的流体应属于中高温流体，两阶段的成矿流体温度没有明显差异。![]()
Figure 5. Phase diagram of melting temperature for tellurium-bismuth series minerals (Bi:Te≥1)根据独狼沟矿床的成矿温度，结合闪锌矿中FeS mol%估算成矿环境的硫逸度（fS2）（Lusk et al.，2004），硫逸度计算公式。
lgfS2=11.01−9.49（
1000 /K）+[0.187−0.252（1000 /K）]×（mol% FeS）（适用温度范围为250 ～535 ℃）计算结果显示独狼沟金矿成矿I阶段流体的logfS2值为−20.4～−19.8。结合成矿II阶段Te-Bi体系常见矿物组合碲逸度–硫逸度二元相图可知（图6），由于成矿II阶段未有磁黄铁矿和黄铁矿等矿物生成，且伴随有极少量的方铅矿。因此，流体logfS2值约为−11.6～−4.5，而logfTe2值约为−13.0～−7.9。
![]()
Figure 6. Binary phase diagram of tellurium fugacity-sulfur fugacity for common mineral assemblages in the Te-Bi system4.2 矿床成因
矿石中磁黄铁矿的S同位素与矿化围岩中磁黄铁矿的S同位素值存在明显区别，因此S源不可能来自泥盆系沉积变质围岩（赵鹤森，2019）。通过对比典型造山型金矿，交代岩石圈地幔楔，弧环境下的硫酸盐以及海底玄武质玻璃的S同位素值（Alt et al., 1993, 2012，2006；Goldfarb et al., 2015；Labidi et al., 2015；Giuliani et al., 2016；Andrea et al., 2018），独狼沟金矿的硫可能来自深源的交代岩石圈地幔。而H-O同位素组成特征则显示，δ18OH2O值属于岩浆水和变质水的范围，而δD值略低于岩浆水范围，且远离变质水范围（凡韬等，2023），说明成矿流体与岩浆作用关系更为密切。前人统计了不同成因的黄铁矿Co/Ni值，火山成因一般远大于1，沉积成因一般小于1，与热液有关的黄铁矿Co/Ni值变化范围较宽，且多大于1（Bralia et al., 1979; Arehart, 1996；Hou et al., 2016; Zhang et al., 2016；丁坤等，2022）。独狼沟金矿中黄铁矿的Co/Ni值大部分在1～10之间（图7），表现出热液成因的特点。少量黄铁矿Co-Ni投点在沉积成因范围内以及热液成因和沉积成因右侧，而镜下观察并无草莓状黄铁矿出现，且这部分投点的整体位置更接近热液成因的右侧。成矿I阶段的黄铁矿若受到来自深源地幔流体的改造，可能会造成黄铁矿Ni和Co含量偏高，使得部分样品的投点略微向右偏移。独狼沟金矿的成矿年龄在184～156 Ma（凡韬等，2023；赵鹤森，2019），符合早侏罗世碰撞造山后的伸展构造环境（Zhou et al., 2008）。软流圈上涌并激活了交代岩石圈地幔中的成矿元素，形成碲铋熔体，之后随成矿热液向上运移，流体不断吸收上覆地层中的Au。同时，在中高温条件下，碲铋熔体持续吸收流体中的Au（Ciobanu et al., 2006, 2010；Meinert et al., 2000），在沿深大断裂上移的过程中，随着流体温度的降低，大量的自然金和碲铋矿物一同析出，形成粒径可达数十微米的自然金，最终在泥盆系危关群第三岩组成矿。
![]()
图 7 黄铁矿Co-Ni判别图解（底图据Zhang et al., 2016）Figure 7. Pyrite Co-Ni discrimination diagram4.3 指针矿物找矿标志
对于造山型金矿指针矿物的研究，目前主要集中在云母的光谱特征以及石英和黄铁矿的标型特征两个方面。黑云母的Fe/（Fe+Mg）值和光谱特征峰位（
2250 nm）的变化对金矿体的位置有较好的指示（van Ryt et al., 2017, 2019）。石英热释光峰位温度和发光强度（宋英昕等，2021），黄铁矿的晶体结构和微量元素总量均能显示出与造山型金矿矿体的对应关系（申俊峰等，2013；冯李强等，2023；葛战林等，2023），以上矿物都具有作为金矿找矿勘查的指针矿物的潜力。但不同矿床具有不同的流体性质（陈华勇等，2021），导致不同矿床中的相同的矿物微量元素组成也不尽相同。因此，不同的造山型金矿床中指针矿物的特征也可能是不一样的。独狼沟矿床中碲铋矿物与自然金关系最为密切，但在矿化区内的分布范围较小，几乎只发育在金矿石中。而黄铁矿和磁黄铁矿在矿区中分布更为广泛，更适合作为指针矿物进行研究。成矿I阶段和II阶段的温度并没有显著的差异，理论上通过蚀变矿物化学成分变化规律很难找到富Te-Bi-Au成矿流体的活动区域。因此，考虑从金属硫化物微量元素的差异去指示矿体的位置。磁黄铁矿和黄铁矿均形成于阶段I，磁黄铁矿和黄铁矿中Ni、Co等元素的含量都分别集中在不同区间范围内（图8、图9），二者多为它形不规则结构，与其它矿物的接触边界常呈波浪状，具有被后期流体交代的痕迹，其微量元素组成上的差异极可能来自主成矿阶段热液的叠加改造。
![]()
图 8 黄铁矿微量元素二阶聚类分析图解Figure 8. Second-order cluster analysis of trace elements in Pyrite![]()
图 9 磁黄铁矿微量元素二阶聚类分析图解Figure 9. Second-order cluster analysis of trace elements in Pyrrhotite黄铁矿的二阶聚类分析轮廓系数（Silhouette Coefficient）约为0.5，聚类质量中等。可分为Py1、Py2、Py3等3类，占比分别为3%、57.8%、39.2%（图8a）。Py1占比极少，可认为为异常数据。总黄铁矿各微量元素含量的第一四分位数（Q1）、中位数（Q2）、第三四分位数（Q3）分别为Ni（109.9×10–6、166.8×10–6、619.1×10–6），Mn（3.7×10–6、8.1×10–6、18.9×10–6），Cu（2.7×10–6、5.3×10–6、7.8×10–6），W（8.8×10–6、35.0×10–6、69.5×10–6），Co（305.9×10–6、397.4×10–6、485.4×10–6），Mo（0.6×10–6、1.8×10–6、6.0×10–6），Se（63.8×10–6、81.9×10–6、100.4×10–6）。Py2和Py3的Mn、Cu、Se、Mo、Ni、W、Co含量中位数分别为9.8×10–6和5.1×10–6、6.1×10–6和4.5×10–6、84.4×10–6和74.7×10–6、1.2×10–6和5.1×10–6、125.5×10–6和707.3×10–6、24.7×10–6和61.2×10–6、376.0×10–6和465.7×10–6。黄铁矿中的Ni预测变量重要性最高，其余元素均小于0.6（图8b）。Mn虽然也有较高的预测变量重要性，但其是由Py1的异常性造成的（图8c）。除了Ni以外，所有元素的单元格分布特征都相似（图8d），因此黄铁矿中的Ni含量可作为潜在的示矿标志之一。
磁黄铁矿的二阶聚类分析轮廓系数约为0.6，聚类质量良好。可分为Po1、Po2、Po3、Po4等4类，占比分别为26.5%、20.5%、19.5%、33.5%（图9a）。磁黄铁矿含量差异主要集中于Ni和Co。总磁黄铁矿各微量元素含量的Q1、Q2、Q3分别为Ni（101.2×10–6、169.5×10–6、586.8×10–6），Co（271.2×10–6、345.3×10–6、398.6×10–6），Se（56.3×10–6、71.9×10–6、88.6×10–6）。四类磁黄铁矿Ni、Co、Se含量中位数分别为Po1（570.7×10–6、341.2×10–6、49.8×10–6），Po2（709.7×10–6、451.0×10–6、90.9×10–6），Po3（112.9×10–6、118.6×10–6、58.8×10–6），Po4（99.0×10–6、348.1×10–6、83.2×10–6）。Po1和Po2具有较高的Ni含量，其中Po2的Ni和Co含量均为四类磁黄铁矿中最高的，而Po1中的Co含量与全磁黄铁矿中的Co含量分布相似（图9c、图9d）。与黄铁矿一样，Ni同样是最重要的预测变量，除此之外Co可能也具有一定的示矿潜力。
结合矿床成因可知，黄铁矿和磁黄铁矿中较高的Ni含量可能是深源流体的叠加造成的。因此，Py3、Po1、Po2与Au成矿的关系更为密切，即越接近矿体，黄铁矿和磁黄铁矿中的Ni含量越高。黄铁矿和磁黄铁矿可作为独狼沟金矿床中的指示矿物。
5. 结论
（1）独狼沟金矿成矿I阶段和II阶段的温度范围较为接近，成矿流体属于中高温流体，碲铋矿物在这两个阶段均可保持熔体状态并持续吸收流体中的Au，在成矿II阶段温度降低时析出，形成较大粒径的自然金。
（2）独狼沟金矿成矿流体在I阶段和II阶段的LogfS2值分别为−20.4～19.8和−11.6～−4.5。
（3）独狼沟金矿具有多期次流体活动的特征，来自深源交代岩石圈地幔的成矿流体造成了部分黄铁矿和磁黄铁矿中Ni含量的明显增高。
（4）黄铁矿和磁黄铁矿可作为独狼沟金矿的指针矿物。越接近矿体，黄铁矿和磁黄铁矿中的Ni含量越高。
-
夏林圻,夏祖春,徐学义.北祁连山构造-火山岩浆演化动力学[J].西北地质科学,1995,16(1):1-28. XIA LQ, XIA ZC, XU XY. Dynamics of tectono-volcano-magmatic evolution from north Qilian Mountains,China[J].Northwest Geoacience, 1995,16(1):1-28.
张旗,王焰.北祁连早古生代洋盆是裂陷槽还是大洋盆[J].地质科学,2000,35(1):121-128. ZHANG Q, WANG Y. The North Qilian oceanic basin of the early paleozoic age is an aulacogen or a large oceanic basin[J]. Scientia Geologica Sinica, 2000, 35(1):121-128.
张旗,孙晓猛,周德进,等.北祁连蛇绿岩的特征、形成环境及构造意义[J].地球科学进展,1997,12(4):366-385. ZHANG Q, SUN XM, ZHOU Dejin,et al. The characteristics of North Qilian ophiolities, forming settings and their tectonic significance[J].Advance in Earth Science, 1997, 12 (4): 366-385.
宋忠宝,任有祥,李智佩,等.北祁连山西段同位素测年概况[J].西北地质,2003,36(4):1-7. SONG Zhongbao, REN Youxiang,LI Zhipei,et al. Review on isotopic dating in the western part of the North Qilian[J]. Northwestern Geology, 2003, 36(4): 1-7.
夏林圻,夏祖春,徐学义.北祁连山海相火山岩岩石成因[M].北京:地质出版社,1996. XIA LQ, XIA ZC, XU XY.Origin of Marine volcanic Rocks in North Qilian Mountains[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1996.
苏建平,胡能高,张海峰,等.北祁连山西段吊大坂花岗片麻岩的锆石U-Pb年龄及地质意义[J].地质科技情报,2004,23:11-14. SU JP, HU NG, ZHANG HF, et al. The zircon U-Pb age and geological significance of the western part of North Qilian Mountains hanging Daban granite gneiss[J]. Geological science and technology intelligence, 2004, 23:11-14.
谢其锋,周立发,刘羽.青海刚察大寺地区花岗岩类LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其地质意义[J].地质通报,2014,33(9):1379-1390. XIE Q F,ZHOU L F,LIU Y.LA-ICP-MS zircon U-Pb ages of Gangchadasi granite in Qinghai Province and their geological significance[J].Geological Bulletin of China, 2014,33(9):1379-1390.
刘占庆,裴先治,李瑞保,等.东昆仑南缘阿尼玛卿构造带布青山地区两期蛇绿岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及其构造意义[J].地质学报,2011,85(2):185-194. LIU Z Q,PEI X Z,LI Ruibao, et al.LA-ICP-MS Zircon U-Pb geochronology of the two suites of ophiolites at the Buqingshan area of the A'nyemaqen orogen belt in the southern margin of east Kunlun and its tectonic impliacation[J]. Geological bulletin of china,2011,85(2):185-194.
曾建元,杨宏仪,万渝生,等.北祁连变质杂岩中新元古代(~775Ma)岩浆活动记录的发现:来自SHRIMP锆石U-Pb定年的证据[J].科学通报,2006,51(5):575-581. ZENG JY,YANG HY,WAN YS,et al.North Qilian Mountains metamorphic rock in the Neoproterozoic(~775Ma)magmatism records found:from the SHRIMP zircon U-Pb dating evidence[J].Chinese Science Bulletin,2006,51(5):575-581.
于福生,王春英,杜国民.北祁连山东段新元古代火山岩的年代学证据[J].中国地质,2002,29(4):360-363. YU FS,WANG CY,DU GM,Chronological evidence of Neoproterozoic volcanic rocks in the eastern segment of the North Qilian Mountains[J].Geology in China,2002,29(4):360-363.
李怀坤,陆松年,王惠初,等.青海柴北缘新元古代超大陆裂解的地质记录-全吉群[J].地质调查与研究,2003,26(1):27-37. LI HK, LU SN, WANG HC, et al.Quanji group- the geological record of the rodinia supercontinent break- up in the early neoproterozoic preserved in the northern Qaidam margin, Qinghai, Northwest China[J]. Geological Survey and Research, 2003, 26(1):27-37.
杨经绥,史仁灯,吴才来,等.柴达木盆地北缘新元古代蛇绿岩的厘定-罗迪尼亚大陆裂解的证据?[J].地质通报,2004,23(9-10):892-898. YANG JS,SHI RD,WU CL, et al.Recognition of Neoproterozoic ophiolite on the northern margin of the Qaidam Basin:Evidence of the breakup of Rodinia[J]. Geological bulletin of china 2004, 23(9-10):892-898.
下载:
计量
- 文章访问数: 2239
- HTML全文浏览量: 0
- PDF下载量: 2381
