湘东北万古金矿田江东金矿床成因——流体包裹体和H-O同位素制约

图1 湘东北区域地质图（修改自Xu et al.，2017）

Ⅰ-汨罗断陷盆地；Ⅱ-幕阜山—望湘断隆；Ⅲ-长沙—平江断陷盆地；Ⅳ-浏阳—衡东断隆；Ⅴ-醴陵—攸县断陷盆地；1.第四系—白垩系砾岩、砂岩和杂砂岩；2.中三叠统—中泥盆统砂岩、碳酸盐岩和粉砂岩；3.志留—震旦系砾岩、页岩和板岩；4.新元古界板溪群砂岩、砾岩、板岩和凝灰岩；5.新元古界—中元古界冷家溪群板岩和浊积岩；6.新太古界—古元古界连云山群角闪岩—麻粒岩相变质岩；7.晚侏罗世花岗岩；8.三叠纪花岗岩；9.晚志留世花岗岩；10.新元古代花岗岩；11.实测或者推断断层；12.韧性剪切带；13.金矿床点；14.铜多金属矿床点

Fig.1 Regional geological map of Northeast Hunan （modified after Xu et al.，2017）

湘东北地区出露地层主要为新元古界冷家溪群和板溪群浅变质岩，还有泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、白垩系和第四系（高林志等，2011a，2011b）。冷家溪群和上覆的板溪群约占整个湘东北地区面积的60%，岩性主要表现为一系列灰绿色粉砂质板岩和绢云母板岩，伴随着一套深海相碎屑岩沉积和复理石浊流沉积形成的浅变质岩，且夹杂少量凝灰质砂岩（孙思辰等，2018）。

区内断裂极为发育，以NE向断裂为主，其次为NW和SN向断裂。区内先后经历了武陵运动、加里东运动、印支运动和燕山运动等多期次构造运动（罗献林，1988）。在新元古代，武陵运动使得该地区基底岩性冷家溪群在SW向挤压作用下发生隆升，形成EW和NW向线性紧闭褶皱（许德如等，2017）；早古生代晚期，加里东运动使得该地区早期形成的地层经历了更加强烈的挤压构造运动；中生代早期，印支运动使得基底再次被抬升，形成一系列逆冲推覆断裂和韧性剪切带；中生代中、晚期，燕山运动期间，原有断裂带经历了新一轮的强烈变动和重塑，催生了一个以NE向构造为主体、EW向构造为基础、NW向构造为辅助的构造岩浆活动带，构成了湘东北地区的基本构造格局（Zhang et al.，2019）。

湘东北地区岩浆活动十分频繁，持续时间长，侵入期次多，主要有武陵期、雪峰期、加里东期和燕山期4个期次的岩浆侵入活动，既有大面积的中—酸性花岗岩，又有大量基性—酸性岩脉。其中，区域内燕山期侵入岩发育最为广泛，其岩性主要为二长花岗岩，含少量花岗闪长岩和斜长花岗岩（Liu et al.，2019）。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质

江东金矿区出露地层较简单，整体呈NW向展布，主要为分布在矿区西南部的中元古界冷家溪群坪原组和上白垩统戴家坪组以及矿区北东部的第四系（图2）。其中，冷家溪群坪原组岩性以粉砂质板岩为主，在岩层上部，主要有粗砂质板岩和粉砂质板岩；中部以灰绿色板岩为主，夹杂着粉砂质板岩；下部主要由含粉砂质条带状板岩组成，这些条带主要由石英粉砂和绢云母等黏土矿物构成。该岩性段是矿区内主要的赋矿地层，厚度为200~575 m。上白垩统戴家坪组上部为薄—厚层状含泥质粉砂岩，砂质泥岩和钙质细砂岩的互层，中部为中—厚层状不等粒杂砂岩，下部为厚层状砾岩，岩石总体呈紫红色，该组与下覆的冷家溪群呈不整合接触关系。第四系主要为分布在河流两侧的残积物和坡积物，成分为黄褐色砂土、砖红色黏土和砂石等，在河流两侧和山间沟谷中的表层主要为一些耕作土。

图2

图2 江东金矿床矿区地质图（a）及4号勘探线剖面图（b）（修改自李建斌等，2020）

1.第四系；2.上白垩统戴家坪组；3.冷家溪群坪原组；4.探槽及编号；5.钻孔及编号；6.金矿脉及编号；7.钻孔及编号

Fig.2 Geological map of the Jiangdong gold deposit（a） and profile of No.4 exploration line（b）（modified after Li et al.，2020）

矿区构造总体为一个产状稳定的单斜构造，倾向NE，倾角50°~70°。断裂主要为NW（W）向断裂，其次为NE和SN向断裂，NW向断裂为区内主要的容矿构造。矿区范围内未见岩浆岩。

2.2 矿体特征

江东金矿床主要有2条金矿脉，分别为Ⅰ号和Ⅱ号脉，2条金矿脉呈近平行产出，Ⅱ号脉为隐伏矿脉，2条矿脉均产于冷家溪群坪原组中，受NW向断裂控制（图2）。

Ⅰ号矿脉呈纹层状产出［图3（a）］，主要分布在摇钱坡—灵官庙一带，矿脉走向为NW向，倾向为NE向，地表出露长度约700 m，出露标高为100~125 m，倾角为57°~72°，矿体厚度为0.53~6.49 m，平均厚度为1.05 m。

图3

图3 江东金矿床矿体特征

Fig.3 Orebody characteristics of the Jiangdong gold deposit

Ⅱ号矿脉呈脉状和纹层状产出［图3（b），3（c）］，与Ⅰ号矿脉近平行排列，受构造破碎带控制，为隐伏矿脉，矿体走向为NW向，倾向为NE向，倾角为50°~76°，矿体厚度为0.65~25.63 m，平均厚度为2.79 m（图2）。

2.3 矿石特征

江东金矿床矿石类型主要为石英—硫化物脉型和蚀变岩型，矿石构造主要为块状和浸染状，结构主要为自形—半自形和他形粒状（图4和图5），还有部分包含和充填结构。金属矿物主要有黄铁矿、毒砂、白钨矿、方铅矿、闪锌矿、黝铜矿、黄铜矿和自然金等；非金属矿物主要有石英、白云石和方解石等。矿石中黄铁矿以他形结构为主，呈碎裂状与毒砂相互共生［图4（a）］，或者包裹自形—半自形粒状的毒砂［图4（b）］，少数黄铁矿呈自形粒状结构，颗粒较大［图4（c）］。毒砂一般呈自形—半自形短柱状、长柱状和菱形结构［图4（d）］，多数分布在石英脉和蚀变围岩中与黄铁矿共生，或被黄铁矿交代。自然金一般赋存在黄铁矿裂隙中［图4（e）］。闪锌矿呈他形结构，颗粒较大，一般与毒砂共生，闪锌矿旁边偶见黄铜矿［图4（f），4（g）］，也常常充填于黄铁矿和毒砂的孔隙和裂隙中。黝铜矿一般呈他形结构与毒砂共生［图4（h）］，也有部分充填于黄铁矿和毒砂等金属硫化物的孔隙和裂隙中。方铅矿多呈半自形—他形结构充填于黄铁矿的孔隙和裂隙中。江东金矿床围岩蚀变主要有硅化、碳酸盐化、绢云母化、毒砂和黄铁矿矿化等（图5），金主要以固溶体金的形式赋存在黄铁矿的晶格中（王若依等，2024）。

图4

图4 江东金矿床矿石镜下特征

（a）黄铁矿、毒砂和方铅矿共生；（b）自形—半自形黄铁矿包裹毒砂和闪锌矿；（c）自形黄铁矿颗粒；（d）自形毒砂颗粒；（e）自然金赋存在黄铁矿中；（f）毒砂和闪锌矿共生；（g）毒砂、闪锌矿和黄铜矿共生；（h）毒砂和黝铜矿共生；（i）毒砂、黝铜矿和闪锌矿共生

Fig.4 Microscopic characteristics of ore in the Jiangdong gold deposit

图5

图5 江东金矿床围岩蚀变特征

Fig.5 Alteration characteristics of surrounding rocks in the Jiangdong gold deposit

2.4 成矿阶段划分

根据野外和镜下观察到的矿脉穿插关系和矿物共生组合（图4和图6），将江东金矿床的矿物生成顺序划分为4个阶段（图7）：石英—白钨矿阶段（Ⅰ）；石英—黄铁矿阶段（Ⅱ）；石英—黄铁矿—毒砂—多金属硫化物阶段（Ⅲ），多金属硫化物主要为方铅矿、闪锌矿、黝铜矿和黄铜矿；石英—方解石阶段（Ⅳ），方解石一般充填在石英脉的裂隙中，呈小细脉或小颗粒产出（图4和图6）。

图6

图6 江东金矿床矿石手标本特征

（a）阶段Ⅰ的石英—白钨矿脉；（b）阶段Ⅱ穿插阶段Ⅰ；（c）阶段Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ之间的穿插关系；（d）阶段Ⅳ的石英—碳酸盐脉；（e）、（f）阶段Ⅲ、Ⅳ之间的穿插关系

Fig.6 Characteristics of ore hand specimens in the Jiangdong gold deposit

图7

图7 江东金矿床成矿期次与矿物生成顺序

Fig.7 Metallogenic periods and mineral paragenetic sequence of the Jiangdong gold deposit

3 样品选择与分析方法

3.1 样品选择

本次分析的11件样品主要来自江东金矿床钻孔和坑道，依据采样位置对样品进行编号。重点选择编号为ZK001-4、ZK001-5、ZK6S-6-1、ZK450-2、JD-10、ZK1201-6、ZK405-6、ZK202-2、ZK001-13、ZK1003-1和ZK202-1等代表不同成矿阶段的样品开展石英SEM-CL分析、流体包裹体岩相学观察和测温分析以及包裹体成分的激光拉曼光谱测试，并对石英中的H-O同位素进行研究。样品描述见表1。

表1 江东金矿床不同成矿阶段石英样品采样位置及描述

Table 1 Locations and descriptions of quartz samples from different mineralization stages of the Jiangdong gold deposit

成矿阶段	样品编号	采样位置	样品描述
阶段Ⅰ	450-2	-450 m中段	含白钨矿和浸染状黄铁矿的脉状石英
阶段Ⅱ	ZK001-4	ZK001孔深543 m处	乳白色和烟灰色石英脉
	ZK001-5	ZK001孔深486.7 m处	灰黑色板岩中含矿石英—方解石脉
	ZK6S-6-1	ZK6S-6-1孔深252 m处	石英—黄铁矿脉
阶段Ⅲ	JD-10	-450 m中段	石英—多金属硫化物—自然金脉
	ZK202-2	ZK202孔深517 m处	含浸染状黄铁矿—毒砂的脉状石英
	ZK1201-6	ZK1201孔深573 m处	石英—多金属硫化物—自然金脉
	ZK405-6	ZK405孔深785 m处	石英—多金属硫化物—自然金脉
阶段Ⅳ	ZK202-1	ZK202孔深516 m处	石英—方解石脉穿插浸染状黄铁矿—毒砂蚀变围岩
	ZK001-13	ZK001孔深508 m处	石英—方解石脉
	ZK1003-1	ZK1001孔深89.3 m处	石英—方解石脉

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3.2 测试方法

包裹体测温片制作和石英SEM-CL图像拍摄工作在广州市拓岩检测技术有限公司进行。包裹体岩相学观察和包裹体测温实验在中南大学有色金属成矿预测与环境监测（教育部）重点实验室完成，所使用的设备为英国生产的Linkam THMS-600型地质用冷热台和蔡司显微镜。测试温度范围为196~600 ℃，在-196~30 ℃范围内，测试精度为 ±0.1 ℃，在30~600 ℃范围内，测试精度为±1 ℃。测试之前先用人工合成的CO₂三相包裹体进行校正，校正温度为-56.6 ℃、0 ℃和374.1 ℃。测温时，初始降温速率为30 ℃/min，变化速率为10 ℃/min，主要测试H₂O-NaCl两相包裹体和H₂O-NaCl-CO₂三相包裹体。包裹体的盐度、密度和压力借助Steele-Macinnis et al.（2012，2018）开发的Excel表格工具进行计算。

单个流体包裹体的成分激光拉曼光谱测定工作在中南大学国家重金属污染防治工程研究中心完成，使用的设备为Renishaw显微共焦激光拉曼光谱仪。该仪器的激光功率设定为40 mW，激光术斑直径精确控制到2 μm，激光波长为514.5 nm，光谱分辨率达到1 cm^-1。

石英H-O同位素分析在科荟测试（天津）科技有限公司完成。分析之前先从样品中挑选石英单矿物，破碎后磨制至60目（0.25 mm），以保证纯度达到99%。分析时选择不同阶段的石英矿物进行H-O同位素分析。进行H同位素分析时，先在低温真空条件下去除石英表面的吸附水，再在400 ℃条件下，利用爆裂法提取石英中的水与金属锌反应生成H₂，利用稳定气体同位素质谱仪/253 plus进行分析，以V-SMOW为标准，分析精度为±0.2‰。进行O同位素分析时，将样品在500~680 ℃的真空环境下与BrF₅反应生成O₂，之后制成CO₂，利用稳定气体同位素质谱仪/Delta Plus XP进行分析，以V-SMOW为标准，分析精度为±0.2‰。

4 测试结果

4.1 石英显微结构

第Ⅰ阶段热液石英（Q1）以乳白色石英产出，与白钨矿共生，在SEM-CL图像上，Q1呈较亮的特征，图像分布均一，可见简单的生长环带［图8（a）］。第Ⅱ阶段热液石英（Q2）以烟灰色石英产出，周围可见稀疏分布的细粒黄铁矿，在SEM-CL图像上，Q2呈较暗的特征，图像比较均一且无生长环带［图8（b）］。第Ⅲ阶段热液石英（Q3）以烟灰色石英产出，与硫化物密切共生，在SEM⁃CL图像上呈较暗的特征，分布较为均一且有简单的生长环带，常见与孔隙发育的黄铁矿共生［图8（c）］。第Ⅳ阶段热液石英（Q4）呈白色，与方解石共同产出，在SEM-CL图像上，Q4比Q3显示出更亮的CL特征，具有自形—半自形的特点，可见较明显的生长环带［图8（d）］。

图8

图8 江东金矿床石英SEM-CL图像

Q-石英；Sch-白钨矿；Py-黄铁矿

Fig.8 SEM-CL images of quartz in the Jiangdong gold deposit

4.2 流体包裹体岩相学特征

根据室温（25 ℃）下包裹体岩相学特征和显微镜下观察到的流体包裹体相态变化特征，将石英中的流体包裹体划分为3类，分别是水溶液包裹体（Type Ⅰ）、水溶液和CO₂三相包裹体（Type Ⅱ）和纯CO₂包裹体（Type Ⅲ）（图9）。

图9

图9 江东金矿床流体包裹体类型及组合

（a）阶段Ⅰ Type Ⅰ型包裹体；（b）阶段Ⅱ Type Ⅱ型包裹体；（c）阶段Ⅲ Type Ⅲ型包裹体；（d）阶段Ⅰ中的Type Ⅰ型包裹体与Type Ⅱ型包裹体共存；（e）阶段Ⅲ中的流体包裹体集群分布；（f）阶段Ⅲ中的3种流体包裹体同时出现；（g）阶段Ⅱ中的Type Ⅱ型包裹体；（h）阶段Ⅰ中的Type Ⅲ型包裹体；（i）阶段Ⅳ中的Type Ⅰ型包裹体

Fig.9 Types and combinations of fluid inclusions in the Jiangdong gold deposit

Type Ⅰ型包裹体：主要为水溶液包裹体，常温下主要为水溶液的液相和气相（ $V_{H_{2} O} + L_{H_{2} O}$ ），气相占整个包裹体总体积的10%~40%，该类型包裹体主要呈椭圆形、长柱状、圆形、负晶形或不规则状，大小为3~12 μm，呈孤立状分布或与其他包裹体一起呈簇状分布。Type Ⅰ型包裹体最终均一为液相［图9（a），9（d），9（e），9（i）］。

Type Ⅱ型包裹体：主要为含CO₂的三相包裹体，常温下呈现出典型的“双眼皮”特征，由 $V_{C O_{2}}$ + $L_{C O_{2}}$ + $L_{H_{2} O}$ 组成，大部分气相和液相的CO₂占整个包裹体总体积的30%~65%，该类型包裹体呈不规则状或椭圆形，呈孤立状分布或与其他包裹体一起呈簇状、线状分布，大小为2~9 μm。在升温的过程中，Type Ⅱ型包裹体中的气相CO₂先均一为液相，随着温度继续升高，液相的CO₂和液相的H₂O最终均一为液相［图9（b），9（f），9（g）］。

Type Ⅲ型包裹体：主要为CO₂包裹体，在室温下该类型包裹体主要为 $V_{C O_{2}}$ + $L_{C O_{2}}$ ，气相CO₂占整个包裹体总体积的35%~75%，少数该类型包裹体几乎不含液相CO₂，全部为气相CO₂，包裹体呈暗黑色。该类型包裹体一般呈椭圆形和不规则状，直径一般为4~7 μm，加热后最终均一为气相［图9（c），图9（h）］。

4.3 流体包裹体显微测温

在进行流体包裹体岩相学观察后，选择与成矿相关的石英中的原生包裹体进行测温，避开破碎和裂隙中的次生流体包裹体。主要对4个阶段的Type Ⅰ型包裹体和Type Ⅱ型包裹体进行测温，测温结果见表2。

表2 江东金矿床中不同阶段的流体包裹体测温结果

Table 2 Thermometry results of fluid inclusions at different stages in the Jiangdong gold deposit

成矿阶段	包裹体类型	$T_{m, C O_{2}}$ /°C	T_m，ice/°C	T_m，clath/°C	$T_{h, C O_{2}}$ /°C	T_h，total/°C	盐度［w（NaCl）］/%	密度/（g·cm^-3）
第Ⅰ阶段	Type Ⅰ	-	-5.38~-1.66	-	-	264~342（L/V）	2.83~8.38	0.684~0.827
第Ⅰ阶段	Type Ⅱ	-59.7~-56.8	-	5.3~8.6	22.7~29.1	275~347（L/V）	2.82~8.56	0.767~0.969
第Ⅱ阶段	Type Ⅰ		-4.62~-1.52	-	-	255~318（L/V）	2.60~7.33	0.730~0.845
第Ⅱ阶段	Type Ⅱ	-59.2~-56.7		5.0~9.1	21.2~28.7	271~329（L/V）	1.84~9.04	0.779~0.982
第Ⅲ阶段	Type Ⅰ	-	-6.86~-1.67	-	-	194~261（L/V）	2.85~10.31	0.828~0.937
第Ⅲ阶段	Type Ⅱ	-59.8~-56.8		3.5~8.9	19.7~29.3	216~271（L/V）	2.24~11.23	0.703~0.982
第Ⅳ阶段	Type Ⅰ	-	-5.82~-1.08	-	-	157~235（L/V）	1.87~8.71	0.853~0.963

注： $T m, C O 2$ 为固体CO₂融化温度，T_m，ice为冰点温度，T_m，clath 为 CO₂笼合物消失温度； $T h, C O 2$ 为CO₂部分均一温度；T_h，total为完全均一温度

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石英—白钨矿阶段的包裹体主要有Type Ⅰ型和Type Ⅱ型。由于该阶段Type Ⅲ型包裹体的数量较少，本次不做测温。Type Ⅰ型包裹体的冰点融化温度为-5.38~-1.66 ℃（平均值为-3.28 ℃），盐度［w（NaCl）］为2.83%~8.38%（平均值为5.35%），流体密度为0.684~0.827 g/cm³（平均值为0.772 g/cm³），绝大多数包裹体最终均一为液相，均一温度为264~342 ℃（平均值为296 ℃）。Type Ⅱ型包裹体中固相CO₂的融化温度为-59.7~-56.8 ℃，略低于CO₂的三相点温度-56.6 ℃，推测包裹体中可能有少量其他气体。CO₂笼合物融化温度为5.3~8.6 ℃（平均值为6.83 ℃），盐度［w（NaCl）］为2.82%~8.57%（平均值为6.00%），流体密度为0.767~0.969 g/cm³（平均值为0.879 g/cm³），CO₂均一为液相，温度为22.7~29.1 ℃（平均值为25.3 ℃），绝大多数包裹体最终均一为液相，均一温度为275~347 ℃（平均值为318 ℃）。

石英—黄铁矿阶段的包裹体主要有Type Ⅰ型和Type Ⅱ型。Type Ⅰ型包裹体的冰点融化温度为-4.62~-1.52 ℃（平均值为-2.91 ℃），盐度［w（NaCl）］为2.60%~7.33%（平均值为4.79%），流体密度为0.730~0.845 g/cm³（平均值为0.788 g/cm³），绝大多数包裹体最终均一为液相，均一温度为255~318 ℃（平均值为282 ℃）。Type Ⅱ型包裹体中固相CO₂的融化温度为-59.2~-56.8 °C，略低于CO₂的三相点温度-56.6 °C，推测包裹体中可能有少量其他气体。CO₂笼合物融化温度为5.0~9.1 °C（平均值为7.75 ℃），盐度［w（NaCl）］为1.84%~9.04%（平均值为4.35%），流体密度为0.779~0.982 g/cm³（平均值为0.887 g/cm³），CO₂均一为液相，温度为21.2~28.7 ℃（平均值为24.6 ℃），绝大多数包裹体最终均一为液相，均一温度为271~329 ℃（平均值为300 ℃）（图10）。

图10

图10 江东金矿床不同成矿阶段均一温度和盐度直方图

Fig.10 Histograms of homogenization temperature and salinity at different metallagenic stages of the Jiangdong gold deposit

石英—黄铁矿—毒砂—多金属硫化物阶段的包裹体主要有Type Ⅰ型和Type Ⅱ型。Type Ⅰ型包裹体的冰点融化温度为-6.86~-1.67 ℃（平均值为-4.12 ℃），盐度［w（NaCl）］为2.85%~10.31%（平均值为6.54%），流体密度为0.827~0.937 g/cm³（平均值为0.872 g/cm³），绝大多数包裹体最终均一为液相，均一温度为194~261 ℃（平均值为236 ℃）。Type Ⅱ型包裹体中固相CO₂的融化温度为-59.8~-56.8 ℃，略低于CO₂的三相点温度。CO₂笼合物融化温度为3.5~8.9 ℃（平均值为6.24 ℃），盐度［w（NaCl）］为2.24%~11.23%（平均值为6.90%），流体密度为0.703~0.982 g/cm³（平均值为0.873 g/cm³），CO₂均一为液相，温度为19.7~29.3 ℃（平均值为24.1 ℃），绝大多数包裹体最终均一为液相，均一温度为216~271 ℃（平均值为248 ℃）。Type Ⅱ型包裹体的激光拉曼成分主要为H₂O和CO₂。

石英—方解石阶段的包裹体主要为Type Ⅰ型。Type Ⅰ型包裹体的冰点融化温度为-5.62~-1.08 ℃（平均值为-2.79 ℃），盐度［w（NaCl）］为1.87%~8.70%（平均值为4.58%），流体密度为0.853~0.963 g/cm³（平均值为0.905 g/cm³），绝大多数包裹体最终均一为液相，均一温度为157~235 ℃（平均值为195 ℃）（图10）。总体上看，从石英—白钨矿阶段到石英—方解石阶段，成矿流体的温度逐渐降低，但是成矿流体的盐度变化不大（图11）。

图11

图11 不同成矿阶段流体包裹体均—温度—盐度协变图

Fig.11 Covariation diagram of homogenization temperature and salinity of fluid inclusions at different metallogenic stages

4.4 流体包裹体成分特征

不同成矿阶段代表性流体包裹体在激光拉曼光谱下的特征显示，Type Ⅰ型包裹体内除了寄主矿物石英的特征峰外，均可以检测到液态H₂O峰（3 441.8 cm^-1），包裹体成分均以H₂O为主［图12（a）］。前3个成矿阶段的Type Ⅱ型包裹体主要有2种表现形式：一种显示出明显的CO₂特征峰（1 282.6 cm^-1和1 383.1 cm^-1）［图12（b）］；另一种除了检测到CO₂峰外，还可以检测到N₂和CH₄峰（2 251.8 cm^-1和2 931.1 cm^-1）［图12（c）］。第Ⅲ成矿阶段Type Ⅲ型包裹体主要成分为CO₂［图12（d）］。总体来看，成矿流体起初主要为NaCl-H₂O-CO₂体系，且含有较多的CO₂，其中存在少量的CH₄，表明成矿流体具有轻微的还原性，随后成矿流体发生演化，转变为以H₂O为主体的NaCl-H₂O体系。

图12

图12 流体包裹体原位激光拉曼光谱分析图

（a）第Ⅳ阶段Type Ⅰ型成分谱图；（b）第Ⅰ阶段Type Ⅱ型包裹体中的CO₂双峰；（c）第Ⅱ阶段Type Ⅱ型包裹体的CO₂、N₂和CH₄峰值；（d）第Ⅲ阶段Type Ⅲ型包裹体的CO₂峰值

Fig.12 In situ Laser-Raman spectra of fluid inclusions

4.5 H-O同位素组成

江东金矿不同成矿阶段的H-O同位素组成见表3。石英—白钨矿阶段中的石英δD_V-SMOW值为-64.8‰，δO_V-SMOW值为18.53‰，石英—黄铁矿阶段中的石英δD_V-SMOW值为-81.4‰~-56.9‰，δO_V-SMOW值为18.66‰~19.14‰，石英—黄铁矿—毒砂—多金属硫化物阶段中的石英δD_V-SMOW值为-65.9‰~-54.6‰，δO_V-SMOW值为18.51‰~19.61‰，石英—碳酸盐阶段中的石英δD_V-SMOW值为-62.7‰~-55.7‰，δO_V-SMOW值为17.98‰~18.99‰。

表3 江东金矿床中不同成矿阶段H-O同位素组成

Table 3 H-O isotopic composition of different metal- logenic stages in the Jiangdong gold deposit

成矿阶段	样品编号	δD_V-SMOW/‰	δ¹⁸O_V-SMOW/‰	$δ^{18} O_{H_{2} O} / ‰$	温度 /℃
阶段Ⅰ	450-2	-64.8	18.53	11.85	306
阶段Ⅱ	ZK001-4	-56.9	19.14	11.84	289
	ZK001-5	-63.4	19.08	11.78
	ZK6S-6-1	-81.4	18.66	11.36
阶段Ⅲ	JD-10	-54.6	18.73	9.35	241
	ZK202-2	-58.7	18.92	9.54
	ZK1201-6	-57.6	19.61	10.23
	ZK405-6	-65.9	18.51	9.13
阶段Ⅳ	ZK202-1	-61.2	17.98	6.02	196
	ZK001-13	-62.7	18.99	7.04
	ZK1003-1	-55.7	18.61	6.65

注：T为各成矿阶段流体包裹体均一温度的平均值

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根据流体包裹体的测温结果，使用石英—水氧同位素分馏方程1 000lnα_石英—水=δO_V-SMOW- $δ O_{H_{2} O}$ =3.38×106/T²-3.4。其中，T选择各个阶段中流体包裹体中所测得的均一温度的平均值（在石英—白钨矿阶段，平均温度为305.7 ℃；在石英—黄铁矿阶段，平均温度为289.3 ℃；在石英—黄铁矿—毒砂—多金属硫化物阶段，平均温度为241.2 ℃；在石英—方解石阶段，平均温度为195.6 ℃）。计算得出石英—白钨矿阶段 $δ O_{H_{2} O}$ 值为11.84‰，石英—黄铁矿阶段 $δ O_{H_{2} O}$ 值为11.37‰~11.86‰，石英—黄铁矿—毒砂—多金属硫化物阶段 $δ O_{H_{2} O}$ 值为9.14‰~10.24‰，石英—碳酸盐阶段 $δ O_{H_{2} O}$ 值为6.00‰~7.01‰。

5 讨论

5.1 成矿流体性质与演化

成矿过程中不同阶段的流体包裹体地球化学特征能够反映成矿流体的性质和演化规律（Ulrich et al.，2002；Lai et al.，2007；闫馨云等，2019；张笑天等，2023）。江东金矿床与成矿过程有关的石英脉中原生流体包裹体极为发育，最常见的是水溶液气液两相包裹体（Type Ⅰ型），其次为CO₂三相包裹体（Type Ⅱ型），还有少量的纯CO₂包裹体（Type Ⅲ型）。包裹体的气相成分主要为CO₂、CH₄和N₂，在包裹体中未发现子晶等其他盐类矿物。综合来看，包裹体的均一温度范围为157~342 ℃，属于中—低温热液的范畴。通过计算得出包裹体的盐度［w（NaCl）］范围为1.84%~11.23%，属于中—低盐度的范围。因此，认为江东金矿床的成矿流体为中—低温、中—低盐度的H₂O-NaCl-CO₂体系。

第Ⅰ阶段的流体包裹体均一温度集中在264~347 ℃之间，盐度［w（NaCl）］集中在2.82%~8.56%之间，密度集中在0.684~0.969 g/cm³之间；第Ⅱ阶段的流体包裹体均一温度集中在255~329 ℃之间，盐度［w（NaCl）］集中在1.84%~9.04%之间，密度集中在0.730~0.982 g/cm³之间；第Ⅲ阶段的流体包裹体均一温度集中在194~271 ℃之间，盐度［w（NaCl）］集中在2.24%~11.23%之间，密度集中在0.703~0.982 g/cm³之间；第Ⅳ阶段的流体包裹体均一温度集中在157~235 ℃之间，盐度［w（NaCl）］集中在1.87%~8.71%之间，密度集中在0.853~0.963 g/cm³之间。综合分析可知，从第Ⅰ阶段到第Ⅳ阶段，流体包裹体均一温度不断降低，盐度呈现先略微升高后降低的趋势，密度呈现略微增高的趋势。从成矿早期至晚期阶段，成矿流体经历了从中温、中—低盐度特征的H₂O-NaCl-CO₂体系向中—低温、中—低盐度特征的H₂O-NaCl体系的转变。

江东金矿床的流体包裹体岩相学观察、显微测温数据和流体成分分析揭示了成矿流体可能经历了不混溶过程。关键证据包括：

（1）在岩相学观察的过程中，可以看到3种类型的流体包裹体（Type Ⅰ型、Type Ⅱ型和Type Ⅲ型）在同一个视域内集群分布，且经常见到Type Ⅰ型和Type Ⅱ型包裹体共存（图9），意味着当它们在石英脉中被捕获时流体系统处于一个不稳定的热液状态（Shepherd et al.，1985）。

（2）CO₂三相包裹体（Type Ⅱ型）无论其包裹体内气液比的大小如何，其均具有相似的均一温度，气液比不同只会导致均一时的相态不同，若气液比较大，最终均一为CO₂的液相，若气液比较小，最终均一为H₂O的液相。同样，对于水溶液包裹体（Type Ⅰ型），无论气液比的大小如何，其均具有相似的均一温度，且在均一温度下根据自身气液比的大小均一为气相的水或液相的水（卢焕章，2008；倪培等，2018）。

（3）经过多组数据比对，普遍发现CO₂三相包裹体（Type Ⅱ型）拥有比水溶液包裹体（Type Ⅰ型）更高的最终均一温度（表2），这与流体不混溶特性一致（卢焕章等，2004）。

（4）测得Type Ⅱ型包裹体的CO₂部分均一温度的变化范围较小（表2），这可能是由于H₂O-CO₂流体没有发生混溶的结果，其中富CO₂的端元可能来源于同一个H₂O-CO₂流体体系（Wang et al.，2015）。

5.2 成矿流体来源

H-O同位素是成矿流体来源的重要示踪剂（Zhou et al.，2015）。前人研究认为，岩浆水的H-O同位素组成 $δ O_{H_{2} O}$ 值范围为6‰~9‰， $δ D_{H_{2} O}$ 值范围为-80‰~-40‰（Taylor，1974，1978）；变质流体 $δ O_{H_{2} O}$ 值范围为5‰~25‰， $δ D_{H_{2} O}$ 值范围为-70‰~-20‰（Taylor，1974，1978）。本次研究结果显示，江东金矿石英—白钨矿阶段中石英的δD_V-SMOW值为-64.8‰， $δ O_{H_{2} O}$ 值为11.85‰，石英—黄铁矿阶段的δD_V-SMOW值为-81.4‰~-56.9‰， $δ O_{H_{2} O}$ 值为11.36‰~11.84‰，石英—黄铁矿—毒砂—多金属硫化物阶段的δD_V-SMOW值为-65.9‰~-54.6‰， $δ O_{H_{2} O}$ 值为9.13‰~10.23‰，石英—方解石阶段的δD_V-SMOW值为-62.7‰~-55.7‰， $δ O_{H_{2} O}$ 值为6.02‰~7.04‰。在H-O同位素组成图解（图13）中，主成矿阶段的样品主要落在岩浆水范围内，部分样品落在变质水范围内。前人通过对万古金矿田的研究，发现万古金矿田的金成矿作用发生在燕山期（毛景文等，1997；董国军等，2008；Deng et al.，2017，2020），而冷家溪群赋矿围岩变质作用发生在燕山期之前，区域内在燕山期发生了大规模的岩浆活动（Deng et al.，2020；柏道远等，2021）。另外，在江东金矿床广泛发育有热液蚀变，包括硅化、绢云母化、硫化和碳酸盐化等，表明成矿流体与围岩之间发生了强烈的水—岩反应，使得江东金矿床的成矿流体显示出一定的变质流体特征。也有学者对万古金矿田其他地区开展了成矿流体来源的研究，如：Deng et al.（2017）测得 $δ O_{H_{2} O}$ 值为6.3‰~11.2‰，δD_V-SMOW值为-66.4‰~-57.0‰，显示成矿流体有岩浆流体的贡献；Mao et al.（2002）研究得出 $δ O_{H_{2} O}$ 值为1.3‰~10.9‰，δD_V-SMOW值为-56‰~-92‰，认为成矿流体主要为岩浆水，He-Ar同位素显示成矿流体还可能有幔源物质的加入。因此，通过本次研究，结合前人已有成果，认为岩浆流体是江东金矿床主要的成矿流体来源，可能与区域岩浆活动有关。

图13

图13 江东金矿床和万古金矿床H-O同位素组成图解

注：万古金矿数据来源Mao et al. （2002）和Deng et al.（2017）

Fig.13 H-O isotope composition diagram of the Jiangdong and Wangu gold deposits

5.3 金的迁移和沉淀机制

热液金矿床成矿流体中的Au元素主要呈Au⁰、Au⁺和Au³⁺共3种价态（邱正杰等，2015），通常与热液流体中的HS^-、Cl^-和OH^-相结合形成络合物，或者以胶体金（Au⁰）的形式进行迁移（Groves et al.，2003）。当流体为中—低温或还原体系，呈中性或弱酸性时，Au主要以Au（HS） $_{2}^{-}$ 的形式迁移（Benning et al.，1996）。江东金矿床的流体包裹体显示成矿温度为157~347 ℃，属于中—低温环境，且石英+碳酸盐+绢云母+黄铁矿+毒砂的矿物组合也指示成矿流体为中性—弱酸性流体，流体包裹体CH₄的存在也表明流体具有弱还原性质（Goldfarb et al.，2005）。因此，江东金矿床热液流体中Au元素主要以硫氢络合物［Au（HS） $_{2}^{-}$ ］的形式迁移。通过对江东金矿床的包裹体成分进行激光拉曼光谱分析，发现在成矿早期和主成矿阶段，流体中存在较多的CO₂［图12（b），12（c）］，这些CO₂有助于成矿流体pH值保持在一个稳定的范围内，从而使Au的络合物保持稳定，不易在运移过程中发生分解，进而增加Au在流体中的溶解能力（Chai et al.，2016）。

流体包裹体研究显示，成矿流体温度不断降低，导致成矿流体的压力也不断降低，且在成矿过程中成矿流体发生了不混溶作用，使得成矿流体物理化学条件发生变化以及CO₂和H₂S的大量出溶，破坏了Au（HS） $_{2}^{-}$ 的稳定性并使其分解，从而降低了Au的溶解度并使其和其他金属硫化物沉淀（Phillips et al.，2004；卢焕章等，2018），因此，认为流体不混溶作用是江东金矿床Au元素富集的主要机制，对金的沉淀起到重要作用。此外，成矿流体中存在的少量有机物质（如CH₄等）［图11（c）］，可能会加剧成矿流体的不混溶程度，对Au元素和其他元素的沉淀起到推动作用（Naden et al.，1989）。因此，流体不混溶作用破坏了Au（HS） $_{2}^{-}$ 络合物的稳定性，最终导致金的沉淀。同时，江东金矿床在成矿过程中广泛发育热液蚀变，如硅化、硫化、绢云母化和碳酸盐化等（图5），证明在成矿过程中可能发生了水—岩反应，硫化作用被认为是水—岩反应的重要组成部分，沈关文等（2022）在研究万古金矿床时，发现在成矿过程中成矿流体的硫逸度降低，也认为围岩硫化作用是万古地区金矿床重要的金沉淀机制之一。

5.4 矿床成因类型

关于万古地区金矿床的成因类型，主要有以下3种观点：（1）成矿流体和成矿物质均来源于地壳深部，具有造山型金矿的特点（董国军等，2008）；（2）成矿物质来源于地层和岩浆，成矿流体主要来源于深部岩浆（柳德荣等，1994；毛景文等，1997；Mao et al.，2002）；（3）陆内活化型矿床，认为在先存构造的基础上，后期构造发生再活化而发生金成矿作用，成矿与岩浆活动有关（Deng et al.，2017，2020）。造成上述多种成因观点的原因之一是对于成矿物质和成矿流体来源及演化存在着不同认识，仍需通过分析典型矿床，进一步探讨金矿床成因。

江东金矿床主要受NWW向断裂控制，矿石类型主要为石英—硫化物脉型和蚀变岩型，主要金属矿物为黄铁矿、毒砂、白钨矿、闪锌矿、方铅矿和黝铜矿等，脉石矿物主要为石英、方解石和绢云母等（图4），在矿区内广泛发育热液蚀变，包括硅化、硫化、绢云母化和碳酸盐化等（图5）。已有研究显示，万古矿田金矿床成矿时代为燕山期（毛景文等，1997；董国军等，2008；Deng et al.，2017，2020），与区域上燕山期岩浆活动在时间上具有一致性（李鹏等，2017；Shen et al.，2020；李银敏等，2024；Zhang et al.，2024），且地球物理勘探结果显示研究区深部可能存在隐伏岩体（曹创华等，2020；曾钦旺等，2020）。本次研究表明，江东金矿床的流体包裹体主要为水溶液包裹体、CO₂三相包裹体和少量纯CO₂包裹体（图8），包裹体的主要成分为H₂O和CO₂，其次为少量的CH₄和N₂，完全均一温度和盐度分别为157~347 ℃和1.84%~11.23%，H-O同位素显示成矿流体来源主要为岩浆热液。

以往研究也表明，岩浆热液是主要的成矿流体（Mao et al.，2002；Deng et al.，2017）。综合分析认为，江东金矿床属于与岩浆活动有关的岩浆热液型金矿床。

6 结论

（1）江东金矿床的成矿过程可划分为4个阶段，分别是石英—白钨矿阶段（Ⅰ）、石英—黄铁矿阶段（Ⅱ）、石英—黄铁矿—毒砂—多金属硫化物阶段（Ⅲ）和石英—方解石阶段（Ⅳ）。金矿化主要发生在Ⅱ、Ⅲ阶段。

（2）江东金矿床成矿阶段石英中发育3种类型的包裹体，即水溶液包裹体（Type Ⅰ）、水溶液和CO₂三相包裹体（Type Ⅱ）以及纯CO₂包裹体（Type Ⅲ）。成矿均一温度集中在157~347 ℃之间，成矿盐度［w（NaCl）］集中在1.84%~11.19%之间，气相包裹体成分为H₂O、CO₂、CH₄和N₂。江东金矿床的成矿流体为中—低温、中—低盐度的H₂O-NaCl-CO₂体系。

（3）江东金矿床早阶段成矿流体显示变质流体特征，可能与区内发生的水—岩反应有关，成矿主阶段有岩浆流体的加入，可能与区域内燕山期的岩浆活动有关。Au主要以硫氢络合物Au（HS） $_{2}^{-}$ 的形式迁移，水—岩反应和流体不混溶作用破坏了Au（HS） $_{2}^{-}$ 的稳定性，最终导致金的沉淀。

（4）江东金矿床地质特征、流体包裹体分析以及H-O同位素组成研究结果均表明，该矿床属于与岩浆活动有关的岩浆热液型金矿床。

新京报）

http://www.goldsci.ac.cn/article/2024/1005-2518/1005-2518-2024-32-4-559.shtml

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