Economic Geology：卡林型金矿床的示踪与测年

成矿物质来源与成矿时代是矿床学研究最重要的内容。成矿物质来源，尤其是成矿流体的来源与演化是理解和认识矿床成因的重要依据；而精确确定矿床的形成时代是了解成矿作用与相应地质构造活动的联系并最终构建矿床成因模型的关键。对于卡林型金矿床而言，由于主要矿物颗粒细小、共生关系复杂、存在多期增生结构且成矿后的热液事件可能改变或重置矿物的同位素组成，使得传统的地球化学示踪手段和同位素测年技术很难获得真正的成矿作用信息，即真实的成矿物质来源和成矿年龄。因此，这类矿床的示踪和测年一直是国内外矿床学研究的重点和难点。

我国西南右江盆地中发育了大量赋存于沉积岩中的金矿床（图1），其矿化地质特征与卡林型金矿床具有诸多相似之处，被认为是目前除了美国内华达地区以外世界上最大的卡林型金矿矿集区。近期，中国地质大学（武汉）李建威教授团队的靳晓野助理研究员利用稀有气体同位素和LA-(MC)-ICP-MS方解石U-Pb测年法分别对该地区的典型金矿床开展了矿床地球化学示踪和成矿年代学研究，旨在为区域及其他地区卡林型金矿床的矿床成因研究提供新的思路或借鉴。

图1. 右江盆地大地构造位置（A）和区域地质简图（B）

第一项工作聚焦于卡林型金矿床成矿流体来源与演化。如前所述，准确示踪卡林型金矿床成矿流体来源和演化对理解矿床成因和构建成矿模式至关重要。但是由于卡林型金矿床中常见的矿物多很细小且增生结构复杂（图2），准确示踪其成矿流体来源和演化一直是一个非常大的挑战。前人在该区曾利用不同的稳定同位素体系对其成矿流体来源和演化进行示踪和反演，但常因不同或多解的认识而一直处于争议中。

图2. A.具环带结构载金砷黄铁矿；B. 与雄黄共生具环带状增结构石英；C. 沿裂隙充填多期增生方解石

本次研究我们选取了右江盆地主要赋存于沉凝灰岩中的泥堡金矿、主要赋存于生屑灰岩中的水银洞金矿和主要赋存于钙质碎屑岩中的丫他金矿床三个典型矿床为研究对象，对不同成矿阶段矿石和脉石矿物（黄铁矿、石英、方解石、萤石和雄黄）中的流体包裹体稀有气体同位素组成进行分析研究。尽管这些矿物在形成后可能受到成矿后其他地质过程不同程度的改造，但稀有气体同位素能很好的保存成矿流体的源区属性特征。通过详细的野外地质观察和矿相学研究，查明典型矿床主成矿期和成矿晚期两阶段的矿石和脉石矿物组成，进而对这些不同热液矿物流体包裹体中稀有气体同位素组成进行分析，结果显示样品中⁴He的含量为0.001−1.428 µcc/g，相应的R/Ra比值为0.012−1.436。详细的讨论分析后发现（1）所获得不同热液矿物流体包裹体稀有气体同位素组成中几乎不含有宇宙成因或核衰变成因的³He和放射性成因⁴He，尽管不同热液矿物流体包裹体中稀有气体同位素总量可能在成矿后发生了一定程度丢失，但同位素比值仍保持稳定且可用于成矿流体的源区示踪；（2）不同热液矿物流体包裹体中稀有气体同位素组成显示明显的幔源、壳源放射性成因和饱和大气降水中大气来源的三端元混合组成，具体有幔源³He和⁴He、壳源放射成因⁴He、和循环大气降水中的Ar和Ne；（3）不同热液矿物流体包裹体稀有气体同位素组成在³He/²⁰Ne vs. ⁴He/²⁰Ne相关性图解中显示出明显不同的两条混合趋势线（图3）。结合三个典型矿床中不同热液矿物的生成顺序，认为趋势线1反映了主成矿阶段热液矿物流体包裹体稀有气体同位素组成变化，记录了岩浆流体和地壳浅部沉积岩中孔隙流体或深源变质流体的混合特征；而趋势线2反映了成矿晚阶段热液矿物流体包裹体稀有气体同位素组成变化，记录了地壳浅部沉积岩中孔隙流体或深源变质流体与循环大气降水的混合特征。在已有研究的基础上，我们认为这次新获取的稀有气体同位素组成数据特征显示右江盆地卡林型金矿床的初始成矿流体为岩浆来源，成矿过程中先后与地壳浅部沉积岩中的孔隙流体或深源变质流体及循环大气降水发生了明显的混合作用。基于此，我们提出了右江盆地卡林型金矿床的成矿作用具有“三端元两阶段成矿”的成因模式认识。

图3. 水银洞、泥堡和丫他金矿床不同热液矿物流体包裹体³He/²⁰Ne vs. ⁴He/²⁰Ne相关性图解显示卡林型金矿床的初始成矿流体具有岩浆来源特征，成矿作用过程中先后与地壳浅部沉积岩中的孔隙流体或深源变质流体及循环大气降水发生了混合作用

第二项工作聚焦于卡林型金矿床的成矿年代学研究。一直以来，精确测定卡林型金矿床成矿年龄的难点在于缺少与成矿作用密切相关的测年矿物和相应合适的放射性同位素测年技术手段。已有研究表明美国内华达地区的卡林型金矿床的成矿年代学研究的突破主要是与成矿作用具有成因联系的硫砷汞铊矿的Rb-Sr等时线测年和冰长石⁴⁰Ar/³⁹Ar测年的成功应用，但是遗憾的是这两种矿物在我国右江盆地的卡林型金矿床中却鲜有发现和报道。近年来，陆续有国内学者尝试了方解石或白云石的Sm-Nd等时线测年法来约束右江盆地卡林型金矿床的成矿时代，但这些研究工作并未详细阐明脉状充填方解石或白云石的世代关系尤其是与金成矿作用的关系；此外，金红石与独居石等副矿物的U-Pb测年法在近期也有成功应用，但是这两种矿物在多数卡林型金矿床中并不常见，很难成为具普适性且可推广的测年技术手段用于约束卡林型金矿床的成矿时代。

近年来随着分析技术的进步，LA-(MC)-ICP-MS方解石U-Pb测年法开始广泛应用于各种地质过程的年代学研究，但是迄今为止却鲜有在热液矿床中的成功应用。我们知道卡林型金矿床是一种赋存于不纯的海相碳酸盐岩地层中的低温热液金矿床，矿化蚀变特征上普遍发育脱碳酸盐化且方解石为这类矿床中非常常见的脉石矿物。鉴于此，本次研究我们选取了右江盆地规模最大、矿化特征最为典型的水银洞金矿床为研究对象，在详细的野外及矿相学观察的基础上，结合冷阴极发光特征、矿物共生组合及方解石的微区（微钻取样）微量元素和C-O-Sr同位素组成特征，识别出了三个世代的方解石（Cal_1−Cal_3）：Cal_1为与热液石英和含砷黄铁矿结构共生的同成矿期方解石；Cal_2为Cal_1中叠加的与成矿不相关的构造或热液活动产物；Cal_3为与雄黄共生的开放空间充填物，可能为金成矿作用晚阶段方解石。LA-ICP-MS方解石U-Pb测年结果显示3件样品中的Cal_1形成于204.3−202.6 Ma（图4A-C），1件样品中的Cal_2形成于191.9 Ma（图4B）。Cal_3的U含量在0.003−0.006 ppm之间，利用LA-ICP-MS很难获得有效的成矿年龄数据，我们进而采用LA-MC-ICP-MS进行方解石U-Pb测年，分析结果显示3件样品中的Cal_3的其形成时间为139.3−137.1 Ma（图4D-F）。

图4. 右江盆地水银洞金矿床六件样品中不同世代方解石U-Pb测年结果

上述新的同位素年龄结果显示右江盆地水银洞金矿床形成于晚三叠世并在早侏罗世和早白垩世经历了两次热液活动叠加。根据已有认识，如果与雄黄和/或雌黄共生的Cal_3形成于成矿晚阶段并且区域上已发表的其他金矿床的早白垩世同位素年龄（图5A）可靠的话，本次研究获得的Cal_3的形成年龄可能反映了右江盆地确实存在早白垩世卡林型金成矿事件。结合已有的同位素年代学数据（图5A）及区域构造演化（图5B），分析后我们认为右江盆地的卡林型金矿床可能形成于晚三叠世印支造山作用（图5C）和早白垩世古太平洋板块俯冲作用（图5D）相关的伸展构造背景。本次研究的结果表明，LA-(MC)-ICP-MS方解石U-Pb测年法可用于约束卡林型金矿床的成矿时代及叠加热液事件。鉴于这类矿床的赋矿岩石主要为不纯的碳酸盐岩，普遍发育脱碳酸盐化并发育大量热液方解石，我们相信该测年方法有望成为具普适性的可推广的卡林型金矿床成矿年代学研究手段。

图5. A. 右江盆地及外围已有同位素年龄数据，晚三叠世年龄为蓝色，早侏罗世年龄为冰蓝色，早白垩世年龄为绿色，本次获得的同位素年龄为黑色；B. 华南及邻区构造地质简图；C. 晚三叠世可能的金成矿地球动力学背景；D. 早白垩世可能的金成矿地球动力学背景。蓝色和绿色箭头分别为晚三叠世古特提斯洋洋壳和早白垩世古太平洋板块的俯冲方向

论文信息：

Jin, X.Y., Hofstra, H.A., Hunt, G.A., Liu, J.Z., Yang, W., and Li, J.W*., 2020. Noble gases fingerprint the source and evolution of ore-forming fluids of Carlin-type gold deposits in the Golden Triangle, South China: Economic Geology, v. 115, p. 455-469. https://doi.org/10.5382/econgeo.4703

Jin, X.Y., Zhao, J.X., Feng, Y.X., Hofstra, H.A., Deng, X.D., Zhao, X.F., and Li, J.W*., 2021. Calcite U-Pb dating unravels the age and hydrothermal history of the giant Shuiyindong Carlin-type gold deposit in the Golden Triangle, South China: Economic Geology, v. 116, p. 1253-1265. https://doi. org/10.5382/econgeo.4870

作者简介：

靳晓野现为中国地质大学（武汉）best365网页版登录助理研究员，硕士生导师。2017年6月毕业于中国地质大学（武汉）矿产普查与勘探专业，获工学博士学位。同年9月加入中国地质大学（武汉）best365网页版登录资源科学与工程系。现主持国家自然科学基金联合基金专题项目1项、国家自然科学基金青年基金项目1项以及中央高校青年基金项目1项。以第一作者或合作者在《Economic Geology》、《Mineralium Deposita》、和《Ore Geology Reviews》等权威期刊发表论文十余篇。研究方向主要为卡林型金矿床、与侵入岩有关金矿床及造山型金矿床的成矿机制与找矿勘查。