东坪金矿
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(一)成矿地质背景
东坪特大型金矿位于冀西北幔枝构造核部，产于水泉沟碱性正长杂岩体与桑干群变质岩系地层内接触带 1～2 km 范围内，矿脉成群成带分布(图 3-10)。矿石类型以石英脉型和蚀变岩型为主，矿体赋存于霓辉正长岩中。水泉沟二长杂岩体西南边缘接触带，是尚义-赤城含金韧性剪切带的重要组成部分。据航测解译，在水泉沟岩体南侧存在一条长约20 多千米的北北西向隐伏断裂构造，受其控制，矿区容矿断裂主要为北东向和北西向，其中 0～20°方向的断裂是主要含矿构造。
图 3-10 东坪金矿区地质略图
(二)矿床地质特征
1.矿体规模、形态、产状
矿体多呈脉状、似脉状，有的呈胃状、扁豆状。矿脉(体)在平面、剖面上均具有尖灭侧现、尖灭再现规律，产状严格受北北东、北西向赋矿构造控制。矿体数量众多、品位高、规模大，如1号脉1-1号矿体(图3-11)，最大延长＞600m，延深＞650m，矿体厚0.32～12.40m，平均2.61m，平均品位11.62×10-6。同时也表现出从浅部(1620m)向深部(1449m)矿体延长和厚度有明显的增加趋势，具有明显的贯入特征。
图 3-11 东坪矿区 1 号矿体不同中段矿体形态分布
2.蚀变矿化特征
矿化围岩蚀变主要有钾长石化、绢云母化、硅化和黄铁矿化，次为碳酸盐化等，其中尤以钾长石化最为强烈，规模大。如1号脉，钾长石化蚀变带南北长约1300m，宽为10～100m，呈大致平行排列，矿脉(体)赋存于蚀变带中。钾长石化一般分布于石英脉两侧，尤以下盘最为发育，钾化期次与石英脉多次活动有关。第一期钾化为砖红色致密状，分布于早期乳白色石英脉外侧，一般不发育，含金性极差;第二期钾化为肉红色，与灰-灰白色石英脉相伴，在灰-灰白色石英脉发育处尤其是网状，复脉状地段钾化发育，宽度较大，该期钾化含金性较好，钾化带厚度与矿体厚度呈正相关。钾化发育处同时发育着石英细脉、复脉、支脉和网脉。绢云母化一般在钾长石化带外侧或深部呈带状分布，并伴随有石英细脉、网脉，局部形成低品位金矿体。硅化伴随钾长石化交代二长岩、石英二长岩等，呈致密状。
3.金矿石组构特征
构成矿体的主要矿石按其自然类型主要有黄铁矿石英脉型、多金属硫化物石英脉型和黄铁矿石英钾长石型，次为黄铁矿钾长石型。矿石构造主要以浸染状、条带状构造为主，其次还有角砾状、块状构造，晶洞、蜂窝状构造等。矿石结构主要有自形-半自形、他形晶粒结构，交代残余结构，固溶体分解结构，包含嵌晶结构，侵蚀结构，骸晶结构，压碎、充填结构，束状及放射状结构等。
金属矿物以黄铁矿、褐铁矿为主，次要矿物比较复杂，主要有方铅矿、黄铜矿、闪锌矿、自然金、碲金矿等，还可见微量镜铁矿、铜蓝、斑铜矿、磁铁矿等。脉石矿物主要为石英和钾长石。矿石中金属矿物含量少，一般不超过3%，脉石矿物在95%以上。
根据矿石结构构造，矿石矿物的共生组合及矿物生成顺序划分出4个成矿阶段:
①钾长石化阶段，主要表现为钾长石交代围岩，形成钾长石化蚀变带。该阶段为早期矿化阶段，含金性较差;②黄铁矿-自然金-石英阶段，形成早期乳白色中粗粒石英，黄铁矿晶粒粗大，多呈立方体，同时有金析出;③金-多金属硫化物-石英阶段，石英以灰白-白色，中细粒，呈脉状或不规则脉状产于早期石英中，伴随有黄铁矿、方铅矿、黄铜矿、闪锌矿等金属硫化物的形成，金沉淀富集;④黄铁矿-碳酸盐阶段，为热液期最后一次成矿阶段，与矿化关系不大。
金矿物以自然金为主，其含量占金矿物的90%以上，可见金形态多为不规则状，以包裹金和裂隙金为主，粒度较粗(平均为0.152mm)，成色高(平均为965.5)。自然金金成色较高及八面体和立方体聚形结构和晶石浮晶的存在，特征指示金为深源。除此石中还含有少量银金矿、碲金矿，以及碲铅金矿等。
黄铁矿是重要的载金矿物，金矿物以包裹体金、裂隙金、晶隙金的形式赋存于黄铁矿中。其中立方体比五角十二面体的黄铁矿含量高。在粒度相同条件下，晶形差的比晶形好的黄铁矿含Au量高。同一形态黄铁矿细粒的比粗粒的含金量高。粉末状集合体黄铁矿含Au量最高，烟灰状、胶状黄铁矿含An量最低。
4.金的富集规律
总结矿床勘探及矿体开采过程中的认识，可以归纳为以下几点:
1)石英脉型矿体，金品位较高，一般为15×10-6～20×10-6。
2)含金石英脉发育地段、局部膨大部位，金相对富集。
3)北北东、北西向构造交汇部位即为钾长石化、硅化、黄铁矿化发育部位，往往亦是金的主要富集区。
4)金含量与含金石英脉、硅钾化蚀变程度呈正相关关系。
5)氧化物发育的空洞裂隙中常次生窝子金。
5.成矿时限
东坪金矿的成矿年龄一直争论较大，江思宏(2000)、卢德林(1993)、中国人民武装*部队黄金指挥部(1996)及赵庆国(1998)等做了大量数据测试(表3-10)，但年龄差别较大。考虑到本区自水泉沟岩体形成后，燕山期又有岩浆侵入活动，反映了杂岩体受燕山岩浆活动影响一直不断。本区金矿形成时间基本在119～183.38Ma，说明金矿的形成与燕山期岩浆活动有关，故可以认为东坪金矿形成于燕山期。
另外，莫测辉等(1998)用石英流体包裹体Rb-Sr等时线法测得东坪金矿含金石英脉的年龄(103±8)Ma，为燕山晚期。与本区燕山期的北珊子126Ma花岗岩的年龄，红花梁115Ma花岗岩的年龄，矿区东部火山岩108Ma的年龄相近。
6.成矿流体特征
东坪金矿矿化蚀变样品中包裹体测温数据统计表明:包裹体均较为发育，以原生为主，少量假次生和次生包裹体。包裹体形态多样，有椭圆形、矩形、菱形和各种不规则形状。大小变化较大，一般为3～30μm，但以5～15μm为主。从相态看，有单一液相包裹体、气液两相包裹体和单一气相包裹体3种类型，气液两相包裹体气液比变化较大，从5%～90%均有产出。从成分看，本区包裹体可分为CO2-H2O型和NaCl-H2O型。
表 3-10 东坪金矿年龄测试数据
包裹体的均一温度范围为150～450℃(图3-12)，平均均一温度为315℃，在250～370℃和160～250℃两个区域呈集中趋势，多数温度位于高温段，峰值为290～350℃;少数温度位于低温段，峰值为170～230℃。显微测温结果表明:高温段中包裹体类型多样，而低温段中包裹体类型单一，主要为气液比低的富液相NaCl-H2O包裹体。冰点变化范围较大，在-1.6～-10.6℃之间皆有分布，以-3～-1.8℃之间占优势，对应的盐度为2.74%～14.57%。范宏瑞等(2001)测得的东坪金矿流体包裹体的盐度为0.8%～4.05%，其值略低于本次测定的结果。
图 3-12 东坪石英包裹体均一温度直方图
毛景文等(2001)通过显微测温、激光拉曼光谱分析对矿区主矿脉进行了比较系统的流体包裹体均一温度、盐度、成分的测试认为，东坪金矿床中的流体包裹体主要为CO2-NaCl-H2O型和H2O-NaCl型，整体以CO2广泛发育为特征;矿区的成矿温度为250～400℃，集中于300～340℃;成矿压力为40～180MPa，主要为60～100MPa;流体成分主要为CO2和H2O，含少量H2S、N2、CH4、CO和C2H2;流体盐度为5%～7%;流体总密度为0.48～0.79g/cm3。
(三)成矿物质来源
1.硫同位素
近几年来，很多科研院所先后对东坪金矿矿石进行了硫同位素的研究测试，均表现了一致结果(表3-11)，即δ34S值为偏离陨石值较大的负值。件样品变化区间为0.5～-13.6，平均为-8.14。成矿溶液总硫同位素组成为δ34S∑S=1.85(中国人民武装*部队黄金指挥部，1996)。致使其34S因“轻硫化作用”而负向偏离陨石值原因，是因为东坪金矿在其成矿作用过程中有大量大气水参与，加之成矿过程中的碱交代作用等(银剑钊，1994)。
表 3-11 东坪金矿硫同位素特征
根据Ohmoto等(1979)研究认为，热液黄铁矿的δ34S值不仅取决于热液系统中总硫的δ34SΣS值，而且也受含矿热液的物理化学条件的影响。只是在低pH值、低fO2中低温条件下晶出的硫化物同位素组成与矿液的总硫同位素组成近似。而东坪金矿床包裹体的研究表明，成矿热液为低盐度、高氧逸度、pH值为6～8。根据前文所述的热液物理化学参数，在大本图解上圈出稳定矿物场。黄铁矿在不同的物理化学条件下晶出，δ34S值可为+3～-2。因此可以推断原始成矿热液的总硫的δ34SΣS=1.85(中国人民武装*部队黄金指挥部，1996)，应属幔源硫。
表 3-12 东坪金矿铅同位素组成
2.铅同位素特征
据包志伟等(2000)、王郁(1994)、莫测辉(1995)、章百明(1996)测得的铅同位素资料(表3-12)统计，方铅矿206Pb/204Pb为17.45～17.672，平均17.58;207Pb/204Pb为15.505～15.555，平均15.51，208Pb/204Pb为37.42～37.791，平均37.63。矿石206Pb/204Pb为17.329～17.747，平均17.58;207Pb/204Pb为15.44～15.704，平均15.55;208Pb/204Pb为37.405～38.3，平均37.76。石英脉矿石206Pb/204Pb为17.428～18.20，平均17.72;207Pb/204Pb15.465～15.665，平均15.53;208Pb/204Pb37.425～38.184，平均37.65;石英脉206Pb/204Pb17.299～17.836，平均17.62;207Pb/204Pb15.44～15.586，平均15.53，208Pb/204Pb37.3～37.862，平均37.68。钾化正长岩206Pb/204Pb17.587～17.718，平均17.;207Pb/204Pb15.451～15.496，平均15.48;208Pb/204Pb37.368～37.522，平均37.43。片麻岩206Pb/204Pb15.255～16.609，207Pb/204Pb15.016～15.302，平均15.93;208Pb/204Pb34.425～36.665，平均35.55。统计表明，东坪金矿铅同位素在不同标高变化是不明显;方铅矿、矿石、石英脉矿石、石英脉和钾化正长岩铅同位素组成很一致，暗示其成矿物质具有相同的来源，而与桑干群地层铅同位素组成差别较大，这显然表明水泉沟杂岩体与金矿之间有着更为密切的联系。在铅同位素206Pb/204Pb-207Pb/204Pb构造模式图解上(图3-13)，铅同位素都跨越了上地壳、造山带、地幔和下地壳，显示其铅的多源性，但主要集中在地幔线与造山带线之间，表明矿区铅源(包括成矿物质)以深源为主，但桑干群变质岩对铅的来源影响是明显的。
图3-13 东坪金矿铅同位素206Pb/204Pb-207Pb/204Pb构造模式图(据Zartman等，1981)
3.氢、氧、碳同位素特征
很多学者对东坪金矿的氧、氢、碳同位素进行过研究(蒋心明等，1992;章百明等，1996;赵庆国，1998;范宏瑞等，2001)，表3-13中δ18OSMOW为1.60～11.5，平均为8.76，与岩浆分异形成的石英氧同位素值相当，说明热液水主要为岩浆水。产于含金石英脉的方解石碳δ13CPDB为-2.28～2.70。据此判断成矿热液CO2来自(深部)岩浆成因(宋国瑞等，1996)。将表3-13中数据投点于δD-δ18OH2O组成图上(图3-14)可以看出，东坪金矿的投点主要在岩浆水区域的左下方，表明应以岩浆水为主，并有程度不同的天水加入。张招崇(1996)研究认为，成矿作用从早期到晚期，大气降水在流体中的比例呈增高趋势，到晚期碳酸盐-重晶石阶段基本上为大气降水。强钾化蚀变岩的氧同位素值与其原岩相比明显较低，亦表明主成矿期有大气降水参与。这一规律与冀北地区内生金矿床热液一致。
表 3-13 东坪金矿氢、氧同位素组成
中国人民武装*部队黄金指挥部(1996)对东坪金矿的含金石英脉中的方解石取了2个样(采样位置西坪)进行了碳同位素组成分析，δ13CPDB为(-2.70±0.01)‰～(-2.28±0.01)‰，与岩浆碳酸盐及岩浆CO2气接近，反映了流体中C的深源特征，暗示了碳主要来源于杂岩体。
图3-14 东坪金矿δD-δ18OH2O组成图
4.氦、氩同位素特征
东坪矿区氦、氩同位素测试结果(表3-14)表明，矿石中3He/4He含量范围为0.4×10-6～7.2×10-6，平均为3.92×10-6，比围岩的钾质花岗岩0.007×10-6～0.008×10-6高上千倍。R/Ra为0.3～5.2，平均2.82;较高的3He/4He和R/Ra比值在一定程度上反映出地幔热流体参与了成矿过程，计算的幔源流体比例在3.5%～65.4%，平均为35.5%。相对贫40Ar，40Ar/4He比值为0.5和1.7，40Ar/36Ar比值309～632，平均为462.5，碲化物的存在等多种信息表明，东坪金矿应为地幔流体参与成矿的典型矿床(毛景文，2001)。
表 3-14 东坪矿床氦、氩同位素特征
注:*为黄铁矿中的3He/4He与空气3He/4He(Ra:空气3He/4He=1.39×10-6)的比值。
表 3-15 东坪矿区硅同位素组成
5.硅同位素特征
东坪金矿11个硅同位素样品(表3-15)，从表(3-15)中可见，含金石英脉样品的δ30Si的变化范围在-0.2～0.1，碱性正长岩杂岩体中石英的δ30Si变化范围在-0.3～0.4;晚燕山期花岗岩的δ30Si为-0.1～0.2;太古宙片麻岩的δ30Si为0.6。可以看出，含金石英脉的硅同位素组成与晚燕山期花岗岩和碱性正长岩杂岩体很接近，所以金矿成矿的硅可能主要源于岩浆作用。
通过东坪金矿各种同位素大量测试及对水泉沟杂岩体的研究表明，东坪金矿成矿物质应来源于地球深部。水泉沟杂岩体是多期次侵入的产物，并且体积较大，因此它可以在很长时间内保持高热状态，由此为热液的长期循环提供物质和动力条件。氢、氧同位素研究表明，成矿早期基本上为岩浆水，主成矿期为岩浆水和大气降水的混合水，晚期主要为大气降水，并且由水泉沟杂岩体岩浆演化的岩浆水具有高氧化和酸性的特点，因而具有很强的淋滤围岩中金的能力。另外，东坪金矿广泛的钾长石化显然也是成矿流体继承了水泉沟杂岩体的高钾质岩浆的特点，从而发生钾质交代作用。因此，水泉沟杂岩体在东坪金矿成矿过程中，不仅起到了热动力的作用，而且提供了成矿物质和矿化剂。
