不同类型金矿床硫同位素特征不同

稳定同位素地球化学在解决诸如成矿物质来源、成矿流体来源、成矿物理化学条件和成矿过程等矿床学研究的重要问题方面起到了极其重要的作用。本次研究工作在收集、整理前人对该地区阿希、伊尔曼得、塔吾尔别克和阿庇因迪等金矿稳定同位素数据（表5-2）的同时，对部分矿床进行了补充测试，现分述如下。
（一）硫同位素
由于本地区金矿床受开采程度和表生作用的影响，很难选到能够进行硫同位素测定的新鲜硫化物，因此只收集到前人关于阿希金矿和伊尔曼得金矿钻孔岩石中部分岩石（矿物）的硫同位素的数据，所有数据见表5-2，硫同位素组成直方图见图5-7。

图5-7 金矿床硫同位素组成直方图

由表5-2和图5-7可知，阿希金矿床金属硫化物的δ34S分布范围为0.95‰～10.51‰，平均值为4.93‰，峰值域为4‰～6‰，除10.51‰一个值外，其他数据的极差较小，变化区间较窄，均一化程度较高，反映了其所代表矿石硫同位素组成特征属于“重硫型”（沙德铭等，2005），同位素数值没有负值出现，说明成矿作用过程中硫的来源可能比较单一，以深源火山成因硫为主，同时分布范围较窄，说明环境相对稳定。伊尔曼得金矿床不同类型岩石的硫同位素组成变化为3.77‰～15.84‰，其中蚀变岩石和未蚀变岩石的硫同位素组成特征基本一致，分别为3.77‰～13.23‰和5.63‰～15.84‰，而黄铁矿的同位素值变化范围为5.05‰～12.77‰，略低于蚀变围岩的全岩同位素值（表5-2），表明他们的硫可能具有相同的来源。
表5-2 吐拉苏火山断陷盆地金矿床硫同位素组成特征


（二）氢氧同位素
本次研究中收集到阿希、伊尔曼得和塔吾尔别克金矿床的氢、氧同位素资料，同时对阿希金矿床矿石中的4件方解石分别进行了氢、氧同位素数据的补充测试，测试工作在中国地质科学院矿产资源研究所同位素实验室完成，所有数据均列于表5-3，依据氢、氧同位素数据绘制的δ18O水-δ18DSMOW图解见图5-8。
由表5-3可以看出，阿希金矿床矿石δD的变化范围为-60‰～-115‰，相应的δ18OSMOW值变化于5.0‰～13.2‰之间，其中石英的δD的变化范围为-60‰～-115‰，δ18OSMOW值变化范围为5.94‰～13.20‰之间，相应的δ18O水的变化范围为-10‰～6.73‰；方解石的δD的变化范围为-78‰～-81‰，δ18OSMOW值变化范围为5‰～10.9‰。利用相关同位素分馏方程和均一温度计算出的δ18O水值为-5.42‰～-11.68‰。表明成矿流体的来源主要为大气降水（图5-8）。
伊尔曼得金矿床硅质岩矿石δD的变化范围为-61‰～-98‰，相应的δ18OSMOW值变化范围为11.81‰～17.72‰，钻孔岩石δ18O水的变化范围为1.7‰～4.3‰，而地表硅化岩δ18O水的变化范围为-7.5‰～-11.2‰。由图5-8可以看出，成矿流体为岩浆水和大气降水的混合。
表5-3 吐拉苏火山盆地部分金矿床氢氧同位素组成


塔吾尔别克金矿床矿石石英δD的变化范围为-98‰～-101‰，相应的δ18OSMOW值变化范围为10.3‰～10.7‰。
由图5-8可知，它们的投影基本上均远离岩浆水的范围而向大气降水线偏移，显示出具有大气降水的特点，说明成矿热液系统的水主要是大气降水，表明本区的金矿床氢、氧同位素组成与我国东部沿海陆相火山岩区以及世界其他地区的浅成低温金矿床的成矿流体具有相似的来源，即以大气降水为主，可能有少量的岩浆流体也参与了成矿。

图5-8 吐拉苏火山盆地金矿床成矿流体的δ18O水-δD图解

（三）碳同位素组成
本次研究共收集到阿希金矿碳同位素数据6件，补充测试了4件方解石样品，测试工作是在中国地质科学院矿产资源研究所同位素实验室完成的。所有的数据均列在表5-4中。
表5-4 阿希金矿床碳同位素组成


由表5-4可知，阿希金矿矿石方解石的碳同位素组成δ13C变化范围为-2.0‰～+2.9‰，平均值为+0.71‰，与海相碳酸盐岩（（0.5±1.56）‰），比较接近，而与地幔碳酸岩（（-5.1±1.4）‰）相差较大。这在一定程度上说明了矿石和围岩可能具有相同的碳来源，即矿石碳的来源可能以地层为主，也有少量的岩浆来源的碳。
根据以上几个典型金矿床的碳、氢、氧和硫同位素组成特征，结合区域地质背景，可以推断出，吐拉苏火山断陷盆地以浅成低温热液型为主的金矿床的碳主要来自围岩，硫同位素组成以深源火山成因硫为主，而成矿流体以大气降水为主，混入有不同程度的岩浆热液。

小西弓金矿床各类岩（矿）石的硫化物硫同位素组成见表5-7。从表中可见，小西弓金矿床含金石英脉硫化物的δ34S值介于1.2‰～8.39‰之间，均值为5.0‰，略高于中温热液金矿床（3.5‰）和岩浆硫同位素平均值（4‰）（聂凤军等，2002a）；蚀变岩型矿石的硫化物δ34S值介于5.9‰～12.7‰之间，均值为9.47‰，暗示它们是含轻硫岩浆热液与含重硫变质岩地层相互作用的产物；混合型矿石的硫化物δ34S值介于6.7‰～9.7‰，均值为8.6‰，位于石英脉型矿石和蚀变岩型矿石之间。长英质片岩的硫化物δ34S值介于13.4‰～15.8‰，远远高于矿石中的硫化物，其较高的δ34S值可能与其原岩（碳酸盐岩、泥灰岩或钙质泥岩）富集重硫34S有关。钾长花岗岩的硫化物δ34S值介于1.9‰～2.5‰，低于大部分矿石中的硫化物，相对典型幔源岩浆富重硫34S，可能应当归咎于岩浆上升过程中对前寒武纪基底岩石的硫的同化混染（刘伟等，2006）。从图5-10中还可以看到从含金石英脉-混合型矿石-蚀变岩型矿石，硫化物的δ34S值逐渐升高，且含金石英脉矿石的δ34S值更接近于钾长花岗岩中的硫化物，蚀变岩型矿石的δ34S值则与中元古界长英质片岩中的硫化物接近，混合型矿石的硫化物δ34S值介于两类围岩之间，这种简单的对比表明矿石中的硫不会仅具有单一的来源，钾长花岗岩和长英质片岩地层共同为矿石提供了硫。
表5-7 小西弓金矿床硫化物的硫同位素组成


图5-10 小西弓金矿床硫化物的硫同位素组成直方图

根据对近900件区内金矿的硫同位素分析结果（表5-8），可将区内金矿中硫同位素大致为两类。

一类以绝大部分石英脉型金矿——小秦岭的文峪、东桐峪、金硐岔、梁干岔、枪马峪，崤山地区的半宽及熊耳山地区的康山-星星印金矿等，以及祁雨沟爆破角砾岩型金矿为代表，其硫同位素组成变化不大，在直方图上，塔式效应明显（图5-10），峰值为低的正值或绝对值小的负值。该类矿床中，矿石的矿物组合主要为黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、磁黄铁矿等，其硫均为低价态，特别是磁黄铁矿的出现，更反映了矿物形成时氧逸度较低。同时，磁黄铁矿或其他与磁黄铁矿平衡的硫化物似乎有近于δ³⁴S_∑S的δ³⁴S值Ohmoto.G，1972，也即是说区内金矿成矿热液中的总硫同位素组成也应为较低的正值或绝对值较小的负值。同时利用高温外推法获得了不同矿床成矿流体的总硫同位素组成（δ³⁴S_∑S）：文峪金矿为2.4‰，东桐峪金矿为6.4‰，4.2‰（黄建军，1997），梁干岔金矿为3.4‰，枪马峪金矿为4.4‰，半宽金矿为1.0‰，康山金矿为2.2‰（任富根等，1990），祁雨沟金矿为0.3‰，店房金矿为4.6‰（任富根等，1990），基本上集中在陨石硫的-5‰～5‰范围内，指示了区内金矿流体硫的幔源特征。

图5-10 小秦岭-熊耳山金矿的硫同位素分布直方图

表5-8 小秦岭-熊耳山地区金矿的硫同位素特征

续表

续表

二类是绝大多数蚀变岩型金矿及少部分石英脉型金矿，其硫化物的硫同位素组成出现明显的负值，且变化较大（见表5-9），如小秦岭的潼关石英脉型金矿δ³⁴S为-7.744‰，

表5-9 区内部分矿床不同矿化阶段黄铁矿的硫同位素对比表（δ³⁴S/‰）

大湖石英脉型金矿δ³⁴S为-3.321‰，熊耳山上宫蚀变岩型金矿δ³⁴S为-8.427‰，北岭蚀变岩型金矿δ³⁴S为-6.75‰，前河蚀变岩型金矿δ³⁴S为-7.302‰。从不同矿化阶段硫同位素变化看（表5-8），硫同位素出现明显负值的大多数蚀变岩型及少部分石英脉型金矿，在矿化早期，其硫同位素为较小的正值，随着成矿作用的进行，开始出现明显的负值，并有负值逐渐增大的趋势。而硫同位素为明显正值的大部分石英脉型金矿及爆破角砾岩型金矿，随成矿作用进行，δ³⁴S变化不大，部分矿床甚至出现随成矿作用进行δ³⁴S增高的趋势。

一般来讲，引起矿床δ³⁴S值出现负值的原因不外乎有两种：一是其成矿流体是初始硫同位素组成，δ³⁴S就为负值，有别于第一类矿床具幔源硫特征的成矿流体；二是成矿流体初始硫同位素组成仍同于第一类，δ³⁴S呈负值是由于成矿过程中物化条件变化而引起其硫同位素分馏作用的结果。由于区内岩体和变质围岩中分散硫同位素的δ³⁴S均近于零值，地层中也未发现有δ³⁴S为负值的含硫地质体，因此，可以认为引起区内部分矿床δ³⁴S呈负值的原因最大的可能性是第二个原因，而不是由于初始硫同位素δ³⁴S为负值引起。