成矿流体的同位素特征

（一）氢、氧同位素
绿岩带金矿床的氢氧同位素组成见表2-29和图2-14，概括起来有如下几个特点：

表2-29　绿岩带金矿床氢、氧同位素值

资料来源：沈保丰等，1994；田永清等，1994；骆辉等，1995；胡小蝶等，1991；杨振升等，1991；王时琪，1985；谢奕汉等，1991。
（1）各矿床石英的δ18O值的分布范围都很窄（＋10‰～＋13.5‰），根据包体测温所计算的流体包裹体水的δ18O值，多数集中在＋3‰～＋8‰，表明成矿流体的氧同位素值与围岩岩性和构造域无关，这意味着成矿流体与各种围岩达到了充分的氧同位素交换，据此可推断成矿时流体/岩石的比值较大，而同时流体源区的水/岩比值较小。
（2）相对于氧同位素值，各矿床的氢同位素值变化范围较大，δD多介于-30‰～-125‰，一方面可能由于次生包裹体的影响，另一方面也可能反映了成矿时存在氧化还原反应，当还原的含氢流体与氧化的含氢流体之间相互作用时就会导致氢同位素的分离作用。
（3）在δ18O～δD图上大部分点落于变质水和岩浆水区域之外，且多数集中于岩浆水区偏左下方，这说明成矿流体的来源和性质具有一定的相似性。
（4）与国外太古宙绿岩带金矿床相比，氧同位素组成范围大致相似或相近，但氢同位素多数偏小，部分样品氢氧同位素特征与浅成热液金矿床及霍姆斯塔克金矿床的成矿流体相近。

图2-14　绿岩带金矿床的氢氧同位素图解

1—南龙王庙；2—五台山BIF金矿床；3—排山楼；4—金厂峪；5—小营盘；6—夹皮沟
（5）除排山楼金矿床外，赋矿变质岩的变质水与理想条件下计算的变质水范围很不一致，如张宣地区变质水δD偏低很多；而五台山绿岩带条带状磁铁石英岩石英中的流体δD更低，另一方面硅酸盐（白云母、角闪石）的δD值又偏高，含金石英脉的包裹体水似介于两者之间。
（二）碳、氧同位素
表2-30给了几个绿岩带金矿床中碳酸盐的碳同位素组成，与国外典型的太古宙绿岩带金矿化碳酸盐的碳、氧同位素组成很接近。对这种同位素组成的示踪涵义目前有多种认识：岩浆源（Burrons和Spooner,1989,1991）；幔源（Colvine,1988;Cameron,1988）；混合源（Golding等，1983;Kerrich等，1989）；变质源（Groves等，1987）。

表2-30　绿岩带金矿床碳酸盐矿物碳、氧同位素组成

注：①田永清，1990、1994；②沈保丰等，1994；③骆辉等，1994；④杨振升等，1991。
（三）流体包裹体类型、产状和成分
绿岩带金矿床石英中主要见三类包体：CO2包体、H2O-CO2包体及水溶液包体。此外在多数矿床中还见有极少量的含盐类矿物子晶包体。比较而言，浸染状矿化包裹体的体积小，多数＜5μm，而脉型金矿流体包裹体的体积较大，多数为2～15μm，最大可达50μm。CO2包体一般呈负晶形，气液包裹体和水溶液包裹体一般呈椭圆状、纺锤状、水滴状和不规则状。包裹体群体分布见有线状、带状、平行纹状和不规则岛状，线状和带状型群体在各矿床中皆较发育，往往切割石英颗粒边界，相互穿插，表明矿体在成矿后都受到了不同程度的改造。
流体包裹体以中低盐度为主（表2-31），多小于6%NaCl。在鹿沟、小板峪、小营盘等矿床中见到少量盐类子晶包体，表明盐度可能较大，其原因一方面可能与成矿时发生的H2O-CO2-NaCl体系相分离有关（石英中流体包裹体成分变化大，CO2包体和水溶液包体并存证明了这一过程的存在），另一方面也可能与绿岩带变质程度较高有关，研究表明，从高变质相向低变质相的转变可产生盐度为7%～20%NaCl的变质流体（Crawford等，1979）。包体的成分具有多变性，特别是H2O和CO2的变化尤为明显，如夹皮沟金矿H2O的含量（116～3174）×10-6,CO2含量（4～43030）×10-6。阴离子和阳离子的比值总的看来显示出n（Na＋）＞n（K＋）、n（Cl-）＞n（ ），n（Ca2＋）＞n（Mg2＋），表明成矿流体是多组分的复杂体系。

表2-31　绿岩带金矿床石英流体包裹体成分及物理化学特征

（四）流体来源的讨论
绿岩带金矿床成矿流体来源长期以来争论纷纭，有变质水、岩浆水、上地幔去气和下地壳麻粒岩化水、海水、大气水和混合水等各种不同的观点。这种认识上多样性的原因一方面在于成矿流体性质的复杂性，成矿流体的演化、混合以及水/岩交换可能改变、消除其本来面目，而另一方面现有的地质地球化学理论和技术无法建立起清晰截然的判别标准。从上述流体包裹体特征和同位素示踪可以推断，成矿流体的来源和任何单一来源都不相似，这似乎暗示了混合来源的可能性。不少研究者虽然对流体的来源有不同的看法，但大都注意到含矿流体在地壳浅部的混合及其变异性（Phillips等，1991,1992;Groves,1991,1993;Kerrich等，1992,1993）。事实上，绿岩带金成矿与高的地温梯度密切相关，而地温梯度的增加必然引起地壳上部流体的循环和中下地壳的变质作用、混合岩化作用甚至部分熔融作用。由此可以推论，广泛的金矿化作用应该是地壳规模流体活动的结果，而这种流体也必然不可能是单一的。尽管如此，不同类型金矿床的成矿流体性质仍有倾向性，如BIF中金矿床和火山块状硫化物金矿床的早期成矿作用可能有海水的加入，广泛发育的排山楼型浸染状金矿和夹皮沟型脉型金矿的成矿作用与变质变形作用和晚期钾质岩浆活动有密切的时空关系，因此成矿流体可能主要是变质水和岩浆水，但不排除天水或海水参与的可能性，如于清义（1994）发现夹皮沟含金石英脉流体的稀土元素组成与海水最为接近。

(一)硫同位素
根据吉林省地矿局研究所(1987)和本次测得的黄铁矿中的硫同位素组成(表4-2)，可以看出五凤金矿矿石硫同位素的组成比较稳定，δ34S变化范围为0‰～3.1‰，均值为1.2‰，极差为3.1‰，接近陨石硫值，反映了矿石中硫来自幔源，属于深源硫。五星山金矿矿石硫同位素组成也具有类似的特征和硫的来源(表4-2)。
表4-2 黄铁矿中硫同位素测定


(二)碳同位素
孟庆丽等(2001)研究获得，五凤、五星山矿床中方解石的δ13C为－9.4‰～－6.9‰，平均为－8.0‰;δ18O为0.8‰～4.5‰，平均为3.1‰。在δ13C与δ18O图上，方解石的碳、氧同位素数据投影在天水混合的火山岩碳区，表明氧同位素与天水有强烈的交换作用。
(三)氢、氧同位素
由于不同来源的流体具有不同特征的氢、氧同位素组成，因此成矿流体的氢、氧同位素组成成为判断成矿流体来源的重要依据。孟庆丽等(2001)、陈仁义等(1993)测试了五凤金矿床、五星山金矿床以及刺猬沟金矿床不同阶段矿石中成矿流体的氢氧同位素组成(表4-3)。表中δ18O水值是根据石英的氧与其包裹体中的水达到同位素平衡时，利用石
表4-3 金矿床成矿流体中氧、氢同位素特征


注:wB为质量分数;Th为均一温度。英的同位素组成δ18O石英值计算得来的。根据Clayton等人(1972)提出的公式:
1000lnα石英-水=3.38×106－3.40其中:
lnα石英-水≈(δ18O石英－δ18O水)/1000
五凤金矿床和五星山金矿床的氢、氧同位素比较集中，δ18O石英变化范围为3.9×10－3～8.8×10－3，主要集中在4.5×10－3～5.7×10－3之间;δ18O水最小为－6.7×10－3，最大为－3.2×10－3，平均为－5.0×10－3;δD变化为－66×10－3～－98×10－3，平均为－87×10－3。
根据H.P.Taylor等人的资料，大气降水中δ18O水的变化范围在+10‰～－50‰之间，而δD水的变化为+50‰～－350‰。
在δD-δ18O图解上，五凤金矿床和五星山矿床的投影点均落在大气降水区(图4-1)，前面关于五凤金矿床和五星山金矿床的流体包裹体成分的讨论中，其流体成分具有岩浆热液成因的特点，因此表明成矿流体为大气降水与岩浆热液的混合体，但主要为大气降水。

图4-1 五凤金矿床和五星山金矿床氢、氧同位素图解

一、硅、氧和氢同位素特征

金山金矿、花桥金矿、上洛金矿和蛤蟆石金矿含金石英脉以及金山金矿矿区内变质分异石英脉、后期叠加石英脉和铜厂斑岩铜矿石英脉石英的硅、氧同位素和流体包裹体的氢同位素列于表5－5。由表可知，金山金矿含金石英脉脉石英的δ³⁰Si_NBS－28变化范围为－0.5‰～－0.2‰，花桥金矿的δ³⁰Si_NBS－28变化范围为－0.1‰～0.20‰，上洛金矿δ³⁰Si_NBS－28变化范围为－0.1‰～0.1‰，而蛤蟆石金矿的δ³⁰Si_NBS－28为0.3‰。

表5－5 德兴地区金矿成矿流体包裹体硅、氢、氧同位素组成

注:HQ—花桥金矿;HMS—蛤蟆石金矿;SL—上洛金矿;J，HP，H—金山金矿;TC—铜厂

不同成因类型石英脉石英的氧同位素也有较大变化。金山金矿含金石英脉石英的δ¹⁸O值变化范围为12.4‰～15.4‰，蚀变糜棱岩型矿石石英δ¹⁸O值变化范围为12.30‰～14.60‰，与变质分异石英脉石英的δ¹⁸O值(15.2‰～15.45‰)基本相同，而与千枚岩中石英脉(δ¹⁸O=8.17‰)、玄武岩底部石英脉(δ¹⁸O=10.65‰)和铜厂斑岩铜矿石英脉(δ¹⁸O=9.33‰)中石英的δ¹⁸O明显不同。花桥金矿(δ¹⁸O=13.2‰～15.30‰)、蛤蟆石金矿(δ¹⁸O=13.7‰)和上洛金矿(δ¹⁸O=13.2‰～13.30‰)含金石英脉石英的氧同位素具有与金山金矿同样的特点。

金山金矿含金石英脉石英流体包裹体的δD变化范围为－73‰～－41‰，蚀变糜棱岩型矿石石英流体包裹体的δD为－56‰，而花桥金矿石英流体包裹体的δD变化范围为－73‰～－62‰，上洛金矿石英流体包裹体的δD变化范围为－65‰～－62‰，蛤蟆石金矿的石英流体包裹体的δD同位素为－61‰。而变质分异石英脉石英流体包裹体的δD为－47‰。

根据所获得的矿区流体包裹体的平均均一温度及绿泥石地质温度计所测的温度，利用1000lnα_石英－水=3.38×10^－6T^－2－3.4分馏公式(Clayton et al.，1972)计算流体包裹体水的氧同位素，结果列于表5－5。由表可知，金山金矿含金石英脉成矿流体的δ¹⁸O_H2O值为5.43‰～8.00‰，蚀变糜棱岩型矿石成矿流体的δ¹⁸O_H2O值为3.33‰～5.63‰;花桥金矿、上洛金矿和蛤蟆石金矿的成矿流体的δ¹⁸O_H2O值分别为6.3‰～8.4‰，6.3‰～4.4‰，6.8‰，与变质水的氢、氧同位素(δD=－20‰～－65‰，δ¹⁸O=5‰～25‰)相近;而形成变质分异石英脉、千枚岩中石英脉、玄武岩底部石英脉以及铜厂石英脉的流体的δ¹⁸O_H2O值分别为6.23‰～6.48‰，－0.8‰，1.68‰，5.33‰。

图5－4 金山金矿成矿流体氢氧同位素投影图

不同成因类型流体氢、氧同位素投影点落在变质水的范围内(图5－4)，说明金山金矿含金石英脉和蚀变糜棱岩型矿石的成矿流体主要来自变质水。这一点也可以从Si同位素获得相同的结论。千枚岩中石英脉石英的δ¹⁸O值为8.17，铜厂石英脉石英的δ¹⁸O值为9.33，属于岩浆热液成因的石英。金山金矿的成矿流体与岩浆热液没有太大的关系，但这并不否定成矿流体与大气降水的关系。因为成矿流体运移的过程中，其围岩为δ¹⁸O值较高的变质砂质千枚岩或者炭质千枚岩。它们在和流体的作用过程中，不可能会引起流体δ¹⁸O值的降低，因此，形成含金石英脉的流体和形成含金糜棱岩的流体δ¹⁸O值的降低可能与低的δ¹⁸O，即大气降水来源的流体混合作用有关。从δ¹⁸O的变化范围来看，由大气降水来源的热液在成矿流体中仅占一小部分，所以说金山金矿的成矿流体以变质水为主，并有一小部分大气降水来源热液的加入。

上述数据表明，金山金矿成矿流体的氢氧同位素与世界上其他造山型金矿的氢氧同位素基本一致(δ¹⁸O=12.5‰～15.0‰，δD=－30‰～－80‰)(McCuaig et al.，1998)，如世界上Mother脉状金矿、Alaska金矿等。大量的统计显示，世界上太古宙和显生宙脉状金矿的δD值变化范围相对较窄，为－30‰～－80‰，而δ¹⁸O变化范围为6‰～11‰，与变质水和岩浆水的范围重叠。Kerrichetal.(2001)认为如果成矿流体δ¹⁸O＞8‰，那么就不能仅仅考虑岩浆水的来源。一些显生宙脉状金矿的δ¹⁸O可达+14‰，可能反映了成矿流体来源于富¹⁸O的变质沉积岩石(Kerrich et al.，1992)。含水流体包裹体中如果存在H₂或者CH₄，加上还原性流体的不混溶性，以及所分析的流体包裹体以次生的流体包裹体或者后期矿化叠加(如大气降水的加入)为主，就有可能导致δD变化范围较宽，而氧同位素变化范围较窄。如加拿大Abitibi金矿省，大多数矿床的石英的δ¹⁸O变化于12.5～15.0(Kerrich et al.1979;Kerrich，1983)，另外，Norseman金矿区石英的δ¹⁸O也比较集中(Golding et al.，1982)。

二、碳同位素特征

世界上不同时代脉状金矿的δ¹³C值变化于－23‰～+2‰，但是就单一矿床来说，成矿流体的δ¹³C值却比较集中。金山金矿金与矿化有关的3件白云石样品测试结果(表5－6)表明，白云石δ¹³C_V－PDB变化范围为－0.5‰～－4.2‰，而δ¹⁸O_V－PDB变化范围为－25.9‰～－22.2‰，与世界上大多数脉状金矿的碳同位素变化范围基本一致(δ¹³C_V－PDB=－25.7‰～－22.2‰)，与元古宙沉积物或者变质岩中还原性的碳的同位素(δ¹³C_V－PDB=－30‰～－20‰，δ¹⁸O_V－SMOW=0～10‰)基本一致。成矿流体包裹体碳同位素研究(季峻峰等，1994a，1994b;王秀璋等，1999a，1999b)表明:形成含金石英脉的流体δ¹³C为－0.43‰～2.48‰，形成含金糜棱岩流体的δ¹³C为－3.17‰～－3.59‰，偏离岩浆碳(－7‰)和岩浆来源的碳(－7‰±3‰)，具有沉积碳的特点，说明金山金矿的成矿流体中的碳来源于赋存的围岩。

表5－6 金山金矿铁白云石碳、氧同位素组成

三、铷、锶同位素特征

成矿流体包裹体铷、锶同位素研究(王秀璋等，1999a，1999b)表明:含金石英脉和含金糜棱岩样品的Rb质量分数分别为0.57～1.319μg/g和0.650～4.501μg/g，Sr质量分数分别为1.680～3.448μg/g和1.355～2.112μg/g;原始Sr同位素(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₀分别为0.715和0.713，与地壳的Sr同位素组成((⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₀=0.706)基本一致，说明金山金矿成矿流体的来源与上地壳有关。

毛光周等(2008)对金山金矿深灰色—浅灰色—烟灰色含金石英脉中石英的流体包裹体进行了Rb和Sr同位素测试，结果显示含金石英脉Rb质量分数分别为1.922～2.871μg/g，Sr质量分数分别为2.815～7.139μg/g。原始Sr同位素(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₀为0.7138，指示了Sr的地壳来源(地壳(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₀=0.706)。

对比金山金矿成矿流体与世界上其他脉状金矿的成矿流体(表5－7)特征，可以看出金山金矿与世界上其他脉状金矿具有类似的特点。

表5－7 脉状金矿床成矿流体的特征

(据McCuaigetal.，1998)