中国东北吉林省三道岔金矿的流体来源与成矿作用：基于黄铁矿及流体包裹体中C-H-O-He-Ar同位素及微量元素组成的约束研究

《Geochemistry》：Fluid origin and ore genesis of the Sandaocha gold deposit in Jilin Province, Northeast China: Constraints from C-H-O-He-Ar isotopes and trace element compositions of pyrite and fluid inclusion

砂金茶金矿床成矿流体经历NaCl-H2O-CO2系统向低盐度NaCl-H2O系统的演化，包裹体分析揭示四阶段成矿过程，结合同位素与LA-ICP-MS数据确定其为地幔- crust混合岩浆水，金主要在第二、三阶段沉淀，大气降水混入导致流体不混溶，最终降低金溶解度促进沉淀。

　　在地球科学领域，金矿资源的形成与演化一直是研究的重点之一。金矿的成因机制、矿体的分布特征以及矿液的来源和性质，对于理解地球内部物质循环、构造活动以及矿床成因具有重要意义。本文以中国吉林省吉林大学地球科学学院的科研团队为主，对位于吉林省辉南县境内、隶属于贾皮沟矿区的沙道查金矿进行了系统的研究。该矿床被认为是典型的金矿床之一，具有重要的研究价值和经济意义。通过对矿床的地质特征、矿物学特征以及流体包裹体和同位素分析，研究团队试图揭示该矿床的成因机制，为未来矿产资源勘探提供新的思路和依据。

沙道查金矿的矿体主要发育在新元古代贾皮沟群砂道沟组的变质沉积岩中，其成矿过程受控于一系列以北北东向为主的脆性-韧性构造。研究发现，矿床的成矿过程可以划分为四个阶段：第一阶段为黄铁矿-乳白色石英阶段，第二阶段为石英-黄铁矿阶段，第三阶段为石英-多金属硫化物阶段，第四阶段为石英-碳酸盐阶段。通过对这些阶段的矿物组合和流体包裹体的分析，可以进一步了解矿液的演化过程和成矿环境的变化。

在流体包裹体的研究中，研究团队对来自不同成矿阶段的10个石英样品进行了详细的分析。根据包裹体的类型和相态，可以将其分为四类：液态为主的两相水溶液包裹体（L型）、混合水-二氧化碳包裹体（C型）、富含二氧化碳的包裹体（RC型）以及纯二氧化碳包裹体（PC型）。研究结果显示，C型、RC型、PC型和L型包裹体主要出现在第一、第二和第三阶段的石英样品中，而第四阶段的石英样品中仅发现了L型包裹体。这表明，在成矿过程中，流体的成分和性质发生了显著变化，特别是在成矿晚期，大气降水的加入导致了流体系统的演化，从一个中温、中低盐度的NaCl-H?O-CO?系统转变为低温、低盐度的NaCl-H?O系统。

流体包裹体的微观热测量和显微镜观察揭示了矿液的物理化学性质。第一阶段的流体包裹体具有较高的温度和盐度，表明成矿初期的流体具有较强的热力和化学活性。随着成矿过程的推进，流体的温度和盐度逐渐降低，二氧化碳的含量减少，最终形成了以水为主的低温流体系统。这种流体系统的转变可能是由于大气降水的持续输入，导致流体中气体成分的逸散，从而改变了矿液的物理化学条件。此外，研究还发现，金在矿液中的溶解度随着流体成分的变化而降低，这使得金能够从矿液中析出，形成矿体。

除了流体包裹体的分析，研究团队还结合了C、H、O、He和Ar等同位素的研究，进一步探讨了矿液的来源和演化路径。同位素数据表明，沙道查金矿的成矿流体主要来源于地幔-地壳混合岩浆的分异作用，形成了富含水的岩浆流体。这种流体在上升过程中与围岩发生相互作用，导致了金的迁移和沉淀。此外，研究还发现，后期大气降水的加入不仅改变了流体的成分，还促进了流体的不混溶性，为金的沉淀提供了有利条件。

金矿的成因机制一直是地质学研究中的一个热点问题。在贾皮沟矿区，存在两种主要的观点：一种认为该矿区的金矿床是由岩浆热液形成的中温热液金矿床，另一种则认为是由变质作用形成的造山型金矿床。这两种观点在一定程度上引发了学术界的争议，也影响了对该矿区矿床成因的进一步研究。通过对沙道查金矿的研究，研究团队试图在这一争议中找到新的证据，以支持其中一种观点或提出新的解释。

研究团队采用了一系列综合性的研究方法，包括野外地质调查、流体包裹体分析以及同位素测定。这些方法的结合使得研究团队能够从多个角度探讨矿床的成因机制。例如，通过分析流体包裹体的类型和性质，可以了解矿液的来源、演化过程以及成矿环境的变化。同时，同位素数据能够提供关于矿液来源的重要信息，有助于确定矿液是否来源于深部岩浆或地表水体。此外，通过研究矿床中黄铁矿的微量元素组成，可以进一步揭示成矿过程中的物理化学条件以及金的迁移机制。

黄铁矿作为金矿床中常见的硫化物矿物，其在矿床中的分布和组成往往能够反映成矿过程的某些关键特征。在贾皮沟矿区，黄铁矿具有较高的金含量，因此被广泛用于研究该矿区的成因机制。通过原位激光烧蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）技术对黄铁矿进行微量元素分析，研究团队能够获得关于矿液成分、温度和压力变化的详细信息。这些数据不仅有助于理解金的迁移和沉淀过程，还能够为矿床的成因模型提供支持。

研究结果表明，沙道查金矿的成矿过程主要发生在第二和第三阶段，这与黄铁矿的微量元素组成和流体包裹体的类型变化相吻合。在第二阶段，矿液的温度和盐度相对较高，且含有较多的二氧化碳，这为金的溶解和迁移提供了有利条件。而在第三阶段，矿液的温度和盐度进一步降低，二氧化碳的含量减少，金的溶解度也随之降低，最终导致金的沉淀。这一过程可能受到多种因素的影响，包括流体的不混溶性、气体成分的逸散以及矿液与围岩之间的化学反应。

此外，研究还发现，矿液的演化过程中伴随着气体成分的逃逸，这可能导致了金的分解和沉淀。例如，金在矿液中通常以Au-S复合物的形式存在，当流体中的气体成分减少时，这些复合物可能会分解，释放出金属离子，从而在合适的物理化学条件下形成金矿体。这种机制在多个金矿床中都有类似的发现，说明金的沉淀过程可能与流体成分的变化密切相关。

通过对沙道查金矿的研究，研究团队不仅揭示了该矿床的成因机制，还为理解贾皮沟矿区乃至更大范围内的金矿成因提供了新的视角。研究结果表明，该矿床的成矿流体主要来源于深部岩浆，且在上升过程中与大气降水发生了相互作用，导致了流体成分的改变和金的沉淀。这一发现支持了岩浆热液成因的观点，同时也表明，大气降水的加入在成矿过程中起到了重要作用。

在矿床的勘探和开发过程中，了解成矿流体的来源和演化路径对于预测矿床的分布和评估矿产资源具有重要意义。沙道查金矿的研究结果表明，该矿床的成矿过程是一个复杂的多阶段过程，涉及多种因素的相互作用。因此，在未来的矿产资源勘探工作中，应更加关注矿液的演化路径和成矿环境的变化，以提高勘探效率和矿产资源的可持续开发能力。

总的来说，沙道查金矿的研究不仅加深了我们对该矿床成因机制的理解，也为金矿成因理论的发展提供了新的证据。通过多学科的综合研究，研究团队能够更全面地揭示矿床的形成过程，为矿产资源的勘探和开发提供科学依据。同时，这一研究也展示了现代地球科学在矿床成因研究中的应用价值，表明通过先进的分析技术和综合研究方法，可以更深入地探索地球内部的物质循环和构造活动，从而为矿产资源的可持续利用做出贡献。