彭紅衛等-AM：膠東三山島金礦金成色時空演化與成礦末段效應
膠東半島是我國最重要的金礦集區，探明的金資源量超過4500噸，已躍居世界第三大金成礦省。膠東金礦典型礦化特徵是顆粒金與硫化物共生，金的成色可指示成礦作用及流體演化，但缺乏不同成礦深度金成色變化規律的研究。近年來，在膠東三山島礦區實施了系列超深鑽探，最深孔達4006.17 m（圖1），這為研究深部至淺部成礦過程提供了絕佳機會。中國科學院地質與地球物理研究所礦產資源研究重點實驗室博士研究生彭紅衛在導師範宏瑞研究員的指導下，系統採集了三山島金礦淺部坑道和深鑽樣品，以顆粒金、黃鐵礦和多金屬硫化物為研究對象，以探究成礦時空演化與末段效應。
圖1 膠東三山島金礦地質圖、鑽孔剖面圖與採樣位置
詳細的巖相學研究表明，三山島金礦發生了與黃鐵絹英巖化和石英黃鐵礦細脈相關的早期金礦化，及與石英多金屬脈有關的晚期金礦化。早期顆粒金的產出只與黃鐵礦關係密切(圖2)，以自然金為主，在BSE下呈均勻結構，成色高(729-961)(圖3)。伴隨早期金礦化的硫化物一般只為黃鐵礦，黃鐵絹英巖和石英黃鐵礦脈中黃鐵礦(分別為Py1和Py2)在BSE下結構均勻(圖2)，微量元素組成相似(富Co、Ni、Bi，貧As、Au)，但Py1(9.9-12.7‰)比Py2(主要為8.2-11.0‰)具更高的δ34S值，反映在水/巖反應過程(圍巖硫化作用)中黃鐵絹英巖化比石英黃鐵礦成脈受流體還原作用影響更大。早期金礦化的礦物組合在不同深度基本保持一致，在約-4000 m(鑽孔ZK96-5)仍發育有早期黃鐵礦(圖1)，但能觀察到早期顆粒金的最深深度為-2650 m(鑽孔ZK96-6)。早期顆粒金的成色由深至淺(-2650 m至-420 m)逐漸降低(平均值870至752；圖3)，Py1和Py2的Co、Ni含量自-4000 m至-420 m也逐漸降低，但As含量逐漸升高，這指示成礦流體溫度由深至淺有一定程度的降低。此外，Py1的δ34S值逐漸升高(平均值10.5‰至11.8‰)，指示成礦流體向上演化過程中水/巖反應程度逐漸增強。
圖2 三山島金礦兩期金礦化。(a-c)早期金礦化為黃鐵絹英巖；(b-f)石英黃鐵礦脈；(g-l)晚期金礦化為石英多金屬脈
圖3 三山島顆粒金成色的時空變化
晚期顆粒金形成於淺部，觀察到的最大深度為-1450 m(鑽孔ZK96-3)，與黃鐵礦(Py3)、方鉛礦、黃銅礦、毒砂和閃鋅礦等硫化物共生(圖2)。晚期顆粒金為銀金礦，成色明顯低(549-719；圖3)，部分還呈現不均勻的成分結構(圖2)，發育富Ag端元(218-421)。同期形成的黃鐵礦(Py3)具有明顯的核邊結構(圖2)，富As、Au，貧Co、Ni、Bi。BSE顯微結構與LA-ICP-MS點分析和面掃描表明，晚期黃鐵礦是通過溶解再沉澱的方式交代早期黃鐵礦(Py2為主)形成的。礦物組合與顆粒金和Py3的結構、成分特徵指示，晚期金礦化的成礦機制為降壓和流體相分離。多金屬硫化物的δ34S值在-1900 m至-1450 m深度範圍顯著降低(4‰-5‰)，指示約-1500 m深度為降壓和流體相分離的起點。
基於金成色、黃鐵礦微量元素和硫化物硫同位素分析，提出了三山島金礦成礦末段效應與演化模型(圖4)：早期金礦化以水/巖反應(圍巖硫化作用)為機制，伴隨流體還原作用，熱液中與S絡合的Au發生了沉澱，而對與Cl絡合的Ag、Cu、Pb、Zn以及與OH絡合的As等元素影響不大，並隨流體遷移至淺部而未發生明顯沉澱，形成高成色的顆粒金礦化。流體由深至淺向上演化過程中，溫度(壓力)逐漸降低，水/巖反應增強，流體還原作用也增強，導致在現今約-2700 m深度開始發生顆粒金沉澱；至成礦晚期，淺部斷層活動導致壓力顯著降低，流體發生相分離，Au、Ag、As、Cu、Pb和Zn等元素的絡合物均失穩，發生沉澱，進而形成多金屬硫化物組合以及低成色(含銀)的顆粒金沉澱。
圖4 三山島金礦成礦末段效應與演化模型
本次研究表明，金成色、硫化物微量元素和硫同位素可對金成礦過程進行有效揭示，也為膠東金礦成礦末段效應研究提供了典型示範。
研究成果發表於礦物、巖石、礦床學領域的國際權威期刊AmericanMineralogist。（Peng Hong-Wei,Fan Hong-Rui*, Liu Xuan, Wen Bo-Jie, Zhang Yong-Wen, Feng Kai. Newinsights into the control of visible gold fineness and deposition: A case studyof the Sanshandao gold deposit (Jiaodong, China) [J]. American Mineralogist, 2021, 106(1): 135–149.）。本研究受國家重點研發計劃「華北克拉通成礦系統的深部過程與成礦機理」項目(2016YFC0600105)和國家自然科學基金面上項目(41672094)資助。
校對：張崧