科研进展

地质地球所运用铋矿物探针刻画辽东五龙金成矿流体演化与富Bi-Au多金属熔体成矿

来源:地质与地球物理研究所发布时间:2022-06-24

  华北克拉通是世界上最重要的金成矿省,金矿主要发生于早白垩世(120±5 Ma),与克拉通破坏有关。金矿石多发育微量的铋/碲矿物是它们的特色之一。铋(Bi/碲(Te)矿物对成矿体系的流体成分、温度、Eh-pH、氧逸度和硫逸度等变化十分敏感,是刻画成矿流体演化过程的理想矿物探针。然而,已有华北克拉通金成矿流体演化研究中对铋矿物却少有关注。就物理性质而言,Bi是最重要的低熔点亲铜元素(LMCEs)之一,在>271℃和低硫逸度条件下,呈熔融态稳定存在。而且,当含一定量AuTe时,熔点会变得更低(图1)。热力学模拟和实验研究均表明,当热液流体与铋熔体共存时,Au强烈分配进入铋熔体(国外学者将此称为Liquid Bismuth Collector),即使流体处于金不饱和状态,铋熔体也能从中吸走数十wt %Au,从而实现金的高效富集。对于华北克拉通金成矿机制,Bi的作用尚待深入论证与评估。主流观点认为,成矿流体沿区域断裂向上迁移过程中由于流体不混溶作用或流体-岩石相互作用导致金的硫氢络合物失稳、解体而发生金矿化。 

1  Bi-Te-Au三元体系相图

  针对以上问题,中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室冯浩轩博士后与合作导师申萍研究员和朱日祥研究员,联合澳大利亚莫纳什大学Andrew G. TomkinsJoel Brugger教授,选择辽东五龙大型石英脉型金矿床(~122 Ma)作为研究对象,以铋矿物矿物学研究为新切入点,对成矿流体演化过程与金富集机制进行了探讨,取得的主要认识如下: 

  (1) 五龙主成矿阶段(Stage 23)发育大量铋矿物,其类型(达20种:自然铋、辉铋矿、Bi-碲化物、Bi-硫盐矿物、Bi-硫代碲化物、Bi-Au矿物相)和共生关系复杂,交代结构普遍。其中,Stage 2以发育富含PbAgBi-硫盐矿物而与Stage 3相区别。辉碲铋矿族矿物和热力学计算表明,主成矿阶段均为还原流体体系且氧逸度变化不大(图2)。自Stage 2Stage 3,铋矿物共生次序复杂变化是对流体成分(特别是AgPb)波动、硫逸度降低的响应(图2和图3)。 

2  五龙主成矿阶段碲逸度(fTe2-硫逸度(fS2)图解

3  五龙主成矿阶段随结晶顺序典型铋矿物的AgPb含量变化及相应流体成分演化

  (2) 五龙金沉淀富集与富Bi熔体(Bi-rich melt)有关,为多阶段(Stage 23)富Bi-Au多金属熔体成矿。主要证据有:①主成矿阶段成矿温度(流体包裹体均一温度普遍>250°C)和还原流体环境利于富Bi熔体(最低熔点~235°C)形成(图1);含金石英脉中发育大量呈线或面状分布的微滴状铋矿物包裹体(图4),其内可见金、黑铋金矿(Au2Bi)、硫铋金矿(AuBi5S4)等多种矿物相(图4b-4e、图4h和图5c、图5j、图5k),直接指示有大量富Bi熔体从成矿流体中析出并吸纳流体中的Au形成了富Bi-Au多金属熔体;含金石英脉显示出强Bi-Au亲和性(Bi-Au association),金矿石富Bi>100–7332 ppm)且与Au呈强正相关(Bi/Au > 10;图6);岩相学观察与统计也表明,约85%的金粒与铋矿物有密切时空联系(图5)。 

4 五龙主成矿阶段微滴状铋矿物包裹体显微照片(a-eStage 2f-hStage 3

5 五龙含金石英脉中不同产状金粒显微照片与百分占比统计图

6  五龙金矿石Au-Bi散点图

  (3) 典型矿床特征(铋矿物+席状细脉+Au-Bi-Te-W元素组合)和已有年代学和地球化学资料综合表明,五龙金矿的BiTe为岩浆来源,其中Te很可能与华北克拉通破坏背景下的交代岩石圈地幔有关。 

  以上研究证实富Bi熔体参与金富集是华北克拉通早白垩世金成矿的另一重要机制,为利用铋矿物“矿物探针”研究热液金成矿过程提供了典型示范。此外,该研究也有助于理解华北克拉通早白垩世金矿中关键金属碲的赋存状态和富集机制。 

  研究成果发表于国际矿床学领域权威期刊Mineralium Deposita(冯浩轩,申萍*朱日祥Andrew G. TomkinsJoel Brugger,马阁,李昌昊,武阳. Bi/Te control on gold mineralizing processes in the North China Craton: Insights from the Wulong gold deposit[J]. Mineralium Deposita, 2022. DOI10.1007/s00126-022-01120-4)。该研究受国家自然科学基金项目(9141430191962213)和中国科学院国际合作局国际伙伴计划项目(132A11KYSB20190070)资助。


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