胶东半岛是我国最重要的金矿集区，目前探明的金资源量>4500吨，已跃居为世界第三大金成矿省。胶东金资源量近期大增源于深部地质勘察工作，但目前对胶东深部的研究极为有限，缺乏从深部到浅部成矿演化的系统研究。近年来，在胶东西北部三山岛矿区实施了一系列超深钻探，最深孔达4006.17m(图1)，这为研究深部至浅部金成矿演化提供了绝佳机会。

　　胶东金矿床主要以可见金(颗粒金)矿化为特征，颗粒金的成分和成色可更直接反演金成矿过程，但目前对颗粒金也缺乏系统研究和认识。基于这些问题和研究的薄弱点，实验室博士研究生彭红卫(已毕业)与导师范宏瑞研究员的指导下，采集三山岛金矿浅部坑道和系列深钻样品，以颗粒金、黄铁矿和多金属硫化物为研究对象，系统探究了三山岛金矿成矿作用的时空演化。

　　图1 胶东三山岛金矿地质图、钻孔剖面图与采样位置

　　详细的岩相学研究表明，三山岛金矿存在两期金矿化。早期金矿化包括黄铁绢英岩和石英黄铁矿细脉，其中黄铁矿是占绝对主导的硫化物，且颗粒金的产出只与黄铁矿关系密切(Py1和Py2; 图2)。早期颗粒金具有高成色(729-961)特征(图3)，以自然金为主，在BSE图像下显示出均匀结构。Py1和Py2具有类似的微量元素特征，都相对富Co、Ni、Bi，贫As、Au，并在BSE图像下均呈现出均匀结构(图4)。矿物结构、金成色和黄铁矿微量元素特征指示，早期金矿化的成矿机制为水/岩反应(围岩硫化作用)。Py1(9.9-12.7‰)比Py2(主要为8.2-11.0‰)总体具有更高的δ³⁴S值(图6)，反映黄铁绢英岩比石英黄铁矿脉在水/岩反应过程中受流体还原作用影响更大，导致其δ³⁴S值更高。

　　图2 三山岛金矿早期金矿化特征

　　在三山岛矿区观察到早期颗粒金的最深深度为ZK96-6钻孔-2650m处，而早期黄铁矿在ZK96-5钻孔的约-4000m深度还可见发育(图1)。在不同深度，早期矿化矿物组合基本保持一致。由深至浅(-2650m至-420m)，早期颗粒金的成色逐渐降低(平均值870至752; 图4)。同时，由深至浅(约-4000m至-420m)，Py1和Py2的Co、Ni含量逐渐降低，而As含量总体逐渐升高。金成色和黄铁矿微量元素的空间变化指示成矿流体温度由深至浅有一定程度的降低。此外，Py1的δ³⁴S值逐渐升高(平均值10.5‰至11.8‰; 图5)，指示成矿流体向上演化过程中水/岩反应程度逐渐增强。

　　图3 三山岛颗粒金成色的时空变化

　　图4 具核边结构黄铁矿的LA-ICP-MS微量元素面扫描结果

　　图5 各成矿阶段黄铁矿和硫化物原位S同位素原位分析结果

　　晚期金矿化为石英多金属细脉，其中颗粒金与黄铁矿(Py3)、方铅矿、黄铜矿、毒砂和闪锌矿等硫化物呈共生关系(图6)。晚期颗粒金具有明显低的金成色(549-719; 图3)，为银金矿，并且部分颗粒金呈现出不均匀的成分结构(图3)，发育富Ag端元(218-421; 图3)。晚期金矿化的另一个显著特征是发育具有核边结构的黄铁矿(图3)，BSE显微结构特征结合LA-ICP-MS点分析和面扫描结果指示，该阶段黄铁矿(Py3)是通过溶解再沉淀的方式交代早期黄铁矿(Py2为主)而形成的(图4)。与Py1和Py2相反，Py3具有富As、Au，贫Co、Ni、Bi的成分特征。矿物组合以及颗粒金和Py3的结构、成分特征指示，晚期金矿化的成矿机制为降压和流体相分离。在空间上，晚期金矿化聚集在浅部，最深的晚期金矿化发育在ZK96-3钻孔的约-1450m深度。多金属硫化物的δ³⁴S值在-1909m至-1450m深度范围显著降低(4-5‰; 图5)，指示约-1500m深度为降压和流体相分离的起点。

　　图6 三山岛金矿晚期金矿化

　　基于金成色、黄铁矿微量元素和硫化物硫同位素分析结果，提出了三山岛金矿成矿过程的时空演化模型：早期金矿化以水/岩反应(围岩硫化作用)为机制，伴随着流体还原作用，该机制下导致流体中与S络合的Au发生沉淀，而对与Cl络合的Ag、Cu、Pb、Zn以及OH形式络合的As等元素影响不大，并随流体迁移至浅部而未发生明显沉淀，因而会形成高金成色的颗粒金矿化。流体由深至浅向上演化过程中，温度(压力)逐渐降低，水/岩反应逐渐增强，流体还原作用增强，导致金矿化在约-2700m深度开始发生；至成矿晚期，浅部的断层活动导致压力显著降低，流体发生相分离，在该背景下，Au、Ag、As、Cu、Pb、Zn等元素的络合物均失稳，元素发生沉淀，进而形成多金属硫化物的矿物组合以及低金成色(含银)的颗粒金矿化。

　　图7 三山岛金矿成矿模式图

　　以上研究成果发表在国际权威期刊American Mineralogist上，本研究受国家重点研发计划“华北克拉通成矿系统的深部过程与成矿机理”项目(2016YFC0600105)和国家自然科学基金面上项目(41672094)等资助。

　　更多详情及引用请参考：

　　Peng, Hong-Wei, Fan, Hong-Rui*, Liu, Xuan, Wen, Bo-Jie, Zhang, Yong-Wen, Feng, Kai. 2021. New insights into the control of visible gold fineness and deposition: A case study of the Sanshandao gold deposit (Jiaodong, China). American Mineralogist, 106(1): 135–149.

　　https://pubs.geoscienceworld.org/ammin/article-pdf/106/1/135/5208374/am-2020-7475.pdf