头道川金矿床位于吉林省永吉县境内,大地构造位置上地处华北板块北缘与兴蒙造山带东南端的交汇部位,是吉林中部发现和开发较早但理论研究薄弱的一个小型金矿床。本文在收集区域地质矿产资料和矿区勘查资料基础上,通过野外调研、测试分析和综合研究,查明了头道川金矿床的地质背景、矿床地质特征、成矿地质条件和成矿物理化学条件,示踪了成矿流体和物质来源,确定了矿床成因;开展了成矿岩体的同位素年代学和地球化学特征研究,限定了成岩成矿时代,揭示了岩浆源区性质,结合区域构造演化的研究成果,讨论了成矿构造背景。头道川矿床的金矿体主要受NNE向断裂构造控制,呈硫化物-石英脉和石英-方解石脉产于早石炭世余富屯组变质火山岩中。原生金矿石中的金属矿物主要有黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿、碲银矿、碲金银矿和自然金等;非金属矿物则以石英、钾长石、绿泥石、绿帘石、斜长石、方解石为主。矿石主要呈块状、细脉状、晶洞状构造,金属矿物主要为自形-半自形-他形晶粒状结构、交代残余结构、交代浸蚀结构和固溶体分离结构。矿体及围岩中普遍发育硅化、绿泥石化、绿帘石化、绢云母化和碳酸盐化等蚀变现象,其中硅化、绿帘石化与矿化关系密切。根据脉体间穿切关系、矿石的矿物组合、矿物间交生关系及围岩蚀变特征,将矿化过程划分为石英-黄铁矿阶段、石英-金多金属硫化物阶段以及石英-碳酸盐阶段。其中,石英-金多金属硫化物阶段为金的主成矿阶段。头道川金矿床不同成矿阶段的流体包裹体岩相学、显微测温和激光拉曼光谱分析表明,成矿早阶段(石英-黄铁矿阶段)石英中主要发育富液相(L型)和富CO₂包裹体(C2型)包裹体,初始成矿流体为中温、中低盐度的CO₂-H₂O-Na Cl体系;成矿主阶段(石英-金多金属硫化物阶段)石英中富液相(L型)、富气相(V型)、纯气相(PV型)、含CO₂(C1型)和富CO₂(C2型)包裹体共存,其中L型、C1型和C2型最为发育,在此阶段流体发生不混溶作用,流体属于中低温、中低盐度的CO₂-H₂O-Na Cl体系;成矿晚阶段(石英-碳酸盐阶段)石英中仅发育富液相(L型)包裹体,流体已演变为低温、低盐度的H₂O-Na Cl体系。从早阶段至晚阶段,δ¹⁸O_H2O值的变化范围分别在3.64‰~5.44‰、2.20‰~3.54‰、0.50‰~1.00‰,δD值变化范围分别为-84.7‰~-66.3‰、-83.4‰~-80.8‰、-89.0‰~-84.3‰,表明成矿流体主要为岩浆水,在成矿主阶段和晚阶段有大气降水的混入。成矿作用从早到晚,成矿流体盐度和温度逐渐下降,在主成矿阶段发生的不混溶作用和大气降水混入作用可能是Au富集成矿的主要机制。矿石中硫化物的硫同位素组成均为负值,介于-7.5~-1.6‰,表明其主要来源于岩浆作用,同时有地层物质的混入;矿石铅同位素²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb变化范围为18.477~18.579,²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb变化范围为15.567~15.582,²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb变化范围为38.286~38.324,表明铅的来源具有壳幔混源的特点。结合与辽东五龙金矿床和胶东地区玲珑金矿床等典型石英脉型金矿床的对比,综合研究认为,头道川金矿床属于与花岗斑岩具有密切时空及成因关系的中温岩浆热液脉型金矿床。成矿花岗斑岩脉和穿切矿体的成矿后闪长玢岩脉的锆石U-Pb加权平均年龄分别为117.6±0.8Ma和115±2.9Ma,限定头道川矿区成岩成矿时代为早白垩世。岩石地球化学测试结果表明,成矿花岗斑岩的Si O₂含量为75.81%~76.91%,Al₂O₃含量为12.10%~12.60%,Na₂O含量为3.72%~3.81%和K₂O含量为4.11%~4.39%,Mg O含量为0.06%~0.13%,Ca O含量为0.17%~0.22%,具有高硅、富碱和贫钙镁的特征,属于高钾钙碱性、弱过铝质花岗岩。稀土元素总量(∑REE)为187.76×10^-6~215.65×10^-6之间,在球粒陨石标准化曲线图上,曲线较平坦,轻稀土元素较重稀土元素略富集,轻重稀土分异不明显,且表现出强烈的负δEu异常和弱的正δCe异常(δEu=0.06~0.07,δCe:1.30~1.54),呈现明显的“燕式分布”特征;微量元素总体富集Rb、Th、U等大离子亲石元素,亏损P、Ti、Ba、Sr、Eu等元素。根据以上岩石地球化学特征,判定花岗斑岩为A型花岗岩。结合区内同期花岗岩的对比研究及构造环境判别图解分析,本文认为头道川金矿区的花岗斑岩可能来源于与地幔物质有关的新生下地壳的部分熔融,成岩成矿作用发生于古太平洋板块俯冲后岩石圈伸展的构造背景。