夹皮沟矿集区位于华北克拉通北缘东段与中亚造山带东段之间的北西向拼贴带内,行政区划隶属于吉林省桦甸市管辖。其北东侧与大面积的古生代-中生代花岗岩衔接,南东侧属太古宙龙岗陆核的一部分,是中亚造山带东段的重要组成部分。多期次复杂的板块构造动力学转换使该区成为我国重要的构造-岩浆-成矿区。本文选择夹皮沟矿集区内典型金矿床(八家子、二道沟、小北沟)为研究对象,通过野外地质调查、流体包裹体分析、C-H-O-He-Ar同位素示踪及石英/黄铁矿LAICP-MS原位地球化学分析及热力学分析,系统探讨成矿流体来源、矿床成因及区域成矿模式。论文主要取得如下进展: 八家子、二道沟和小北沟金矿床矿体均呈脉状产于夹皮沟群三道沟组内,岩性以花岗片麻岩和斜长角闪岩为特征,严格受北西向夹皮沟断裂及其北西向、北东向断裂控制。围岩蚀变作用强烈且广泛,以硅化、绿泥石化、绿帘石化、绢云母化为主。成矿过程包括4个阶段:乳白色石英—少量黄铁矿阶段、黄铁矿—金—石英阶段、石英—多金属硫化物—金阶段和石英—方解石—少量硫化物阶段。 流体包裹体岩相学和显微测温分析指示矿集区典型金矿床成矿流体相似,均发育气液两相(VL型)、富CO₂相(CL型)、含CO₂三相(LC型)及纯CO₂相(C型)包裹体。成矿早期为中温、中低盐度的Na Cl-H₂O-CO₂体系,后来演化为中温、低盐度的Na Cl-H₂O-CO₂体系,晚期演化为低温、低盐度的Na Cl-H2O体系。成矿流体演化过程中发生流体不混溶作用。综合与成矿作用密切相关的岩体和金矿矿体的C-H-O-He-Ar同位素信息,表明典型金矿床早期成矿流体均主要来源于壳幔混源的岩浆流体,晚阶段有大气降水加入并参与了成矿作用。 黄铁矿LA-ICP-MS原位微量元素分析和面扫描研究表明,不同成矿世代黄铁矿背散射图像均无环带发育,暗示各阶段成矿流体物化条件均呈现较为稳定状态。八家子矿床黄铁矿可划分为四个世代:一阶段(Py1)、二阶段(Py2、Py3)和三阶段(Py4)。Au在Py1中含量极低,在边缘和微裂隙区域富集;在Py2-Py3颗粒中基本分布在Py3中;在Py4中在矿物核部富集。说明八家子矿床中的金在Py2到Py4中发生了溶解-再沉淀过程。二道沟矿床黄铁矿可划分为四个世代:一阶段(Py1)、二阶段(Py2、Py3)和三阶段(Py4)。Au在Py1中仅在空洞内零星分布;在Py2-Py3颗粒中基本分布在Py3中;在Py4中含量最高且均以可见金的形式出现。说明二、三阶段为二道沟的主要成矿阶段。小北沟矿床黄铁矿可划分为三个世代:一阶段(Py1)、二阶段(Py2)和三阶段(Py3)。Au在Py1和Py2中均在边缘和微裂隙区域富集;在Py3中含量最高且均以可见金的形式出现。说明三阶段为小北沟的主要成矿阶段。各个世代黄铁矿中不同元素的含量变化有效地反映了成矿热液流体物理化学参数的变化:Se、As含量的变化说明成矿温度的显著降低和CO₂逸出导致的p H值的升高对于主要成矿阶段的金属硫化物沉淀很重要;Au与Te元素呈正相关也暗示成矿流体具有幔源属性;Co、Ni的含量及比值特征显示成矿流体为壳幔混源的岩浆流体。 石英阴极发光图像显示典型金矿床石英中均不存在环带,说明热液流体微量元素分布均匀,并且来源统一。石英LA-ICP-MS原位微量元素分析结果显示,八家子矿床的石英中微量元素从岩体到矿体各阶段演化具有继承性。因此可以认为形成矿体石英的热液流体是从岩体的岩浆流体中演化而来的。通过各个矿床不同阶段石英中微量元素的对比,可以看出温度、p H值、CO₂含量等对于流体演化起着至关重要的作用。其中Li-Al、Rb-Sr两组元素的比值特征,与幔源岩浆热液有关的金矿最为相似,进一步佐证幔源流体与成矿作用相关。 基于流体包裹体显微测温获得的各个金矿床中不同阶段的成矿温度,结合矿物岩相学观察到的矿物共生组合特征及SUPCRT92数据库中的热力学数据,对八家子、二道沟和小北沟三个矿床进行热力学计算与模拟,结果显示金矿化的成矿环境均是成矿热液中的f _O2、f _S2、p H等因素发生改变,促使矿质从流体中析出,最终以金属硫化物为主的形式沉淀为矿,成矿早期主要为流体减压、降温导致流体不混溶作用发生,致使金属硫化物沉淀,晚期混入了大气降水。 结合区域构造演化特征,区域金成矿作用可能形成于早中侏罗世古太平洋板块向欧亚大陆第一次俯冲后由挤压向伸展环境的转换期内。综合前人研究结果,以及夹皮沟典型金矿床在矿化类型、流体来源、同位素组成以及微量元素特征等方面,可以得出夹皮沟典型金矿床集中形成于早-中侏罗世(178~170Ma)的中温热液脉型矿床。