滇黔桂“金三角”地区分布着大量的卡林型金矿床。与该地区北部的黔西南金矿床相比,中南部桂西北金矿床关于成矿作用的研究还较为薄弱。前人针对桂西北金矿床的研究仅主要聚焦于矿床地质、成矿流体性质、成矿年代学等方面,而对其成矿作用的研究目前仍然缺乏详细的个例研究,尤其是在成矿物质来源上还存在着“岩浆热液来源”、“变质流体来源”、“沉积-盆地流体来源”等不同的观点。由脱碳酸化作用而沉淀形成的方解石与因硫化作用而形成的含金黄铁矿是研究热液矿床成矿作用与成矿物质来源的“指纹矿物”,两者的矿物学-地球化学特征为约束桂西北卡林型金矿成矿物质来源提供了新手段。本文以桂西北林旺和八渡金矿为研究对象,在矿物学研究的基础上,通过方解石稀土元素、Sr同位素、C-O同位素以及黄铁矿的微量元素组成以及S同位素等地球化学手段,对林旺和八渡金矿床的成矿物质、成矿流体性质、金的赋存状态等方面进行了详细的研究,主要获得了以下认识: (1)成矿期方解石的稀土元素特征显示,八渡金矿床中方解石的稀土元素配分模式表现为较为明显的具有正Eu异常的平坦型稀土元素配分模式,各稀土元素之间总体的变化相对较小;而林旺矿床成矿期方解石多为具有正Eu异常左倾的轻稀土元素亏损、中稀土元素富集的稀土元素配分模式。方解石稀土配分模式表明八渡、林旺金矿主成矿期成矿流体为酸性还原性流体,但八渡矿床的方解石的稀土元素配分模式可能受碳质泥岩组分与成矿流体发生的“水-岩反应”影响,使其未出现明显的MREE富集模式。 (2)成矿期方解石的Sr同位素特征显示,林旺与八渡矿床中方解石的Sr同位素比值(均接近0.7100~0.7110)远远大于泥盆纪(0.7084)、中三叠纪海水的Sr同位素(0.7075~0.7080)比值,而与华南寒武纪基底岩石的Sr同位素比值(0.7092)十分接近,并且林旺与八渡矿床热液方解石中的Sr含量(均>1500μg/g)都远远超过他们各自赋矿围岩的Sr元素含量(481μg/g左右),表明林旺、八渡矿床的成矿流体中的Sr不是来源于赋矿地层本身,而可能是来自盆地的寒武纪基底岩石或者岩浆热液在上升过程中从基底中淋滤出了放射性Sr。 (3)成矿期方解石的C-O同位素特征显示,林旺方解石δ¹³C_v-PDB变化范围为-0.98~-0.405‰(均值为-3.495‰);δ¹⁸Ov-smow的变化范围为18.56~22.42‰(均值为21.26‰);八渡方解石δ¹³C_V-PDB的变化范围为-3.87~-3.65‰(均值为-3.74‰),δ¹⁸Ov-smow的变化范围为16.52~17.42‰(均值为6.84‰)。这些数据反映林旺与八渡矿床方解石样品均具有较低的、稳定的δ¹³C值(均主要为负值)和差异较大的δ¹⁸O值,表明林旺、八渡金矿成矿流体的碳源可能是来自围岩中碳酸盐岩的溶解、深部岩浆与地层有机物质三方提供的混合碳。 (4)八渡金矿碳质泥岩中产出的含金黄铁矿(Py1)中Au、As的变化范围分别为9.41~28.73μg/g(平均为16.05μg/g)、11793~31078μg/g(平均为20064μg/g),而辉绿岩中产出的含金黄铁矿(Py2)Au的变化范围为5.25~10.38μg/g(平均为8.62μg/g),As的变化范围为10171~31406μg/g(平均为21911μg/g)。林旺矿床黄铁矿的核部(Py3a)和边部(Py3b)分别具有低As(105~395μg/g)、低Au(0~0.17μg/g)的特征和高As(>8768μg/g)、高Au(可达3.53μg/g)的特征。以上Py1、Py2、Py3b中的Au与As含量均呈正相关关系,且数据点均分布在Au最大溶解度曲线之下,表明不可见金在这三类含金黄铁矿中以晶格金(Au⁺)形式存在。 (5)黄铁矿原位硫同位素结果显示,八渡矿床碳质泥岩中产出的含金黄铁矿的δ³⁴S值的变化范围为18.6~19.22‰(平均为18.94‰),在辉绿岩中产出的含金黄铁矿的δ³⁴S值的变化范围为15.99~17.37‰(平均为16.95‰)。二者具有相近的硫同位素特征,都十分接近泥盆纪地层中成岩黄铁矿δ³⁴S同位素范围(11~37‰),这些成岩黄铁矿是由深埋在成岩过程中通过热化学硫酸盐还原过程(TSR)形成的,表明八渡成矿流体中的S源主要源自泥盆纪地层的沉积硫。而林旺金矿方解石脉中产出的边部含金黄铁矿的δ³⁴S值的变化范围为6.12~7.64‰(平均为6.93‰);核部黄铁矿的δ³⁴S值的变化范围为8.82~9.25‰(平均为9‰),其δ³⁴S非常接近可能林旺矿床赋矿围岩成矿前黄铁矿的δ³⁴S(8.4~13.8‰)范围,但边部黄铁矿的δ³⁴S有明显减小,可能是受以变质流体为主的成矿流体影响,使其δ³⁴S减小,因此林旺矿床成矿流体的硫源可能为为岩浆硫与围岩硫的混合。 (6)结合前人研究成果,本次研究认为林旺与八渡金矿床具有如下的成矿过程:在燕山中晚期,酸性还原性的深源流体沿深大断裂上涌,流经含有成矿物质的寒武纪基底后,携带着成矿物质在构造不整合面以及背斜核部低压扩容带等空间运移,并受到了大气降水后期流体的混合后,成矿热液因物理化学环境的改变与含铁碳酸盐矿物的围岩地层发生水-岩相互作用,诱发蚀变作用,置换铁碳酸盐矿物中的Fe并发生现硫化,可形成黄铁矿、毒砂等矿石矿物的共伴生组合,完成Au的析出与聚集。