黑海北金矿位于东昆仑造山带北缘昆仑河金矿带西端,距黑海湖西北约20km,是该矿带最西端的金矿床。前人的研究多集中于其地质特征与找矿潜力,对成矿物质、成矿流体来源及成因机制的研究较少。本文通过野外地质调查与室内分析,系统研究黑海北金矿床地质地球化学特征,明确其成因类型。 黑海北金矿区出露地层主要为奥陶-志留纪纳赤台群和早-中三叠世洪水川组。区内发育北西向F52和F53断裂,其中F53断裂与成矿关系密切。矿区侵入岩主要为二长花岗岩和花岗闪长岩,脉岩则以闪长岩脉为主。围岩蚀变以硅化和绢云母化为主,含少量绿泥石化和碳酸盐化。本文将黑海北金矿床的成矿期划分为热液期和表生氧化期。其中,热液期进一步分为贫硫化物-石英阶段和多金属硫化物-石英阶段,分别形成白色石英脉和烟灰色石英脉两种类型的矿石。 电子探针和LA-ICP-MS微量元素分析结果表明,硫化物中不可见金主要以固溶体(Au⁺)形式存在,Co/Ni比值接近1符合造山型金矿的特点。成矿流体向上运移的过程中温度降低,有利于As取代S进入黄铁矿,从而促进Au进入黄铁矿,也利于成矿后期硫化物的形成以及金属元素(Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sb)的沉淀。 由毒砂地温计估算出的贫硫化物-石英阶段毒砂形成温度平均为492℃,多金属硫化物-石英阶段毒砂形成温度平均为383℃。结合前人流体包裹体显微测温结果,认为黑海北金矿成矿流体属于中高温、中低盐度、中低密度的H₂O-Na Cl体系。 黑海北金矿含金石英脉中石英的δ¹⁸O_quartz估算值为+9.2‰~+13.9‰。据此估算贫硫化物-石英阶段和多金属硫化物-石英阶段成矿流体的δ¹⁸O值分别为+3.6‰~+8.3‰和+1.6‰~+4.3‰,甚至高达+6.8‰~+11.5‰和+6.5‰~+9.2‰。贫硫化物-石英阶段样品中石英的δD_VSMOW值为-97.2‰~-81.1‰,多金属硫化物-石英阶段样品中石英的δD_VSMOW值为-104.2‰~-89.9‰。据此认为,黑海北金矿成矿流体是一种特殊的变质水,并可能与大气水相互作用而遭受改变。 硫化物单矿物和原位微区硫同位素分析结果显示,贫硫化物-石英阶段和多金属硫化物-石英阶段硫化物的单矿物δ³⁴S_VCDT分别为+8.0‰~+8.7‰和+7.6‰~+8.5‰,原位微区δ³⁴S_VCDT分别为+8.4‰~+9.9‰和+9.2‰~+10.9‰。相对高且较稳定的硫同位素表明硫源来自深部成矿流体,与典型造山型金矿的δ³⁴S较为吻合。 铅同位素研究结果显示,贫硫化物-石英阶段石英脉中1件黄铁矿的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb比值为19.0007,²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb比值为15.7062,²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb比值为38.7655;多金属硫化物-石英阶段烟灰色石英脉中3件黄铁矿的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb比值为18.7219~18.8262,²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb比值为15.6959~15.7002,²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb比值为38.7356~38.8055。而黑海北金矿区6件泥盆纪花岗质围岩中钾长石的Pb同位素组成为:²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb比值为18.3532~19.4864,²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb比值为15.6475~15.6812,²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb比值为37.1750~38.4598。对比分析表明,两成矿阶段矿石中的硫化物与经年龄(三叠纪)校正后泥盆纪黑海北花岗质围岩的Pb同位素组成部分相似,这表明Pb源为深部成矿流体与泥盆纪黑海北花岗岩深部三叠纪Pb同位素组成的混合来源,并显示出与上地壳铅储层有一定亲缘性。 综合研究表明,黑海北金矿床属于造山型金矿床。其成因可能与早-中三叠世古特提斯洋板块俯冲或晚三叠世巴颜喀拉-松潘甘孜地体与东昆仑造山带的碰撞有关。板片来源的变质流体可能在三叠纪地球动力学演化过程中产生,并从高U/Pb和Th/Pb比值的源岩中淋滤出成矿物质。随后,这些流体不断向上运移至昆仑河金矿带中的次级断裂甚至整个东昆仑造山带中,并与少量的大气水混合后,在较浅的次级断裂中周期性地沉淀出石英脉。后期构造运动可能使先前形成的石英脉发生变形,形成角砾状矿石。