日本菱刈金矿床

浅成低温热液型金矿床~

一、内容概述
自美国学者Lindgren于1922年提出浅成低温热液（Epithermal）这一术语以来，许多研究者不断对浅成低温热液型金矿的定义及分类进行补充和完善。目前，浅成低温热液金矿的基本含义是：金矿床形成于低温（300℃）、低压（10～50MPa）条件下，热液活动主要发生在火山-浅成岩体系统浅部；金矿化作用主要与火山活动有关，矿化作用发生在火山活动晚期，最终定位于火山地热系统波及范围内（王洪黎等，2009；Corbett G，2002）。浅成低温热液矿床主要集中发育在环太平洋带、加勒比和欧洲南部等地区。浅成低温热液金矿床主要形成于板块俯冲带上盘大陆边缘及岩浆弧和弧后的张裂带，主要集中于环太平洋、地中海-喜马拉雅和古亚洲3个巨型成矿域，伴生矿种较多，主要是银、铜、铅、锌矿床。矿体主要呈条带状脉、复合矿脉、裂隙网脉和席状脉产出。
流体包裹体研究表明，成矿流体为低温热液，偶尔可见含子晶的水溶液包裹体，缺乏H2O-CO2包裹体（陈衍景等，2007）。许多研究者认为浅成低温热液金矿床形成过程中有岩浆热液的参与，尽管其含量较少，但对成矿元素的运移起了至关重要的作用（Williams，2005；Heinrich C A，2005）。与成矿有关的侵入岩对成矿系统的贡献主要取决于岩浆的来源、岩浆分异过程控制挥发组分和出溶组分的能力3个关键因素（Lang，2001）。浅成低温型矿床缺乏高温蚀变组合，只发育典型的低温蚀变组合，总体上具有淋滤蚀变特征。近年来的研究显示，斑岩铜矿与浅成低温热液矿床在空间上存在密切联系。Corbett（2002）用图解方式表述了浅成低温热液型矿床与其他类型矿床之间的内在联系（图1）。最近，Heinrich et al.（2004）、Willians和Heinrich（2005）认为蒸气冷却收缩是从斑岩铜金矿至浅成低温热液型（铜）金矿形成的主要机理。
浅成低温热液矿床分为高硫化型和低硫化型两种类型。两种类型浅成低温热液金矿床的形成受区域构造背景控制，高硫化型矿床主要形成于挤压应力场环境，而低硫化型矿床主要产于张性或中性环境下。由于成矿构造背景不同，两者的成矿机理也不相同，沸腾可能是导致低硫化型浅成低温热液型矿床贵金属和贱金属沉淀的主要原因，沸腾期间的去气（如H2S、H2Te、Te2）作用可以促进银金矿和贱金属硫化物的沉淀；高硫化型矿床的形成主要受流体的混合控制（Carrillo，2003）。低硫型矿床自下而上显示由绢云母经伊利石变为蒙脱石的分带性，高硫型矿床顶部发育孔状石英/硅酸盐、硅华和高级泥化带。低硫化物矿石通常与含石英和/或玉髓以及数量不等的冰长石、方解石、菱镁矿、含钾云母、绿泥石和黄铁矿有关。高硫化物金±铜±银矿石与石英、深成黏土矿物、云母和硫酸盐脉矿物紧密相关，深成的硫、明矾石和自然硫非常典型。一些在低硫化物矿床中常见的矿物（如方解石、菱锰矿、冰长石）在高硫环境下缺乏。
结合流体相稳定关系和流体包裹体分析结果，Henrich建立了成矿的热动力学模型，将浅成低温矿床与斑岩型矿床联系起来，并较完整地解释了空间上的蚀变关系（倪志勇等，2011）。金从岩浆热液被运移到低温环境基本的化学要求是：①研究流体中的S与除铁结合外，存在多余的S；②在流体运移过程中，围岩可以不断中和由H2S＝H＋ ＋HS-产生的H＋，使多余的HS-/H2S维持在较高值。前一条件可以通过从流体的相分离实现，后一条件要求围岩中存在大量富K矿物（如钾长石等）。这一模式使斑岩型矿床与浅成低温矿床的内在联系得到合理解释。

图1 岩浆弧背景下浅成低温热液型、斑岩型Au-Ag矿床和矽卡岩型矿床形成的概念模型

（据Corbett，2002）
二、应用范围及应用实例
（一）日本菱刈金矿
菱刈（Hishikari）低硫型浅成低温热液金矿床位于日本Kyushu金矿省的南部，该地区主要由Shimanto沉积岩、晚更新世至更新世的安山岩-流纹英安岩和冲积层组成。菱刈矿区包括Honko、Sanjin和Yamada 3个矿床。菱刈矿床中的矿脉总体走向NE50°，北倾70°到直立，具有对称条带结构和拉断构造、断层泥及拖曳褶皱等变形指示，表明这些矿脉是在拉伸条件下形成的。在Honko⁃Sanjin带，高品位的金矿化与围岩的绿泥石-伊利石蚀变有关，金矿化年龄为0.90～0.97Ma（Watanable et al.，2001）。矿脉主要含石英、冰长石、蒙脱石，含少量高岭土、白钙镁沸石和方解石，主要金属矿物有银金矿、硒银矿-辉硒银矿、深红银矿、黄铜矿、黄铁矿和白铁矿，含少量闪锌矿、方铅矿和辉锑矿。这些矿脉含有许多具有不同粒度矿物的条带，从围岩到矿脉中央，一个典型的矿物沉淀顺序为从冰长石经过冰长石-石英到石英，然后再出现蒙脱石。这种连续性在单个矿脉中可重复。稳定同位素研究发现（Faure，2002；Hayashi，2001），菱刈矿区的成矿流体为岩浆水和大气水的混合，或者是岩浆水与沉积岩发生强烈交换的大气水。深部地壳流体沿着与Shishimano流纹英安岩与岩浆水和大气水发生混合。深部地壳流体可能被储存在脆-韧性转换带之下（Gough，1986），并且在伸展环境下，与上地壳中沿垂直裂隙上升的Shishimano流纹英安岩岩浆一起流出释放（图2）。

图2 菱刈（Hishikari）矿床成矿模式图

（据Hosono et al.，2004）
总之，该矿床具有如下特征：①矿床在拉伸条件下形成，矿脉具有对称条带结合和拉断构造、断层泥及拖曳褶皱等变形指示；②矿脉含有许多具有不同粒度矿物的条带，从围岩到矿脉中央，矿物沉淀顺序为从冰长石→冰长石-石英→石英→蒙脱石；③围岩蚀变主要有硅化、萤石化、泥化、冰长石、明矾石化。
（二）菲律宾Lepanto铜金矿床
Lepanto铜金矿床位于环太平洋火山带的菲律宾北部Mankayan地区，中央科迪勒拉造山带近南北向背斜的东翼。矿区内Far Southeast 斑岩型Cu-Au矿床和浅成低温热液贵金属和贱金属矿床相伴生，二者在空间上相近。另有一角砾岩筒穿切斑岩型岩化、Balili火山碎屑岩与Imbanguila英安岩（Hedenquist et al.，1998）。
大部分矿体围岩为基底变质火山岩和火山碎屑岩。Lepanto高硫型矿床以Imbanguila英安岩为基底，由Lepanto断层和与之相交的不整合所控制。硅化和石英-明矾石蚀变晕呈蘑菇状沿不整合面分布。热液蚀变有硅化、明矾石化、泥化等，渗滤硅化带在英安角砾岩和不整合面发育最好。矿田蚀变带如图3所示，钾硅酸盐化位于斑岩体中心部位，向外为叶蜡石-水铝石-黏土矿物蚀变带，此带延伸至浅成低温热液矿区，构成其蚀变外带，“硅帽”与石英-明矾石化蚀变带和高硫矿化密切相关，与高硫型矿体具有一致的空间分布特征。蚀变的类型和形式与围岩的成分密切相关，淋滤硅化带在英安岩、角砾岩和不整合面发育最好。含矿硅化带具有泥化蚀变晕，并含有原地高岭石、迪开石、水铝石、叶蜡石和自然硫。
总之，该矿床具有如下特点：①该类型矿床在空间和成因上与斑岩铜金矿床关系密切；②矿田由Lepanto断层和与之相交的不整合所控制；③蚀变的类型和形式与围岩的成分密切相关。围岩蚀变主要有硅化、石英-明矾石化、泥化等，“硅帽”、蚀变带与高硫矿化密切相关，与高硫型矿体具有一致的空间分布特征。

图3 Lepanto⁃Far Southeast矿田蚀变剖面图

（据Hedenquist et al.，1998）
三、资料来源
陈衍景，倪培，范宏瑞等.2007.不同类型热液金矿系统的流体包裹体特征.岩石学报，23（9）：2085～2018
毛景文，张作衡，王义天等.2012.国外主要矿床类型、特点及找矿勘查.北京：地质出版社，51～73
王洪黎，李艳军等.2009.浅成低温热液型金矿床若干问题的最新研究进展.黄金地质，30（7）：9～13
Carrillo R F J，M orales R S，Boyce A J et al.2003.High and intermediate sulphidation environment in the same hydrothermal deposit：The example of Au⁃Cu Palai Islica deposit，arboneras（Almera）// Eliopoulos et al.Proceedings of the Seventh Biennial SGA Meeting⁃Mineral Exploration and Sustainable Development.Rotterdam：Mill press Science Publishers，445～448
Corbett G.2002.Epithermal gold for explorationists.AIG Journal Applied Geoscientific Practice and Research in Australia，1～26
Heinrich C A.2005.The physical and chemical evolution of low⁃salinity magmatic fluids at the porphyry to epithermal transition：a thermo⁃dynamic study.Mineralium Deposita，9：864～889
Hosono T，Nakano T.2004.Pb⁃Sr isotopic evidence for contribution of deep crustal fluid to the Hishikari epithermal gold deposit，southwestern Japan.Earth and Planetary Science Letters，222：19～36
Lang J R，Baker T.2001.Intrusion⁃related gold systems：the present level of understanding.Mineralium Deposita，36：477～489
Peter M，Hillary D，Thirlwall M F et al.2002.Small scale variations of 87 Sr⁃86 Sr isotope composition of baritein the Madjarovo low⁃sulfidation epithermal system，SE Bul galia，implications for source of Srfuxes and pathways of the ore⁃forming fluids.Mineralium Deposita，37（6～7）：669～677
Williams⁃Jones A E，Heinrich C A.2005.Vaportransport of metals and the formation of magmatic hydrothemal ore deposits.Economic Geology，100（7）：1287～1312

一、概 述
“浅成低温热液”这一术语可追溯至1922 年，是由美国学者 W. Lindgren 在对热液矿床按其形成的温度和深度进行分类研究时首次提出的。在其 1933 年给出的定义中， “浅成低温热液”用来规范流体的来源、成矿深度和成矿温度等。该词具有浅成热液和低温热液的双重涵义，即地壳深部热液上升到浅部 ( ＜1. 5km) ，在较低温度 ( 50 ～ 200℃) 和压力条件下形成的矿床，矿床形成的温度与其形成深度一般为正消长关系。我国的一些地质学家曾将浅成低温热液型金矿床称为陆相火山岩型金矿床、火山 － 次火山岩型矿床等，强调的是火山 － 岩浆本身的热液系统，同时也注重成矿地质环境的低温、浅成等特点。目前，浅成低温热液金矿的基本含义包括: 在低温 ( ＜ 300℃) 、低压 ( 10 ～50MPa) 条件下，以大气降水为主的低盐度成矿流体，在火山 － 浅成岩体系统浅部由热液活动形成的矿床; 矿化作用主要发生在火山活动晚期，最终定位于火山地热系统波及范围内。从这种意义上说，浅成低温热液金矿包括了火山岩型、次火山岩型以及部分斑岩型金矿床。这类矿床因规模大、分布广，已经引起了国内外同行的广泛关注 ( 卿敏等，1993; 刘应龙，1999; 陈根文等，2001; 江思宏等，2004; 胡朋等，2004; 郭玉乾等，2009; 王洪黎等，2009) 。
已有资料初步显示，浅成低温热液型金矿床主要形成于岩浆弧及弧后的张裂带，主要集中产在环太平洋、地中海 － 喜马拉雅和古亚洲 3 个巨型成矿域，伴生矿种较多，主要是银、铜、铅、锌矿床。表 1 列出了部分代表性金矿床。
表 1 全球部分重要浅成低温热液型金矿床及其储量


资料来源: P. Laznica，2006; 吴美德，1993
20 世纪 80 年代，浅成低温热液型金矿床被划分为低硫化型和高硫化型; 或者划分为明矾石 － 高岭石型 ( 酸性硫酸盐型) 和冰长石 － 绢云母型 ( 低硫化型) 。在此基础上，N. C. White 等 ( 1990) 系统总结了低硫化和高硫化低温热液矿床的特征。G. Corbett ( 2002) 将低硫化型矿床进一步划分为岩浆弧型和裂谷型两类，然后再根据矿床形成深度和矿物组合将岩浆弧型划分为石英 － 硫化物 Au ± Cu型 ( 如凯利安矿床、拉多拉姆矿床) 、碳酸盐 － 贱金属 Au 型 ( 如安塔莫凯矿床) 、低温热液石英脉Au － Ag 型 ( 如伊迪克里克矿床) 等矿床 ( 表 2) 。这些矿床在形成深度、矿物组成、围岩蚀变等方面都存在较大差异。裂谷型低硫化浅成低温热液矿床，如日本的菱刈，由冰长石 － 绢云母型 Au － Ag矿石组成，形成于岩浆弧或弧后的裂谷环境，它不仅产有石英 － 硫化物 Au ± Cu 型矿体，而且还产有多金属 Au ± Ag 型矿体。
表 2 不同类型低温热液金矿床的主要特征


资料来源: G. Corbett，2002
从矿床空间展布看，上述各类低硫化型低温热液矿床也具有一定的分带性和叠置的情况。一般来说，表 2 中列出的前 3 种低硫化型矿床随时间推移而渐次更替，石英 － 硫化物 Au ± Ag 型矿床产在最深部，靠近斑岩型铜金矿床，其次为碳酸盐 － 贱金属型 Au 矿床，再次为浅成低温热液石英脉型金银矿床。浅成低温热液石英脉 Au － Ag 矿床最靠近地表。例如，在巴布亚新几内亚的莫罗贝金矿田，哈马塔 ( Hamata) 石英 － 硫化物金矿床处在最深部位，希登瓦利 ( Hidden Valley) 、凯里门盖和 “上脊”( Upper Ridges) 碳酸盐 － 贱金属型矿床处在中间部位，伊迪克里克 ( Edie Creek) 富矿的浅成低温热液石英脉型 Au 矿床则是在更靠近地表的部位。此外，凯里门盖矿床显示数百米规模的垂直分带，从石英 － 硫化物 Au ± Cu 型，到碳酸盐 － 贱金属 Au 型，最高部位和侧向为浅成低温热液 Au － Ag矿化型，所有这些矿床都产在一条断层与爆破角砾岩筒边缘的接触部位。
二、地 质 特 征
1. 区域地质背景
从大地构造环境上看，浅成低温热液型金矿床主要产于会聚构造环境，形成于板块俯冲带上盘大陆边缘及岛弧的岩浆弧和弧后岩浆带。智利的高硫化型与低硫化型金矿床表明，它们的形成在构造背景上具有一定的差异。高硫化型矿床形成的构造背景为: 板块垂直俯冲，俯冲倾角中等，区域应力场为弱挤压或扭压性质，板块聚合速度快。而低硫化型矿床形成的构造背景为: 板块斜向俯冲，俯冲倾角较陡，区域应力场为中等，板块聚合速度较快。
大多数情况下，浅成低温热液矿床在空间和时间上与陆相火山岩或次火山岩侵入体有关。一般是中心型到近源型，主要产于中性到酸性火山环境中，还可以产在双峰式火山岩套中，很少产在基性火山岩中。在钙碱性或碱性岩套内也产有重要矿床。总体来说，该类型矿床产在 I 型或 A 型岩浆岩、在某种程度上显示出碱金属富集的岩套中，成因与岩浆岩关系密切，成岩、成矿时代接近。
岩浆岩主要为钙碱性岩或斑岩。与成矿有关的岩浆组分具高钾特征。例如，环太平洋地区浅成低温热液金矿床与钾质火山岩密切相关。与成矿有关的侵入岩对矿床成矿系统的贡献主要取决于岩浆的来源、岩浆分异过程控制挥发组分能力和出溶组分能力 3 个关键因素。
2. 矿床地质特征
( 1) 矿体产状
矿体主要呈条带状脉、复合矿脉、裂隙网脉和席状脉产出 ( 图 1) 。矿体很少能够充满整个脉体构造，沿走向和倾向被不够品位的矿脉和脉石包围。矿化一般形成于较浅的位置，但延深大，可达 500 ～ 1000m 以上，其中美国科姆斯托克、克里普尔克里克矿床垂向矿化范围超过 1km。
对于低硫化矿床而言，矿化以开放孔隙和孔洞充填为特征，通常为陡壁脉、层状脉充填物，并有多期角砾岩化;近地表处为网状脉或浸染状矿化，具体取决于当地赋矿岩石的原生和次生渗透性。
对于高硫化矿床而言，矿化一般为浸染状，或者产在白云母 － 叶蜡石蚀变中，或者产在石英脉中; 开放孔隙和孔洞充填不常见; 矿化通常与前进泥质蚀变有关。
( 2) 蚀变类型
主要蚀变类型有硅化、碳酸盐化、黏土化、冰长石化和明矾石化。不同矿床蚀变类型大体相同，在空间呈现规律性的分带。
1) 硅 化: 硅 化是 浅 成 低 温 热液 金 矿床的 常 见 蚀变。“灰硅石”是隐伏矿体的指示标志。

图 1 智利埃尔印第奥矿床剖面图( 引自戴自希，1990)

2) 碳酸盐化: 碳酸盐化是碳酸盐 － 贱金属 Au 矿床的特征之一。碳酸盐化在空间上常出现分带现象，表现为地壳较高部位以铁碳酸盐为主 ( 菱铁矿) ，到中间部位变为以锰碳酸盐 ( 菱锰矿) 、镁碳酸盐 ( 铁白云石、白云石) 为主，在最深的地壳部位为钙碳酸盐 ( 方解石) 。矿物沉淀在很大程度上起因于上升矿液与重碳酸盐水的混合，后者往往派生于高部位长英质侵入体。
3) 黏土化: 有叶蜡石化、高岭土化、蒙脱石化、伊利石化。虽然黏土化蚀变与矿体没有直接关系，但作为矿体外围蚀变，黏土化蚀变易于识别，是浅成热液矿床勘查的重要标志。对于低硫化矿床而言，水、岩比值高的地区有密集的白云母; 随着温度的降低，黏土化成为主要蚀变，气体蒸发，可以产生泥质蚀变; 它们位于由深部流体产生的蚀变周边或叠加在该蚀变之上。对于高硫化矿床而言，深部矿床中有强烈的叶蜡石 － 白云母蚀变; 浅部矿床中有块状氧化硅核 ( 通过酸淋滤和氧化硅活化而成) ，氧化硅核具狭窄的冰长石和高岭石带，向外是白云母和夹层黏土。
4) 冰长石化和明矾石化: 冰长石化是钾长石的低温变种，是一种典型的低温热液矿物，是低硫化型矿化的标志性矿物，它是金银矿化的矿体定位的重要标志。明矾石化蚀变是近矿蚀变，与矿体关系密切，是高硫化型矿化的标志矿物，指示矿体的主要赋存部位。
( 3) 矿石矿物组合
金、银是主要的矿化元素，一般形成 Au － Ag 组合的矿床，也有可能为 Ag － Pb 组合的矿床。同时，还有较高含量的 Hg、As、Sb 及微量的 Tl、Se 和 Te。Au/Ag 比值范围变化较大，银的含量明显高于金。主要矿石矿物为自然金、自然银、螺硫银矿、含银砷碲硫盐，局部有硫化物的富集。常见方铅矿、闪锌矿，铜常以黄铜矿形式出现，在有些矿床中产有硫砷铜矿、黝铜矿和砷黝铜矿，有些矿床中还产有大量的辰砂、辉锑矿和硒化物。
( 4) 成矿时代与成矿温度
浅成低温热液矿床的形成时代与所处的大地构造演化有密切的关系，成矿时代主要为中新生代。例如，据郭玉乾等 ( 2009) 报道，菲律宾的勒班陀矿床的成矿年龄为 1. 5 ～1. 2Ma，印度尼西亚莱罗基斯 ( Lerokis) 和卡里库宁 ( Kali Kuning) 矿床的成矿年龄为 4. 7Ma，阿根廷的 Agua Rica 成矿年龄为 4. 9 ～6. 3Ma，智利的拉科伊帕和埃尔印第奥矿床的成矿年龄分别为 20 ～24Ma 和 11 ～12. 5Ma。
我国东部地区除台湾的金瓜石金矿形成于更新世外，其余多数浅成低温热液金矿形成于中生代的侏罗纪—白垩纪时期，成矿年龄均在 145 ～ 67Ma 之间，如黑龙江团结沟金矿的成矿年龄为 144Ma、辽宁二道沟金矿成矿年龄为 127Ma、山东七宝山金矿成矿年龄约 124Ma、福建紫金山矿区该型金( 银) 矿床的成矿年龄在 94 ～111Ma 等，20 世纪 90 年代以来，在我国西北地区发现一大批形成于晚古生代的浅成低温热液型金矿床，如新疆阿希金矿床，其成矿时代为 ( 275 ±5) Ma。
低温热液型金矿床的流体包裹体研究表明，成矿温度一般在 200 ～ 300℃，平均温度为 240℃ 左右，盐度一般低于 3% ( NaCl) ( 质量当量) 。
( 5) 矿床空间分带
英国矿床学家 R. H. 西里托 ( 1997) 指出，在火山岩区许多斑岩型铜矿系统高部位多发育有浅成热液贵金属矿脉和含硫砷铜矿块状硫化物矿脉。它们发育在上部泥化蚀变带内，是斑岩型铜矿床系统上部火山岩段的一个组成部分，它们共同组成火山岩区的热液系统。他认为，在低温热液矿床下可能有斑岩型铜矿。这种低温热液系统与斑岩系统在空间上相互套叠。一个典型实例是，菲律宾勒班陀高硫化型浅成低温热液矿床产在远东南斑岩型铜金矿床之上 ( 图 2) 。

图 2 菲律宾勒班陀矿床 ( 浅成低温热液型) 与下伏远东南 ( 斑岩型) 铜金矿床的关系( 引自 A. Jr. Arabis 等，1995)

从成矿作用来看，套叠作用是十分重要的。因为通过两种或更多种矿化环境产物的叠加，会生成新的特大型矿床。套叠作用可导致以侵入体为中心的系统早期沉淀的金属受到热液淋滤，发生再富集。从勘查角度看，这种套叠模型提示我们，在浅成低温热液金矿床的深部，要注意寻找斑岩型矿床。
三、矿床成因和找矿标志
1. 矿床成因
关于此类矿床成因，L. J. 布坎南 ( 1981) 对北美西南部 60 多个矿床进行了对比研究，从矿床容矿围岩、成矿时代、裂隙构造、金属垂向分带等 14 个方面，总结了低温浅成热液金矿床的特征，进而提出了墨西哥瓜纳华托矿床综合性浅成热液金银矿床成矿模式 ( 图 3) 。A. 潘捷列耶夫 ( 1988) 曾以加拿大科迪勒拉的浅成热液金—银矿床为例，介绍了该类型矿床的成因模式。在该文中，也引用了L. J. 布坎南 ( 1981) 提出的成因模式。

图 3 墨西哥瓜纳华托浅成火山热液金银矿床成矿模式理想剖面图( 引自 L. J. 布坎南，1981)

该模型示出了浅成热液矿床的垂直和水平矿化分带。在古地表附近是玛瑙和黏土矿物，向深处变为无矿方解石，然后是石英和方解石，再向下是石英、方解石、冰长石和贵金属，最后在更深层位上变为石英、冰长石和贱金属。上部贵金属和下部贱金属之间的分界面是流体周期性的沸腾面。沸腾作用形成爆破的角砾，在断裂附近形成细脉和网脉，从而形成一个处在沸腾面以上的漏斗状构造系统，及由下部大脉构造和上部小脉、网脉组成的构造体系。在这个界面上，CO2、H2S 为蒸气相，剩余流体中 pH 值升高，温度略有降低，氧逸度略升高。由于发生沸腾作用，首先是贱金属沉淀，然后是银的硫化物沉淀，最后是金的沉淀。由于断裂系统的周期性裂开，引起周期性的沸腾，并在静水压力条件所允许的深度以下引起矿物沉积，从而在矿床内形成角砾岩化和条带状矿脉充填。这个模式将矿物分带、蚀变分带与矿床成因有机地结合起来。
R. B. 伯杰 ( 1983) 曾对此类矿床的成因提出了 3 种模式: ①热泉沉积模式，该模型认为贵金属是在热液系统的近地表部分沉积的，这一部分的热液系统在地表的表现形式是热泉、喷气孔和间歇喷泉，矿化作用发生在喷口之下很浅的地带和/或在角砾岩内; ②叠置对流模型，该模型认为贵金属是在较冷的地表腔与热液腔界面上或沿界面沉积的，形成侧向分带; ③封闭对流腔模型，由于垂向对流，贵金属沿连续的垂直带沉积。
近年来，Heinrich ( 2004) 、Jones 等 ( 2005) 等先后提出了等温退缩 － 蒸气收缩模式和蒸气冷却式。这两种模式思路基本一致，认为深部熔融的岩浆释放出富含 Au、Cu 等成矿元素的岩浆流体蒸气，这些蒸气分离出少量的富含 FeCl2卤水和大量低盐度的富含 H2S、SO2、Cu、As、Au 等水蒸气，在随后的冷却收缩过程中高温蒸气中的硫铁比值增大，黄铁矿沉淀，形成贫铁富硫的液相流体，这种低盐度的岩浆热液流体能在较低温度下携带高浓度的 Au 至浅成低温环境。这些流体携带金属物质，沿构造通道或岩相界面侧向迁移，由于发生流体沸腾，岩浆流体与大气降水混合，Cu、Au 等沉淀，从而形成浅成低温热液矿床。
G. Corbett ( 2002) 建立了低硫化型和高硫化型浅成低温热液型金矿床产出的构造环境、成矿流体的演化模式，以及各亚类矿床的空间相互关系 ( 图 4) 。
低硫化低温热液 Au － Ag ± Cu 矿床的发育源自于近中性的稀释流体，这种流体主要为热液循环单元内的天水，通常受相当大深度处的矿源侵入岩的驱动。因此，低硫化矿床一般主要发育在被活化的扩容构造环境，其常见特征主要是由多次热液矿物沉积事件构成的条带状矿脉。有些矿物沉积事件主要源自于岩浆来源的含金流体，在深部循环的天水携带有岩浆组分时，会导致低品位金矿化的形成，而在浅部循环的天水有时是无矿的。地下水系统可能会向下涌入热液系统，或者是与热液循环单元相互作用，成为矿质淀积过程的一种重要特征 ( 图 4) 。

图 4 低硫化型与高硫化型浅成低温热液型金矿床产出的构造环境与成矿流体的演化( 引自 G. Corbett，2002)

2. 找矿标志
关于浅成低温热液矿床的找矿模型与标志，国外有众多文献论述，这里以戴自希 ( 1990) 的资料为基础，进一步总结此类矿床各类找矿标志。
( 1) 地质构造找矿标志
1) 从整个环太平洋构造 － 成矿域来看，无论是高硫化型还是低硫化型的浅成低温热液矿床，它们所处的地质构造部位大体相同。浅成低温热液金矿床往往产在岛弧和大陆边缘环境。根据现代火成岩的分布及其类型，可以识别出早先的汇聚板块的边缘或岛弧环境。
2) 浅成低温热液矿床往往与火山活动形成的火山机构和由火山作用形成的构造有关，常常形成于破火山口环境中，因此，在区域勘查中要注意古火山机构的识别，尤其是火山中心、破火山口、火山洼地、火山穹窿等。
3) 由于破火山口往往有火山角砾岩筒，矿体产在破火山口中的角砾岩带或破火山口周边的放射状及环状断裂中。这种破火山口在地貌上常形成低平火山口，并且被季节性湖泊所占据。
4) 多数浅成低温热液矿床是在浅部形成的。因此，在已知深剥蚀地区的远景不大。剥蚀深度可以根据保存下来的火山岩范围和侵入体的性质及规模估算出来。根据矿脉充填类型和充填程度、蚀变类型和蚀变强度、流体包裹体的成矿温度，可以推测矿体在现代地表以下的深度。
( 2) 基底找矿标志
中、新生代火山岩层之下的基底地层是控矿的重要因素之一。因此，能否形成浅成低温热液矿化的主要因素不是火山岩的分布，而是地表以下的深部侵入体的分布。一般认为，基底地层为金矿化提供了有利的条件。一是地层含金性为金矿化提供部分金的来源; 二是基底的张性断裂、裂隙为矿液运移和沉淀提供了良好的场所。例如，在日本菱刈金矿床，新第三纪火山岩之下的基底为白垩纪至老第三纪，主要为黑色页岩和砂岩组成的四万十群。原来只考虑在新第三纪安山质凝灰岩中勘查此类矿床，后令人惊奇地在四万十群中发现高品位矿脉，并在四万十群与安山岩类不整合面上赋存富矿。由于基底突起所产生的 NEE 向裂隙，导致热液流入，而基底突起的原因是侵入体斑岩岩浆所致。因此，在寻找此类矿床时，在大面积火山岩中要有基底的出露，并在其界面附近基底有隆起带和构造窗，以及基底上的火山构造洼地，尤其是火山洼地内，带有隆起结晶基底的上升断块的边缘部分，找矿远景较大。
( 3) 岩石学找矿标志
1) 偏酸性的火山岩 ( 安山岩和英安岩类) 发育的地区，地热系统发育，岩浆活动为热液活动提供了热源，促进热液的对流循环，并把岩浆组分带到热液系统中。国外大量研究表明，富碱的火山岩往往具有相同的地球化学特征，即具有异常高的氧逸度和富含挥发分。因此，应当确定区域陆相火成岩区的范围，即火山岩和侵入岩，其中钙碱性火成岩区远景最大。
2) 浅成低温热液矿床在空间上往往与隐爆角砾岩有关。它是次火山作用的产物，形成于次火山岩岩枝顶部，依据岩石破碎程度和成分不同，可以划分为爆破中心带和爆破外侧破碎带。中心带角砾圆滑且粒径小，成分复杂，胶结物含量多于角砾成分，表现为基底胶结，角砾岩多出现硅化蚀变和重结晶现象。金及金 － 银矿化多与爆破中心有关，矿体形成于爆破中心，爆破外侧破碎带角砾多为围岩角砾，成分较为单一且粒径较大，角砾棱角清楚，胶结物较少，金及银多金属矿化多发生在外侧破碎带中，矿体多呈脉状和网脉状 ( 郭玉乾等，2009) 。
( 4) 蚀变找矿标志
浅成低温热液矿床的蚀变较为常见，范围较宽，单凭某种蚀变很难准确地确定矿化范围。但低pH 值蚀变矿物组合的分布范围与下伏矿体的大小成正相关。据此可以确定矿化远景的范围。其中，矿物组合包括下列某几种或全部矿物: 明矾石、绢云母、伊利石、冰长石、高岭土以及其他黏土矿物。这些矿物在矿体周围形成一个晕圈。例如，在墨西哥瓜纳华托地区，裂隙附近的低 pH 值蚀变矿物组合，包括伊利石、蒙脱石和埃洛石，向外过渡为绢云母、伊利石和蒙脱石。
( 5) 地球物理找矿标志
1) 浅成低温热液金矿床形态变化多端，从细脉状到大的浸染型矿床，所处的地质环境亦多种多样。因此，浅成热液金矿的地球物理特征范围较宽。伴随着矿床的热液蚀变作用常常引起岩石物性的明显变化。例如，磁化率和剩磁减弱。一般情况下，因钾的含量增加使放射性强度增大，电阻率的变化可达两个数量级，密度的增加或减小取决于围岩和蚀变作用的性质 ( R. J. Irvine 等，1992) 。
2) 航磁测量对圈定控制浅成热液金矿位置的主构造是有效的，也可探测出由热液蚀变作用而导致磁性破坏所引起的磁力低值异常。放射性测量可探测伴随着热液蚀变而产生钾的富集。滤波和图像处理方法对增强磁测和放射性数据以揭示细小构造和蚀变系统尤其有用。地面地球物理方法对圈定钻探靶区起着重要作用。井中重力测量有助于圈定主构造、基底隆起和蚀变带。埋藏的良导蚀变系统可由电阻率方法、电磁法及大地电磁法确定。
3) 从矿床发现过程来看，地球物理方法在矿体的定位中发挥了作用，其最有效的方法是 CSAMT和电阻率法。例如，日本菱刈金矿床的主要标志为: ①低电阻、高重力异常区; ②矿脉上部的黏土化蚀变、基底隆起和不整合面附近的破碎带及热泉。其中，地球物理方法在该矿床发现中起着关键的作用。
( 6) 地球化学找矿标志
1) 在区域上，与蚀变作用有关的常量元素 ( K、Na、Ca、Mg、Si) 地球化学标志，可圈定大范围的热液蚀变带，与金有关的元素可有效地圈定潜在矿化的热液系统。
2) 水系沉积物测量、土壤测量及大样可堆浸金方法 ( BLEG) ，都存在 Au、As、Sb、Hg 等元素的异常。在一些矿床中，明显存在汞的异常 ( 如印度尼西亚的凯利安金矿) 。
3) 矿床矿物和原生晕具有垂直分带性 ( 表 3) ，Hg、As、Sb 为典型矿床前缘晕元素，Mo、W、Co、Ni 为典型矿床的尾部晕元素。
表 3 高硫化型和低硫化型金 － 银矿床矿物地球化学晕的某些特点


资料来源: В. Б. Чекваидзе 等，2006
4) 近年对日本菱刈矿床的研究表明，矿体周围的蚀变岩明显存在氧同位素的分带现象，全岩氧同位素分区和石英脉的填充矿化有关 ( B. E. Taylor，2007) 。据称，氧同位素分带有可能延伸到地表，有时可延伸到盲矿体之上 200m，从而可能有效地指示深部矿化的部位。
( 7) 其他标志
从矿床空间分布来看，套叠模型揭示了斑岩型铜金矿床与浅成低温热液型金矿床的空间关系，同时将两者的成因统一起来 ( P. C. Eaton 等，1993; R. H. 西里托，1997) 。在寻找以侵入体为中心的矿化系统时，必须考虑这种套叠模式，尤其在勘查高硫化的低温热液矿床时更应注意。套叠作用的野外证据有: ①斑岩侵入体和 ( 或) 晚期岩浆玻璃质石英网状细脉 ( 最初是作为钾硅酸盐矿物组合的一部分) 上叠加有高级泥质蚀变矿物组合和高硫化矿物组合; ②保存有火山残余物，例如，在智利不少地区容易识别出扇形塌陷。在野外缺少地貌证据的情况下，岩屑崩落和 ( 或) 由此形成的含矿蚀变和矿化岩块的爆发产物表明，扇形塌陷影响含矿化套叠的热液系统的上部。

1.地质背景

菱刈（Hishikaris）金矿床位于日本南部九州鹿儿岛县伊佐郡菱刈镇，是日本最大的金矿。该矿床为一个低硫化浅成低温热液型的高品位金矿。

菱刈矿山及其周围以老第三系四万十层群（白垩纪的砂岩和泥岩）为基底，新第三纪末至更新世的火山岩类不整合覆盖其上，山田矿区出露的岩石，主要有菱刈下部安山岩、狮子间野英安岩、般若寺熔结凝灰岩、入户火山碎屑流以及冲积物（图10-16）。四万十层群只是在山田矿床东端伏于地表下300m深处。菱刈下部安山岩类、般若寺熔结凝灰岩、入户火山碎屑流等不整合覆盖在四万十层群之上。

图10-16 菱刈-山田地区地质图

（引自池永一等，1995，《贵金属地质》，第3期）

1—冲积层；2—入户火山碎屑岩；3—般若寺熔结凝灰岩；4—狮子间野英安岩；5—菱刈下部安山岩；6—矿脉

菱刈下部安山岩类是山田矿床矿体的围岩，主要由安山质火山碎屑岩和二辉安山质熔岩组成。

狮子间野英安岩广泛分布在本区东部，系发育流纹构造的灰白色角闪英安岩，局部受轻微热液变质，含少量石英脉。

般若寺熔结凝灰岩，分布在本区西北部、西南部的山田矿床地区以及南部地区，为灰白色含角闪石的玻璃质熔结凝灰岩，它在山田地区受到热液蚀变而发生粘土化。

入户火山碎屑堆积物，广泛分布在本区西半部地形较低的地区，由很少固结的白色轻质凝灰岩组成。

菱刈矿田由本矿床、山田矿床和山神矿床组成。本矿床由大泉、菱泉、端泉、芳泉等四个矿脉群组成。山神矿床由庆泉、祥泉矿脉群组成。山田矿床由友泉矿脉群组成。本矿床矿脉走向NE 45°～50°，倾角NW80°～90°，脉宽1～3m，沿走向长度最大达1100m。山田矿床矿脉走向NE 50°，倾角NW70°～90°，部分矿脉倾向南东。

在本坑-山神地区，菱刈矿床的产量与储量之和为320万t，加上周围低品位部分，金平均品位为63×10^-6；山田带，储量为200万t，金平均品位为25×10^-6。总计含金250t，占了全日本产金量的90%以上。

2.勘查与发现

菱刈矿床产在日本岛弧及环太平洋成矿带西部和南部的岛弧火山岩带，具有较强的代表性，其发现过程及找矿经验引起了多方面的重视。菱刈地区金的勘探工作可追溯到18世纪50年代，并一直零星进行，同时进行小规模的开采。1903年达到采矿高潮，近地表部分的三个宽约0.5～1m的石英-方解石-粘土矿脉，被菱刈-山田矿山用来开采黄金。这三条矿脉位于菱刈矿床上方大约100m位置，金的品位大约为（20～30）×10^-6。

1933～1943年间，菱刈-山田矿脉进行地下开采，金品位高达130×10^-6，但是由于第二次世界大战的原因，开采工作被迫削减。

1952～1968年，池田富男对山田矿床进行3次地质勘查，认为地表3条已知矿脉已被采完，应进行深部勘查。1969年布计矿山公司买得矿产权，但没有投入工作。1973年，住友金属开采有限公司的分公司取得菱刈地区的矿产开采权。之后，有关专家进行地质勘查后指出：

图10-17 日本菱刈低硫化低温热液系统的重力、地面和航空电磁综合异常图

（引自E.Izawa等，1990）

1）北萨地区虽是金矿密集区，但由于多数是私人矿区，因此一直缺乏基础地质矿产调查；

2）该区大面积发育了经受矿化作用的时代较新的火山岩类和火山喷发物，具有金矿成矿的地质构造特征，如果采用最新的勘查技术搞清下部地层的地质构造，有可能找到隐伏金矿床。

1975～1976年间，根据上述专家提出的建议，进行了北萨地区380km²的地质调查和重力测量（图10-17），发现大部分已知金矿床表现出小的布格高值，这些现象是由绿磐岩化安山岩和下伏的白垩纪基底岩石的抬升盘引起的，并在菱刈地区内圈定了幅度为4mGal的东北向的高值区。

1975～1978年间，日本金属矿产勘查振兴局（现称MMAJ）对北萨地区包括住友公司拥有的地区进行了详细的勘查。在本地区开展区域地质填图和地球物理普查工作，观察到金矿脉赋存于绿磐岩化的安山质火山岩中。

在1978年，进行了电测量（施伦贝尔排列）和航空电磁测量（图10-17）。结果表明：菱刈是一个低电阻率带，这与大口市附近金矿床的情况相似。电测量剖面表明，在低电阻率带下部200m深处出现高电阻率（＞100Ω·m），表明有侵入岩存在。

因为重力异常与电阻率异常的一致性，1980年，日本金属矿业事业团（MMAJ）作出决定，在菱刈-山田坑道下钻测试深部靶区。1981年初，第一个钻孔打到了第一条石英脉，发现超过15cm的脉体中金的品位为290.3×10^-6，银为167×10^-6。但令人惊奇的是，石英脉所赋存的岩石是白垩系页岩，而不是预期的绿磐岩化安山岩。同年后期，两个更进一步的岩心钻探结果也打到了许多金，包括在56-2号钻孔中金的品位为220.4×10^-6的5.54m岩心。根据以后的研究结果了解到，钻孔所针对的电阻率低的靶标，可能是由本坑-山神矿脉上方的板状活动带所致，而不是矿脉本身蚀变。

1981～1982年的后期，住友公司进行了随后的岩心钻，8个网格上18个钻孔钻进6870m。探明沿走向700m、垂深100m延伸的含金矿脉系列。估计资源量有120t，金平均品位80×10^-6。虽然本坑-山神地区直接下伏于菱刈-山田矿山，但这两个系列矿脉之间没有连续性。

1982年底，住友公司开始进行双斜井建设，并于1984年初，在100m深处达到矿头。此处，出现了大量的高温热水，要想取得更进一步的结果，必须打抽水钻。抽水工作于1984年中成功开始。1985年中期，首期对本矿床的菱泉脉进行采矿。在接下来的4年开采中，共生产出了25t以上的金。

1987～1988年间，在本坑-山神脉系西南1km处作了进一步的勘探，27个钻孔钻进11477m，圈定了山田矿脉带，而1990年9月发现了山神矿床。1991年和1992年，先后开始出矿。

1989年，本坑矿脉地下矿山的日产量为350t矿石。1994年，日产量上升到460t。矿石就地破碎，经过手选处理后，作为硅酸矿运送到四国爱媛县的东予铜冶炼厂，通过铜的冶炼产生的阳极电解液，有效地回收金。

3.小结

综上所述，菱刈矿床的发现过程有以下几点值得总结：

1）20世纪70年代以前，在菱刈山田地区开展地质工作的学者都强调，区内既缺乏系统的地表地质调查，又缺乏对深部地质情况的了解，需要加强地质调查；根据区内矿化普遍，推测其深部有隐伏盲矿体赋存的有利条件，具有找矿前景。

2）加强区域性研究和对比，才能确定找矿前景。但区域性研究和对比必须是在区域性地质调查、区域地球物理调查和区域地球化学调查的基础上进行。

3）菱刈世界级金矿床的发现是在有金开采历史的地区实施的良好计划、系统勘探项目的结果，也得益于勘查人员灵活运用多种技术手段，综合了该地区的地质和地球物理调查的结果，例如采用航空电阻率填图方法、重力和电磁法、还有普查性的钻探工作，等等。

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