胶东半岛是我国最重要的金矿集区，探明的金资源量超过4500吨，已跃居世界第三大金成矿省。胶东金矿典型矿化特征是颗粒金与硫化物共生，金的成色可指示成矿作用及流体演化，但缺乏不同成矿深度金成色变化规律的研究。近年来，在胶东三山岛矿区实施了系列超深钻探，最深孔达4006.17 m（图1），这为研究深部至浅部成矿过程提供了绝佳机会。中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究院重点实验室博士研究生彭红卫在导师范宏瑞研究员的指导下，系统采集了三山岛金矿浅部坑道和深钻样品，以颗粒金、黄铁矿和多金属硫化物为研究对象，以探究成矿时空演化与末段效应。
图1 胶东三山岛金矿地质图、钻孔剖面图与采样位置
详细的岩相学研究表明，三山岛金矿发生了与黄铁绢英岩化和石英黄铁矿细脉相关的早期金矿化，及与石英多金属脉有关的晚期金矿化。早期颗粒金的产出只与黄铁矿关系密切(图2)，以自然金为主，在BSE下呈均匀结构，成色高(729-961)(图3)。伴随早期金矿化的硫化物一般只为黄铁矿，黄铁绢英岩和石英黄铁矿脉中黄铁矿(分别为Py1和Py2)在BSE下结构均匀(图2)，微量元素组成相似(富Co、Ni、Bi，贫As、Au)，但Py1(9.9-12.7‰)比Py2(主要为8.2-11.0‰)具更高的δ34S值，反映在水/岩反应过程(围岩硫化作用)中黄铁绢英岩化比石英黄铁矿成脉受流体还原作用影响更大。早期金矿化的矿物组合在不同深度基本保持一致，在约-4000 m(钻孔ZK96-5)仍发育有早期黄铁矿(图1)，但能观察到早期颗粒金的最深深度为-2650 m(钻孔ZK96-6)。早期颗粒金的成色由深至浅(-2650 m至-420 m)逐渐降低(平均值870至752；图3)，Py1和Py2的Co、Ni含量自-4000 m至-420 m也逐渐降低，但As含量逐渐升高，这指示成矿流体温度由深至浅有一定程度的降低。此外，Py1的δ34S值逐渐升高(平均值10.5‰至11.8‰)，指示成矿流体向上演化过程中水/岩反应程度逐渐增强。
图2 三山岛金矿两期金矿化。(a-c)早期金矿化为黄铁绢英岩；(b-f)石英黄铁矿脉；(g-l)晚期金矿化为石英多金属脉
图3 三山岛颗粒金成色的时空变化
晚期颗粒金形成于浅部，观察到的最大深度为-1450 m(钻孔ZK96-3)，与黄铁矿(Py3)、方铅矿、黄铜矿、毒砂和闪锌矿等硫化物共生(图2)。晚期颗粒金为银金矿，成色明显低(549-719；图3)，部分还呈现不均匀的成分结构(图2)，发育富Ag端元(218-421)。同期形成的黄铁矿(Py3)具有明显的核边结构(图2)，富As、Au，贫Co、Ni、Bi。BSE显微结构与LA-ICP-MS点分析和面扫描表明，晚期黄铁矿是通过溶解再沉淀的方式交代早期黄铁矿(Py2为主)形成的。矿物组合与颗粒金和Py3的结构、成分特征指示，晚期金矿化的成矿机制为降压和流体相分离。多金属硫化物的δ34S值在-1900 m至-1450 m深度范围显著降低(4‰-5‰)，指示约-1500 m深度为降压和流体相分离的起点。
基于金成色、黄铁矿微量元素和硫化物硫同位素分析，提出了三山岛金矿成矿末段效应与演化模型(图4)：早期金矿化以水/岩反应(围岩硫化作用)为机制，伴随流体还原作用，热液中与S络合的Au发生了沉淀，而对与Cl络合的Ag、Cu、Pb、Zn以及与OH络合的As等元素影响不大，并随流体迁移至浅部而未发生明显沉淀，形成高成色的颗粒金矿化。流体由深至浅向上演化过程中，温度(压力)逐渐降低，水/岩反应增强，流体还原作用也增强，导致在现今约-2700 m深度开始发生颗粒金沉淀；至成矿晚期，浅部断层活动导致压力显著降低，流体发生相分离，Au、Ag、As、Cu、Pb和Zn等元素的络合物均失稳，发生沉淀，进而形成多金属硫化物组合以及低成色(含银)的颗粒金沉淀。
图4 三山岛金矿成矿末段效应与演化模型
本研究表明，金成色、硫化物微量元素和硫同位素可对金成矿过程进行有效揭示，也为胶东金矿成矿末段效应研究提供了典型示范。
研究成果发表于矿物、岩石、矿床学领域的国际权威期刊American Mineralogist。（Peng Hong-Wei, Fan Hong-Rui*, Liu Xuan, Wen Bo-Jie, Zhang Yong-Wen, Feng Kai. New insights into the control of visible gold fineness and deposition: A case study of the Sanshandao gold deposit (Jiaodong, China) [J]. American Mineralogist, 2021, 106(1): 135-149. DOI：10.2138/am-2020-7475）（原文链接）。本研究受国家重点研发计划“华北克拉通成矿系统的深部过程与成矿机理”项目(2016YFC0600105)和国家自然科学基金面上项目(41672094)资助。
