对苏丹东北部Arkawit地区金矿化作用的深入研究：基于结构学、地球化学和同位素技术的分析方法

《Precambrian Research》：Insights into gold mineralization in the Arkawit area, NE Sudan: A structural, geochemical, and isotopic approach

金矿成矿流体来源与结构控制机制研究。通过整合结构分析、矿物学、同位素地球化学及LA-ICP-MS技术，揭示苏丹东北部Haya地块阿卡威特金矿的变质流体主导成因。确定D3期NE-SW剪切带为流体运移主通道，发育三世代黄铁矿（Py1-3），Py2含砷银铅特征显示次生富集。δ1?O石英值（+9.68‰）与变质水特征吻合，但部分偏离显示微量岩浆贡献。提出剪切带构造控制、砷化物标志物及绿片岩相 alteration圈作为勘探靶区。

　　

作者：Talha Mohamed Yousif、Olawale Kayode Aromolaran、Khalid Mustafa Kheiralla

研究机构：尼日利亚伊巴丹的泛非大学生命与地球科学研究所（涵盖健康与农业领域）

摘要

在苏丹东北部的阿拉伯-努比亚盾（ANS）的Haya地体（HT）中，金矿化的成因仍存在不确定性，这主要是由于泛非构造运动期间变形、流体来源和金属迁移之间的关系尚未明确。具体而言，结构相关变质流体与潜在岩浆作用在金矿形成中的相对贡献尚未得到充分界定。本研究采用了一种综合方法，包括结构分析、岩石学研究、全岩地球化学分析、原位激光烧蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）以及稳定氧-氢同位素分析，以建立Arkawit金矿床的成因模型。野外和结构研究表明存在四个不同的变形阶段（D1–D4）。D3阶段形成的NE–SW走向的右旋剪切带是热液流体流动和含金石英脉形成的主要通道。岩石学观察显示，最初以绿帘石化作用为主，随后形成了绿泥石-绢云母组合。地球化学分析表明，Au与Pb之间存在正相关关系，而与Cu则呈负相关，这表明在矿化过程中流体性质和金属迁移过程是分离的。根据形态、共生关系和微量元素化学特征，区分出了三代黄铁矿（Py1–Py3）。Py1被认定为岩浆成因，其特征是Ni和Co含量较高，而Au和As含量较低；Py2则被认为是热液成因，富集有As、Ag和Pb。稳定同位素数据显示，成矿流体主要为变质作用产物。石英的δ¹⁸O值介于+8.26‰至+11.73‰之间，平均值为+9.68‰，流体包裹体水的δ¹⁸O值为+3‰；流体包裹体水的δD值平均为-44‰。这些同位素值属于造山型金矿系统中典型的变质流体组成范围。然而，与岩浆场的有限重叠表明可能存在少量岩浆侵入的贡献。本研究为Haya地体中的金矿化作用提供了关于结构和流体控制的新见解，证实了结构相关变质-热液流体是矿床形成的主要因素。研究结果为ANS地区的勘探提供了实用指导，强调了NE–SW走向的剪切带、砷质黄铁矿及相关蚀变晕作为造山型金矿勘探的关键目标。

引言

苏丹红海丘陵的Arkawit地区位于阿拉伯-努比亚盾（ANS）的Haya地体内，该地体是新元古代时期形成的，以岛弧地体和蛇绿岩缝合带为特征，形成于东非造山运动期间（Zoheir等人，2019；Yousif等人，2025a）。Haya地体内的主要矿床类型包括造山型金矿和大规模火山成因硫化物矿床（VMS）（Johnson等人，2017；Abu-Fatima等人，2021）。Ghebreab等人（2009）将造山型金矿定义为在剪切变形且显著蚀变的火山岩或火山碎屑岩中的扩张裂隙中发育的含金石英脉系统，同时伴有少量长英质侵入体。

造山型金矿主要形成于绿片岩至角闪岩相条件下。这些矿床是由地壳增厚、变形和渐进性变质过程中释放的变质流体作用形成的。这些流体沿着汇聚造山带中的深部韧性-脆性剪切带和断层网络流动。这些区域的压力、温度和氧化还原条件的变化促进了金的沉淀（Kerrich和Wyman，1990；Goldfarb等人，2001；Bierlein等人，2006；Eglinger等人，2017；Groves等人，2020；Li等人，2022；Li等人，2023；Chen等人，2024；Chen等人，2025；Li等人，2025）。

在Arkawit地区，野外观察发现含金石英脉主要分布在重要的剪切带和断层沿线（Yousif等人，2025a）。这些结构很可能形成于泛非造山事件期间，为矿化流体的上升提供了通道。ANS地区类似的造山型金矿通常与区域变质和抬升期间活跃的陡倾逆冲或走滑剪切带相关。

在埃及东部沙漠和苏丹北部，含金石英脉系统常与重新活化的逆冲断层和主要剪切带的派生结构相关（Abd El-Wahed等人，2021；Yousif等人，2025b；Zoheir等人，2023a）。这些矿化结构通常出现在岩石接触带附近或造山型花岗岩侵入体边缘。这样的结构环境产生了空隙（如裂隙和膨胀带），变形过程中的压力变化促进了热液流体的渗透，从而形成了石英和含金硫化物矿物。区域金属成因研究表明，结构重新活化在金矿分布中起着关键作用（Faisal等人，2025）。硫化物矿物在造山型金矿系统中至关重要，作为金的初级载体和沉淀剂（Cathelineau等人，1989；Deditius等人，2014；Velásquez等人，2014；Wu等人，2019；Berthier等人，2023）。

近期微分析技术的进步显著提高了矿物的化学表征能力，从而加深了我们对成矿过程的理解（Gaspar，2008；Andersson等人，2019；Dare等人，2012；Mansur等人，2021；Mandeng，2024）。此外，将稳定同位素地球化学与微量元素分析相结合，为阐明矿化系统中的热液来源提供了可靠方法。通过测量石英脉中的氧和氢同位素比值（δ¹⁸O和δD），可以追踪流体来源及其演化过程（Taylor，1997；Mosleh等人，2025）。

尽管Arkawit地区在Haya地体中具有明显的金矿潜力，但仍存在一些基本科学问题尚未解决。成矿流体的来源尚未明确，金矿化主要是受变质流体、岩浆作用还是混合机制的影响也存在争议。由于缺乏稳定氧和氢同位素数据，这种不确定性更加突出。虽然含金石英脉与剪切带空间相关，但变形、流体流动和矿化过程之间的成因关系（特别是矿化事件的时间和运动学）尚未得到严格确定。

以往的研究主要依赖于地表地质测绘和岩石学观察，未使用原位矿物化学分析方法（如激光烧蚀电感耦合等离子体质谱LA-ICP-MS）来区分黄铁矿的世代或关联微量元素富集与特定热液阶段。此外，尚未开展结合详细结构分析、矿物化学和稳定同位素系统的综合研究，以建立Arkawit地区金矿化的成因模型。因此，Arkawit金矿的成因框架仍不明确，限制了其在阿拉伯-努比亚盾造山型金矿模型中的分类，也降低了其作为勘探参考的价值。

本研究通过结合基于野外的结构地质学、岩石学分析、扫描电子显微镜能量分散X射线光谱（SEM-EDS）和激光烧蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）进行黄铁矿和黄铜矿的微量元素分析，以及含金石英脉的稳定氧和氢同位素分析，旨在：(a)阐明金矿化的结构控制和共生演化过程；(b)确定成矿流体的来源和发展；(c)建立Arkawit地区金矿沉积的成因模型。研究结果为Arkawit地区及更广泛的Haya地体的勘探策略提供了宝贵见解。

区域地质

阿拉伯-努比亚盾（ANS）是一个规模中等的前寒武纪造山带，面积约为140万平方公里，东西方向延伸约2000公里，南北方向延伸约3500公里，范围从西奈半岛延伸至肯尼亚南部（Fritz等人，2013）。ANS主要由年轻的地壳物质组成，形成于约9亿至5.5亿年前（Ma）。

方法

在Arkawit地区进行了全面的地质测绘和结构分析，以表征当地的岩石类型和变形特征。在研究区域的代表性露头处系统收集了结构数据，重点记录可能影响金矿化的变形结构的几何形态、方向和运动学特征。

主要测量内容包括...

显微观察

在闪长岩样品（图5 a、b、c和d）中，主要的岩浆矿物被热液蚀变严重改变，斜长石和角闪石代表了主要的原生火成相。斜长石片理普遍具有绢云母化边缘，并伴有细粒黄铁矿包裹体，表明在较低温度的蚀变阶段发生了流体渗透；角闪石部分转变为纤维状透闪石-阳起石和绿泥石。

结构框架和流体来源

Arkawit地区属于阿拉伯-努比亚盾（ANS）的Haya地体，包含一个变质火山沉积单元、同期至晚期构造侵入体，具有绿片岩相的变质特征，以及后构造期的花岗岩。该地区的结构框架表现出复杂的构造-变质演化（Abd-Elmageed，2015；Abu-Fatima等人，2021；Adam等人，2024；Yousif等人，2025a）。

野外和结构分析表明...

结论

• •
  结构测绘和运动学分析成功识别出四个不同的变形阶段，证实Arkawit地区的金矿化主要受结构因素控制。石英脉主要分布在陡倾的NE-SW走向剪切带和断层交汇处，这些剪切带和断层是流体流动的有效通道。
• •
  黄铁矿的地球化学特征揭示了矿床系统的时间演化过程。

资金支持

本研究由非洲联盟委员会（AU）资助。

作者贡献声明

Talha Mohamed Yousif： 负责撰写、审稿和编辑，以及验证和监督。

Olawale Kayode Aromolaran： 负责撰写、审稿和编辑，以及验证和监督。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

感谢非洲联盟委员会（AU）通过尼日利亚伊巴丹的泛非大学生命与地球科学研究所（涵盖健康与农业领域）对这项研究的资助。