绿泥石地球化学特征对斑岩型金矿成因的制约作用：以中国东北地区金厂矿为例

《Journal of Geochemical Exploration》：Chlorite geochemical constraints on the genesis of porphyry Au deposits: Example from the Jinchang deposit, NE China

氯ite矿物地球化学揭示了Jinchang金矿床多阶段流体演化特征，通过SEM-EDS、EPMA及LA-ICP-MS分析发现，氯ite不同世代记录了流体-岩石相互作用强度增加和碱性条件变化，导致金铜分馏沉淀。氧 fugacity 升高（-30.63至-34.78）与冷却过程共同促进金沉积，而Fe2?、Mn2?竞争Cl?配位及热梯度不足限制铜迁移。该研究证实氯ite是重建流体成矿过程的有效示踪矿物。

　　

Xu-Yan Bian|Wen-Yan Cai|Liang Chang|Biao Cao|Ling-Bin Li|Xiao Liu|Jian Li|Tan Kong

山东理工大学资源与环境工程学院，淄博，255049，中国

摘要

斑岩型金矿系统的特征是复杂的、多阶段的岩浆-热液演化过程，然而蚀变矿物在追踪金属迁移和沉积中的作用仍不够明确。本研究以中国东北部的金厂金矿为例，该矿床包含共存的Au-Cu和仅含Au的矿化系统，探讨了绿泥石地球化学作为重建流体演化和成矿过程代理指标的潜力。通过综合使用扫描电子显微镜-能量色散光谱仪（SEM-EDS）、电子探针显微分析仪（EPMA）和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）的原位分析，发现了具有不同成分和结构特征的多个世代绿泥石，这些特征记录了矿化过程中的动态物理化学变化。

从早期的J0Chl-1到主要阶段的J0Chl-3，绿泥石记录了流体-岩石相互作用强度的显著增加，同时伴随着环境向更碱性方向的转变。这一趋势表明矿化过程受到强烈的流体-岩石相互作用和碱性热液的控制。不同世代的绿泥石记录了两次独立的流体事件。J0Chl-3a中较高的Si和Mg含量表明在相对碱性的流体条件下发生了强烈的流体-岩石相互作用。Mn、V、Zn和Ga在较高温度下优先分配到绿泥石中，并在J0Chl-3b中异常富集。这些观察结果表明，外部流体及其混合导致了局部温度升高，从而增强了这些矿物的溶解度，使其在含绿泥石的区域内富集。根据绿泥石的温度估计和相关Cu含量，我们推断Cu矿化在J0Chl-1阶段尚未发生（平均温度330.9°C），但在J0Chl-2（平均温度301.0°C）和J0Chl-3（平均温度306.3°C）阶段开始，这与主要由冷却驱动的沉淀过程一致。相比之下，Au的沉淀最终是由于与大气水的混合、提高氧逸度（log fO2 = -34.78至-30.63）的流体-岩石相互作用以及热液冷却所促进的。仅含Au的矿化过程中的绿泥石地球化学特征表明初始Cu的可用性相对较低。这归因于Fe2?和Mn2?对Cl?的竞争（降低了CuCl?的迁移效率），加上缺乏强烈的温度梯度，两者共同限制了Cu的迁移和沉积。第二阶段相对稳定的氧逸度（log fO2 = -38.16至-33.98，平均-34.10）使Au保持溶解状态，为后续沉积创造了条件。这些发现突显了绿泥石作为金属迁移示踪剂的价值，并强调了斑岩环境中控制Au富集的关键物理化学因素。

引言

斑岩型矿床是全球黄金的主要来源，主要形成于与俯冲和碰撞构造相关的汇聚边界区域（Richards, 2003; Hou et al., 2012）。其形成涉及与中酸性岩浆侵入相关的岩浆-热液过程，在此过程中，高温高盐度的流体在深部岩浆的深度分异结晶过程中释放出来，并有效地捕获和迁移金属（Candela and Piccoli, 2005; Mathur et al., 2010; Shu and Deng, 2025）。随后的冷却和流体稀释引发了广泛的热液蚀变和矿化作用（例如，Hedenquist and Lowenstern, 1994; Cannell et al., 2005; Redmond et al., 2004; Landtwing et al., 2005; Proffett, 2009），而流体-岩石相互作用通过改变pH值和氧逸度（fO2）来主要控制金属的沉淀（Henley et al., 2015; Mavrogenes and Blundy, 2017）。以往对斑岩型金矿的研究主要集中在硫化物上，以限制金属来源、流体演化和沉淀机制（例如，Tanner et al., 2016）。然而，斑岩型矿床的特点是广泛的热液蚀变和明显的分带性。一个关键挑战是利用蚀变矿物来追踪金属迁移机制，并限制控制Au（Cu）迁移和沉积的过程。

在蚀变矿物中，绿泥石因其热稳定性和在斑岩组合中的普遍存在而受到特别关注。绿泥石既可以通过成岩作用也可以通过热液作用形成，其结构特征和地球化学组成对物理化学条件、围岩组成和流体组成变化非常敏感，这使得绿泥石地球化学成为热液演化的有力记录工具（Vidal et al., 2001; Bourdelle, Parra, Chopin and Beyssac, 2013a, Bourdelle, Parra, Beyssac, Chopin and Vidal, 2013b; Lu et al., 2025）。先前的研究表明，绿泥石中的元素分布保留了原始流体的特征，而晶格替代揭示了关键的金属转移过程（Yuan et al., 2018; Pacey et al., 2020）。此外，绿泥石中温度依赖的元素分配为估计其与热源的接近程度提供了依据（例如，Wilkinson et al., 2015; Xiao et al., 2018; Xiao and Chen, 2020; Fan et al., 2021）。这些特性使得绿泥石成为重建斑岩系统中流体演化和金属沉积路径的理想矿物代理。

中国东北部的金厂金矿展现出多样的矿化类型，包括隐爆角砾岩管状Au-Cu矿化和分散状及脉状仅含Au的矿化。已探明金储量为76吨（平均11.28克/吨），铜储量为4683吨以上（平均1.44%）（Cai et al., 2019）。以往的研究主要使用流体包裹体微测温和硫化物同位素系统学来限制金厂早期高温岩浆-热液流体的起源、演化和机制，强调了沸腾、相分离以及与大气水混合在初始金属沉淀中的作用（Zhang et al., 2014a; Cai, 2017; Li et al., 2019; Zhao et al., 2019）。然而，广泛存在的热液蚀变矿物所记录的物理化学条件尚未得到解决。系统分析蚀变矿物对于揭示不同矿化阶段的金属沉淀机制至关重要。鉴于绿泥石的普遍存在及其对流体成分变化的高度敏感性，本研究利用原位绿泥石地球化学来解决这些未解决的问题。

本研究结合了SEM-EDS、EPMA、LA-ICP-MS原位微量元素分析以及金厂Au-Cu和Au矿化系统中绿泥石的映射分析。基于绿泥石地球化学指标对物理化学流体条件和金属浓度的推断，我们得出结论：Au-Cu矿化是由流体氧化（由大气水混合和流体-岩石相互作用驱动）以及热液冷却共同引发的。仅含Au的矿化过程中的绿泥石地球化学表明，稳定的氧逸度维持了Au的迁移性，为其最终沉积创造了必要条件。

地质背景

中国东北部位于中亚造山带的东部，经历了多阶段的显生宙构造演化（Liu et al., 1992; ?eng?r et al., 1993; Safonova et al., 2011）。该地区经历了古生代的俯冲作用和古亚洲洋的最终闭合，随后是中生代与蒙古-鄂霍次克板块和古太平洋板块的相互作用（图1A；Xiao et al., 2003; Yang et al., 2018; Yang et al., 2020; Cai et al., 2021）。这一长期

矿区地质

金厂矿床位于延边-东宁金属矿带的北端。在矿区，第四纪沉积物暴露在中心和北部区域（图2），而罗泉山组的火山岩占据了东南部。该组包括安山岩、英安岩和流纹岩熔岩，以及辉长岩凝灰岩。锆石地质年代学将其年龄确定为约2.17-2.08亿年（Zhi et al., 2010; Deng et al., 2013; Cai et al., 2019）。

SEM–EDS和EPMA分析

矿物学研究在山东地质科学研究院（济南，中国）进行，使用了扫描电子显微镜与能量色散光谱仪（SEM-EDS）和电子探针显微分析仪（EPMA）。定量分析主要元素时，使用的是JEOL JXA-8320电子探针显微分析仪，加速电压为20 kV，束流电流为20 nA。对于硅酸盐相，分析时采用5 μm的聚焦束径。

Au-Cu矿化（J0Chl-1a, J0Chl-1b, J0Chl-2a, J0Chl-2b, J0Chl-3a, J0Chl-3b, J0Chl-t）

第一阶段的绿泥石可以细分为两个不同的世代。早期世代绿泥石标记为J0Chl-1a（n = 37；图8A；表S1显示世代划分），表现为密集聚集的伪六方片状晶体，平均结构式为（Mg?.??Fe?.?Mn?.??Al?.??）[(Al?.??Si?.?）O??]?（OH）?。这一代形成的核心区域具有较高的MgO（16.19–20.79 wt%）和SiO?（26.06–28.99 wt%）含量（表S2）。边缘区域

绿泥石的分类

绿泥石是一种含水的层状硅酸盐，由交替的滑石状和白云石状层组成；其不同的四面体-八面体堆叠方式产生了多种类型（Deer et al., 1962）。绿泥石的分类主要基于Fe/Mg比值和Al替代Si的程度，这与折射率相关（图12A；Hey, 1954; Deer et al., 1962）。八面体阳离子（R2?）的总数决定了结构类型（图12B；Wiewióra and Weiss, 1990），同时

结论

• （1）
  绿泥石记录了由于温度、pH值和流体-岩石相互作用变化引起的流体成分变化，从而为矿化模型提供了约束。
• （2）
  除了作为矿床尺度的勘探指标外，绿泥石中的微量元素（如Ti、Mn、V、Zn、Ga）反映了温度驱动的金属迁移和富集过程。
• （3）
  绿泥石在Au-Cu系统和仅含Au系统之间记录的地球化学差异反映了初始流体成分的变化

CRediT作者贡献声明

Xu-Yan Bian：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，数据整理。Wen-Yan Cai：撰写 – 审稿与编辑，资金获取，概念构思。Liang Chang：验证，方法学。Biao Cao：验证。Ling-Bin Li：方法学。Xiao Liu：软件，方法学。Jian Li：软件，方法学。Tan Kong：验证，软件。

利益冲突声明

我们声明与提交的工作没有任何商业或关联利益冲突。

致谢

我们衷心感谢两位匿名审稿人的宝贵意见，这些意见改进了手稿的质量。我们感谢主编Martiya Sadeghi和客座编辑Fan Yang提供的指导和编辑支持。本研究得到了国家自然科学基金（编号42202087和42203071）、山东省青年科技人才支持项目（SDAST2025QTA050）以及高等教育青年创新技术支持计划的财政支持。