金矿成矿过程中磷灰石的原位微量元素和同位素记录-以新疆哈图金矿为例

The structure, in-situ high-precision trace elements and isotope compositions of apatite and their relationship with mineralization have attracted wide interests in recent years. Previous studies have shown that apatite can effectively record the fine mineralization processes of porphyry deposits and REE polymetallic deposits. In contrast, the apatite in gold deposits is less well studied. Hatu gold deposit is the largest and most representative gold deposit in Western Junggar, Xinjiang, China, and the apatite is closely related to mineralization. The variations of texture, in situ trace elements, and isotopes of apatite in the Hatu deposit and their relations with gold mineralization remained poorly understood. This project highlights the mineralogy records of apatite during the mineralization processes in Hatu gold deposit. The mineral assemblages and mineralization stages will be divided based on the detailed investigations of geological characteristics. This study focuses on a comprehensive analysis of different types CL, in-situ trace elements and in-situ Sr-O isotopes of apatite will be carried out to discuss the evolution mechanism of ore-forming fluids. SIMS U-Pb dating of apatite coexisting with sulfides in ores will be used to study the metallogenic age. This study is of great scientific significance for understanding the mineralogical records of apatite, detailed process during gold mineralization, as well as improving the metallogenic theory.

磷灰石的结构、原位高精度微量元素和同位素成分及其与成矿作用的关系是近年来国际矿床研究的热点，已有的研究表明它可以有效记录斑岩矿床和REE多金属矿床精细的成矿过程。相比之下，目前金矿床中磷灰石的研究程度相对较低。哈图金矿是我国新疆西准噶尔地区规模最大、最具有代表性的金矿床，并且存在与成矿作用密切相关的磷灰石。哈图金矿中磷灰石的结构、原位微量元素和同位素成分的变化及其与金矿化的关系是一个有待查明的重要科学问题。本项目拟以哈图金矿床金矿化过程中的磷灰石的矿物学记录为研究主题，在查明成矿地质特征的基础上，划分矿物组合和成矿期次，重点开展不同类型磷灰石CL、原位微量元素和原位Sr-O同位素综合分析，查明成矿流体演化机制。利用矿石中与硫化物共生的磷灰石进行SIMS U-Pb测年，探讨成矿时代。本研究对于丰富金矿成矿作用过程中磷灰石的矿物学记录，深入认识金矿床精细成矿过程，完善成矿理论有重要的科学意义。

按照国家自然科学基金委批准的研究计划，申请人开展了本项目研究，达到预期目标。申请人对哈图金矿矿石中的热液磷灰石开展了详细的结构、原位氧同位素和微量元素研究，取得了如下成果：系统的CL图像研究表明哈图金矿存在3期的热液磷灰石，其中Ap1和Ap2中包裹部分毒砂和黄铁矿颗粒，表明它们形成于金矿化阶段，而形成较晚的Ap3中未见硫化物，表明其为成矿后磷灰石。成矿阶段的Ap1和Ap2具有较高的Eu/Eu*比值，形成于相对氧化的流体，而成矿后的Ap3形成于相对还原的流体。3期磷灰石都具有很低Th和U含量和较高的氧同位素特征，表明它们均沉淀自变质热液流体。金矿化阶段包裹细小硫化物的磷灰石形成于相对氧化的变质热液流体，成矿后的热液磷灰石形成于相对还原的变质流体。成矿流体的同位素特征与变质玄武岩氧同位素特征基本一致，结合矿石中含金黄铁矿原位硫同位素特征，表明成矿热液并非源自变质沉积岩，而是源自变质玄武岩。哈图金矿变质热液成矿流体结合其构造控矿的地质特征，表明它是由区域变质玄武岩通过脱挥发分作用形成的造山型金矿。与目前金矿中大量的硫化物原位微量元素和S同位素研究相比，热液金矿中的磷灰石富含硫化物中缺乏的REE等微量元素，本文研究结果显示这些元素与磷灰石的结构和原位氧同位素结合，可以精细的约束金成矿过程中流体来源和性质的演化，也表明金矿中热液磷灰石的研究具有重要的科学意义。申请人以第一作者在Contributions to Mineralogy and Petrology、Economic Geology和American Mineralogist期刊发表国际SCI论文3篇。