(壹)硫同位素特征分析
根據17礦區189硫同位素的測量和收集數據，剔除x+3s的個別樣品進行統計分析(表2-3)可知:
表2-3冀東部分金、銅、鉬礦床的硫同位素特征
①排除2 +3s樣本；②排除1 +3s樣本。
1)除胡杖子外，其他礦區硫同位素平均值在-6.4 ~+6.3之間，總平均值為+1.93；各礦區平均值在-1.78 ~+3.3之間，有壹個較小的正值，趨於零，表明硫的總體來源應具有深部幔源硫的特征。
2)大多數礦區共生硫化物硫同位素值的演化趨勢為δ34 sfes 2 >δ34 SFE cus 2 >δ34 szns >δ34 spbs，表明硫同位素反應已基本達到平衡。
3)少數礦區為負值，壹般認為與硫化物的二次氧化有關，使硫化物中殘留的34S相對減少，而32S相對增加。當然更有可能是樣本數量太少。
(2)鉛同位素特征分析
根據13礦區和不同構造部位的4個花崗巖體的67件鉛同位素數據統計(表2-4)，發現:
表2-4冀東部分金礦床和花崗巖的鉛同位素特征
1)無論在什麽構造位置(軸向剪切帶、主拆離帶或蓋層)都發現各礦區平均鉛同位素非常接近，而且幅度很小。同位素變化範圍為206 Pb/204 Pb 14.986 ~ 16.304，範圍為1.318。207 Pb/204 Pb 14.95438+0 ~ 15.408，區間0.447；208 Pb/204 Pb 34.834 ~ 36.787，區間1.953。
2)與金銀成礦有關的花崗質巖石中鉛的同位素組成與礦石鉛的同位素組成壹致，表明兩者來源相同，即來自燕山期花崗質巖漿作用。具體數值為206 Pb/204 Pb 15.882 ~ 17.465，區間為1.583；207 Pb/204 Pb 15.147 ~ 15.510，區間0.363；208 Pb/204 Pb 35.722 ~ 37.454，區間1.732。
3)將各礦區平均鉛同位素值投影在鉛同位素組成圖上(圖2-4)，可以清楚地看到冀東地區金銀礦床的礦物來源主要分布在下地殼和地幔源區之間，進壹步證明了該區金礦與地幔柱的成因聯系。
圖2-4冀東金礦鉛同位素(平均)演化圖
(3)氫、氧和碳的同位素特征分析
根據不同構造部位18礦床60余個氫、氧、碳同位素樣品統計(表2-5)，峪耳崖、金廠峪代表性礦床δ 18H2O平均值為6.066 ~ 7.029，與標準巖漿水δ 18H2O+5 ~ 10差異極大。12礦區的δDSMOW平均值為-56 ~-88.67，也與標準巖漿水的δ dsmow-40 ~-80壹致。δ13C的平均值為-4.18 ~-5.25，與“初級碳”δ 13C-5 ~-8壹致。八個礦區的氧同位素平均值投影在δD-δ18O坐標圖上(圖2-5)。可以看出，所有礦床的氧同位素都在原生巖漿水附近，而遠離大氣降水和變質水，說明氫、氧、碳同位素都支持該區金礦床的成礦溶液主要來自巖漿水，確實有大氣降水的加入。
表2-5冀東地區某些金、銅、鉬的氫、氧、碳同位素特征
繼續的
註:括號內為樣本數。
圖2-5冀東部分金、銅、鉬礦的δD-δ18O(平均值)(根據Sheppard，1977)
(4)稀有氣體的特性
1.氦同位素
利用稀有氣體氦、氬同位素特征判別成礦物質是近年來出現的新方法。氦、氬等稀有氣體作為惰性氣體，基本不參與地球內部的化學反應，因此被用於研究地球內部結構和地球動力學過程，探索地球科學中的基本問題，如地球大氣的組成與大陸形成和加深的關系、地幔對流的結構特征以及地球內部原始物質的來源等。研究表明，he和Ar在礦物中主要有三種賦存狀態:①包裹在流體包裹體中；②礦物晶格中U、Th、K衰變產生的後生放射性4He和40Ar③氦和氬吸附在礦物表面。現有研究表明，黃鐵礦中含氦流體包裹體被捕獲後不會明顯丟失。
Stuart等人(1994)證明了粉碎樣品提取稀有氣體時，礦物晶格中的放射性4He和40Ar沒有釋放出來，黃鐵礦具有極低的氦擴散系數，因此黃鐵礦被認為是保存氦的理想礦物。Trull等人(1991)的研究證實，流體包裹體具有很好的保存氬的能力，在漫長的地質歷史中氬也可以定量保存。邱(1996)和Turner等人(1992)對流體包裹體中的原位放射性40Ar產額進行了研究，結果表明，雖然不能完全排除鉀或含鉀礦物中流體包裹體原位放射性40Ar的疊加，但對於非含鉀礦物(本書所有樣品均屬此類)，流體包裹體中均發現了原位放射性40Ar。
He和Ar同位素最早用於海底熱液系統、現代地熱系統和天然氣、油井等地質流體中。許多礦床地質學家對其在成礦流體中的應用做了大量工作(胡等，1997，1998，1999；毛景文等人，2000，2001；薛等，2003；毛等，2002；張連長等，2002；王等，2003；王寶德等人，2003年，2008年)。結果表明，在我國許多重要的有色金屬礦集區和成礦帶，如膠東金礦、揚子地臺西緣金(銅)成礦帶、哀牢山金(銅)成礦帶和冀西北金集區，he和Ar同位素研究表明，流體成礦過程中加入了大量幔源組分。
前人研究表明，流體包裹體中惰性氣體的同位素組成可以用來區分以下三種不同來源的成礦流體。①大氣飽和水(ASW)主要包括大氣降水和海水，其3He/4He和40Ar/36Ar的標準同位素組成分別為1Ra(Ra:air 3He/4He = 1.40×10-6)和295.5。②深部地幔流體的3He/4He和40Ar/36Ar標準值應分別為6 ~ 9Ra和> 40000。③地殼流體，包括地層水或盆地熱鹵水，其特征為3He/4He和40Ar/36Ar成分分別為0.01 ~ 0.05Ra和> 295.5(bu mard等，1999)。
Honda等人(1993)指出島弧中高3He/4He的存在符合層狀地幔模型，即地幔從較低的高3He/4He儲層通過較高的低3He/4He層直接上升；或者說，它們起源於上層的基底，在這種情況下，他必須從下地幔遷移到巖漿源區。
我們在冀東10代表性礦區選取了15個硫化物、小營子花崗巖和金廠峪圍巖樣品進行氦同位素測試(表2-6)。從表2-6可以看出，礦石中黃鐵礦的3He/4He含量範圍為2.50×10-6 ~ 9.39×10-6，平均值為5.43×10-6。它比普通火成巖(0.003×10-6 ~ 0.26×10-6)高出數百至數千倍，但卻是更典型的幔源物質(1.1×10-5 ~ 1.4)與典型的地幔柱相比，本區相對較低的3He/4He含量可能是由於大部分樣品處於地幔柱中與金礦床相比，這些地質體形成過程相對簡單，受外界幹擾較小，在巖石(或水樣)中捕獲了更多(或保存更好)的原始氦、氬氣體。研究發現，除白雲鄂博、金川、柿竹園等超大型礦床外，大部分礦床中，以幔源熱流體形式直接侵入成礦的比例普遍較小，大量礦物應由地幔柱多級演化的某種載體攜帶，並在不斷演化中逐漸礦化。在此期間，不可避免地會加入殼源物質(包括放射性氦氣和氬氣)，導致3He/4He比值下降。在伴隨成礦物質的氦氬氣體的漫長運移過程中，不可避免地加入了壹些殼源流體，使得所測樣品的氦氬同位素值往往介於殼幔之間。因此，與正常巖石相比，較高的3He/4He和R/Ra值反映了地幔熱流體在壹定程度上參與了成礦過程。
表2-6冀東部分金礦床氦氣特征
註:*為黃鐵礦中3He/4He與空氣中3He/4He的比值(Ra:空氣中3He/4He = 1.40×10-6)。
從表2-6中也可以看出，不同構造部位沈積物的同位素含量差別不大，反映出它們來自同壹來源。礦區外圍片麻巖和花崗巖的3He/4He值僅為0.001×10-6 ~ 0.55×10-6，反映了明顯的物源差異。
將黃鐵礦中的3He/4He與空氣中的3He/4He進行比較，其範圍為1.93 ~ 6.76 Ra，平均為3.90Ra，略低於典型地幔物質(6 ~ 9 Ra)，但遠高於地殼物質(0.01 ~ 0.05 Ra)。
如果將成礦流體視為簡單的二元混合模型，就可以用3He/4He比值來計算地幔流體與地殼流體的比值。其中，幔源4He的比例按以下公式計算:
地幔氦= [(R-RC)/(RM-RC)] × 100%。
其中:Rm = 1.1×10-5；RC = 2×10-8；r分別代表地幔流體、地殼流體和樣品的氦同位素組成。
得出冀東幔枝構造金銀多金屬礦床成礦流體中地幔流體的比例為22.59% ~ 85.34%，平均為52.51%。表明深部來源的流體占了相當大的比例。
將10礦床黃鐵礦等硫化物同位素數據與氦同位素濃度圖(圖2-6)對比，與圍巖和花崗巖對比，落點均位於地幔氦附近。反映氦應該主要來自地幔，上升過程中有脫氣現象或放射性4He(殼源物質)加入。
2.氬同位素
研究礦床的氬同位素分析結果見表2-7。其中40Ar/36Ar = 365 ~ 1304，平均值為741.58，明顯高於地殼流體的40Ar/36Ar值(40Ar/36Ar=295.5)。40Ar/38Ar = 1606 ~ 6189；36Ar/38Ar = 5.2 ~ 5.5；40Ar = 0.48×10-7 ~ 18.53×10-7 cm3 STP/g，排除1超高樣品(18.53)，10沈積物平均值為2.07×。4He/40Ar = 0.10 ~ 61.40。剔除1超高樣本(61.40)，平均值11.74略高於施瓦茨曼(65438)。因此，冀東金礦黃鐵礦較低的4He和4He/40Ar值應表明有來自地球深部的氣體成分。
圖2-6冀東金礦氦同位素濃度圖(Tolsikhin，1978)
表2-7冀東部分礦床的氬氣特征
註:數據來源與表2-6相同。
冀東各礦數據投影在3He/4He-40Ar/36Ar圖上(圖2-7)。該區成礦流體的氦氬同位素組成主要位於地幔流體區，表明成礦流體主要來自地球深部。
圖2-7 3He/4He(R/Ra)-40Ar/36Ar比值圖。
(五)金礦床包裹體特征分析
根據收集的5個礦區20個包裹體數據(表2-8)，顯示H2O占各礦區包裹體的90%以上，CO2/H2O = 0.003 ~ 0.732；溶液中Cl-F-(F-/Cl-= 0.074 ~ 0.230)，Na+ > K+(K+/Na+= 0.009 ~ 0.683)，Ca2+> Mg2+(Mg2+/Ca2+= 0.038 ~ 1.002)。表明巖漿水應是主要的成礦溶液(林，1991；範等，1983)，只加了少量天水。PH值= 6.40 ~ 6.60，表明含礦溶液呈弱酸性。
表2-8冀東部分金礦床包裹體成分特征
從現有的測溫數據(表2-9)可以看出，各礦區均壹法和爆破法測得的溫度值都比較集中，其中均壹法的溫度變化範圍為120 ~ 410℃，平均溫度為230 ~ 318℃，可以確定該類礦床的成礦溫度為中等溫熱液。此外，急傾斜金礦脈(如金廠峪、峪耳崖)的溫度數據在空間上有由深部向地表逐漸降低的趨勢，這也反映了成礦流體向上運動過程中溫度下降和物理化學條件變化所導致的礦物沈澱。成礦溶液的鹽度變化應屬於中等水平。
表2-9冀東部分金礦床測溫數據特征
(6)關於金銀多金屬遷移和集成礦富集的討論。
上述數據表明該區的金應來自地球深部，但我們認為金很可能來源於核幔邊界的D”層。當熱擾動、溫壓條件和天文等內外因素疊加時，地核中的熱流體會隨著能量的積累迅速突破地核與地幔邊界的阻力，形成地幔柱，通過不同深度的裂隙向上噴出(王寶德，2002)。
根據霍明遠(1991)的研究，在地核的超高溫高壓環境下，金應該是以氣態存在的。在強烈的外核流和核幔差異運動中，大量金蒸氣聚集在核幔界面附近。壹旦地幔柱向上運動，金以分散氣體的狀態向上運動，並隨著地幔柱的多期演化逐漸富集於地幔支結構中。該區幔枝構造核部的燕山期花崗質巖漿作用起了重要作用，因為只有這種大規模的地質作用才能帶來這麽多的金。多數資料證明，該區燕山期花崗質巖漿具有幔源或殼幔源特征，其本身的含金量明顯較高，成巖作用與成礦時間的壹致性可以得到證實。
就冀東而言，燕山運動期間，華北進入了地幔柱多階段強烈演化階段。合淮地幔的子地幔柱上升到巖石圈底部，呈傘狀向外遮擋分離。由於河淮地幔柱的熱減薄，華北斷陷逐漸形成。同時，冀東茅山-金廠峪-雙山子韌性剪切帶的深度使原本熔融的地幔軟片減壓釋放其負荷形成深部熔巖漿，並使部分圍巖熔融形成線狀巖漿房，特別是在橫向斷裂交匯處，成為巖漿活動的良好場所。巖漿活動導致地塊整體隆起，變質巖系出露頂部隆起，外圍蓋層大幅度拆離滑脫，形成典型的幔枝構造。隨著跑馬場-金廠峪-半壁山壹線分布的壹系列中生代花崗巖類巖石的大規模侵位，連通了深部礦源，在花崗巖巖漿活動帶及其圍巖拆離帶和蓋層中形成了多處金銀礦床。
隨著幔枝構造的不斷演化，特別是燕山期花崗質巖漿演化中後期，金逐漸由氣態向液態(或氣液)轉化富集，在適宜的空間和物理化學條件下聚集成礦，與地層(或圍巖)無明顯的排他性關系。冀東古變質巖、巖漿巖和沈積蓋層的找礦實踐反復證明了這壹點。
當然，在地幔柱的多階段演化中，尤其是通過地幔進入地殼後，不可避免地會混入大量殼源物質。這使得測得的同位素數據往往在典型的地幔源區範圍附近，但不僅僅在地幔源區範圍內，而是壹般遠離地殼源區。
綜上所述，本區的金應主要來自地核，地幔柱的多階段演化是金向上遷移的主要動力，而中生代大規模的花崗質巖漿作用是金向上遷移的主要載體。在地球深部的超高溫高壓環境下，金及其硫化物只能以氣相存在，並隨著地幔柱的多期演化而繼續上升，在巖漿冷凝演化過程中富集於成礦熱流體中，在適宜的空間和物理化學條件下卸載成礦。有利的導礦控礦空間是幔枝構造的軸向剪切帶、基底與中元古代的主拆離帶和蓋層中的次拆離帶。