黔西南地区是我国“滇-黔-桂”金三角的重要组成部分,发育了大量赋存于浅变质/未变质沉积岩中的微细浸染型金矿床。该区从上世纪70年代第一个金矿床(板其金矿)发现以来,就引起了国内外大量科研院所及矿业公司的高度关注。迄今虽已经历近半个世纪的开采和研究,但对这些金矿床成矿作用特征和成矿机理的认识仍然不甚清楚,关于成矿流体与成矿物质来源、成矿时代及成矿构造背景等关键科学问题的研究尚不够深入和系统,从而制约了对矿床成因和区域成矿规律的认识。根据研究区金矿床的赋矿围岩、控矿构造以及矿化形式的差异,黔西南地区的金矿床大致分为三种类型:凝灰质火山岩容矿层控型、不纯碳酸盐岩容矿层控型和陆缘碎屑浊积岩容矿断控型。本文选取上述三种矿床类型的典型代表泥堡、水银洞和丫他金矿床为研究对象,通过已有资料的总结分析、详细的矿区地质调查和矿相学研究、系统的测试分析及数据综合解释,力求系统查明各典型金矿床的蚀变矿化特征、成矿元素组合、金的赋存形式与富集机制、成矿流体和成矿物质来源和成矿时代,结合区域地质构造演化等资料,揭示和探讨卡林型金矿床成因模式。论文取得的主要成果和认识如下:泥堡和水银洞金矿床主要赋存在二叠系台地相茅口组礁灰岩与龙潭组地层之间的构造蚀变体(SBT)中,赋矿地层岩性主要包括火山碎屑沉积岩、生屑灰岩、砂屑灰岩和钙质碎屑岩等,控矿构造主要包括沿不整合面发育的层间构造破碎带、背斜内部层间滑脱面和穿层断裂构造。丫他金矿床主要赋存在三叠系陆缘碎屑浊积岩中,控矿构造主要为背斜及其轴部附近高角度陡倾断裂构造。虽然三个矿床的控矿构造和赋矿围岩不同,但均显示出相似的蚀变矿化特征。典型围岩蚀变主要为硅化、脱碳酸盐化与碳酸盐化、硫化、粘土化±萤石化。典型矿物组合主要包括隐晶质玉髓、梳妆石英、方解石、白云石、砷黄铁矿、毒砂、辉锑矿、雄黄、伊利石(±迪开石±绢云母±高岭石)和萤石。尽管不同矿床赋矿围岩的岩性存在较大差异,但是矿石中主量元素组成均显示高Si、变化的Ca和Mg、高Fe和S、高Al和K,分别反映了硅化、脱碳酸盐化和碳酸盐化、硫化和粘土化蚀变过程中元素的迁移变化。三个矿床的矿石微量元素含量变化规律较为一致。其中与成矿有关的Au、As、Hg、Sb和Tl均显示出较大的变化,变化区间多在4~7个数量级,而其他微量元素含量的变化多在3个数量级以内。矿石与围岩的微量元素相关性分析表明,矿石中明显出现Au、As、Hg、Sb和Tl的富集,其他元素没有明显的迁出或带出变化。三个矿床不同世代黄铁矿的微量元素分析及典型环带状黄铁矿面扫描分析结果显示,成矿期砷黄铁矿同样具有Au、As、Hg、Sb、Tl(-Cu-Pb)富集,进一步确定研究区卡林型金矿床成矿元素组合为Au、As、Hg、Sb、Tl(-Cu-Pb)。泥堡、水银洞和丫他金矿床高品位矿石的矿相学观察,尤其是在高空间分辨率环境扫描电子显微镜下均没有观察到自然金,说明金的赋存形式主要呈“不可见金”。载金黄铁矿微量元素分析结果几乎都落在卡林型金矿床中黄铁矿Au-As关系图的楔形区域,进一步说明该区金矿床符合典型卡林型金矿床的矿化特征。载金黄铁矿Au-As含量变化显示所有分析值均落在金饱和度曲线(CAu=0.02×CAs+4×10-5)以下,表明这些矿床中Au主要是以固溶体金或均匀分布的纳米级包裹体金形式存在。成矿期黄铁矿Au-As相关性图解显示较好的正相关关系,表明金在砷黄铁矿中的富集与As在黄铁矿中的含量有关,可能的机制是As进入黄铁矿引起寄主黄铁矿的矿物晶胞参数增大或产生晶格位错为Au的富集提供了空间。研究区各金矿床的矿石中均不同程度地发育浸染状沥青,不同矿床中沥青的激光拉曼光谱特征基本一致,说明该区金矿床中的沥青具有相同成因。根据沥青的激光拉曼光谱特征参数反演计算,得到成矿早期流体温度为317~336℃。该温度明显高于盆地古地温范围(160~250℃)和区域上二叠统古油藏储层流体包裹体均一温度(73~175℃),说明该区卡林型金矿成矿热源可能与区域古地温无关。典型金矿床成矿期流体均一温度为~220℃(平均盐度~4.2 wt.%),成矿晚期流体的温度为~150℃(平均盐度为~2.2 wt.%),总体上在金成矿过程中成矿流体存在明显的降温过程,盐度也存在显著降低趋势。本文通过多种矿床地球化学示踪手段对初始成矿物质的来源和演化进行了示踪研究。不同热液蚀变矿物流体包裹体气相组成显示初始成矿流体可能为岩浆流体,在N2/Ar vs.CO2/CH4流体来源判别图解中,各蚀变矿物中的流体包裹体气相组成主要落在循环的大气降水区域,经大气水区域向岩浆流体区域延伸,整体上构成一条非常好的线性分布,暗示成矿流体可能起源于深部岩浆但在演化过程中有大量循环大气水加入。其中一件偏离趋势线向有机流体方向偏移的石英样品,可能反映了流体迁移过程中局部存在有机流体加入。成矿流体C-H-O同位素组成也显示初始成矿流体具有岩浆来源,流体演化过程中具有明显的多源混合特征。在δDH2O-δ18OH2O同位素组成图解中,成矿流体表现出明显的三端元混合模式:深源岩浆/变质流体(14‰,-15‰)、围岩或深部地层中的有机水(14‰,-135‰)和当地的大气降水/热泉水(-10‰,-72‰)。一些含羟基的热液蚀变矿物(如迪开石、白云母和高岭石等)的氢氧同位素组成非常接近深源岩浆/变质流体,暗示初始成矿流体的深源岩浆/变质起源。在δ13CPDB-δ18OV-SMOW同位素图解中,自典型的海相碳酸盐岩区域δ13CPDB值和δ18OV-SMOW值均出现显著降低,指示深部岩浆/幔源或赋矿地层中有机物质(脱羧基作用)之间的混合过程。对成矿流体中有机气相组成的研究表明,不同阶段矿物流体包裹体中有机质的种类和含量没有明显变化,说明成矿作用过程中可能没有明显的有机质脱羧基作用,δ13CPDB值的明显降低可能与深部岩浆/幔源碳的注入有关。不同热液蚀变矿物流体包裹体惰性气体同位素和液相离子组成显示成矿流体具有明显的幔源/岩浆流体信号,后期演化过程中存在地壳浅部盆地流体的加入。主要热液蚀变矿物流体包裹体中惰性气体组成中He/Ne和He/Ar比值变化达到3个数量级以上,24件样品中有8件He/Ne比值变化小于大气的He/Ne比值(0.3),暗示存在大气He混入,16件样品大于0.3,表明存在地壳及深部地幔He加入。典型地壳来源流体中He同位素组成R/Ra值为0.02,地幔来源流体中He同位素组成R/Ra值为8,本次研究获取的大部分数据分布在典型地壳来源流体和典型地幔流体之间,其中来自泥堡金矿床的石英样品具有最大的R/Ra比值1.44,指示成矿系统中可能有高达24%的幔源He注入。主要热液蚀变矿物流体包裹体中离子组成中很多样品显示较高的Na/Cl和较低的Cl/Br比值,其中两个萤石和一个石英样品清楚显示较低的Na/Cl比值和较高的Cl/Br比值,数据范围与斑岩型矿床成矿流体中的Na/Cl和Cl/Br比值非常接近,进一步证实岩浆流体可能是成矿流体的重要来源之一。在Na/Ca vs.Na/K图解中,典型金矿床的数据分布显示出岩浆流体与盆地流体的混合趋势,尤其是来自水银洞金矿床三个雄黄样品的数据结果非常靠近前人发表的花岗质岩浆流体(400℃)端元,暗示成矿流体中的离子组成具有明显的岩浆来源,但成矿演化过程中存在地壳浅部盆地流体的注入。LA-MC-ICP-MS微区硫同位素分析结果显示,三个矿床中的黄铁矿δ34S变化为-49.59~16.85‰,成矿前黄铁矿的δ34S可分为两组,即-49.59~-4.12‰和14.30~16.85‰,硫分别来自开放和封闭系统中海相硫酸盐的细菌还原作用(BSR)。成矿期黄铁矿的δ34S值为-1.48~9.95‰(均值~3‰),可能是深部岩浆硫或高温变质成因硫。单颗粒环带状黄铁矿的微区线扫描分析结果显示成矿期黄铁矿的δ34S值相对于成矿前黄铁矿出现明显的δ34S值降低,暗示成矿流体中明显富集32S,并向“0”靠近。相似的情况在美国内华达地区也有报道,这种现象被认为是岩浆硫的注入。综上所述,本文认为黔西南地区卡林型金矿床的成物质具有岩浆来源,并在地壳浅部与循环大气降水、盆地(有机)流体及大气成分发生混合。成矿年代学研究为黔西南金矿床的形成时间和时空分布规律提供了新的重要信息。泥堡金矿床SBT矿化带中萤石Sm-Nd等时线年龄为126~122 Ma,水银洞金矿床与雄黄共生的方解石Sm-Nd等时线年龄为146.5±3.3 Ma,丫他金矿床与雄黄共生的石英Rb-Sr等时线年龄为148.5±4.1 Ma,丫他金矿床成矿期热液伊利石的Rb-Sr等时线年龄为204.6±5.2 Ma。结合区域地质事实及已有可靠成矿年代学数据的分析,本文认为黔西南地区卡林型金矿床成矿作用具有两期成矿的特点,成矿时代包括晚三叠世(~200 Ma)和晚侏罗世—早白垩世(148~122 Ma)。根据对区域大地构造演化研究成果的分析,研究区金成矿的构造背景和成矿过程可概括为:在晚三叠世(~200 Ma),随着古特提斯洋的闭合,Indochina板块向北与华南板块拼合,碰撞后构造体制由挤压向伸展转换导致强烈的区域岩浆活动,但由于黔西南所处的右江盆地沉积盖层巨厚、能干性较弱、断离构造连通性较差,因此极少有岩浆侵位到沉积盖层浅部;深部隐伏岩浆房冷却过程中出溶形成的初始成矿流体(+物质)沿区域台—盆边界断裂或其他台、盆内部断裂构造向上迁移,流体迁移过程中存在明显的深循环大气降水、盆地(有机)流体、近地表大气降水混合。这种混合流体迁移至浅部区域性构造不整合面、背斜内部层间滑脱构造、层内断裂构造等处与发生广泛和强烈的水—岩反应引起Au及其他成矿物质的卸载和富集。晚侏罗世—早白垩世(148~122 Ma)的金矿成矿作用可能与华南板块岩石圈的大规模伸展减薄有关,这种伸展可能与古太平洋板片俯冲过程中俯冲板片撕裂作用或板片俯冲方向调整有关,研究区深部燕山晚期岩浆活动出溶的成矿流体(+物质)沿先存构造通道向上迁移至相似的赋矿空间通过相似的水—岩反应过程和相似的矿化富集机制卸载成矿。