甘肃省天水市柴家庄金矿床位于甘肃天水市柴家庄东侧，是在该区早古生代火山岩中最早发现的石英脉型金矿床（栾世伟等，1987），矿床规模已达中型。
该矿床系原甘肃省地矿局地质一队二分队于1990年1月在该区进行1∶5万区调时发现的，1991～1994年由甘肃省地矿局地质一队七分队承担普查评价工作。2003年甘肃省第一勘查院又进行了新一轮调查，取得了丰富的资料。
1 成矿地质背景
柴家庄金矿位于西秦岭造山带，北秦岭加里东褶皱带内。北秦岭褶皱带是以华北地块为基底，经元古宙奠基、加里东早期裂陷接受海相火山-碎屑岩沉积，加里东晚期褶皱造山，并经历了华力西期、印支—燕山期强烈改造的复杂带（霍福臣等，1995）。
区域出露地层有古元古界秦岭群、下古生界李子园群、泥盆系和白垩系等。其中，以李子园群基性—中酸性火山岩为主夹正常沉积的中等变质绿片岩系分布最广，金含量高，是区内金矿的主要矿源层。从加里东期至燕山期均有岩浆活动，以印支期—燕山期酸性侵入岩最为发育，且与金成矿关系密切（李永琴等，2006）。
区域断裂构造发育，以SN向区域性大断裂及NW向次级断裂为主要构造线，叠加有NE及近EW向后期断裂，形成了不同期次、不同方向相互交织的错综复杂的断裂构造基本格架。独特的大地构造环境及多期次的构造、岩浆活动，为热液型内生矿产的形成提供了优越的地质条件。
2 矿区地质概况
赋矿地层为下古生界李子园群第三岩性段（甘肃省地矿局，1997），按其岩石组合可分为3 层：下层为浅灰色碎裂状斜长角闪片岩，厚度＞134m；中层为石英片岩夹斜长角闪片岩，厚度＞257m；上层为斜长角闪片岩夹含石榴石二云石英片岩、大理岩，厚度＞210m。各层均为整合接触（图1）（殷先明等，2000）。地层金丰度达58×10-9～65×10-9。其中下部由中基性火山岩变质而形成的斜长角闪片岩金含量高达98×10-9，是重要的矿源层，亦是主要容矿岩石。
矿区总体构造形态为倾向NW的复式单斜构造，其间发育次级小褶曲。断裂构造发育，大体可分为3组：一是NNW向断裂，具有多期次活动特征，表现为早期具压扭性质，晚期具张扭性质，以韧-脆性变形为特征，带内构造片理化作用强烈，热液蚀变发育，并有闪长细晶岩脉及含金石英脉分布，为控矿构造；二是NE向断裂，一般早期为张扭性，晚期具压扭性质，具明显的多期活动性，空间上平行展布，常形成较为密集的挤压带，带内岩石常具多种不同程度的蚀变，并发育有含金石英脉，是区内主要的控矿、容矿构造；三是近EW向断裂，为一组成矿后断裂，对矿体起破坏作用。
印支期柴家庄二长花岗岩体呈不规则港湾状岩株产出，出露面积45km2。属S型浅成相花岗岩，剥蚀较浅。围岩蚀变发育充分，蚀变带宽数十米。岩体金平均含量5.13×10-9，内接触带高达56×10-9，含金石英脉多分布在外接触带2m范围之内。
脉岩发育，石英脉为区内重要的含金脉体，闪长细晶岩脉与含金石英脉密切伴生，在Ⅳ矿带见与金矿化关系密切，蚀变强烈地段构成金矿体。闪长岩脉在LD403，IYM1中可见切穿含金石英脉现象，并多沿近东西向的晚期断裂带填充，对金矿体起破坏作用，花岗伟晶岩脉、闪长玢岩脉、煌斑岩脉与金矿化无明显关系（武汉地质学院，1985）。
图1 柴家庄金矿地质图（附土壤化探异常）
1—下古生界李子园群下岩组上层；2—下古生界李子园群下岩组中层；3—下古生界李子园群下岩组下层；4—二长花岗岩；5—闪长岩脉；6—石英闪长岩脉；7—闪长玢岩脉；8—石英脉；9—矿带；10—断层；11—综合异常
3 矿床地质特征
3.1 矿带及矿体特征
柴家庄金矿已发现金矿化带4条（图1），圈出金矿体11个。
Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ金矿化带位于矿区南部，受一组NE向脆性断裂控制，呈NE向平行展布，倾向NW，倾角52°～71°。矿化岩石为单一的碎裂状含金石英脉，多呈单脉状、透镜状产于断裂带内，局部受一组次级断裂面控制而呈多条脉平行产出（图2），具明显的膨大收缩及尖灭再现现象。脉体与围岩界线清晰，二者接触面上常有一层1～5 cm厚的断层泥。近矿围岩多为斜长角闪片岩及具弱的硅化、绿泥石化及碳酸盐化蚀变。
Ⅳ矿带位于矿区北部，受NNW向脆-韧性断裂控制，走向345°～350°，地表倾向NEE，深部倾向SWW，倾角65°～70°。含矿岩石以碎裂状含金石英脉及旁侧的黄铁绢英蚀变岩，局部蚀变闪长细晶岩亦构成金矿体。顶板岩石为碎裂状斜长角闪片岩，底板岩石为闪长细晶岩，夹石为绢云母片岩（图3）。围岩蚀变强烈，有绢云母化、硅化和黄铁矿化等。
金矿体形态以脉状为主，其次为透镜状，主要赋存于Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ矿带中，长15～380m，厚0.27～2.70m，控制延深45～125m。金品位3.91×10-6～35.90×10-6，单样最高品位达208.64×10-6，矿床平均品位20.70×10-6。
3.2 含金石英脉特征
石英脉为区内最重要的含金脉体，其生成多受韧性剪切带控制，主要为同构造石英脉，多呈NE向展布。矿区已发现具有一定规模石英脉27条。其中Ⅰ矿带11条，Ⅱ矿带2条，Ⅲ矿带1条，Ⅳ矿带13条。按其特征和含金性大致可分为2类，即乳白色石英脉和烟灰色碎裂状石英脉，前者分布无明显规律，金矿化微弱；后者一般受断裂控制，多构成金矿体。
石英脉型金矿石为该矿床最主要的矿石类型，浅灰—烟灰色石英也是主要的载金矿物之一，石英单矿物分析含金达4.22×10-6。
图2 Ⅰ1 矿体1755m 中段示意图
Past—斜长角闪片岩；1—金矿体及编号；2—石英脉；3—煌斑岩脉；4—实测逆断层
图3 Ⅳ1 矿体1936m 中段示意图
1—斜长角闪片岩；2—闪长细晶岩；3—绢云母岩；4—实测正断层；5—实测逆断层；6—金矿体及编号；7—石英脉型金矿石；8—蚀变岩型金矿石
3.3 矿石特征
矿石自然类型简单，以石英脉型金矿石为主，其次为蚀变岩型金矿石。
3.3.1 矿物成分
矿石中金属矿物主要为黄铁矿、黄铜矿，其次为方铅矿（在人工重砂及IYM1-2坑道中见到），少量闪锌矿、磁铁矿、毒砂、辉铜矿、铜蓝和孔雀石等。脉石矿物以石英为主，其次为绢云母、绿泥石，少量长石、高岭石和方解石等。
1）黄铁矿：浅黄、黄、灰黄色，以半自形—他形晶为主，其次为半自形—自形的立方体晶形，在黄铁矿的裂隙中多充填有黄铜矿、辉铜矿和铜蓝等矿物，少量黄铁矿周围有被氧化成褐铁矿的现象。黄铁矿在矿石中分布不均匀，局部呈团块状、条带状和不规则细脉状。黄铁矿的粒度变化较大，粗细不均。多数大颗粒的黄铁矿有被压碎现象。黄铁矿与金矿物关系密切，紧密伴生，为重要载金矿物。
2）石英：浅灰白、灰、烟灰色，外形不规则，他形粒状集合体。粒径一般在0.4～2mm之间，最大10.5mm。因受后期构造作用而强烈破碎，形成细小的搓碎物，并均已重结晶，在后期次级应力作用下，发生裂纹、裂隙，被晚期金属硫化物和方解石细脉所充填。个别石英有包裹黄铁矿、黄铜矿的现象，与金矿物关系密切。经单矿物分析，含金4.22×10-6，为载金矿物之一。
3）矿石中金矿物成分较为简单，以银金矿为主，次为自然金。金矿物呈金黄色，以角砾状、板片状为主，次为枝杈状，浑圆状、叶片状和毛丝状。粒径0.005～0.18mm，平均0.027mm。其中，＜0.037mm的微细粒金占71.84%。金的赋存状态以裂隙金占46.38%、粒间金占43.00%、包裹金仅占10.62%。裂隙金、粒间金主要赋存于黄铁矿、黄铜矿裂隙及粒间，包裹金则多被褐铁矿、黄铜矿及石英包裹。
3.3.2 矿石结构构造
石英脉型矿石具自形、半自形和他形不等粒结构，交代、穿插、溶蚀、包含及碎裂结构常见；蚀变岩型金矿石具鳞片粒状变晶结构；不均匀浸染状、细脉状、团块状及角砾状构造是区内原生矿的主要构造，氧化矿石常见蜂窝状构造。
3.3.3 有益组分含量及变化
成矿主元素Au含量一般1×10-6～50×10-6。最高可达208.64×10-6。其中，石英脉型矿石中金含量较高，一般 ＞20×10-6，高于100×10-6者亦可常见，而蚀变岩型矿石中金含量一般1×10-6～15×10-6，尚未发现＞20×10-6。空间上，随两类矿石的交替出现，Au含量急剧变化，在同类矿石中，金含量则较为稳定，变化系数一般＜80%。伴生Ag含量8.12×10-6～26.12×10-6、Cu含量0.22%～0.94%，可综合回收利用，其他元素含量甚低。
3.3.4 成矿期及矿化阶段
柴家庄花岗岩体同位素年龄为198～206 Ma（K-Ar法测定黑云母），成矿作用发生在其后，与矿体密切的北北东向断裂截穿花岗岩体及白垩纪以前的地层，断裂带内多发育多期脉岩。由此推知柴家庄金矿的成矿时代为印支期末—燕山期。
按成矿作用与矿物共生组合及其相互关系，矿区金矿化可分为两期6个阶段。
第一期，变质热液成矿期发生于加里东—华力西期，区域变质热液使金活化迁移形成初步富集的基础上，又叠加了构造热液，使金再次活化、迁移至有利构造部位，以交代方式沉淀成矿，形成了绢云母-石英-黄铁矿-自然金组合。为本区金的第一成矿阶段，形成了蚀变岩型金矿石。
第二期，岩浆热液成矿期发生于印支—燕山期，随着大规模酸性岩浆侵入活动的发生，丰富的岩浆期后热液混合了部分大气水和变质水形成充足的成矿流体，携带大量成矿物质迁移至构造有利部位充填成矿，形成了区内石英脉型富矿石（王友文等，1985）。按矿物共生组合本期可分为5个成矿阶段：
第一成矿阶段为黄铁矿-石英阶段：主要由乳白色石英组成，伴有少量黄铁矿及金矿物。黄铁矿以粗粒立方体自然晶呈浸染状分布。
第二成矿阶段为金-石英-黄铁矿阶段：主要由中粗粒黄铁矿和石英组成。黄铁矿多呈半自形粒状晶体，呈脉状、团块状集合体叠加于前一阶段之上，是本区金的次要成矿阶段。
第三阶段为金-石英-黄铜矿-黄铁矿阶段：主要由中细粒他形晶黄铁矿与烟灰色石英及少量黄铜矿组成。黄铁矿多具压碎结构，与黄铜矿、毒砂、银金矿和自然金共生，是金的主要成矿阶段。主要矿物组合为金-石英-黄铜矿-黄铁矿。
第四成矿阶段为金-石英-多金属硫化物阶段：由细粒灰白色石英、中粗粒方铅矿及少量细粒他形黄铁矿组成，常局部富集并成块状高铅金矿石。在方铅矿团矿中多含有早期细粒黄铁矿及烟灰色石英角砾。
银金矿多呈他形粒状赋存于方铅矿粒间，是金的又一重要成矿阶段（杨根生，2007）。
4 矿床成因
4.1 地球化学特征
4.1.1 区域地球化学特征
据基岩光谱分析（金府实，1994），李子园群主要元素丰度值Ag为0.138×10-6，Pb为20.5×10-6，As为3.97×10-6，Sb为1.06×10-6，Au为2.10×10-9，其中，中基性火山岩金含量平均6.4×10-9，柴家庄花岗岩体金含量5.13×10-9，二者Au丰度高于地壳克拉克值。
4.1.2 矿区地球化学特征
（1）Au元素在矿区地层和岩体中的分布特征
据矿区1∶2000地化剖面（基岩光谱分析）资料李子园群下岩组下层Au的平均丰度为17×10-9，为地壳克拉克值的4倍以上，I矿带位于其中；在下岩组中层，Au平均丰度为58×10-9，是克拉克值的14倍以上，其中赋存有Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ矿带；在下岩组上层，Au平均丰度为96×10-9，为地壳克拉克值的24倍，该套地层相对远离各金矿带，目前尚未发现金矿体。
柴家庄岩体Au平均丰度为56×10-9，为地壳克拉克值的14倍。
从上述金的地球化学特征可以看出，矿区柴家庄岩体和李子园群火山岩均经过了金的初步富集，高于其同种元素的区域值，成为Au的高背景带，具备了提供矿源的基础条件。
（2）微量元素在矿体和围岩中的分布特征
1）微量元素分布特征：矿区微量元素分布特征如表1所示。从表中可以看出，各种岩石中微量元素含量基本接近或略高于克拉克值，但在石英脉中却明显富集，其次是构造角砾岩、中基性岩脉和火山岩，尤其是Ag，Cu，Mo等元素，显示了它们与金成矿的相关性。
2）土壤异常特征：矿区土壤测量共圈出综合异常9个，一般由Au，Ag，Cu和Hg等元素组成，浓集中心明显，异常套合较好，具内、中、外三带。Au元素品位一般为36×10-9～80×10-9。异常多为圆形或椭圆形，主要呈北北西向展布，与已知矿带走向吻合，其中AP-4，AP-5和AP-6综合异常与已知矿体对应较好。
表1 柴家庄金矿岩石微量元素含量 w（B）/10-6
注：甘肃地矿局第一实验室光谱分析，1992。
4.1.3 矿体同位素地球化学特征
为进一步研究成矿作用，分别于能代表矿床特征的Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ矿带采集了硫同位素（黄铁矿型金矿石）、氢、氧同位素（含金石英脉）样品，测定结果显示了较为清晰的流体成矿信息。
（1）硫同位素
据郑永飞等研究（2000），硫同位素在不同物源中的变化：铁陨石δ34S为0.0‰～0.6‰，在花岗岩中δ34S为-13.4‰～26.7‰，在变质岩中δ34S为-20‰～＋20‰，而在海水硫酸盐中δ34S非常稳定，δ34S约为20‰左右，而在沉积岩中硫的丰度比岩浆岩大一个数量级，且变化范围很大。
矿区硫稳定同素样品测定结果如表2所示。从表中可以看出，δ34S变化范围为4.90‰～7.82‰，平均5.90‰，极差3.320‰。δ34S变化区间较窄，且均为正值。其值比幔源δ34S高，而与花岗岩比较接近，显示硫的来源与花岗岩有关。
表2 柴家庄金矿硫同位素测定结果
（2）氧同位素
一般认为，海水δ18O为0‰（变化＜±1‰），大气降水δ18O为-54‰～31‰（平均-4‰），变质水δ18O为5‰～25‰，岩浆水δ18O为5‰～7‰，大多数正常花岗质岩石为7‰～13‰，玄武岩δ18O为5.5‰～7.4‰（郑永飞，2000）。
在含金石英脉中共取氧同位素样品 6 件，测定结果如表 3 所示。δ18O 变化范围 9.52‰～11.63‰，平均10.54‰，极差3.11‰，变化范围较小，具热液特征。δ18O值与花岗质岩石较为接近，说明成矿流体的来源与柴家庄花岗岩关系较为密切，同时也有部分大气降水和变质热液的参与。
表3 柴家庄金矿氧稳定同位素测定结果
注：由中国科学院广州新技术研究院分院虞福基分析。
（3）氢同位素
在金矿体中共取氢同位素样品4件，测定结果如表4所示。δD变化范围为-85‰～-99‰。平均值为-91.75%，极差-14%。与表6中所列世界典型矿床中流体的δD值比较，显示出大气降水参与了成矿，同时混有少量的岩浆水和变质水。
表4 柴家庄金矿及岩体中δD 含量表
注：由中国科学院广州新技术研究院分院虞福基分析。
4.2 包裹体特征
于Ⅳ矿带南、北两端各采石英包裹体测温、测盐样一件，前者距岩体较近，包裹体较小（5～11 μm），气液比5.15，形成温度154～218℃，平均181.5℃，盐度2.6%～7.3%，平均6.0%。后者距岩体较远，包体较大（5～20 μm），形成温度（134～200℃，平均165.3℃），盐度3.5%～6.7% 之间，平均5.8%。测温、测盐结果表明成矿与岩体侵入有成因联系。
4.3 矿床成因
综上所述，从δ34S的变化可以看出其值比幔源δ34S高，而与花岗岩比较接近，显示硫的来源与花岗岩有关；δ18O变化范围为9.52‰～11.63‰，其值与花岗质岩石较为接近，说明成矿流体的来源与柴家庄花岗岩体关系较为密切，同时也有部分大气降水和变质热液的参与；从δD值来看，显示出大气降水参与了成矿，同时混有少量的岩浆水和变质水；在图4 上，样点全落在雨水—热液水区间，说明成矿流体是一种混源体；成矿温度和盐度与柴家庄岩体相应值比较接近。综合来看，成矿流体主要来自岩浆热液，其次为大气降水，同时有变质热液等的参与。
图4 柴家庄金矿δD-δ18O 关系图
（据冯益民等，1995）
结合矿床地质特征，即李子园群和柴家庄岩体金的丰度值较高，是矿源层（体）；矿床产于岩体热晕波及带内，矿区分布有多期脉岩，说明岩浆活动较为强烈，为成矿提供了热能；虽然地层、区域变质作用、多期构造活动及大气降水等均参与了成矿，但矿床成矿物质及热液主要来自岩浆活动，以岩浆成矿作用为主（段永民，2006）。
张维吉、孙继东（1994）及金府实（1994）在勘查初期对矿床特征进行了初步研究，杜玉良（1999）经过对丹凤群（即李子园群）沉积建造特征及含矿性的研究，认为基性—中酸性火山岩是成矿的必要条件；宋忠宝、冯益民等（1996）通过同位素年代学的研究，认为柴家庄花岗岩体形成年龄（华力西期）早于金成矿期（印支-燕山期），故岩体只能提供部分成矿物质，而不提供热源。段永民（2006）在前人研究成果的基础上，通过对其地球化学特征的分析，认为岩浆热液活动是成矿的主导因素，是诸多控矿因素中最主要的控矿因素。
5 找矿标志及找矿方向
本区岩体接触带和较封闭的矿液循环及沉淀构造环境是成矿的重要条件。区内找矿标志明显，找矿标志及找矿方向主要有以下几个方面。
1）李子园群及分布于其中的印支-燕山期中酸性侵入岩是找矿的区域性标志。
2）岩体外接触带NE、NNW向断裂是找矿的构造标志。
3）含金石英脉露头是最直接的找矿标志，其主要特征是呈烟灰色，具碎裂状、蜂窝状和网格状构造，含金属硫化物。金属硫化物的种类和含量，是矿化富集程度的直接标志，以富含他形细粒黄铁矿及黄铜矿、方铅矿者矿化最佳。
4）围岩蚀变标志：绢云母化、硅化、黄铁矿化、黄铜矿化、方铅矿化与金矿化呈正相关，主要发生于矿体及近矿围岩中，远离矿体则迅速减弱。绿泥石化、碳酸盐化广布于围岩中，但在含矿断裂带表现较强，是热液活动的标志。
5）矿物学标志：矿石的主要组成矿物为石英、黄铁矿和黄铜矿等，均具有指示金矿化的标型特征。
6）以Au为主的Au，Ag，Cu，Pb，As，Hg综合异常是找矿的地球化学标志。异常的规模、强度与金矿化强度明显相关，元素的分带趋势：前缘元素Hg，As，近矿指示元素Au，Ag，Cu，Pb。
7）本区矿床的形成受丹凤群、印支-燕山期酸性侵入岩及断裂构造3种因素控制，找矿的首要方向是上述岩体外接触带0～2km范围内的NE、NNW向断裂发育部位；其次为虽离岩体较远，但NNW向断裂及中酸性脉岩发育地段；在无岩浆活动的丹凤群分布区，亦有可能在蚀变强烈的NNW断裂中赋存有蚀变岩型金矿。
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