2019, Vol. 35
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杨晓勇1
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2. 安徽省地质调查院(安徽省地质科学研究所), 合肥 230001;
3. 自然资源部覆盖区深部资源勘查工程技术创新中心, 合肥 230001;
4. 安徽省地质矿产勘查局321地质队, 铜陵 244033
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YANG XiaoYong1 , , , ,
2. Geological Survey of Anhui Province, Hefei 230001, China;
3. The Coverage Area Deep Resource Exploration Engineering Technology Innovation Center of Ministry of Natural Resources, Hefei 230001, China;
4. No. 321 Geological Team of Bureau of Geology and Mineral Exploration of Anhui Province, Tongling 244033, China
安徽铜陵地区位于我国著名的长江中下游成矿带，在国际成矿理论研究工作中处于重要的地位，该地区地质工作程度较高，一直以来也是地质学者关注的重点研究区域，前人研究内容包括了该地区的成岩成矿年代学、岩石与矿物地球化学、岩浆作用与成矿关系、成矿模式及深部找矿预测等，成果颇丰( 常印佛等, 1991; 陈江峰等, 1993; 唐永成等, 1998; 吴才来等, 2008, 2010; 毛景文等, 2009; 谢建成等, 2008, 2012; 周涛发等, 2008, 2017; Xie et al., 2009, 2012, 2018; 徐晓春等, 2012, 2014, 2018; Zhou et al., 2015; 范子良等, 2016; Fu et al., 2019)。
近年来该区又发现了舒家店大型斑岩型铜矿( 王世伟等, 2011, 2012, 2018; 赖小东等, 2012; Duan et al., 2017)及姚家岭特大型多金属矿床( 蒋其胜等, 2008; 钟国雄等, 2014)，说明铜陵地区依然具有较大的找矿潜力及研究价值。 段留安等(2013)发现了杨冲里金矿，并对于杨冲里及舒家店的成岩成矿时代、岩石地球化学及成矿物质来源等展开了研究工作( Wang et al., 2016; Duan et al., 2017)，取得了一定成果，认为该矿床是构造蚀变岩型，为该地区一种新类型金矿床。但对于该矿床成矿流体的来源和成矿机理等研究目前尚存在不足，为了进一步探究该地区铜金矿床的成因，本文针对杨冲里金矿的含矿石英脉展开流体包裹体岩相学、测温、成分及稳定同位素研究，并与舒家店铜矿进行综合对比，探究其成矿流体的来源及成矿机制，建立区域成矿模式。
1 区域地质背景铜陵矿集区位于长江中下游成矿带中部( 图 1a)，又称为铜陵隆起。该地区出露的绝大部分地层为上古生界及中三叠统下部，其余出露很少。从下到上可以分成三个沉积建造：下部为上奥陶统五峰组以下地层，主要为一套碳酸盐为主夹少量碎屑岩的沉积；中部为厚度较大的志留系碎屑岩沉积；上部为泥盆系五通组至中三叠统东马鞍山组，主要为碳酸盐夹少量碎屑岩建造。
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图 1 铜陵矿集区地质略图(据 谢建成等, 2012) Fig. 1 Geological sketch map of the Tongling metallogenic district (after Xie et al., 2012) |
铜陵地区基底构造以断裂为主，发育三组方有发育：东西向、南北向以及北北东向( 陆三明, 2007)；盖层构造则包括印支期褶皱及浅层断裂，印支期褶皱主要包括一系列北东向背斜、向斜相间排列，褶皱轴面形态呈S状，浅层断裂也发育有三组方向，分别是北东向、南北向以及北西向。
铜陵地区岩浆岩发育，以侵入活动占据绝对优势，岩性多为中酸性，大小出露约70余个，主要形成于燕山期，岩体的形态多呈轴向分布，其长轴方向与区域内的断裂构造系统的分布特征一致( 图 1b)，说明该地区的成岩作用受断裂构造控制明显。根据本区内岩浆岩的岩性，大致分为三个岩石组合：(1)辉石闪长岩-辉石二长闪长岩组合；(2)石英闪长岩-石英二长闪长岩组合；(3)花岗闪长岩组合( 谢建成等, 2012)。
研究区矿产资源及其丰富，各类矿种均有发现，累计发现矿床200余处，金属矿床主要以铜、金矿化为主，其次为铅锌矿化( 图 1b)。主要的矿田、矿床多围绕侵入岩岩体群、岩体周边产出，与燕山期岩浆活动密切相关。形成了铜官山、狮子山、新桥-舒家店、凤凰山、姚家岭等五个矿田( 施珂等, 2019)，具体的矿床成因类型、矿化组合等详见 表 1。
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表 1 铜陵地区金属矿床分类表 Table 1 The classification of metal ore deposit in Tongling region |
杨冲里金矿位于舒家店斑岩型铜矿的南侧1km左右，铜陵-戴家汇东西向控岩控矿构造成矿带中。该区域地层自志留系(S)至三叠系(T)均有出露( 图 2a)，地层产状一般较缓，其中最主要的地层为中志留统坟头组，岩性主要包括砂岩、粉砂岩及砂质页岩等。
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图 2 杨冲里地区区域地质简图(a, 据 王世伟等, 2011修改)及杨冲里金矿剖面示意图(b, 据 Duan et al., 2017) Fig. 2 Geological sketch map of Yangchongli area (a, modified after Wang et al., 2011) and the drilling geological profile of Yangchongli gold deposit (b, after Duan et al., 2017) |
褶皱构造和断裂构造构成了区内的主要构造活动。褶皱构造主要为舒家店背斜，该背斜呈线状分布，走向北东向。北西向发育的九榔断裂带与之相交呈切割关系，相交处为褶皱的北东端。压性冲断裂及破碎带呈北东向分布，与区域构造特征一致，为该区域主要的控岩、控矿构造；北西向断裂则多与背斜呈切割关系。
区内出露面积最大的岩浆岩为舒家店岩体，该岩体分两期侵位于舒家店背斜近轴部：一期为辉石闪长岩( 图 3a, b)139.2±2.1Ma~144.8±1.4Ma( 王世伟等, 2011; 赖小东等, 2012; 李名则等, 2016)，另一期为二长闪长岩140.7± 1.8Ma( Duan et al., 2017)，二者在深部为侵入接触，接触界限明显，二长闪长岩穿插于辉石闪长岩中( 图 3c)，接触带附近的石英二长岩中含有较多的辉石闪长岩的捕掳体( 图 3d)，说明辉石闪长岩侵位早于二长闪长岩。
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图 3 杨冲里金矿岩矿照片(据华东冶金地质勘查研究院, 2015①; Duan et al., 2017) Pl-斜长石；Prx-透辉石；Kfs-钾长石；Q-石英；Hbl-角闪石；νδ-辉石闪长岩；ηδο-二长闪长岩 Fig. 3 Rock and ore photos of Ynagchongli deposit (after Duan et al., 2017) |
① 华东冶金地质勘查研究院. 2015.安徽省铜陵县舒家店铜矿普查报告
矿区内目前发现的矿带共有5条，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号矿带呈北东向分布于矿区中部，由南向北等距平行排布，Ⅴ号矿带位于矿区东部。矿化带中共发育有50多个金矿体，其中1、2、4、21、31、41、52号矿体为该矿床的主要矿体( 图 2b)。金矿(化)体主要赋存于二长闪长岩( 图 3e)和志留系坟头组地层的碎裂岩中( 图 3f)，走向北东，倾角较陡为70°~80°，形态主要为似层状、透镜状等。
矿化蚀变主要有黄(褐)铁矿化、黄铜矿化、硅化、绢云母化等，其中与金矿化密切相关的为硅化和黄铁矿化，一般黄(褐)铁矿含量越高金品位越高( 段留安, 2016)。金属矿物主要为黄铁矿，少量黄铜矿、辉钼矿等，金矿常与黄铁矿等硫化物共生；褐铁矿等氧化矿物主要存在于近地表位置。矿石结构以交代残余结构、包含结构等为主；氧化矿石多为蜂窝状构造；原生硫化矿主要呈浸染状、脉状、角砾状等构造。
根据矿床地质特征、不同矿物之间的组合及接触关系、矿石的结构构造等，本次工作将杨冲里金矿床的形成过程划分为三个期次：(1)岩浆期；(2)热液期，又分为气液阶段和热液阶段，其中热液阶段又分为三个亚阶段；(3)表生期。不同的时期拥有不同的温压条件，形成不同的矿物组合，具体的矿物形成顺序详见 表 2。
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表 2 杨冲里金矿床矿物生成顺序表 Table 2 The minerals generated sequence table of Yangchongli deposit |
采集了ZK1601钻孔中的6件样品进行流体包裹体测温及盐度标定、激光拉曼气液相成分及H、O同位素测试，测试的目标矿物均为石英。样品采自绢云母石英硫化物亚阶段的含矿石英，该阶段为金矿化的主要成矿时期。
3.2 测试方法流体包裹体显微测温在合肥工业大学资源与环境工程学院成矿流体实验室完成；激光拉曼光谱在合肥工业大学分析测试中心完成；H、O同位素测试，由澳实分析检测(广州)有限公司分析完成。
首先运用显微镜进行观察，了解并掌握其岩相学特征，根据观察结果选择相对较好的包裹体片。对包裹体片进行相应处理后运用Linkam THMSG 600冷热台进行测温，具体过程详见 张赞赞(2013)；运用法国产LabRAM HR Evolution型显微共焦激光拉曼光谱仪进行单个流体包裹体激光拉曼测试，具体参数及操作过程详见 何俊(2018)；H同位素测定采用Thermo-Finnigan同位素比值质谱仪(型号Deltaplus XP)测定同位素比值，详细参数及具体过程见 龙雄志等(2017)；采用Finnigan MAT 252稳定同位素比质谱仪测定O同位素，称取约5mg样品与BrF5于550~600℃条件下进行氟化反应12小时以上，收集析出的氧，经过高温的石墨棒转化为CO2，然后采用Finnigan MAT 252稳定同位素比值质谱仪测定氧同位素比值18O/16O，数据基于V-SMOW(Vienna Standard Mean Ocean Water)国际标准水样标准化，报为δ18O值(‰)，典型的测试精密度为SD < 0.3‰。
3.3 流体包裹体测试结果 3.3.1 流体包裹体岩相学杨冲里金矿的包裹体发育情况一般，本次主要测试石英脉中的包裹体。包裹体主要呈两大类型( 图 4)，一种个体较大，常呈单体独立分布，长轴一般10~20μm，为原生包裹体；另一类常呈不规则线状分布，个体较小，气液比相差也大，多为次生包裹体。
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图 4 杨冲里金矿床流体包裹体类型 (a-d)Ⅰ型；(e) Ⅱ型；(f)Ⅰ型与Ⅱ型共生；(g) Ⅲ型；(h)次生包裹体.L-液相；V-气相；S-子晶 Fig. 4 Yangchongli fluid inclusions microscopic image characteristics |
室温下的原生包裹体呈现出不同相态，根据其相互之间的差异可分为三个类型( 图 4)：Ⅰ型-富液相L+V两相水溶液包裹体；Ⅱ型-富气相L+V两相水溶液包裹体；Ⅲ型-含子晶L+V+S三相包裹体。Ⅰ型：多为负晶形、椭圆形，长轴长度一般为5~20μm，气液比一般不超过50%，主要为20%~30%；Ⅱ型：主要为负晶形和不规则状，气液比一般大于50%，主要为70%~85%；Ⅲ型：其形态与Ⅰ型包裹体相近，可见子晶颗粒。其中Ⅰ型较为常见，Ⅱ型相对出现较少，Ⅲ型极为少见，三类包裹体呈共生关系。
3.3.2 流体包裹体测温本次测试的主要为Ⅰ型流体包裹体，共计测试30个点，测试结果见 表 3。流体包裹体的均一温度范围在220.1~445.3℃，平均为328.3℃，主要集中在275~375℃之间，属于中高温矿床。
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表 3 杨冲里流体包裹体测温结果 Table 3 Yangchongli fluid inclusions temperature result |
根据拉曼分析结果( 图 5)，包裹体气相中主要出现了主矿物石英的特征峰、CO2特征峰和H2O包络峰，而液相中主要为主矿物石英的特征峰和H2O包络峰，个别出现极低的CO2特征峰(1382cm-1)，表明该类包裹体气相成分主要为CO2和H2O，而液相成分主要为H2O，可能含极少量的CO2。
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图 5 杨冲里金矿床流体包裹体气液相成分激光拉曼测试结果 Fig. 5 Fluid inclusions gas-liquid composition laser Raman test results of Yangchongli |
氢、氧同位素分析结果见 表 4。分析结果显示，成矿流体的δD值为-85‰~-50‰，δ18OVSMOW值为6.7‰~9.7‰，根据 Clayton et al. (1972)的石英-水氧同位素分馏方程：1000lnα石英-水=3.38×106T-2-3.40 (T为均一温度)，计算成矿流体水的δ18OVSMOW水值为0.76‰~3.76‰。
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表 4 杨冲里金矿床石英脉及流体包裹体H、O同位素测试结果 Table 4 H, O isotope test results of the Yangchongli gold deposit |
流体包裹体(原生包裹体)可以提供成矿流体的温度、压力、盐度、密度、成矿深度等信息( 卢焕章等, 2004)，为研究地质成矿流体的重要手段。杨冲里金矿床的流体包裹体主要为气液型，其均一温度范围在220.1~445.3℃，平均为328.3℃( 图 6a)，属于中高温矿床。激光拉曼显示其气液成分主要为H2O和CO2。
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图 6 杨冲里金矿床流体包裹体均一温度(a)和盐度(b)频率直方图 Fig. 6 The homogenization temperature (a) and salinity (b) frequency histograms of fluid inclusions from Yangchongli |
流体包裹体的盐度可通过下列公式计算得出( Hall et al., 1988)：
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式中S为盐度(%NaCleqv)，A为冰点温度的绝对值(℃)。
杨冲里金矿床的绢云母石英硫化物亚阶段流体包裹体的盐度分布范围在0.18%~8.00% NaCleqv，平均值为2.52% NaCleqv，属于中低盐度，盐度频率直方图见 图 6b，可见两个峰值，分别集中在1%~4% NaCleqv的低盐度和5%~8% NaCleqv的中盐度。
流体密度采用 刘斌和沈昆(1999)的密度经验公式计算：
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式中D为流体密度(g/cm3)，T为均一温度(℃)，A、B、C均为无量纲参数，其中：
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上述公式中，w为盐度(%NaCleqv)，A0、A1、A2、B0、B1、B2、C0、C1、C2为无量纲参数，当盐度为1%~ < 30% NaCleqv时，其值分别为：
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通过该方法计算的杨冲里矿床流体密度结果见 表 2，平均密度为0.68g/cm3，属于低密度流体。
流体压力可以根据 邵洁涟(1988)提出的经验公式求得：
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式中T0为成矿溶液形成时的初始温度；Th为流体包裹体的均一温度，单位为K；P0为成矿溶液形成时的初始压力；P1为成矿时的压力，单位为MPa；S为流体包裹体溶液的盐度。成矿深度用以下公式计算：H1=P1/25。式中P1为成矿时的压力；H1为成矿深度(成矿深度按照地压梯度(25MPa/km)计算)。
杨冲里矿床的成矿压力及深度见 表 3。其成矿压力变化范围为34.31~57.82MPa，平均值为44.93MPa；深度变化范围为1.37~2.31km，平均值为1.80km。
4.2 成矿流体来源包裹体盐度较高的矿床和盐度较低的矿床其成其成矿流体的来源也不尽相同( 张德会等, 1999)，前者一般受岩浆热液影响明显，后者除岩浆热液外，变质热液或大气降水也可能对成矿流体的成分产生一定的影响。杨冲里金矿床绢云母石英硫化物亚阶段流体包裹体的盐度平均为2.52% NaCleqv，属于中低盐度，因此，杨冲里金矿床的成矿流体可能不是单一的岩浆热液。
本次工作对于矿床中热液矿物的H、O同位素也进行了一定研究，所得结果也可用于制约其成矿流体的来源和演化。在成矿流体的氢氧同位素图解中( 图 7)，杨冲里金矿的样品全部落入岩浆水与大气降水之间，相对于铜陵矽卡岩型、斑岩型矿床，其样品所投点位置明显偏离，这说明该矿床的成矿流体不是单一岩浆热液的来源，在流体迁移的过程中，后期有更多的大气降水参与其中，这与其相对较低的包裹体盐度对应。
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图 7 杨冲里金矿H-O同位素图解 数据来源： 黄许陈等，1994； 王文斌等，1994； 夏元法，1999； 陈邦国等，2002； 顾连兴等，2002； 田世洪等, 2004, 2005, 2007； 徐兆文等, 2005, 2007； 杨小男等, 2008, 2016； 瞿泓滢等，2010； 杨秋荣等，2010； 刘忠法等，2014； Cao et al., 2017； 郑平和文春华，2017 Fig. 7 H vs. O isotopic diagram of Yangchongli Au deposit and Tongling ore concentration area |
吕玉琢(2012)对舒家店矿床的研究显示其主要成矿阶段发生在石英硫化物阶段，该阶段的包裹体均一温度集中在225~325℃，最高温度高于450℃，盐度为8.9%~22.0% NaCleqv。两者的成矿温度基本一致，但杨冲里金矿流体包裹体盐度相对于舒家店铜矿明显降低，而S同位素的研究又表明两个矿床的S值相似，与幔源硫相近( Wang et al., 2015; Duan et al., 2017)。因此，杨冲里金矿的成矿流体应与舒家店矿床具有相似的来源，两者的流体来源都主要为岩浆热液，但杨冲里金矿的成矿流体相对于舒家店铜矿经历了进一步演化，有更多的大气降水参与，应为岩浆热液成矿系统的末端产物。
4.3 成矿机制杨冲里金矿与舒家店铜矿的成矿流体具有相似的成矿温度，但是其盐度有所不同，有着由高向低演化的规律，这一演化特征说明其成矿流体在早期可能主要受到岩浆流体作用的影响，而随着流体的运移，大气降水的影响逐步加强，对成矿流体产生了稀释作用，这一作用导致了流体性质发生改变。
另外，在杨冲里矿床中流体包裹体的气液比变化很大，但常见到气液比>40%和气液比10%的包裹体共存。在流体包裹体均一温度-盐度图解( 图 8)中，杨冲里金矿的流体包裹体样品并没有形成明显的群体划分，说明在温度条件相同的情况下，同一样品中不同盐度的包裹体可以共存。同时，相对于舒家店矿床，杨冲里矿床的成矿流体压力也有所减小，这些都指示其流体可能发生不混溶或受沸腾作用影响。
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图 8 杨冲里流体包裹体均一温度-盐度散点图 Fig. 8 The homogenization temperature vs. salinity scatter plot of fluid inclusions from Yangchongli |
常见的不混溶成矿机理分为H2O-NaCl体系与H2O-CO2体系。前者以水蒸气相及盐水溶液相形成；后者是以CO2为主的气相和盐水溶液相组成( 张文淮等, 1996)。根据杨冲里金矿的流体包裹体成分特征，其成矿机理则应属于第二种，其原理主要是因为CO2从流体中分离出来，导致流体的酸碱度产生变化，使得流体pH值增高，进而对成矿物质的淀积产生影响( 朱永峰, 1999)。随着杨冲里矿床流体的运移和演化，包裹体的盐度及封闭环境的压力逐渐由高到低，这种变化可能导致流体发生不混溶或沸腾作用，流体中的CO2及气相H2O等受挥发作用影响而大量流失，使得原本相对均一的流体成分发生改变，原有的化学平衡体系遭到破坏，成矿物质出现沉淀。
综上所述，在舒家店-杨冲里成矿系统中，成矿流体早期为岩浆热液主导，在流体迁移的过程中，大气降水逐渐加入，原有的流体被稀释，导致盐度、压力等发生变化，这些条件的变化导致金属物质的沉淀并最终富集成矿。
4.4 成矿模式杨冲里金矿与舒家店铜矿在区域上属于同一地区，前人认为舒家店矿床为斑岩型铜矿( 王世伟等, 2011, 2012; 赖小东等, 2012; 吕玉琢, 2012)，杨冲里矿床为构造蚀变岩型金矿( 段留安等, 2013)。矿区内出露两个侵入岩体，岩性分别为辉石闪长岩与二长闪长岩，前人的年代学研究( 王世伟等, 2011; 赖小东等, 2012; 李名则等, 2016; Duan et al., 2017)，及两者之间的穿插关系(陈四新等, 2014①)表明，辉石闪长岩的侵位时间略早于二长闪长岩，但两者为同一岩浆房分异上侵之产物(华东冶金地质勘查研究院, 2015)。 Duan et al. (2017)研究表明，杨冲里金矿的成矿物质以岩浆来源为主，部分地层物质也可能混入其中。而本次对于该矿床成矿流体性质及成分的研究表明，杨冲里金矿的成矿热液混入了更多的大气降水，相对于舒家店的成矿热液经历了进一步演化。综合以上内容，认为杨冲里与舒家店为同一区域的两次成矿事件，杨冲里金矿为成矿系统中的末端成矿( 图 9)。
① 陈四新, 张梁宇, 丁宁. 2014.安徽省铜陵县杨冲里金(银)矿详查阶段性地质报告. 1-72
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图 9 舒家店-杨冲里成矿模式图 Fig. 9 Metallogenic model diagram of Shujiadian-Yangchongli |
在燕山期，岩石圈上部部分熔融形成玄武质岩浆，舒家店背斜与NE向断裂的复合叠加作用则为岩浆提供了有利的运移通道和充足的存储空间。部分玄武质岩浆直接上侵到地壳浅部，在沿着挤压断裂上侵的过程中伴随着分离结晶作用，并与地壳同化混染，这部分岩浆最终形成了相对早期的辉石闪长岩，伴有铜矿及少量金矿成矿，即成舒家店斑岩型铜矿；另有部分玄武质岩浆与偏酸性岩浆发生混合，在中、上部岩浆房形成二长闪长岩，上侵至浅部，在舒家店地区发生第二次成岩成矿作用，岩浆不仅为成矿提供了巨大的热源也带来了部分成矿物质，岩体中的大量金属组份随着岩浆热液流出，大气降水的加入使得原本均一的含矿流体成分发生变化，并由于成矿流体盐度、压力、pH值等条件的变化，使金元素发生沉淀，区内的破碎带为其提供了良好的储矿空间，最终形成了受破碎带构造控制的杨冲里金矿床。
值得注意的是，从成矿类型上看，舒家店-杨冲里矿床与抛刀岭金矿( 段留安等, 2012)有一定相似性，但从矿体位置及矿物组合上看，两者又有所区别。杨冲里金矿的矿体与岩体的位置关系更为密切，并且与传统的浅成低温热液矿床相比，其成矿温度较高，但又具备较低的包裹体盐度特征，那么在矿区内与岩体位置相对较远位置是否可能还存在一期浅成低温热液成矿？有待进一步工作探究，对于区域找矿具有借鉴意义。
5 结论(1) 杨冲里金矿成矿流体具有中高温、低盐度、低密度的特征，包裹体的均一温度平均为328.3℃，平均盐度为2.52% NaCleqv。
(2) H、O同位素落于岩浆水与大气降水之间，与铜陵地区其他与岩浆热液密切相关的矿床相比，杨冲里矿床的成矿流体有更多大气降水加入。
(3) 杨冲里金矿的成矿机制可能是成矿流体受到了流体沸腾作用以及岩浆流体和大气降水混合作用的共同影响，最终导致成矿物质的沉淀。
(4) 杨冲里金矿与舒家店铜矿为同一地区的两次成矿事件，杨冲里金矿应为该成矿系统中的末端成矿，在浅部是否存在更晚期的浅成低温热液成矿事件有待进一步查证，对于区域找矿具有借鉴意义。
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