新疆210金礦床黃鐵礦標型特征及地質意義

曹煦，李權衡，葉榮，王勇

（1.中國地質大學（北京）地球科學與資源學院，北京100083；

2.核工業(yè)北京地質研究院，北京 100029）

新疆210金礦床黃鐵礦標型特征及地質意義

曹煦1，李權衡1，葉榮1，王勇2

（1.中國地質大學（北京）地球科學與資源學院，北京100083；

2.核工業(yè)北京地質研究院，北京 100029）

研究新疆210金礦床中黃鐵礦產狀、形態(tài)特征及不同粒級黃鐵礦的化學特征和晶胞參數等。結果表明，210金礦床為蝕變破碎帶型金礦床，礦石中黃鐵礦含量、粒徑與金含量密切相關，含量高、粒徑小的黃鐵礦可作為強礦化標志。通常含金黃鐵礦與無金黃鐵礦相比顏色加深，晶胞參數軸長加長，亦可作為金礦化找礦標志及貧金、富金的評價準則。礦床具沉積礦床及熱液礦床成因特點，初步認為礦床成因屬“雙源成因”，其黃鐵礦形成于中深成環(huán)境。

210金礦；黃鐵礦；化學特征；晶胞參數

金窩子礦區(qū)構造上地處星星峽古生代島弧南緣，紅柳河斷裂以南，包括南、北兩個礦區(qū)。南礦區(qū)210金礦床位于金窩子巖體以南，產于金窩子組凝灰質砂巖蝕變破碎帶中，為已知隱伏型金礦床。前人對北礦區(qū)做了一系列詳細工作，研究成果頗多［1-4］，而對210金礦床只做了地質構造［5］、少量地球化學（流體包裹體、地氣測量試驗）、金的賦存狀態(tài)研究［6-9］。本文對210金礦床中含金黃鐵礦進行形態(tài)特征觀察、化學組成分析、X射線粉晶衍射測試等，探討黃鐵礦的標型特征及成礦作用信息。

1 礦區(qū)地質背景

金窩子礦區(qū)位于新疆哈密星星峽鎮(zhèn)東30 km處，大地構造位置屬塔里木板塊北山裂谷北帶，地質構造復雜，火山活動頻繁，巖漿巖發(fā)育良好，各種巖石均有出露。出露地層較簡單，主要為上泥盆統(tǒng)金窩子組、新近系和第四系。210金礦床產在上泥盆統(tǒng)金窩子組中，含金礦脈產于區(qū)域上一條NE向構造剪切帶中，為構造剪切帶型金礦床（圖1）。區(qū)內斷裂構造發(fā)育，北側為紅柳河大斷裂，南側為玉石山北斷裂，構造線呈NEE向，與區(qū)域地層和巖漿巖展布方向一致。斷裂構造破碎帶中有大量含金石英脈貫入。區(qū)內發(fā)育有石英侵入型和蝕變型金礦帶。區(qū)內巖漿巖較發(fā)育，主要為華力西早期侵入的黑云母二長花崗巖-黑云母花崗閃長巖體［10］（簡稱金窩子巖體），次侵入的有石英閃長巖脈、輝綠巖脈及石英脈等。金屬礦物主要有自然金、黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦等，非金屬礦物有石英，含少量的絹云母、綠泥石、方解石等。礦石中礦物多為半自形粒狀結構、交代結構和碎裂結構等。礦石構造多為塊狀、脈狀、條帶狀、晶洞狀等。

圖1 金窩子-210金礦床地質圖Fig.1 Geological map of Jinwozi-210 gold deposit

2 黃鐵礦世代劃分

210金礦床的礦石類型主要為蝕變糜棱巖型，金屬礦物有黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦等。非金屬礦物除石英外，還有較多的造巖礦物，如鉀長石和斜長石，主要蝕變礦物為綠泥石、絹云母、方解石。

黃鐵礦是該礦床最常見礦物之一，分布范圍與礦體（化）范圍一致。黃鐵礦在礦石中含量為5%～10%，是礦脈內最主要的金屬硫化物。據顯微鏡下黃鐵礦的礦物特征、產狀及相互關系可分為3個世代：第Ⅰ世代黃鐵礦的含量低，自形程度好，顆粒粗大，呈立方體晶型，顏色較淺，為淺銅黃色，受后期構造擠壓作用的影響明顯，特點是顆粒表面粗糙，強碎裂狀，裂隙發(fā)育，可見港灣構造（圖2-A）。第Ⅱ世代黃鐵礦的含量較高，為總量的37%，形態(tài)多為自形-半自形晶，顆粒較細，形態(tài)多為立方體、八面體及少量五角十二面體，顏色相對較深，呈星散狀，細脈浸染狀分布，可見溶蝕交代現象（圖2-B）。第Ⅲ世代黃鐵礦的含量最高，達總量的50%，形態(tài)多為五角十二面體，少量立方體，顆粒細小，呈稠密浸染狀，顏色為較深銅黃色（圖2-C），可見石英-方解石細脈（圖2-D）。

3 化學特征

3.1 黃鐵礦的化學組成

圖2210 金礦床3個世代的黃鐵礦特征Fig.2Photographs showing three generations of pyrite from the 210 gold deposit

對單礦物黃鐵礦進行詳細研究，首先將含金黃鐵礦礦石粉碎，經過不同粒徑篩選，得到粒級+120目（粗粒），-120目～+160目（中粒）和-160目（細粒）的黃鐵礦單礦物樣品共3組，分別命名為JWZ-F1、JWZ-F2和JWZ-F3。將3組樣品各自一分為二，一份進行元素分析，另一份進行X射線粉晶衍射測試。其中主微量元素分析結果見表1，晶胞參數分析結果見表2，稀土元素分析結果見表3。

Au含量黃鐵礦中的金及其它微量元素含量可作為金礦化的找礦標志和評價準則。210金礦床黃鐵礦元素分析結果表明，金在3份不同粒徑黃鐵礦中含量極不均勻，呈明顯規(guī)律性，含量低的為粗粒黃鐵礦，金含量為4.44×10-6，含量高的為細粒黃鐵礦，金含量可以達到12×10-6，3份樣品平均為9.21×10-6。

w（Fe）、w（S）及w（Fe）/w（S+As）比值標準黃鐵礦的分子式為FeS2，理論值w（Fe）46.55%，w（S）53.45%，S/Fe（原子數比）值2.009。據徐國風等研究［12］，沉積成因的黃鐵礦S、Fe含量與理論值相近或S的含量略多，內生黃鐵礦型銅礦床中黃鐵礦與標準值相比虧硫，中低溫熱液礦床中黃鐵礦虧S、虧Fe［13］。210金礦床黃鐵礦中Fe含量為42.71%～45.05%，S含量為49.89%～53.60%，S/Fe（原子數比）值大于2.009，表現為S、Fe均有虧損，且Fe的虧損強度較S大。因此，該礦床可能為沉積成因，也可能是熱液成因。

表1 210金礦床單礦物黃鐵礦化學成分特征Table 1The chemical compositions of pyrites in 210 gold deposit單位：×10-6

表2 黃鐵礦晶胞參數及金含量特征Table 2 Characteristics of lattice parameters and gold contents in pyrites

w（Co）、w（Ni）及w（Co）/w（Ni）比值Co，Ni與Fe屬同族元素（Ⅷ族），它們具相似化學行為，Co，Ni常以類質同象的形式代替Fe而進入到黃鐵礦中。由于黃鐵礦形成時所處的地質背景條件不一，其Co，Ni含量及w（Co）/w（Ni）比值有一定差異，Co/Ni比值具指示礦床成因和成礦作用的標型意義。樣品中Co，Ni含量較高，變化范圍為107×10-6～125×10-6、256×10-6～306×10-6。Co/Ni比值較小，平均0.411 7。由表4可見，滲濾熱鹵水作用成因的金礦床的黃鐵礦中Ni的含量大于Co，即w（Co）/w（Ni）＜1；與巖漿作用有關的金礦床黃鐵礦中Co的含量都較Ni的含量高，即w（Co）/w（Ni）＞1。其中，與火山巖和接觸交代作用成因有關的金礦黃鐵礦中w（Co）/w（Ni）值均大于5，與巖漿熱液作用成因有關的黃鐵礦中1＜w（Co）/ w（Ni）＜5［14，15］。說明該礦床系滲濾熱鹵水作用成因的金礦床。

w（Se）及w（S）/w（Se）比值與As相似，Se也是以類質同象替換S而進入黃鐵礦晶格的，其含量w（Se）及w（S）/w（Se）比值的標型性也較突出。

210金礦床中黃鐵礦的w（Se）為1.56×10-6～2.21×10-6，平均值為1.80×10-6，w（S）/w（Se）比值平均為292 793。據邵潔漣研究［16］，外生沉積成礦條件下黃鐵礦大多數含Se，w（Se）為0.5×10-6～2×10-6，w（S）/ w（Se）比值多為250 000～500 000；內生熱液礦床中大多數黃鐵礦的w（Se）為20×10-6～50×10-6，w（S）/w（Se）多為10 000～26 700。造成沉積型黃鐵礦與熱液型黃鐵礦S/Se比值相差懸殊的原因是表生條件下氧化作用形成的SO42-、SeO42-的遷移能力不同，致使硫族元素Se與S的分離。由此得出，該礦床含金黃鐵礦系沉積成因的結果。

3.2 黃鐵礦X射線粉晶衍射研究

黃鐵礦的Co，Ni等微量元素地球化學行為與伴生礦床中成礦元素活動密切相關，其含量變化決定了晶胞參數大小。據前人研究［17，18］，黃鐵礦的a0值的變化受多種因素影響，其中Au等微量元素類質同象加入晶格，將增大a0值，表明晶胞參數與載金能力關系密切。

由表2可看出，標準黃鐵礦的a0值為5.417 9×10-6，3份不同粒徑黃鐵礦的a0值介于5.419 3×10-6～5.421 6×10-6，Au含量4.44×10-6～12.00×10-6，顯示隨粒徑變小，a0逐漸變大。樣品與標準參數相比軸長變長，說明金可能以晶格金形式進入黃鐵礦晶胞中，從而使黃鐵礦的晶胞參數發(fā)生改變。由此得出210金礦床金的賦存狀態(tài)除可見金（粒間金、裂隙金、包裹金）外［19］，很可能表現為晶格金，且晶胞參數與載金能力關系密切。同時，金更容易進入粒級小的黃鐵礦中。

表3 210金礦床含金黃鐵礦中稀土元素含量及特征值Table 3 REE composition and feature of gold-bearing pyrite from the 210 gold deposit單位：/10-6

表4 不同類型金礦床黃鐵礦中Co，Ni含量及w（Co）/w（Ni）值Table 4Co，Ni contents and Co/Ni ratios of pyrites in different kinds of gold deposits

3.3 黃鐵礦稀土元素研究

圖3 210金礦床黃鐵礦的稀土元素球粒隕石標準化模式圖Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns of pyrite in the 210 gold deposit

本文將3份不同粒徑的單礦物黃鐵礦JWZ-F1，JWZ-F2，JWZ-F3進行稀土元素分析（表3），并作球粒隕石標準化模式圖（圖3），得出以下幾點：①3件單礦物黃鐵礦的稀土元素總量（ΣREE）變化不大，平均187.00×10-6，且粒徑越細，稀土元素越富集；②ΣLREE/ΣHREE在6.05～7.97，具較高的輕重稀土比值，表明輕重稀土發(fā)生了強烈的分餾，具富集型稀土分布模式。總體上表現為輕稀土富集型，不同粒徑的樣品間存在明顯差異；③δEu變化不大，3件樣品范圍在0.59～0.66，平均0.62，為弱的負異常，且Eu虧損程度隨著粒徑變細依次變大；④（La/Sm）N是反映輕稀土元素和重稀土元素內部分異特征指標，為3.40～3.52，顯示輕稀土和重稀土內部出現一定分異，輕稀土元素內部分異程度更顯著。

綜上所述，該礦床中黃鐵礦隨著粒徑變細，稀土元素含量增高，分布曲線趨勢一致，總體向右傾，均有Eu負異常，具典型富集型曲線和輕稀土富集特征。

4 討論

4.1 黃鐵礦成因信息

210金礦床黃鐵礦中Fe含量為42.71%～ 45.05%，S含量為49.89%～53.60%，S/Fe（原子數比）值大于2.009，表現為S、Fe均有虧損，且Fe的虧損強度較S大。因此，該礦床可能為沉積成因，也可能是熱液成因。樣品中Co，Ni含量較高，Co/Ni比值較小，平均為0.411 7。這與滲濾熱鹵水作用成因的金礦床的黃鐵礦中w（Co）/w（Ni）＜1的特點吻合。黃鐵礦的w（Se）為1.56×10-6～2.21×10-6，w（S）/w（Se）比值平均為292 793。表明該礦床含金黃鐵礦系沉積成因的結果。周學武等研究表明，黃鐵礦的w（Fe）/w（S+As）比值與其形成的深度有較好相關性［20］，相關系數為0.870，深成環(huán)境產出的黃鐵礦w（Fe）/w（S+As）值約為0.846，中成環(huán)境黃鐵礦其值約為0.863，淺成為0.926。210金礦床黃鐵礦的w（Fe）/w（S+As）值為0.840～0.856，表明該礦區(qū)黃鐵礦形成于中深成環(huán)境，其中較粗粒黃鐵礦形成于深成環(huán)境，較細粒黃鐵礦形成于中成環(huán)境。

綜上所述，該礦床既有沉積礦床成因特點，又有熱液礦床成因特點。初步認為，礦床成因屬“雙源成因”，其黃鐵礦形成于中深成環(huán)境。

4.2 黃鐵礦的找礦信息

礦石中黃鐵礦的含量、粒徑與金含量密切相關，一般黃鐵礦含量高、粒徑小的部位金品位一般較高。通過觀察統(tǒng)計不同世代黃鐵礦相對含量可知，由Ⅰ世代至Ⅲ世代，黃鐵礦含量具低→高→較高、粒徑有大→中→小的特征。第Ⅰ世代的黃鐵礦含量低，不足總量的15%，顆粒粗大，且黃鐵礦的含金性較差，是弱礦化標志。第Ⅱ世代黃鐵礦相對含量約為37%，第Ⅲ世代黃鐵礦相對含量約50%，顆粒細小，2個世代黃鐵礦含金性均較好，為強礦化標志。標準黃鐵礦的a0值為5.417 9×10-6，樣品黃鐵礦顯示，隨著粒徑變小，樣品與標準參數相比軸長變長，金可能以晶格金形式進入黃鐵礦晶胞中，使黃鐵礦晶胞參數發(fā)生改變。表明不同世代黃鐵礦，隨著其中的Au，As，Co，Ni等微量元素含量增高，與無金黃鐵礦相比，通常含金黃鐵礦顏色加深，晶胞參數軸長加長?？勺鳛榻鸬V化找礦標志及貧金、富金評價準則。

5 結論

（1）210金礦既有沉積礦床成因特點，又有熱液礦床成因的特點，初步認為礦床的成因屬“雙源成因”類型，其黃鐵礦形成于中深成環(huán)境。

（2）210金礦中黃鐵礦的含量、粒徑與金含量密切相關，含量高、粒徑小的黃鐵礦可作為強礦化標志。通常含金黃鐵礦與無金黃鐵礦相比顏色加深，晶胞參數軸長加長，也可以此作為金礦化的找礦標志及貧金、富金的評價準則。

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TypomorphicCharacteristicsofPyritesinthe210GoldDeposit，Xinjiang Province and its Geological Significance

Cao Xu1，Li Quanheng1，Ye Rong1，Wang Yong2
（1.School of Earth Sciences and Resources，China，University of Geosciences（Beijing），Beijing，00083，China；2.Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing，100029，China）

In this paper the authors studied minutely the occurrences，shapes，compositions and their typomorphic ratios（Fe/（S+As），Co/Ni，S/Se）of the pyrites in 210 gold deposit，analyzed the pyrite typomorphic coefficient characteristics，summed up the pyrite genesis and prospecting typomorphic characteristics.210 gold deposit is altered rock gold deposit. Both the content of the pyrite and particle size are closely related to the gold content of the ore.High levels and small particle size could be a strong symbol of pyrite mineralization.Usually containing pyrite and pyrite-free compared to the deepen the color，the long axis of the cell parameters lengthened，it could serve as a gold mine of signs and poor gold prospecting，gold-rich evaluation criteria.The compositions and typomorphic ratios（Fe/（S+As），Co/Ni，S/Se）of the pyrites suggest that genesis are both sedimentary and hydrothermal.It is initially considered to be"double-genesis"type，and this deposit formed in an environment of deep depth.

210 gold deposit；Pyrite；Chemical characteristic；Lattice parameters

1000-8845（2015）01-56-05

P578.1+1；P578.2+92

A

項目資助：國土資源大調查項目：深穿透地球化學異常形成機理研究（1212010916041，1212010916084）、國家公益性行業(yè)科研專項“深部探測技術與實驗研究”（SinoProbe-04-03）、國家自然科學基金（41273063）聯合資助

2014-01-03；

2014-04-24；作者E-mail：caoxu211211@163.com

曹煦（1990-），女，河南商丘人，中國地質大學（北京）2013級碩士研究生，地質工程專業(yè)，應用地球化學方向

葉榮（1956-），女，博士，教授，地球化學專業(yè)，主要從事應用地球化學研究，E-mail:yerong@cugb.edu.cn