新疆卡特巴阿蘇金礦床熱液期黃鐵礦物性特征及地質(zhì)意義

鄭遠(yuǎn)馨　李引　王馳源　侯緩緩

摘? ?要：新疆卡特巴阿蘇金礦是近年來在西天山新發(fā)現(xiàn)的大型金礦床，為新疆綠色礦業(yè)產(chǎn)業(yè)集群建設(shè)中金礦采選冶產(chǎn)業(yè)鏈的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)基地，研究意義重大。礦床中主要載金礦物黃鐵礦發(fā)育廣泛，本文以黃鐵礦物性特征為主要研究對(duì)象，通過野外地質(zhì)編錄、鏡下觀察及反射率、硬度值、熱電性測定，發(fā)現(xiàn)黃鐵礦呈細(xì)粒狀或集合體時(shí)載金能力較強(qiáng)，視覺反射率（Rvis）與金含量呈負(fù)相關(guān)性。熱液成礦期黃鐵礦的維氏硬度與含金性相關(guān)性不大，黃鐵礦熱電性具有由上到下P型黃鐵礦分布逐漸減少，N型黃鐵礦逐漸增多的特點(diǎn)。結(jié)合礦石組構(gòu)和黃鐵礦熱電性的測量計(jì)算得出，卡特巴阿蘇金礦黃鐵礦形成溫度范圍為170 ℃～360 ℃，經(jīng)歷了高溫-中溫環(huán)境變化。

關(guān)鍵詞：新疆；黃鐵礦；礦物學(xué)特征；地質(zhì)意義；卡特巴阿蘇金礦床

西天山位于中亞造山帶南緣，是我國重要的金銅鐵多金屬成礦帶，該成礦帶中已發(fā)現(xiàn)薩瓦亞爾頓、薩日達(dá)拉等金礦床[1]?？ㄌ匕桶⑻K金礦床主要礦產(chǎn)為金，共生礦產(chǎn)銅，伴生銅、銀、金、硫，具重要研究意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。近幾年，有學(xué)者對(duì)卡特巴阿蘇金礦床礦床地質(zhì)特征[2-3]、賦礦圍巖二長花崗巖的化學(xué)組成和形成時(shí)代及成礦時(shí)代進(jìn)行了分析討論[1，，4-8]，但缺少對(duì)重要載金礦物黃鐵礦的研究。本文重點(diǎn)通過光學(xué)顯微鏡、顯微光度計(jì)，熱電系數(shù)測量儀，研究不同階段、礦體中不同位置的黃鐵礦成分、形態(tài)、反射率、熱電性等物理性質(zhì)特征，探討黃鐵礦物性標(biāo)型特征及形成原因，總結(jié)規(guī)律，為后續(xù)探邊摸底提供理論依據(jù)。

1? 區(qū)域地質(zhì)背景

卡特巴阿蘇金礦床位于新源縣城東南30 km處，大地構(gòu)造位置處于新疆西天山中段，位于哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊和塔里木-華北板塊之間的那拉提-紅柳河縫合帶，屬具有板塊縫合帶性質(zhì)的巨型邊界斷裂構(gòu)造帶[9]。區(qū)域內(nèi)出露地層有古元古界和古生界，其中，古元古界那拉提巖群為一套中、深變質(zhì)的區(qū)域變質(zhì)巖，古生界上志留統(tǒng)巴音布魯克組為中性-酸性火山熔巖-火山碎屑巖-陸源碎屑巖-碳酸鹽巖巖石組合，該層普遍發(fā)育火山熱液型銅金礦化。

2? 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)出露地層為上志留統(tǒng)巴音布魯克組及第四系，上志留統(tǒng)巴音布魯克組巖性以中酸性凝灰?guī)r夾大理巖和灰?guī)r為主，分布于礦區(qū)南部、西北部。礦區(qū)主要出露NE向、NEE向斷裂，那拉提北緣斷裂（F2）從礦區(qū)中南部通過，出露長約6 km，為逆斷層，受其影響發(fā)育F3、F4、F5、F6、F7等次級(jí)斷裂，其中，F(xiàn)5、F6斷裂所夾持地段為含金破碎蝕變帶，為本區(qū)主要的儲(chǔ)礦構(gòu)造（圖1）。礦區(qū)侵入巖出露面積較大，主要巖石類型以二長花崗巖為主，次為鉀長花崗巖，花崗閃長巖及閃長巖。侵入巖分布于礦區(qū)東南部，空間上主要受斷裂控制，多呈巖株、巖枝或巖脈狀產(chǎn)出。

目前通過鉆孔平硐揭露的工業(yè)礦體近60余條，主要為金礦體、銅礦體及金銅礦體。Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅰ4、Ⅰ5、Ⅰ8、Ⅰ10礦體規(guī)模較大，礦體均分布于F5、F6斷裂之間，呈似層狀、透鏡狀近EW向分布，礦床總體走向70°，南傾37°～75°。金礦體部分出露地表，金（銅）礦體和銅礦體多為隱伏礦體。

礦石礦物中金屬礦物主要為黃鐵礦、黃銅礦，次為自然金、方鉛礦、閃鋅礦、赤鐵礦、穆磁鐵礦及碲銀礦，非金屬礦物為石英、方解石、絹云母和白云石。礦石結(jié)構(gòu)主要呈自形-半自形粒狀、他形粒狀及乳濁狀結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造主要為浸染狀、脈狀、團(tuán)斑狀、致密塊狀，成礦末期可見蜂窩狀構(gòu)造。

該礦床成礦作用可分為熱液成礦期和表生氧化期；熱液期是最關(guān)鍵的成礦期，可進(jìn)一步分為黃鐵礦-石英階段（Ⅰ）、石英-黃鐵礦階段（Ⅱ）、石英-絹云母-黃鐵礦階段（Ⅲ）、自然金-多金屬硫化物階段（Ⅳ），Ⅳ階段為主礦化階段。

3? 樣品采集及測試方法

樣品取自卡特巴阿蘇礦區(qū)各不同標(biāo)高開采巷道及地表不同成礦期次的巖、礦石，共采集樣品21件。

黃鐵礦粒度統(tǒng)計(jì)采用順尺線測法；維氏硬度值（HV）測定所用儀器為成都理工大學(xué)HV-1 000ZDT型維氏硬度計(jì)，負(fù)荷300 g，壓時(shí)3 s；反射率光譜測試?yán)贸啥祭砉ご髮W(xué)綜合巖礦鑒定實(shí)驗(yàn)室Axio.scope.AIA pol&MSP200顯微光度計(jì)，在電源220 V±10%，50 HZ、溫度：（20±10） °C、光源為12 V、100 W鹵素?zé)魲l件下對(duì)不同階段黃鐵礦進(jìn)行測試。

黃鐵礦熱電系數(shù)測試在成都理工大學(xué)礦相實(shí)驗(yàn)室完成。利用BHTE-08型熱電系數(shù)測量儀（北京航空航天大學(xué)研制），將卡特巴阿蘇金礦區(qū)55號(hào)勘探線，范圍在2 150～2 530 m內(nèi)，4個(gè)鉆孔的6件樣品，共計(jì)280粒純凈黃鐵礦單晶，用超聲波在純酒精溶液中清洗表面氧化膜和雜質(zhì)，測量前設(shè)置活化溫度?T=（55±3） ℃，預(yù)熱儀器5 min，測得熱電動(dòng)勢從測量儀上直接讀取。

4? 黃鐵礦物性特征

4.1? 世代劃分

卡特巴阿蘇礦床礦石礦物組合較簡單，其中黃鐵礦含量占金屬礦物70%。據(jù)黃鐵礦產(chǎn)狀、形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征及相互穿插關(guān)系分為4個(gè)世代：①PyⅠ。該世代黃鐵礦見于黃鐵礦-石英階段，分布于二長花崗巖體內(nèi)呈平行脈狀，與圍巖接觸邊界線清晰，硅化較強(qiáng)。鏡下可見黃鐵礦呈粗粒自形-半自形，晶形主要為五角十二面體，粒徑0.8～3.2 mm；②PyⅡ。分布于石英-黃鐵礦階段的石英寬脈和網(wǎng)脈中，與圍巖界限清晰，黃鐵礦自形程度較高，粒徑0.5～1 mm。鏡下可見該世代細(xì)粒半自形晶黃鐵礦圍繞成礦Ⅰ世代粗粒自形晶邊部分布；③PyⅢ。呈脈狀-浸染狀構(gòu)造產(chǎn)于石英-絹云母-黃鐵礦階段，固結(jié)差，局部黃鐵礦氧化呈深灰色。晶形以五角十二面體、聚形為主，切面多呈五邊形、六邊形及不規(guī)則多邊形，晶體粒度1.0～2.0 mm，鏡下可見被黃銅礦、金紅石等交代；④PyⅣ。呈浸染狀產(chǎn)于自然金-多金屬硫化物階段，銅黃色，鏡下可見該世代黃鐵礦以自形中粒為主，粒度約0.8～2.4 mm，該世代黃鐵礦中可見包裹金和晶隙金，同時(shí)伴生黃銅礦及少量方鉛礦、閃鋅礦和碲銀礦。

4.2? 形態(tài)特征

通過野外觀察和鏡下詳細(xì)統(tǒng)計(jì)（表1），成礦熱液期Ⅰ階段黃鐵礦生長緩慢，顆粒粗大，多以立方體晶形為主；五角十二面體及單形組成的聚形主要發(fā)育在熱液期Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ階段，顆粒較細(xì)，橫切面為五邊形、六邊形及不規(guī)則多邊形。

由表1可知，熱液晚期中-細(xì)粒五角十二面體或聚形晶的金含量略高于早期晶形較完整的粗粒黃鐵礦，推測產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因主要有兩個(gè)方面：①由于熱液成礦期Ⅰ階段的介質(zhì)中金含量較少，且成礦溶液大多偏堿性，不利于金的沉淀[10-12]；②熱液期破碎細(xì)粒黃鐵礦晶體內(nèi)部容易產(chǎn)生晶格缺陷，造成電荷密度異常，促使金在該時(shí)期大量沉淀并賦存于黃鐵礦中[13，14]。

4.3? 物性特征

4.3.1? 反射色與反射率

含金黃鐵礦反射色一般較深，光澤比標(biāo)準(zhǔn)黃鐵礦暗淡，多為暗黃、灰黃或淺綠黃色等。含金低或不含金的黃鐵礦顏色一般較淺，常為黃白色，淺金黃色，并具強(qiáng)金屬光澤[15]。本礦床熱液早期階段黃鐵礦反射多呈黃白色，晚期階段中細(xì)粒、不規(guī)則聚形黃鐵礦光澤較標(biāo)準(zhǔn)的黃鐵礦反射色暗淡，多為暗黃色、灰黃色，局部氧化可呈深灰色，兩者顏色差異較大，為手標(biāo)本快速推斷含金性提供了有用信息。

從圖2可看出，該金礦床中熱液成礦期不同世代黃鐵礦在入射光400～700 nm波段，反射率均低于標(biāo)準(zhǔn)黃鐵礦，且金多金屬硫化物階段中PyⅣ富金黃鐵礦反射率在429.5～651.5 nm波段中明顯低于其他階段的無金、貧金黃鐵礦。說明反射率（Rvis）與金含量呈負(fù)相關(guān)性，反射率越低，含金性越高。

4.3.2? 硬度

前人研究認(rèn)為，含金黃鐵礦硬度降低，比重增大[16]，標(biāo)準(zhǔn)黃鐵礦硬度范圍為1 000～2 000 kg/mm2，通過表3可看出，黃鐵礦-石英階段硬度較高，平均達(dá)1 412 kg/mm2，而石英-黃鐵礦階段硬度最低，平均1 210 kg/mm2，熱液成礦期黃鐵礦的維氏硬度與含金性相關(guān)性不大。

4.3.3? 熱電性

熱電性主要受溫度和微量元素組分等條件制約，包括熱電系數(shù)和導(dǎo)電類型（簡稱導(dǎo)型），而導(dǎo)電類型有電子型導(dǎo)電（N型，α<0）和空穴型導(dǎo)電（P型，α>0）兩種[17]。一般認(rèn)為脈狀礦體的黃鐵礦熱電性在空間位置上具正向分帶，自上而下為P型（上部）、N-P混合型和P-N混合型（中部至下部）[18-21]。即P型黃鐵礦的下礦體可有較大延伸，而N 型黃鐵礦則表明此為礦體下部。卡特巴阿蘇礦區(qū)黃鐵礦的分布規(guī)律總體上表現(xiàn)為礦體上部P型較多，底部出現(xiàn)大量N型黃鐵礦（表4），符合一般規(guī)律，推測目前礦體底部再出現(xiàn)大規(guī)模金礦體的概率不大。

5? 成礦溫度探討

本文利用黃鐵礦熱電系數(shù)測試值計(jì)算該礦床的形成溫度為170 ℃～360 ℃[22]（圖3），其中N型黃鐵礦的溫度區(qū)間為220 ℃～370 ℃，P型黃鐵礦的形成溫度區(qū)間為110 ℃～353 ℃；該結(jié)果與通過石英流體包裹體測溫表明，成礦主階段成礦溫度范圍為270 ℃～390 ℃[7]，表明礦床屬中-高溫。

在熱液期的金-多金屬硫化物階段，可見方鉛礦-閃鋅礦-黃銅礦的礦物組合，且固溶體分離作用普遍發(fā)育。閃鋅礦-黃銅礦出溶溫度為350 ℃～400 ℃[23]，表明礦石初始溫度至少為350 ℃，這也對(duì)應(yīng)了黃鐵礦熱電性得出的溫度上限。同時(shí)，閃鋅礦中發(fā)育的乳滴狀黃銅礦出溶體說明該種礦石經(jīng)歷了周圍環(huán)境溫度緩慢降低的過程，結(jié)合成礦熱液期前3個(gè)階段中黃鐵礦立方體和五角十二面體晶形、黃鐵礦-金紅石的中-高溫礦物組合到熱液末期出現(xiàn)碲銀礦等中低溫礦物也說明了礦床的形成經(jīng)歷了從高溫-中溫的環(huán)境變化。

6? 結(jié)論

（1） 礦床中黃鐵礦以細(xì)粒狀、集合體狀的黃鐵礦為載金標(biāo)型；視覺反射率（Rvis）比標(biāo)準(zhǔn)黃鐵礦偏低，黃鐵礦的維氏硬度與含金性不具較大相關(guān)性。

（2） 礦床中P型黃鐵礦多分布在礦體上部，N型導(dǎo)電的黃鐵礦在礦體尾部大量出現(xiàn)。

（3） 礦床形成溫度范圍為170 ℃～360 ℃，指示礦床為中-高溫，且經(jīng)歷了從高溫-中溫的環(huán)境變化。

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Typomorphic Characteristics and Geological Significance of the Pyrites

from Katbasu Gold Deposit， Xinjiang

Zheng Yuanxin1， Li Yin2， Wang Chiyuan3， Hou Huanhuan1

（1.Geological Environment Monitoring Institute Xinjiang Uygur Autonomous Region， Urumqi，Xinjiang，830000，China;

2.College of Earth Sciences，Chengdu University of Technology， Chengdu， Sichuan，610059，China;

3.Natural Resources Department of Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract： Katebasu large gold deposit was found in the middle of Tianshan mountain， Xinjiang in recent years. It is an important industrial base of gold mining and metallurgy industry? in the construction of Xinjiang green mining industry chain. Pyrites in deposit develop extensively and they are related to mineralized minerals. The paper mainly study mineral feature and their implications of pyrite by geological record， microscopic identification， photometer， sclerometer and electron microprobe analysis.The result show that the gold-bearing of granular pyrite and collective pyrite is better than others， and low reflectivity have a certain positive correlation with gold content. The hardness of pyrite in hydrothermal mineralization period has little correlation with gold content. The results of pyrite pyroelectricity show distribution of the type P pyrites reduced gradually and the type N pyrites increased gradually with the loss of the height. The temperature of pyrite is mainly concentrated in 170 ℃～360 ℃， and the environment changes from high-medium temperature.

Key words： Xinjiang; Pyrite; Typomorphic characteristic; Geological significance; Katbasu gold deposit

項(xiàng)目資助：新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2022D01B81）資助

收稿日期：2023-11-13；修訂日期：2024-01-22

第一作者簡介：鄭遠(yuǎn)馨（1994-），女，工程師，新疆吉木薩爾人，2016年畢業(yè)于北京建筑大學(xué)地理信息系統(tǒng)專業(yè)；

E-mail：490827040@qq.com

通訊作者：王馳源（1990-），男，理學(xué)博士，碩士研究生導(dǎo)師，礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)；E-mail： 396791808@qq.com