山东省平度市大庄子金矿区黄铁矿、方铅矿与金的共生关系研究

2012-10-11王小军李永钱

化工矿产地质 2012年4期

王小军李永钱

山东黄金集团青岛黄金有限公司，山东青岛，266002

0 前言

金主要以银金矿、金银矿及自然金等独立矿物的形式【1】存在，且伴有黄铁矿、方铅矿共生。山东黄金矿业股份有限公司鑫汇金矿大庄子矿区矿体矿石内金属矿物主要有黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿，非金属矿物则一般为方解石、石英、绢云母等。

山东黄金矿业股份有限公司鑫汇金矿大庄子矿区，矿石以压碎结构、半自形结构为主，多数呈角砾状构造、碎裂状构造和块状构造，并有石英细网脉状构造等。角砾和碎裂岩成分主要为硅质、长英质，并为长英质碎屑、绢云母及黄铁矿、方铅矿等多金属硫化物充填和胶结。块状构造一般发育在强硅化多金属硫化物矿石内，矿石由细晶黄铁矿和微细晶方铅矿等多金属硫化物呈稠密浸染状构成坚硬的致密块状，硅化强烈，矿石品位高。构造带内围岩蚀变发育，主要有硅化、黄铁矿化、绢英岩化、绿泥石化和成矿后碳酸盐化等，其中，与金矿化关系密切的蚀变主要是硅化和黄铁矿化。硅化和黄铁矿化越强，则金矿化强度越大，具有正相关的特征。根据前人对金矿中黄铁矿研究表明，黄铁矿具有找矿标型特征，据陈光远等【2】的研究成果，黄铁矿中Co、Ni 比值可以有效地指示矿化的来源。艾国栋【3】等人研究发现黄铁矿的热电系数与其中的常量及微量元素的类质同象有关，热电系数也可确立金矿床的垂直分带，推断矿体的深度。另外发现矿床中相当数量的Au 赋存在黄铁矿中，不同期次、不同粒度及不同晶形的黄铁矿中Au 含量有较大差别。蔡余兆研究发现金窝子金矿体中的黄铁矿除金含量高外，Co/ N i 比值比较低; 而围岩中的黄铁矿几乎不含金，但Co/ N i 比值接近1，因此可利用黄铁矿中Co/N i 比值的大小区分是否含金。

据前人研究，大庄子矿区可划分为两种成矿矿体：①赋存层间滑动构造主断层构造内的层间滑动角砾岩型金矿；②产出于不整合外接触带内的黄铁矿石英脉型金矿，它主要分布在荆山群变质岩系发育的反向高角度呈左行雁行式斜列的张扭性次级断裂构造中【4，5】。其中，对最重要的载金矿物黄铁矿、方铅矿进行同位素测年可以获得直接的成矿年龄。其中黄铁矿结晶通常与金的沉淀同时进行，具有结晶能力强、结晶迅速因而易于保持同位素封闭的特点。

张永林【6】认为大庄子金矿为层控金矿床，矿区荆山群陡崖组下段所夹大理岩为矿源层，因此荆山群具有良好的找矿前景。张连昌【7】等人研究大庄子金矿床成矿作用地球化学研究表明大庄子金矿δ34S组成比胶西北其他金矿高，且高于老地层和中生代花岗岩的δ34S，铅同位素组成与同胶东群及玲珑、焦家等中生代花岗岩有关的金矿相比，范围变化大，碳氧同位素组成介于岩浆碳酸岩与荆山群大理岩之间，同位素地球化学研究表明成矿物质具多源性。朱大岗【8】等人研究大庄子金矿床矿石矿物组合是以自然金—金属硫化物—架状硅酸盐为主的组合类型。矿床属于在韧—脆性剪切作用下，与含金量较高的古元古界荆山群变质岩的形成、演化有成因联系的蚀变、重熔、交代中温动力热液改造型金矿床。朱大岗【9】等称我国首次发现赋存于胶东变质岩中大规模韧—脆性剪切带内的大庄子金矿划归蚀变岩型及石英脉型金矿床。朱永正等认为，大庄子金矿床矿体赋存于缓倾斜的逆掩控矿断裂构造面之上，韧性变形带之下，具有产在推覆构造中金矿的地质属性; 邹为雷【10】等认为大庄子金矿的控矿构造是发育于拉分盆地边缘伴随拉分盆地的形成演化而产生的一种经历多期次挤压—拉张—挤压作用的断裂构造。

笔者主要通过探讨上述两种矿体以下的三个蚀变阶段特征，掌握黄铁矿、方铅矿与金的共生关系。三个蚀变阶段分别为①石英—黄铁矿阶段，以硅化、黄铁矿化和黑云母化为主，黄铁矿多为浸染状；②多金属硫化物阶段，以大规模硅化、碳酸盐化和黄铁绢云岩化为特征；③ 石英—碳酸盐阶段，主要发育碳酸盐化和较弱的硅化，有少量金属硫化物产出。其中，金矿化主要发生在第二阶段，强烈的石英—黄铁矿—碳酸盐化与金矿化的关系最为密切，金多数以包体的形式赋存于黄铁矿等金属硫化物中。掌握黄铁矿、方铅矿与金的共生关系，能够有效指导矿区找矿工作。

1 区域地理地质概况

大庄子金矿区地处胶西北隆起的西南边缘，胶莱坳陷盆地西北边缘。西临郯庐深大断裂约20km，地质构造极为复杂。金矿床产于玲珑岩体外接触带西南侧的古元古代基底荆山群变质岩地层中，属于胶东半岛南部金成矿带的西段（如图1），胶东金矿主要有两种类型，即玲珑式和焦家式，但大庄子金矿在成矿地质环境、控矿因素和矿石结构构造方面与上述两种矿床类型不同，究其原因是成矿地质环境及控矿因素不同造成的。胶东金矿大多生在花岗岩区，受断裂构造控制，而大庄子金矿是生成在荆山群老地层中，据前人研究层控特征十分明显，主矿体的展布受一低角度层间滑动断层控制。所以导致矿石结构构造亦不同【9】。

大庄子矿区内第四系（Q）覆盖比较严重，自西向东即向盆地内部方向零星出露地层有古元古界荆山群（pt1j）、盆地内白垩系莱阳组河湖相砂砾岩等碎屑岩沉积（k1l）、青山组火山岩和火山碎屑岩（k1q）和王氏组砂砾岩（k2w）等红色碎屑沉积岩[，在矿区内为第四系所覆盖，在矿区外围东南部昌里一带有出露。其中，荆山群变质岩系出露于大庄子—邵家—黑羊山、白羊山—带，呈椭圆形孤岛状，其岩性主要为斜长角闪岩、二长片麻岩、大理岩等碳酸盐质岩石、透闪片岩、黑云变粒岩和黑云角闪斜长片麻岩等（图2）所示。

区域上本区以断裂构造为主，可粗略地划分为NNE、NE和NW向三组断裂系统。矿区内NNE向断裂最为发育，基本控制了矿区的构造格局。位于最东侧的大庄子村东断裂发育在盆地的边缘，是矿区内主要的控矿断裂构造。NE向断裂规模小，一般同时或稍晚于NNE向断裂。NW向断裂往往切割错断其它方向，属于晚期构造，规模较小。与成矿作用有关的主要是NNE和NE向断裂构造。矿区位于玲珑岩体的西南缘，但区内岩浆岩不发育，在矿区北部侯家—洪山一带仅有少量黑云母花岗岩出露，面积1.2km2，属于燕山早期的壳源重熔型花岗岩。构造带内围岩蚀变发育，主要有硅化、黄铁矿化、绢英岩化、绿泥石化和成矿后碳酸盐化等，其中与金矿化关系密切的蚀变主要是硅化和黄铁矿化，硅化和黄铁矿化越强，则金矿化强度越大，具有正相关的特征。多金属硫化物黄铁矿石英脉型金矿是矿区内重要的一种金矿类型，主要分布在大庄子村南到邵家之间，产出多条北东向含金多金属硫化物黄铁矿石英脉，含金石英脉近呈平行雁列式分布，产状基本一致：走向NE45～60°，倾向NW，倾角66～79°不等。矿体延长短，产出不稳定，规模一般较小，石英脉一般宽7～25cm，品位高。其围岩为钾化斜长片麻岩，具有糜棱岩化。矿石矿物成分主要由金属硫化物构成，如黄铁矿、方铅矿、闪锌矿和黄铜矿等，均呈中粗粒状，以细脉状、团块状产出于浅灰白色石英脉内。脉石矿物以石英为主。

2 金矿矿床中的黄铁矿、方铅矿的岩石学特征

大庄子金矿区内的破碎带蚀变岩型和含金石英脉型金矿，在主要矿石矿物成分大体相同，但各自形成特征略有差异，主要的不同点表现在结构构造方面。前者以韧— 脆性变形为主，交代作用发育; 后者以张扭性充填为主，反映多次脉动和多阶段矿化特点。金矿物以自然金为主，银金矿次之，少量金银矿。自然金多含有不等量的银，最高成色达803.3。金矿物的形态主要有麦粒状、浑圆粒状、针状等。金矿物粒度主要集中在0.037～0.01 mm和小于0.01 mm 的两个粒级段内。大庄子矿区所赋存的蚀变岩和含金石英脉型两种金矿主要矿石矿物组成大体如下几种：金属矿物主要有黄铁矿、方铅矿、闪锌矿及黄铜矿。非金属矿物主要为石英、绢云母和碳酸岩等。含金矿物主要为自然金、银金矿和金银矿，还可见少量银的矿物。矿石以压碎结构、半自形结构为主，多数呈角砾状构造、碎裂状构造和块状构造，并有石英细网脉状构造等。角砾和碎裂岩成分主要为硅质、长英质，并为长英质碎屑、绢云母及黄铁矿、方铅矿等多金属硫化物充填和胶结。

2.1 黄铁矿、方铅矿矿物特征

黄铁矿（Py）晶隙间与方铅矿（Gn）连生的金矿物见照片1。黄铁矿在蚀变岩型和石英脉型两种矿石中虽然大体上相同，但还是有一定的区别，这种区别表现在蚀变岩型金矿中黄铁矿以自形—半自形五角十二面体和立方体晶形为主。粒度在不同时期也是有区别的，早期为中—细粒、粒度1～0.024mm、不含金；中期以中—粗粒为主、粒度大于1mm、含自然金和自然银；晚期以细—微粒为主、粒度 0.01～0.002lmm、不含金，说明蚀变岩型金矿中后期热液所携带的成矿元素金不富或成矿元素金在较开放系统中很难富集成矿。石英脉型金矿中黄铁矿以半自形立方晶体和它形颗粒为主。含矿性方面，早期的中—细粒者含金，但不是很富；中期的中—粗粒者与早期者共生、含金性高；晚期者是富矿体，说明了在较封闭状况下形成的含金石英脉型金矿是后期热液携带金元素富集形成的，但也与热液携带的成矿元素金多流入而少出去密切相关。

黄铁矿（Py）晶粒间的方铅矿（Gn）、闪锌矿（Sp）伴生金矿物见照片2。矿石呈灰白色、灰黄色，浸染状，以硫化矿为主。主要矿石矿物为黄铁矿、方铅矿、闪锌矿，矿物之间紧密共生，相互包容，矿石中黄铁矿颗粒较大，结晶较好呈立方体，方铅矿颗粒较黄铁矿稍小，呈立方体，闪锌矿主要是黑色的含铁闪锌矿，形态不规则，在矿石中含量较前两者少。金矿中方铅矿形态为自形立方体、粒度细粒—微粒、与自然金和自然银伴生。含金石英脉型金矿中方铅矿早期形态为自形立方体、粒度中—粗粒、与金伴生，晚期形态以它形和鱼籽状为主、粒度细粒、与细粒它形黄铁矿共生组成致密块状富矿体。

2.2 黄铁矿、方铅矿矿石结构构造

结构方面两种类型矿石共同的是都具有自形—半自形晶粒结构，稍不同的是蚀变岩型金矿还具压碎结构和交代结构，含金石英脉型金矿则还具包含结构和网脉结构，各自特征主要体现如下：

自形—半自形晶粒结构主要是早期的黄铁矿和方铅矿在长时间较恒定的温压、且能不断地从成矿热液中获取成矿物质以及后期的脆性断裂提供足够生长空间环境下生长成的，它们是早期矿物标志。

蚀变岩型金矿除了主要的自形—半自形晶粒结构外，还具有的压碎结构和交代结构。压碎结构为早期形成刚性较强的黄铁矿或方铅矿在低温时所受后期定向构造压力超过它们弹性限度时，它们及所赋存的岩石就会发生碎裂、移动从而形成各种碎裂结构。这种碎裂结构特点与黄铁矿或方铅矿本身物理性质、压力强度、作用方式和持续时间均有联系，如沿着压扭性断裂面形成的黄铁矿粉末说明所受的构造力大且时间长，而只产生被破坏的晶体则说明所受的构造力较小或者作用时间短。交代结构为中晚期金属硫化物交代早期矿物形成的一种结构，也是矿区成矿元素不断富集的一种方式，多数呈角砾状构造、碎裂状构造和块状构造，并有石英细网脉状构造等。角砾和碎裂岩成分主要为硅化大理岩质、长英质岩石，往往为长英质碎屑、绢云母及黄铁矿、方铅矿等多金属硫化物充填和胶结。构造带内围岩蚀变发育，主要有硅化、黄铁矿化、绢英岩化、绿泥石化和成矿后碳酸盐化等，其中与金矿化关系密切的蚀变主要是硅化和黄铁矿化，硅化和黄铁矿化越强，则金矿化强度越大，具有正相关的特征。

含金石英脉型金矿除了具有自形—半自形晶粒结构外，还具有作为自己特征的包含结构和网脉结构。其中包含结构为自然金包含于黄铁矿之中或自然金和黄铁矿复合体包含于碳酸岩之中，说明该类矿石中金是最早形成的，其次是黄铁矿，最后才是包含前面两者的碳酸岩。网脉结构为晚期的方解石等沿着石英颗粒较晚形成的裂隙充填而成，同时也反映了该类型矿石经历多次脉动和多期矿化特点。其中多金属硫化物黄铁石英脉型金矿矿石矿物成分主要由金属硫化物构成，如黄铁矿、方铅矿、闪锌矿和黄铜矿等，均呈中粗粒状，以细脉状、团块状产出于浅灰白色石英脉内。脉石矿物以石英为主。矿石呈自形晶粒状结构，块状、脉状构造。围岩蚀变有钾化、绢云母化、硅化、黄铁绢英岩化等。

蚀变岩型和含金石英脉型金矿都具有块状构造、条带状构造和网脉状构造。除此之外这两种类型的矿石还具有蚀变岩型金矿的角砾状构造、浸染状构造以及含金石英脉型金矿的斑块状构造。块状构造一般硅化较强，矿石中各个组分如黄铁矿和多金属硫化物都混合在一起且较均匀地分布而的构造，由细晶黄铁矿和微细晶方铅矿等多金属硫化物呈稠密浸染状构成坚硬的致密块状矿石，硅化强烈，矿石品位高。这种构造在含金石英脉型矿石更常见。条带状构造在矿石中主要表现为晚期淡红或灰白色长英质成分在矿石中呈深浅条带相间出现，这种条带宽窄不一，从数毫米到数厘米且界限清楚和具有定向排列而形成的一种脉状构造。矿石中这种构造的出现表明矿体形成后受到后期构造的影响，同时也说明该矿体形成时间上的多期性【6】。

蚀变岩型金矿中的角砾状构造、浸染状构造特征分别为：角砾状构造中多数角砾为构造应力改造成透镜体状和次棱角状，它们成分主要为早期形成的石英、硅化糜棱岩、斜长角闪岩和片麻岩等，胶结物则为含多金属硫化物的长英质碎屑、绢云母及碳酸岩等。浸染状构造则为黄铁矿和方铅矿等金属矿物呈星状散布于蚀变岩型矿石中，且这种散布具有一定的方向性。

含金石英脉型金矿的斑块状构造主要为黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等多金属硫化物及石英在矿石中呈颗粒状分布，且这些颗粒多数粒径为0.5cm左右，略具定向排列。

3 金的赋存状态

3.1 黄铁矿、方铅矿与金在成矿阶段的关系

（1）金、灰白色石英及细粒黄铁矿阶段：发生在糜棱岩和碎裂岩带中，为压扭性构造环境下产生的浸染状黄铁矿化、硅化、绢云母化蚀变，主要形成低品位金矿体或矿化蚀变岩。

（2）金、乳白色石英、中细粒黄铁矿阶段：发生在控矿断裂带转为张扭性活动时期，使矿化糜棱岩和碎裂岩再次破碎，并在含矿热液作用下形成的角砾状构造蚀变岩型矿体和乳白色含金黄铁矿石英脉型矿体。

（3）金、灰白色石英、粗粒多金属硫化物阶段：发生在较强张扭性脉动环境下，使富含多金属硫化物和金的矿液，在矿化带和矿脉中形成的引张空间聚集、结晶、沉淀出中粗粒黄铁矿、方铅矿、闪锌矿及少量黄铜矿而形成的致密块状富矿石如照片3。

（4）金、烟灰色石英、细粒多金属硫化物阶段：发生在控矿断裂再次压扭性活动中产生的细粒鱼籽状多金属硫化物（如黄铁矿、方铅矿、闪锌矿）和烟灰色石英共生的脉状构造中，形成的矿石叠加在前一阶段形成的矿脉上而构成的富矿体如照片4所示。

（5）晚期石英、碳酸盐阶段：发生在持续的脆性剪切作用时期，由于脆性剪切作用导致岩石继续破裂而沿张裂隙充填浸染状的微细粒石英、方解石，黄铁矿，并有少量金银矿生成【7】。

3.2 黄铁矿、方铅矿与金的共生关系

黄铁矿是一种普遍存在矿物，从岩浆岩矿床—热液矿床—沉积矿床—变质矿床中都有黄铁矿产出。黄铁矿在矿石中主要为两种类型。第一种类型是磨光度差、自形程度较低、颗粒具轻微碎裂的黄铁矿，该类黄铁矿结晶时间较早，受地质挤压作用的影响使颗粒产生不同程度碎裂，碎裂颗粒之间见有方铅矿、闪锌矿、毒砂及自然金等分布其中，该类黄铁矿与毒砂关系比较密切，常常被毒砂交代呈溶蚀交代结构，分布于矿石中。该类黄铁矿主要分布在脉石裂隙或粒间中，尚未见到有自然金包裹于此类黄铁矿中。第二种类型黄铁矿为磨光度好、自形程度较高、晶出时间晚于第一种类型的黄铁矿，镜下所见包裹金的黄铁矿主要为第二种类型，自然金呈浑圆粒状、角粒状等嵌布于此类黄铁矿中。该类黄铁矿主要分布在脉石中，少量分布在脉石裂隙或脉石粒间中。该类黄铁矿是金矿物的主要载体矿物。由于金具有明显的亲铁亲硫性，所以金多赋存在黄铁矿中，因此，黄铁矿作为标型矿物是寻找金矿的重要标志之一。研究表明黄铁矿中Co、Ni 比值可以有效地指示矿化的来源，可利用黄铁矿中Co/N i 比值的大小区分是否含金，对本区寻找或评价金矿有着一定的实际意义。研究发现黄铁矿的热电系数黄铁矿的热电系数也可确立金矿床的垂直分带，推断矿体的深度。

本矿区金主要以自然金和银金矿形式存在于黄铁矿、方铅矿等多金属硫化物中。金在黄铁矿、方铅矿中的赋存状态主要有四种：裂隙金、间隙金、包体金、假包体金，其中，裂隙金和间隙金最为常见。

本矿区黄铁矿的晶形主要有三种：一种为立方形，一种为五角十二面体晶形，极少见有八面体晶形，以细粒立方体，五角十二面体及其他形黄铁矿含金性最佳，整个矿区石英脉中的黄铁矿，在矿体空间分布上有一定规律。

本矿区与金矿化有关的黄铁矿主要有三个世代。第一世代产在金矿化蚀变带或含金石英脉中，与早世代无矿石英共生和伴生的黄铁矿，呈浅黄色，一般为粗大的立方晶形，呈浸染状分布于石英脉中，矿物组合比较简单，含金量极低，无找矿意义；第二世代的黄铁矿主要形成于石英—黄铁矿等多金属硫化物阶段，约占多金属硫化物的75%～85%，是本矿区金的重要载体矿物，一般与第二世代的含金石英伴生。黄铁矿为黄白色、灰白色、灰黑色细粒立方体、五角十二面晶体形，黄铁矿中含金品位较高；第三世代的黄铁矿一般为浅黄色、铜黄色，与晚世代石英-碳酸盐阶段的石英伴生，是本矿区较晚的矿化阶段，黄铁矿一般为粗粒立方体晶形，呈零星浸染状或团块状分布于石英脉中，黄铁矿中含金品位一般小于1g/t。

本矿区细粒立方体和五角十二面体为最佳找矿标志，而粗粒立方体黄铁矿含金性不佳。含金黄铁矿为黄白色、灰白色、灰黑色、硬度比较低，而含金性差的黄铁矿多为浅黄色、铜黄色、硬度较高，含金黄铁矿的反射率也低于含金差的黄铁矿。

从黄铁矿的粒度大小看，矿区粒度小的黄铁矿含金量比较高。从结构方面，矿区受成矿构造影响而裂隙发育，颗粒破碎的黄铁矿普遍含金高，碎裂状和碎粒状黄铁矿是本区的主要找矿标志，黄铁矿的显微裂隙同样是很好的含金标志。反之，本矿区未受构造破坏而晶形完好的黄铁矿一般含金性差，即使在同一石英—黄铁矿等多金属硫化物阶段，破碎裂隙发育的黄铁矿也比晶形完好的黄铁矿含金性高。

方铅矿多呈自形晶体，中粗粒为主，与黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿共生，局部呈密块状或脉状产出。方铅矿、黄铜矿、闪锌矿和磁黄铁矿呈细脉状、网脉状、斑杂状产于含金石英脉和团块状黄铁矿的裂隙中。方铅矿含金性较好，可与黄铁矿一起作为找金的标志。