新疆210金矿床黄铁矿标型特征及地质意义

曹煦，李权衡，叶荣，王勇

（1.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京100083；

2.核工业北京地质研究院，北京 100029）

新疆210金矿床黄铁矿标型特征及地质意义

曹煦1，李权衡1，叶荣1，王勇2

（1.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京100083；

2.核工业北京地质研究院，北京 100029）

研究新疆210金矿床中黄铁矿产状、形态特征及不同粒级黄铁矿的化学特征和晶胞参数等。结果表明，210金矿床为蚀变破碎带型金矿床，矿石中黄铁矿含量、粒径与金含量密切相关，含量高、粒径小的黄铁矿可作为强矿化标志。通常含金黄铁矿与无金黄铁矿相比颜色加深，晶胞参数轴长加长，亦可作为金矿化找矿标志及贫金、富金的评价准则。矿床具沉积矿床及热液矿床成因特点，初步认为矿床成因属“双源成因”，其黄铁矿形成于中深成环境。

210金矿；黄铁矿；化学特征；晶胞参数

金窝子矿区构造上地处星星峡古生代岛弧南缘，红柳河断裂以南，包括南、北两个矿区。南矿区210金矿床位于金窝子岩体以南，产于金窝子组凝灰质砂岩蚀变破碎带中，为已知隐伏型金矿床。前人对北矿区做了一系列详细工作，研究成果颇多［1-4］，而对210金矿床只做了地质构造［5］、少量地球化学（流体包裹体、地气测量试验）、金的赋存状态研究［6-9］。本文对210金矿床中含金黄铁矿进行形态特征观察、化学组成分析、X射线粉晶衍射测试等，探讨黄铁矿的标型特征及成矿作用信息。

1 矿区地质背景

金窝子矿区位于新疆哈密星星峡镇东30 km处，大地构造位置属塔里木板块北山裂谷北带，地质构造复杂，火山活动频繁，岩浆岩发育良好，各种岩石均有出露。出露地层较简单，主要为上泥盆统金窝子组、新近系和第四系。210金矿床产在上泥盆统金窝子组中，含金矿脉产于区域上一条NE向构造剪切带中，为构造剪切带型金矿床（图1）。区内断裂构造发育，北侧为红柳河大断裂，南侧为玉石山北断裂，构造线呈NEE向，与区域地层和岩浆岩展布方向一致。断裂构造破碎带中有大量含金石英脉贯入。区内发育有石英侵入型和蚀变型金矿带。区内岩浆岩较发育，主要为华力西早期侵入的黑云母二长花岗岩-黑云母花岗闪长岩体［10］（简称金窝子岩体），次侵入的有石英闪长岩脉、辉绿岩脉及石英脉等。金属矿物主要有自然金、黄铁矿、方铅矿、黄铜矿等，非金属矿物有石英，含少量的绢云母、绿泥石、方解石等。矿石中矿物多为半自形粒状结构、交代结构和碎裂结构等。矿石构造多为块状、脉状、条带状、晶洞状等。

图1 金窝子-210金矿床地质图Fig.1 Geological map of Jinwozi-210 gold deposit

2 黄铁矿世代划分

210金矿床的矿石类型主要为蚀变糜棱岩型，金属矿物有黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿等。非金属矿物除石英外，还有较多的造岩矿物，如钾长石和斜长石，主要蚀变矿物为绿泥石、绢云母、方解石。

黄铁矿是该矿床最常见矿物之一，分布范围与矿体（化）范围一致。黄铁矿在矿石中含量为5%～10%，是矿脉内最主要的金属硫化物。据显微镜下黄铁矿的矿物特征、产状及相互关系可分为3个世代：第Ⅰ世代黄铁矿的含量低，自形程度好，颗粒粗大，呈立方体晶型，颜色较浅，为浅铜黄色，受后期构造挤压作用的影响明显，特点是颗粒表面粗糙，强碎裂状，裂隙发育，可见港湾构造（图2-A）。第Ⅱ世代黄铁矿的含量较高，为总量的37%，形态多为自形-半自形晶，颗粒较细，形态多为立方体、八面体及少量五角十二面体，颜色相对较深，呈星散状，细脉浸染状分布，可见溶蚀交代现象（图2-B）。第Ⅲ世代黄铁矿的含量最高，达总量的50%，形态多为五角十二面体，少量立方体，颗粒细小，呈稠密浸染状，颜色为较深铜黄色（图2-C），可见石英-方解石细脉（图2-D）。

3 化学特征

3.1 黄铁矿的化学组成

图2210 金矿床3个世代的黄铁矿特征Fig.2Photographs showing three generations of pyrite from the 210 gold deposit

对单矿物黄铁矿进行详细研究，首先将含金黄铁矿矿石粉碎，经过不同粒径筛选，得到粒级+120目（粗粒），-120目～+160目（中粒）和-160目（细粒）的黄铁矿单矿物样品共3组，分别命名为JWZ-F1、JWZ-F2和JWZ-F3。将3组样品各自一分为二，一份进行元素分析，另一份进行X射线粉晶衍射测试。其中主微量元素分析结果见表1，晶胞参数分析结果见表2，稀土元素分析结果见表3。

Au含量黄铁矿中的金及其它微量元素含量可作为金矿化的找矿标志和评价准则。210金矿床黄铁矿元素分析结果表明，金在3份不同粒径黄铁矿中含量极不均匀，呈明显规律性，含量低的为粗粒黄铁矿，金含量为4.44×10-6，含量高的为细粒黄铁矿，金含量可以达到12×10-6，3份样品平均为9.21×10-6。

w（Fe）、w（S）及w（Fe）/w（S+As）比值标准黄铁矿的分子式为FeS2，理论值w（Fe）46.55%，w（S）53.45%，S/Fe（原子数比）值2.009。据徐国风等研究［12］，沉积成因的黄铁矿S、Fe含量与理论值相近或S的含量略多，内生黄铁矿型铜矿床中黄铁矿与标准值相比亏硫，中低温热液矿床中黄铁矿亏S、亏Fe［13］。210金矿床黄铁矿中Fe含量为42.71%～45.05%，S含量为49.89%～53.60%，S/Fe（原子数比）值大于2.009，表现为S、Fe均有亏损，且Fe的亏损强度较S大。因此，该矿床可能为沉积成因，也可能是热液成因。

表1 210金矿床单矿物黄铁矿化学成分特征Table 1The chemical compositions of pyrites in 210 gold deposit单位：×10-6

表2 黄铁矿晶胞参数及金含量特征Table 2 Characteristics of lattice parameters and gold contents in pyrites

w（Co）、w（Ni）及w（Co）/w（Ni）比值Co，Ni与Fe属同族元素（Ⅷ族），它们具相似化学行为，Co，Ni常以类质同象的形式代替Fe而进入到黄铁矿中。由于黄铁矿形成时所处的地质背景条件不一，其Co，Ni含量及w（Co）/w（Ni）比值有一定差异，Co/Ni比值具指示矿床成因和成矿作用的标型意义。样品中Co，Ni含量较高，变化范围为107×10-6～125×10-6、256×10-6～306×10-6。Co/Ni比值较小，平均0.411 7。由表4可见，渗滤热卤水作用成因的金矿床的黄铁矿中Ni的含量大于Co，即w（Co）/w（Ni）＜1；与岩浆作用有关的金矿床黄铁矿中Co的含量都较Ni的含量高，即w（Co）/w（Ni）＞1。其中，与火山岩和接触交代作用成因有关的金矿黄铁矿中w（Co）/w（Ni）值均大于5，与岩浆热液作用成因有关的黄铁矿中1＜w（Co）/ w（Ni）＜5［14，15］。说明该矿床系渗滤热卤水作用成因的金矿床。

w（Se）及w（S）/w（Se）比值与As相似，Se也是以类质同象替换S而进入黄铁矿晶格的，其含量w（Se）及w（S）/w（Se）比值的标型性也较突出。

210金矿床中黄铁矿的w（Se）为1.56×10-6～2.21×10-6，平均值为1.80×10-6，w（S）/w（Se）比值平均为292 793。据邵洁涟研究［16］，外生沉积成矿条件下黄铁矿大多数含Se，w（Se）为0.5×10-6～2×10-6，w（S）/ w（Se）比值多为250 000～500 000；内生热液矿床中大多数黄铁矿的w（Se）为20×10-6～50×10-6，w（S）/w（Se）多为10 000～26 700。造成沉积型黄铁矿与热液型黄铁矿S/Se比值相差悬殊的原因是表生条件下氧化作用形成的SO42-、SeO42-的迁移能力不同，致使硫族元素Se与S的分离。由此得出，该矿床含金黄铁矿系沉积成因的结果。

3.2 黄铁矿X射线粉晶衍射研究

黄铁矿的Co，Ni等微量元素地球化学行为与伴生矿床中成矿元素活动密切相关，其含量变化决定了晶胞参数大小。据前人研究［17，18］，黄铁矿的a0值的变化受多种因素影响，其中Au等微量元素类质同象加入晶格，将增大a0值，表明晶胞参数与载金能力关系密切。

由表2可看出，标准黄铁矿的a0值为5.417 9×10-6，3份不同粒径黄铁矿的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，显示随粒径变小，a0逐渐变大。样品与标准参数相比轴长变长，说明金可能以晶格金形式进入黄铁矿晶胞中，从而使黄铁矿的晶胞参数发生改变。由此得出210金矿床金的赋存状态除可见金（粒间金、裂隙金、包裹金）外［19］，很可能表现为晶格金，且晶胞参数与载金能力关系密切。同时，金更容易进入粒级小的黄铁矿中。

表3 210金矿床含金黄铁矿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单位：/10-6

表4 不同类型金矿床黄铁矿中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 黄铁矿稀土元素研究

图3 210金矿床黄铁矿的稀土元素球粒陨石标准化模式图Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns of pyrite in the 210 gold deposit

本文将3份不同粒径的单矿物黄铁矿JWZ-F1，JWZ-F2，JWZ-F3进行稀土元素分析（表3），并作球粒陨石标准化模式图（图3），得出以下几点：①3件单矿物黄铁矿的稀土元素总量（ΣREE）变化不大，平均187.00×10-6，且粒径越细，稀土元素越富集；②ΣLREE/ΣHREE在6.05～7.97，具较高的轻重稀土比值，表明轻重稀土发生了强烈的分馏，具富集型稀土分布模式。总体上表现为轻稀土富集型，不同粒径的样品间存在明显差异；③δEu变化不大，3件样品范围在0.59～0.66，平均0.62，为弱的负异常，且Eu亏损程度随着粒径变细依次变大；④（La/Sm）N是反映轻稀土元素和重稀土元素内部分异特征指标，为3.40～3.52，显示轻稀土和重稀土内部出现一定分异，轻稀土元素内部分异程度更显著。

综上所述，该矿床中黄铁矿随着粒径变细，稀土元素含量增高，分布曲线趋势一致，总体向右倾，均有Eu负异常，具典型富集型曲线和轻稀土富集特征。

4 讨论

4.1 黄铁矿成因信息

210金矿床黄铁矿中Fe含量为42.71%～ 45.05%，S含量为49.89%～53.60%，S/Fe（原子数比）值大于2.009，表现为S、Fe均有亏损，且Fe的亏损强度较S大。因此，该矿床可能为沉积成因，也可能是热液成因。样品中Co，Ni含量较高，Co/Ni比值较小，平均为0.411 7。这与渗滤热卤水作用成因的金矿床的黄铁矿中w（Co）/w（Ni）＜1的特点吻合。黄铁矿的w（Se）为1.56×10-6～2.21×10-6，w（S）/w（Se）比值平均为292 793。表明该矿床含金黄铁矿系沉积成因的结果。周学武等研究表明，黄铁矿的w（Fe）/w（S+As）比值与其形成的深度有较好相关性［20］，相关系数为0.870，深成环境产出的黄铁矿w（Fe）/w（S+As）值约为0.846，中成环境黄铁矿其值约为0.863，浅成为0.926。210金矿床黄铁矿的w（Fe）/w（S+As）值为0.840～0.856，表明该矿区黄铁矿形成于中深成环境，其中较粗粒黄铁矿形成于深成环境，较细粒黄铁矿形成于中成环境。

综上所述，该矿床既有沉积矿床成因特点，又有热液矿床成因特点。初步认为，矿床成因属“双源成因”，其黄铁矿形成于中深成环境。

4.2 黄铁矿的找矿信息

矿石中黄铁矿的含量、粒径与金含量密切相关，一般黄铁矿含量高、粒径小的部位金品位一般较高。通过观察统计不同世代黄铁矿相对含量可知，由Ⅰ世代至Ⅲ世代，黄铁矿含量具低→高→较高、粒径有大→中→小的特征。第Ⅰ世代的黄铁矿含量低，不足总量的15%，颗粒粗大，且黄铁矿的含金性较差，是弱矿化标志。第Ⅱ世代黄铁矿相对含量约为37%，第Ⅲ世代黄铁矿相对含量约50%，颗粒细小，2个世代黄铁矿含金性均较好，为强矿化标志。标准黄铁矿的a0值为5.417 9×10-6，样品黄铁矿显示，随着粒径变小，样品与标准参数相比轴长变长，金可能以晶格金形式进入黄铁矿晶胞中，使黄铁矿晶胞参数发生改变。表明不同世代黄铁矿，随着其中的Au，As，Co，Ni等微量元素含量增高，与无金黄铁矿相比，通常含金黄铁矿颜色加深，晶胞参数轴长加长。可作为金矿化找矿标志及贫金、富金评价准则。

5 结论

（1）210金矿既有沉积矿床成因特点，又有热液矿床成因的特点，初步认为矿床的成因属“双源成因”类型，其黄铁矿形成于中深成环境。

（2）210金矿中黄铁矿的含量、粒径与金含量密切相关，含量高、粒径小的黄铁矿可作为强矿化标志。通常含金黄铁矿与无金黄铁矿相比颜色加深，晶胞参数轴长加长，也可以此作为金矿化的找矿标志及贫金、富金的评价准则。

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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

项目资助：国土资源大调查项目：深穿透地球化学异常形成机理研究（1212010916041，1212010916084）、国家公益性行业科研专项“深部探测技术与实验研究”（SinoProbe-04-03）、国家自然科学基金（41273063）联合资助

2014-01-03；

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

曹煦（1990-），女，河南商丘人，中国地质大学（北京）2013级硕士研究生，地质工程专业，应用地球化学方向

叶荣（1956-），女，博士，教授，地球化学专业，主要从事应用地球化学研究，E-mail:yerong@cugb.edu.cn