新疆西准噶尔提依尔金矿黄铁矿热电性与微量元素特征及其地质意义

余文林，葛文胜，廖 华，胡卫星，卢树东，刘 旭，李 磊，王全乐

(1.江西省地质环境监测总站，江西 南昌 330095；2.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院，北京 100083；3.江西应用技术职业学院，江西 赣州 341000；4.中国黄金集团地质有限公司，北京 100011；5. 托里县金福黄金矿业有限责任公司，新疆 塔城 834500)

0 引 言

黄铁矿是自然界中最为常见的金属硫化物，也是金矿床中分布最广的金属硫化物之一，与金成矿关系非常密切，常作为金的主要载体矿物[1-3]。黄铁矿中蕴含着大量成因和成矿信息，且都表现出良好的标型特征[4-5]。黄铁矿标型研究在深部成矿预测中得到广泛应用(如胶东地区)，经实践证明是一种非常实用的找矿方法[6-8]。

自20世纪80年代被发现以来，提依尔金矿床在地质找矿勘探方面取得了一定的成果，但是对于该矿床地质研究工作相对薄弱，文献中鲜有报道，至今还没有对此矿床开展过系统研究，对矿区深部找矿潜力研究缺乏有效手段，制约着进一步找矿工作。因此，本论文在已有的工作基础之上，以提依尔金矿床Ⅰ号矿体为重点研究对象，分析黄铁矿热电性和微量元素的空间变化规律，并结合钻孔中已有金品位的变化趋势，探讨矿石金品位与黄铁矿热电性和微量元素之间的关系，为进一步深部找矿提供依据。

1 矿床地质特征

提依尔金矿位于新疆维吾尔自治区托里县境内，大地构造位置处于准噶尔界山褶皱带扎依尔—达拉布特复向斜中。区内断裂构造发育，主要发育一系列NE向“多米诺”式走滑断裂构造体系[9](图1(a))，自北西向南东依次分布着NEE向的哈图断裂、安齐断裂和达拉布特断裂3条深大断裂，与区内主构造线NE方向大致平行，控制着区域内一系列金矿床的分布。出露地层以石炭系为主的一套巨厚的半深海-大陆坡相火山沉积建造，从下到上依次为太勒古拉组、包古图组和希贝库拉斯组[10]，主要分布在达拉布特深大断裂的两侧(图1(b))。区内岩浆活动强烈，广泛发育大规模晚古生代的花岗岩体，代表岩体有铁厂沟岩体、哈图西岩体、庙尔沟岩体、阿克巴斯套岩体和红山岩体等，其形成年龄集中在275～327 Ma之间[11-14]，沿达拉布特断裂北侧可见一条蛇绿岩带的出露，前人对蛇绿岩的成因及地质意义进行了大量的研究工作[15-17]。

受区域构造影响，矿区内次级断裂主要为NEE向和近EW向两组，沿断裂两侧发育着一系列石英脉型金矿。矿区出露地层为下石炭统太勒古拉组以及少量的第四系覆盖层，太勒古拉组岩性为青灰色中性凝灰岩，夹少量凝灰质粉砂岩、砂岩、玄武质熔岩(图2)。矿体主要赋存于黄铁矿化安山玢岩体内，矿体长181 m，最大宽度118 m，平均宽81 m，呈椭圆柱状产出，控制斜长达500 m。矿体长轴方向NEE，倾向NW，倾角约76°，具分枝、局部尖灭再现等现象(图3)。岩体出露面积0.016 km2，呈长椭圆形，长轴走向近东西，长250 m，南北最宽119 m，向东西两侧逐渐变窄，周边有一圈糜棱岩化带，认为该岩体是沿古火山喷发通道分布。矿石类型以蚀变岩型为主，矿物组合有黄铁矿、自然金、磁黄铁矿、钾长石、石英和绿泥石，少量的方铅矿和毒砂。围岩受蚀变作用较强，主要蚀变有黄铁矿化、硅化、钾化、碳酸盐化，其中金矿化与硅化、钾化和黄铁矿化关系最为密切。

2 黄铁矿的产出特征

金矿化中黄铁矿主要呈细脉浸染状、网脉状赋存于安山玢岩中。作者通过矿石组构特征，将黄铁矿的形成划分为4个世代。Ⅰ世代形成于成矿前期，黄铁矿呈自形晶，颗粒粗大(1～5 mm)，为立方体晶形，颜色较浅，浅铜黄色，呈星点状分布于围岩和岩体中，与黄铜矿、石英共同产出，含金性较差。石英以粗大的脉状形态侵入，最宽将近1 m，透明度好。Ⅱ世代黄铁矿多呈自形-半自形的立方体晶型，含少量的五角十二面体，粒径0.06～1.00 mm，呈星点状、透镜状分布在岩体中，受钾长石化影响明显，蚀变强烈的地段黄铁矿含量增加，多与磁黄铁矿共生，此世代的黄铁矿含金性好。Ⅲ世代黄铁矿多为薄膜、细脉状，粒径细小，约为0.05 mm，呈它形，颜色相对较深，沿早期的裂隙充填，石英为乳白色，与黄铁矿、黄铜矿一起形成网脉状、细脉浸染状或脉状矿石。Ⅳ世代黄铁矿自形程度差，破碎严重，呈团块状分布，颜色为较深的铜黄色，常与方铅矿、石英、自然金共同产出，对金矿化起指示作用，石英多为烟灰色，透明度差，呈细脉状分布于矿石中。

图1 西准噶尔地区地质简图(据王瑞等，2007[18]修改)Fig.1 Simplified geological map of the West Junggar(modified after Wang et al., 2007[18])

图2 提依尔金矿矿区地质简图① 中国黄金集团地质有限公司. 新疆维吾尔自治区托里县提依尔矿区金矿详查报告. 2011. Fig.2 Geological sketch map of the Tiyier gold deposit① 中国黄金集团地质有限公司. 新疆维吾尔自治区托里县提依尔矿区金矿详查报告. 2011.

图3 提依尔金矿0、1号勘探线剖面图① 中国黄金集团地质有限公司. 新疆维吾尔自治区托里县提依尔矿区金矿详查报告. 2011. Fig.3 Geological sections along exploratory line of the Tiyier gold deposit① 中国黄金集团地质有限公司. 新疆维吾尔自治区托里县提依尔矿区金矿详查报告. 2011.

3 样品采集与分析方法

3.1 黄铁矿热电性标型测试

3.1.1 测试原理及应用

矿物热电性是金属或半导体矿物存在温差条件下产生的热电效应的反映，主要与形成温度和黄铁矿的类质同象替代有关，包括热电系数和导电类型两方面。热电系数(α)是指处在温差下的半导体矿物，由于温差形成的非平衡载流子由高温区向低温区扩散，扩散的结果在矿物体内形成了电场，对外表现为温差热电动势[19-20]。热电系数即为单位温差时的热电动势[21]，其计算公式为:

α=E/(TH-TL)=E/Δt

(1)

式中:α为热电系数，μV·℃-1；E为热电动势，μV；Δt为高温TH与低温TL的温差，℃。

黄铁矿是半导体矿物，存在两种导电类型，即空穴型(P型)和电子型(N型)，当热电动势E>0时，矿物为P型导电；当热电动势E<0时，矿物则为N型导电[22]。前人对黄铁矿热电性进行大量的研究工作[23-24]发现，成矿早期高温条件下形成的黄铁矿呈N型，是由于黄铁矿结晶时Co、Ni等离子杂质进入晶格替代Fe形成的；晚期低温条件下形成的黄铁矿呈P型，是由于As、Sb等离子杂质进入晶格替代S形成的。从一般热液矿床原生晕的分带序列来看，Co、Ni晕常在矿体下部富集，而As、Sb等挥发组分常在矿体上部聚集，即矿体上部形成的黄铁矿的热电性呈P型，矿体下部则易形成N型导电的黄铁矿，矿体中间部位导型呈过渡变化[25-26]。

3.1.2 测试方法及结果

由于提依尔金矿目前为露天开采，为了更好地进行深部成矿预测，利用已有钻孔进行系统的样品观察及采样工作，共采集2条勘探线5个钻孔中含黄铁矿矿石样品62件，并挑选黄铁矿单矿物。本文实验测试采用的是BH-08型热电仪，在中国地质大学(北京)岩矿实验室完成，活化温度选取45 ℃[27]。将挑回的黄铁矿单矿物研磨至40～60目，测试前用酒精去除黄铁矿单晶表面杂质。对矿区62件样品，每件样品随机选取50粒黄铁矿单矿物，共计3 100粒进行测试，测试的热电系数精确到小数点后一位。

测试结果(表1)表明，提依尔金矿区黄铁矿热电系数变化范围为-374.1～490.3 μV·℃-1，数值波动较大。其中N型黄铁矿α变化范围为-374.1～-2.4 μV·℃-1，集中于-246.9～-25.8 μV·℃-1；P型黄铁矿变化于2.4～490.3 μV·℃-1，集中于32.5～370.8 μV·℃-1。导电类型以P-N混合型为主，各钻孔中P型黄铁矿出现率在空间上呈振荡规律变化，平均为76.7%。

表1 提依尔金矿黄铁矿热电性特征参数

(续表)表1 提依尔金矿黄铁矿热电性特征参数

3.2 黄铁矿微量元素标型测试

在热液矿床中，由于微量元素地球化学活动性存在差异，导致在空间上往往具有比较规律的元素分带特征。前人认为，典型金矿床原生晕垂向分带可概括为:矿体前缘晕及上部富集As、F、Hg、Sb等活动性强的低温元素；矿体中部富集Au、Ag、Cu、Pb、Zn等中温亲铜元素；矿体下部及尾部富集Bi、Mo、Mn、Co、Ni等高温亲石元素[28]。矿化元素的空间分带性能较好地在黄铁矿的微量元素中反映出来。在进行矿化元素分带分析时，考虑到矿石物质成分组成的不均一性，利用矿石微量元素进行空间分带性分析出现的误差较大，不利于正确的分析；而对黄铁矿中的微量元素进行空间分布特征分析，能更好地显示成矿的地球化学空间演化规律。在热液矿床中，此方法在深部矿体找寻预测方面得到广泛的应用。

在进行黄铁矿热电性测试采样的同时，挑选各钻孔不同标高的36件黄铁矿矿石，送往河北廊坊中铁物探勘察有限公司进行33种微量元素ICP-MS测试分析，测试数据见表2。

4 讨 论

4.1 黄铁矿热电性与成矿温度

黄铁矿的热电系数与其矿物的形成温度有密切关系，不同温度条件下形成的黄铁矿，其热电系数和导电类型是不同的，高温条件下形成的黄铁矿多为N型，中温条件下多为P-N或N-P混合型，低温条件下则多为P型[29]。P.A·戈尔巴乔夫在1964年对大量黄铁矿的热电性进行了研究，发现黄铁矿的热电系数可以应用于形成温度的标定，得出黄铁矿的热电系数-温度相关关系图以及相关的线性方程[30]:

表2 提依尔金矿床0、1号勘探线各钻孔中黄铁矿微量元素含量(wB/10-6)

t=(704.51-α)/1.818 (N型)

(2)

t=3×(122.22+α)/5.0 (P型)

(3)

将所测得的提依尔金矿床内黄铁矿的热电系数值代入上式中，得到黄铁矿的形成温度范围为76.21～384.06 ℃，其中N型黄铁矿的形成温度为267.92～384.06 ℃，均值310 ℃，P型黄铁矿的形成温度为76.21～334.52 ℃，均值200 ℃。将计算出的温度数据投点于热电系数-温度图(图4)上，显示出黄铁矿形成温度主要集中在100～330 ℃之间，属于中低温热液矿床，与石英流体包裹体测得成矿温度110～310 ℃基本吻合。

图4 提依尔金矿黄铁矿热电系数-温度图解Fig.4 Relationship between thermoelectricity and temperatures of pyrites from the Tiyier gold deposit

4.2 黄铁矿热电性与含金性的关系

前人研究认为，P型和P-N型黄铁矿含金量高，N型黄铁矿含金量较少[31-32]，根据各钻孔金品位变化值和表1中的数据，绘制热电性和金品位随不同标高变化曲线图(图5)。

钻孔ZK01中黄铁矿热电系数变化范围在-264.6～469.9.1 μV·℃-1之间，其中P型黄铁矿热电系数主要集中在61.5～300.1 μV·℃-1之间，在670～390 m标高范围内减少→增大→减少的趋势，且黄铁矿导型由P-N→P→N变化，与金品位变化趋势基本一致(图5A)，表明该钻孔中所采取的黄铁矿位于矿体的中下部，P型出现频率平均为69%，矿化前景差。

图5 提依尔金矿各钻孔P型黄铁矿出现率垂向变化趋势图Fig.5 Attitude-changing trend diagrams of frequency of P-type pyrites from various drillholes in the Tiyier gold deposit

钻孔ZK02中黄铁矿热电系数变化范围在-374.1～473.4 μV·℃-1之间，其中P型黄铁矿热电系数主要集中在158.1～339.9 μV·℃-1之间，在600～460 m标高范围内热电系数、P型出现率、金品位三者波动较大(图5B)，说明此区段内成矿活跃，460 m标高以下P型出现率逐渐降低，P型出现频率平均为79%，矿化前景也较差，但比ZK01矿化前景大。

钻孔ZK04中黄铁矿热电系数变化范围介于-366.2～454.5 μV·℃-1之间，其中P型黄铁矿热电系数范围集中在154.9～331.6 μV·℃-1之间，取样标高350～250 m，P型出现率先增加后减少，与品位变化整体趋势一致(图5C)，P型出现频率平均为82%，矿化前景较好。

钻孔ZK11中黄铁矿热电系数变化范围介于-246.9～490.3 μV·℃-1之间，其中P型黄铁矿热电系数范围集中在251.3～318.1 μV·℃-1之间，在标高范围内P型出现率与金品位变化趋势保持一致(图5D)，且P型出现频率93%，预示矿体沿钻孔方向向深部有一定的延伸。

钻孔ZK12中黄铁矿热电系数变化范围介于-242.1～469.9 μV·℃-1之间，其中P型黄铁矿热电系数范围集中在141.4～318.1 μV·℃-1之间，P型出现率变化波动较大(图5E)，出现频率平均为86.7%，且在410 m标高处P型出现率为100%，预测往下可能存在较好的矿化远景。

图6 头晕元素(As+Sb+Se+Te)垂直纵投影等值线图Fig.6 Contour vertical projection of the head halo elements(As+Sb+Se+Te)

图7 近矿晕元素(Cu+Pb+Zn)垂直纵投影等值线图Fig.7 Contour vertical projection of the near ore halo elements(Cu+Pb+Zn)

黄铁矿呈单一导电类型，明确显示提依尔金矿深部具有含矿远景，P型高出现率往往对应金的高品位，0线ZK01、ZK02、ZK04中P型黄铁矿所占比例逐渐增大，依次为69%、79%、82%，1线ZK11、ZK12中P型黄铁矿所占比例比0号勘探线偏大，说明1线找矿前景比0号线大。提依尔金矿中黄铁矿的导型绝大部分(80%)为P型，与周边金矿(如哈图金矿)P型黄铁矿出现率为79%，包古图金矿P型黄铁矿出现率为77%，基本一致，说明该矿具有成为大矿的可能。

将提依尔金矿床0、1号勘探线各钻孔中测得的黄铁矿微量元素分为头晕元素组合(As+Sb+Se+Te)、近矿晕元素组合(Cu+Pb+Zn)和尾晕元素组合(Ti+Ni+Cr+Co)，根据元素组合在不同标高的含量分别投制垂直纵投影图(图6,7,8)，对该矿床进行深部远景评价。

图8 尾晕元素(Ti+Ni+Cr+Co)垂直纵投影等值线图Fig.8 Contour vertical projection of the tail halo elements(Ti+Ni+Cr+Co)

4.3 黄铁矿微量元素对深部成矿预测

从头晕元素(As+Sb+Se+Te)等值线图(图6)可以看出，0号线头晕元素从上到下整体呈下降的趋势，但是在ZK02中480 m和350 m标高处元素有一定的富集，反映该范围内矿化活动较强；1号线头晕元素在550 m标高下含量普遍较高，说明矿体浅部遭受一定的剥蚀，且450 m标高下可能有盲矿体的存在。从近矿晕元素(Cu+Pb+Zn)等值线图(图7)可以看出，0号线近矿晕元素整体向北有富集的趋势，在350 m标高处含量达到最大，说明目前还处于矿体中段，矿体向下还有一定的延伸；1号勘探线近矿晕元素总量要低于0号线，ZK12中近矿晕元素呈旋回式特征，具有多个集中区，是热液活动强烈的体现，且往北同样有富集的趋势，指示ZK12北450 m标高往下有盲矿体的可能。尾晕元素(Ti+Ni+Cr+Co)等值线图(图8)可以看出，0号线上ZK01→ZK02→ZK04(从南到北)尾晕元素含量逐渐降低，在250 m标高处ZK01中尾晕元素含量达到最大，预示该钻孔已打到矿体的底部，ZK04在250 m标高往下具有一定的成矿潜力；1号线尾晕元素在550 m标高上部含量较高，往下减少，且在ZK12中450 m含量到达最少，往下找矿潜力较好。

综上所述，0号线ZK01→ZK02→ZK04和1号线ZK11→ZK12成矿潜力逐渐增大，预测0、1号勘探线之间NW方向是最佳找矿远景，与矿体产出状态也能很好地对应起来(矿体倾向NW)。同时，在650—400 m标高范围内，元素分带具有旋回式特点，整体趋势与钻孔中金品位相对应，反映提依尔金矿具有多期热液叠加成矿，叠加部分既是金含量高值区范围，又是元素分带异常区。

5 结 论

(1)黄铁矿是提依尔金矿的主要载金矿物，其产出可分为4个世代，从Ⅰ世代到Ⅳ世代，黄铁矿的结晶程度由简单到复杂的趋势，粒径也表现为由大变小。与金密切相关的黄铁矿具颗粒细小，碎裂严重。

(2)根据热电数据投于热电系数-温度图，得到提依尔金矿成矿温度主要集中在100～330 ℃范围，属中低温矿床。

(3)黄铁矿的导型以P-N混合型为主(80%)，与周边超大型金矿哈图金矿P型黄铁矿出现率为79%，包古图金矿P型黄铁矿出现率为77%，基本一致，说明该矿具有成为大矿的可能；结合各钻孔金品位垂向变化图，可知P型黄铁矿出现率与金品位高值区呈正相关关系，且与矿体侧伏方向一致，预示矿体向深部有一定的延伸。

(4)根据黄铁矿成因矿物学特征(热电性和微量元素)进行成矿远景预测，认为目前见矿部位位于矿体中上部，提出0、1号勘探线之间250 m标高以下沿NW向具有较好的找矿潜力。

致谢:感谢中国黄金集团地质有限公司卢树东教授级高级工程师和王全乐工程师及金福黄金矿业有限责任公司李磊工程师对野外工作的大力协助。

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