福建建阳高车金矿床黄铁矿标型特征研究

2019-10-10罗辉隆

福建地质 2019年3期

罗辉隆

(福建省闽西地质大队，三明，365001)

黄铁矿是建阳高车金矿床最重要的载金矿物。通过对黄铁矿相关标型特征的研究来获取金矿成因和找矿信息，已广泛应用于成矿预测和找矿的实际工作中，并取得良好的效果[1]。对矿床黄铁矿的标型特征进行深入的研究，有助于对高车金矿床的成因作出评价，对于该区金矿找矿工作具有一定的指导意义。

1 区域地质背景

北武夷隆起区的深部构造对应于闽西北地幔缓隆带，区内大面积出露的是吕梁期、晋宁期变质岩系，晋宁期、加里东期造山作用强烈，燕山期构造岩浆活动频繁[2]。

研究区大地构造位置处于华夏地块北武夷隆起区的浦城—顺昌基底隆起中部，崇安—石城断裂带东南侧，武夷成矿带南侧泰宁—政和北东向金及多金属成矿带的中段。区内以古元古代变质岩系为主，断裂构造较为发育，侵入岩主要有志留纪和侏罗纪时期的侵入岩。区域上已发现多处金矿床(点)(如太阳山、中窑、江墩)(图1)，成矿地质背景优越。通过勘探表明，高车金矿床成矿地质条件较好，矿体规模较大，有望达到中型规模。武夷山成矿带深部独特的构造环境和长期复杂的构造-岩浆-成矿演化史造就了该区良好的成矿地质条件和铜、铅、锌、金、银、锡、铁、锰等110余种丰富的矿产资源[3]。

图1 建阳高车金矿区域地质矿产图Fig.1 Regional geological map of the Gaoche gold deposit in Jianyang area1—第四系；2—早白垩世石帽山群；3—早白垩世坂头组；4—早白垩世下渡组；5—晚侏罗世长林组；6—早侏罗世梨山组；7—古元古代麻源群南山岩组；8—古元古代麻源群大金山岩组；9—早白垩世石英闪长岩；10—晚侏罗世正长花岗岩；11—早侏罗世二长花岗岩；12—志留纪正长花岗岩；13—花岗斑岩脉/石英斑岩脉；14—石英脉/基性岩脉；15—复式背形；16—实、推测正断层；17—实、推测逆断层；18—实、推测性质不明断层；19—实、推测地质界线/不整合地质界线；20—片理产状/层理产状；21—砂金矿点/铂钯矿点；22—中型石墨矿；23—小型金矿床/金矿点；24—矿区范围

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质

区内出露地层比较简单，仅出露古元古代麻源岩群大金山岩组。岩性主要为黑云斜长变粒岩，黑云石英片岩、黑云片岩夹薄层状或透镜状石英岩、微斜透辉大理岩、斜长角闪岩，局部见花岗质条带状混合岩或混合岩化现象。前人研究表明其原岩为夹少量(中)基-中酸性火山岩的浅海相砂泥质、泥质沉积岩。矿区内的含金蚀变体贮存于该地层中(图2)。

矿区构造以断裂为主，褶皱不发育。地层总体呈北东向展布，片理产状倾向南东，倾角一般20°～50°。矿区内主要发育有北东向和北西向断裂，且以前者为主。北东向断裂为区域上马伏—华家山断裂的伴生或派生断裂。目前矿区已发现含矿较连续的F2断裂整体走向北东向，往北端呈近南北向，倾向100°～150°，倾角30°～50°，地表走向延伸长约1 500 m，倾向最深已控制延伸长600 m，出露宽度一般4～12 m，局部可达15 m，具有分支复合特征。断层面略呈舒缓波状，破碎带发育碎粉岩、碎裂岩、构造角砾岩，常含晶质石墨，钻孔内见发育有闪长岩，具有先压后张特征。构造带及两侧围岩蚀变较强，主要见有绢云母化、硅化、方解石化、黄铁矿化等蚀变。ⅡAu矿体产于该断裂蚀变带中，是矿区重要的控矿构造。北西向断裂，其内发育辉绿岩脉，岩脉具有上窄下宽特点，北西向切割北东向断裂，为成矿后断裂，对矿体起破坏作用，断裂性质以张扭性为主。

图2 建阳高车金矿地质简图Fig.2 Regional geological map of the Gaoche gold deposit in Jianyang area

矿区内岩浆岩较发育，根据岩石特征，可分为变质作用较强的片麻状中细粒花岗岩、变质作用较弱的细粒花岗岩和变质作用不明显的辉绿岩及闪长(玢)岩。其中变质作用较强的片麻状中细粒花岗岩和变质作用较弱的细粒花岗岩均归并到大金山岩组中，推测其侵入期为吕梁期。辉绿岩及闪长(玢)岩推测其侵入期为燕山期，其中闪长(玢)岩产于控矿断裂F2中。

矿区内围岩蚀变现象显著，与断裂带活动及同期热液活动密切相关，为中低温热液蚀变。蚀变带受断裂构造控制明显，蚀变带宽度基本与构造破碎带宽度相对应，局部向断裂带两侧扩张，蚀变类型及强度与围岩岩石类型以及围岩距矿体的远近相关，总体表现为水平分带明显，垂向分带无规律。矿区内蚀变类型以绢云母化、硅化、黄铁矿化为主，方解石化、绿泥石化次之；其中粗晶自形黄铁矿化、硅化与金矿关系密切，均出现在矿脉及其两侧。在水平面上具有从金矿化中心向围岩方向依次分布粗晶自形黄铁矿化+绢云母化+硅化→细晶他形黄铁矿化+绢云母化+硅化→绢云母化+绿泥石化→方解石化+硅化的分带特征。

2.2 矿体特征

高车矿区目前已圈定一条金矿体(ⅡAu矿体)，分布于矿区北部8～32线间，严格受F2构造蚀变带控制。

ⅡAu矿体分布控制标高为25～266 m，呈脉状产出，走向10°～60°，倾向南东，倾角30°～50°，目前地表控制延伸长度560 m，真厚度0.80～7.65 m，控制最大斜深470 m，单工程品位为1.06×10-6～38.25×10-6，单样最高品位137.10×10-6。矿体容矿岩石主要为碎裂岩，次为构造角砾岩、黑云斜长变粒岩，顶、底板直接围岩为碎裂岩、黑云斜长变粒岩，容矿岩石和围岩均具硅化、黄铁矿化、绢云母化、绿泥石化、方解石化等蚀变。

矿石结构主要有自形-半自形粒状结构、他形粒状结构、碎裂结构。矿石构造主要有斑点-斑杂状构造、脉状-网脉状构造。

系统的矿物学研究表明，高车金矿床矿石矿物主要为黄铁矿，少量方铅矿、闪锌矿、斑铜矿、黄铜矿、金红石和自然金；脉石矿物有石英、绢云母、钠长石、磷灰石、方解石等。其中成矿期黄铁矿普遍发育环带结构，表明经历多期热液活动的特点。根据矿物组合、各种矿物的特征和相互穿插关系，推断出矿区矿物生成顺序(表1)。

表1 建阳高车金矿矿物生成顺序

Table1 Mineral paragenesis of the Gaoche gold deposit in Jianyang area

2.3 成矿阶段

根据野外观察以及室内显微镜下观察，高车金矿成矿作用从早到晚可划分为3个阶段。

石英-绢云母阶段(Ⅰ)：蚀变矿物主要为绢云母，次为石英和细晶他形黄铁矿，少量钠长石和磷灰石；绢云母呈鳞片状集合体交代围岩中的斜长石；石英为烟灰色，多为细粒他形粒状集合体，呈面状分布；黄铁矿为浅黄色，细粒、他形脉状集合体。此阶段为成矿前期蚀变阶段，分布范围较大。

多金属硫化物-石英阶段(Ⅱ)：主要矿物组合为粗晶自形黄铁矿+绢云母+石英，还有黄铜矿、自然金、斑铜矿、方铅矿、闪锌矿、金红石等；其中黄铁矿为该阶段最主要的金属硫化物(>95%)，以浅黄白色、粗粒(1～4 mm)、自形-半自形为特征，常与黄铜矿、自然金、斑铜矿、方铅矿、闪锌矿、金红石等共生；绢云母呈鳞片状集合体交代围岩中的斜长石；石英为烟灰色，多为细粒他形粒状集合体，呈面状分布。自然金与黄铁矿共生，黄铁矿越多，金的品位越高。此阶段为矿床成矿阶段。

石英-方解石阶段(Ⅲ)：主要矿物组合为石英+方解石+绿泥石，方解石脉或石英-方解石脉主要充填于矿脉晚期的构造及裂隙中，在矿脉的尖灭处比较发育。此阶段为矿床成矿后阶段。

3 样品及分析方法

此次研究样品采自高车矿区金矿体ⅡAu，样品分别来自于钻孔(ZK2803、ZK2403)和平硐(PD110)，共采集20件样品，每件矿石样品制作光薄片用于显微镜、扫描电镜和电子探针分析测试。在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室的光学显微镜和环境扫描电子显微镜进行光薄片观察及显微照相；电子探针分析在中科院广州地球化学研究所完成，电子探针采用日本电子公司JXA-8100型电子探针仪，工作条件：加速电压20 kV，通过样片的电流为20 nA，束射直径为5 μm；LA-MC-ICPMS黄铁矿的原位微区硫同位素分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成，工作条件：5 J/cm2，8 Hz， 33 μm。

4 分析结果

4.1 黄铁矿矿物学特征

通过显微镜和扫描电镜观察分析，矿床中的黄铁矿分为成矿前和成矿期2种类型，其中成矿期黄铁矿进一步划分为三个世代(图3为反射光和背散身下环带黄铁矿，图4、图5分别为矿石反射光第二、第三世代矿物组合)。

成矿前黄铁矿(Py0)：呈他形、不规则形状，内含大量的硅酸盐包裹体，主要是绢云母和石英包裹体，少量的钠长石、磷灰石，偶见方铅矿、黄铜矿包裹体。表明Py0是蚀变期黄铁矿化的结果，与最早的绢云母化、硅化、钠长石化等属于同时期蚀变。Py0常作为环带状黄铁矿核部，被成矿期黄铁矿包裹。

成矿期第一世代黄铁矿(Py1)：粗晶(1～4 mm)，呈自形-半自形晶体，内含大量的方铅矿、闪锌矿、黄铜矿和自然金的包裹体。方铅矿、闪锌矿和黄铜矿通常以包裹于黄铁矿晶体内、黄铁矿的裂隙内或者单颗粒沿着黄铁矿边缘生长等形式存在。方铅矿交代闪锌矿和黄铁矿，形成港湾状结构；黄铜矿呈乳滴状分布于闪锌矿中，形成乳浊状结构。环带状黄铁矿中(Py1)常见包裹蚀变期黄铁矿(Py0)，被包裹于第二、三世代的黄铁矿，Py1拥有振荡环带，在背散射图像中显示亮、暗带韵律交替，表明Py1结晶过程中经历了压力波动和反复的局部流体相分离。

成矿期第二世代黄铁矿(Py2)：为半自形-自形晶。分离的内部或裂隙中含斑铜矿、自然金、黄铜矿与金红石的包裹体，手标本和显微镜下观察发现，Py2的粒度小于Py1。环带状黄铁矿中(Py2)包含大量细小的包裹体，主要为斑铜矿、金红石、石英和少量绢云母。Py2通常以过度生长于Py1，并且外部被包裹于增生的Py3中。区别于第一世代的矿物组合，第二世代出现斑铜矿和金红石，未出现闪锌矿，偶尔可见方铅矿颗粒，黄铁矿、自然金等矿物的粒度相对小于第一世代。斑铜矿和黄铜矿共生，常以细长条状形式存在于黄铁矿裂缝中。

图3 反射光和背散射下环带黄铁矿Fig.3 Reflected light and backscattered of band pyritea,f—Py1被包裹于外部Py2，Py1中存在黄铜矿、石英包裹体，自形的Py3生长在最外边部，包裹Py2，Py2包含大量石英、金红石、自然金、斑铜矿包裹体； b,c,d,e— 蚀变期Py0呈不规则形态，被包裹于Py1核部，存在绢云母、石英、钠长石、磷灰石等包裹体，偶尔见方铅矿和黄铜矿的微小包体。 Ser为绢云母；Ab为钠长石；Ap为磷灰石；Bn为斑铜矿；Rt为金红石

图4 矿石反射光下第一世代矿物组合Fig.4 Generation I mineral assemblage under reflected lighta, b, f—方铅矿、闪锌矿、黄铜矿和自然金颗粒以包裹体形式存在于自形黄铁矿(Py1)中；c—自然金与方铅矿密切相关，同时沉淀； d—方铅矿三组解理相交呈黑三角孔，方铅矿交代闪锌矿和黄铁矿呈骸晶结构和港湾状结构；e—闪锌矿交代黄铁矿，黄铜矿呈乳滴状出溶于闪锌矿中。Py为黄铁矿；Gn为方铅矿；Sp为闪锌矿；Ccp为黄铜矿；Au为自然金；Qz为石英

图5 矿石反射光下第二世代矿物组合Fig.5 Stage II mineral assemblage under reflected lighta,b,c—自然金以包裹体形式存在Py2中,金红石颗粒包裹于Py2中或沿着Py2生长；d,f—他形黄铜矿呈脉状交代黄铁矿,并与金同时沉淀；e—斑铜矿与金同时沉淀，包裹于黄铁矿中； Rt为金红石；Bn为斑铜矿

成矿期第三世代黄铁矿(Py3)：结构均匀，表面干净，晶体为自形粗晶，单晶形态主要为立方体和五角十二面体，生长于环带黄铁矿的最边缘，罕见包含细小的黄铜矿。

因此，通过观察黄铁矿宏观和微观特征，发现载金黄铁矿以浅黄白色、粗晶(1～4 mm)、呈自形-半自形浸染状或团块状、常与黄铜矿、自然金、斑铜矿、方铅矿、闪锌矿、金红石等共生为特征；而非载金黄铁矿以浅黄色，细粒(<1 mm)、他形脉状集合体，罕见与方铅矿、黄铜矿共生为特征。二者各自特征差异较大，较容易区别。

4.2 金在黄铁矿中的贮存状态

系统的矿物学研究表明，金贮存于粗晶自形黄铁矿中，且主要以他形包裹体存在黄铁矿晶体内部，也可填充于黄铁矿裂隙中，部分还沿着黄铁矿的颗粒边部生长。金呈他形粒状、树枝状，粒径0.02～0.1 mm。

对高车金矿黄铁矿结构和地球化学结果表明，自然金主要在成矿期的第一、二世代析出，罕见析出于第三世代黄铁矿。第一世代中自然金与方铅矿同时沉淀，第二世代中自然金与斑铜矿、黄铜矿有密切关系。

4.3 主元素含量及其比值特征

Fe和S是黄铁矿中主要组成元素，黄铁矿(FeS2)化学成分理论值为Fe 46.55%，S 53.45%，实际组分会发生一定程度的偏离。高车金矿黄铁矿的电子探针分析结果所示。不同世代黄铁矿的主量元素Fe、S分析数据可以看出。

(1) 蚀变期黄铁矿(Py0)中Fe平均为45.497 %，S平均为53.332 %，S/Fe为2.04～2.06，表现为Fe亏损。

(2)成矿期第一世代黄铁矿(Py1)，Fe平均为45.645%，S平均为53.533%，S/Fe为2.03～2.07，表现为Fe亏损。

(3)成矿期第二世代黄铁矿(Py2)，Fe平均为45.482 %，S平均为53.345 %， S/Fe为2.03～2.07，表现为Fe亏损。

(4)成矿期第三世代黄铁矿(Py3)，Fe平均为45.523%，S平均为53.552%， S/Fe为2.04～2.08，表现为Fe亏损。

各世代的黄铁矿均明显表现为Fe亏损，S在蚀变期和第二世代表现为轻微亏损，在第一和第三世代轻微富集。前人统计研究表明金矿床中浅成热液或沉积成因的黄铁矿明显表现为Fe亏损[4]，因此推断高车金矿床可能是中浅成热液或者沉积成因。

4.4 微量元素含量及其比值特征

(1)黄铁矿中Co、Ni可作为类质同象替代Fe，As可替代S。高车金矿黄铁矿Au、Ag、As值大多低于电子探针检测限。黄铁矿Co、Ni含量和Co/Ni比值具有一定的标型意义，Co/Ni值能指示矿床成因。从表2可看出，排除低于检测限Co、Ni值，选出不同世代黄铁矿颗粒，计算对应的Co、Ni含量平均值Py0：Co为0.089 %，Ni为0.032%，Co/Ni为17； Py1：Co为0.1%，Ni为0.03%，Co/Ni为5.6；Py2：Co为0.11 %，Ni为0.08%，Co/Ni为33；Py3：Co为0.08%，Ni为0.003%，Co/Ni为28。严育通认为在火山热液和岩浆热液型金矿中，热液来源是岩浆水和部分大气水的混合，岩浆水由于温度较高，有大量Co类质同象替代Fe，而Ni是形成不连续的固溶体，Ni类质同象是有限的，所以火山热液型和岩浆热液型金矿具有极高的Co/Ni比值。变质热液型金矿床是在成岩和变质作用下形成的，形成温度介于岩浆热液型和卡林型之间，主要热液来源是建造水和变质水，由于形成温度相对岩浆热液型较低，Co的类质同象则弱很多，含量也少，所以Co/Ni比值小于1或接近1[1]。因此，结合矿区地质特征和前面讨论的S/Fe值，可以认为高车金矿床中的黄铁矿Co、Ni含量变化具有侵入岩浆热液成因的特点。

(2)Mo是高车金矿床黄铁矿中普遍存在的微量元素，电子探针结果Py0：Mo平均为0.847%；Py1：Mo平均为0.972%；Py2：Mo平均为0.869%；Py3： Mo平均0.714%。各阶段黄铁矿Mo含量相差不大，指示Mo多以矿物包裹体的形式存在于各世代黄铁矿内(未见钼矿物)，Mo一般作为中温元素出现，推测高车金矿属于中低温热液金矿床。

图6 高车金矿黄铁矿硫同位素特征图Fig.6 The features of sulfui isotope composition of pyrite in the Gaoche gold deposit

4.5 硫同位素组成特征

硫同位素分析是金矿床研究的重要手段之一，在示踪成矿物质来源方面具有极其重要的作用[5]。硫同位素分析能探究硫源区对矿床成因的指示意义，矿石矿物原位微区硫同位素组成更能为示踪成矿物质来源及演化提供最直接最有效的证据，为对比分析成矿物质与成矿流体之间的关系、探究分析成矿元素迁移、沉淀机制和矿床成因，提供重要依据[6,7]。此次研究挑选高车金矿中不同世代黄铁矿共45个颗粒进行硫同位素分析，LA-MC-ICPMS原位微区硫同位素分析结果(表3、图6)所示：成矿期第一世代Py1：δ34S为-11.4‰～7.2‰，平均值为-3.9‰，极差为18.6%，显示以沉积硫为主，混入部分海水硫和岩浆硫；成矿期第二世代Py2：δ34S为-9.9‰～4‰，平均值为-7.8‰，极差为13.9%，显示沉积硫源为主；成矿期第三世代Py3：δ34S为-6.5‰～3.1‰，平均值为-2.4‰，极差为9.6%，主要是沉积硫，混入部分岩浆硫。高车金矿硫总体上以负值为主，极差较大；第一世代和第三世代黄铁矿硫同位素值不符合正态分布，数据离散性大，为孤岛多峰型直方图，第二世代黄铁矿硫同位素值分布较集中，说明其组成及来源具有十分复杂成因的性质，即以沉积硫为主，后面还有少量的海水硫与岩浆硫混入。其暗示成矿物质来源于大金山岩组和岩浆流体。据有关资料研究(1)福建省闽北地质大队，闽北变质岩地层含矿性研究报告，1989。，古远古代麻源岩群大金山组Au元素丰度是其在地壳丰度的2倍[8]。