黄铁矿热电性在深部找矿中的应用

寸小妮 张洪深

1 西安西北有色地质研究院有限公司，陕西 西安 710054 2 中化地质矿山总局陕西地质勘查院，陕西 西安 710065

黄铁矿（FeS2）是金矿床中重要的一种载金矿物，也是与金的赋存状态联系最亲密的矿物之一[1,2]，广泛存在于多种热液金矿化体系中，统计资料显示：载金矿物中含有黄铁矿的金矿床占98%，以黄铁矿作为主要载金矿物的金矿床占85%[3]。20 世纪80年代以来，陈光远先生及诸多学者就黄铁矿热电性在金矿找矿实践中做了大量工作，其中被广泛应用在胶东、新疆、秦岭以及内蒙古地区，为中国金矿找矿做出了重要贡献。

深部找矿的办法居多，早期阶段主要是采用地表地质调查、群众报矿、沿主要成矿带走向追索、钻探验证等方法，后来发展了地球物理和地球化学找矿方法。地球物理方面，主要是采用航空磁测、激电联剖及激电测深等；地球化学方面，主要采用原生晕和原生晕地球化学办法。近些年来的研究认为，用黄铁矿的热电性特征指示矿体的剥蚀程度及预测隐伏矿体，是一种经济、快速、有效的方法，可以节省大量野外工作量和勘查资金[1,4-6]。因此，通过黄铁矿热电性应用的研究对进一步探讨矿床形成机制、预测有成矿潜力的靶区、确定矿体剥蚀程度以及矿体深部预测都具有十分重要的意义。

1 黄铁矿热电性

黄铁矿的热电性是黄铁矿单矿物颗粒两端出现温度差的作用下，矿物两端产生的电动势差，矿物内部表现为热电系数α，外部表现为热电动势E。热电性包含热电系数和热电类型等含义。热电系数α 是单位温差的热电动势，其计算公式为：

式中α-热电系数(μV/ ℃)；E-热电动势(mV)；Δt-温差( ℃)。

黄铁矿热电性在时间和空间上有其规律性，根据前人研究成果，黄铁矿热电性在时间和空间上具有普遍意义的规律。在矿体浅部以晚期较低温的P 型黄铁矿为主，在矿体深部以早期较高温的N 型黄铁矿为主，并且在垂向上αP随取样位置的升高而增大，αN随取样位置的升高而绝对值减少，α 值越大黄铁矿的含金性越好。另外，在矿体的不同高度黄铁矿的热电系数变化梯度也是有差别的。

利用热电性特征也可以识别成矿物质的深度。陈光远[1]、邵伟[7]、李胜荣[5]等研究认为：N型黄铁矿含有较高的Co、Ni 等组分，表明成矿物质来源较深；而P 型黄铁矿则含As 等组分，表明成矿物质来源较浅[1,5,7]。刘东园[8]研究孟德河金矿床，黄铁矿整体表现为N型(N%=97.77%)，成分检测普遍含Co，检出率100%，说明研究区成矿物质来源较深，经过系统研究确定孟德河金矿成矿物质来源以下地壳物质为主[8]。

利用热电系数离散度判断成矿环境稳定性，黄铁矿热电系数离散度（σα′）能准确反映相差较大的不同样品的热电系数相对集中与分散的情况[9]。

离散度的计算公式为：

其中：α′为黄铁矿样品热电系数的平均值；σα为热电系数的标准差。σα′数值越大，指示黄铁矿热电系数的分散程度越大；数值越小，指示黄铁矿热电系数分布相对集中。

张文媛等[10]通过对紫金山铜金矿黄铁矿热电性研究后，发现紫金山铜金矿的黄铁矿以N 型为主，不同成矿阶段的叠加程度不同，成矿前期、成矿期、成矿后期的σα′平均值分别为3590、17652、6386，可见成矿前期为不含矿质的流体，叠加程度较弱；成矿期的叠加程度最强，说明紫金山铜金矿床是多期次含矿热液的叠加形成的[10]。

2 黄铁矿热电性深部找矿应用

2.1 深部找矿

深部矿床定位探测是中国当前矿产找矿预测学的科学前沿，是矿床勘查领域的主要难题和研究热点之一。深部找矿的办法居多，有代表性的矿床预测理论和技术方法，具有代表的是“三联式”矿产预测评价理论与方法、“三部式”矿产资源评价方法、“三位一体”找矿预测理论与方法、构造叠加晕找盲矿法等[11-14]。近些年来的研究认为，用黄铁矿热电性在成矿温度以及剥蚀深度、填图方面分析，可以指示矿体的剥蚀程度及预测隐伏矿体，利用剥蚀率，判断出矿体尾部与头部，结合成矿温度、P型黄铁矿热电导性出现率等与金品位等值线纵投影叠合图综合填图，预测有成矿潜力的靶区、确定矿体剥蚀程度及矿体深部预测都具有十分重要的意义。

2.2 判断成矿温度

目前，判断成矿温度比较成熟的方法主要是包裹体均一测温，它也是研究金矿成矿流体的重要内容之一。此方法相对来说比较复杂，样品前期的处理手续很多。近几年来，在金矿成矿温度的研究上，利用黄铁矿热电性判断成矿温度比较成熟。前人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和导电类型与矿物的形成温度有着密切关系，可以作为地质温度计用于判断成矿温度。P.A 戈尔巴乔夫根据黄铁矿热电性与矿物结晶温度之间的制约关系，得出相关的方程[15-16]：

黄河下游移动式不抢险潜坝通常位于河滩地的前沿。所谓潜坝的可移动性，是指当不抢险坝需要拆除时，可先拆卸连系帽梁和连接销轴，再拔出桩体，达到重复使用。施工阶段当桩体压入土中时，主要承受压力；当桩体从土中拔出时，则主要承受拉力。

利用黄铁矿与温度之间的关系，做出上述线性关系（图1）。根据黄铁矿热电导型及测得的热电系数值即可计算出成矿温度。

图1 黄铁矿热电系数-温度图[17]Fig 1 Thermoelectric coefficient- temperature diagram of pyrite

此种方法应用在金矿中用来判断矿床成矿温度的实例很多，并且结果显示与其他手段的结果一致。李杰[18]通过对甘肃岗岔-克莫一带金矿黄铁矿研究，得出金矿黄铁矿的形成温度主要有两个温度区间，低温区160℃，中温区260℃。江志成对该区矿石石英流体包裹体研究，成矿温度为190～250℃，显示该矿床为为中低温矿床[19]。薛建岭对胶东邓格庄金矿黄铁矿热电性研究[20]，计算出邓格庄金矿黄铁矿的形成温度范围为77～385℃，其中N 型黄铁矿的形成温度区间为208～387℃，P 型黄铁矿的形成温度区间为74～287℃，黄铁矿形成温度主要集中在为150～322℃，为中低温矿床。同年在《胶东邓格庄金矿床流体包裹体氦、氩同位素组成及其成矿物质来源示踪》文章中，利用黄铁矿的爆裂温度，得出该区的成矿温度在193～343℃[21]。

笔者所在团队通过统计胶东地区、新疆地区、内蒙古地区等10 个矿床的热电法和包裹体测温的结果（表1、图2），矿床涉及有蚀变岩型矿床、石英脉型矿床、热液型矿床，其中胶西北河东金矿、招远蚕庄金矿及新地沟金矿床为蚀变岩型矿床，胶东邓格庄金矿、胶东金青顶、照岛山金矿、辽西北票二道沟为石英脉型，唐古尔金矿、铧厂沟金矿床、紫金山铜金矿为热液矿床。

表1 不同产地金矿测温方法结果对比Table 1 Comparison of temperature measurement result of gold deposits in different origins

图2 热电法与包裹体测温法结果对比折线图Fig 2. Comparison of the results of the thermoelectric method and the temperature measuring method of inclusion

通过对热电法和包裹体测温得出的两组数据进行了数据方差分析（表2、表3），在表3 中，根据方差分析，F、F crit、P-value 三个数据，如果F＞F crit，则表示两组数据有差异；若F＜F crit，那么P-value 肯定高于0.05，则表示两组数据无差异。根据以上规则，我们发现0.546343（F）＜5.117355（F crit）、0.478649（P-value）＞0.05；2.000224（F）＜3.178893（F crit）、0.1582（P-value）＞0.05；说明两组数据无差异。

可以看出，在蚀变岩型金矿、石英脉型金矿床、热液金矿床中，热电法和流体包裹体测温结果大致一致，因此可以利用黄铁矿热电系数来标定成矿温度，反映不同类型金矿的温度变化特征，并且热电法操作非常快速、简易，是测量金矿床成矿温度的一种可行的办法。

表2 方差分析：无重复双因素分析Table 2. Variance analysis: Unrepeated dual factor analysis

表3 方差分析Table 3 . Variance analysis

2.2 利用热电性特征判断矿体剥蚀深度

2.2.1 判断矿体剥蚀深度原理

据黄铁矿热电系数（α）可以计算求出黄铁矿热电性参数Xnp，进而来确定矿体的剥蚀切面[35]。热电性参数计算公式：

式中：f为样品中相应的补偿热电系数的黄铁矿百分比，其中fI指热电系数α＞400μV/℃；fII指热电系数α=200～400μV/℃；fIV指α=0～-200μV/℃；fV指α＜-200μV/℃。

矿体剥蚀率：矿体剥蚀部分相对于总延伸的百分比。

此方法被广大学者应用到金矿中，计算矿体剥蚀率，判断矿体规模的实例居多，预测结果与实际勘探能较好地吻合，有较好的准确性。薄海军对甘肃武都安房坝金矿黄铁矿热电性特征研究表明[35]，安房坝金矿Ⅰ-8 矿体的矿体剥蚀率变化范围为32%～65%，多数样品计算的剥蚀率小于50%，显示其深部潜力比较大。于明杰对东天山卡拉塔格地区梅岭铜金矿床研究表明，在采样深度在33～70m，矿体剥蚀率为61.65%；采样深度在70～100m，矿体剥蚀率为63.7%。表明该地区矿体已经被剥蚀到中部偏下的位置，推测M1 矿体在深部仍有一定规模的延伸[36]。

对于矿体形态单一的矿床，利用热电性特征判断矿体的尾部和顶部确实是一种很好的办法，通过计算出矿体的矿体剥蚀率，比较剥蚀率大小就能判断深部矿体的情况，如γ＞80%～90%，说明该矿体已剥蚀的差不多，再往下存在矿体的可能性不太大。如γ＜30%～20%，说明说明该矿体剥蚀的不多，再往下存在矿体的可能性很大。

2.2.2 热电法与构造叠加晕结合使用

利用黄铁矿热电性判断形态单一矿体的剥蚀率，推测深部矿体情况非常好。但是对于串珠状矿床，利用此方法判断，无法确定到底是串珠状单一矿体的顶部还是下一层矿体的尾部，对于此种现象，需要配合利用构造叠加晕找矿法使用。

构造叠加晕法是李慧教授等在研究原生晕找盲矿理论基础上，密切结合热液矿床成矿理论，根据热液矿床成矿严格受构造控制，构造活动具有脉动性的特点，推断出热液矿床成矿成晕不仅具有时间上多期多阶段的脉动性，而且在构造空间上也具有不同形式的叠加结构，提出了原生叠加晕理论[14]。

针对串珠状矿体，构造叠加晕的核心观点是：根据构造叠加晕的特点，即同一阶段在同一构造系中形成的串珠状金矿体，有总体的前缘晕和尾晕，但串珠状矿体中每个矿体又有自己的前缘晕和尾晕，如串珠状矿有上、下2 个矿体，上部矿体有自己的尾晕，下部矿体有自己的前缘晕（但其规模小于总体前、尾晕），上、下2 个矿体相近时上部矿体尾晕与下部矿体的前缘晕往往叠加在一起，形成前、尾晕共存（图3）。金矿床地球化学异常综合模型研究表明：①前缘晕元素组合：Hg，As，Sb(F，I，B，Ba)中、内带异常；Au，Cu(Ag，Pb，Zn)外带异常。②矿体中部晕元素组合：Au，Ag，Cu，Zn(Bi，Mo)中、内带异常；As，Sb(F，Ba，Hg，I)外带异常。③尾晕元素组合：Mo，Bi，Mn，Co(Sn)中、内带异常；Au，Ag，Zn，Cu 外带异常[14]。

图3 串珠状矿体的构造叠加晕理想模式[14]Fig 3. Ideal model of tectonic superposition halo of beaded ore bodies

曾祥涛对陕西省太白县双王金矿床黄铁矿标型特征研究及深部预测研究中，通过对双王金矿8 号、9 号矿体黄铁矿晶型特征、热电性特征和微量元素原生晕特征的综合分析，圈定处成矿前景较好的找矿靶区8 处[37]。

因此，在分析黄铁矿热电性判断矿体剥蚀率时，如遇到串珠状矿体时，需要结合构造叠加晕的特点，分清每一层矿体的前缘晕和尾晕，再结合剥蚀率单层解释矿体剥蚀深度。

2.3 黄铁矿热电性填图

矿物学填图是成因矿物学理论在找矿勘探中的重要手段之一。陈光远、李胜荣通过利用热电性填图的方法，研究黄铁矿的离散特征与金品位的关系，认为：金品位的高值区与热电系数、P 型黄铁矿热电系数均值、离散度、成矿温度等均具有相应重合的部分[1,5]。当然，利用黄铁矿热电性填图的也比较多，具体是以勘探线为横坐标，标高为纵坐标，利用Surfer 软件绘制出P型黄铁矿热电导型出现率等与金品位等值线纵投影叠合图、或者热电系数与金品位等值线垂直纵投影叠合图[5]。

李胜荣[5]对胶东乳山金矿金青顶2 号矿体黄铁矿做了导型分布图和αP（P 型黄铁矿热电系数）均值分布图，发现95%以上的高值区主要出现在-155m，-300m，-450m 三个区域；三个高值区分别与三个富矿段大体对应[5]；杨竹森对胶东北部超高品位金矿做黄铁矿热电性填图发现，该区P型黄铁矿出现率的空间分布具有明显的分带性，大于70%的区域呈NE 和NNE 向带状展布，显示NE 和NNE 两组构造和矿化方向[9]。刘东园对孟德河金矿研究，利用黄铁矿热电性参数填图及金品位垂直纵投影填图工作，圈定孟德河金矿床0号勘探线的西北浅部(标高450m～500m)和0 号勘探线西南深部(标高390m～450m)，160 号勘探线的东北浅部(标高470m～510m)和160 号勘探线东南深部(标高360m～410m)[8]四个靶区，从北东方向上看，靶区呈现等间距分布，并且正是两期次编织成矿热液运移的“前端”和“末端”，这也阐明了通过热电性参数填图与金品位等值线图的对比研究来预测矿区深部的可信度。

利用P 型黄铁矿热电导型出现率与金品位等值线纵投影图，确实发现金矿品位高的地区，P型黄铁矿热电导型出现率也很高，具有明确的对应性。即可以根据利用P 型黄铁矿热电导型出现率高低的空间分布规律、分带性，可以大致反映矿床金品位高低的分布规律。当然，利用P 型黄铁矿热电导型出现率的空间分布，首先在水平方向上可以指示人们对矿体的走向有所了解，有利于地表对矿体的追索。另外，在垂直方向上，利用P 型黄铁矿热电导型出现率的空间分布规律，结合成矿温度的叠加关系，即矿床底部一般成矿热液温度较高，对应的N 型热电导型的出现率较高，而越往矿床上走，成矿热液一般温度较低，对应的P 型热电导型出现率较高，如矿床N 型黄铁矿热电导型一般出现在矿床的底部居多，所处的成矿温度较高，若同一矿体在垂直方向上，N型黄铁矿热电导型突然出现在矿体顶部，而温度较低，则推测此处可能有一断裂构造存在，使N型黄铁矿热电导型出现率在矿体顶部居多。

3 结论

（1）通过统计数据分析利用热电性特征得到的成矿温度与包裹体测温方法得到的成矿温度，发现两者方法的结果无差异，但利用热电性分析金矿的成矿温度是一种可行、快速、简便的方法。（2）在应用黄铁矿热电性法深部找矿，计算剥蚀率、判断矿体形态，纵向矿体延伸的时候，要注意串珠状矿体的不同，分清楚判断的剥蚀率是单一矿体的顶部还是尾部，必须结合构造叠加晕的特征，明确是串珠状矿体的哪一层矿体剥蚀率，结合构造矿床叠加晕模式，确定盲矿预测标志，用模式和标志，外加剥蚀率卡住上下层，提出预测靶区。（3）利用黄铁矿热电性特征填图，在水平方向上可以指示矿体走向延伸规模，有利于地表追索。在垂直方向上，利用P 型黄铁矿热电型导型的出现率，结合成矿温度的分带性，可以预测和推断该区隐伏构造。

致 谢 论文的完成得到了中化地质矿山总局陕西地质勘查院陈国辉高级工程师、西安西北有色地质研究院有限公司薛玉山工程师的帮助和的指导，在此一并表示衷心的感谢。