山东乳山金青顶金矿床金的赋存状态研究

2022-06-22吴敏张燕挥于建涛李增胜徐珺张朋朋迟乃杰

山东国土资源 2022年6期

吴敏，张燕挥，于建涛，李增胜，徐珺，张朋朋，迟乃杰

(1.山东黄金矿业股份有限公司矿业管理分公司，山东济南 250100；2.山东省物化探勘查院，山东济南 250013；3.山东金洲矿业集团有限公司，山东威海 264500；4.自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室，山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，山东省地质科学研究院，山东济南 250013)

0 引言

在含硫化物金矿床中，黄铁矿是最重要的载金矿物之一，金在黄铁矿中主要以裂隙金、晶隙金、包裹金以及固溶体金等赋存形式存在。研究黄铁矿中金的矿物学特征，可以提高金矿勘探成功率，同时在矿石的选冶中可以提高金的回收率。除了工业上的作用，其还具有重要的学术意义，在硫化物的晶体化学，矿床成因以及成矿演化等研究领域，可以提供一定的理论依据[1]。

牟平-乳山金矿带位于华北克拉通东南缘，该金矿带金矿类型明显区别于胶西北金矿集中区的焦家型和玲珑型[2-3]，矿石富含硫化物。金青顶金矿床位于该金矿带中段，是我国目前发现的规模最大的含金硫化物石英脉型金矿床[4]。前人对金青顶金矿的矿床地质特征[4-6]、叠加晕特征[7]、围岩蚀变[8-9]、找矿预测[10-12]、碲金成矿机理[13-15]、成矿物质及成矿流体来源[16]等方面取得了一些研究成果。硫化物中金常以显微—次显微金甚至纳米金颗粒出现，普通光学显微镜难以直接观察到，电子探针微束分析是一种显微结构与成分分析相结合的微区原位分析技术，具有制样简单、无损、分辨率高、定量准确等优点，在微粒矿物鉴定及赋存状态研究中得到广泛应用，弥补了传统光学显微镜鉴定和定量较为困难的缺点。本文通过电子探针能谱仪和波谱仪对金青顶金矿硫化物中金矿物的矿物学特征、化学成分和赋存状态进行了精细研究，并探讨了黄铁矿与金成矿的关系。

1 地质背景

矿区处于牟平-乳山金成矿带中部,华北板块(Ⅰ)胶南-威海造山带(Ⅱ)胶南-威海隆起区(Ⅲ)威海隆起(Ⅳ)威海凸起(Ⅴ)西部。区域上出露地层主要为古元古代荆山群，岩性主要有黑云变粒岩，透闪石大理岩，斜长角闪岩，黑云斜长片麻岩等。区内构造运动强烈，断裂构造发育，以NNE和NE向为主，纵贯全区，为区内含金石英脉型金矿床的重要控矿构造[6]。

金青顶金矿床的围岩为昆嵛山花岗岩，将军石-曲河庄断裂是该矿床的控矿构造，矿区处于断裂南端，该断裂纵贯全区，也是区内最大的断裂(图1)。矿区内主矿体为Ⅱ号矿体，矿体中上部为单脉，由含金硫化物石英脉组成，深部主矿脉两侧出现许多微细矿脉。区内围岩蚀变发育，有钾长石化、硅化、绢云母化、绢英岩化、黄铁绢英岩化、菱铁矿化、绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化等[14]。

1—第四系；2—白垩纪火山岩；3—古元古代粉子山群；4—古元古代荆山群；5—三佛山二长花岗岩；6—垛崮山二长花岗岩；7—瓦善弱片麻岩中粒二长花岗岩；8—五爪山含榴二长花岗岩；9—中生代鹊山二长花岗岩；10—断层；11—金矿床；12—城市图1 金青顶金矿床地质简图(据文献[8]修改)

2 样品采集及实验方法

本次研究以含金硫化物石英脉为研究对象，采自金青顶金矿床Ⅱ号矿体。挑选出代表性的样品磨制成电子探针片，电子探针片在高真空环境下表面喷镀一层导电碳膜，然后在电子探针分析仪上进行X射线能谱分析(EDS)和电子探针波谱定量分析(WDS)。

电子探针分析是在山东省地质科学研究院自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室完成，应用JEOL JXA-8230型电子探针对金的赋存状态进行了详细的研究。测试条件如下：加速电压20kV，束流2.0×10-8A，束斑1μm，采用ZAF修正法。主量元素(含量大于1%)：峰值积分时间10s，背景积分时间5s；微量元素(含量小于1%):峰值积分时间20s，背景积分时间10s。所用标样均为加拿大Astimex公司系列标样。针对不同元素使用了不同的标样，Au、Ag、Te使用的是纯金属标样；S、Fe使用的标样是黄铁矿；Se使用的标样是硒化铋；Co使用的标样是砷钴镍矿；Ni使用的标样是镍黄铁矿；Cu使用的标样是赤铜矿；Zn使用的标样是闪锌矿；Pb使用的标样是方铅矿。能谱分析采用英国牛津INCAx-act350型能谱仪，测试条件如下：电压20kV，采用点模式X射线采集，采集时间20s,处理时间5s,采用无标样定量分析法。实验室环境温度：24℃，湿度：40%。

3 结果与讨论

3.1 矿石矿物组成及特征

矿石构造主要有块状、浸染状、条带状等(图2)，根据显微镜及电子探针分析，主要金属矿物为黄铁矿，少量闪锌矿、方铅矿、碲铅矿、碲铋矿，黄铜矿。主要非金属矿物为石英，少量绢云母。金矿物为自然金，碲金银矿，其中主要载金矿物为黄铁矿，其次黄铜矿。

Q—石英；Py—黄铁矿图2 金青顶金矿床矿石矿物组成

3.2 金的赋存状态研究

电子探针背散射电子图像(BSE)是利用入射电子被试样表面组成原子所反射的电子成像，其明暗程度主要决定于组成试样的平均原子序数，原子序数越高，背散射图像越亮。金矿物在背散射图像中的亮度远远大于黄铁矿和透明矿物。在背散射图像下找到感兴趣的矿物，通过能谱仪来进行定性分析，可以判断矿物的种类，之后再通过波谱仪进行定量分析，就可以得到矿物的准确化学成分。因此，本次研究主要通过电子探针背散射图像、能谱仪分析、波谱分析等对金的赋存状态进行研究，得到金矿物的化学成分、共生组合特征、元素分布特征等。

通过分析发现金矿物主要以自然金、碲金银矿为主，少量碲金矿，以包裹金和裂隙金为主，少量晶隙金。金矿物主要特征如下。

(1)自然金，见图3A、图3B，呈不规则粒状或条状，主要包裹在黄铁矿中或充填在裂隙中。根据电子探针波谱分析结果(表1)，Au含量83.33%～84.44%，Ag含量13.70%～16.02%，Fe含量0.55%～1.90%，含微量S、Co、Ni、Te等，金的成色830～844。

A—黄铁矿中的裂隙金;B—黄铁矿中的包裹金；C—黄铁矿晶隙中的碲金银矿；D—黄铁矿中包裹的碲金矿图3 金矿物背散射图像及能谱分析图

(2)碲金银矿，见图3C，主要分布于黄铁矿的裂隙中，与碲银矿密切共生。根据电子探针波谱分析结果(表1)，碲金银矿中Te含量为32.30%～34.09%，Au含量为22.07%～25.20%，Ag含量为40.54%～41.98%，Fe含量为0.66%～1.21%，含有微量的S、Zn、Co等。

(3)碲金矿，见图3D，颗粒较小1～5μm，呈不规则粒状包裹于黄铁矿中。根据电子探针波谱分析结果(碲金矿数据来源于文献[15])(表1)，碲金矿中Te的含量为55.06%～55.29%，Au的含量为40.71%～40.82%，Ag的含量为0.96%～1.07%，Fe的含量为1.14%～3.0%，含有微量的S、Zn、Cu等。

3.3 黄铁矿沉淀与金成矿的关系

黄铁矿是与金成矿关系最密切的矿物，其沉淀过程从金成矿早期延续到金成矿晚期。探究其显微尺度下的结构、元素成分及同位素上的变化，将有助于了解黄铁矿的复杂生长历史，精确厘定含矿物质来源与演化过程，深入理解成矿机理与金沉淀机制[17-20]。一般认为,金倾向于以固溶体金(Au+)或纳米颗粒金(Au0)的“不可见金”形式在含As黄铁矿中富集，而As通常以As-形式替代黄铁矿晶格中S-的位置[21]。但金青顶金矿床黄铁矿中贫As元素而富含Te矿物，而低的As含量可能导致Au难以进入黄铁矿晶格中，导致金很难以固溶体金的形式赋存于黄铁矿中，金的矿化以可见金为主。金矿物的形成更有可能是伴随着黄铁矿的沉淀，成矿热液中的硫逸度降低，成矿流体体系达到金的过饱和从而直接沉淀所形成,而非早期黄铁矿“再活化”所致。另外黄铁矿广泛发育的裂隙晶隙等微结构也为含金流体提供了高效的扩散通道和有利的金沉淀空间和条件[22]。