胶东地区笏山金矿床黄铁矿微量元素特征及其成矿指示意义

阿卜杜萨拉木·喀迪尔 陆继龙 范玉超 邢伟 郭金珂 华照福

摘要：胶东地区一直是金矿研究的热点，但大部分研究集中在胶西北和牟乳成矿区，而蓬莱—栖霞成矿区研究较少。笏山金矿床位于蓬莱—栖霞成矿带的南部，受北东向台前—陡崖断裂控制。笏山金矿床主要载金矿物为黄铁矿，根据黄铁矿结构、形态特征，成矿阶段可分为早成矿阶段和晚成矿阶段。通过采用LA-ICP-MS对笏山金矿床不同成矿阶段的黄铁矿进行原位微区成分分析，结果显示：黄铁矿中w（Co）最大值为502.57×10^-6，平均值为137.56×10^-6，指示其属于中低温型黄铁矿。早成矿阶段w（Co）/w（Ni）值要大于晚成矿阶段，说明成矿过程中温度逐渐降低。笏山金矿床中金元素主要以可见金的形式存在，显微镜下可观察到大量可见金颗粒。元素含量关系图显示：Au含量均在Au最大溶解度曲线以下，说明黄铁矿中不可见金主要以晶格金的形式存在。Au与As呈正向相关，暗示Au富集受As影响。早成矿阶段As对黄铁矿晶胞中S的替代，为Au富集提供了便利条件。到了晚成矿阶段，成矿热液从相对还原态向相对氧化态过渡，成矿流体减压使成矿热液中的金沉淀下来，最终形成可见金颗粒。

关键词：胶东地区;笏山金矿床;地球化学;黄铁矿;微量元素;LA-ICP-MS

中图分类号：TD11 P618.51 P59文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2023）04-0057-06doi：10.11792/hj20230413

引 言

胶东地区是中国重要的金矿集区，目前预测黄金储量超过4 000 t，占全国黄金储量的1/4以上^［1］。胶东地区一直是金矿研究的热点，但大部分研究集中在胶西北和牟乳成矿区，而蓬莱—栖霞成矿区研究较少。笏山金矿床位于蓬莱—栖霞成矿带的南部，受北东走向台前—陡崖断裂控制。截至目前，笏山金矿床已探明黄金储量超过30 t^［2］，但关于矿床形成机理的研究依然少之又少。

黄铁矿的研究一直是金矿研究的热点。黄铁矿作为重要的载金矿物，其复杂的结构、形态及化学特征能够记录金成矿过程中的重要信息。因此，黄铁矿可以作为金矿研究的切入点，为揭示矿床形成机理提供依据^［3］。近年来，随着分析测试技术的快速发展，包括微区原位测试技术（如LA-ICP-MS，激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法）在内的许多前沿技术开始应用在黄铁矿研究中，并取得了重要进展^［4］。本文采用LA-ICP-MS测试了笏山金矿床黄铁矿的微量元素组成，并分析了其对矿床形成机理的指示意义，以期为后续研究和找矿提供依据。

1 地质概况

胶东地区位于华北板块、扬子板块与太平洋板块的相交区域（见图1-A），多旋回构造运动使该地区发育多期次岩浆作用、变质作用及成矿作用。特别是中生代，华北板块与扬子板块碰撞造山后，区域应力场由挤压向伸展转化，且太平洋板块也发生俯冲转向，区域内发生强烈的中酸性岩浆活动，并导致金大规模富集成矿^［5］。

1.1 区域地质

胶东地区以五莲—荣成断裂（见图1-B）为界，可分为东北部的胶北隆起和西南部的苏鲁超高压变质带。胶东地区的金矿床多数集中在胶北隆起，胶北隆起由前寒武纪变质基底和中生代侵入岩组成^［6］。前寒武纪变质基底包括新太古界胶东群、古元古界荆山群和粉子山群及少量新元古界蓬莱群^［7］。其中，胶东群主要出现在胶北隆起中部的栖霞和招远，年龄为2.5～2.9 Ga^［8］。荆山群、粉子山群岩性主要有大理岩、片麻岩、片岩及少量角闪岩、麻粒岩。蓬莱群岩性主要有石英岩、板岩和大理岩，主要出现在蓬莱及附近地区^［9-10］。

胶东地区断裂十分发育，这些断裂一般被认为是郯庐断裂的次级断裂，自西向东分布着三山岛、焦家、招平、栖霞和牟乳5条主要的区域性断裂，走向北东—北北东^［11］。膠东地区的金矿床通常赋存于中生代花岗岩或前寒武纪变质岩中，受断裂控制^［12］。

1.2 笏山金矿床地质特征

笏山金矿床位于胶东地区蓬莱—栖霞成矿带的南部，矿区内基底岩石为新太古代胶东群、古元古代荆山群和粉子山群，地表出露粉子山群及第四系（见图2）^［13］。笏山金矿床受北东向台前—陡崖断裂控制，该断裂走向20°～30°，倾向南东，倾角20°～50°。在台前—陡崖断裂中已探明的金矿床有21个以上，大多数是隐伏矿床^［14］。笏山金矿床矿石中的金矿物主要为自然金和银金矿。金属矿物以黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、菱铁矿为主。非金属矿物主要有石英、绢云母、长石等。矿石结构有压碎结构、填隙结构、晶粒状结构等。矿石构造有细脉浸染状、浸染状及少量角砾状构造^［15］。

根据野外勘查、手标本及显微镜下观察，笏山金矿床成矿阶段可以分为：早成矿阶段（黄铁矿-绢云母-石英成矿阶段）和晚成矿阶段（黄铁矿-磁黄铁矿-菱铁矿-重晶石成矿阶段）。

早成矿阶段以裂隙蚀变岩的形成为特征（见图3-a、c）。该阶段随着构造活动加强，黄铁矿破碎并与加入的成矿流体作用形成黄铁绢英岩。黄铁矿颗粒多为他形，大小不一，呈星点状产出。

晚成矿阶段以磁黄铁矿的出现为特征（见图3-b、d）。该阶段典型矿物组合为自然金-黄铁矿-磁黄铁矿-黄铜矿，黄铁矿呈浸染状、细脉状出现，并且其内部经常出现磁黄铁矿、黄铜矿等。

2 样品采集及分析

本次研究将采自笏山金矿床的矿石样品制成光片，并在镜下观察样品的矿物组成，选择不同成矿阶段的黄铁矿，采用LA-ICP-MS进行微量元素分析。

分析测试工作在北京科荟测试技术有限公司完成。测试采用澳大利亚瑞索193 nm激光剥蚀系统和Nu Plasma高分辨率多接收器等离子体质谱仪对选定样品中的黄铁矿进行多元素定量分析。激光束剥蚀半径35 μm，频率10 Hz，能量密度9.0 J/cm²，载气为氦气。每件样品背景分析时间20 s，持续剥蚀时间40 s，分析时间共计60 s。分析测试过程中，每剥蚀10件样品后利用外部标样进行校正，确保测试结果的准确性和仪器的稳定性，最后采用ICP-MS Datacal软件计算各元素含量。

3 测试结果

本次按成矿阶段，选取笏山金矿床3件黄铁矿样品，并对28个点进行LA-ICP-MS测试。测试的元素有：Au、Ag、Co、Ni、Cu、Pb、Zn、As、Te、Bi。测试结果见表1。

由表1可知：黄铁矿中Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Te、Bi等元素的含量，早成矿阶段明显高于晚成矿阶段;晚成矿阶段黄铁矿中Co、Ni含量高于早成矿阶段。

4 讨 论

4.1 成矿温度

矿床形成过程中微量元素的迁移和富集会受到当时的温度、压力、氧逸度等物理、化学环境的影响^［16］。Co、Ni元素都能以类质同象的形式替换黄铁矿中的Fe。有研究表明，Co在黄铁矿中的含量与成矿温度成正比，因此黄铁矿中Co含量对成矿温度有一定指示作用^［17］。低温成矿环境下形成的黄铁矿中w（Co）一般低于100×10^-6，中温环境下w（Co）在100×10^-6～1 000×10^-6，高温环境下w（Co）一般高于1 000×10^-6［18］。本次测试的笏山金矿床黄铁矿中w（Co）为0～502.57×10^-6，平均值為137.56×10^-6，指示其属于中低温型黄铁矿。研究表明，在Co、Ni类质同象替代Fe进入黄铁矿的过程中，w（Co）/w（Ni）值随着成矿温度的下降而降低^［19］。笏山金矿床黄铁矿部分微量元素成分含量关系见图4。由图4-c可知：整体早成矿阶段w（Co）/w（Ni）值大于晚成矿阶段，说明成矿过程中温度逐渐降低。

智云宝等^［20］通过显微测温、单个包裹体激光拉曼光谱分析，发现笏山金矿床流体包裹体的完全均一温度为260 ℃～300 ℃，支持了笏山金矿床属于中低温型金矿床的结论。

4.2 金赋存状态

黄铁矿中金按照赋存状态可分为可见金和不可见金2类。可见金包括晶隙金、裂隙金和包裹金。不可见金包括以固溶体形式进入硫化物晶格中的金和纳米级的金矿物包裹体^［21］。笏山金矿床黄铁矿中金元素主要以可见金的形式存在，在显微镜下可发现大量可见金颗粒出现在晚成矿阶段黄铁矿中（见图3-d）。不可见金在黄铁矿中的赋存状态受到成矿组分浓度、温度、压力、pH等众多影响因素的控制，REICH等^［22］根据大量试验数据统计提出了Au在含砷黄铁矿中最大溶解度曲线。由图4-a可知：所有样品均在最大溶解度曲线以下，说明黄铁矿中Au不饱和，不可见金主要以晶格金形式存在。

4.3 富金机制

由图4-a、d、f可知：Au与Cu、Ag的相关性都不高，但是Au与As存在正相关性。这是由于As能够替代黄铁矿晶格中的S，导致晶胞参数增大或产生晶格错位，为Au的富集提供空间^［23］。在早成矿阶段成矿热液中，As-替代S^2-进入黄铁矿中使其发生畸变，为Au+进入黄铁矿晶格提供了便利^［24］。到了晚成矿阶段，随着胶东地区构造应力场由挤压过渡到伸展，

成矿流体减压，成矿环境氧逸度升高^［25］。研究表明：Au在流体中运移时存在式（1）的化学平衡^［26］。

晚成矿阶段成矿流体压力减小，氧逸度升高条件下成矿流体发生不混溶作用和相分离，导致大量CO₂、H₂S气体逃逸，上述化学平衡往左进行，使得大量金沉淀下来，以包裹金、裂隙金的形式与晚成矿阶段黄铁矿共生。

除此之外，Ag与Bi、Pb成正相关（见图4-b、e），这是因为Ag、Bi元素很容易进入到黄铁矿裂隙中的细微方铅矿内^［27］。

5 结 论

1）笏山金矿床黄铁矿中的w（Co）为0～502.57×10^-6，平均值137.56×10^-6，指示笏山金矿床是中低温型金矿床。

2）笏山金矿床Au元素主要以可见金的形式存在，不可见金以晶格金的形式存在。

3）早成矿阶段，As被黄铁矿晶胞中的S替代，为Au富集提供了便利。到了晚成矿阶段，成矿流体压力减小，氧逸度升高，成矿流体发生不混溶作用和相分离，使大量金以包裹金、裂隙金的形式沉淀下来。

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Trace element characteristics of pyrite from the Hushan Gold Deposit in the Jiaodong Region and its metallogenic significance

Abudusalamu·Kadier¹，Lu Jilong¹，Fan Yuchao¹，Xing Wei²，Guo Jinke¹，Hua Zhaofu¹

（1.College of Geoexploration Science and Technology，Jilin University;

2.Zhejiang Geological Exploration Institute of China Metallurgical Geology Administration）

Abstract：The Jiaodong Region has always been a hot spot for gold deposit research，but most of the research focuses on Northwest Jiaodong and Muping-Rushan metallogenic zone，while the Penglai-Qixia metallogenic zone is basically undeveloped.The Hushan Gold Deposit is located in the southern part of the Penglai-Qixia metallogenic zone and is controlled by the NE-trending Taiqian-Douya fault.The main gold-bearing mineral in the Hushan Gold Deposit is pyrite.According to the structural and morphological characteristics of the pyrite，it can be divided into two stages：early metallogenic stage and late metallogenic stage.In this study，the in-situ microzone component analysis of the pyrite from different metallogenic stages of the Hushan Gold Deposit is carried out by LA-ICP-MS.The results show that the maximum value of w（Co） in pyrite is 502.57×10^-6，and the average value is 137.56×10^-6，which indicates that it belongs to medium-low temperature type pyrite.The w（Co）/w（Ni） in the early metallogenic stage is higher than in the late stage，indicating the temperature gradually decreased during the metallogenic process.The gold element in the Hushan Gold Deposit mainly exists in the form of visible gold，and a large number of visible gold particles can be observed under the microscope.According to the element content relation diagram，all the gold contents are below the maximum solubility curve of Au，indicating that the invisible gold in the pyrite mainly exists in the form of lattice gold.The data shows that there is a positive correlation between Au and As，suggesting that the enrichment of Au is affected by As.The substitution of As for S in the unit cell of pyrite in the early metallogenic stage facilitates the enrichment of Au.In the late metallogenic stage，the ore-forming hydrothermal fluid transited from the relatively reduced state to the relatively oxidized state.The pressure decrease in the ore-forming fluids precipitated the gold in the ore-forming hydrothermal fluids，which eventually formed visible gold particles.

Keywords：Jiaodong Region;Hushan Gold Deposit;geochemistry;pyrite;trace elements;LA-ICP-MS