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  • CN 62-1112/TF 
  • ISSN 1005-2518 
  • 创刊于1988年
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黄金科学技术, 2022, 30(2): 165-178 doi: 10.11872/j.issn.1005-2518.2022.02.061

矿产勘查与资源评价

柴胡栏子金矿黄铁矿的化学成分标型特征及其矿床学意义

陈振,1, 王翠芝,1, 吕古贤2, 张宝林3, 张启鹏4, 魏竣滨4, 史晓鸣4

1.福州大学紫金矿业学院,福建 福州 350108

2.中国地质科学院地质力学研究所,北京 100081

3.中国科学院矿产资源研究重点实验室,中国科学院地质与地球物理研究所,北京 100029

4.内蒙古矿业开发有限责任公司,内蒙古 呼和浩特 010020

Typomorphic Characteristics of Chemical Composition of Pyrite in Chaihu-lanzi Gold Deposit and Its Mineralogy Significance

CHEN Zhen,1, WANG Cuizhi,1, LV Guxian2, ZHANG Baolin3, ZHANG Qipeng4, WEI Junbin4, SHI Xiaoming4

1.Zijin Mining College, Fuzhou University, Fuzhou 350108, Fujian, China

2.Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China

3.Key Laboratory of Mineral Resources, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China

4.Inner Mongolia Mining Development Co. , Ltd. , Hohhot 010020, Inner Mongolia, China

通讯作者: 王翠芝(1965-),女,山东临沂人,教授,从事矿床成矿规律与成矿预测、成因矿物学及矿产开发利用研究工作。wcuizhi@163.com

收稿日期: 2021-05-21   修回日期: 2021-11-09  

基金资助: 内蒙古自治区地质勘查基金管理中心科研项目“内蒙古自治区赤峰市柴胡栏子地区典型矿田构造岩相测量与成矿规律研究”(编号:[2019]科研-02)和校企合作项目“绢云母红外光谱特征的制约因素研究”.  BM-2019-08

Received: 2021-05-21   Revised: 2021-11-09  

作者简介 About authors

陈振(1995-),男,江苏徐州人,硕士研究生,从事矿床成矿规律与成矿预测工作sx290673378@163.com , E-mail:sx290673378@163.com

摘要

柴胡栏子金矿目前保有储量已不能满足金矿持续生产的需要,应开展进一步深边部找矿工作。基于成因矿物学理论,采用矿物地球化学方法对矿区内黄铁矿化学成分标型特征进行了研究。结果表明:(1)黄铁矿中Co/Ni元素比值和As-Co-Ni元素三角图解显示,柴胡栏子金矿黄铁矿成因较复杂,受建平群、区域变质和岩浆热液活动等诸多因素的制约;(2)黄铁矿中Au/Ag和S/Se等特征值显示出岩浆热液特征,表明成矿流体的形成主要与矿区岩浆活动有关;(3)黄铁矿晶体中的金以纳米微粒金存在,因纳米金具有较强的迁移性以及被碳质吸附的特性,因此矿区含碳质较高的绢云母化含石墨斜长片麻岩是最有利的赋矿围岩。依据矿区黄铁矿成分特征,结合区域地质、矿区地质及蚀变带特征,得出柴胡栏子金矿形成受诸多因素的联合控制,矿区基性岩脉侵入活动是重要的因素,基性岩脉不仅带来部分矿源,而且其携带的岩浆热液使建平群中的金(这部分金已在区域变质过程中得到活化)进一步活化而进入成矿流体中,在NNE向挤压构造带和NWW向张性裂隙构造带的交会部位,成矿流体与围岩广泛交代形成以蚀变岩型为主的金矿床,矿区东南部深部建平群老变质岩地层具有较好的找矿前景,尤其是绢云母化含石墨斜长片麻岩中的构造发育部位。

关键词: 黄铁矿 ; 特征值 ; 成分标型特征 ; 地球化学特征 ; 纳米金 ; 柴胡栏子金矿 ; 内蒙古

Abstract

The current reserves of the Chaihulanzi gold deposit can not meet the needs of continuous production of the gold mine,and further deep-edge prospecting should be carried out. Based on the theory of genetic mineralogy,the typomorphic characteristics of pyrite chemical composition in the the mining area were studied by mineral geochemistry method.The results are as follows:(1)The ratio of Co/Ni and the As-Co-Ni triangle diagram of pyrite show that the genesis of pyrite in Chaihulanzi gold deposit is complex,which is restricted by the strata of Jianping Group,regional metamorphism and magmatic hydrothermal activity;(2)The ratio of Au/Ag,S/Se and other characteristic values of pyrite show the characteristics of magmatic hydrothermal solution and the formation of ore-forming fluid is mainly related to the magmatic activity in this area;(3)Pyrite is rich in As,which indicates that gold in pyrite crystal exists as nano-particle gold,which indicates that ore-forming fluid has strong migration and the nano-particle gold has strong adsorption in rocks rich in carbon and clay.According to the composition characteristics of pyrite,combined with regional geology,mining area geology and the characteristics of the alteration zone,it is concluded that the Chaihulanzi gold deposit is mainly related to the intrusion of basic dikes. The basic vein not only brings some ore sources,but also the magmatic hydrothermal fluid brings gold in Jianping Group to further activate and enter into the ore-forming fluid. At the joint of NNE trending compression structural belt and NWW tensile fracture structural zone,the ore-forming fluid and surrounding rock are widely metasomated to form a gold deposit with altered rock type as the main part.There are good prospecting prospects in the deep metamorphic strata of Jianping Group in the southeast of the mining area,especially in the structural development part of the sericite graphite-bearing plagioclase gneisses.

Keywords: pyrite ; characteristic value ; component typomorphic characteristics ; geochemical characteristics ; nano-particle gold ; Chaihulanzi gold deposit ; Inner Mongolia

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本文引用格式

陈振, 王翠芝, 吕古贤, 张宝林, 张启鹏, 魏竣滨, 史晓鸣. 柴胡栏子金矿黄铁矿的化学成分标型特征及其矿床学意义[J]. 黄金科学技术, 2022, 30(2): 165-178 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2022.02.061

CHEN Zhen, WANG Cuizhi, LV Guxian, ZHANG Baolin, ZHANG Qipeng, WEI Junbin, SHI Xiaoming. Typomorphic Characteristics of Chemical Composition of Pyrite in Chaihu-lanzi Gold Deposit and Its Mineralogy Significance[J]. Gold Science and Technology, 2022, 30(2): 165-178 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2022.02.061

柴胡栏子金矿位于内蒙古自治区赤峰市松山区初头朗镇,开采工作始于1983年,目前保有储量已不能满足矿山持续生产的需要,深边部找矿工作迫在眉睫。柴胡栏子金矿床位于北东走向的云雾山构造隆起带与东西走向的赤峰—开源深断裂带的交会处,矿区经历了构造—岩浆活动的多个阶段,褶皱断裂发育,岩浆岩类型复杂,成矿条件优越(骆剑英等,2010韩文彤等,2010王书春等,2012余建国等,2021)。前人对柴胡栏子矿区地质,尤其是岩浆活动与成矿方面开展了大量工作,但关于该矿床成因尚未形成统一认识,已知矿体的深边部找矿工作进展缓慢。任苗宇等(2021)认为燕山期中酸性岩浆侵入活动为柴胡栏子矿区金的活化、迁移和聚集提供了充足的热动力源;张宝印(2018)认为岩浆活动不仅为成矿作用提供了热动力,而且提供了物质来源,且NW向展布的闪长玢岩为矿体运移提供了容矿和储矿空间;王书春等(2012)认为印支期岩浆岩出露面积较小,但是与金成矿作用的关系密切,而燕山期岩浆花岗岩体与金成矿作用关系不密切;张彦生(2012)认为燕山期闪长岩和花岗岩的侵入与矿区金矿化关系最为密切。近年来,通过对柴胡栏子金矿地质特征进行研究发现,金矿体多与区内基性岩脉相伴生,主要受NW向断裂控制,围岩蚀变广泛,主要有硅化、绢云母化、黄铁矿化、绿泥石化、绿帘石化、泥化和碳酸盐化等,局部有矽卡岩化和钾化。矿化蚀变带整体受太古宇建平群变质岩的控制,分带性较弱。

黄铁矿是重要的载金矿物,其成分标型是矿物最本质的特征之一,包含着大量的成因和找矿信息(陈光远等,19871989李胜荣等,1996邵洁涟,1988雷万杉等,2017)。因此,对柴胡栏子金矿区矿化蚀变围岩中的黄铁矿成分标型特征进行研究,以期探讨金矿床成因类型,从而为矿区进一步深边部找矿工作提供合理建议。

1 区域地质背景

柴胡栏子金矿位于内蒙古中东部,构造环境为华北板块北缘的隆升带(图1)。区内太古宙地层构成的结晶基底,长期处于隆起剥蚀状态,呈块状或透镜体状展布。自侏罗纪以来,由于受太平洋板块向欧亚板块俯冲的影响,柴胡栏子矿区进入了以拉张裂陷为主兼有挤压和压扭性构造活动,致使酸性、中酸性岩浆沿断裂上侵,火山岩强烈喷发,构造以NE向为主,白垩纪主要形成近EW向伸展构造。新生代以大陆裂谷型基性火山岩喷发和地壳升降运动为主要特点,伴随有新构造活动,以新断裂为主。本区经历构造—岩浆活动的多个阶段,褶皱、断裂非常发育,岩浆岩类型复杂,成矿条件优越(韩文彤等,2010)。

图1

图1   华北克拉通北缘赤峰—朝阳金矿带地质简图(据陈伟军等,2006修改)

1.中生代花岗岩;2.太古宙变质岩;3.古生代—中生代—新生代地层;4.断裂;5.金矿床(点);6.地点

Fig.1   Geological sketch of Chifeng-Chaoyang gold belt in the northern margin of the North China Craton (modified after Chen et al.,2006


区内最老地层为太古宇建平群,以残留体零星分布。中生代地层主要有中侏罗统新民组、土城子组,上侏罗统满克头鄂博组、玛尼吐组、白音高老组,以及下白垩统九佛堂组;新生代地层有中新统汉诺坝组,以及第四系上更新统风积物和全新统冲洪积物(张宝印,2018)。

区内构造复杂多样。区内褶皱仅见于太古宇建平群中,按规模划分为大型和小型褶皱。大型褶皱不发育,仅在研究区中部老爷庙北见有一处复式背斜,包括2个向斜和2个背斜。轴迹走向NE60°~65°,枢纽向南西西倾伏,长约3 km,宽约2 km。主体背斜北翼产状为350°∠60°,南翼产状为350°∠35°,为轴面向南南东倾斜、两翼不对称的紧闭褶皱。小型褶皱非常发育,按轴面产状可划分为直立褶皱、斜歪褶皱和平卧褶皱。区内断裂按走向划分为NE、NW和近EW向3组,其中,近EW向断裂规模较大,形成时代相对较早,一般具多期活动特征;NE和NW向断层在区域内普遍发育,大部分为张性正断层或平移断层,部分为压性逆断层(骆剑英等,2010雷武超,2020)。

区内岩浆活动强烈,岩浆岩出露广泛,种类繁多,岩性从基性至酸性乃至偏碱性均有分布。从早古生代至新生代第三纪均有岩浆喷溢和侵入活动,以燕山期岩浆旋回最为发育。区内脉岩发育,酸性—基性—碱性脉岩均有分布,侵入于不同时代的地层和岩体中。脉岩主要有辉绿岩、闪长玢岩、石英闪长岩、闪斜煌斑岩、英安斑岩、花岗斑岩和石英脉。

区内变质岩类型有区域变质岩和动力变质岩。其中,区域变质岩主要分布于建平群中,岩石类型有黑云斜长片麻岩、角石英岩和变质中细粒石英闪长岩,其他地层未发生明显变质。动力变质岩主要沿区内脆性断裂分布,划分为受韧性剪切控制的糜棱岩系列和受脆性断裂控制的碎裂岩系列。

区内矿产主要为金矿,矿化类型为含金蚀变岩型,其次为贫硫化物石英脉型,常见蚀变为硅化、绢云母岩化、绿泥石化和黄铁矿化。

2 矿区地质特征

柴胡栏子金矿为中型金矿床,矿区地层出露简单,褶皱和断裂发育,主要由NE和NW向2组构造线组成。矿体呈NW向展布(图2)。

图2

图2   柴胡栏子金矿矿区地质图(赤峰柴胡栏子黄金矿业有限公司,2018

1.第四系;2.上侏罗统白音高老组上部凝灰质砂岩;3.建平群大营城子组含石墨绢云母片岩;4.建平群大营城子组斜长角闪片麻岩;5.建平群大营城子组混合岩;6.吕梁期辉石岩;7.闪长玢岩;8.华力西期闪长岩;9.华力西期花岗岩;10.石英脉;11.金矿化带(体)及编号;12.断层及编号;13.产状;14.井口及编号

Fig.2   Geological map of Chaihulanzi gold mine(Chifeng Chaihulanzi Gold Mining Co.,Ltd.,2018)


区内出露地层主要为太古宇建平群大营子组和第四系松散沉积物,与金矿有关的地层主要是建平群大营子组,其岩性为石英岩、大理岩、含石墨绢云母蚀变岩、斜长角闪片麻岩和混合岩。

矿区褶皱和断裂非常发育,主要由NE、NW和EW向3组构造线组成,其中NW 向断裂矿化最强,断层内常见有含金黄铁矿石英脉和细粒致密黄铁矿细脉,控制着区内金矿体的形态和展布方向(图3)。

图3

图3   柴胡栏子金矿18号勘探线地质剖面图(赤峰柴胡栏子黄金矿业有限公司,2018

1.斜长角闪片麻岩;2.绢云母化含石墨斜长片麻岩;3.大理岩;4.闪长玢岩脉;5.矿体;6.硅化脉;7.断层;8.钻孔位置及编号

Fig.3   Geological section map of No.18 exploration line in Chaihulanzi gold deposit(Chifeng Chaihulanzi Gold Mining Co.,Ltd.,2018)


区内岩浆岩主要分布于矿区北侧,主要岩性为中细粒闪长岩和黑云母二长花岗岩。矿区脉岩十分发育,主要有闪长玢岩脉、煌斑岩脉和花岗闪长岩脉等。闪长岩体内见有变质岩捕虏体,还分布有花岗岩脉。闪长岩和二长花岗岩的侵入与矿区金矿化关系密切,黑云母二长花岗岩和闪长岩体中广泛发育含金石英脉,NE与EW向断裂的交会部位,以及二长花岗岩、闪长岩侵入体与围岩接触复合构造带往往是金矿床产出部位。石英脉及周围的蚀变岩多为矿体,其中闪长玢岩脉常有矽卡岩化和金矿化,部分闪长玢岩脉与金矿体共生,且遭受了较强烈的蚀变作用,是金矿体的一部分。

区内围岩主要为太古宇建平群大营子组,围岩蚀变广泛发育,主要有硅化、绢云母化、黄铁矿化、黄铁绢英岩化、绿泥石化和碳酸盐化。其中,黄铁绢英岩化和硅化多发育于石英脉型矿体两侧,绿泥石化主要发育在闪长岩脉、闪长玢岩脉和斜长角闪片麻岩中。矿区内深部岩体赋存有大理岩,常常发生蛇纹石化。成矿后期发育碳酸盐化。

矿区内发现的已知矿化带有4条,分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ号矿化带,走向为NW。其中,Ⅰ号矿化带位于矿区西侧,目前开采规模最大,是矿区内主要矿化带及深部探矿重点矿化带,本研究选择Ⅰ号矿化带作为研究对象开展相关工作。矿体受断裂控制,矿脉常与闪长玢岩脉伴生(图3),矿化可划分为蚀变岩型和石英脉型2种类型,以蚀变岩型为主。

3 矿石特征

柴胡栏子金矿床中矿石类型划分为蚀变岩型和贫硫化物石英脉型,其中,蚀变岩型矿石为矿体主体,贫硫化物石英脉型矿石次之。蚀变岩型矿石的金属矿物主要为黄铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿和自然金,还有少量的黄铜矿、闪锌矿和方铅矿,脉石矿物主要有绢云母、绿泥石、方解石和石英,局部分布有少量石榴子石、透辉石和钾长石等。贫硫化物石英脉型矿石的金属矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿和自然金,还有少量的黄铜矿、闪锌矿和方铅矿,脉石矿物主要有石英、绢云母、绿泥石和方解石等。矿石结构主要为结晶和交代结构,矿石构造主要为浸染状和细脉—微脉状(图4)。

图4

图4   柴胡栏子金矿矿石结构构造特征

(a)石英脉型矿石结构;(b)蚀变岩型矿石结构;(c)石英型矿体;(d)石英型矿体形成的揉皱;(e)蚀变岩型矿体;(f)石英脉型矿体插入蚀变岩型矿体中; Py-黄铁矿;Pyr-磁黄铁矿;Ccp-黄铜矿;Qz-石英

Fig.4   Characteristics of the ore texture and structure in Chaihulanzi gold deposit


根据不同的蚀变矿物组合及其嵌布关系,将柴胡栏子金矿成矿作用过程划分为2期5个阶段(图5)。矽卡岩期:主要矿物有石榴石、透辉石和磁铁矿,还有少量的石英和黄铁矿,主要表现为基性岩脉的金矿化(矿化很弱),极少能达到工业品位。热液期:依据矿脉的穿插关系、矿物组合及矿石结构构造特征,划分为4个阶段。石英—黄铁矿阶段:主要矿物有黄铁矿和石英,还有少量的绢云母、磁铁矿、自然金和方铅矿,本阶段矿石主要呈稀疏浸染构造,其中黄铁矿多呈半自形—他形结构,粒度较小,一般为100~300 μm;石英多呈白色块状。石英—多金属硫化物阶段:主要矿物有黄铁矿、磁黄铁矿、石英、自然金、绢云母、黄铜矿、闪锌矿和方铅矿,该阶段为主成矿阶段。矿石矿物多呈细脉状、网脉状和团块构造,穿插石英—黄铁矿阶段。黄铁矿形态复杂,呈自形—半自形—他形,粒径一般为300~500 μm不等,主要集中在10~200 μm,局部可见黄铁矿交代磁黄铁矿;石英多呈烟灰色。乳白色石英阶段:主要矿物有石英,还有少量的黄铁矿和绢云母。该阶段分布局限,仅在上述2个阶段的局部矿石中呈细脉状叠加。硫化物—碳酸盐阶段:主要矿物为方解石,还有少量的黄铁矿和石英等,该阶段不成矿,主要叠加在上述成矿阶段的构造裂隙发育部位。

图5

图5   柴胡栏子金矿成矿阶段示意图

Fig.5   Schematic diagram of metallogenic stage of Chaihulanzi gold deposit


在柴胡栏子金矿中,黄铁矿是最主要的载金矿物,背散射图像显示自然金在黄铁矿中主要有3种赋存状态,分别是包体金、晶隙金和裂隙金(图6)。自然金多为不规则粒状,粒径在0.2~10.0 μm之间。包体金在黄铁矿中最常见,在不同形态的黄铁矿中均有发现[图6(a)]。相比包体金,晶隙金的体积小得多,裂隙金在黄铁矿中较少见,仅见于碎裂程度较高且较大的黄铁矿裂隙中。还有部分金赋存于石英及其裂隙中[图6(b)]。载金黄铁矿主要赋存于矿区内各类蚀变岩和石英脉中,其中,绢云母化蚀变岩中含量较高,一般在5%~15%之间,呈自形—半自形[图4(a)]和他形粒状结构[图6(a)],常呈浸染状、细网脉状或粒状集合体分布于各类岩石中(图4),粒径一般为 10~200 μm,晶形以立方体为主。

图6

图6   柴胡栏子金矿中自然金的赋存状态

(a)自然金赋存在黄铁矿中;(b)自然金赋存在石英及其裂隙中;Py-黄铁矿;Qz-石英

Fig.6   Occurrence state of natural gold in Chaihulanzi gold deposit


4 黄铁矿成分特征

4.1 黄铁矿成分

黄铁矿广泛分布于柴胡栏子金矿各类蚀变岩和石英脉中,呈自形—半自形和他形粒状结构,常呈浸染状、细网脉状或粒状集合体分布,晶形以立方体为主,颗粒大小不一,在各类蚀变岩中颗粒较小,一般为10~100 μm,而在石英脉中颗粒较大,一般为100~200 μm(图4图6)。选取各阶段不同组构的代表性矿石样品制作光片和光薄片,在显微镜下观察矿石特征;选取部分具典型结构特征的黄铁矿样品进行电子探针测试,测试工作在福州大学紫金矿业学院电子探针实验室完成,电子探针波谱分析仪和扫描电镜的仪器型号为JXA-8230,实验条件:管压为15 kV,管流为20 nA,束斑直径为8 μm。黄铁矿的多元素测试结果如表1所示。

表1   柴胡栏子金矿黄铁矿电子探针数据

Table 1  Electron probe data of pyrite in Chaihulanzi gold deposit(%)

样品编号GeAsSeAuSAgTeSnFeCoNiCuZnPbSb总计
CM1709-1-0.0050.051-53.579---47.0780.024-0.064---100.801
CM1709-2---0.05553.506-0.0160.01447.4060.1030.0030.020---101.123
CM1709-5-0.0160.022-53.608-0.0190.00946.9510.0550.035----100.715
CM1709-60.006--0.00353.119--0.00246.8660.1170.012-0.016--100.141
p103tz5-2-1-3-0.0110.0330.03153.296-0.002-45.7690.0400.1740.0120.0310.024-99.423
p103tz5-2-1-40.0150.025-0.04653.7710.006--46.9490.0510.0870.0030.024--100.977
CM2804-1-0.1050.010-52.541---45.4140.1080.8840.0460.078--99.186
CM2804-2-0.096-0.06152.9780.001--45.4380.0761.1810.090---99.921
CM2804-3-0.034-0.01853.5950.0060.0290.01845.7080.5520.033---0.00499.997
CM2804-4-0.1630.017-54.111-0.0100.05143.961.5870.0550.0320.034--100.020
CM2804-5-0.041-0.00353.3150.013-0.02146.630.2900.2720.0020.003--100.590
CM2804-6--0.0240.05252.891-0.012-46.0090.1430.3010.209---99.641
CM2804-7-0.068-0.07353.0500.005-0.01846.0030.0730.2750.0150.006-0.02999.615
CM2805-1-0.018--53.8340.0510.011-47.0150.017-----100.946
CM2805-2-0.0370.0500.01853.4330.0040.003-46.8530.1040.004-0.043-0.018100.567
CM2802-1-1.715-0.01952.3880.0020.0210.01246.0130.037-0.054--0.016100.277
CM2802-2----52.3810.0010.0030.02647.6550.032-0.025--0.004100.127

注:“-”表示含量低于检测限;CM17采自2号井六中段17号线穿脉;p103tz5-2采自3号井六中段2-②号脉;CM28采自4号井15中段28号线穿脉

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4.2 黄铁矿特征

结合黄铁矿的电子探针数据,分别对其主量和微量元素进行统计分析,并对Ⅰ号脉体不同位置的黄铁矿晶体化学成分的S/Fe、δFe、δS、Au/Ag、Se/Te和Co/Ni等主要特征值进行对比,结果见表2

表2   柴胡栏子金矿黄铁矿主要特征值

Table 2  Main characteristic values of pyrite in Chaihulanzi gold deposit

采样位置样品编号δSδFeS/Fe晶体化学式Au/AgSe/TeCo/NiS/Se
六中段CM1709-10.2411.1341.982Fe1.009S2
CM1709-20.1051.8391.966Fe1.017S2
CM1709-50.2960.8611.989Fe1.006S2
CM1709-6-0.6190.6791.974Fe1.013S2
CM17均值-2.08575.98002 152.5
p103tz5-2-1-3-0.288-1.6782.028Fe0.986S2
p103tz5-2-1-40.6010.8571.995Fe1.003S2
p103均值12.833316.50000.34871 993.5
十五中段CM2804-1-1.701-2.4402.015Fe0.993S2
CM2804-2-0.883-2.3892.031Fe0.985S2
CM2804-30.271-1.8092.042Fe0.979S2
CM2804-41.237-5.5642.144Fe0.933S2
CM2804-5-0.2530.1721.991Fe1.004S2
CM2804-6-1.046-1.1622.002Fe0.999S2
CM2804-7-0.748-1.1752.008Fe0.996S2
CM2805-10.7180.9991.994Fe1.003S2
CM2805-2-0.0320.6511.986Fe1.007S2
CM2802-1-1.987-1.1541.983Fe1.009S2
CM2802-2-22.3741.914Fe1.045S2
CM28均值2.93981.13481.00472 628

注:CM17黄铁矿中没有Ag,故Au/Ag标为“-”

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(1)黄铁矿主量元素特征

黄铁矿的化学式为FeS2,铁的原子量为55.845,硫的原子量为32.06,黄铁矿中 Fe的理论值为46.55%,S的理论值为53.45%,S/Fe≈2。电子探针分析结果显示,本次测试的黄铁矿中S含量在52.381%~54.111%之间,平均值为53.259%;Fe含量在43.960%~47.655%之间,平均值为46.336%。

根据前人研究,当S/Fe值小于2时,称为硫亏损,而S/Fe值大于2时为铁亏损(Doyle et al.,1996严育通等,2012)。根据试验得出的电子探针数据,柴胡栏子金矿不同深度黄铁矿中S/Fe值不同,六中段S/Fe值为1.966~2.028,平均值为1.989,呈硫亏损型;十五中段S/Fe值为1.914~2.144,平均值为2.010,呈铁亏损;整体平均值为2.003,呈铁亏损。前人认为S/Fe值呈现随深度增加而减少的变化规律,但该矿床出现相反的现象。

δFe和δS这2个参数代表在黄铁矿中Fe和S偏离理想值的大小,可用如下公式进行求解(Cook et al.,2013):

δFe=[(100x-46.55)/46.55]×100
δS=[(100y-53.45)/53.45]×100

式中:xw(Fe)(%);yw(S)(%)。

根据上文计算得到的结果见表2,柴胡栏子金矿六中段黄铁矿δFe、δS整体呈正值,依据公式求得δFe=0.615,δS=0.056,表明Fe和S元素均未出现亏损。十五中段黄铁矿δFe、δS整体呈负值,依据公式求得δFe=-1.045,δS=-0.584,表明Fe和S元素均出现亏损。

(2)黄铁矿微量元素特征

柴胡栏子金矿床中黄铁矿的微量元素分布较复杂。含量较高的微量元素主要有Ni、Co、Se、As、Te、Sb、Au、Ag、Cu和Sn。其中,Ni含量在0.003%~1.181%之间,平均值为0.195%;Co含量在0.017%~1.587%之间,平均值为0.201%;Se含量在 0.010%~0.051%之间,平均值为0.012%;As含量在0.005%~1.715%之间,平均值为 0.0137%;Te含量在0.003%~0.029%之间,平均值为0.007%;Sb含量在0.004%~0.029%之间,平均值为0.004%;Au含量在0.003%~0.073%之间,平均值为0.022%;Ag含量在0.001%~0.051%之间,平均值为0.005%;Cu含量在0.002%~0.209%之间,平均值为0.034%;Sn含量在 0.002%~0.051%之间,平均值为0.01%。

矿体浅部与深部黄铁矿中相关微量元素的特征值存在一定的差别(表2)。六中段CM17穿脉中黄铁矿Au/Ag、Se/Te、Co/Ni、S/Se的比值分别为“-”(无Ag)、2.0857、5.9800和2 152.5;六中段p103穿脉中黄铁矿Au/Ag、Se/Te、Co/Ni、S/Se的比值分别为12.8333、16.5000、0.3487和1 993.5;十五中段CM28穿脉中黄铁矿Au/Ag、Se/Te、Co/Ni、S/Se的比值分别为2.9398、1.1348、1.0047和2 628。总体显示,Ⅰ号矿脉从浅部(六中段CM17)到深部(十五中段CM28)黄铁矿Au/Ag、Se/Te和Co/Ni值减小,而S/Se略有增加。

5 讨论

5.1 黄铁矿微量元素特征成因方面的意义

黄铁矿中的Co/Ni值具有指示矿床成因和成矿作用的标型意义。在黄铁矿中,Co、Ni与Fe的性质相似,Co和Ni能够以类质同象的形式进入到黄铁矿的晶格中,通过分析不同的Co、Ni含量以及Co/Ni比值,来确定黄铁矿成因类型(盛继福等,1999)。岩浆热液成因的黄铁矿Co/Ni值一般为1~5,个别更高;沉积成因和变质成因的黄铁矿Co/Ni值一般小于1。前人研究表明,沉积成因的黄铁矿具最低的Co/Ni比值,一般为 0.01~0.50;层控型(沉积—改造型)黄铁矿Co/Ni比值一般小于1或接近于1;斑岩型矿床中的黄铁矿Co/Ni比值为1.1~4.6;矽卡岩型铁矿床因含Co较高,黄铁矿Co/Ni比值为3.0~23.5;矽卡岩型铅锌矿黄铁矿Co/Ni比值与斑岩型矿床相似,一般为2.70~3.06;热液型黄铁矿Co/Ni比值较高,一般为1.2~32.0(Xue,et al.,2014Bajwah et al.,1987韩吟文等,2003郭林楠等,2019宋学信等,1986)。在黄铁矿中Co/Ni比值越大,说明该黄铁矿的形成温度越高(Cook et al.,2013盛继福等,1999Wang et al.,2016)。柴胡栏子矿区黄铁矿中Co/Ni比值变化范围较大,为0.064~34.333,分布在区间0~1、1~5和大于5中,同时,从黄铁矿Ni-Co图解(图7)可以看出,柴胡栏子金矿中黄铁矿并未集中在同一区域,一半以上的投点落在Co/Ni比值小于1的区域,显示沉积—改造成因,矿区内主要岩性为岩浆岩和变质岩,认为是后期岩浆热液活化矿区内绢云母化含石墨斜长片麻岩的副变质岩层中的微量元素,显示沉积—改造成因黄铁矿特征。另一部分投点落在热液型黄铁矿区域内,显示矿区内成矿与热液活动关系密切。因此,柴胡栏子矿区中3种成因的黄铁矿并存,分布于不同区域。

图7

图7   黄铁矿Ni-Co图解(底图据Brill et al.,1989Bajwah et al.,1987

Fig.7   Ni-Co diagram of pyrite(basemap after Brill et al.,1989Bajwah et al.,1987


As元素在黄铁矿中以类质同象形式替代S元素,使黄铁矿晶胞参数增大,As属于低温元素,因此,As趋向于向低温富集,越接近地表,As元素含量越高(严育通等,2012)。柴胡栏子金矿床中黄铁矿As含量较低,在黄铁矿As-Co-Ni三角图解(图8)中,大部分投点落在岩浆(火山)热液型金矿和变质热液型金矿区域内,部分投点落在二者之间。对比依据黄铁矿成分划分的成因类型和赋存原岩类型,发现黄铁矿的成因类型受赋存原岩的影响较大。例如:样品CM1709赋存原岩为闪长玢岩,依据黄铁矿成分划分其成因类型为岩浆热液型;样品P103TZ5赋存原岩为绢云母化含石墨斜长片麻岩,依据黄铁矿成分划分其成因类型为变质热液型;样品CM2804 赋存原岩为斜长角闪透辉岩,依据黄铁矿成分划分其成因类型从岩浆热液型到变质热液型均有分布;样品CM2805和CM2802 赋存原岩为中细粒二长花岗岩,依据黄铁矿成分划分其成因类型为岩浆热液型。综上,柴胡栏子金矿床中黄铁矿化学成分整体受原岩影响较大。样品CM2804赋存在斜长角闪透辉岩中,岩相学显示原岩发生纤闪石化,黄铁矿成因类型为岩浆热液型和变质热液型,认为是后期岩浆热液活动将太古宇建平群老变质岩中的元素活化,形成变质热液型黄铁矿。因此,认为黄铁矿的成分特征受赋存岩石和热液活动的双重控制,反映出矿区太古宇建平群老变质岩参与了金的成矿,进一步说明成矿热液的复杂性。

图8

图8   黄铁矿As-Co-Ni图解(底图据严育通等,2012

Ⅰ(Ⅱ)-岩浆热液型(火山热液型黄铁矿);Ⅲ-卡林型金矿黄铁矿;Ⅳ-变质热液型金矿黄铁矿

Fig.8   As-Co-Ni diagram of pyrite (basemap after Yan et al.,2012


另外,李红兵等(2000)研究发现,金矿中黄铁矿的Au/Ag比值可以反映矿床成因方面的信息,岩浆热液型金矿床中黄铁矿含金量较高,Au/Ag比值远大于0.5。由表2可知,Ⅰ号脉体内部的Au/Ag比值基本上均大于0.5,表现出岩浆热液成矿的特征。

矿床中硫化物的S/Se比值可作为一个重要的地球化学示踪剂,由于不同来源的流体具有不同的S/Se比值,所以S/Se比值可作为判别成矿流体来源的重要依据之一(张红雨等,2010)。沉积成因的矿床硫化物S/Se比值为几万到十几万,岩浆内生作用形成的硫化物S/Se比值小于15 000,热液成因的矿床硫化物S/Se比值为10 000~28 000。由表2可知,柴胡栏子金矿床中黄铁矿的S/Se比值小于5 000,显示基本是岩浆内生成因,与胶东金矿黄铁矿的S/Se比值(3 131)接近(S、Se数据引自严千豪等,2020)。将柴胡栏子金矿成矿环境与胶东玲珑金矿进行比较,二者均具有“岩浆核杂岩隆起—拆离带蚀变成矿”的特征(吕古贤等,2016),柴胡栏子矿区金矿体的分布受新华夏NNE向挤压构造带和NWW向张裂构造带的联合控制。

综上,柴胡栏子金矿区黄铁矿成分特征显示,该矿床成因较复杂,受老沉积地层、区域变质和岩浆热液活动等诸多因素的制约。其中,Co、Ni元素是与Fe性质相似的过渡元素,显示原岩性质,而成矿元素Au、Ag和阴离子元素则显示岩浆活动性质。

5.2 黄铁矿中金的赋存状态及其矿床学意义

前人研究发现,黄铁矿中As和Au元素并非呈现一般的线性关系,某种程度上As元素的富集对于Au进入黄铁矿具有积极作用。其原因是,当黄铁矿中发生了As和S元素的类质同像替代时,会使得黄铁矿的晶体结构变得不稳定,处于亚稳定状态,这时Au元素就会更容易进入黄铁矿晶格。在含As元素的黄铁矿中,存在一个Au的固溶极限,该极限可以通过CAu=0.02×CAs+4×10-5来表示,其中CAuCAs表示Au和As元素的浓度,位于该极限下方的Au主要是固溶体,而超过极限的Au则是以纳米金(Au0)形式存在。由柴胡栏子金矿黄铁矿w(Au)-w(As)关系图(图9)可以看出,该金矿床中黄铁矿的Au主要是以纳米金(Au0)形式存在,纳米金(Au0)的沉淀意味着成矿热液形成的环境为还原环境,且Au为饱和状态。

图9

图9   柴胡栏子金矿黄铁矿w(Au)-w(As)关系图(据Martin et al.,2005修改)

Fig.9   w(Au)-w(As) relation diagram of pyrite in Chaihulanzi gold deposit(modified after Martin et al.,2005


绢云母化含石墨斜长片麻岩是矿区最主要的矿化蚀变围岩(图2图3),其中,石墨广泛分布,显示其环境为还原环境,为金矿的形成提供了有利的成矿环境。本研究黄铁矿电子探针结果(表1)显示,绢云母化含石墨斜长片麻岩中黄铁矿含金量最高,纤闪石化斜长角闪透辉岩次之,而花岗岩类较低,如:CM1709(闪长玢岩)黄铁矿中金含量平均值为0.0145%(成因类型划入岩浆热液型范围),P103TZ5(绢云化含石墨斜长片麻岩)黄铁矿中金含量平均值为0.0385%(成因类型划入变质热液型范围),CM2804(纤闪石化斜长角闪透辉岩)黄铁矿中金含量平均值为0.0296%(成因类型从岩浆热液型到变质热液型均有分布),CM2802(黄铁矿化变质中细粒二长花岗岩)黄铁矿中金含量平均值为0.0095%(成因类型分布在岩浆热液范围)。因此,本区建平群老变质岩,尤其是绢云化含石墨斜长片麻岩是最有利的赋存围岩。

本研究发现,矿区及周边建平群中变质岩均发生不同程度的绢云母化,金含量较高,局部达到130×10-9,尤其是构造薄弱部位。本套地层经过多期构造活动,地层表现出至少发育轴向NE和NW共2个方向的褶皱和断裂,为矿液运移提供了非常复杂的构造裂隙体系,尤其是NW向断裂控制着矿区主要矿体和伴生闪长玢岩等脉岩的空间展布。由依据矿山开采资料绘制的矿体品位分布纵投影图(图10)可知,金具有串珠状富集特征,伴生闪长玢岩及矿化蚀变带具有从西北浅部向东南方向深部倾伏的趋势。因此,矿区东南部深部具有较好的找矿前景,尤其是绢云母化含石墨斜长片麻岩中的构造发育部位,矿液易于聚集,有利于金的成矿。

图10

图10   Ⅰ-5号矿体品位分布纵投影图

Fig.10   Longitudinal projection map of grade distribution of No.Ⅰ-5 orebody


6 结论

(1)黄铁矿中Co/Ni比值和As-Co-Ni元素三角图解显示,柴胡栏子金矿黄铁矿成因较为复杂,受建平群、区域变质和岩浆热液活动等诸多因素的制约。

(2)黄铁矿中Au/Ag、S/Se等特征值显示岩浆热液特征,表明成矿流体的形成主要与矿区岩浆活动有关。

(3)黄铁矿中富As,显示黄铁矿晶体中的金是以纳米微粒金形式存在,显示成矿流体具有较强的迁移性,纳米微粒金具有较强的被吸附性,矿区含碳质较高的绢云母化含石墨斜长片麻岩是最有利的赋矿围岩。

(4)依据矿区黄铁矿成分特征,结合区域地质、矿区地质及蚀变带特征,认为柴胡栏子金矿主要与基性岩脉侵入有关。基性岩脉不仅带来了部分矿源,而且其携带的岩浆热液使经过多次变质的建平群中的金进一步活化而进入成矿流体,在NNE向挤压构造带和NWW向张裂构造带的联合部位,成矿流体与围岩广泛交代形成以蚀变岩型为主的金矿床。矿区东南部深部建平群老变质岩地层中具有较好的找矿前景,尤其是绢云母化含石墨斜长片麻岩中的构造发育部位。

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