西秦岭地区是中国继胶东之后的又一金矿重要产区，岗岔金矿为该区近年来新发现的中型浅成低温热液矿床。该矿床储量规模已达中型，其主要载金矿物为黄铁矿(刘海明，2015)。由于黄铁矿具有显著的热电性，而且测量方便快捷，国内诸多学者将其作为找矿预测的标型特征(赵亨达，1990；胡大千，1993；陈升平等，1994；李胜荣等，1993；李红兵和曾凡治，2005；杨赞中等，2007；邓磊等，2008；要梅娟等，2008；陈曦等，2009；李成禄等，2009；张立中和曹新志，2010；陈海燕等，2010；魏佳林等，2011；庞阿娟等，2012；柯昌辉等，2012；曾祥涛等，2012；王鹏等，2013；张方方等，2013；翟德高等，2013；曹煦等，2015；李逸凡等，2015)，因此针对该矿黄铁矿进行热电性测量具有重要意义。本文希望通过对岗岔金矿主矿脉主成矿阶段黄铁矿热电性研究，可以为深部矿化进行预测，以指导深部找矿实践。

岗岔金矿大地构造位置属于秦岭造山带北缘之夏河-岷县-礼县逆冲推覆构造带北东侧(图 1a)。沿此断裂带，已经发现各类矿床(点)100余处，主要以Au、Cu、Hg、Sb为主。其中较大的矿床有枣子金矿、早仁道金矿、老豆金矿床、渣甘滩金矿、德乌鲁铜金矿床、岗以铜矿床等。多数专家学者认为该区域金成矿与北西-北西西向深大断裂关系密切，而且显著受印支期和燕山期岩浆活动的影响(周会武等，2003；王峰，2004；周俊烈等，2010；骆必继等，2012)。

图 1

图 1 西秦岭金矿分布略图及区域地质(据肖力等，2009；周俊烈等，2010) Fig. 1 Simplified map showing the distribution of gold deposits in the Western Qinling Mountains (A) and the regional geology of the study area (modified after Xiao Li et al.，2009；Zhou Junlie et al.，2010) 1-第三系；2-三叠纪火山岩；3-早三叠纪隆务河组；4-早二叠纪大关山组；5-中石炭纪下加岭组；6-早石炭纪巴都组；7-印支期花岗岩类；8-临夏-天水逆冲推覆构造带；9-夏河-礼县逆冲推覆构造带；10-碌曲-成县逆冲推覆构造带；11-迭部-武都逆冲推覆构造带；12-郎木寺-南坪逆冲推覆构造带；13-构造线；14-工作区；15-行政区划；16-金矿点

岗岔金矿位于著名的美武岩体与德乌鲁岩体之间靠近德乌鲁岩体一侧，岩体岩性主要为花岗闪长岩和石英闪长岩，锆石U-Pb测年结果显示其成岩年龄主要为139～245 Ma，个别年龄为168 Ma(周俊烈等，2010；骆必继等，2012)。区内构造线总体为北西西走向，主要出露地层有下石炭统巴都组(C₁bd)，中石炭统下加岭组(C₂x)，下二叠统大关山组(P₁dg)，下三叠统隆务河组(T₁l)，以及新近系甘肃群(NG)等(图 1b)。

岗岔金矿区内地层发育呈“二元结构”，即下伏二叠系一套浅变质砂板岩夹炭质板岩组合，上覆三叠系安山质火山碎屑岩(主要为凝灰岩和含角砾凝灰岩)和安山岩组合。在矿区西南部出露少量花岗闪长岩，属于德乌鲁延伸入矿区的部分。矿区内断裂构造发育，其中金矿脉主要受控于近南北或北北西走向断裂，如F1、F2、F3、F4分别控制了Au1、Au2、Au3、Au4号金矿脉(图 2)。

图 2

图 2 甘肃岗岔矿区地质简图 Fig. 2 Simplified geological map of the Gangcha gold deposit, Gansu Province 1-第四系冲洪积层；2-早二叠系大观山组；3-早三叠系隆务河组；4-印支期岩体；5-金矿脉及编；6-实测断层

矿区内的花岗闪长岩呈灰白色、浅灰色，中细粒半自形粒状结构或斑状结构，块状构造。矿物粒度0.2～1.5 mm，矿物成分有斜长石(40％～60%)、钾长石(10％～20%)、石英(20％～30%)、角闪石(5％～10%)、黑云母(2％～5%)等。斜长石呈板状或板柱状，具钠长石双晶，有时具环带构造；角闪石呈柱状，为普通角闪石。岩石具轻微的绢云母化、绿泥石化。

岗岔金矿床目前圈出5条含矿构造破碎脉带，其中金矿体主要以脉状、透镜状、串珠状赋存于这些构造破碎带中(图 2)。其中Au3号矿脉是矿区主矿脉，也是本次主要的研究对象。Au3号矿脉倾向260°～270°，倾角为50°～70°，地面沿走向延伸超过1 km。矿体厚度一般在0.83～8.04 m，平均厚度约2.91 m，厚度变化系数为242.23%。矿石平均品位Au=2.99×10^-6，Ag=8.64×10^-6。

Au-3号金矿脉矿石物质组成较复杂，金属矿物中氧化物主要有赤铁矿、褐铁矿；硫化物主要以黄铁矿为主，另可见少量毒砂、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿等，其中黄铁矿是主要载金矿物。脉石矿物有石英、方解石、角闪石、斜长石、及少量黑云母、绿帘石和绿泥石等。矿石结构有自形-半自形晶粒结构、他形晶粒状结构、碎裂结构、假象结构、包含结构、固溶体分离结构、压碎结构等。矿石构造主要为浸染状、细脉状、网脉状构造等。

黄铁矿主要以脉状、网脉状、浸染状及稠密浸染状、团块状、斑点状产出。黄铁矿晶形主要出现立方体和五角十二面体。根据穿插交切关系和矿物组合特征，将成矿热液期黄铁矿分为如下4个阶段(图 3)，具体特征描述如下：

图 3

图 3 甘肃岗岔金矿四个阶段黄铁矿的产出形态 Fig. 3 Occurrences of four stage pyrites of the Gangcha gold deposit，Gansu Province (a)第Ⅰ、第Ⅱ阶段自形-半自形碎裂的立方体黄铁矿；(b)第Ⅲ阶段脉状黄铁矿与毒砂、闪锌矿共生；(c)第Ⅲ阶段团块状黄铁矿与毒砂共生；(d)第Ⅳ阶段黄铁矿网脉；Py-黄铁矿；Apy-毒砂；Sp-闪锌矿；Ru-金红石

第Ⅰ阶段黄铁矿：呈立方体，中粗粒。由于受到后期构造作用，部分破碎强烈。

第Ⅱ阶段黄铁矿：颗粒为中粗粒结构，自形-半自形，多见立方体晶形，且破碎强烈。

第Ⅲ阶段黄铁矿：为细粒集合体，呈细脉状、网脉状、团块状，局部浸染状，多呈半自形或他形。常可见该阶段黄铁矿与毒砂共生，毒砂为铅灰白色，粒度较小，多呈针状体，显微镜下常可见菱形截面形态。

第Ⅳ阶段黄铁矿：呈细脉状、网脉状，自形-半自形产出，常与方解石共生。

热电性是指半导体类矿物加热带电的性质。表征热电性的主要标型特征包括热电系数和导电类型(简称导型)，即由于黄铁矿颗粒两端温度的差异，产生热电效应。因此当黄铁矿颗粒两端具有一定的温差时，其便产生热电动势(E)，表现导电。一般来说其导电类型分为两种，其一是电子型导电(N型)，是由施主(指杂质在带隙中提供带有电子的能级)杂质产生的导电；另一种是空穴型导电(P型，相当于正电荷流动)，是由受主(指杂质提供带隙中空的能级)杂质产生的导电。黄铁矿的热电系数(α)是单位温差的热电动势，计算公式为：

α=E/Δt

黄铁矿产出状态不同其热电性特征也不同(申俊峰等，2013)。研究黄铁矿的热电性，可以获得矿床形成深度、温度、矿化强度、矿床规模以及矿体延深等方面的信息(张运强等，2010)。因此，黄铁矿热电性研究对探讨矿床成因、找矿靶区预测、确定矿体保存和剥蚀深度及矿体深部定位预测都具有重要意义。

黄铁矿热电性测试在中国地质大学(北京)矿物标型实验室完成。测试仪器:BHTE-06热电系数测量仪。测试条件：∆t=(60±3)℃。样品主要来自岗岔金矿Au3号矿脉不同标高钻孔岩心的主成矿阶段黄铁矿，共计24件1200粒，粒度为60～80目(0.3～0.2 mm)，测试结果见表 1。

表 1

表 1 甘肃岗岔金矿Au3号矿脉黄铁矿的热电性特征 Table 1 Thermoelectricity characteristics of the pyrite in the Au3 orebody of the Gangcha gold deposit, Gansu Province 标高/m 样品编号 P型热电系数α/(μV/℃) N型热电系数α/(μV/℃) 最大值 最小值 平均值 出现率/% 最大值 最小值 平均值 出现率/% 3200 ZK04-2-134 339.6 95.1 284.1 92% -20.5 -246.6 -111.6 8% 3150 ZK24-2-118 343.3 186.0 289.3 96% -118.7 -131.8 -125.3 4% ZK04-2-160 327.2 105.3 250.7 100% — — — — 3125 ZK04-2-208 339.1 23.5 254.3 100% — — — — ZK12-4-134 333.9 18.5 286.4 96% -8.3 -31.5 -19.9 4% ZK24-2-126 333.3 106.0 275.1 100% — — — — 3040 ZK08-5-214 321.4 35.4 235.1 96% -66.2 -124.6 -95.4 4% ZK07-4-182 332.8 119.8 261.0 96% -53.6 -123.8 -88.7 4% 2970 ZK08-5-256 339.6 38.6 254.1 94% -18.9 -177.9 -111.5 6% ZK08-6-236 335 109.3 290.1 100% — — — — 2940 ZK07-4-274 329.4 48.5 219.5 94% -13.1 -69.7 -40.9 6% ZK23-5-290 341.9 48.1 221.9 98% -1.7 -1.7 -1.7 2% 2905 ZK07-6-404 333.9 220.0 298.1 60% -28.2 -214.2 -103.4 40% ZK23-5-315 335.1 58.2 266.7 94% -1.6 -55.6 -25.2 6% 2880 ZK07-6-418 331.0 200.3 297.3 98% -29.0 -29 -29 2% ZK15-4-347 332.8 122.5 269.9 100% — — — — 2845 ZK07-6-454 335.0 47.9 276.4 100% — — — — ZK07-6-467 337.3 95.2 224.8 96% -5.2 -25.3 -15.3 4% ZK11-4-403 336.2 44.4 283.8 100% — — — — 2800 ZK07-6-508 335.0 18.7 274.3 84% -14.9 -91.2 -53.35 16% ZK11-5-469 329.9 22.1 191.5 96% -1.7 -161.5 -81.6 4% 2765 ZK07-7-544 335.1 94.3 235.4 94% -15.7 -67.0 -43.1 6% 2740 ZK07-7-569 343.2 66.8 260.3 98% -90.8 -90.8 -90.8 2% ZK07-7-573 347.2 130.9 293.3 96% -55.7 -69.3 -62.5 4% 注：“—”代表未检测出；数据测试在中国地质大学(北京)矿物标型实验室完成，2013～2014。

表 1 甘肃岗岔金矿Au3号矿脉黄铁矿的热电性特征 Table 1 Thermoelectricity characteristics of the pyrite in the Au3 orebody of the Gangcha gold deposit, Gansu Province

由表 1可以得出，该矿区Au3号矿脉黄铁矿导型以P型为主，P型出现率平均值为94.9%，N型为5.1%。测试的24件黄铁矿样品中，22件样品的P型出现率在90%以上。不同标高P型黄铁矿出现率存在一定差异，整体表现为随矿体向下延伸呈小幅度波动性递减。由24件样品黄铁矿热电系数频率分布直方图(图 4)可以得出，该矿区Au3号脉黄铁矿热电系数变化范围为-246.6～347.2 μV/℃，主要集中于250～340 μV/℃。

图 4

图 4 甘肃岗岔金矿Au3号矿脉黄铁矿热电系数频率分布直方图 Fig. 4 The thermoelectric coefficient frequency distribution histogram of pyrite in the Au3 orebody of the Gangcha gold deposit，Gansu Province

前人(徐国风等，1987；宋焕斌，1989；唐耀林和真允庆，1991)研究表明，金矿中黄铁矿热电系数在“时空”分布上有一定的规律，即矿体上部及边部、晚期、低温黄铁矿热电系数为正值，导电类型为P型；矿体中部、中期、中温黄铁矿热电系数有正有负，导电类型为N-P或P-N混合型；矿体下部、早期、较高温黄铁矿热电系数为负值，导电类型为N型。岗岔金矿Au3号矿脉中黄铁矿热电导型主要为P型，且各个样品黄铁矿热系数平均值均远大于100 μV/℃，说明Au3号脉处于矿体顶部，深部具有较大前景。

通过对每个样品热电系数分布直方图的统计，岗岔金矿热电系数直方图主要有以下两种类型(图 5、图 6): 单峰型：该种类型主要表现为热电系数分布较为集中，在P型区具有明显的主峰，集中分布在200～320 μV/℃，黄铁矿P型率为96％～98%，对应矿石的金品位为1.06～3.24 g/t。双峰型：该种类型的热电系数分布具有较为明显的双峰，在P型区和N型区各存在一个明显的主峰，N型区热电系数集中范围为-200～- 40 μV/℃，P型区热电系数主要为200～320 μV/℃，个别集中于220～340 μV/℃；对应矿石金品位为2.19～4.575 g/t；N型黄铁矿出现频率较单峰型明显增大。

图 5

图 5 甘肃岗岔金矿Au3号矿脉标高3150 m黄铁矿热电系数频率分布直方图 Fig. 5 The thermoelectric coefficient frequency distribution histogram of pyrite from the Au3 orebody at elevation of 3150 meters in the Gangcha gold deposit, Gansu Province

图 6

图 6 甘肃岗岔金矿Au3号矿脉标高2905 m黄铁矿热电系数频率分布直方图 Fig. 6 The thermoelectric coefficient frequency distribution histogram of pyrite from the Au3 orebody at elevation of 2905 meters in the Gangcha gold deposit, Gansu Province

黄铁矿的热电系数与其形成温度有一定的关系，利用P.A戈尔巴乔夫(1964)(邵伟等，1990)的线性方程：

t=(704.51-α)/1.818(N型)

t=3(122.22+α)/5.0(P型)

通过该方程计算得出岗岔金矿黄铁矿形成温度并根据黄铁矿热电系数与其形成温度的关系，绘制了黄铁矿热电系数-温度图(图 7)。

图 7

图 7 甘肃岗岔金矿Au3号矿脉黄铁矿热电系数-温度图(据侯满堂，2000修改) Fig. 7 Relationship between thermoelectric properties and temperatures for the pyrite in the Au3 orebody of the Gangcha gold deposit，Gansu Province(modified after Hou Mantang，2000)

图 7可以看出，岗岔金矿Au3号矿脉黄铁矿温度为84.4～386.6℃，其中P型黄铁矿温度为84.4～281.6℃，N型黄铁矿温度为251.8～386.6℃。

根据计算出的温度值，做温度分布直方图(图 8)，可以看出，该金矿黄铁矿的形成温度主要有两个温度区间：低温区主峰值为160℃，温度区间为130～170℃，中温区主峰值为260℃，温度区间为200～280℃，由于N型黄铁矿较少，高温区没有明显的峰值，并根据野外不同阶段石英脉、硫化物脉、方解石脉的穿插交切和矿物组合特征，说明该矿床可能为多次成矿叠加而成的。黄铁矿成矿温度范围虽然比较大，但是其主要的温度区间为200～280℃，与石英流体包裹体均一温度较吻合，显示该矿床为为中低温矿床。

图 8

图 8 甘肃岗岔金矿Au3号矿脉黄铁矿热电系数计算温度分布直方图 Fig. 8 The calculated temperature distribution histogram on the basis of the thermoelectric coefficient of pyrite in the Au3 orebody of the Gangcha gold deposit，Gansu Province

根据黄铁矿热电系数(α)可以计算求出黄铁矿热电性参数X_np，进而来确定矿体的剥蚀切面(张屿等，2010)。热电性参数计算公式：

X_np=(2f_Ⅰ+f_Ⅱ)-(f_Ⅳ+2f_Ⅴ)

然后根据热电性参数值计算矿体剥蚀率γ(矿体剥蚀部分相对于总延伸的百分比)(侯满堂，2000): γ=50X_np/4，详细结果见表 2。

表 2

表 2 岗岔金矿Au3号矿脉黄铁矿补偿热电系数(Xnp)及矿体剥蚀率(γ) Table 2 The compensation thermoelectric coefficient(Xnp)and orebody erosion rate(γ)of pyrite in the Au3 orebody of the Gangcha gold deposit, Gansu Province 样品号 fⅠ fⅡ fⅣ fⅤ Xnp γ ZK04-2-134 0 86 6 2 76 31.0 ZK24-2-118 0 94 4 0 90 27.5 ZK04-2-160 0 84 0 0 84 29.0 ZK04-2-208 0 82 0 0 82 29.5 ZK12-4-134 0 88 4 0 84 29.0 ZK24-2-126 0 92 0 0 92 27.0 ZK08-5-214 0 72 4 0 68 33.0 ZK07-4-182 0 86 4 0 82 29.5 ZK08-5-256 0 78 6 0 72 32.0 ZK08-6-236 0 98 0 0 98 25.5 ZK07-4-274 0 62 6 0 56 36.0 ZK23-5-290 0 64 2 0 62 34.5 ZK23-5-315 0 80 6 0 74 31.5 ZK07-6-418 0 98 2 0 96 26.0 ZK15-4-347 0 88 0 0 88 28.0 ZK07-6-454 0 86 0 0 86 28.5 ZK07-6-467 0 64 4 0 60 35.0 ZK11-4-403 0 92 0 0 92 27.0 ZK07-6-508 0 66 16 0 50 37.5 ZK11-5-469 0 50 4 0 46 38.5 ZK07-7-544 0 72 6 0 66 33.5 ZK07-7-569 0 70 2 0 68 33.0 ZK07-7-573 0 90 4 0 86 28.5

表 2 岗岔金矿Au3号矿脉黄铁矿补偿热电系数(Xnp)及矿体剥蚀率(γ) Table 2 The compensation thermoelectric coefficient(Xnp)and orebody erosion rate(γ)of pyrite in the Au3 orebody of the Gangcha gold deposit, Gansu Province

由表 2可知，岗岔金矿Au3号矿脉的剥蚀率(γ)变化范围为25.5％～38.5%，样品计算的剥蚀率均小于50%，矿脉剥蚀率往深部有波动减小的趋势，因此显示Au3号矿脉深部潜力较大。

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(Chen et al.，1996)。进行热电性填图并与同位空间金富集特点对比，可以总结金富集规律并能够进行深部和近外围成矿预测(刘星，1990)。根据12个中段共计1200粒黄铁矿样品的热电性测定，以勘探线为横坐标，标高为纵坐标，利用Surfer软件绘制出了岗岔金矿Au3号矿脉P型黄铁矿出现率与金品位等值线垂直纵投影叠合图(图 9)及热电系数与金品位等值线垂直纵投影叠合图(图 10)。

图 9

图 9 岗岔金矿Au3号矿脉P型黄铁矿出现率与金品位等值线垂直纵投影叠合图 Fig. 9 The overlay of contour vertical longitudinal projection of gold grades and the occurrence rate of P-type pyrite in the Au3 orebody of the Gangcha gold deposit, Gansu Province

图 10

图 10 岗岔金矿Au3号矿脉金品位与热电系数等值线垂直投影叠合图 Fig. 10 The overlay of contour vertical longitudinal projection of gold grades and thermoelectric coefficients of pyrite in the Au3 orebody of the Gangcha gold deposit, Gansu Province

由图 9可以看出，Au3号矿脉金品位高值区多分布在P型出现率高值区下部，即第2～10勘探线标高2900～3100 m处；第7勘探线标高2800 m处。第2～16勘探线标高3200～3300 m处金矿化集中且金品位较高，可能是由于上部P型出现率高值区已被剥蚀。根据图 9中P型出现率等值线分布规律及闭合情况推断，在第5～23勘探线标高2800 m下部和第18～26勘探线标高3000 m处具有良好的找矿前景。

图 10可以看出，Au3号矿脉金品位高值区并不与黄铁矿热电系数高值区重合，而是主要分布在黄铁矿热电系数中、高值区过渡区域。据 图 10中金品位高值区分布规律及黄铁矿热电系数中高值等值线闭合趋势推断，第9～23勘探线标高2800 m下部、第2～5勘探线标高3000 m处具有良好的找矿前景。

(1)岗岔金矿Au3号矿脉P型黄铁矿出现率总体维持在较高水平(平均94.9%)，黄铁矿热电系数总体分布为单峰型，热电系数主要分布区间为：200～330 μV/℃，显示为矿体的上部特征；根据黄铁矿热电性垂向分布及变化规律，估算该矿体的剥蚀率为31.1%，说明剥蚀水平不大，判断该矿体向下仍有良好的找矿前景；在垂向上黄铁矿P型出现率变化规律呈幅度很小的脉动式波动，表明成矿环境稳定。

(2)黄铁矿形成温度为84.4～386.6℃，主要集中在200～280℃，说明该矿床为中低温矿床。

(3)金品位高值区多分布在局部P型黄铁矿出现率高值区下部，与黄铁矿热电系数中、高值区相对应。第18～26勘探线、第2～5勘探线标高3000 m以及第5～23勘探线标高2800 m下部具有良好的找矿前景。