2018, Vol. 37
2. CODES ARC Centre of Excellence in Ore Deposits, University of Tasmania, Hobart 7005, Tasmania, Australia;
3. 吉林大学 地球科学学院, 长春 130061
2. CODES ARC Centre of Excellence in Ore Deposits, University of Tasmania, Hobart 7005, Tasmania, Australia;
3. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China
黄铁矿是热液金矿床中分布最为普遍的金属矿物之一，也是最重要的载金矿物，这是由于金既亲铁又亲硫的地球化学性质所决定的(陈光远等，1987；栾世伟等，1987；宋焕斌，1989；邵洁涟，1990；李胜荣等，1994；高浩中等，1999；高振敏等, 2000；佟景贵等，2004)。矿物的化学成分是矿物最本质的特征，其成分变化与形成时的物理化学条件有密切关系，蕴含丰富的成因及找矿信息，对探讨成矿地质环境、总结成矿规律、开展找矿预测具有重要理论和实践意义(李胜荣等，1994；梅建明，2000；胡楚雁，2001；卿敏等，2001；卿敏和韩先菊，2003)。随着电子探针(EMPA)、二次离子质谱(SIMS)、激光剥蚀-电感耦合等离子质谱(LA-ICPMS)等矿物原位分析技术的使用，黄铁矿等载金矿物微量元素地球化学研究不仅提供了热液中金属在矿物/流体配分的约束条件和饱和状态，同时也增强了对环境变化过程中金属元素变化情况的了解，为深入探讨成矿作用过程和矿床成因机理提供有效途径(Deditius et al., 2011；Ulrich et al., 2011；Reich et al., 2013)。前人利用LA-ICPMS技术，针对造山型、卡林型、古砂砾岩型等不同金矿类型，同类型金矿不同阶段标型矿物开展过比较系统的对比研究，较精细刻画矿物形成过程，对研究相关金矿成矿流体来源及演化、成矿作用过程及成矿机制提供了丰富而重要的成因和找矿评价信息(Woodhead et al., 2007; Large et al., 2007, 2009; Deditius et al., 2011; Koglin et al., 2010; Agangi et al., 2013; Cook, 2013)。
金厂铜金矿床是黑龙江省东宁县近年来探明的一处集隐爆角砾岩筒型(查明资源储量近30 t)、断控蚀变岩(石英脉)型(查明资源储量10余吨)、斑岩型(查明资源储量近40 t)等多种类型矿化于一体的特大规模矿床。前人主要从矿床地质特征、流体包裹体等方面进行过有力探讨(王可勇等, 2011, 2016；赵玉锁等，2011；肖力等，2012)，但矿物微量元素地球化学研究相对比较薄弱，分析手段多为电子探针(叶青，2006；王可勇等，2016)，且主要针对18号斑岩型矿体(李山坡，2010)。笔者针对金厂矿区隐爆角砾岩筒型、环状-放射状裂隙-断裂控制蚀变岩(石英脉)型两种主要类型矿体开展工作，系统采集这两类矿化类型矿石样品，利用LA-ICPMS分析技术，对不同阶段载金黄铁矿微量元素原位点分析和面扫描，探讨角砾岩筒型和蚀变岩(石英脉)型两种矿化类型关系，提取黄铁矿微量元素成分成因标型特征及找矿评价指标，指导矿区下一步找矿，提高“金厂”式斑岩成矿系统成矿机制的认识。
1 矿床地质特征金厂铜金矿床地处黑龙江省东南部，位于阿尔泰-兴蒙造山系东段，小兴安岭-张广才岭弧盆系，张广才岭岩浆弧(Pt3-Pz1、Pz2)(潘桂棠等，2016)，为古亚洲构造域与滨太平洋构造域复合部位，成矿地质背景复杂(图 1)。
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1-第四系；2-新近系；3-三叠系罗圈站组火山岩；4-燕山晚期花岗斑岩；5-燕山晚期闪长玢岩；6-燕山早期闪长岩；7-印支晚期-燕山早期粗粒花岗岩；8-印支晚期-燕山早期中细粒花岗岩；9-印支晚期-燕山早期文象花岗岩；10-断裂；11-断控蚀变岩(石英脉)型矿体；12-角砾岩筒型矿体。底图据赵玉锁等，2014 图 1 黑龙江金厂金矿区地质略图 Fig.1 Simplified geological map of the Jinchang gold field, Heilongjiang province, China |
金厂金矿位于延边-东宁中生代构造岩浆活化区内。矿区内大面积分布中酸性侵入岩，呈近东西向岩基状产出，主要岩性有闪长岩、(花岗)闪长岩、粗粒-中细粒花岗岩、文象花岗岩等，成岩时代为晚三叠世-早侏罗世(210~190 Ma)(肖力等，2012；Zhang et al., 2013, 2016)。早白垩世闪长玢岩、花岗斑岩多呈小岩体隐伏于角砾岩筒(如J-0)和半截沟岩浆穹隆环形构造深部，少量呈岩株、岩枝状或岩脉状侵位于晚三叠－早侏罗世中酸性侵入岩体之中，地表零星出露，成岩时代为118~112 Ma(鲁颖淮等，2009；肖力等，2012)，该期中酸性岩浆活动和金矿化关系密切，为成矿地质体(肖力等，2012)。矿区地层分布少，局部出露新元古界黄松群变质岩系和上三叠统罗圈站组熔结凝灰岩、英安质-流纹质晶屑凝灰岩和火山角砾岩，成岩时代为210 Ma(肖力等，2012)。
研究区断裂构造发育, 主要为北东向绥阳深大断裂及其派生北东、北西、南北向低序次断裂。东西向断裂构造为基底构造，多被改造不好辨认，控制了矿区闪长岩体和花岗岩体分布，与北东、北西和南北向断裂联合控制矿区隐爆角砾岩筒空间产出位置。岩浆穹隆构造在半截沟发育，地表表现为外倾的环状断裂(如控制Ⅱ号矿脉群断裂)和放射状断裂(如控制Ⅲ号矿体群断裂)，深部隐伏穹隆状构造表现为呈似层状近对称断裂带分布(如控制18号矿体构造)。
1.2 矿体地质特征金厂矿区现已发现大小金矿体30余个，金矿化类型多样。综合分析控矿构造类型、成矿作用及矿石特征，划分为隐爆角砾岩筒型、环状-放射状断裂控制蚀变岩(石英脉)型(裂控脉型)和细脉浸染型(斑岩型)3种主要金矿化类型。
隐爆角砾岩筒型是矿区最主要矿化类型，已发现这类矿体14个，6个具工业价值，以高丽沟J-0号和穷棒子沟J-1号为典型代表，其特点为矿体筒状、规模大、品位稳定。裂控脉型矿体，按容矿构造类型不同，进一步划分为环状脉型和放射状脉型两种亚类。环状脉型矿体为沿岩浆穹隆顶部及其旁侧环状裂隙充填的脉型矿体，主要为含金黄铁矿脉，其次为含金毒砂石英脉，以Ⅱ号脉系为代表，包括Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3、Ⅱ-4、Ⅱ-5号脉，该组脉系围绕穹隆外倾，在走向上呈弧形弯曲组合成一个比较完整的较规则环形薄脉型矿体，一般厚度0.6~1.0 m，延深80~450 m，近地表品位较高，向深部品位逐渐变贫。放射状脉型矿体为沿环形构造接触带或其外围放射状断裂(裂隙)分布的脉型矿体，矿体赋存于构造破碎带中, 矿化类型主要为黄铁矿细脉发育的构造蚀变岩型，多呈透镜状或串珠状分布，包括近东西向矿体群(Ⅻ、Ⅻ-1、Ⅻ-2、Ⅻ-3、Ⅻ-5、Ⅻ-6号矿体)、北西向矿体群(Ⅷ-1、Ⅷ-2矿体)和近南北向矿体群(Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3、Ⅲ-4号矿体)，这类矿体在走向上基本垂直于环状矿体，常成群分布，一般产状较陡，蚀变带宽度数厘米至数十厘米不等，而其中充填的黄铁矿脉宽度仅数厘米至十余厘米。细脉浸染型(斑岩型)金矿体分布在半截沟环形构造(岩浆穹窿)深部，以18号系列隐状矿体为代表(张华锋，2007)，包括18-1、18-2、18-3、18-4共4条矿(化)体，矿体厚度不均，变化在数十厘米至十余米，赋存在晚三叠世-早侏罗世侵入岩中，受早白垩世深部闪长玢岩有关侵入穹隆构造导致的构造破碎带控制，形态为层状-似层状。此外，在J-0号角砾岩筒型矿体深部也发现产于早白垩世闪长玢岩中的斑岩型矿体(赵玉锁等，2012)。
矿石类型包括角砾岩型、石英-黄铁矿型、石英-多金属硫化物脉型和构造破碎蚀变岩型。角砾岩筒型矿体主要发育角砾岩型矿石，后期叠加少量石英-黄铁矿脉型矿石和石英-多金属硫化物型矿石；裂控脉型矿体主要发育石英-黄铁矿脉型矿石、石英-多金属硫化物脉型矿石和构造蚀变岩型矿石。斑岩型矿体以含黄铁矿、黄铜矿等金属硫化物-石英细脉密集发育为特点，主要以构造破碎蚀变岩型矿石为主，少量石英-硫化物脉型矿石。
矿石成分复杂，金属矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、毒砂、磁黄铁矿、辉锑矿、辉钼矿、磁铁矿、褐铁矿、辉铋矿、硫镍钴矿等；非金属矿物主要有石英、长石、绢云母、绿泥石、绿帘石、方解石、高岭石等。金矿物以自然金和银金矿为主，赋存于黄铁矿、黄铜矿、硫镍钴矿和石英内或矿物之间的晶隙、裂隙间。矿石以自形-半自形粒状结构为主，其次为碎裂结构、交代结构、环带结构、胶状结构、骨架状结构、细脉穿插结构及固溶体分离结构等；矿石构造主要有角砾状、稀疏(星点)浸染状、细(网)脉状、致密块状、蜂窝状、晶簇状、土状和粉沫状构造等。矿石及围岩具较强的钾化、金属矿化(主要为黄铁矿化，其次为毒砂化、方铅矿化、闪锌矿化和黄铜矿化)、硅化、绢云母化、高岭土化、绿泥石化、绿帘石化和碳酸盐化蚀变(肖力等，2012)。
根据蚀变矿物组合及蚀变叠加关系、网脉穿插关系，金厂金矿的成矿过程从早到晚可划分为4个成矿阶段：角砾岩筒蚀变矿化阶段/黄铁绢英岩化阶段、石英-黄铁矿(毒砂)脉阶段、石英-多金属硫化物脉阶段和黄铁矿-石英-碳酸盐脉阶段(李真真等，2009)。相应地，黄铁矿划分为4个阶段(图 2)：①第一阶段黄铁矿(Py1)，共生矿物组合为石英、绢云母，多呈立方体，呈浸染状赋存在角砾岩筒胶结物中(图 2a，2b)；②第二阶段黄铁矿(Py2)，在早期矿石或围岩裂隙中呈集合体或团块状形成石英-黄铁矿细脉，粒度较细，结晶程度一般或较差，主要为五角十二面体，偶见自然金矿物(图 2c)；③第三阶段黄铁矿(Py3)，与黄铜矿、方铅矿、闪锌矿共生组合(图 2e，2f)，呈团块状或集合体产出，本阶段金矿化强烈，黄铁矿中大量发现自然金和银金矿；④第四阶段黄铁矿(Py4)，与方解石、石英共生，或沿早期黄铁矿边缘生长，总体较少见，金矿化极弱。
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(a)Py1(Ⅻ号矿体)与石英共生；(b)Py1(J-1号矿体)，局部被Py2交代；(c)Py2(Ⅻ号矿体)与Py3其沿生长，黄线范围为成分分析面扫描范围；(d)Py3(J-1号矿体)与方铅矿(Gn)、闪锌矿(Sph)共生，图中黑点及编号为原位单点LA-ICPMS测点位置及编号；(e)Py3(J-0号矿体)与黄铜矿(Cp)共生，见自然金(Au)包裹体，黄线范围为成分分析面扫描范围；(f)多阶段黄铁矿聚形(核部为Py2，外围第一环带为Py3，最外带为Py4)(J-0号矿体), Py2、Py3均发现自然金大量分布，黄线范围为成分分析面扫描范围 图 2 金厂金矿不同成矿阶段黄铁矿及其共生矿物显微照片 Fig.2 Typical photomicrographs of pyrite from different stages of mineralization |
黄铁矿原位LA-ICPMS微量元素分析在澳大利亚塔斯马尼亚大学国家优秀矿床研究中心(CODES)完成。分析仪器为213纳米固态激光探针剥蚀系统和Agilent4500四级杆电感耦合等离子质谱仪。实验过程中采用He(0.7 L/min)和Ar(1.23 L/min)的混合气体作为剥蚀物质的载气。单点分析的激光斑束直径根据样品颗粒的大小而定，变化范围为10~40 μm，激光剥蚀的重复频率为5 Hz，激光的能量约为4~5 J/cm2。每个样品分析点的分析时间为90 s，其中包括30 s的剥蚀前的背景值测定，激光开启后的60 s为样品本身的有效分析时间。分析数据用标样STDGL2b-2进行校正(Danyushevsky et al., 2003)，以Fe为内标进行元素含量的计算。激光斑束为100 μm，激光剥蚀频率为10 Hz。误差小于5%。大致的操作流程见Large等(2009)。本文中黄铁矿样品单点分析所选择的元素包括：Mg、Al、Si、S、Sc、V、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Zr、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Te、Gd、Hf、Ta、W、Au、Tl、Pb(Pb206、Pb207、Pb208)、Bi、Th、U；黄铁矿样品进行面扫描分析所选择的元素包括：Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Zr、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Te、Gd、Hf、Ta、W、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Th、U。
2.2 J-0号角砾岩筒型矿体 2.2.1 样品特征J-0号矿体产于高丽沟J-0号隐爆角砾岩筒内。岩筒地表平面上略呈椭圆形，长轴长约30 m，近南北向，短轴长约20 m，控制延深超过300 m。岩筒比较复杂且形态不规则，产状近直立略向南东侧伏，产于早侏罗世花岗岩与闪长岩接触带北东、北西和南北向断裂构造交汇处。角砾成分, 上部主要为早侏罗世花岗岩类，下部主要为早白垩世闪长玢岩，角砾大小不一，一般直径0.1~0.5 m，小者只有几厘米，大者可达十余米，角砾多为不规则棱角状，少数呈浑圆状、纺缍状、瘤状及团块状等，为团块状、浸染状石英-黄铁矿化、黄铜矿化及硅化、绿泥石化蚀变岩胶结。胶结物中金属矿物主要为黄铜矿、黄铁矿，少量方铅矿、闪锌矿；非金属矿物主要为石英、绿泥石等，少量长石。J-0号矿体金为主矿种，铜为伴生矿，金、铜矿化强度与角砾大小关系密切，一般角砾岩筒中心和中下部角砾较小，蚀变强烈，矿化较好。此外，角砾岩筒矿体及围岩早侏罗世花岗岩中赋存少量北东、陡倾斜破碎蚀变岩型脉状矿体，宽数厘米至数十厘米，延伸最长80 m，最大延深150 m，脉体品位、厚度变化比较大，矿化极不稳定。岩筒下部出现裂隙状-角砾状闪长玢岩，角砾大者40 cm，小者5 cm，圆状、次圆状，胶结物为黄铜矿、黄铁矿，充填黄铁矿细脉或石英-黄铁矿细脉，具有斑岩型矿化特征。
本次采集2件J-0角砾岩型矿石(J0-2、J0-14)。矿石Py1和Py3发育，独立Py2仅分布于石英-黄铁矿脉中。Py1呈浸染状分布，与蚀变非金属矿物共生，粒度细小，小于200 μm, 形态主要为不规则的立方体、八面体及其聚形，表面粗糙；Py3与黄铜矿共生，粒度粗大，粒径大于1 000 μm，结晶程度高，为八面体和五角十二面体；Py2多沿Py1边缘交代形成, 少量呈脉状分布。
2.2.2 测试结果J-0号矿体不同阶段黄铁矿原位LA-ICPMS微量元素分析结果见表 1。J-0号矿体黄铁矿微量元素含量高，富含Co、Ni、As、Cu、Se、Te、Pb、Zn、Bi以及Au、Ag等元素，Sb、W、Mo、Sn等元素含量甚微。Py1微量元素总量高(13632 ×10-6)，富含Co10172 (3230~23000)×10-6、As1678(1500~1840) ×10-6、Ni1204(40~3500) ×10-6、Cu480(5~1000) ×10-6，其次含Zn(35×10-6)、Pb(16×10-6)、Se(24×10-6)、Te(7×10-6)，Au、Ag矿化较弱。Py2黄铁矿微量元素含量较低，分为两个世代，早世代(Py2-1)含量低(2290×10-6)，富含Co1819 (1160~23800) ×10-6，其次As105(5~250) ×10-6、Se33(20~450) ×10-6、Te5(0.5~16) ×10-6、Ni5(4~7) ×10-6，Au、Ag含量低、矿化弱；晚世代(Py2-2)微量元素含量相对较高(10269×10-6)，富含Ni6364(1900~13250)×10-6、As2111(840~4030) ×10-6、Co1755(400~3000) ×10-6，其次含Se86(83~89) ×10-6、Te12(8~14) ×10-6，Au(0~1.5×10-6)、Ag (0~1×10-6)矿化较强，常见自然金包裹体。Py3微量元素总量最高(25576×10-6)，富含Co20707(1160~23800) ×10-6、As3093(10~10320) ×10-6、Cu1280(0~11710) ×10-6, 其次含Ni(10~3500) ×10-6、Se50(20~130) ×10-6、Te(1~104) ×10-6, Pb(3×10-6)、Zn (6×10-6)含量低，Au(0~16) ×10-6、Ag0.8(0~4) ×10-6矿化强，常见自然金包裹体。Py4微量元素总量最低(1141×10-6)，含Co486(10~3390) ×10-6、As454 (8~1940) ×10-6、Ni88(5~640) ×10-6、Se61(10~185) ×10-6、Te45(1~440) ×10-6, Au(0~2×10-6)、Ag(0~11×10-6)矿化较弱。
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表 1 金厂金矿角砾岩筒型矿体(J-0、J-1)和Ⅻ号断控蚀变岩型矿体不同成矿阶段黄铁微量元素含量 Table 1 Trace metal element composition of pyrite from different stages of mineralization in breccia pipe orebody and Ⅻ fault-controlled altered-rock orebody in the Jinchang gold deposit |
利用LA-ICPMS对J-0号矿体J0-2、J0-14样品黄铁矿面扫描，开展详细的化学成分填图。扫面样品J0-2黄铁矿与黄铜矿共生，粒度1 mm，形态略呈圆形、半自形-自形晶体(图 2e)。黄铁矿LA-ICPMS微量元素分布图显示具有明显环带(图 3)，中心为Py3，形态规则，五角十二面体(截面比较规则六边形)，富Co、Ni、As、Se、Te、Cu、Au、Ag；Co、Ni、As呈环带状分布，内带构成富Co核，外带Ni、As构成高Ni、As壳；Cu、Au、Ag元素呈集合体、极不均匀分散分布，Au呈可见或纳米颗粒形式赋存，空间上与Ag分布一致。沿Py3外围结晶面交代、生长形成的Py4微量元素总体含量低，相对富集Co、Ni、As、Se、Te。
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比例尺单位为×10-6, 对数10n，n值标示在比例尺刻度上 图 3 J-0号矿体J0-2号样品黄铁矿LA-ICPMS分析微量元素分布图 Fig.3 LA-ICPMS trace element maps of representative pyrite from sample J0-2, J-0 orebody |
J0-14样品面扫描黄铁矿为巨粒状，为多阶段黄铁矿聚形晶体(图 2f)，LA-ICPMS成分填图发现3个成分显著差异的环带(图 4)，核部为Py2，五角十二面体(截面为边长不等六边形)，中等Co含量，Au、Ag以及Cu在其中呈包裹体不均匀分布；围绕Py2边部交代、生长形成Py3，富As、Co、Ni、Au、Ag、Cu、Pb、Zn，其中As、Co均匀分布构成高值环带，Au、Ag含量高，可见金颗粒呈包裹体不均匀分布；Cu、Pb、Zn呈包裹体点状不均匀分布或沿裂隙线状分布；围绕Py3外围，交代形成Py4，以中等含量As、Co、Te、低Ni，其他微量元素含量甚微为特征。
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比例尺单位为×10-6, 对数10n，n值标示在比例尺刻度上 图 4 J-0号矿体J0-14号样品黄铁矿LA-ICPMS分析微量元素分布图 Fig.4 LA-ICPMS trace element maps of representative pyrite of sample J0-14, from J-0 orebody |
J-1号矿体赋存于半截沟1号角砾岩筒内，位于穷棒子沟西坡，产于早侏罗世花岗岩、闪长岩中，位于近南北、东西和北西向断裂交汇部位。岩筒地表呈椭圆状，长轴北东向，长度46 m，宽度30 m，向北东陡倾，深部椭圆长轴方向发生转变，呈北西向，剖面上呈上宽下窄形态比较规则的筒状。角砾成分主要为早侏罗世强烈蚀变花岗岩及少量闪长岩，大小不一，直径一般10~25 cm，最大50 cm，无分选性，呈棱角状-浑圆状，局部磨圆较好。角砾间胶结物比较松散，成分以多金属硫化物和蚀变矿物为主，前者为浸染状黄铁矿、黄铜矿、方铅矿及闪锌矿等，局部出现黄铁矿团块和黄铁矿细脉；后者有绢云母、高岭土、石英、长石以及岩石碎屑、岩粉等。J-1号角砾岩筒为全筒矿化，角砾岩体就是矿体，矿体连续，品位稳定，平均厚度21.02 m，Au平均品位8.10×10-6，伴生Pb、Zn。
本次采集3件J-1矿石样品(J1-2、J1-3和J1-7), 该矿体第一、第二和第三阶段黄铁矿均发育。Py1多被晚阶段黄铁矿交代呈残留状，粒度中等，小于500 μm, 形态不规则或呈不完整的立方体、八面体及其聚形晶，表面粗糙，与绢云母、石英等共生。Py2呈脉状、团块状产出，或沿Py1边缘交代或重结晶形成。Py3与黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等共生，粒度粗大，粒径大于1 000 μm，结晶程度高，为八面体和五角十二面体，也多被其他硫化物交代形成不规则状。
3.3.2 测试结果J-1号矿体不同阶段黄铁矿原位LA-ICPMS微量元素分析结果见表 1、表 2。J-1号矿体黄铁矿微量元素富含Co、As、Pb、Zn、Cu、Ni、Au、Ag，少量Sb、Se、Te，W、Mo、Sn、Bi含量甚微。Py1微量元素总量高, 富含Co 9330(3000~14500) ×10-6，其次含Ni113(30~220) ×10-6、As97(70~130) ×10-6、Pb107(0~1525)×10-6、Zn64(0~760)×10-6，Au、Ag、Cu、Se、Te含量较低，Sb、W、Mo、Sn、Bi含量甚微。Py2微量元素总量较低(5004×10-6)，富含As3646(1900~5400) ×10-6、Co1525(380~26700) ×10-6，其次含Ni15(67~24) ×10-6，Au0.8(0~2.5)含量较高、矿化强，Ag、Cu、Pb、Zn、Sb、Se、Te、W、Mo、Sn含量甚微。Py3微量元素总量最高(15204×10-6)，富含Co8244(4600~12300) ×10-6、As5799(70~59800) ×10-6、Pb762(0~7500) ×10-6、Zn294(0~3150) ×10-6、Au1.5(0~15) ×10-6、Ag4.5 (0~20) ×10-6，其次含Ni76(35~200) ×10-6、Sb(0~140×10-6，Cu、Se、Te、W、Mo、Sn含量甚微；Pb、Zn、Au、Ag含量变化范围大，分布极不均匀，Au矿化强；该阶段黄铁矿微量元素含量从中心到边缘(从早到晚)规律演化，Co、Ni、Se、Te含量降低，而As、Sb、Au、Ag含量增加。Py4微量元素总量最低(313×10-6)，含Co178(148~252) ×10-6、As80(25~196) ×10-6，少量Pb、Zn、Ni、Se、Te、Ag, Au矿化弱。
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表 2 金厂金矿角砾岩筒型J-1号矿体第三成矿阶段黄铁矿单点原位LA-ICPMS分析微量元素含量 Table 2 In situ element concentrations of pyrite from the third stage of mineralization form J-1 breccia pipe orebody in Jinchang gold deposit |
Ⅻ号矿体位于松树砬子北坡，充填于半截沟环状构造北西端放射状断裂构造中，属构造蚀变岩(石英脉)型，地表控制长790 m，最大延深500 m，产状1°~5°∠80°。矿体厚度比较稳定，为0.20~1.78 m，平均厚度0.68 m；矿化及蚀变程度不均匀，Au品位为(1.52~18.61)×10-6，平均10.75×10-6。矿石除含Au外，Ag矿化也比较强烈。
本次采集Ⅻ号蚀变岩型矿体样品1件，标号为J12-1。矿体发育多阶段黄铁矿，Py1多被晚阶段黄铁矿交代，残留于晚世代黄铁矿内部(中心)，浸染状分布，与绢云母、石英等非金属矿物共生，粒度细小，一般小于200 μm, 形态呈不规则的立方体、八面体及其聚形晶，表面粗糙。Py2最发育，呈团块状、细脉状，形态主要为八面体或八面体与立方体聚晶，结晶程度中等，粒度中等，粒径多介于200~1 000 μm之间，多与毒砂共生，或沿Py1边缘交代生长重结晶形成。Py3不发育，与方铅矿、闪锌矿、黄铜矿共生，粒度粗大，粒径多大于1 000 μm，结晶程度较高，主要为五角十二面体和八面体。
3.4.2 测试结果Ⅻ号矿体黄铁矿原位LA-ICPMS微量元素分析结果见表 1。Ⅻ号矿体黄铁矿微量元素富含As、Co、Pb、Zn、Cu、Ni、Au、Ag，少量Sb、Se、Te、Bi，W、Mo、Sn含量甚微。Py1微量元素总量较高(5430×10-6), 富含Co 2761(1390~4570) ×10-6、As 2422(2270~2600) ×10-6，其次含Pb107(0~1525)×10-6、Zn64(0~760)×10-6，Au、Ag、Cu、Se、Te含量较低，Sb、W、Mo、Sn、Bi含量甚微。Py2微量元素总量高(6525×10-6)，富含As6066(730~11800) ×10-6，其次含Ni191(5~1540) ×10-6、Cu85(0~1630)×10-6、Pb146(0~1180) ×10-6、Zn14(0~90) ×10-6，Au1.2(0~8) ×10-6、Ag1.2(0~13) ×10-6含量较高、矿化强，少量Ni(2.9×10-6)、Sb(5.9×10-6)、Se(3.5×10-6)、Bi(7.5×10-6)，Te、W、Mo、Sn含量甚微。Py3微量元素总量最高(16585×10-6)，富含Co13307(1640~28240) ×10-6、As3268(780~8860) ×10-6，少量Ni、Cu、Pb、Zn, Au、Ag本次未检测到。Py4微量元素总量较高(6213×10-6)，富含As6091(740~11870) ×10-6，少量Co115(17~322) ×10-6，其他元素含量甚微。
Ⅻ号矿体J12-1样品面扫描黄铁矿颗粒与毒砂、石英等矿物共生，粒度粗大，直径3 mm，半自形-自形晶(图 2c)。微量元素分布图显示成分环带分带清晰(图 5)，内外带成分显著不同。内带为Py2，形态比较规则，五角十二面体(截面比较规则六边形)，高As，中等Co；外带为Py3，富Co，中等As、Ni。分析发现：①Co、Ni、As规则环带分布，As分布和Co、Ni分布负相关；②Au具有两种赋存状态，一类呈环带分布，含量中-低，形成多个环带，与As正相关，为晶格Au；另一类Au呈点状浸染或集合体形式分布，高-极高值，在黄铁矿中呈包裹体或沿裂隙、矿物颗粒之间赋存的可见自然金或纳米颗粒金；③Cu、Pb、Zn、Ag分布主要呈集合体浸染状、不规则点状或线状分布，其中Ag分布多与可见自然Au和纳米颗粒Au空间分布一致，Cu主要分布在Py2中，而Pb、Zn主要分布在Py3中。
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比例尺单位为×10-6, 对数10n，n值标示在比例尺刻度上 图 5 Ⅻ号矿体J12-1号样品黄铁矿LA-ICPMS分析微量元素分布图 Fig.5 LA-ICPMS trace element maps of representative pyrite of sample J12-1, from Ⅻ orebody |
金厂金矿J-0、J-1号隐爆角砾岩筒型矿体和Ⅻ号断控脉型矿体黄铁矿具有比较一致的微量元素成分，富含As、Co、Ni、Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Sb、Se、Te、Bi，而W、Mo、Sn含量甚微。对比而言，J-0号矿体相对富集Co、Ni、Cu、Se、Te，J-1号矿体相对富集Pb、Zn、Sb, 而Ⅻ号矿体相对富集As。微量元素的一致性，反映两类矿化类型成因上的联系，为同一斑岩系统产物。微量元素差异性反映黄铁矿沉淀、矿体形成时地质构造环境不同导致物理化学环境差异，也就是说，矿体形成与成矿地质体-斑(玢)岩体空间位置有关，J-0号Au(Cu)矿体处于成矿斑岩体顶(上)深部，J-1号Au(Pb、Zn)矿体位于斑岩系统边部深部，Ⅻ号Au(Ag、Pb、Zn)矿体位于斑岩系统边(上)部浅部。斑岩系统中，随着含矿热液由深部斑岩体向上部、边部外围运移，温度、压力逐渐降低，围岩、尤其是地表水影响越来越显著，导致不同空间位置形成矿体矿化元素、矿石黄铁矿微量元素差异，和流体包裹体特征以及矿体空间分布的地质事实一致(王可勇等，2011)。
4.2 不同阶段黄铁矿微量元素特征J-0、J-1和Ⅻ号矿体划分为发育程度不同但矿物组合基本一致的4个成矿阶段，各个矿体4个成矿阶段黄铁矿微量元素成分及其演化规律基本一致。J-0号矿体黄铁矿微量元素，Py1以高Co含量，中等含量Ni、As为特征，含Cu高但不均匀分布, 少量Pb、Zn，Au矿化较强；Py2以As、Ni、Co中-低含量为特征，金矿化强；Py3以极高Co、As含量为特征，Cu、Pb、Zn、Ag含量高不均匀分布，金矿化强；Py1以中-低Co、Ni、As含量为特征，其他微量元素含量甚微，金矿化弱。J-1号矿体黄铁矿微量元素，Py1以高Co含量，中-低Ni、As含量为特征，Au含量弱；Py2以高As、中-低Co、Ni含量为特征，Au矿化强；Py3以极高Co、As含量为特征，Pb、Zn、Ag含量高但分布不均，金矿化强；Py4以Co、As中-低含量，其他微量元素含量甚微为特征。Ⅻ号矿体黄铁矿微量元素，Py1以较高Co、As含量为特征，Au矿化弱；Py2以高As、中-低Co含量为特征，Au、Cu矿化强，含Pb、Zn；Py3以极高Co、As含量为特征，金矿化强。不同成矿阶段黄铁矿微量元素特征表明，矿液具有规律脉动式特征，4个成矿阶段形成的黄铁矿微量元素Co+Ni含量从早到晚表现为高→中→极高→低演化，As表现为中→高→极高→低的变化规律(图 6)。各个矿体4个成矿阶段黄铁矿微量元素组合及其演化特征的一致性，反映它们成因上相互联系，应属同一时期、同一斑岩成矿系统不同空间环境产物。该斑岩系统成岩、成矿时代在(115~110) Ma，其中J-0号矿体深部成矿闪长玢岩成岩时代为(114.5±4.3) Ma, 成矿时代为(114±3) Ma(王可勇等，2016)；J0-1、Ⅻ号矿体位于隐伏的J18号斑岩型矿体侧部、中浅部，相关成矿中酸性斑(玢)岩成岩时代为(112.6±0.85) Ma(肖力等，2012)，半截构环形构造南部的弱蚀变闪长岩脉年龄为(111. 5±1.2) Ma (鲁颖淮等，2009)，18号矿体成矿时代为(110±3) Ma(李真真等，2009)。
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1-J-0号矿体; 2-J-1号矿体; 3-Ⅻ号矿体；图中纵坐标数值为元素含量均值(×10-6)，横坐标Py1为第一阶段黄铁矿，Py2为第二阶段黄铁矿，Py3为第三阶段黄铁矿，Py4为第四阶段黄铁矿 图 6 J-0、J-1和Ⅻ号矿体4个成矿阶段黄铁矿微量元素箱线图 Fig.6 Trace element box line diagrams of pyrite in four stages of mineralization in J-0, J-1 and Ⅻ orebody |
J-1号矿体Py3原位分析点位见图 2d, 测试结果见表 2，主要微量元素在同阶段、同一颗粒不同位置变化结果见图 7。结果表明，Co、Ni中(核)部高，而边部低；As、Sb、Se、Te以及Au、Ag则有中部低而边缘高特点；Cu、Pb、Zn则变化性较大，但总体看，边缘部位多显示高值，常见纳米金属包裹体。其他矿体同一成矿阶段黄铁矿微量元素含量从早到晚期变化规律也显示，同一成矿阶段矿液演化总体上也表现为高Co、(Ni)、低As向高As、低Co、Ni演化趋势，指示成矿热液来源于深部岩浆，中(晚)阶段有地表水参与成矿。
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图 7 J-1号矿体第三成矿阶段黄铁矿微量元素核部至边部含量变化折线图 Fig.7 Trace element box line diagrams of pyrite from four stages of mineralization in J-0, J-1 and Ⅻ orebody |
金矿矿区Au、Ag、Cu、Pb-Zn成矿与第二、第三成矿阶段热液活动关系密切，两个阶段黄铁矿微量元素标型特征分析认为，高As、晶格Au含量，机械混入包裹体Au及Ag含量，机械混入包裹体Cu及Pb+Zn含量，以及微量元素总量，是Au(多金属)矿化程度、矿化元素类型以及富矿部位(与成矿斑岩体空间位置)评价的有效指标。
5 结论(1) 金厂金矿黄铁矿微量元素富含Co、Ni、As，微量元素组合及特征元素比值显示火山热液金矿特征(表 3；卿敏等，2001；卿敏和韩先菊，2003；严育通等，2012)。J-0号矿体发现大量包裹于黄铜矿中载金硫镍钴矿，揭示含矿热液来源于深部，成矿与深源中基性岩浆活动关系密切(赵玉锁等，2014)。
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表 3 J-0、J-1和Ⅻ号矿体不同成矿阶段黄铁矿微量元素特征比值 Table 3 Trace element ratios of pyrite from different mineralization stages from J-0, J-1 and Ⅻ orebodies |
(2) LA-ICPMS黄铁矿面扫描发现，黄铁矿Co、Ni及As、Se、Te以及晶格或晶隙Au，呈规则较均匀分布，和微量元素Ni、Co以及晶格Au替代Fe而As、Se、Te替代S的赋存形式有关(罗军燕，2009)。Au两种赋存状态，除代替Fe分布的晶格Au外，主要是以点状浸染或集合体包裹体Au或沿裂隙、不同阶段黄铁矿界面赋存的自然Au或纳米颗粒Au。Ag空间分布和包裹体Au分布基本一致。Cu、Pb、Zn不均匀点状或集合体状包裹体纳米颗粒形式分布，和包体Au、Ag一样，反映的是机械混入的结果。
(3) 金厂矿区黄铁矿普遍具有多环带特征，为多个成矿阶段、多个形成世代共同作用的结果，肉眼很难判定区分、判断，也难以实现单矿物分阶段分离；黄铁矿中Au、Ag、Cu、Pb、Zn等微量元素多以机械混入物的形式存在，分布极不均匀。在详细的矿相学基础上，利用LA-ICPMS黄铁矿面扫描，对单颗粒黄铁矿精细填图就可以很好解决这个问题。
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