新疆西準(zhǔn)噶爾提依爾金礦黃鐵礦熱電性與微量元素特征及其地質(zhì)意義

余文林，葛文勝，廖 華，胡衛(wèi)星，盧樹東，劉 旭，李 磊，王全樂

(1.江西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，江西 南昌 330095；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；3.江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江西 贛州 341000；4.中國黃金集團地質(zhì)有限公司，北京 100011；5. 托里縣金福黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司，新疆 塔城 834500)

0 引 言

黃鐵礦是自然界中最為常見的金屬硫化物，也是金礦床中分布最廣的金屬硫化物之一，與金成礦關(guān)系非常密切，常作為金的主要載體礦物[1-3]。黃鐵礦中蘊含著大量成因和成礦信息，且都表現(xiàn)出良好的標(biāo)型特征[4-5]。黃鐵礦標(biāo)型研究在深部成礦預(yù)測中得到廣泛應(yīng)用(如膠東地區(qū))，經(jīng)實踐證明是一種非常實用的找礦方法[6-8]。

自20世紀(jì)80年代被發(fā)現(xiàn)以來，提依爾金礦床在地質(zhì)找礦勘探方面取得了一定的成果，但是對于該礦床地質(zhì)研究工作相對薄弱，文獻中鮮有報道，至今還沒有對此礦床開展過系統(tǒng)研究，對礦區(qū)深部找礦潛力研究缺乏有效手段，制約著進一步找礦工作。因此，本論文在已有的工作基礎(chǔ)之上，以提依爾金礦床Ⅰ號礦體為重點研究對象，分析黃鐵礦熱電性和微量元素的空間變化規(guī)律，并結(jié)合鉆孔中已有金品位的變化趨勢，探討礦石金品位與黃鐵礦熱電性和微量元素之間的關(guān)系，為進一步深部找礦提供依據(jù)。

1 礦床地質(zhì)特征

提依爾金礦位于新疆維吾爾自治區(qū)托里縣境內(nèi)，大地構(gòu)造位置處于準(zhǔn)噶爾界山褶皺帶扎依爾—達拉布特復(fù)向斜中。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要發(fā)育一系列NE向“多米諾”式走滑斷裂構(gòu)造體系[9](圖1(a))，自北西向南東依次分布著NEE向的哈圖斷裂、安齊斷裂和達拉布特斷裂3條深大斷裂，與區(qū)內(nèi)主構(gòu)造線NE方向大致平行，控制著區(qū)域內(nèi)一系列金礦床的分布。出露地層以石炭系為主的一套巨厚的半深海-大陸坡相火山沉積建造，從下到上依次為太勒古拉組、包古圖組和希貝庫拉斯組[10]，主要分布在達拉布特深大斷裂的兩側(cè)(圖1(b))。區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈，廣泛發(fā)育大規(guī)模晚古生代的花崗巖體，代表巖體有鐵廠溝巖體、哈圖西巖體、廟爾溝巖體、阿克巴斯套巖體和紅山巖體等，其形成年齡集中在275～327 Ma之間[11-14]，沿達拉布特斷裂北側(cè)可見一條蛇綠巖帶的出露，前人對蛇綠巖的成因及地質(zhì)意義進行了大量的研究工作[15-17]。

受區(qū)域構(gòu)造影響，礦區(qū)內(nèi)次級斷裂主要為NEE向和近EW向兩組，沿斷裂兩側(cè)發(fā)育著一系列石英脈型金礦。礦區(qū)出露地層為下石炭統(tǒng)太勒古拉組以及少量的第四系覆蓋層，太勒古拉組巖性為青灰色中性凝灰?guī)r，夾少量凝灰質(zhì)粉砂巖、砂巖、玄武質(zhì)熔巖(圖2)。礦體主要賦存于黃鐵礦化安山玢巖體內(nèi)，礦體長181 m，最大寬度118 m，平均寬81 m，呈橢圓柱狀產(chǎn)出，控制斜長達500 m。礦體長軸方向NEE，傾向NW，傾角約76°，具分枝、局部尖滅再現(xiàn)等現(xiàn)象(圖3)。巖體出露面積0.016 km2，呈長橢圓形，長軸走向近東西，長250 m，南北最寬119 m，向東西兩側(cè)逐漸變窄，周邊有一圈糜棱巖化帶，認(rèn)為該巖體是沿古火山噴發(fā)通道分布。礦石類型以蝕變巖型為主，礦物組合有黃鐵礦、自然金、磁黃鐵礦、鉀長石、石英和綠泥石，少量的方鉛礦和毒砂。圍巖受蝕變作用較強，主要蝕變有黃鐵礦化、硅化、鉀化、碳酸鹽化，其中金礦化與硅化、鉀化和黃鐵礦化關(guān)系最為密切。

2 黃鐵礦的產(chǎn)出特征

金礦化中黃鐵礦主要呈細脈浸染狀、網(wǎng)脈狀賦存于安山玢巖中。作者通過礦石組構(gòu)特征，將黃鐵礦的形成劃分為4個世代。Ⅰ世代形成于成礦前期，黃鐵礦呈自形晶，顆粒粗大(1～5 mm)，為立方體晶形，顏色較淺，淺銅黃色，呈星點狀分布于圍巖和巖體中，與黃銅礦、石英共同產(chǎn)出，含金性較差。石英以粗大的脈狀形態(tài)侵入，最寬將近1 m，透明度好。Ⅱ世代黃鐵礦多呈自形-半自形的立方體晶型，含少量的五角十二面體，粒徑0.06～1.00 mm，呈星點狀、透鏡狀分布在巖體中，受鉀長石化影響明顯，蝕變強烈的地段黃鐵礦含量增加，多與磁黃鐵礦共生，此世代的黃鐵礦含金性好。Ⅲ世代黃鐵礦多為薄膜、細脈狀，粒徑細小，約為0.05 mm，呈它形，顏色相對較深，沿早期的裂隙充填，石英為乳白色，與黃鐵礦、黃銅礦一起形成網(wǎng)脈狀、細脈浸染狀或脈狀礦石。Ⅳ世代黃鐵礦自形程度差，破碎嚴(yán)重，呈團塊狀分布，顏色為較深的銅黃色，常與方鉛礦、石英、自然金共同產(chǎn)出，對金礦化起指示作用，石英多為煙灰色，透明度差，呈細脈狀分布于礦石中。

圖1 西準(zhǔn)噶爾地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)王瑞等，2007[18]修改)Fig.1 Simplified geological map of the West Junggar(modified after Wang et al., 2007[18])

圖2 提依爾金礦礦區(qū)地質(zhì)簡圖① 中國黃金集團地質(zhì)有限公司. 新疆維吾爾自治區(qū)托里縣提依爾礦區(qū)金礦詳查報告. 2011. Fig.2 Geological sketch map of the Tiyier gold deposit① 中國黃金集團地質(zhì)有限公司. 新疆維吾爾自治區(qū)托里縣提依爾礦區(qū)金礦詳查報告. 2011.

圖3 提依爾金礦0、1號勘探線剖面圖① 中國黃金集團地質(zhì)有限公司. 新疆維吾爾自治區(qū)托里縣提依爾礦區(qū)金礦詳查報告. 2011. Fig.3 Geological sections along exploratory line of the Tiyier gold deposit① 中國黃金集團地質(zhì)有限公司. 新疆維吾爾自治區(qū)托里縣提依爾礦區(qū)金礦詳查報告. 2011.

3 樣品采集與分析方法

3.1 黃鐵礦熱電性標(biāo)型測試

3.1.1 測試原理及應(yīng)用

礦物熱電性是金屬或半導(dǎo)體礦物存在溫差條件下產(chǎn)生的熱電效應(yīng)的反映，主要與形成溫度和黃鐵礦的類質(zhì)同象替代有關(guān)，包括熱電系數(shù)和導(dǎo)電類型兩方面。熱電系數(shù)(α)是指處在溫差下的半導(dǎo)體礦物，由于溫差形成的非平衡載流子由高溫區(qū)向低溫區(qū)擴散，擴散的結(jié)果在礦物體內(nèi)形成了電場，對外表現(xiàn)為溫差熱電動勢[19-20]。熱電系數(shù)即為單位溫差時的熱電動勢[21]，其計算公式為:

α=E/(TH-TL)=E/Δt

(1)

式中:α為熱電系數(shù)，μV·℃-1；E為熱電動勢，μV；Δt為高溫TH與低溫TL的溫差，℃。

黃鐵礦是半導(dǎo)體礦物，存在兩種導(dǎo)電類型，即空穴型(P型)和電子型(N型)，當(dāng)熱電動勢E>0時，礦物為P型導(dǎo)電；當(dāng)熱電動勢E<0時，礦物則為N型導(dǎo)電[22]。前人對黃鐵礦熱電性進行大量的研究工作[23-24]發(fā)現(xiàn)，成礦早期高溫條件下形成的黃鐵礦呈N型，是由于黃鐵礦結(jié)晶時Co、Ni等離子雜質(zhì)進入晶格替代Fe形成的；晚期低溫條件下形成的黃鐵礦呈P型，是由于As、Sb等離子雜質(zhì)進入晶格替代S形成的。從一般熱液礦床原生暈的分帶序列來看，Co、Ni暈常在礦體下部富集，而As、Sb等揮發(fā)組分常在礦體上部聚集，即礦體上部形成的黃鐵礦的熱電性呈P型，礦體下部則易形成N型導(dǎo)電的黃鐵礦，礦體中間部位導(dǎo)型呈過渡變化[25-26]。

3.1.2 測試方法及結(jié)果

由于提依爾金礦目前為露天開采，為了更好地進行深部成礦預(yù)測，利用已有鉆孔進行系統(tǒng)的樣品觀察及采樣工作，共采集2條勘探線5個鉆孔中含黃鐵礦礦石樣品62件，并挑選黃鐵礦單礦物。本文實驗測試采用的是BH-08型熱電儀，在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)巖礦實驗室完成，活化溫度選取45 ℃[27]。將挑回的黃鐵礦單礦物研磨至40～60目，測試前用酒精去除黃鐵礦單晶表面雜質(zhì)。對礦區(qū)62件樣品，每件樣品隨機選取50粒黃鐵礦單礦物，共計3 100粒進行測試，測試的熱電系數(shù)精確到小數(shù)點后一位。

測試結(jié)果(表1)表明，提依爾金礦區(qū)黃鐵礦熱電系數(shù)變化范圍為-374.1～490.3 μV·℃-1，數(shù)值波動較大。其中N型黃鐵礦α變化范圍為-374.1～-2.4 μV·℃-1，集中于-246.9～-25.8 μV·℃-1；P型黃鐵礦變化于2.4～490.3 μV·℃-1，集中于32.5～370.8 μV·℃-1。導(dǎo)電類型以P-N混合型為主，各鉆孔中P型黃鐵礦出現(xiàn)率在空間上呈振蕩規(guī)律變化，平均為76.7%。

表1 提依爾金礦黃鐵礦熱電性特征參數(shù)

(續(xù)表)表1 提依爾金礦黃鐵礦熱電性特征參數(shù)

3.2 黃鐵礦微量元素標(biāo)型測試

在熱液礦床中，由于微量元素地球化學(xué)活動性存在差異，導(dǎo)致在空間上往往具有比較規(guī)律的元素分帶特征。前人認(rèn)為，典型金礦床原生暈垂向分帶可概括為:礦體前緣暈及上部富集As、F、Hg、Sb等活動性強的低溫元素；礦體中部富集Au、Ag、Cu、Pb、Zn等中溫親銅元素；礦體下部及尾部富集Bi、Mo、Mn、Co、Ni等高溫親石元素[28]。礦化元素的空間分帶性能較好地在黃鐵礦的微量元素中反映出來。在進行礦化元素分帶分析時，考慮到礦石物質(zhì)成分組成的不均一性，利用礦石微量元素進行空間分帶性分析出現(xiàn)的誤差較大，不利于正確的分析；而對黃鐵礦中的微量元素進行空間分布特征分析，能更好地顯示成礦的地球化學(xué)空間演化規(guī)律。在熱液礦床中，此方法在深部礦體找尋預(yù)測方面得到廣泛的應(yīng)用。

在進行黃鐵礦熱電性測試采樣的同時，挑選各鉆孔不同標(biāo)高的36件黃鐵礦礦石，送往河北廊坊中鐵物探勘察有限公司進行33種微量元素ICP-MS測試分析，測試數(shù)據(jù)見表2。

4 討 論

4.1 黃鐵礦熱電性與成礦溫度

黃鐵礦的熱電系數(shù)與其礦物的形成溫度有密切關(guān)系，不同溫度條件下形成的黃鐵礦，其熱電系數(shù)和導(dǎo)電類型是不同的，高溫條件下形成的黃鐵礦多為N型，中溫條件下多為P-N或N-P混合型，低溫條件下則多為P型[29]。P.A·戈爾巴喬夫在1964年對大量黃鐵礦的熱電性進行了研究，發(fā)現(xiàn)黃鐵礦的熱電系數(shù)可以應(yīng)用于形成溫度的標(biāo)定，得出黃鐵礦的熱電系數(shù)-溫度相關(guān)關(guān)系圖以及相關(guān)的線性方程[30]:

表2 提依爾金礦床0、1號勘探線各鉆孔中黃鐵礦微量元素含量(wB/10-6)

t=(704.51-α)/1.818 (N型)

(2)

t=3×(122.22+α)/5.0 (P型)

(3)

將所測得的提依爾金礦床內(nèi)黃鐵礦的熱電系數(shù)值代入上式中，得到黃鐵礦的形成溫度范圍為76.21～384.06 ℃，其中N型黃鐵礦的形成溫度為267.92～384.06 ℃，均值310 ℃，P型黃鐵礦的形成溫度為76.21～334.52 ℃，均值200 ℃。將計算出的溫度數(shù)據(jù)投點于熱電系數(shù)-溫度圖(圖4)上，顯示出黃鐵礦形成溫度主要集中在100～330 ℃之間，屬于中低溫?zé)嵋旱V床，與石英流體包裹體測得成礦溫度110～310 ℃基本吻合。

圖4 提依爾金礦黃鐵礦熱電系數(shù)-溫度圖解Fig.4 Relationship between thermoelectricity and temperatures of pyrites from the Tiyier gold deposit

4.2 黃鐵礦熱電性與含金性的關(guān)系

前人研究認(rèn)為，P型和P-N型黃鐵礦含金量高，N型黃鐵礦含金量較少[31-32]，根據(jù)各鉆孔金品位變化值和表1中的數(shù)據(jù)，繪制熱電性和金品位隨不同標(biāo)高變化曲線圖(圖5)。

鉆孔ZK01中黃鐵礦熱電系數(shù)變化范圍在-264.6～469.9.1 μV·℃-1之間，其中P型黃鐵礦熱電系數(shù)主要集中在61.5～300.1 μV·℃-1之間，在670～390 m標(biāo)高范圍內(nèi)減少→增大→減少的趨勢，且黃鐵礦導(dǎo)型由P-N→P→N變化，與金品位變化趨勢基本一致(圖5A)，表明該鉆孔中所采取的黃鐵礦位于礦體的中下部，P型出現(xiàn)頻率平均為69%，礦化前景差。

圖5 提依爾金礦各鉆孔P型黃鐵礦出現(xiàn)率垂向變化趨勢圖Fig.5 Attitude-changing trend diagrams of frequency of P-type pyrites from various drillholes in the Tiyier gold deposit

鉆孔ZK02中黃鐵礦熱電系數(shù)變化范圍在-374.1～473.4 μV·℃-1之間，其中P型黃鐵礦熱電系數(shù)主要集中在158.1～339.9 μV·℃-1之間，在600～460 m標(biāo)高范圍內(nèi)熱電系數(shù)、P型出現(xiàn)率、金品位三者波動較大(圖5B)，說明此區(qū)段內(nèi)成礦活躍，460 m標(biāo)高以下P型出現(xiàn)率逐漸降低，P型出現(xiàn)頻率平均為79%，礦化前景也較差，但比ZK01礦化前景大。

鉆孔ZK04中黃鐵礦熱電系數(shù)變化范圍介于-366.2～454.5 μV·℃-1之間，其中P型黃鐵礦熱電系數(shù)范圍集中在154.9～331.6 μV·℃-1之間，取樣標(biāo)高350～250 m，P型出現(xiàn)率先增加后減少，與品位變化整體趨勢一致(圖5C)，P型出現(xiàn)頻率平均為82%，礦化前景較好。

鉆孔ZK11中黃鐵礦熱電系數(shù)變化范圍介于-246.9～490.3 μV·℃-1之間，其中P型黃鐵礦熱電系數(shù)范圍集中在251.3～318.1 μV·℃-1之間，在標(biāo)高范圍內(nèi)P型出現(xiàn)率與金品位變化趨勢保持一致(圖5D)，且P型出現(xiàn)頻率93%，預(yù)示礦體沿鉆孔方向向深部有一定的延伸。

鉆孔ZK12中黃鐵礦熱電系數(shù)變化范圍介于-242.1～469.9 μV·℃-1之間，其中P型黃鐵礦熱電系數(shù)范圍集中在141.4～318.1 μV·℃-1之間，P型出現(xiàn)率變化波動較大(圖5E)，出現(xiàn)頻率平均為86.7%，且在410 m標(biāo)高處P型出現(xiàn)率為100%，預(yù)測往下可能存在較好的礦化遠景。

圖6 頭暈元素(As+Sb+Se+Te)垂直縱投影等值線圖Fig.6 Contour vertical projection of the head halo elements(As+Sb+Se+Te)

圖7 近礦暈元素(Cu+Pb+Zn)垂直縱投影等值線圖Fig.7 Contour vertical projection of the near ore halo elements(Cu+Pb+Zn)

黃鐵礦呈單一導(dǎo)電類型，明確顯示提依爾金礦深部具有含礦遠景，P型高出現(xiàn)率往往對應(yīng)金的高品位，0線ZK01、ZK02、ZK04中P型黃鐵礦所占比例逐漸增大，依次為69%、79%、82%，1線ZK11、ZK12中P型黃鐵礦所占比例比0號勘探線偏大，說明1線找礦前景比0號線大。提依爾金礦中黃鐵礦的導(dǎo)型絕大部分(80%)為P型，與周邊金礦(如哈圖金礦)P型黃鐵礦出現(xiàn)率為79%，包古圖金礦P型黃鐵礦出現(xiàn)率為77%，基本一致，說明該礦具有成為大礦的可能。

將提依爾金礦床0、1號勘探線各鉆孔中測得的黃鐵礦微量元素分為頭暈元素組合(As+Sb+Se+Te)、近礦暈元素組合(Cu+Pb+Zn)和尾暈元素組合(Ti+Ni+Cr+Co)，根據(jù)元素組合在不同標(biāo)高的含量分別投制垂直縱投影圖(圖6,7,8)，對該礦床進行深部遠景評價。

圖8 尾暈元素(Ti+Ni+Cr+Co)垂直縱投影等值線圖Fig.8 Contour vertical projection of the tail halo elements(Ti+Ni+Cr+Co)

4.3 黃鐵礦微量元素對深部成礦預(yù)測

從頭暈元素(As+Sb+Se+Te)等值線圖(圖6)可以看出，0號線頭暈元素從上到下整體呈下降的趨勢，但是在ZK02中480 m和350 m標(biāo)高處元素有一定的富集，反映該范圍內(nèi)礦化活動較強；1號線頭暈元素在550 m標(biāo)高下含量普遍較高，說明礦體淺部遭受一定的剝蝕，且450 m標(biāo)高下可能有盲礦體的存在。從近礦暈元素(Cu+Pb+Zn)等值線圖(圖7)可以看出，0號線近礦暈元素整體向北有富集的趨勢，在350 m標(biāo)高處含量達到最大，說明目前還處于礦體中段，礦體向下還有一定的延伸；1號勘探線近礦暈元素總量要低于0號線，ZK12中近礦暈元素呈旋回式特征，具有多個集中區(qū)，是熱液活動強烈的體現(xiàn)，且往北同樣有富集的趨勢，指示ZK12北450 m標(biāo)高往下有盲礦體的可能。尾暈元素(Ti+Ni+Cr+Co)等值線圖(圖8)可以看出，0號線上ZK01→ZK02→ZK04(從南到北)尾暈元素含量逐漸降低，在250 m標(biāo)高處ZK01中尾暈元素含量達到最大，預(yù)示該鉆孔已打到礦體的底部，ZK04在250 m標(biāo)高往下具有一定的成礦潛力；1號線尾暈元素在550 m標(biāo)高上部含量較高，往下減少，且在ZK12中450 m含量到達最少，往下找礦潛力較好。

綜上所述，0號線ZK01→ZK02→ZK04和1號線ZK11→ZK12成礦潛力逐漸增大，預(yù)測0、1號勘探線之間NW方向是最佳找礦遠景，與礦體產(chǎn)出狀態(tài)也能很好地對應(yīng)起來(礦體傾向NW)。同時，在650—400 m標(biāo)高范圍內(nèi)，元素分帶具有旋回式特點，整體趨勢與鉆孔中金品位相對應(yīng)，反映提依爾金礦具有多期熱液疊加成礦，疊加部分既是金含量高值區(qū)范圍，又是元素分帶異常區(qū)。

5 結(jié) 論

(1)黃鐵礦是提依爾金礦的主要載金礦物，其產(chǎn)出可分為4個世代，從Ⅰ世代到Ⅳ世代，黃鐵礦的結(jié)晶程度由簡單到復(fù)雜的趨勢，粒徑也表現(xiàn)為由大變小。與金密切相關(guān)的黃鐵礦具顆粒細小，碎裂嚴(yán)重。

(2)根據(jù)熱電數(shù)據(jù)投于熱電系數(shù)-溫度圖，得到提依爾金礦成礦溫度主要集中在100～330 ℃范圍，屬中低溫礦床。

(3)黃鐵礦的導(dǎo)型以P-N混合型為主(80%)，與周邊超大型金礦哈圖金礦P型黃鐵礦出現(xiàn)率為79%，包古圖金礦P型黃鐵礦出現(xiàn)率為77%，基本一致，說明該礦具有成為大礦的可能；結(jié)合各鉆孔金品位垂向變化圖，可知P型黃鐵礦出現(xiàn)率與金品位高值區(qū)呈正相關(guān)關(guān)系，且與礦體側(cè)伏方向一致，預(yù)示礦體向深部有一定的延伸。

(4)根據(jù)黃鐵礦成因礦物學(xué)特征(熱電性和微量元素)進行成礦遠景預(yù)測，認(rèn)為目前見礦部位位于礦體中上部，提出0、1號勘探線之間250 m標(biāo)高以下沿NW向具有較好的找礦潛力。

致謝:感謝中國黃金集團地質(zhì)有限公司盧樹東教授級高級工程師和王全樂工程師及金福黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司李磊工程師對野外工作的大力協(xié)助。

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