山東乳山金青頂金礦床金的賦存狀態(tài)研究

吳敏，張燕揮，于建濤，李增勝，徐珺，張朋朋，遲乃杰

(1.山東黃金礦業(yè)股份有限公司礦業(yè)管理分公司，山東 濟(jì)南 250100；2.山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250013；3.山東金洲礦業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 威海 264500；4.自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

在含硫化物金礦床中，黃鐵礦是最重要的載金礦物之一，金在黃鐵礦中主要以裂隙金、晶隙金、包裹金以及固溶體金等賦存形式存在。研究黃鐵礦中金的礦物學(xué)特征，可以提高金礦勘探成功率，同時(shí)在礦石的選冶中可以提高金的回收率。除了工業(yè)上的作用，其還具有重要的學(xué)術(shù)意義，在硫化物的晶體化學(xué)，礦床成因以及成礦演化等研究領(lǐng)域，可以提供一定的理論依據(jù)[1]。

牟平-乳山金礦帶位于華北克拉通東南緣，該金礦帶金礦類型明顯區(qū)別于膠西北金礦集中區(qū)的焦家型和玲瓏型[2-3]，礦石富含硫化物。金青頂金礦床位于該金礦帶中段，是我國目前發(fā)現(xiàn)的規(guī)模最大的含金硫化物石英脈型金礦床[4]。前人對(duì)金青頂金礦的礦床地質(zhì)特征[4-6]、疊加暈特征[7]、圍巖蝕變[8-9]、找礦預(yù)測[10-12]、碲金成礦機(jī)理[13-15]、成礦物質(zhì)及成礦流體來源[16]等方面取得了一些研究成果。硫化物中金常以顯微—次顯微金甚至納米金顆粒出現(xiàn)，普通光學(xué)顯微鏡難以直接觀察到，電子探針微束分析是一種顯微結(jié)構(gòu)與成分分析相結(jié)合的微區(qū)原位分析技術(shù)，具有制樣簡單、無損、分辨率高、定量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，在微粒礦物鑒定及賦存狀態(tài)研究中得到廣泛應(yīng)用，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡鑒定和定量較為困難的缺點(diǎn)。本文通過電子探針能譜儀和波譜儀對(duì)金青頂金礦硫化物中金礦物的礦物學(xué)特征、化學(xué)成分和賦存狀態(tài)進(jìn)行了精細(xì)研究，并探討了黃鐵礦與金成礦的關(guān)系。

1 地質(zhì)背景

礦區(qū)處于牟平-乳山金成礦帶中部,華北板塊(Ⅰ)膠南-威海造山帶(Ⅱ)膠南-威海隆起區(qū)(Ⅲ)威海隆起(Ⅳ)威海凸起(Ⅴ)西部。區(qū)域上出露地層主要為古元古代荊山群，巖性主要有黑云變粒巖，透閃石大理巖，斜長角閃巖，黑云斜長片麻巖等。區(qū)內(nèi)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，斷裂構(gòu)造發(fā)育，以NNE和NE向?yàn)橹?，縱貫全區(qū)，為區(qū)內(nèi)含金石英脈型金礦床的重要控礦構(gòu)造[6]。

金青頂金礦床的圍巖為昆崳山花崗巖，將軍石-曲河莊斷裂是該礦床的控礦構(gòu)造，礦區(qū)處于斷裂南端，該斷裂縱貫全區(qū)，也是區(qū)內(nèi)最大的斷裂(圖1)。礦區(qū)內(nèi)主礦體為Ⅱ號(hào)礦體，礦體中上部為單脈，由含金硫化物石英脈組成，深部主礦脈兩側(cè)出現(xiàn)許多微細(xì)礦脈。區(qū)內(nèi)圍巖蝕變發(fā)育，有鉀長石化、硅化、絹云母化、絹英巖化、黃鐵絹英巖化、菱鐵礦化、綠泥石化、綠簾石化、碳酸鹽化等[14]。

1—第四系；2—白堊紀(jì)火山巖；3—古元古代粉子山群；4—古元古代荊山群；5—三佛山二長花崗巖；6—垛崮山二長花崗巖；7—瓦善弱片麻巖中粒二長花崗巖；8—五爪山含榴二長花崗巖；9—中生代鵲山二長花崗巖；10—斷層；11—金礦床；12—城市圖1 金青頂金礦床地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[8]修改)

2 樣品采集及實(shí)驗(yàn)方法

本次研究以含金硫化物石英脈為研究對(duì)象，采自金青頂金礦床Ⅱ號(hào)礦體。挑選出代表性的樣品磨制成電子探針片，電子探針片在高真空環(huán)境下表面噴鍍一層導(dǎo)電碳膜，然后在電子探針分析儀上進(jìn)行X射線能譜分析(EDS)和電子探針波譜定量分析(WDS)。

電子探針分析是在山東省地質(zhì)科學(xué)研究院自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，應(yīng)用JEOL JXA-8230型電子探針對(duì)金的賦存狀態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。測試條件如下：加速電壓20kV，束流2.0×10-8A，束斑1μm，采用ZAF修正法。主量元素(含量大于1%)：峰值積分時(shí)間10s，背景積分時(shí)間5s；微量元素(含量小于1%):峰值積分時(shí)間20s，背景積分時(shí)間10s。所用標(biāo)樣均為加拿大Astimex公司系列標(biāo)樣。針對(duì)不同元素使用了不同的標(biāo)樣，Au、Ag、Te使用的是純金屬標(biāo)樣；S、Fe使用的標(biāo)樣是黃鐵礦；Se使用的標(biāo)樣是硒化鉍；Co使用的標(biāo)樣是砷鈷鎳礦；Ni使用的標(biāo)樣是鎳黃鐵礦；Cu使用的標(biāo)樣是赤銅礦；Zn使用的標(biāo)樣是閃鋅礦；Pb使用的標(biāo)樣是方鉛礦。能譜分析采用英國牛津INCAx-act350型能譜儀，測試條件如下：電壓20kV，采用點(diǎn)模式X射線采集，采集時(shí)間20s,處理時(shí)間5s,采用無標(biāo)樣定量分析法。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度：24℃，濕度：40%。

3 結(jié)果與討論

3.1 礦石礦物組成及特征

礦石構(gòu)造主要有塊狀、浸染狀、條帶狀等(圖2)，根據(jù)顯微鏡及電子探針分析，主要金屬礦物為黃鐵礦，少量閃鋅礦、方鉛礦、碲鉛礦、碲鉍礦，黃銅礦。主要非金屬礦物為石英，少量絹云母。金礦物為自然金，碲金銀礦，其中主要載金礦物為黃鐵礦，其次黃銅礦。

Q—石英；Py—黃鐵礦圖2 金青頂金礦床礦石礦物組成

3.2 金的賦存狀態(tài)研究

電子探針背散射電子圖像(BSE)是利用入射電子被試樣表面組成原子所反射的電子成像，其明暗程度主要決定于組成試樣的平均原子序數(shù)，原子序數(shù)越高，背散射圖像越亮。金礦物在背散射圖像中的亮度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于黃鐵礦和透明礦物。在背散射圖像下找到感興趣的礦物，通過能譜儀來進(jìn)行定性分析，可以判斷礦物的種類，之后再通過波譜儀進(jìn)行定量分析，就可以得到礦物的準(zhǔn)確化學(xué)成分。因此，本次研究主要通過電子探針背散射圖像、能譜儀分析、波譜分析等對(duì)金的賦存狀態(tài)進(jìn)行研究，得到金礦物的化學(xué)成分、共生組合特征、元素分布特征等。

通過分析發(fā)現(xiàn)金礦物主要以自然金、碲金銀礦為主，少量碲金礦，以包裹金和裂隙金為主，少量晶隙金。金礦物主要特征如下。

(1)自然金，見圖3A、圖3B，呈不規(guī)則粒狀或條狀，主要包裹在黃鐵礦中或充填在裂隙中。根據(jù)電子探針波譜分析結(jié)果(表1)，Au含量83.33%～84.44%，Ag含量13.70%～16.02%，F(xiàn)e含量0.55%～1.90%，含微量S、Co、Ni、Te等，金的成色830～844。

A—黃鐵礦中的裂隙金;B—黃鐵礦中的包裹金；C—黃鐵礦晶隙中的碲金銀礦；D—黃鐵礦中包裹的碲金礦圖3 金礦物背散射圖像及能譜分析圖

(2)碲金銀礦，見圖3C，主要分布于黃鐵礦的裂隙中，與碲銀礦密切共生。根據(jù)電子探針波譜分析結(jié)果(表1)，碲金銀礦中Te含量為32.30%～34.09%，Au含量為22.07%～25.20%，Ag含量為40.54%～41.98%，F(xiàn)e含量為0.66%～1.21%，含有微量的S、Zn、Co等。

(3)碲金礦，見圖3D，顆粒較小1～5μm，呈不規(guī)則粒狀包裹于黃鐵礦中。根據(jù)電子探針波譜分析結(jié)果(碲金礦數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[15])(表1)，碲金礦中Te的含量為55.06%～55.29%，Au的含量為40.71%～40.82%，Ag的含量為0.96%～1.07%，F(xiàn)e的含量為1.14%～3.0%，含有微量的S、Zn、Cu等。

3.3 黃鐵礦沉淀與金成礦的關(guān)系

黃鐵礦是與金成礦關(guān)系最密切的礦物，其沉淀過程從金成礦早期延續(xù)到金成礦晚期。探究其顯微尺度下的結(jié)構(gòu)、元素成分及同位素上的變化，將有助于了解黃鐵礦的復(fù)雜生長歷史，精確厘定含礦物質(zhì)來源與演化過程，深入理解成礦機(jī)理與金沉淀機(jī)制[17-20]。一般認(rèn)為,金傾向于以固溶體金(Au+)或納米顆粒金(Au0)的“不可見金”形式在含As黃鐵礦中富集，而As通常以As-形式替代黃鐵礦晶格中S-的位置[21]。但金青頂金礦床黃鐵礦中貧As元素而富含Te礦物，而低的As含量可能導(dǎo)致Au難以進(jìn)入黃鐵礦晶格中，導(dǎo)致金很難以固溶體金的形式賦存于黃鐵礦中，金的礦化以可見金為主。金礦物的形成更有可能是伴隨著黃鐵礦的沉淀，成礦熱液中的硫逸度降低，成礦流體體系達(dá)到金的過飽和從而直接沉淀所形成,而非早期黃鐵礦“再活化”所致。另外黃鐵礦廣泛發(fā)育的裂隙晶隙等微結(jié)構(gòu)也為含金流體提供了高效的擴(kuò)散通道和有利的金沉淀空間和條件[22]。

4 結(jié)論

本文采用電子探針能譜儀和波譜儀對(duì)金青頂金礦床礦石中金礦物進(jìn)行了詳細(xì)研究，對(duì)金化物礦物種類、共生關(guān)系和化學(xué)成分進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論。

(1)金礦物主要以自然金、碲金銀礦為主，少量碲金礦，化學(xué)成分含有微量Fe、S、Co、Ni、Zn等，自然金的成色830～844。

(2)查明了金的賦存狀態(tài)，金礦物包裹在黃鐵礦之中或者充填在黃鐵礦的裂隙中，金礦物的形成可能是因?yàn)槌傻V流體體系達(dá)到金的過飽和從而直接沉淀所形成。