斑岩铜金成矿系统中黄铁矿的元素含量与热电性特征研究.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW193斑岩铜金成矿系统中黄铁矿的元素含量与热电性特征研究王蓓琪1)，宋扬2)，李发桥2)，孙豪2)1)中国地质大学（北京），北京，100083；2）中国地质科学院矿产资源研究所，北京，100037注：本文为国家自然科学基金项目（编号：42172100）和自然资源部杰出青年人才项目（编号：KY-BR-XZ-202006）联合资助的成果。稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：方向。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.079作者简介：王蓓琪，女，1999 年生，硕士研究生，矿物学、岩石学、矿床学专业；Email：。通讯作者：宋扬，男，1983 年生，研究员，主要从事资源勘查学研究；Email：。关键词：关键词：斑岩铜金成矿系统；黄铁矿；主微量元素；热电性黄铁矿广泛分布在铜金矿床及其蚀变带中，其热电性、主微量元素等成分特征不仅可反演成矿流体的演化过程，而且可记录成矿物理化学条件的细微变化(申俊峰等，2021)。斑岩铜金成矿系统是世界上铜、金资源最重要的来源之一，斑岩型铜金矿床与浅成低温热液型金银矿床常构成两个不同就位深度的统一体系(Sillitoe，2010)。本文通过系统对比斑岩铜金成矿系统中低位域斑岩型铜金矿床和高位域浅成低温热液型金矿中的黄铁矿主微量元素特征和热电性特征，取得了一些新认识。1黄铁矿主微量元素特征本文在分类总结各类型矿床地质特征的基础上，选取统计近矿围岩和主成矿期或与矿化同期的近200 个黄铁矿样品分析数据。1.1黄铁矿主量元素特征黄铁矿主量元素包括 Fe 和 S，通常认为 S 元素含量是(S)=53.35%，Fe 元素含量(Fe)=46.55%，比值(S)/(Fe)=1.148。前人认为黄铁矿在形成时会有微量元素的混入，会导致 Fe 和 S 的元素含量达不到理论值，当 w(S)53.35%时表现为亏 S 的特征，w(Fe)46.55%时表现为亏 Fe 的特征(严育通等，2012)。本文统计发现斑岩铜矿、浅成低温热液金矿都有亏 S 和亏 Fe 的特点。根据杂质含量（Fe、S 绝对值越小，所含杂质越小）方面来看(严育通等，2012)，斑岩铜矿所含的杂质较少，浅成低温热液金矿含有最多的杂质，该现象可解释为斑岩铜金成矿系统中的初始流体来源于单一相的高温、低盐度的富气流体(侯增谦等，2009)，此时斑岩铜矿所生成的黄铁矿中 Fe、S 元素含量较高，所含杂质较少。在气相流体（酸性）持续上升的过程中形成低盐度、中低温的液相流体，在叠加大气水的混合或流体沸腾、去硫作用，浅成低温热液金矿中黄铁矿杂质越多，说明此时越靠近矿体上部，温度区间恰好处于多金属硫化物阶段，黄铁矿易吸附各种元素和杂质，导致黄铁矿中的 Fe和 S 来不及重组成理想的晶体就结晶出来。1.2黄铁矿微量元素特征（1）Co/Ni 特征。与黄铁矿主量元素特征研究相比，微量元素的种类在 50 种以上，其中最受关注的是 Co、Ni 含量和 Co/Ni 比值，斑岩铜矿中黄铁矿的 Co、Ni 含量和 Co/Ni 明显高于浅成低温热液金矿中的浓度，但浅成低温热液金矿中的 Co、Ni 浓度范围变化较大（图 1）。温度控制了黄铁矿中微量元素的种类和含量(李胜荣等，1996)，高温环境中有利于黄铁矿的 Co、Ni 元素类质同象取代Fe 形成 CoS2和 NiS2，在斑岩铜矿中，成矿温度较高，有大量 Co、Ni 类质同象替代 Fe，形成不连续的固溶体，Ni 进行类质同象是有限的，所以斑岩铜矿床具有极高的 Co、Ni 含量，且 Co/Ni 值比浅成低温热液金矿床的 Co/Ni 值大；浅成低温热液金矿床中黄铁矿 Co、Ni 元素浓度范围变化大，可能是低硫化浅成低温热液金矿的成矿流体混入降水，高硫化浅成低温热液金矿更有利于发生 Co、Ni 元素类质同象的发生，使得 Co、Ni 元素含量较高，但总体浓度范围变化较大。（2）Co-Ni-As 特征。前人曾总结黄铁矿的微量元素特征，并用 Co-Ni-As 三角图解反映成因类型(严育通等，2012)。一般而言，低温环境更利于As 进入黄铁矿结晶体系，且 As 在一定的温度范围地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1194内会影响 Au 在流体与黄铁矿之间的分配，所以黄铁矿中的 As 异常通常可判别黄铁矿的含 Au 性(申俊峰等，2021)。不同类型矿床中黄铁矿的 As-Co-Ni不同，元素含量变化与温度和晶体结构的变化有一定的关系，As 属于低温元素，越接近地表含量越大。本次对比发现，斑岩铜矿、浅成低温热液金矿中黄铁矿主要集中在 Ni 含量低于 25%，富 Co 和富 As的区域中，但斑岩铜矿中黄铁矿数据更富集 Co，浅成低温热液金矿更富集 As（图 2）。2黄铁矿热电性特征黄铁矿热电性是由于矿物两端表面温度的差异而产生热电效应的性质，与类质同象替代有关，导电类型有电子型（N 型）和空穴型（P 型）两种(陈光远等，1996)。斑岩铜矿中热液温度高，富 Co、Ni，结晶时 Fe 被 Co、Ni 替代，易形成 N 型黄铁矿，热电系数为负值；浅成低温热液金矿位于斑岩铜金成矿系统上部，温度较低，Co、Ni 浓度较低，不易发生类质同象，富 As 元素，易形成 P 型黄铁矿，热电系数为正值(彭义伟等，2020)。本次研究发现，斑岩铜矿床中多形成 N 型黄铁矿，浅成低温热液金矿中以 P 型黄铁矿为主，如若成矿热液中有部分地下渗流水和大气水，导电类型以 N 型黄铁矿为主。这表明在斑岩铜金成矿系统中，黄铁矿热电性特征与其空间分布及形成温度有一定的相关性。3结论（1）斑岩铜矿中黄铁矿以 N 型黄铁矿为主，亏 Fe 亏 S，杂质含量少，富 Co、Ni 等高温元素，Co/Ni 较高；浅成低温热液金矿中黄铁矿以 P 型黄铁矿为主，亏 Fe 亏 S，杂质含量多，富 As 低温元素，Co/Ni 较低，显示成矿的空间演化规律，可为研究矿床形成环境提供一定的依据。（2）黄铁矿热电性特征受元素和温度的影响，总结为 N 型黄铁矿位于岩浆热液型的近热液端（高温端），P 型黄铁矿位于岩浆热液型的远热液端（低温端），可利用黄铁矿的热电性特征进行矿化强度和深部矿体的预测等。参考文献/References陈光远,孙岱生,邵岳.1996.胶东昆嵛山二长花岗岩副矿物成因矿物学研究.现代地质,第 2 期:175186.侯增谦,杨志明.2009.中国大陆环境斑岩型矿床:基本地质特征、岩浆热液系统和成矿概念模型.地质学报,83(12):17791817.李胜荣,陈光远,邵伟著.1996.胶东乳山金矿田成因矿物学.北京:地质出版社,1116.彭义伟,顾雪祥,章永梅,王新利,郑少华,王冠南.2020.新疆阿希与塔吾尔别克金矿床的成因联系:来自流体包裹体、S-Pb 同位素和黄铁矿热电性的证据.地质学报,94(10):29192945.申俊峰,李胜荣,黄绍锋,卿敏,张华锋,许博.2021.成因矿物学与找矿矿物学研究进展(20102020).矿物岩石地球化学通报,40(03):610623+777.严育通,李胜荣,贾宝剑,张娜,闫丽娜.2012.中国不同成因类型金矿床的黄铁矿成分标型特征及统计分析.地学前缘,19(04):214226.Sillitoe R H.2010.Porphyry Copper Systems.Economic Geology,105(1):341.WANG Beiqi，SONG Yang，LI Faqiao，SUN Hao：Studyon element content and thermoelectric properties of pyritein porphyry copper-gold metallogenic systemKeywords：Porphyry copper-gold metallogenic system；pyrite；main trace elements；thermoelectricity图 1不同矿床类型中的黄铁矿的 Co/Ni 特征图 2不同矿床类型中的黄铁矿的 Co-Ni-As 特征