新疆伊吾县绿源金矿地质特征及金的赋存状态研究

朱西奎，邓刚，贾红旭，张佳儒，陈疆，孙韶栋，张建恩，路通

（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队，新疆 哈密 839000）

绿源金矿位于新疆哈密市淖毛湖镇北东40 km，距哈密市约300 km。矿区大地构造位于哈萨克斯坦-准噶尔板块东北部三塘湖晚古生代弧间盆地内（图1），成矿带属古亚洲成矿域准噶尔成矿省，琼河坝(岛弧带)Cu-Mo-Fe-Au-明矾石成矿带东部，是环准噶尔斑岩铜矿带重要组成部分[1]。区内火山-岩浆活动强烈，为矿（化）点形成提供了主要矿物来源，火山构造控制区内金矿床和矿体的分布。前人对该区带上典型矿床淖毛湖北山金矿成矿时代及成矿模式研究较系统[2,3]，而对载金矿物及金的赋存形态等研究较少。本文通过对绿源金矿床地质特征进行总结，结合主要载金矿物电子探针分析结果，对该矿床载金矿物及金的赋存形态进行了初步探讨。

图1 绿源金矿区域地质图Fig.1 The regional geological map of the Lvyuan gold deposit

1 矿区地质特征

矿区出露地层主要为下石炭统那林卡拉组、上石炭统巴塔玛依内山组等。下石炭统那林卡拉组岩性以英安质钙质砂岩、凝灰质砂岩、凝灰质砾岩为主；上石炭统巴塔玛依内山组岩性主要为流纹岩夹石泡流纹岩、流纹质熔结凝灰岩、流纹质火山角砾岩等。矿体主要赋存于巴塔玛依内山组二段中，岩石组合为一套酸性火山熔岩夹中酸性火山碎屑岩。该组及那林卡拉组中发育有以金矿化为主的矿化蚀变带12处，其中7条矿化蚀变带呈NE向展布，3条呈近NS向展布，1条呈EW向展布（图2）。该区矿化蚀变类型较多，矿化程度较高。矿（化）体围岩蚀变有黄铁矿化、硅化、褐铁矿化、黄钾铁矾化、高岭土化等。其中以黄铁矿化、硅化为主，硅化在岩石中呈条带状或细脉状沿节理充填并交代围岩。

矿化蚀变带受区内断层构造控制明显，区内断层较发育，总体以NW向、NE向、EW向为主。NW向为区域构造线方向，断层相对规模较大，控制整体构造格局；NE向断层多为NW向断层的次级构造，规模相对较小，控制主要矿化蚀变带展布，为区内重要控矿构造；EW向断层较少，多为平移断层，规模相对较小。

2 矿床地质特征

矿区内共圈定出工程控制矿体28个，矿体长30～300 m，视厚度1～10.4 m，延深80～250 m（图2）❶张佳儒，夏毅，张建恩，等.新疆伊吾县绿源金矿预普查报告.2015。矿体品位1.01～45.82 g/t，具深部变富趋势。矿体呈似层状、条带状、透镜状，赋矿岩石多为硅化（玉髓化）构造角砾岩、流纹岩，少量为含金石英脉，金矿体对围岩选择无明显规律，矿体产状整体呈NE向，多受断裂控制。

矿体主要由硅化黄铁矿化碎裂流纹岩、硅化黄铁矿化构造角砾岩及黄铁矿化石英网脉组成（图3）❶。硅化黄铁矿化碎裂流纹岩中碎裂程度越发育，微细黄铁矿化程度愈高，金品位愈高。矿层中主要以硅化蚀变和黄铁矿化蚀变为主，伴有高岭土化、碳酸盐化、黄钾铁矾，局部见萤石化等。

图2 绿源金矿矿区地质图Fig.2 Geological map of Lvyuan gold deposit

图3 绿源金矿0号勘探线剖面图Fig.3 The profile of line 0 in Lvyuan gold deposit

矿石构造多为细脉-网脉状构造（图4-B），角砾状构造（图4-A），少量呈稀疏浸染状。矿石结构主要以自形-半自形晶粒状结构为主，次为他形晶粒状结构、填隙结构、交代残余结构等。矿区普遍发育叶片状方解石（图4-D），部分叶片状方解石被石英交代形成格子状石英（图4-C），反映成矿过程中热液发生沸腾作用。区内多见由流体幕式排泄、快速冷却形成的胶状石英（图4-E）及深部开放空洞形成的晶质梳状石英（图4-F）等，与典型低硫型浅成低温热液型金矿特征类似，故初步判定该矿床成因类型为低硫型浅成低温热液型金矿。

矿体中脉石矿物主要为石英、斜长石、绢云母、高岭土、钾长石、方解石、磷灰石和萤石等。金属矿物主要有黄铁矿、毒砂、黄铜矿、褐铁矿和黄钾铁矾等。黄铁矿主要为热液成因，分为两期，早期形成的黄铁矿多呈深灰色，微粒结构，主要沿酸性流纹岩、火山角砾岩裂隙灌入，呈不规则细脉状、树枝状及他形粒状（图5-A）；后期形成的黄铁矿多呈自形-半自形晶立方体状（图5-B），少部分呈五角十二面体。粒径0.01～1 mm，多为0.1～0.45 mm，少量孤立存在，总体呈浸染状分布。地表被氧化成褐铁矿，深部裂隙处被氧化成褐铁矿。蚀变岩中石英脉边部黄铁矿含量较高，石英脉中偏少。多数黄铁矿边部伴生有粒径0.01～0.1 mm的板状毒砂（图5-D），部分毒砂与黄铁矿具平直的共结边结构，反映二者同时形成。毒砂主要呈菱形和柱状等自形-半自形晶结构，少数呈细粒状，粒径10～100 μm，多与黄铁矿、黄铜矿伴生，少部分孤立存在（图5-C）。镜下较黄铁矿表面更光滑，亮度更高。黄铜矿主要呈他形粒状、脉状沿石英脉产出（图5-F），粒度0.08～0.002 mm，与黄铁矿、毒砂共生相嵌，或充填于黄铁矿裂隙中（图5-E），反映黄铜矿形成时间晚于黄铁矿。

3 电子探针分析及讨论

图4 绿源金矿矿区典型岩石照片Fig.4 TTypical rock photos of Lvyuan gold deposit

图5 绿源金矿矿石矿物镜下特征Fig.5 Mineragraphic photographs of Lvyuan gold deposit

无论是造山型、卡林型金矿，还是斑岩型、浅成低温热液型金矿，成矿过程中金往往富集于含砷黄铁矿中[4，5]，黄铁矿是绿源金矿分布最广的金属矿物，含量在90%以上，与金矿化关系密切。金物相分析结果表明，金主要以硫化物包裹金形式存在，含少量单体游离金，主要载金矿物为黄铁矿、毒砂。镜下和点分析过程中均未发现可见金，推测绿源金矿中金可能以不可见金形式存在。因此，本次电子探针选取的测试矿物主要为黄铁矿、毒砂及黄铜矿。本次选取12件样品中109个点进行EPMA测试（表1），分析绿源金矿金在载金矿物中的赋存状态。不可见金赋存状态有如下几种观点：①包裹金。以自然金分散质点包裹于黄铁矿等硫化物中；②固溶体金。以固溶体形式存在于黄铁矿等矿物中；③晶格金。以原子(或离子)状态存在于黄铁矿等载体矿物晶格结构中,占据某些As或Fe原子位置[6,7]。

本次电子探针分析在武汉理工大学材料研究与测试中心完成，仪器型号为JXA-8230，加速电压20 kV，电流20 nA，束斑直径5 μm。定量分析精度：含量大于5%时精度好于1%，含量1%～5%时精度好于5%，金的检出限为0.015%。

载金矿物毒砂的22个测点中，w(As)为35.562%～44.87%，平均40.68%；w(S)为19.85%～23.24%，平均21.31%；w(Fe)为34.20%～36.12%，平均35.31%。As/S比值 1.66～2.16，平均 1.91。与毒砂理论值w(S)为19.69%w(As)为46.01%w(Fe)为34.30%As/S=2.34相比[8]，As/S比值远小于2.34，显示As相对亏损。22个测点中有14个含金量超出检出限，w(Au)为0.018%～0.183%，平均0.067%，相比黄铁矿含金比例较高，且品位较高，证明毒砂为绿源金矿的载金矿物。

黄铜矿4个测点中有2个含金量超出检出限，ω(Au)为0.036%～0.05%，平均0.043%，表明黄铜矿为该矿床载金矿物。

对两期黄铁矿Py1和Py2进行电子探针分析（表1），据电子探针结果，含金黄铁矿中As元素含量与Au具一定相关关系，含As黄铁矿一般都含Au。黄铁矿81个测点数据显示，w(As)为0～1.408%，平均0.099%，含量较低；w(S)为49.67%～54.139%，平均53.07%;w(Fe)为43.411%～47.391%，平均46.385%。与黄铁矿理论值w(S)为53.45%、w(Fe)为46.55%、S/Fe原子比等于2相近[8]。81个测点中有36个含金量超出检出限，w(Au)为0.015%～0.213%，平均0.044%，这些不可见金主要赋存于含砷黄铁矿中。

含砷黄铁矿中金主要有纳米级自然金(Au0)和固溶体金(Au+)两种存在形式，Au0不占据黄铁矿晶格位置，以微细包裹体形式存在。Au+存在于黄铁矿晶格构造中[9]。Reich对美国10个卡林型和4个浅成低温热液金矿中含砷黄铁矿进行研究，通过对富金含砷黄铁矿进行EMPA和SIMS测试及高分辨透射电子显微镜(HRTEM)观察，限定了含砷黄铁矿中金的溶解度和化学状态范围[10]。证实含砷黄铁矿中金的溶解度c(Au)与As的含量c(As)存在直接关系，可近似地表示为c(Au)=0.02c(As)+4×10-5。该关系式在Au-As对数图解中可近似地表现为一条曲线，称为溶解度限制线。位于溶解度限制线上部（Au/As大于0.02）的含砷黄铁矿中金为纳米级自然金(Au0)，位于溶解度限制线下部(Au/As小于0.02)的含砷黄铁矿中金主要以固溶体金(Au+)形式存在。结合前人研究成果，对绿源金矿不同成矿期含砷黄铁矿28个测点进行投图（图6）。从图中看出，绿源金矿含砷黄铁矿中金主要以纳米级自然金(Au0)形式存在，个别以固溶体金(Au+)形式存在。早期形成的网脉状黄铁矿中砷含量相对于晚期自形粒状黄铁矿较低，金含量也相对较低。

据黄铁矿中微量元素可初步判断矿床成因，黄铁矿微量元素与成因关系中讨论最多的是Co，Ni含量及Co/Ni比值。沉积成因和层控型黄铁矿中Ni大于Co，Co/Ni小于0.6，沉积成因黄铁矿中Co含量小于 1×10-4；热液矿床成因的 Co/Ni=1～3，Co含量为 4×10-4～2.4×10-4；火山成因黄铁矿中Co/Ni比值更大，为2.57～8.42。岩浆热液型矿床中黄铁矿Co/Ni大于 1，岩浆型或沉积型硫化物矿床 Co/Ni小于 1[11，12]。本次绿源金矿电子探针所测黄铁矿中，共有25个点检出Co，Ni值，其中脉状、它形粒状黄铁矿8个点中只有1个Co/Ni小于1，其它7个点大于1，反映其为热液矿床成因或火山成因黄铁矿；自形-半自形粒状黄铁矿17个点中仅4个Co/Ni小于1，亦反映其为热液矿床成因或火山成因黄铁矿。因此，推测本矿床为热液成因或火山成因矿床。结合绿源金矿典型叶片状方解石及胶状石英等典型地质特征，认为绿源金矿为低硫型浅成低温热液型金矿床。

表1 绿源金矿载金矿物EPMA分析结果Table 1 EPMA spots analytical results of gold-bearing minerals in Lvyuan 单位：%

续表1

续表2

图6 绿源金矿不同期次含砷黄铁矿Au-As关系图Fig.6 Correlation of Au and As values in pyrites of different stages from the Lvyuan gold deposit

4 结论

（1）绿源金矿金多以不可见金形式存在，主要载金矿物为含砷黄铁矿、毒砂及黄铜矿，含砷黄铁矿中金主要以纳米级自然金(Au0)形式存在，极少量以固溶体或离子金(Au+)形式存在。

（2）绿源金矿后期形成的自形粒状黄铁矿较早期不规则状黄铁矿金含量高，反映后期黄铁矿为主成矿期。

（3）绿源金矿黄铁矿中，Co/Ni多大于1，反映其为热液矿床成因或火山成因黄铁矿。结合绿源金矿典型叶片状方解石及胶状石英等典型地质特征，与低硫型浅成低温热液型金矿床特征类似，故认为绿源金矿为低硫型浅成低温热液型金矿床。

致谢：论文写作过程中得到中国地质调查局西安地质调查中心刘月高博士的指导和帮助，在此表示感谢！

[1]张佳儒.新疆伊吾县绿源金矿地质特征及成因初探[J].新疆地质,2016(4):491-495.

[2]唐兴国,李朝旭，倪新源.新疆伊吾淖毛湖金矿床地质特征及成矿模式[J].地质学刊,2015(2):181-186.

[3]王登红.新疆伊吾琼河坝地区铜、金矿成矿时代及其找矿前景[J].矿床地质，2009(1):73-82.

[4]李晶，陈衍景，李强之，等，东秦岭上宫金矿流体成矿作用：矿物学研究[J].矿物岩石，2004，24（3）：28-35.

[5]李晶，陈衍景，刘迎新.华北克拉通若干脉状金矿的黄铁矿标型特征与流体成矿过程[J].矿物岩石，2004，24（3）：93-102.

[6]梁国宝.桂西北明山金矿载金矿物的电子探针研究[J].桂林理工大学学报,2015(2):236-242.

[7]李增胜.硫化物中“不可见金”的赋存状态研究进展[J].地质科技情报,2013(3):81-86.

[8]周天成.藏南查拉普金矿床载金矿物特征与金的赋存状态[J].矿床地质,2015(3):521-532.

[9]毛世东.甘肃阳山金矿田载金矿物特征及金赋存状态研究[J].岩石学报,2009(11):2776-2790.

[10]Reich M,Kesler S E,Utsunomiya S,Palenik C S,Chryssoulis S L and Ewing RC.Solubility of gold in arsenic pyrite[J].Geochimica et Cosmochimica Acta，2005，69(11):2781-2796.

[11]童潜明.黄铁矿的钴、镍比值对矿床成因意义的讨论[J].矿产与地质,1986(3):6-9.

[12]严育通.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[J].地学前缘,2012（4）:214-226.