新疆卡特巴阿蘇金礦床熱液期黃鐵礦物性特征及地質意義

鄭遠馨　李引　王馳源　侯緩緩

摘? ?要：新疆卡特巴阿蘇金礦是近年來在西天山新發現的大型金礦床，為新疆綠色礦業產業集群建設中金礦采選冶產業鏈的重點產業基地，研究意義重大。礦床中主要載金礦物黃鐵礦發育廣泛，本文以黃鐵礦物性特征為主要研究對象，通過野外地質編錄、鏡下觀察及反射率、硬度值、熱電性測定，發現黃鐵礦呈細粒狀或集合體時載金能力較強，視覺反射率（Rvis）與金含量呈負相關性。熱液成礦期黃鐵礦的維氏硬度與含金性相關性不大，黃鐵礦熱電性具有由上到下P型黃鐵礦分布逐漸減少，N型黃鐵礦逐漸增多的特點。結合礦石組構和黃鐵礦熱電性的測量計算得出，卡特巴阿蘇金礦黃鐵礦形成溫度范圍為170 ℃～360 ℃，經歷了高溫-中溫環境變化。

關鍵詞：新疆；黃鐵礦；礦物學特征；地質意義；卡特巴阿蘇金礦床

西天山位于中亞造山帶南緣，是我國重要的金銅鐵多金屬成礦帶，該成礦帶中已發現薩瓦亞爾頓、薩日達拉等金礦床[1]?？ㄌ匕桶⑻K金礦床主要礦產為金，共生礦產銅，伴生銅、銀、金、硫，具重要研究意義和經濟價值。近幾年，有學者對卡特巴阿蘇金礦床礦床地質特征[2-3]、賦礦圍巖二長花崗巖的化學組成和形成時代及成礦時代進行了分析討論[1，，4-8]，但缺少對重要載金礦物黃鐵礦的研究。本文重點通過光學顯微鏡、顯微光度計，熱電系數測量儀，研究不同階段、礦體中不同位置的黃鐵礦成分、形態、反射率、熱電性等物理性質特征，探討黃鐵礦物性標型特征及形成原因，總結規律，為后續探邊摸底提供理論依據。

1? 區域地質背景

卡特巴阿蘇金礦床位于新源縣城東南30 km處，大地構造位置處于新疆西天山中段，位于哈薩克斯坦-準噶爾板塊和塔里木-華北板塊之間的那拉提-紅柳河縫合帶，屬具有板塊縫合帶性質的巨型邊界斷裂構造帶[9]。區域內出露地層有古元古界和古生界，其中，古元古界那拉提巖群為一套中、深變質的區域變質巖，古生界上志留統巴音布魯克組為中性-酸性火山熔巖-火山碎屑巖-陸源碎屑巖-碳酸鹽巖巖石組合，該層普遍發育火山熱液型銅金礦化。

2? 礦床地質特征

礦區出露地層為上志留統巴音布魯克組及第四系，上志留統巴音布魯克組巖性以中酸性凝灰巖夾大理巖和灰巖為主，分布于礦區南部、西北部。礦區主要出露NE向、NEE向斷裂，那拉提北緣斷裂（F2）從礦區中南部通過，出露長約6 km，為逆斷層，受其影響發育F3、F4、F5、F6、F7等次級斷裂，其中，F5、F6斷裂所夾持地段為含金破碎蝕變帶，為本區主要的儲礦構造（圖1）。礦區侵入巖出露面積較大，主要巖石類型以二長花崗巖為主，次為鉀長花崗巖，花崗閃長巖及閃長巖。侵入巖分布于礦區東南部，空間上主要受斷裂控制，多呈巖株、巖枝或巖脈狀產出。

目前通過鉆孔平硐揭露的工業礦體近60余條，主要為金礦體、銅礦體及金銅礦體。Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅰ4、Ⅰ5、Ⅰ8、Ⅰ10礦體規模較大，礦體均分布于F5、F6斷裂之間，呈似層狀、透鏡狀近EW向分布，礦床總體走向70°，南傾37°～75°。金礦體部分出露地表，金（銅）礦體和銅礦體多為隱伏礦體。

礦石礦物中金屬礦物主要為黃鐵礦、黃銅礦，次為自然金、方鉛礦、閃鋅礦、赤鐵礦、穆磁鐵礦及碲銀礦，非金屬礦物為石英、方解石、絹云母和白云石。礦石結構主要呈自形-半自形粒狀、他形粒狀及乳濁狀結構等。礦石構造主要為浸染狀、脈狀、團斑狀、致密塊狀，成礦末期可見蜂窩狀構造。

該礦床成礦作用可分為熱液成礦期和表生氧化期；熱液期是最關鍵的成礦期，可進一步分為黃鐵礦-石英階段（Ⅰ）、石英-黃鐵礦階段（Ⅱ）、石英-絹云母-黃鐵礦階段（Ⅲ）、自然金-多金屬硫化物階段（Ⅳ），Ⅳ階段為主礦化階段。

3? 樣品采集及測試方法

樣品取自卡特巴阿蘇礦區各不同標高開采巷道及地表不同成礦期次的巖、礦石，共采集樣品21件。

黃鐵礦粒度統計采用順尺線測法；維氏硬度值（HV）測定所用儀器為成都理工大學HV-1 000ZDT型維氏硬度計，負荷300 g，壓時3 s；反射率光譜測試利用成都理工大學綜合巖礦鑒定實驗室Axio.scope.AIA pol&MSP200顯微光度計，在電源220 V±10%，50 HZ、溫度：（20±10） °C、光源為12 V、100 W鹵素燈條件下對不同階段黃鐵礦進行測試。

黃鐵礦熱電系數測試在成都理工大學礦相實驗室完成。利用BHTE-08型熱電系數測量儀（北京航空航天大學研制），將卡特巴阿蘇金礦區55號勘探線，范圍在2 150～2 530 m內，4個鉆孔的6件樣品，共計280粒純凈黃鐵礦單晶，用超聲波在純酒精溶液中清洗表面氧化膜和雜質，測量前設置活化溫度?T=（55±3） ℃，預熱儀器5 min，測得熱電動勢從測量儀上直接讀取。

4? 黃鐵礦物性特征

4.1? 世代劃分

卡特巴阿蘇礦床礦石礦物組合較簡單，其中黃鐵礦含量占金屬礦物70%。據黃鐵礦產狀、形態、結構特征及相互穿插關系分為4個世代：①PyⅠ。該世代黃鐵礦見于黃鐵礦-石英階段，分布于二長花崗巖體內呈平行脈狀，與圍巖接觸邊界線清晰，硅化較強。鏡下可見黃鐵礦呈粗粒自形-半自形，晶形主要為五角十二面體，粒徑0.8～3.2 mm；②PyⅡ。分布于石英-黃鐵礦階段的石英寬脈和網脈中，與圍巖界限清晰，黃鐵礦自形程度較高，粒徑0.5～1 mm。鏡下可見該世代細粒半自形晶黃鐵礦圍繞成礦Ⅰ世代粗粒自形晶邊部分布；③PyⅢ。呈脈狀-浸染狀構造產于石英-絹云母-黃鐵礦階段，固結差，局部黃鐵礦氧化呈深灰色。晶形以五角十二面體、聚形為主，切面多呈五邊形、六邊形及不規則多邊形，晶體粒度1.0～2.0 mm，鏡下可見被黃銅礦、金紅石等交代；④PyⅣ。呈浸染狀產于自然金-多金屬硫化物階段，銅黃色，鏡下可見該世代黃鐵礦以自形中粒為主，粒度約0.8～2.4 mm，該世代黃鐵礦中可見包裹金和晶隙金，同時伴生黃銅礦及少量方鉛礦、閃鋅礦和碲銀礦。

4.2? 形態特征

通過野外觀察和鏡下詳細統計（表1），成礦熱液期Ⅰ階段黃鐵礦生長緩慢，顆粒粗大，多以立方體晶形為主；五角十二面體及單形組成的聚形主要發育在熱液期Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ階段，顆粒較細，橫切面為五邊形、六邊形及不規則多邊形。

由表1可知，熱液晚期中-細粒五角十二面體或聚形晶的金含量略高于早期晶形較完整的粗粒黃鐵礦，推測產生該現象的原因主要有兩個方面：①由于熱液成礦期Ⅰ階段的介質中金含量較少，且成礦溶液大多偏堿性，不利于金的沉淀[10-12]；②熱液期破碎細粒黃鐵礦晶體內部容易產生晶格缺陷，造成電荷密度異常，促使金在該時期大量沉淀并賦存于黃鐵礦中[13，14]。

4.3? 物性特征

4.3.1? 反射色與反射率

含金黃鐵礦反射色一般較深，光澤比標準黃鐵礦暗淡，多為暗黃、灰黃或淺綠黃色等。含金低或不含金的黃鐵礦顏色一般較淺，常為黃白色，淺金黃色，并具強金屬光澤[15]。本礦床熱液早期階段黃鐵礦反射多呈黃白色，晚期階段中細粒、不規則聚形黃鐵礦光澤較標準的黃鐵礦反射色暗淡，多為暗黃色、灰黃色，局部氧化可呈深灰色，兩者顏色差異較大，為手標本快速推斷含金性提供了有用信息。

從圖2可看出，該金礦床中熱液成礦期不同世代黃鐵礦在入射光400～700 nm波段，反射率均低于標準黃鐵礦，且金多金屬硫化物階段中PyⅣ富金黃鐵礦反射率在429.5～651.5 nm波段中明顯低于其他階段的無金、貧金黃鐵礦。說明反射率（Rvis）與金含量呈負相關性，反射率越低，含金性越高。

4.3.2? 硬度

前人研究認為，含金黃鐵礦硬度降低，比重增大[16]，標準黃鐵礦硬度范圍為1 000～2 000 kg/mm2，通過表3可看出，黃鐵礦-石英階段硬度較高，平均達1 412 kg/mm2，而石英-黃鐵礦階段硬度最低，平均1 210 kg/mm2，熱液成礦期黃鐵礦的維氏硬度與含金性相關性不大。

4.3.3? 熱電性

熱電性主要受溫度和微量元素組分等條件制約，包括熱電系數和導電類型（簡稱導型），而導電類型有電子型導電（N型，α<0）和空穴型導電（P型，α>0）兩種[17]。一般認為脈狀礦體的黃鐵礦熱電性在空間位置上具正向分帶，自上而下為P型（上部）、N-P混合型和P-N混合型（中部至下部）[18-21]。即P型黃鐵礦的下礦體可有較大延伸，而N 型黃鐵礦則表明此為礦體下部?？ㄌ匕桶⑻K礦區黃鐵礦的分布規律總體上表現為礦體上部P型較多，底部出現大量N型黃鐵礦（表4），符合一般規律，推測目前礦體底部再出現大規模金礦體的概率不大。

5? 成礦溫度探討

本文利用黃鐵礦熱電系數測試值計算該礦床的形成溫度為170 ℃～360 ℃[22]（圖3），其中N型黃鐵礦的溫度區間為220 ℃～370 ℃，P型黃鐵礦的形成溫度區間為110 ℃～353 ℃；該結果與通過石英流體包裹體測溫表明，成礦主階段成礦溫度范圍為270 ℃～390 ℃[7]，表明礦床屬中-高溫。

在熱液期的金-多金屬硫化物階段，可見方鉛礦-閃鋅礦-黃銅礦的礦物組合，且固溶體分離作用普遍發育。閃鋅礦-黃銅礦出溶溫度為350 ℃～400 ℃[23]，表明礦石初始溫度至少為350 ℃，這也對應了黃鐵礦熱電性得出的溫度上限。同時，閃鋅礦中發育的乳滴狀黃銅礦出溶體說明該種礦石經歷了周圍環境溫度緩慢降低的過程，結合成礦熱液期前3個階段中黃鐵礦立方體和五角十二面體晶形、黃鐵礦-金紅石的中-高溫礦物組合到熱液末期出現碲銀礦等中低溫礦物也說明了礦床的形成經歷了從高溫-中溫的環境變化。

6? 結論

（1） 礦床中黃鐵礦以細粒狀、集合體狀的黃鐵礦為載金標型；視覺反射率（Rvis）比標準黃鐵礦偏低，黃鐵礦的維氏硬度與含金性不具較大相關性。

（2） 礦床中P型黃鐵礦多分布在礦體上部，N型導電的黃鐵礦在礦體尾部大量出現。

（3） 礦床形成溫度范圍為170 ℃～360 ℃，指示礦床為中-高溫，且經歷了從高溫-中溫的環境變化。

參考文獻

[1] 高永偉，張振亮，王志華，等.西天山卡特巴阿蘇金礦床成礦年代學及其地質意義-來自絹云母～（40）Ar-～（39）Ar同位素年齡證據[J].地質與勘探，2015（5）：805-815.

[2] 楊維忠，薛春紀，趙曉波等.新疆西天山新發現新源縣卡特巴阿蘇大型金銅礦床[J].地質通報，2013，32（10）：1613-1620.

[3] 趙樹銘，楊維忠，王敦科，等.卡特巴阿蘇金礦床地質特征及成因探討[C].第十一屆全國礦床會議，2012.

[4] 馮博，薛春紀，趙曉波，等.西天山卡特巴阿蘇大型金銅礦賦礦二長花崗巖巖石學、元素組成和時代[J].地學前緣，2014，21（5）：187?195.

[5] 班建永.新疆新源縣卡特巴阿蘇金礦地質特征及成因分析[D].成都理工大學，2014.

[6] 蔡宏明，劉桂萍，尼加提·阿布都遜，等.新疆西天山卡特巴阿蘇金礦床鋯石U-Pb年齡，地球化學特征及其地質意義[J].地質通報， 2019，38（5）：790-801.

[7] 張祺，薛春紀，趙曉波，等.新疆西天山卡特巴阿蘇大型金礦床地質地球化學和成巖成礦年代[J].中國地質，2015，3：411-437.

[8] 邢令，楊維忠，藏梅，等.新疆卡特巴阿蘇金銅礦區二長花崗巖鋯石SHRIMPU-Pb年齡及地質意義[J].新疆地質，2015（1）：1-6.

[9] 高鵬，王宏運，倪新元，等.新疆西天山那拉提構造帶變質核部雜巖地質構造特征[J].陜西地質，2005（2）：61-69.

[10] 張方方，王建平，王臣，等.陜西雙王金礦床軸（垂）向黃鐵礦中微量元素變化規律及深部預測[J].中國地質，2014（5）：1650-1663.

[11] 饒東平，曹新志，徐伯駿，等.新疆金窩子礦床黃鐵礦標型特征及其找礦意義[J].黃金，2010（10）：10-16.

[12] 曹燁，李勝榮，敖翀，等.黃鐵礦熱電性特征在冀西石湖金礦床中的應用[J].中國地質，2008（4）：746-753.

[13] 賈建業，蘭斌明，吳建設，等.黃鐵礦隨時間（t）變化對金吸附的動態實驗[J].西安地質學院學報，1996，18：94-99．

[14] 魏春生.硫化物表面吸附與卡林型金礦成因[J].礦物巖石地球化學通訊，1993（1）：34-36.

[15] 劉騰飛.桂東金礦黃鐵礦標型特征及找礦意義[J].黃金地質，1996，1：70-76.

[16] 欒世偉，陳尚迪，曹殿春，等.金礦床地質及找礦方法[M].成都：四川科學技術出版社， 1987.

[17] 邵偉，陳光遠.黃鐵礦熱電性研究方法及其在膠東金礦的應用[J].現代地質，1990，4（1）：46-57.

[18] 徐國鳳.金礦礦源與找礦[J].地質科技情報，1988（2）：20.

[19] 陳光遠，紹偉，孫岱生.膠東金礦成因礦物學與找礦[M].重慶：重慶出版社，1989：275-302．

[20] 陳光遠.成因礦物學[M].重慶：重慶出版社，1987．

[21] 宋煥斌.黃鐵礦標型特征在金礦地質中的應用[J].地質與勘探， 1989（7）：31-37.

[22] 李青，李勝榮，張秀寶，等.河北省靈壽縣西石門金礦黃鐵礦熱電性標型及其找礦意義[J].地質學報，2013（4）：542-553.

[23] 陳正，岳樹勤，陳殿芬.礦石學（上編）[M].北京：中國地質科學院礦床地質研究所，1985.

Typomorphic Characteristics and Geological Significance of the Pyrites

from Katbasu Gold Deposit， Xinjiang

Zheng Yuanxin1， Li Yin2， Wang Chiyuan3， Hou Huanhuan1

（1.Geological Environment Monitoring Institute Xinjiang Uygur Autonomous Region， Urumqi，Xinjiang，830000，China;

2.College of Earth Sciences，Chengdu University of Technology， Chengdu， Sichuan，610059，China;

3.Natural Resources Department of Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract： Katebasu large gold deposit was found in the middle of Tianshan mountain， Xinjiang in recent years. It is an important industrial base of gold mining and metallurgy industry? in the construction of Xinjiang green mining industry chain. Pyrites in deposit develop extensively and they are related to mineralized minerals. The paper mainly study mineral feature and their implications of pyrite by geological record， microscopic identification， photometer， sclerometer and electron microprobe analysis.The result show that the gold-bearing of granular pyrite and collective pyrite is better than others， and low reflectivity have a certain positive correlation with gold content. The hardness of pyrite in hydrothermal mineralization period has little correlation with gold content. The results of pyrite pyroelectricity show distribution of the type P pyrites reduced gradually and the type N pyrites increased gradually with the loss of the height. The temperature of pyrite is mainly concentrated in 170 ℃～360 ℃， and the environment changes from high-medium temperature.

Key words： Xinjiang; Pyrite; Typomorphic characteristic; Geological significance; Katbasu gold deposit

項目資助：新疆維吾爾自治區自然科學基金項目（2022D01B81）資助

收稿日期：2023-11-13；修訂日期：2024-01-22

第一作者簡介：鄭遠馨（1994-），女，工程師，新疆吉木薩爾人，2016年畢業于北京建筑大學地理信息系統專業；

E-mail：490827040@qq.com

通訊作者：王馳源（1990-），男，理學博士，碩士研究生導師，礦物學、巖石學、礦床學專業；E-mail： 396791808@qq.com