吉林延边金苍矿化带黄铁矿地球化学特征及找矿意义

贾大成，唐 烁，2，裴 尧，高 文，宋运红，郭 威，张传乐

1.吉林大学地球探测科学与技术学院，长春 130026 2.河北省地质矿产勘查开发局第四地质大队，河北承德 067000 3.中国地质调查局沈阳地质矿产调查研究所，沈阳 110033 4.吉林省地质矿产勘查开发局第六地质调查所，吉林延吉 132200

吉林延边金苍矿化带
黄铁矿地球化学特征及找矿意义

贾大成1，唐 烁1，2，裴 尧1，高 文1，宋运红3，郭 威3，张传乐4

1.吉林大学地球探测科学与技术学院，长春 130026 2.河北省地质矿产勘查开发局第四地质大队，河北承德 067000 3.中国地质调查局沈阳地质矿产调查研究所，沈阳 110033 4.吉林省地质矿产勘查开发局第六地质调查所，吉林延吉 132200

金苍是吉林延边中生代火山岩成矿带内的一个重要矿化区，矿化带内发育黄铁矿化，包括脉状细粒黄铁矿和浸染状粗粒黄铁矿2种类型，对这2种黄铁矿分别进行了主元素和微量元素分析。结果表明：2类黄铁矿主元素含量低于标准黄铁矿，属于硫亏损型，表现出深部、高温的形成环境；黄铁矿微量元素差异较大，为2个成矿期产物；Au及Ag的含量较低，以Cu、Pb、Zn为主，高温Ni相对Co的含量较高，反映其形成温度较高。黄铁矿既存在Co、Ni对Fe的类质同象替代，也存在As、Sb对S的类质同象替代。在与典型热液型金矿床黄铁矿对比后，显示金苍矿化带中黄铁矿不是与火山热液型金成矿有关的成分标型，更多地体现出Cu等金属的成矿特征。黄铁矿的成分地球化学特征不仅能较好地了解矿物的形成环境，而且可以为矿产勘查提供重要的找矿标志。

矿化带；黄铁矿；成分标型；找矿标志

延边地区是我国东部滨太平洋构造岩浆带内的一个重要矿化集中区，在时、空和物质组成上主要受控于中生代火山盆地和浅成侵入体，形成多种矿床类型的金、铜成矿带［1］。不同矿床在成矿时、空和物质组成上均与该区中生代陆相火山－浅成岩浆作用有着密切的成因联系，构成一个统一的火山、次火山热液－斑岩型金、铜成矿系列［2］。金苍矿化蚀变带位于该火山岩成矿带的中段，金苍矿化蚀变带规模较大，多年来研究人员以金矿作为勘查对象进行了大量的勘查工作，但未发现有工业意义的矿体，对此曾利用地球化学异常分带加以解释［3］。由于在金苍矿化带内黄铁矿尤为发育，因此，笔者试图通过分析黄铁矿的元素地球化学特征，从成因矿物学角度进一步了解该矿化带的成矿特征，探讨矿化带内黄铁矿的成分标型特征，同时也为该区的矿产勘查工作提供新的找矿信息。

1 金苍矿化带的地质特征

金苍矿化带处于天宝山－小西南岔中生代火山－浅成侵入岩浆带的中段。矿化带产出地层为上侏罗统屯田营组和下白垩统金沟岭组。对这套以火山岩为主的地层测得了一批同位素年龄数据：在百草沟盆地、延吉盆地和刺猬沟盆地获得屯田营组安山岩和单矿物Rb－Sr等时线年龄分别为147.5Ma和（144±7）Ma［4］，近年来获得屯田营组火山岩的Ar－Ar年龄为117～118Ma［5］；获得金沟岭组火山岩Rb－Sr等时线年龄为（139±14）Ma、（137.5±10.8）Ma，K－Ar年龄为140Ma［4］，火山岩的Ar－Ar年龄为106.1Ma［5］。从上述年龄可见，对于这套地层的时代还存在不一致性，但从同位素年龄看，金沟岭组要晚于屯田营组，总体看属于晚侏罗－早白垩世。矿化和蚀变的岩石主要为安山岩－英安岩－流纹岩－粗面安山岩和浅成斑岩体，构成相对富钾的钙碱性火山－岩浆侵入含矿岩系［6］。北东东向左行剪切断裂带控制延边地区火山岩带的展布，其次一级的北西向剪切拉分构造控制局部火山盆地的产出，金苍矿化带恰产于剪切拉分火山盆地边缘张扭性断裂带上，在区域上与金苍斑岩型铜矿和金沟岭火山热液型金矿构成北西向成矿带（图1）。

金苍矿化蚀变带产于北西向构造破碎裂隙带中，长约4 500m，宽约550m，产状为75°∠75°。矿化带由密集的微细裂隙组成，微细裂隙一般宽0.5～1.5cm，彼此总体平行，局部有相互交切、合并，微细裂隙产状为70°∠85°，微裂隙密度一般为3～5条／m，当局部微细裂隙密度增大、宽度增加时可构成矿化体或矿体。矿化带中金属矿物主要为黄铁矿，其次为自然金、辉银矿及黄铜矿，非金属矿物为石英、高岭土、绢云母。黄铁矿在地表及浅部多被氧化成褐铁矿，在矿化裂隙带中形成褐铁矿化、绢云母化、高岭土化和青磐岩化蚀变带（图1）。

2 金苍矿化带黄铁矿一般特征与分析方法

通过野外调查，发现金苍矿化带内发育2种黄铁矿：一种为脉状细粒黄铁矿，另一种为浸染状粗粒黄铁矿。脉状细粒黄铁矿发育在蚀变火山岩的裂隙中，多为单一的黄铁矿，在地表和近地表产在很细的微裂隙中，其中的黄铁矿已全部氧化为褐铁矿（图2）。原生黄铁矿晶形难以保留，仅局部可见尚未完全风化的球形黄铁矿，由于微裂隙比较发育以及地表风化作用，往往被认为是面状的褐铁矿化带，近地表的微裂隙向深部有逐渐归并的趋势，含黄铁矿裂隙的宽度向深部也逐渐增加（图2）。在距地表20m深部裂隙内均为原生黄铁矿，在较宽的裂隙内形成黄铁矿－高岭土矿化脉，黄铁矿主要呈比较纯的黄铁矿细脉，平行穿切于高岭土矿化脉内，由结晶完好的黄铁矿颗粒和黑色黄铁矿粉末组成（图3）。

图1 吉林延边金苍矿化带地质简图Fig.1 Geological diagrammatic map of Jincang mineralized belt in Yanbian area

图2 裂隙内浅部黄铁矿（褐铁矿）网脉Fig.2 Fine pyrite（limonite）vein in shallow part

脉状细粒黄铁矿颜色为黄白色，黄铁矿晶形完好，主要为立方体的单形晶，立方体晶面｛100｝具有横的平行晶纹，黄铁矿颗粒的粒度一般为3～5 mm。浸染状分布的粗粒黄铁矿呈星点状、团块状分散在火山岩和石英闪长斑岩内，黄铁矿颜色为浅黄白色，黄铁矿晶形完好，为立方体的单形晶，黄铁矿颗粒的粒度一般为5～10mm。

图3 裂隙内深部脉状细粒黄铁矿Fig.3 Fine pyrite vein in lower part

黄铁矿样品采自与矿化带走向垂直的Ⅰ号和Ⅱ号剖面，2条剖面平行，相距15m（图1）；在垂向上Ⅱ号剖面近地表，Ⅰ号剖面在Ⅱ号剖面下部20m。样品包括Ⅰ号剖面深部裂隙内的脉状细粒黄铁矿和Ⅱ号剖面浅部浸染状粗粒黄铁矿。化学分析用的黄铁矿颗粒在双目镜下手工挑选，纯度均在99%以上，分析在吉林大学分析测试中心完成，黄铁矿主元素分析采用X射线荧光光谱分析，分析精度优于1%。黄铁矿微量元素分析采用原子吸收光谱分析，分析精度优于2%。

3 金苍矿化带黄铁矿主元素特征

黄铁矿的理论分子式为FeS2，在没有类质同象替代情况下，标准黄铁矿的主元素成分为w（Fe）＝46.55%、w（S）＝53.45%。金苍矿化带内脉状细粒黄铁矿w（Fe）为25.83%～40.52%，平均为34.73%，w（S）为30.60%～46.85%，平均为41.41%，Fe、S含量都明显低于理想黄铁矿的化学成分（表1）。金苍矿化带内浸染状粗粒黄铁矿w（Fe）为12.87%，w（S）为15.29%，Fe、S含量不仅低于标准黄铁矿的主元素含量，而且也低于脉状细粒黄铁矿的主元素含量，仅相当于细粒黄铁矿主元素含量的1／2（表1）。上述黄铁矿主元素含量显示：金苍矿化带内黄铁矿与标准黄铁矿主元素含量存在一定差别，表明在黄铁矿中存在类质同象替代现象，而黄铁矿的类质同象替代不仅是造成成矿元素富集的原因，也是不同成因黄铁矿的标形特征。另一方面，金苍矿化带内脉状细粒黄铁矿与浸染状粗粒黄铁矿主元素含量也存在较大差别，反映矿化蚀变带中浸染状粗粒黄铁矿与脉状细粒黄铁矿成矿物理化学环境存在较大差别，应为不同成矿期产物。

标准黄铁矿的S／Fe变化范围为1.8～2.1，平均值近似为2；类质同象替代和成矿元素的混入可导致黄铁矿中S、Fe含量发生变化，偏离标准比值，一般将S／Fe＜2称为硫亏损型黄铁矿，其形成温度较高；将S／Fe≥2称为硫富集型黄铁矿，其形成温度较低［8］。由于火山热液型金矿类质同象替代和成矿元素的混入程度高，多以硫亏损型黄铁矿为主，其主成分硫和铁的比值多偏离理论值；而沉积成因黄铁矿形成温度较低，类质同象替代和成矿元素的混入程度相对较低，多以硫富集型黄铁矿为主，其主成分硫和铁的含量与理论值相近或硫略多。金苍矿化带内脉状细粒黄铁矿S／Fe值为1.12～1.29，平均值为1.22，而浸染状粗粒黄铁矿S／Fe值为1.19，与闹枝金矿不同成矿阶段的S／Fe值接近（表1），均低于理想黄铁矿的S／Fe值，属于硫亏损型，反映其形成温度较高，说明其形成与岩浆热液有关，并在黄铁矿中存在有类质同象替代现象。

黄铁矿中Fe／（S＋As）值与其形成的深度有较好的相关性［9］，相关系数为0.878，深部石英脉中黄铁矿的Fe／（S＋As）值较小而浅部Fe／（S＋As）值较大（表2）。本区黄铁矿Fe／（S＋As）值平均为0.840，低于前苏联石英脉型金矿深部的比值（0.846），表现出深部、高温的形成环境，亦低于浙江弄坑中低温火山热液型金矿床和闹枝火山热液中温石英脉型金矿床深部黄铁矿中的比值，突出表现为As含量低，反映成矿环境差异较大（表2）［9，7］。

表1 延边金苍矿化带内黄铁矿主元素分析结果Table 1 Main elements contents of the pyrites in Jincang mineralized belt in Yanbian area

表2 黄铁矿Fe／（S＋As）值与其产出部位的关系Table 2 Relationship between Fe／（S＋As）of pyrite and occurrences of pyrite

4 金苍矿化带黄铁矿微量元素特征

黄铁矿微量元素的变化更多地表现为类质同象替代的结果，而类质同象替代与成矿的物理化学条件密切相关。因此，黄铁矿微量元素变化不仅具有找矿意义，更具有成因含义。已知金矿黄铁矿中可含30多种微量元素，其中Au是指示金矿最直接的标型元素：非金矿床黄铁矿中的金质量分数往往低于1×10－6，而金矿床黄铁矿的金质量分数常达（10～100）×10－6［11］。金苍矿化带只有JC－9黄铁矿含金大于1×10－6（为1.97×10－6），金的含量普遍较低（表3），这与金苍矿化带金品位普遍偏低相一致，暗示该矿化带不一定与金矿有关。然而，在JC－5和JC－9样品中Cu和Pb的含量比较高，结合附近存在石英闪长斑岩体以及苍林斑岩型铜矿点，推测该矿化带可能为与浅成斑岩体有关的铜及多金属矿化引起，因此应注意斑岩－热液脉型铜矿勘查。

由于矿床形成条件和地质背景的多样性，不同类型矿床的黄铁矿微量元素平均值变化很大，具有一定的离散性，这种离散性与形成温度有一定关系。在高温热液矿床中，黄铁矿以含亲铁、亲石元素为主，如Cr、Ti、Co、Ni、V、Mo、U、Th和Bi、As的含量较高；在中温条件下，主要富含亲铜元素，如Cu、Pb、Zn、Bi和As等；在中－低温浅成环境中，黄铁矿以含高活动性的亲铜元素为特征，如Hg、Sb、Au、Ag和As。金苍黄铁矿微量元素含量组合以中温Cu、Pb、Zn和高温Co、Ni、As为主（表3），反映为高温－中温成矿条件，这与黄铁矿主元素所反映的高温环境相一致。Cu2＋、Pb2＋、Zn2＋作为铜型离子与Fe2＋型离子差别较大，很难以类质同象替换Fe的方式进入黄铁矿晶格中，黄铁矿中较高的Cu、Pb、Zn含量是黄铁矿中含有极细微的包体粒状、极细小的网脉状黄铜矿、方铅矿及闪锌矿的缘故，这些金属硫化物多以充填交代方式呈网脉状分布于破碎黄铁矿中。以往习惯上多简单地认为破碎的黄铁矿是金的有利赋存场所，但其前提是黄铁矿中Au及Ag的含量较高，并且Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As含量变异系数增大和元素之间呈正相关性时，往往指示可能存在金的矿化。由于金苍矿化带黄铁矿中Au及Ag的含量较低，与延边地区同一火山岩带内闹枝金矿和五凤及五星山金矿床内黄铁矿中Au的含量相比，低十至数百个数量级，虽然与浙江弄坑金矿内黄铁矿中Au的含量相近，但Ag的含量相差很大（表3）。因此，反映金苍矿化带中黄铁矿不是与金成矿有关的成分标型，更多地体现出Cu及Pb、Zn等金属的成矿特征。

表3 延边金苍矿化带内黄铁矿微量元素分析结果Table 3 Trace elements contents of the pyrites in Jincang mineralized belt in Yanbian area

黄铁矿中的Co／Ni具有指示矿床成因的标型意义，在成矿作用过程中Co、Ni均可以类质同象替代Fe而进入黄铁矿晶格，但不同成矿环境，进入黄铁矿晶格的数量各有不同，由于Co和Ni的八面体择位能不同（分别为7.4cal／mol和20.6cal／mol）①cal（卡路里）为非法定计量单位，1cal＝4.186J。，Ni2＋倾向富集于八面体配位，集中于八面配位比例高的岩浆早期结晶形成的矿物中，而Co则在岩浆晚期形成的矿物中相对富集［8］。因此，一些研究者提出：岩浆热液成因黄铁矿的Co／Ni值大于1，一般可达1～5；沉积成因的黄铁矿Co／Ni值一般小于1；而变质热液成因的黄铁矿，由于其地球化学背景和物理化学条件更接近于沉积成因黄铁矿，故其Co／Ni值一般也小于1［10］。金苍矿化带内脉状细粒黄铁矿的Co／Ni值为0.73～1.18，平均为1.01，可能属于岩浆热液成因的黄铁矿，但可能也有地下水热液的参与。而金苍矿化带内浸染状粗粒黄铁矿Co含量更低，其Co／Ni为0.84，可能与地下水热液或其他特殊的成矿条件有关。与延边地区闹枝中温火山热液型金矿和五凤、五星山低温热液型金矿内黄铁矿中Co含量相比，金苍矿化带内Co含量普遍偏低（表3），反映可能具有不同的成矿物理化学条件，在金苍矿化蚀变带Ⅰ号和Ⅱ号剖面寻找类似于闹枝型和五凤、五星山型金矿的可能性不大。

对黄铁矿的类质同象替代，既有Co、Ni对Fe的类质同象替代，也有As、Sb等对S的类质同象替代，黄铁矿硫的亏损主要原因是As3－、Sb3－等离子对S2－类质同象替代的结果，并且在晶体结构上出现空位，增加了晶体构造缺陷程度；这种替代不仅有利于金等成矿元素以配位形式混入，而且是导致形成P型黄铁矿的主要因素之一［11］。由于岩浆热液型金矿P型黄铁矿一般位于矿体的上部，因此，硫亏损型黄铁矿、黄铁矿中As、Sb高含量和P型热电导型的组合，可以作为寻找岩浆热液和火山热液型金矿的有利找矿标志。虽然金苍矿化带的黄铁矿属于硫亏损型，但其As、Sb含量很低，粗粒黄铁矿约为细粒黄铁矿的1／3，而细粒黄铁矿较闹枝、五凤、五星山以及浙江弄坑等热液型金矿的As、Sb含量明显偏低（表3），暗示该矿化不一定与金矿有关。

5 结论

1）黄铁矿是成矿过程中的主要金属矿物，其主元素和微量元素的含量与类质同象替代和机械混入有关，而黄铁矿的类质同象替代以及机械混入又与其形成时的物理化学条件密切相关，因此矿体和矿化带中黄铁矿的成分地球化学特征不仅可以很好地反映矿床的成因，而且可以为矿产勘查提供重要的找矿标志。2）金苍矿化带发育脉状细粒黄铁矿和浸染状粗粒黄铁矿2种类型，其主元素和微量元素差异较大，形成于不同的物理化学环境，分属于不同的成矿期。2类黄铁矿主元素Fe和S的含量低于标准黄铁矿，黄铁矿S／Fe值小于2，属于硫亏损型。Fe／（S＋As）值表现出深部、高温形成环境的特点。3）区域内已知火山热液型金矿以中低温成矿为主，并且黄铁矿中Au及Ag的含量较高；相比之下，金苍矿化带黄铁矿Au及Ag的含量较低，微量元素含量组合以中温Cu、Pb、Zn为主，高温Ni相对Co的含量较高，反映为高温－中温成矿条件。这表明金苍矿化带中黄铁矿不是与金成矿有关的成分标型，更多地体现出Cu及Pb、Zn等金属的成矿特征。4）Co、Ni对Fe的替代和As、Sb对S的替代是黄铁矿内主要的类质同象替代。金苍脉状细粒黄铁矿Co／Ni反映其可能属于岩浆热液成因，但可能有地下水热液的参与；而浸染状粗粒黄铁矿可能与地下水热液或其他特殊的成矿条件有关。金苍2类黄铁矿Co、As、Sb的含量与中温火山热液型金矿和浅成低温热液型金矿内黄铁矿Co、As、Sb含量差异明显，不具有相似的成矿环境，显示金苍矿化带不一定与火山热液型金的成矿作用有关。如果成矿也应该与中高温Cu的富集为主，结合矿化带邻近苍林斑岩型铜矿床，矿化带内存在石英二长斑岩体，应注意斑岩－热液脉型铜矿的勘查。

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Prospecting Significance and Geochemical Characteristics of the Pyrites in Jincang Mineralized Belt，Yanbian，Jilin Province

Jia Da－cheng1，Tang Shuo1，2，Pei Yao1，Gao Wen1，Song Yun－hong3，Guo Wei3，Zhang Chuan－le4

1.College of GeoExploration and Science and Technology，Jilin University，Changchun 130026，China 2.The No.4 Geologic Party，Bureau of Geologic Exploration and Mineral Development of Hebei Province，Chengde 067000，Hebei，China 3.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources，Shenyang 110033，China 4.Sixth Geological Survey，Bureau of Geologic Exploration and Mineral Development of Jilin Province，Yanji 132200，Jilin，China

The Jincang mineralized belt is very important in the Yanbian Mesozoic volcanic area.It is related to gold mineralization in the area.In the mineralized belt，there are two types of pyrite：fine veined pyrite and coarse disseminated pyrite.Main elements and trace elements of the two types of pyrite were analyzed.Both types of pyrite are all lower in sulfur and belong to the sulfur depletion type，indicating a forming environment at deep and high temperature.The contents of trace elements in the two types of pyrite are different and are related to different metallogenic epochs.Contents of Au and Ag in the two types of pyrite were low while those of Cu，Pb，Zn are abnormally high.Among the hightemperature element，content of Ni is higher than that of Co，indicating the pyrite formed at high temperature.In pyrite，not only the isomorphous replacement of Fe by Co，Ni，but also S by As，Sb are common.The pyrite in Jincang mineralized belt are not of the typomorphic characteristics of the gold metallogenesis related to volcanic hydrothermal fluids，but of the typomorphic characteristics of copper metallogenesis when compared with pyrite in the typical gold deposits related to volcanic hydrothermal fluids.The geochemical characteristics of pyrite can indicate the formed environment of the minerals and provide prospecting criterion for mineral exploration.

mineralized belt；pyrite；typomorphic characteristics；prospecting criterion

book=2012,ebook=579

P618.51；P578.292

A

1671－5888（2012） 04－1069－07

2011－10－19

国家自然科学基金项目（40973019）；中国地质调查局项目（1212010070306）

贾大成（1958－），男，教授，主要从事地球化学研究，E－mail：jiadacheng＠sina.com。