河南省九仗沟金矿床金矿物特征及成矿物质来源

王颖辉，韩 东，2*，潘柏东，刘海娇，张爱超，辛国涛，刘广新

(1.辽宁省冶金地质四〇四队有限责任公司； 2.辽宁有色勘察研究院有限责任公司)

引 言

金成色作为自然金的重要特征之一，不仅可以指示矿床成因[1-4]，而且对指导矿床勘探与开采具有重要意义。目前，对于金成色的概念有2种不同的认识：一种认为金成色=1 000w(Au)/w(Au+Ag+Fe+Cu+……)；另一种则认为金成色=1 000w(Au)/w(Au+Ag)。由于银是金矿物中最常见的伴生元素，其他金属元素不仅不可见，而且含量较低，所以第二种观点更为大多学者所接受[5]。九仗沟金矿床位于小秦岭—熊耳山金矿集区，该矿集区内金成色(844～937)较高。其中，蚀变岩型金矿床的金成色在不同矿床具有明显差异[6]：一类以前河、庙岭等金矿床为代表的绝大多数金矿床，金成色平均值小于813；另一类以上宫、北岭等金矿床为代表，金成色为899～914。

九仗沟金矿床位于小秦岭—熊耳山金矿集区，该矿集区东西长近80 km，南北宽25～40 km，面积约2 000 km2，南侧以马超营断裂为界，北侧以洛宁断裂为界。随着区域地质工作的逐步深入，大量金矿床被发现，使该金矿集区成为继胶东金矿集区之后发现的第二大金矿集区[7-10]。小秦岭—熊耳山金矿集区地质条件的复杂性与赋矿条件异变性强，导致形成了多种类型的金矿床：以庙岭金矿床、公峪金矿床、马营金矿床等为代表的破碎蚀变带型金矿床；以青岗坪金矿床、上庄金矿床为代表的破碎蚀变带型—爆破角砾岩型金矿床；以高都川金矿床为代表的砂金矿床；以东湾金矿床、九仗沟金矿床为代表的破碎蚀变带型—细脉浸染型金矿床。迄今为止，尚未见关于九仗沟金矿床金矿物金成色的研究报道。基于上述地质工作基础，笔者通过对金矿物赋存状态及金成色的研究，对矿床成矿物质来源进行分析，以期为矿床理论研究及进一步探矿增储提供支持。

1 区域及矿区地质特征

1.1 区域地质

九仗沟金矿床位于华北地台南缘，大庄—中胡背斜北翼，马超营断裂北侧(见图1-A)。区域出露地层主要为晚太古界变质结晶岩，中元古界碎屑岩、碳酸盐岩及碳酸岩，晚元古界陆源碎屑岩，第三系砂砾岩(见图1-B)。自老至新可细分为：太古界太华岩群，中元古界长城系熊耳群、蓟县系高山河群，新元古界青白口系官道口群，中生界白垩系，新生界第三系和第四系。

1—第四系 2—第三系砂岩 3—晚元古界陆源碎屑岩 4—中元古界碳酸岩 5—中元古界碳酸盐岩 6—中元古界碎屑岩 7—晚太古界变质结晶岩 8—中生代花岗岩 9—断裂图1 九仗沟金矿床区域地质图

区域断裂较为发育，具有北西西向断裂、北东向断裂、南北向断裂等多组断裂。其中，北北东向万岭断裂(F22)对九仗沟金矿床的影响最大：该断裂由3条近似平行的次级断裂构成，但通过长期的地质工作发现，仅在个别断裂内探获了金矿体。这3条次级断裂在地表的出露长度大于5 km。单条断裂宽度为10～20 m，断裂间距为100～150 m，倾向290°～300°，倾角50°～65°。断裂内角砾岩、碎裂岩发育，局部见断层泥和劈理化带，出现多处规模不等的金矿(化)体。

1.2 矿区地质

矿区出露地层较为单一，主要为中元古界长城系熊耳群鸡蛋坪组及第四系。其中，鸡蛋坪组岩性主要由流纹岩、英安岩、石英斑岩等组成，第四系主要分布于矿区沟底及平缓地带，主要为残坡积黄土。

矿区内褶皱发育不明显，岩层主要呈单斜状产出，倾向15°～25°，倾角20°～25°。矿区内断裂发育，规模较大的主要有万岭断裂东侧的F1、F2、F33条北东东向断裂，但长期的地质工作仅在F1断裂内找到金矿体。F1断裂长度大于5 km，在矿区内出露长度约500 m，倾向300°，倾角50°～75°。根据工程揭露，该断裂两侧发育的构造破碎带宽度10～20 m，且向深部呈舒缓波状延伸。

矿区内岩浆活动主要表现为火山喷发和火山侵入活动，形成了熊耳群火山岩、燕山期火山岩、华力西期正长岩和正长斑岩等脉岩。

2 矿床地质特征

九仗沟金矿床共赋存3条矿脉，分别为M1-1、M1-2、M1-3。其中，M1-1为主矿脉，该矿脉赋存在北北东向F1断裂内，其形态和产状受该断裂严格控制，总体倾向280°～300°，倾角45°～65°。从水平方向上来看，矿脉内矿体呈中间宽厚两端尖灭的“S”形(见图2-a)、b)、c))；由浅部至深部，矿体倾角逐渐变缓(见图2-d))。九仗沟金矿床北侧为东湾金矿床，这2个矿床的主矿脉为同一条矿脉，具有相同的地质特征。

图2 中段平面图及勘探线剖面图

根据蚀变变化特征，由矿体向两侧依次为矿体、蚀变带、围岩。其中，蚀变带可分为内蚀变带和外蚀变带。矿体仅赋存于断裂内，矿化类型主要为黄铁矿化、铅锌矿化、褐铁矿化等；蚀变类型主要为硅化、钾化、白云石化等。矿体与两侧的断裂之间为内蚀变带，内蚀变带的蚀变类型为硅化、高岭土化、绢云母化等，与金成矿关系密切的矿化类型为黄铁矿化、铅锌矿化等，且主要集中在内蚀变带中间偏顶板的位置。外蚀变带主要分布在构造破碎带顶板及底板以外的20 m内，蚀变类型主要为绢云母化、绿帘石化等，黄铁矿化、铅锌矿化较弱。矿区围岩主要为英安岩及少量流纹英安岩，蚀变类型主要为硅化、钾化。

3 金矿物特征

3.1 金矿物种类与成色

金矿床中的矿物种类繁多，在110种以上。常见的金属矿物主要有黄铁矿、毒砂、磁黄铁矿、方铅矿、黄铜矿等[11-13]。其中，以黄铁矿作为载体矿物的最为重要且最为普遍，因此可以通过对黄铁矿中微量元素研究来反演矿床成因。

对在九仗沟金矿床内采集的样品进行室内镜下观测，在黄铁矿中发现了金矿物颗粒，使用电子探针及XRD对金矿物颗粒(见图3)进行定性及定量分析，结果见表1。通过对测试数据的计算与分析，发现该金矿物种类为自然金(w(Au)>80 %)，金成色为758～931，平均值为871。

图3 金矿物颗粒XRD形貌

表1 金矿物颗粒XRD分析结果 10-6

3.2 金矿物形态和粒度特征

通过显微镜、扫描电子显微镜(SEM)观测九仗沟金矿床矿石光片的金矿物形态及粒度特征，发现矿石中的金多为自然金，形态不规则，呈角砾状、板片状、麦粒状和枝杈状，且以角砾状为主，板片状、麦粒状次之(见图4)。依据DZ/T 0205—2002 《岩金矿地质勘查规范》可将金矿物按粒度划分为5个等级：巨粒金、粗粒金、中粒金、细粒金、微粒金。矿石中巨粒金与粗粒金较为少见，以细粒金和微粒金为主，且以微粒金最为重要。

图4 自然金SEM形貌图与成分分析

3.3 金矿物赋存状态

金在自然界中能够以多种形式存在，按其赋存状态可分为4种，即独立矿物、胶体、类质同象和络合物，且金在这4种赋存状态中分散程度依次增大[14-17]。

九仗沟金矿床金矿物主要为自然金，矿石中除少量金赋存于方铅矿、褐铁矿及白云石中，大部分赋存于黄铁矿中，且以黄铁矿包裹金最为重要。根据本次光片鉴定及电子探针查证，共发现7粒金矿物颗粒且全部赋存于黄铁矿中(见表2、图5)，其中黄铁矿包裹金5粒(占71.43 %)，黄铁矿裂隙金2粒(占28.57 %)。

表2 自然金赋存状态统计结果

Au—自然金 Py—黄铁矿图5 黄铁矿中的自然金颗粒

4 成矿物质来源

4.1 稀土元素示踪

稀土元素因属于一种特征“元素族”，即在自然界中有一种元素出现，附近也会存在其余元素，因此研究稀土元素在岩矿中的组成特征可探究其形成原因，这种方法不仅适用于岩浆岩，而且对沉积岩及变质岩均有着非常显著的效果[18-21]。

九仗沟金矿床围岩中w(REE)最低为81.51×10-6，最高为760.31×10-6，平均值为460.00×10-6；而矿体中w(REE)为74.23×10-6，最高为517.98×10-6，平均值为280.00×10-6。矿体与围岩都显示出了w(La)N/w(Yb)N>1的轻稀土元素富集且分馏明显的特征，但围岩中的轻稀土元素富集与分馏要远远大于矿体；区域内金矿床所处的太华群及熊耳群地层金背景值均小于克拉克值。从总体上来看，围岩与矿体之间的稀土含量相差较大，在一定程度上可以推断矿体的成矿物质来源并非围岩[15]。

4.2 黄铁矿中微量元素的赋存及常见特征指数

黄铁矿中微量元素的种类和含量与矿床种类及成因有着重要的关系，并且与矿床的温度和压力条件有着密切的关系。黄铁矿中微量元素的种类、含量、元素组合及元素比值在一定程度上反映了成矿物质来源和矿床成矿条件[10]。

4.2.1 Co、Ni含量及比值

Co、Ni与Fe化学性质相似，与Fe呈类质同象进入黄铁矿晶格中。在不同矿床类型中黄铁矿的Co、Ni含量及w(Co)/w(Ni)值不同。沉积成因黄铁矿Co、Ni含量较低，岩浆成因黄铁矿中Co、Ni含量较高，而同时具有沉积和岩浆热液成因特征的黄铁矿Co、Ni含量介于二者之间。黄铁矿中w(Co)/w(Ni)值指示意义：岩浆成因w(Co)/w(Ni)值多>5，沉积成因w(Co)/w(Ni)值多<1，岩浆热液成因w(Co)/w(Ni)=1～5。九仗沟金矿床黄铁矿电子探针分析结果见表3。由表3可知：九仗沟金矿床为岩浆热液成因。

表3 黄铁矿电子探针分析结果

4.2.2 As含量特征

As能以类质同象替代S继而存在于黄铁矿晶格中，不同成因类型金矿床的黄铁矿As含量不同。其中，岩浆热液型金矿床的黄铁矿As含量最高。

黄铁矿As-Co-Ni三角相图依据不同类型黄铁矿中As、Co、Ni含量及变化范围，可以反映不同成因的矿床类型。陈光远等[17]在研究胶东金矿床时认为，黄铁矿中As、Co、Ni含量可作为评价金矿床规模的标志：富As，贫Co、Ni是大型金矿床的标志；贫As，富Co、Ni则为中、小型金矿床的标志。

4.3 金矿物特征反映的矿床成因意义

金成色在金矿床研究中具有广泛的应用，金成色不仅与金矿床的成矿年代、成矿温度、成矿深度有着重要的关系，而且还与金矿物的粒度、密度和搬运距离、原生金矿物来源有着重要的关系[11]。一般来说，成矿的年代越早，金成色就越高；成矿温度越高，金成色就越高[12-13]；通过对国内外一些中深成金矿床的统计，发现金矿床的形成深度越大，金成色就越高[14]。

将九仗沟金矿床金矿物金成色数据投到金成色与成矿温度关系图解(见图6)中，发现成矿温度主要集中在中温区。根据前人所研究的金成色与矿化深度和温度的关系(见表4)，九仗沟金矿床显示出中深部中温带的矿化条件。综上所述，该矿床属于中温岩浆热液矿床。

图6 九仗沟金矿床金矿物金成色与成矿温度关系图解

表4 金成色与矿化深度和温度的关系(据文献[14]修改)

4.4 元素分布特征

庞绪成等[22]对F1断裂内的矿体、内蚀变带、外蚀变带及围岩样品分别进行采集，并且对Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Co、Ni、Ba等元素进行了化学分析，发现由矿体→控矿构造带→围岩，Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Co、Ni、Ba元素平均含量表现出明显的递减关系，在一定程度上可以推断矿体的成矿物质来源并非围岩。

5 结 论

1)九仗沟金矿床主矿脉赋存于F1断裂带内，其形态与产出状态受F1断裂严格控制。该主矿脉与矿区北侧的东湾金矿床为同一条矿脉，具有相同地质特征。

2)九仗沟金矿床金矿物主要为自然金，金的赋存以包裹金、裂隙金为主，且黄铁矿包裹金最为重要。

3)根据九仗沟金矿床稀土元素与由矿体→控矿构造带→围岩样品的元素含量变化特征，推断矿体的成矿物质来源并非围岩。黄铁矿中微量元素特征指数与金成色特征表明，该矿床的成矿物质来源为岩浆热液，并且显示出成矿条件为中深部中温带。