新疆卡特巴阿苏金矿床热液期黄铁矿物性特征及地质意义

郑远馨　李引　王驰源　侯缓缓

摘   要：新疆卡特巴阿苏金矿是近年来在西天山新发现的大型金矿床，为新疆绿色矿业产业集群建设中金矿采选冶产业链的重点产业基地，研究意义重大。矿床中主要载金矿物黄铁矿发育广泛，本文以黄铁矿物性特征为主要研究对象，通过野外地质编录、镜下观察及反射率、硬度值、热电性测定，发现黄铁矿呈细粒状或集合体时载金能力较强，视觉反射率（Rvis）与金含量呈负相关性。热液成矿期黄铁矿的维氏硬度与含金性相关性不大，黄铁矿热电性具有由上到下P型黄铁矿分布逐渐减少，N型黄铁矿逐渐增多的特点。结合矿石组构和黄铁矿热电性的测量计算得出，卡特巴阿苏金矿黄铁矿形成温度范围为170 ℃～360 ℃，经历了高温-中温环境变化。

关键词：新疆；黄铁矿；矿物学特征；地质意义；卡特巴阿苏金矿床

西天山位于中亚造山带南缘，是我国重要的金铜铁多金属成矿带，该成矿带中已发现萨瓦亚尔顿、萨日达拉等金矿床[1]。卡特巴阿苏金矿床主要矿产为金，共生矿产铜，伴生铜、银、金、硫，具重要研究意义和经济价值。近几年，有学者对卡特巴阿苏金矿床矿床地质特征[2-3]、赋矿围岩二长花岗岩的化学组成和形成时代及成矿时代进行了分析讨论[1，，4-8]，但缺少对重要载金矿物黄铁矿的研究。本文重点通过光学显微镜、显微光度计，热电系数测量仪，研究不同阶段、矿体中不同位置的黄铁矿成分、形态、反射率、热电性等物理性质特征，探讨黄铁矿物性标型特征及形成原因，总结规律，为后续探边摸底提供理论依据。

1  区域地质背景

卡特巴阿苏金矿床位于新源县城东南30 km处，大地构造位置处于新疆西天山中段，位于哈萨克斯坦-准噶尔板块和塔里木-华北板块之间的那拉提-红柳河缝合带，属具有板块缝合带性质的巨型边界断裂构造带[9]。区域内出露地层有古元古界和古生界，其中，古元古界那拉提岩群为一套中、深变质的区域变质岩，古生界上志留统巴音布鲁克组为中性-酸性火山熔岩-火山碎屑岩-陆源碎屑岩-碳酸盐岩岩石组合，该层普遍发育火山热液型铜金矿化。

2  矿床地质特征

矿区出露地层为上志留统巴音布鲁克组及第四系，上志留统巴音布鲁克组岩性以中酸性凝灰岩夹大理岩和灰岩为主，分布于矿区南部、西北部。矿区主要出露NE向、NEE向断裂，那拉提北缘断裂（F2）从矿区中南部通过，出露长约6 km，为逆断层，受其影响发育F3、F4、F5、F6、F7等次级断裂，其中，F5、F6断裂所夹持地段为含金破碎蚀变带，为本区主要的储矿构造（图1）。矿区侵入岩出露面积较大，主要岩石类型以二长花岗岩为主，次为钾长花岗岩，花岗闪长岩及闪长岩。侵入岩分布于矿区东南部，空间上主要受断裂控制，多呈岩株、岩枝或岩脉状产出。

目前通过钻孔平硐揭露的工业矿体近60余条，主要为金矿体、铜矿体及金铜矿体。Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅰ4、Ⅰ5、Ⅰ8、Ⅰ10矿体规模较大，矿体均分布于F5、F6断裂之间，呈似层状、透镜状近EW向分布，矿床总体走向70°，南倾37°～75°。金矿体部分出露地表，金（铜）矿体和铜矿体多为隐伏矿体。

矿石矿物中金属矿物主要为黄铁矿、黄铜矿，次为自然金、方铅矿、闪锌矿、赤铁矿、穆磁铁矿及碲银矿，非金属矿物为石英、方解石、绢云母和白云石。矿石结构主要呈自形-半自形粒状、他形粒状及乳浊状结构等。矿石构造主要为浸染状、脉状、团斑状、致密块状，成矿末期可见蜂窝状构造。

该矿床成矿作用可分为热液成矿期和表生氧化期；热液期是最关键的成矿期，可进一步分为黄铁矿-石英阶段（Ⅰ）、石英-黄铁矿阶段（Ⅱ）、石英-绢云母-黄铁矿阶段（Ⅲ）、自然金-多金属硫化物阶段（Ⅳ），Ⅳ阶段为主矿化阶段。

3  样品采集及测试方法

样品取自卡特巴阿苏矿区各不同标高开采巷道及地表不同成矿期次的岩、矿石，共采集样品21件。

黄铁矿粒度统计采用顺尺线测法；维氏硬度值（HV）测定所用仪器为成都理工大学HV-1 000ZDT型维氏硬度计，负荷300 g，压时3 s；反射率光谱测试利用成都理工大学综合岩矿鉴定实验室Axio.scope.AIA pol&MSP200显微光度计，在电源220 V±10%，50 HZ、温度：（20±10） °C、光源为12 V、100 W卤素灯条件下对不同阶段黄铁矿进行测试。

黄铁矿热电系数测试在成都理工大学矿相实验室完成。利用BHTE-08型热电系数测量仪（北京航空航天大学研制），将卡特巴阿苏金矿区55号勘探线，范围在2 150～2 530 m内，4个钻孔的6件样品，共计280粒纯净黄铁矿单晶，用超声波在纯酒精溶液中清洗表面氧化膜和杂质，测量前设置活化温度?T=（55±3） ℃，预热仪器5 min，测得热电动势从测量仪上直接读取。

4  黄铁矿物性特征

4.1  世代划分

卡特巴阿苏矿床矿石矿物组合较简单，其中黄鐵矿含量占金属矿物70%。据黄铁矿产状、形态、结构特征及相互穿插关系分为4个世代：①PyⅠ。该世代黄铁矿见于黄铁矿-石英阶段，分布于二长花岗岩体内呈平行脉状，与围岩接触边界线清晰，硅化较强。镜下可见黄铁矿呈粗粒自形-半自形，晶形主要为五角十二面体，粒径0.8～3.2 mm；②PyⅡ。分布于石英-黄铁矿阶段的石英宽脉和网脉中，与围岩界限清晰，黄铁矿自形程度较高，粒径0.5～1 mm。镜下可见该世代细粒半自形晶黄铁矿围绕成矿Ⅰ世代粗粒自形晶边部分布；③PyⅢ。呈脉状-浸染状构造产于石英-绢云母-黄铁矿阶段，固结差，局部黄铁矿氧化呈深灰色。晶形以五角十二面体、聚形为主，切面多呈五边形、六边形及不规则多边形，晶体粒度1.0～2.0 mm，镜下可见被黄铜矿、金红石等交代；④PyⅣ。呈浸染状产于自然金-多金属硫化物阶段，铜黄色，镜下可见该世代黄铁矿以自形中粒为主，粒度约0.8～2.4 mm，该世代黄铁矿中可见包裹金和晶隙金，同时伴生黄铜矿及少量方铅矿、闪锌矿和碲银矿。

4.2  形态特征

通过野外观察和镜下详细统计（表1），成矿热液期Ⅰ阶段黄铁矿生长缓慢，颗粒粗大，多以立方体晶形为主；五角十二面体及单形组成的聚形主要发育在热液期Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ阶段，颗粒较细，横切面为五边形、六边形及不规则多边形。

由表1可知，热液晚期中-细粒五角十二面体或聚形晶的金含量略高于早期晶形较完整的粗粒黄铁矿，推测产生该现象的原因主要有两个方面：①由于热液成矿期Ⅰ阶段的介质中金含量较少，且成矿溶液大多偏碱性，不利于金的沉淀[10-12]；②热液期破碎细粒黄铁矿晶体内部容易产生晶格缺陷，造成电荷密度异常，促使金在该时期大量沉淀并赋存于黄铁矿中[13，14]。

4.3  物性特征

4.3.1  反射色与反射率

含金黄铁矿反射色一般较深，光泽比标准黄铁矿暗淡，多为暗黄、灰黄或浅绿黄色等。含金低或不含金的黄铁矿颜色一般较浅，常为黄白色，浅金黄色，并具强金属光泽[15]。本矿床热液早期阶段黄铁矿反射多呈黄白色，晚期阶段中细粒、不规则聚形黄铁矿光泽较标准的黄铁矿反射色暗淡，多为暗黄色、灰黄色，局部氧化可呈深灰色，两者颜色差异较大，为手标本快速推断含金性提供了有用信息。

从图2可看出，该金矿床中热液成矿期不同世代黄铁矿在入射光400～700 nm波段，反射率均低于标准黄铁矿，且金多金属硫化物阶段中PyⅣ富金黄铁矿反射率在429.5～651.5 nm波段中明显低于其他阶段的无金、贫金黄铁矿。说明反射率（Rvis）与金含量呈负相关性，反射率越低，含金性越高。

4.3.2  硬度

前人研究認为，含金黄铁矿硬度降低，比重增大[16]，标准黄铁矿硬度范围为1 000～2 000 kg/mm2，通过表3可看出，黄铁矿-石英阶段硬度较高，平均达1 412 kg/mm2，而石英-黄铁矿阶段硬度最低，平均1 210 kg/mm2，热液成矿期黄铁矿的维氏硬度与含金性相关性不大。

4.3.3  热电性

热电性主要受温度和微量元素组分等条件制约，包括热电系数和导电类型（简称导型），而导电类型有电子型导电（N型，α<0）和空穴型导电（P型，α>0）两种[17]。一般认为脉状矿体的黄铁矿热电性在空间位置上具正向分带，自上而下为P型（上部）、N-P混合型和P-N混合型（中部至下部）[18-21]。即P型黄铁矿的下矿体可有较大延伸，而N 型黄铁矿则表明此为矿体下部。卡特巴阿苏矿区黄铁矿的分布规律总体上表现为矿体上部P型较多，底部出现大量N型黄铁矿（表4），符合一般规律，推测目前矿体底部再出现大规模金矿体的概率不大。

5  成矿温度探讨

本文利用黄铁矿热电系数测试值计算该矿床的形成温度为170 ℃～360 ℃[22]（图3），其中N型黄铁矿的温度区间为220 ℃～370 ℃，P型黄铁矿的形成温度区间为110 ℃～353 ℃；该结果与通过石英流体包裹体测温表明，成矿主阶段成矿温度范围为270 ℃～390 ℃[7]，表明矿床属中-高温。

在热液期的金-多金属硫化物阶段，可见方铅矿-闪锌矿-黄铜矿的矿物组合，且固溶体分离作用普遍发育。闪锌矿-黄铜矿出溶温度为350 ℃～400 ℃[23]，表明矿石初始温度至少为350 ℃，这也对应了黄铁矿热电性得出的温度上限。同时，闪锌矿中发育的乳滴状黄铜矿出溶体说明该种矿石经历了周围环境温度缓慢降低的过程，结合成矿热液期前3个阶段中黄铁矿立方体和五角十二面体晶形、黄铁矿-金红石的中-高温矿物组合到热液末期出现碲银矿等中低温矿物也说明了矿床的形成经历了从高温-中温的环境变化。

6  结论

（1） 矿床中黄铁矿以细粒状、集合体状的黄铁矿为载金标型；视觉反射率（Rvis）比标准黄铁矿偏低，黄铁矿的维氏硬度与含金性不具较大相关性。

（2） 矿床中P型黄铁矿多分布在矿体上部，N型导电的黄铁矿在矿体尾部大量出现。

（3） 矿床形成温度范围为170 ℃～360 ℃，指示矿床为中-高温，且经历了从高温-中温的环境变化。

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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

項目资助：新疆维吾尔自治区自然科学基金项目（2022D01B81）资助

收稿日期：2023-11-13；修订日期：2024-01-22

第一作者简介：郑远馨（1994-），女，工程师，新疆吉木萨尔人，2016年毕业于北京建筑大学地理信息系统专业；

E-mail：490827040@qq.com

通讯作者：王驰源（1990-），男，理学博士，硕士研究生导师，矿物学、岩石学、矿床学专业；E-mail： 396791808@qq.com