黄铁矿在金矿床中普遍存在，与金矿化关系密切。黄铁矿既是金的伴生矿物，也是金的主要载体，蕴藏着大量的找矿矿物学和成因矿物学信息。因此，金矿床中黄铁矿的特征基本上反映了金矿化的特征（Mao et al.，2008；Cook et al.，2009；Li et al.，2013）。通过对金矿床中黄铁矿晶体形态的标型特征和成分特征进行研究，可以圈定矿化地段并进一步判断矿体贫富程度和矿化富集部位，对于深部矿化规律研究和找矿预测具有十分重要的实际意义。部分学者在胶东各类型矿床和太白庙金矿床等曾开展过黄铁矿化学成分标型、晶体形态学及成因矿物学等方面的研究（陈光远等，1990；侯满堂，1999；胡楚雁，2001；严育通，2012，2013；申俊峰等，2013；李灿明等，2021），并取得了良好的成果。

南秦岭地区是我国重要的金多金属成矿区带，已发现二台子、龙头沟构造蚀变岩—石英脉型金矿，王家坪卡林型金矿，以及金龙山、夏家店类卡林型金矿等一批大中型金矿床。其中，龙头沟金矿位于陕西省山阳县东南部，2004年由西北有色地质研究院有限公司发现（胡西顺等，2005），矿床规模为中型，目前已形成的香沟—龙头沟—宽坪沟金矿带呈EW向展布，矿带长约7 500 m，宽200~1 450 m，已发现多条金矿体。部分学者针对该矿床的地质特征、流体包裹体、同位素地球化学、成矿物源及矿床成因等进行了研究，并取得了丰硕的成果（胡西顺等，2010；刘新伟等，2011；王淑利等，2014；赵超，2019；薛玉山等，2020；丁坤等，2021），但在载金矿物黄铁矿标型特征方面的研究甚少，制约了该区深部和外围找矿突破。

鉴于此，本研究选择龙头沟金矿区Ⅰ号和Ⅳ号主矿体载金矿物黄铁矿作为研究对象，通过对黄铁矿晶形进行观察并测试其化学成分，揭示龙头沟金矿化的空间变化规律，为深部找矿预测提供依据。

龙头沟金矿床位于陕西省山阳县城东南20 km处，大地构造位置隶属于秦岭褶皱系南秦岭构造带，位于区域性山阳—凤镇大断裂和镇安—板岩镇大断裂之间（图1）。龙头沟矿区出露地层有震旦系、寒武系、奥陶系和泥盆系等，其中震旦系、寒武系和奥陶系均在矿区北侧出露。矿区主体地层为泥盆系，包括石家沟组、大枫沟组、古道岭组和星红铺租。其中，主要含矿地层为石家沟组砂岩和白云岩，大枫沟组砂岩和砾岩。

区域褶皱发育，构造线呈近EW向，其中纸房沟—瓦房店—中村复式背斜横贯矿区；山阳—凤镇断裂（以下称“山凤断裂”）位于矿区北部，其次级断裂龙头沟断裂（F₁₁）横贯矿区，并伴有NE和NW向2组断裂（图1）。

区域内沿山凤断裂两侧发育有红椿树沟—高坝店酸性岩浆岩带，产出板板山和台子沟岩体，其中板板山岩体紧邻矿区北侧，为一个新元古代复式花岗岩岩基，成岩年代为743 Ma（杨志军等，2020）。

龙头沟金矿位于中村复式背斜北翼，出露地层自下而上依次为中泥盆统石家沟组（D₂s）白云质砂岩及白云岩、大枫沟组（D₂d）石英砂岩及粉砂质板岩。其中，大枫沟组是龙头沟金矿的主要赋矿地层。

区内发育断裂主要为上岔口—土地岭—东龙头沟脑断裂（F₁₁）。该断裂横贯工作区中部，走向近EW，西延至龙头沟矿区，东延被馒头山—大坪—银花河断裂（F₂）的分支断裂截切；断裂宽10~50 m，主要由糜棱岩、角砾岩、断层泥和构造透镜体组成，总体倾向N，倾角为50°~85°，与中村复式背斜共同构成“背斜加一刀”的构造格局。区内龙头沟地段发育有多条EW向展布的层间剪切断层和走向断层，包括F₁~F₆、F₉和F₁₀等，其中F₁~F₆和F₈特征基本相同，均为南倾。F₁断层破碎带较长，长度约为2 400 m，宽1~5 m，产状变化较小，在190°~205°∠50°~70°之间，主要由石英（铁）碳酸盐脉和断层破碎蚀变岩组成，黄铁矿化、硅化、重晶石化和（铁）碳酸盐化发育。龙头沟金矿F₇断裂为一晚期成矿断裂，呈NE向展布，具有右行压扭性特征，对矿体有一定的破坏作用。

矿区内岩浆岩未出露，但发育石英脉、石英碳酸岩脉和钾长石石英脉，其中钾长石石英脉多出现在矿体附近。

龙头沟金矿共圈出7条矿体，编号分别为Ⅰ-1号、Ⅱ-1号、Ⅲ-1号、Ⅳ-1号、Ⅴ-1号、Ⅴ-2号和Ⅵ-1号。7条矿体均呈NWW-近EW向展布，均呈脉状产出，产状近于一致，倾向与围岩相反，产状为185°~215°∠34~88°。其中，Ⅰ-1号和Ⅳ-1号矿体规模较大，为主矿体，其余矿体规模相对较小，其中Ⅳ-1号金矿体受断层控制，矿体及矿化带长约1 350 m，矿体厚0.42~4.70 m，平均厚度为1.15 m，矿体平均金品位为4.75×10^-6。龙头沟金矿体矿石中金属矿物主要为黄铁矿和褐铁矿，其次为黄铜矿、黝铜矿、方铅矿和闪锌矿等；非金属矿物主要为石英、方解石、白云石、铁白云石和重晶石等；蚀变矿物为绢云母，副矿物有榍石和磷灰石等；贵金属矿物为自然金。

矿石结构构造简单，主要为中粗粒自形—半自形—他形粒状、交代残余、包含和交代环边结构，块状、角砾状和浸染状构造。

本研究所有样品均采自龙头沟主矿体探矿坑道（PD1200~PD1080）（表1），样品新鲜、代表性好，共采集26件样品以备观测分析。黄铁矿单矿物分选在廊坊宏信地质勘查服务公司完成。将样品破碎至0.63 mm（40目），然后在双目镜下分选挑纯，纯度大于95%。

电子探针测试（EPMA）在中国地质调查局西安地质调查中心实验测试中心完成。测试仪器为日本岛津公司生产的EPMA-1600型电子探针，配有高稳定的电子光学系统、真空系统及高精度机械系统，元素分析范围广泛（5B~92U），电子束流稳定性优于1.5×10^-3/h。首先在光学显微镜下观察黄铁矿形态特征，圈出需要打点分析的位置，然后对薄片进行喷碳处理，最后上机测试。测试条件如下：加速电压为25 kV，电流为4.5 nA，束斑小于1 μm，检出限大于0.05%，修正方法为ZAF定量修正法，标准样品为美国SPI公司53种矿物。

能谱测试在西安西北有色地质研究院有限公司岩矿鉴定中心完成。测试条件：设备型号为EDAX APOLLO X；探头类型为电制冷硅漂移（SDD）探测器；在60 000 CPS条件下能量分辨率（Mn Ka）优于133 eV；可分析元素范围为4Be~99Es；时间常数为1.6 μs；样品检出限大于0.1%。

（1）产状特征。黄铁矿是龙头沟金矿的主要载金矿物，在矿相显微镜下观察其反射色为浅黄色，表面多有麻点分布。黄铁矿在成矿的多个阶段均有产出，是矿石中含量最多的金属硫化物，也存在于围岩中。根据野外观察和室内显微镜下研究，在成矿早期由于空间充足，黄铁矿结晶较好，多为自形，粒度较大，一般在0.05~0.30 mm之间［图2（a）］；在结晶后期，由于环境多变，黄铁矿呈浸染状，颗粒较细［图2（b）］。总体上，黄铁矿均具有较好的晶形，自形程度较好，其中五角十二面体居多，少量呈立方体，还有一些以五角十二面体聚形晶形式存在。另外，黄铁矿破碎裂隙发育，具有明显的压碎结构，黄铜矿及黝铜矿沿裂隙交代黄铁矿［图2（c），2（d）］，金呈砾状、月牙状和树枝状充填在黄铁矿裂隙中，此类黄铁矿中金含量最高。

根据薛玉山等（2020）的研究，龙头沟金矿成矿阶段可划分为：①石英阶段，为成矿早期，以铁白云石石英脉为代表，发育有镜铁矿和黄铁矿等，黄铁矿晶形主要为立方体和细粒集合体，少量为五角十二面体，偶见含金。②石英—硫化物阶段，为主成矿阶段，发育有黄铁矿及铜—铅硫化物等，黄铁矿晶形主要为碎裂五角十二面体，少量为立方体，可见五角十二面体双晶或聚形晶，黄铁矿为载金矿物，电子探针下偶见环带；富含Co、Ni、Se和Te等元素，黄铁矿中常包裹方铅矿和重晶石等矿物，在矿区深部黄铁矿与黄铜矿共生。③碳酸盐阶段，为成矿晚期，发育有方解石石英脉，黄铁矿由细粒集合体组成，呈立方体，粒度小于0.03 mm，分布较少，不含金。

（2）晶形特征。本研究对26件样品进行黄铁矿单矿物挑选，其中7个样品的黄铁矿颗粒呈细小集合体，未挑选出晶形好的黄铁矿，剩余19个样品共挑出548个黄铁矿颗粒的有效形态，对这些黄铁矿颗粒进行了镜下观察。结果显示，龙头沟金矿载金黄铁矿多数呈自形—半自形粒状及他形粒状集合体，粒径在0.28~2.49 mm之间。黄铁矿晶体形态主要有五角十二面体｛210｝、立方体｛100｝、五角十二面体双晶、各种聚形集合体和其他晶形共5种类型（图3和图4）。其中，五角十二面体｛210｝为主要晶形，约占46%，一般自形程度较好，晶形规则，黄铁矿表面较平整，没有较多的凹陷和凹角，部分晶体具有晶面条纹，晶形完整，五角十二面体破碎占总颗粒数的19.34%，可能是在采样、碎样过程中由于人为因素造成机械破碎；聚形占9%，主要由五角十二面体分别与五角十二面体、立方体、八方体、其他晶形等组成的聚形形式以及立方体与其他晶形组成的聚形存在；立方体｛100｝较少，占0.73%，自形程度较好，晶形较规则，多具粗糙的晶面条纹，条纹细密，光滑明亮；双晶发现4颗，占0.70%，均为2个五角十二面体双晶；其他晶形占14.05%，晶形不规则分布，自形程度差，不成形；机械破碎的占100%。

对部分样品进行能谱测试分析，得到龙头沟金矿Ⅳ-1号矿体黄铁矿成分（表2）。由表2可知，龙头沟金矿Ⅳ-1号金矿体黄铁矿中S含量为52.71%~67.80%，平均值为55.786%，比理论值高；Fe含量为28.66%~45.33%，平均值为42.428%，比理论值低。

黄铁矿的化学式为Fe［S₂］，Fe的理论值为46.55%，S的理论值为53.45%，N（S）/N（Fe）≈2（薛玉山等，2020）。由分析结果可知，龙头沟Ⅳ号矿黄铁矿的化学式为Fe_{（0.483~0.974）}S₂，总体上表现为富硫亏铁型，且随着采样深度的增加，Fe亏损程度增加，S富集程度增大（表2）。

对采自Ⅳ号矿体的9件黄铁矿样品进行电子探针测试分析，结果见表3。由表3可知，黄铁矿中Ni含量在0.01%~0.02%之间（其中部分样品未检出），Co含量在0.01%~0.08%之间，比Ni含量稍高，属于富钴贫镍型黄铁矿。Au含量在0.02%~0.08%之间，平均值为0.047%，Ag含量在0.01%~0.04%之间，平均值为0.021%。

通过镜下观察和BSE扫描，可见龙头沟金矿主要载金矿物为黄铁矿（图5）。黄铁矿颗粒晶形以五角十二面体｛210｝、立方体｛100｝和碎裂他形为主，本研究在PD1120和PD1080中段还发现立方体｛100｝黄铁矿载金，含量在0.05%~0.08%之间。可见成矿早期矿体尾部立方体黄铁矿也是主要载金矿物，早期立方体黄铁矿具有高砷特点，As含量最高为1.15%。

张方方等（2013）和李杰（2016）研究认为不同类型的金矿或相同类型金矿中不同矿体的黄铁矿晶形的空间分布规律不尽相同。李青等（2013）和李成禄等（2018）认为，从矿体上部到中部再到下部，黄铁矿晶体的变化趋势为八面体｛111｝→五角十二面体｛210｝→立方体｛100｝，且｛100｝由多变少再变多，｛210｝及其聚形变化规律为少→多→少，晶体形态X_Py则表现为负值→正值→负值的变化规律。因此，金矿床中黄铁矿的晶体形态特征可用于矿化空间分布规律评价（陈晓东等，2015）。

总体上，龙头沟金矿区浅部黄铁矿晶形以较粗粒五角十二面体黄铁矿为主，向深部黄铁矿晶体形态多样，出现立方体及其聚形等特征。1 080 m中段出现6种晶形，聚形晶体频繁，五角十二面体黄铁矿颗粒粗大，表现出此处矿化环境多变（图6）。在1 120 m中段处环境变化逐渐稳定，聚形种类减少，五角十二面体数量逐渐增多。1 160 m中段同1 080 m中段，矿物粒度粗大，五角十二面体黄铁矿集中产出，结合五角十二面体结晶温度和S逸度要求可知，1 080 m和1 160 m标高处成矿温度适中，是热液脉动式向上运移的表现。在1 200 m中段，环境又逐渐变化，矿化削弱，已处于成矿晚期，低温弱碱的环境中，黄铁矿自形程度较低，他形黄铁矿逐渐增加。总体呈现为：标高由1 040 m→1 080 m→1 120 m→1 160 m→1 200 m，矿化阶段呈矿化早期→矿化带→次矿化带→强矿化期→矿化末期的变化规律。

立方体黄铁矿一般在温度高于320 ℃或低于218 ℃、温度梯度变化较大及硫逸度较低的条件下形成，介质含金量少且成矿溶液偏碱性，不利于金的沉淀（Murowchink et al.，1987）。五角十二面体及其复杂聚形的黄铁矿一般在 310~270 ℃、温度梯度变化小及硫逸度较高的条件下形成，表面具有一定梯度的平直生长条纹，能为自然金的沉淀提供有利的凹角，所以五角十二面体黄铁矿载金性优于其他晶形（高振敏等，2000）。这种特征在黄铁矿载金的矿床中很普遍，而本文统计也发现，存在五角十二面体的黄铁矿载金性比立方体载金性好（表4）。

龙头沟金矿区内五角十二面体黄铁矿粒度由深到浅的变化规律如下：在1 080 m中段以下，黄铁矿粒径在0.4~0.6 mm之间，离散程度小，主要以细粒黄铁矿为主；到1 080 m中段，黄铁矿粒径达到峰值，在五角十二面体的剧烈变化位置，离散程度达到最大值；1 080 m中段以上标高（浅处），五角十二面体黄铁矿占比和粒度均变小（图7）。由此说明，对于龙头沟—宽坪沟金矿Ⅳ号矿体，在1 080 m中段以下，五角十二面体黄铁矿以细小颗粒为主，在1 080 m中段以上，则以粗大颗粒为主。

（1）成矿深度判定。研究表明，黄铁矿中的化学参数n（Au）/n（Ag）值（原子数比）与样品产出的位置深度级别（D）有一定的相关性（陈晓东等，2015），且表现为负相关，相关系数为-0.96307，浅部的D值等于或小于1，中部约为2，深部为3（周学武等，2005）。依据所测黄铁矿样品中n（Au）/n（Ag）值和深部级别公式，得到矿区黄铁矿样品产出位置的深度级别D值为0.6520~1.0890，平均值为0.8786（表5），指示矿体位于中浅部地段。

邓宗立等（1990）研究指出，同种矿物不同晶形的变化均是成矿时间、空间和温压条件变化的反映。根据叶夫济科娃（1984）的公式计算出晶形得分数X：

式中：ⅰ为｛100｝立方体；ⅱ为｛100｝+｛200｝立方体与五角十二面体聚形；ⅲ为｛210｝五角十二面体；ⅳ为｛210｝+｛111｝五角十二面体与八面体聚形；ⅴ为｛111｝八面体；C_ⅰ、C_ⅱ、C_ⅳ和C_ⅴ分别表示对应晶形个数。当X为正值时，表明样品以中晚期结晶为主；当X为负值时，表明样品以早期结晶居多。另外，样品X值绝对值越低，表明样品位置距矿体中心越近，为此将矿体划分为以下5个部分：矿体极上部（X=+200~+100）；矿体上部（X=+100~+50）；矿体中部（X=+50~-50）；矿体下部（X=-50~-100）；矿体极下部（X=-100~-200）。

根据以上理论，龙头沟金矿1 080 m中段黄铁矿X值在0~-13.33之间（表6），基本位于矿体中下部位，结晶时期为中早期。结合地表矿体出露和剥蚀情况，龙头沟金矿成矿深度为中浅部，目前开采部位已达到矿体中部。

（2）黄铁矿的载金性。曾贻善等（1996）研究指出，在黄铁矿成长过程中，早期形成的黄铁矿很容易被后期的构造热液活动破坏，出现破裂或重结晶现象，致使黄铁矿晶体内部形成许多裂缝和微裂缝。这些裂缝有平坦面、两面凹角面和三面凹角面等，这些面均为后期含金黄铁矿发生金的卸载沉淀提供了最佳的生长位置。因此，裂隙发育的黄铁矿载金性更好。

刘新伟（2005）曾对龙头沟金矿区金的赋存状态开展了研究工作，结果表明区内金的赋存状态有粒间金、裂隙金和包裹金3种类型，且以裂隙金为主，其次是粒间金，包裹金较少。颗粒数统计结果显示，裂隙金占41.43%，粒间金占32.86%，包裹金占25.71%。

本次研究工作显示，龙头沟金矿自然金主要出现在龙头沟矿段1 160 m中段及以上地段，矿体的表生氧化作用和后期构造破碎作用有利于自然金的富集。在矿区深部，由于成矿温度升高，1 080 m中段黄铁矿颗粒普遍细小且发育程度一般，仅在1 080 m中段157线发现少量自然金呈包裹金状态赋存于黄铁矿中。

（3）矿床成因。Co、Ni与Fe元素化学性质相似，其与Fe呈类质同象进入黄铁矿晶格。Co和Ni含量可以用来指示黄铁矿形成环境及其成因类型。前人研究显示同生沉积成因黄铁矿中Co/Ni比值小于1，热液成因黄铁矿的Co/Ni比值通常在1~5之间，与火山岩有关的矿床中黄铁矿的Co/Ni比值一般大于5（李逸凡等，2015；王冬丽等，2019）。

龙头沟金矿床黄铁矿Co含量在0.01×10^-6~0.08×10^-6之间，平均值为0.0433×10^-6；Ni含量较低，9个样品中，只有4个样品显示有测试数据，其余均低于检出限。本文测试数据显示，龙头沟金矿的Co/Ni比值介于1~4之间，平均值为2.875，反映龙头沟金矿具有岩浆热液成因特性（图8）。

另外，胡西顺等（2010）通过对龙头沟金矿开展成矿流体包裹体和H、O、S、Si同位素研究，获得成矿温度主要为260~280 ℃，H-O同位素数据点均落入岩浆水下侧的区域，矿石的Si同位素值落入花岗岩的Si同位素组成范围，与宁磊（2015）的研究结果基本一致，表明龙头沟金矿属于中温岩浆热液型金矿床。丁坤等（2021）测得龙头沟金矿床黄铁矿Co含量为0.33×10^-6~183.93×10^-6，表明黄铁矿成矿温度为中温环境。另外，250 ℃是五角十二面体形成的最佳温度，与本区黄铁矿主要晶形为五角十二面体的结论一致。

Se是黄铁矿的标型元素之一，S/Se比值具有重要的标型意义（彭丽娜等，2009；李康宁等，2014；张文媛等，2014）。沉积成因黄铁矿Se含量低，一般在0.5×10^-6~2×10^-6之间，S/Se比值在25×10^-6~50×10⁴之间；岩浆热液成因黄铁矿Se含量较高，一般为20×10^-6~50×10^-6，S/Se比值在1.0×10^-6~2.67×10⁴之间；与火山作用有关的黄铁矿，As和Se含量较高。龙头沟金矿Ⅳ-1号矿体黄铁矿中的Se含量约为4×10^-4，S/Se比值在0.763×10³~5.391×10³之间，说明龙头沟为岩浆热液成矿。

研究表明，龙头沟金矿矿体中部（富厚矿段）载金黄铁矿成矿温压适宜，结晶粒度相对粗大，而接近矿体尾部时，黄铁矿粒度急剧变小且晶形多样化。因此，龙头沟金矿主成矿黄铁矿的含量和粒径也是反映成矿过程的重要指征。由龙头沟Ⅳ-1号金矿体载金五角十二面体黄铁矿粒径变化图（图9）可见，在横向上，从139号探勘线到147号勘探线再到155号勘探线，黄铁矿粒径表现为从大到小变化；在纵向上，标高从1 200 m到1 080 m再到1 000 m，黄铁矿粒径也是从大到小变化。结合研究区主要构造特征，龙头沟东部（宽坪沟地区）在区域上同处山阳—凤镇断裂与镇安—板岩断裂会聚部位，受纸房沟—瓦房沟—中村背斜及次级断裂上岔口—土地岭—东龙头沟脑断裂控制，具有构造控矿的特征。龙头沟东部岩石蚀变强烈，主要发育硅化、钠长石化、铁白云石化和黄铁矿化，与龙头沟金矿岩石特征相似。另外，王瑜亮（2017）通过对龙头沟东段（宽坪沟—桐树沟）一带进行1/2.5万次生晕测量，在龙头沟东延部位圈定出K13~K16号次生晕异常。通过开展1/5 000激电测量，发现视充电率异常6个。结合本次黄铁矿粒径变化特征，总体上得出本区在1 080 m中段以下155线以东具有一定找矿潜力（图9）。在龙头沟金矿西延香沟地区，黄铁矿粒度特征呈现从大到小的变化特征，揭示龙头沟金矿西延香沟金矿区也具有较大的找矿潜力。薛玉山（2017）在研究区西延香沟地区内共解译出遥感断裂54组，环形构造11个，其中H9和H10环形构造处于龙头沟东部，是由断裂或褶皱等复杂的构造活动所造成的特殊地形地貌，此类环形构造往往由多期次不同方向的构造活动叠加而成，对寻找与构造活动有关的矿产具有指示作用（图10）。

（1）龙头沟金矿黄铁矿晶形较为简单，仅出现立方体、八面体、五角十二面体及其组合成的聚形，其中以五角十二面体为主，总体上晶形出现率由高到低依次为五角十二面体、聚形、立方体和八面体。

（2）龙头沟金矿在标高1 080 m和1 160 m处为2次强矿化带，当标高由1 040 m→1 080 m→1 120 m→1 160 m→1 200 m变化，矿化阶段总体呈现出矿化早期→矿化带→次矿化带→强矿化期→矿化末期的变化规律，且五角十二面体黄铁矿载金性优于其他晶形。

（3）龙头沟金矿床成因属于与岩浆作用有关的热液成因，目前矿化区工程控制地段仍处于中浅部地段。在1 080 m中段以下155线以东和龙头沟金矿带以西香沟地区仍具有一定找矿潜力。