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  • CN 62-1112/TF 
  • ISSN 1005-2518 
  • 创刊于1988年
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黄金科学技术, 2024, 32(1): 41-54 doi: 10.11872/j.issn.1005-2518.2024.01.091

矿产勘查与资源评价

山东南吕—欣木金矿床金的赋存状态及富集机制

史磊,1, 王西荣,2,3, 宁霄峰3, 鹿峰宾3, 许延波3, 李亚楠4,5

1.安徽工业经济职业技术学院,安徽 合肥 230051

2.安徽省地质实验研究所(国土资源部合肥矿产资源监督检测中心),安徽 合肥 230001

3.山东黄金地质矿产勘查有限公司,山东 莱州 261400

4.中国地质大学环境学院,湖北 武汉 430074

5.北方工程设计研究院有限公司,河北 石家庄 050000

Occurrence State and Enrichment Mechanism of Gold in Nanlü-Xinmu Gold Deposit,Shandong Province

SHI Lei,1, WANG Xirong,2,3, NING Xiaofeng3, LU Fengbin3, XU Yanbo3, LI Yanan4,5

1.Anhui Technical College of Industry and Economy, Hefei 230051, Anhui, China

2.Anhui Provincial Geological Experimental Research Institute (Hefei Mineral Resources Supervision and Testing Center of the Ministry of Land and Resources), Hefei 230001, Anhui, China

3.Shandong Gold Group Geological and Mineral Exploration Co. , Ltd. , Laizhou 261400, Shandong, China

4.School of Environmental Studies, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China

5.Northern Engineering Design and Research Institute Co. , Ltd. , Shijiazhuang 050000, Hebei, China

通讯作者: 王西荣(1970-),男,安徽铜陵人,高级工程师,从事地质调查研究工作。214502468@qq.com

收稿日期: 2023-06-13   修回日期: 2023-09-05  

基金资助: 国家自然科学基金项目“胶东焦家断裂南延覆盖区金矿综合找矿技术研究与增储示范”.  2022YFC2903605-2
安徽省教育厅自然科研重点项目“江南隆起带东段西坞口岩体含矿性与稀有金属锂的成矿关系研究”.  2023AH052676

Received: 2023-06-13   Revised: 2023-09-05  

作者简介 About authors

史磊(1984-),男,安徽宿州人,讲师,从事地球化学研究工作328715521@qq.com , E-mail:328715521@qq.com

摘要

为探讨南吕—欣木金矿床金的赋存状态及富集机制,结合矿区地质特征,采用能谱和电子探针(EPMA)对研究区内采集的岩(矿)石标本进行分析,获取矿物生成顺序,分析金矿物的形态、粒度、成色和赋存状态,探讨金的富集机制。研究表明:南吕—欣木金矿床成矿阶段可划分为4个阶段,即黄铁矿—石英(Ⅰ)、金—石英—黄铁矿(Ⅱ)、金—石英—多金属硫化物(Ⅲ)和石英—方解石(Ⅳ),其中第Ⅰ、Ⅲ阶段是金的主要成矿阶段。金的赋存状态有晶隙金(占49.87%)、裂隙金(占42.81%)和包体金(占7.32%)。裂隙金的大小为7~20 μm。金成色变化范围在886~943之间,平均成色为845,变化系数为11.72%。相关分析结果显示:相关性显著的元素是Ag和Ag、Fe和S。金与其他元素的相关性大小依次是Au→Ag→Cr→Fe→S,与Pb、Cu和Zn等元素相关性不大。黄铁矿是主要的载金矿物。金从矿源层(古老变质岩和玲珑复合岩体)溶滤出来,以简单的氯化物和络合物等迁移,富集在2个成矿阶段叠加部位。研究结果为揭示区域金的赋存状态和矿床成因提供了证据,也为总结焦家金成矿带成矿规律提供了科学依据。

关键词: 金的赋存状态 ; 成矿富集机制 ; 成矿阶段 ; 金成色 ; 南吕—欣木金矿

Abstract

The Nanlü-Xinmu gold deposit is a super large gold deposit since explored.In order to discuss the occurrence status and enrichment mechanism of gold,rock and ore samples were collected in this study.The ore structure,mineral composition,mineral generation sequence,mineralization stage division,and the morphology,particle size,fineness,occurrence status,and enrichment mechanism of gold were obtained by using optical thin section identification,energy spectrum,and electron probe microanalysis(EPMA) methods.The mineralization stage of Nanlü-Xinmu gold deposit can be divided into four stages,namely pyrite-quartz(Ⅰ),gold-pyrite-quartz(Ⅱ),gold-quartz-polymetallic sulfide (Ⅲ)and quartz-carbonate(Ⅳ).The main mineralization stage of gold is the second and third stages.The existence modes of gold include interstitial gold(49.87%),fissure gold(42.81%),and inclusion gold(7.31%).The size of crack gold is 7~20 μm.The fineness of gold is between 886 and 943,the average fineness is 845.10,and the coefficient of variation is 11.72%.The correlation analysis results show that the most significant correlations are gold-silver and iron-sulfur.The correlation between gold and other elements is in the order of Au-Ag-Cr-Fe-S,with little correlation with Pb,Cu,Zn,etc.Pyrite is a gold bearing mineral.Gold is leached out from the ore source bed(ancient Metamorphic rock and Linglong composite rock body) and migrated as simple chlorides and complexes.Gold mineralization is concentrated in the superposition of two mineralization stages.This study provides basic data for revealing the occurrence and genesis of regional gold.

Keywords: occurrence state of gold ; metallogenic and enrichment mechanism ; metallogenic stage ; gold fineness ; Nanlü-Xinmu gold deposit

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本文引用格式

史磊, 王西荣, 宁霄峰, 鹿峰宾, 许延波, 李亚楠. 山东南吕—欣木金矿床金的赋存状态及富集机制[J]. 黄金科学技术, 2024, 32(1): 41-54 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2024.01.091

SHI Lei, WANG Xirong, NING Xiaofeng, LU Fengbin, XU Yanbo, LI Yanan. Occurrence State and Enrichment Mechanism of Gold in Nanlü-Xinmu Gold Deposit,Shandong Province[J]. Gold Science and Technology, 2024, 32(1): 41-54 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2024.01.091

南吕—欣木金矿床位于山东省莱州市,地处我国最著名的金成矿带——山东省焦家成矿带(李胜荣等,1996钟伶志等,2022),是该金矿带中新发现的一个金矿床。通过实施175个深部钻探(合计171 334.40 m),获得金资源矿石量42 446 913 t,金金属量133 135 kg,平均金品位为3.14×10-6,矿床平均厚度为4.44 m。根据岩金矿地质勘查规范关于矿床规模的划分标准,南吕—欣木金矿床金资源量达到超大型规模(中华人民共和国国土资源部,2002)。

随着研究区地质工作的不断深入,焦家金成矿带的研究聚焦于构造成矿带控矿特征、找矿方向、热液成矿作用、流体包裹体、成矿流体性质、载金矿物和找矿理论等方面。在成矿物质来源方面,于晓卫等(2023)认为金来源于胶东岩群新太古代古老变质岩(TTG岩);范玉超(2022)指出胶西北地区金矿成矿物质来源于岩石圈地幔形成的物质。在金的赋存状态和成色研究方面,冉笑宇等(2023)基于微量元素组成研究指出前乐仓上金矿Au/As比值指示Au以晶格金的形式(Au+)赋存;胡换龙等(2018)通过水/岩相互作用研究,得出在第Ⅲ成矿阶段焦家金矿Ⅰ号和Ⅲ号矿体银金矿金成色相近。在矿床成因方面,以往研究认为主要有2种类型:受构造控制的蚀变岩型和热液蚀变岩型。彭雪峰(2022)认为胶东栖霞大霞址断裂南段金矿床属于构造蚀变岩型;王偲瑞等(2020)认为基底构造对矿床定位的控制机制是矿化及矿体富集部位集中于库伦破裂应力变化值小的部位;张炳林等(2014)系统论述了胶东焦家金矿床热液蚀变作用,认为钾长石化是成矿前期蚀变,绢云石英岩化是成矿期主要蚀变。在金的成矿机制方面,赵泽霖等(2020)研究认为胶东地区金矿是俯冲体制下壳—幔作用的产物。上述对胶东型金矿的研究多侧重于成矿物质来源和成矿时代,在成矿物质来源上,所有的观点均反映壳幔混融形成新太古代变质岩,属于构造控矿,成因类型以蚀变岩型为主,金的赋存状态以晶格金为主。矿区流体包裹体研究认为金的主成矿期属于中低温阶段,中等成矿盐度和低密度。

上述研究成果为进一步在该区开展深入工作提供了理论依据和科学方法(何金霖等,2022胡宝群等,2022李博文等,2022),但关于研究区金矿赋存状态以及Au和其他元素在成因方面的研究报道较少,制约了深部金矿资源勘探和开采利用。鉴于此,本次从矿相学角度着手,采用光薄片镜下鉴定、能谱和电子探针(EPMA)分析等手段,分析岩(矿)石结构构造和矿物成分,划分矿物生成顺序,从而确定金矿物的形态、粒度、成分、赋存状态和成因机制。通过分析测试数据,确定与Au密切相关的元素,查明金的赋存状态,为揭示区域金的赋存状态和矿床成因提供基础资料。

1 区域地质概况

研究区地处华北板块之胶北凸起西北部,沂沭断裂东侧。区内地层隶属华北地层大区,鲁东地层分区(王彦玮等,2017)。研究区出露地层为第四系和古近系。其中,第四系全新统(Qh)岩性为灰黄色含砾砂质、黏土质粉砂和砂砾层;古近系始新统(E2)岩性为含砾长石和含砾黏土质砂岩(图1)。研究区内以发育NNE、NE和近SN向脆性断裂为特征。

图1

图1   南吕—欣木地区区域地质图和金矿床分布图(王彦玮等,2017)

1.第四系全新统;2.古近系始新统;3.郭家岭序列(花岗闪长岩);4.玲珑序列(二长花岗岩);5.栖霞序列(英云闪长岩);6.马连庄序列(变质辉长岩);7.石英脉;8.金矿床(大型);9.金矿床(中型);10.金矿床(小型);11.零星金矿床

Fig.1   Regional geology map and distribution map of gold deposits in Nanlü-Xinmu area(Wang et al.,2017


研究区内中生代燕山早期玲珑序列和郭家岭序列岩浆岩广泛分布,马连庄序列和栖霞序列组成基底变质岩系分布全区,时代归属太古宙五台—阜平期,区内脉岩发育。马连庄序列(Ar3M)岩性为中细粒变辉长岩;栖霞序列(Ar3Q)岩性为片麻状细粒黑云英云闪长岩和片麻状中—细粒黑云英云闪长岩;玲珑序列(J3L)岩性为中—深变质含黑云二长花岗岩,具片麻状构造,局部变质变形程度弱。玲珑序列同位素年龄值为144~157 Ma,形成于中生代燕山早期。玲珑序列在胶东地区金矿成矿和金初始富集过程中起着重要作用,被认为是本地区金矿的“矿源层”;郭家岭序列(K1G)岩性为斑状花岗闪长岩。常见脉岩有煌斑岩、辉绿玢岩和闪长玢岩等(王彦玮等,2017)。

2 矿区(床)地质特征

南吕—欣木金矿区位于龙(口)—莱(州)断裂南端,北起南吕,南至欣木,西自后陈,东至城子(图2)。以主裂面为界,东侧为玲珑序列二长花岗岩,西侧为马连庄序列变辉长岩(北段)和玲珑序列二长花岗岩(南段)。区内大部分被第四系全新统覆盖,岩性为砂质黏土、砂及砂卵石。

图2

图2   南吕—欣木金矿床地质图

1.第四系全新统;2.郭家岭序列(花岗闪长岩);4.玲珑序列(二长花岗岩);5.栖霞序列(英云闪长岩);6.马连庄序列(变质辉长岩);7.石英脉;8.断裂;9.金矿床

Fig.2   Geological map of Nanlü-Xinmu gold deposit


区内以发育脆性断裂为特征,主要有NNE-NE向断裂,包括焦家主干断裂及其次级断裂。焦家主干断裂由莱州、河西和龙口山断裂带组成(图2),在研究区北东端构成马连庄序列和玲珑序列接触带,到南西端则隐伏于玲珑序列中并向南延伸。主断裂面上构造形迹可辨,见有厚度达2~45 cm的标志层,岩性为灰黑色泥岩。在研究区北东端,主裂面上、下盘岩性破碎,两侧岩性具有明显的矿化蚀变,蚀变类型为绢英岩化和黄铁绢英岩化,矿化以金矿化、黄铁矿化和多金属硫化物矿化为主。矿区南部地段,断裂带两侧岩性蚀变和矿物特征与北端基本相似,蚀变类型为绢英岩化和黄铁绢英岩化,矿化为金矿化和黄铁矿化。与主断裂相伴而生的裂隙为区内次级构造,具有容矿特征,为压扭性和张扭性,均充填有金矿脉,裂隙产状倾向为305°~125°,倾角为61°~70°。

区内岩浆岩广泛分布。其中,焦家断裂带以西分布有马连庄序列(Ar3M),形成时代为新太古代五台—阜平期,呈岩基状产出;焦家断裂带东侧分布有玲珑序列,为断裂带下盘岩性组成。

栾家寨单元中—细粒变辉长岩(原斜长角闪岩)构成马连庄序列(Ar3M)的主体岩性。矿物成分为角闪石(65%)、斜长石(30%)和石英,副矿物有石榴石、磁铁矿、绿泥石、磷灰石、黑云母、锆石、褐铁矿、金红石和方铅矿。该岩石具有高SiO2(约为2%),低K2O+Na2O(约为1.5%),且FeO和TiO2含量略低的岩石地球化学特征。微量元素中亲硫类元素Cu含量较高,Pb、Zn、Ag和Sn含量较低,亲铁元素Co含量较高,Ni含量较低,亲石元素Ba、Ti、V、Zr、Sr、Ca和La含量均偏低,仅Cr含量较高。稀土元素表现为轻稀土富集、重稀土亏损的特征。在稀土配分形式图上,Cd明显富集,具有较明显的大洋拉斑玄武岩性质。

栖霞序列(Ar3Q)中见有2个单元:回龙夼单元和崔召单元。其中,回龙夼单元呈岩株状,岩性为片麻状中—细粒含角闪黑云英云闪长岩和花岗岩。矿物由基本均等含量的石英和斜长石(38%)、绢云母(21%)、黑云母(2%)以及少量褐铁矿、磷灰石和微量绿帘石组成。矿物粒度为0.5~1.5 mm。副矿物主要有锆石、磷灰石和榍石等。崔召单元呈岩基状,岩性为弱片麻状中粒含黑云二长花岗岩。岩石呈灰白色,中粒花岗结构,块状和似片麻状构造,主要矿物成分为斜长石(40%)、石英(28%)、钾长石(23%)和黑云母(5%),副矿物主要为磁铁矿、褐铁矿和绿帘石等。该序列与胶东岩群、马连庄序列和栖霞序列重熔及高度混合岩化作用有关,属于“S”型花岗岩。

区内脉岩主要分布于玲珑序列内,主要有花岗伟晶岩、细晶岩、中—基性闪长玢岩类(辉绿玢岩、闪长玢岩、石英闪长玢岩)和煌斑岩脉。

3 矿体地质特征

3.1 矿体形态、规模和产状

南吕—欣木金矿床矿体规模、产状和形态受主断裂及次级裂隙构造控制(王彦玮等,2017),矿体产状走向NE,倾向NW,倾角为5°~52°,平均倾角为28°。共圈出236个矿体,可划分为3个带,编号为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ号(蔡焕花等,2022)(图3),均位于主断裂带下盘花岗质碎裂岩中,碎裂岩普遍具有黄铁绢英岩化。

图3

图3   南吕—欣木矿区联合中段图(王彦玮等,2017)

1.二长花岗岩;2.变辉长岩;3.钾化花岗岩;4.黄铁绢英岩化花岗岩;5.绢英岩化花岗质碎裂岩;6.黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩;7.黄铁绢英岩化碎裂岩;8.矿体及编号

Fig.3   Joint middle section of Nanlü-Xinmu mining area(Wang et al.,2017


Ⅰ-1号为主矿体,金属量和矿石量分别占工业矿体和低品位矿体金属总量及矿石总量的45.79%和44.92%。该矿体由101个钻孔控制,分布在152~272号线间的-294~-1 183 m标高之间,在224号和248号线中部含有无矿天窗。矿体走向为5°~41°,平均走向为26°,倾向NW,倾角为6°~48°,平均倾角为29°。矿体沿走向长1 869 m,控制斜深为329~1 775 m,平均斜深为847 m,其中探矿权内控制斜深为264~1 392 m,平均斜深为626 m。矿体厚度为0.87~28.16 m,其中厚度为1~7 m居多(占60%),矿体厚度变化系数为86%,属于稳定型,平均厚度为6.31 m。矿体沿走向和倾向厚薄均有变化,厚大矿体位于208~248号线中部和256~264号线浅部,厚度大于6 m;在168~216号线处沿倾向尖灭(图4)。

图4

图4   Ⅰ-1号矿体厚度变化趋势(王彦玮等,2017)

Fig.4   Trend of thickness variation of Ⅰ-1 orebody(Wang et al.,2017


Ⅰ-1号矿体单工程金品位为1.00×10-6~11.29×10-6,单样金品位为0.05×10-6~25.84×10-6,平均金品位为3.07×10-6。其中,金品位为1.00×10-6~5.00×10-6的样品占比70%,金品位小于1.00×10-6的样品约占30%,品位变化系数为83%。金品位表现出浅部高、深部低的特征,品位高值分布在152号线深部和216~272号线之间,200号线和208号线深部显示已封闭,走向上表现为高低起伏变化。在裂隙发育的岩性段金品位较高(图5)。

图5

图5   Ⅰ-1号矿体品位变化趋势(王彦玮等,2017)

Wang et al.,2017

Fig.5   Trend of grade variation of Ⅰ-1 orebody


3.2 矿石质量

(1)矿物组成

南吕—欣木金矿矿石矿物有黄铁矿、黄铜矿、自然金、方铅矿和闪锌矿等,脉石矿物有石英、长石和绢云母等,褐铁矿常构成铁帽。金矿物以自然金和银金矿为主,其次为金银矿,属于金银系列矿物。主要矿物特征如下:

黄铁矿:呈淡黄色或黄绿色,具强金属光泽,不规则粒状和半自形粒状占85%。以密集、稀疏浸染状赋存在脉石矿物中。粒度一般在0.01~2.00 mm之间,最大粒径可达5 mm。

黄铜矿:他形粒状或不规则粒状分布,呈黄色或铜黄色,颗粒大小在0.003~3.000 mm之间。多以充填方式分布在石英中,可在早结晶的黄铁矿裂隙中充填,有时呈浸染状分布,个别地段的闪锌矿中偶见呈乳滴状黄铜矿嵌布。晶体粗大的黄铜矿中包裹有微细粒金矿物。

闪锌矿:呈不规则状、棱角状和他形晶粒状,晶粒大小在0.01~0.50 mm之间,呈黄褐色或黑褐色,与黄铁矿、黄铜矿和方铅矿连晶呈浸染状分布在石英中。

方铅矿:铅灰色,晶粒大小在0.003~0.200 mm之间,只有极少量分布。以充填方式赋存在石英脉中或与黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿连晶呈浸染状分布在石英中。方铅矿中的银含量低于闪锌矿。

石英:呈自形—半自形柱状和粒状,具玻璃光泽,呈灰白—灰色,以充填方式赋存于多金属硫化物构成的细脉状或网脉状中。比重较标准值偏低(标准值为2.65~2.66),石英在金—石英—多金属硫化物阶段颜色较深,石英结晶程度差,多呈不规则粒状,至成矿晚期,石英结晶程度高,自形程度高。

绢云母:呈黄绿色细小鳞片状集合体存在,具强烈丝绢光泽,偶见细粒或微粒金散布于绢云母片中。

其中,黄铁矿是重要的载金矿物,金品位与黄铁矿含量呈正相关关系。黄铁矿载金特征表现为结构越不紧密,裂纹越发育,越有利于载金;黄铁矿的矿物密度一般为4.9354 g/cm3,颗粒越不规则,金品位越高。金成色是金矿物的重要标型特征之一,金矿物的最高成色为943,最低成色为295,平均成色为666。

(2)矿石化学成分

矿石中SiO2含量较高(63.12%~69.14%),平均含量为66.77%,与矿区围岩相比偏低(山东黄金地质矿产勘查有限公司,2006)。矿石中 w(Fe2O3)平均值为2.92,高于围岩w(Fe2O3)平均值,说明矿化与黄铁矿有关。w(Na2O)平均值为1.89,低于围岩w(Na2O)平均值。从矿石微量元素成分来看,在黄铁绢英岩质碎裂岩、黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩和黄铁绢英岩化花岗岩3种矿石类型中,Ba和Ti含量为0.1%~1.0%,Mn、Cr、Ni、Bi、Mo、Zr、Zr、Y、Ce和Cu含量为0.1%~1.0%,Be、As、Pb、Th、Ga、V、Co、Sr、La和Li含量为0.010%~0.001%,Sn、Ag、Zn、Yb和Sc含量小于0.001%。组合分析得到银品位平均值为3.13×10-6,银品位小于1×10-6的样品共有197件,占比43.39%;银品位在1×10-6~2×10-6之间的样品共有48件,占比10.57%;仅209件样品银品位在2×10-6以上,占比46.04%。伴生银虽然达到综合利用的要求,但其分布不均匀。Cu平均品位为0.023%,Pb平均品位为0.007%,Zn平均品位为0.008%,达不到综合回收利用价值。S平均品位为1.67%,可考虑回收利用。

(3)矿石结构构造

矿石结构有晶粒状、交代残余、交代假象、包含和乳滴状,呈填隙或碎裂状。黄铁矿多呈自形晶、半自形和半自形—他形晶粒结构。常见黄铜矿、方铅矿和闪锌矿交代黄铁矿,有不完全交代和完全交代2种现象,充分交代时,可保留被交代矿物的假象。银金矿被黄铁矿和石英包裹,黄铁矿局部包裹于黄铜矿和方铅矿的晶体中,形成包含结构。黄铜矿颗粒呈小乳滴状分布在闪锌矿晶体内,构成乳滴状结构。早期黄铁矿和石英填充于晚期黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、磁黄铁矿、闪锌矿、银金矿和石英,形成填隙结构。早期黄铁矿晶体受力破碎,呈碎裂状构造。矿石构造有脉状、细脉浸染状、浸染状、斑点状、角砾状和交错脉状等(图6)。

图6

图6   南吕—欣木矿区金矿石镜下鉴定图(反射光)

(a)浸染状黄铁矿和黄铜矿;(b)浸染状—脉状和粒状黄铁矿;(c)黄铁矿和黄铜矿呈浸染状—(局部)似脉状;(d)浸染状—脉状黄铁矿和黄铜矿,金呈他形粒状,自然金以尖角状交代黄铁矿;(e)浸染状—脉状黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿;(f)浸染状—(局部)脉状黄铁矿和黄铜矿;Au-金;Py-黄铁矿;Cp-黄铜矿

Fig.6   Microscopic identification diagram of gold ore in Nanlü-Xinmu mining area(reflected light)


(4)黄铁矿标型

金矿石中矿物组成有黄铁矿、方解石、铁白云石、方铅矿、钾长石和石英等(图7)。镜下观察发现,不同成矿阶段的黄铁矿标型特征存在差异(表1)。

图7

图7   南吕—欣木矿区金矿石矿物能谱测试图

(a)黄铁矿;(b)方解石;(c)铁白云石;(d)方铅矿;(e)钾长石;(f)石英

Fig.7   Mineral energy spectrum test diagram of gold ore in Nanlü-Xinmu mining area


表1   不同成矿阶段黄铁矿标型及物理性质

Table 1  Typomorphic and physical properties of pyrite in different mineralization stages

成矿阶段形态颜色光泽

密度

/(g·cm-3

维克硬度

/(kg·mm-2

反射率

/(×10-2

电热系数/(ΜV·℃-1
金—石英—黄铁矿阶段不规则粒状浅黄色强金属光泽4.9634~5.05231048.0

56.27

(641λ)

(-N)型:-95.7;(-N+P)型:-18+128

金—硫化物—

石英多阶段第一世代

五角十二面体灰黄色光泽暗淡4.8635~5.0750683.6

55.09

(641λ)

(-N)型:-104.3;-N+P)型:-103.1;

(-N+P)型:-130.4+106.55

金—硫化物—

石英多阶段第二世代

八面体和五

角十二面体

灰黄色金属光泽,暗淡1 156.0

55.72

(641λ)

(-N+P)型:-36.3~-59.6和+95.8~+140.8

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3.3 热液成矿阶段

根据矿石结构构造和矿物穿插、交代切割等接触关系,可以确定矿物的先后生成顺序(陈光远等,1989刘永乐等,2022刘林林等,2023)。将南吕—欣木金矿成矿阶段划分为4个阶段,如图8所示。其中,黄铁矿—石英阶段(Ⅰ),石英和黄铁矿是常见的共生矿物;金—石英—黄铁矿阶段(Ⅱ),黄铁矿和石英仍为共生关系,岩石破碎,具绢云母化,金在本阶段开始沉淀,表现形式为富含金的黄铁矿石英脉或黄铁矿脉;金—石英—多金属硫化物阶段(Ⅲ),矿物组合为黄铁矿和黄铜矿等金属硫化物,根据闪锌矿、方铅矿、黄铜矿和黄铁矿含量不同,还可以划分为2个世代,第一世代由少量闪锌矿和银金矿组成,第二世代含少量金银矿、黄铜矿、黄铁矿、碲银矿和银复盐类矿物;石英—方解石阶段(Ⅳ),石英、碳酸盐及少量黄铁矿共生组合,穿切前期热液脉体,石英方解石脉是区内最后阶段典型产物。

图8

图8   南吕—欣木金矿区成矿阶段及矿物生成顺序

Fig.8   Metallogenic stages and mineral generation sequence of the Nanlü-Xinmu gold mine area


3.4 围岩蚀变与矿化特征

(1)围岩蚀变。围岩蚀变主要发育在断裂带及其两侧范围内,常见蚀变有钾化、绢云母化、绢云石英岩化、黄铁绢英岩化、碳酸盐化和绿泥石化等。断裂、裂隙性质和矿液动力强度决定了蚀变的强度和规模(张炳林等,2014)。蚀变分带取决于热液作用持续时间和各种热液相互作用的叠加强烈程度,蚀变分带无明显界线,呈过渡关系。

(2)矿化特征。构造活动决定了矿化作用的强弱(徐刚,2002)。热液成矿的矿化作用可划分为黄铁矿—石英(Ⅰ)、金—石英—黄铁矿(Ⅱ)、金—石英—多金属硫化物(Ⅲ)和石英—方解石(Ⅳ)4个阶段。矿化类型有黄铁矿化、黄铜矿化、方铅矿化和闪锌矿化等多金属硫化矿化,呈浸染状、细脉浸染状、细脉状、星点状、团块状和网脉状分布。

金矿物形状为不规则粒状或长条状,绝大部分银金矿产于黄铁矿中,粒度以微粒金为主,其次为细粒金,赋存状态以晶隙金和裂隙金为主,含少量包体金。矿化裂隙分为缓倾矿化裂隙和陡倾矿化裂隙,二者相间分布。经统计216ZK993钻孔和224ZK224-4钻孔可知,2种裂隙构造总体呈相间分布的特点。

4 样品采集

矿相学分析的样品采自编号为YK6、YK9和YK10号的3个钻孔岩芯中金含量较高的矿石,共采集样品14件,样品规格(直径×长度)为48 mm×50 mm。电子探针样品选自岩矿鉴定样,用以确定金矿物成分和成色,共18个点位。

电子探针(EPMA)分析仪器型号为JEOLJXA-8230,测试Au电流强度为20 nA,金和硫化物的加速电压分别为20 kV和15 kV,速斑尺寸为3~5 μm,放大倍数为30万倍;能谱仪器型号为Oxford51-XMX1033,分辨率和工作电压分别为5.9 keV和15 kV(王奎仁等,1992)。

岩矿鉴定样用于确定岩(矿)石结构构造、矿物成分、矿物生成顺序、成矿阶段划分和岩石名称,同时确定金矿物的形态、粒度及赋存状态。样品测试工作由山东省第六地质矿产勘查院完成。

5 电子探针分析

南吕—欣木矿区金矿物样品电子探针分析结果见表2。由表2可知,自然金和银金矿中金含量变化范围为70.49×10-2~92.30×10-2,平均值为85.79×10-2n=18),离散系数为6.11,变化稳定。Fe含量变化范围为1.25×10-2~3.07×10-2,平均值为1.95×10-2,离散系数为0.58。Ag含量变化范围为5.34×10-2~26.42×10-2,平均值为10.75×10-2,离散系数为10.75。S含量变化范围为0.08×10-2~0.78×10-2,平均值为0.34×10-2,离散系数为0.22。Zn含量变化范围为0.01×10-2~0.03×10-2,平均值为0.04×10-2,离散系数为0.02。Cr含量变化范围为0.13×10-2~2.62×10-2,平均值为1.10×10-2,离散系数为0.83。Pb含量未检测到,含有微量的Se、As、Co和Ni元素。

表2   南吕—欣木金矿区自然金、银金矿金电子探针测试结果

Table 2  Electron probe testing results for natural gold and silver gold ore in the Nanlü-Xinmu gold mine area

测试点编号检测项目及结果w(B)/(×10-2合计
SeAsFeCoNiCuZnCrSAgPbAu
NL-YK6-Au1-1-0.012.56----0.130.6311.1-82.7897.2
NL-YK6-Au2-1--1.55---0.020.270.0810.68-87.97100.6
NL-YK6-Au2-2--1.740.02--0.022.620.099.82-83.8798.2
NL-YK6-Au3-2--1.87----0.370.175.34-92.30100.1
NL-YK9-Au1-1-0.011.620.03--0.010.410.237.17-90.66100.1
NL-YK9-Au2-2--1.61-0.01--1.270.279.2-87.0599.4
NL-YK9-Au2-3--1.44--0.030.012.150.288.7-85.1297.7
NL-YK9-Au3-10.01-2.38-0.020.020.010.470.298.89-89.49101.6
NL-YK9-Au4-1-0.032.07---0.021.060.247.65-88.99100.1
NL-YK9-Au5-1--3.07--0.02-1.010.788.15-86.1799.2
NL-YK9-Au6-1--2.88-0.01-0.030.40.768.62-84.5297.2
NL-YK9-Au7-10.01-2.32-0.01--0.260.69.57-90.04102.8
NL-YK9-Au9-1-0.012.78----2.190.518.59-85.2999.4
NL-YK9-Au10-10.01-1.8---0.020.870.218.74-89.25100.9
NL-YK9-Au11-1--1.42----2.530.238.55-87.0099.7
NL-YK10-Au1-1--1.26--0.05-1.510.2226.41-71.05100.5
NL-YK10-Au1-2--1.25-0.010.06-1.60.2226.42-70.49100.1

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6 金的赋存状态

根据镜下背散射(BSE)观察,并结合能谱分析结果(图9)可知,金矿物形态以棱角状(占26.29%)为主,其次有麦粒状(16.80%)、枝叉状(占15.99%)、长角粒状和浑圆粒状(13.01%)以及尖角粒状(8.40%),含少量针状和片状(1.90%)。

图9

图9   南吕—欣木矿区金矿物能谱图

(a)黄铁矿与方解石裂隙含1粒自然金,粒径约为5 μm;(b)黄铁矿中含1粒晶隙金;(c)黄铁矿中含1粒裂隙金,粒径约为20 μm;(d)黄铁矿中含7粒裂隙金,最大约为20 μm;(e)黄铁矿中含7粒包裹金;(f)黄铁矿中含7粒包裹金

Fig.9   Energy spectrum diagram of gold mineral in Nanlü-Xinmu mining area


根据含金矿物镜下鉴定和背散射(BSE)观察统计,金矿物粒度细小,微细粒和细粒金占多数,偶见中粒金,粗粒和巨粒金基本未见(表3)。金的赋存状态有裂隙金、包裹金和晶隙金3种:裂隙金最小为7 μm,最大达20 μm;包裹金为黄铁矿包裹金,数量为5~10粒不等;晶隙金分布于黄铁矿的晶隙中(图9)。本次研究发现,南吕—欣木金矿床中的可见金均与黄铁矿密切相关,大部分金赋存在黄铁矿晶隙中、黄铁矿晶隙边缘或黄铁矿裂隙中,少部分分布在铁白云石和石英裂隙中。金矿物以晶隙金和裂隙金赋存在黄铁矿晶隙或裂隙中,含微量包体金(表4)。黄铁矿与石英之间的裂隙中可见自然金,铁白云石和石英之间的裂隙中也有自然金分布。根据金矿物空间分布和结构特点,矿区内的金矿物与黄铁矿或含铁矿物(如铁白云石)有密切关系,二者常共生产出。

表3   金矿物粒级统计结果

Table 3  Statistical results of gold mineral particle size

粒级粒径/mm粒数/颗相对含量/%
合计-369100
巨粒金>0.29500
粗粒金0.295~0.07400
中粒金<0.074~0.03720.54
细粒金<0.037~0.0112132.79
微粒金<0.0124666.67

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表4   金矿物赋存状态统计结果

Table 4  Statistical results of gold mineral occurrence status

赋存

状态

赋存部位粒数/颗相对含量/%

合计

/%

晶隙金黄铁矿晶隙15742.5549.87
黄铁矿与石英晶隙92.44
黄铁矿与黄铜矿晶隙71.90
沿黄铁矿晶隙与黄铜矿共生82.17
黄铁矿与方铅矿晶隙30.81
裂隙金黄铁矿裂隙14439.0242.81
沿黄铁矿裂隙与黄铜矿共生92.44
沿黄铁矿裂隙与方铅矿共生10.27
黄铁矿裂隙内脉石矿物中41.08
包体金黄铁矿中225.967.32
石英中51.36

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张振儒等(1986)认为金的成色与成矿时所处的地质环境密切相关,一般与深度和温度具有正相关关系,且银的结晶温度低于金的结晶温度。南吕—欣木金矿床中金矿物属于金银系列矿物,平均成色为845.10,变化系数为11.72%(表5),金的成色较高且集中,表明金成矿温度变化范围不大。南吕—欣木金矿床在金—石英—多金属硫化物成矿阶段开始形成金沉淀,在石英—方解石阶段,随着温压和物理化学条件的改变,金的沉淀作用逐渐结束(胡换龙等,2018)。

表5   金矿物成色方差分析统计结果

Table 5  Statistical results for variance analysis of fineness of gold mineral

统计项目金成色统计值
数值范围577~943
17 747
均值845.10
方差和196 152
均方差96.65
变化系数/%11.72

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7 金的富集机制

7.1 金的活化、迁移与沉淀

围岩是金的矿源层,金通过淋滤作用从围岩中析出(郭涛等,2008)。研究区经历区域变质和混合岩化作用后,燕山期玲珑复合岩体相继定位,岩浆期后形成的热液和大气降水下渗形成的深部地热环流水富含化学性质活泼元素,如K+、Na+和Cl-等,形成了酸性热液并作用于围岩,围岩中含有的Fe、Mg、铝硅酸盐矿物发生分解,Fe和Au等成矿元素进入热液(张炳林等,2014赵泽霖等,2020)。

(1)金的活化迁移。金以氯、硫、氧、硫氢根和氰根的络合物等多种形式活化迁移。当成矿温度T≥300 ℃时,金在高温热液环境下以AuCl4-形式迁移(董金奎等,2013)。此时,由于金的电离势、负电性及氧化还原电位较高,会发生金的沉淀,这就是矿床中金的赋存状态主要为晶隙金和裂隙金,而包体金很少的主要原因,可用反应式表征为

3Au-→Au3++Au↓

区内金矿床主成矿期温度为220~250 ℃,pH值为5.36~8.60,Eh值为-0.172~-0.770(ν)(刘亚洲等,2018赵泽霖等,2020)。研究区金矿的主成矿期温度为220~250 ℃,属中低温热液环境(中温为200~300 ℃);pH值为5.36~8.60,属于弱酸性—碱性溶液;Eh值为-0.172~-0.770(ν),氧化还原电位低。上述环境热液中Au主要以Au[HS]-络合物形式迁移。

(2)金的沉淀。在主成矿期理化条件下,金的络合物Au[HS]-分解,使得S丢失电子,金离子获得电子成为还原态而沉淀。当金的沉淀作用完成后,由于大量天水的直接加入,温度和压力进一步降低,热液呈中性—弱碱性特点,银及金银矿物、铅、锌等硫化物陆续发生沉淀,反应式为

[PbCl3-+[AgS33-+2Fe2+→PbS↓+FeS2↓+Ag↓+3Cl-+Fe3+
2[AgS]-+Fe2+→2Ag↓+FeS2
Zn2++S2-→ZnS↓

至此,在自然银和各种银矿物大量形成之后,金矿成矿作用基本结束。

7.2 矿化富集规律

(1)区域金成矿规律

区域上金矿床均位于焦家金成矿带中,焦家金矿带具有韧性剪切带、脆性断裂及次生裂隙叠加的特点,纵观整个成矿带的成矿特点,发现在继承性脆性断裂及次生裂隙的叠加活动中,成矿作用显著。容矿构造为NNE-NE向构造及其次生构造的复合部位或膨大部位。断裂带内及其两侧矿化蚀变发生在黄铁矿—石英阶段,矿化极弱,晚期石英—方解石阶段基本无金矿化,矿化作用最强的阶段是金—石英—黄铁矿阶段和金—石英—多金属硫化物阶段。马连庄序列变辉长岩接触带的内带有利于赋矿,玲珑序列是本区金矿的矿源层。矿床指示元素为Au、Ag、As、Cu、Pb、Zn、Sb和Bi等,Au-As-Sb和Au-Ag元素组合异常是重要地球化学标志,往往指示金矿体位置,可用于明确找矿靶区。

(2)研究区金成矿规律

研究区内金矿体分布受断裂控制。主构造破碎蚀变岩带控制着区内金矿床的总体展布,主构造带内部伴生的次级构造(节理裂隙)控制着金矿脉的分布型式,多期次热液叠加活动,形成厚度大且品位富的金矿体。构造蚀变岩带控制着金的矿化富集,金矿化体均位于焦家断裂蚀变带200~272号线间主裂面以下的黄铁绢英岩质碎裂岩带中(徐刚,2002董金奎,2011王偲瑞等,2020)。矿区岩石越破碎,孔隙度越大,构造裂隙越发育,矿液的渗透、扩散和交代越容易发生且作用于围岩,同时萃取围岩中更多的金,使之溶滤出来进入热液中迁移,在有利成矿构造中沉淀。此外,节理和裂隙带对脉状、细脉和网脉状矿体起定位作用,密集的金矿脉群赋存在这种形式的节理裂隙带中。区内多期次成矿热液叠加活动,在有利部位富集成矿,热液蚀变富集成矿是含金热液多期和多阶段作用的结果,研究区内第Ⅰ、Ⅳ成矿阶段金矿化较差,一般不能单独形成工业矿体,第Ⅱ、Ⅲ成矿阶段金矿化强度大,可形成工业富矿体。

8 结论

(1)南吕—欣木金矿床的成矿阶段可划分为石英—黄铁矿(Ⅰ)、金—石英—黄铁矿(Ⅱ)、金—石英—多金属硫化物(Ⅲ)和石英—方解石(Ⅳ)4个阶段,其中Ⅱ、Ⅲ阶段是金的主成矿阶段。

(2)金的赋存形式有晶隙金、裂隙金和包体金3种,从占比来看,晶隙金(占比49.87%)>裂隙金(42.81%)>包裹体(7.31%)。裂隙金的大小为7~20 μm,包裹金包裹在黄铁矿中,数量为5~10粒不等,晶隙金赋存在黄铁矿的晶隙中。金的平均成色为845.10,变化系数为11.72%。金的赋存状态为可见金和不可见金,不可见金为黄铁矿中的晶隙金。

(3)根据Au与其他元素的相关性分析,Au和Ag、Fe和S元素相关性显著,Au与其他元素的相关性大小依次为Au-Ag-Cr-Fe-S,与Pb、Cu和Zn等相关性不大。能谱分析结果也显示,金主要赋存于黄铁矿中,与Cu、Pb、Zn和Bi等相关性不大,这与电子探针分析结果相吻合。

中国自然资源报)

http://www.goldsci.ac.cn/article/2024/1005-2518/1005-2518-2024-32-1-41.shtml

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