胶东西岭金矿床黄铁矿热电性特征及深部找矿意义

图1 胶东金矿集区区域地质和主要金矿床分布图（修改自Fan et al.，2003）

1.第四系沉积物；2.超高压变质岩；3.元古宙变质岩；4.太古宙变质岩（胶东群）；5.早白垩世火山岩；6.早白垩世艾山花岗岩类；7.早白垩世郭家岭花岗闪长岩；8.晚侏罗世玲珑花岗岩类；9.晚三叠世花岗岩类；10.断裂；11.蚀变岩型金矿；12.石英脉型金矿

Fig.1 Regional geology and distribution map of main gold deposits in the Jiaodong gold Concentration area（modified after Fan et al.，2003）

区内出露地层主要为新太古界胶东群、古元古界荆山群和粉子山群以及新元古界蓬莱群。其中，胶东群是矿集区内前寒武变质基底最为重要的组成部分，属角闪岩相—麻粒岩相变质岩（杨敏之等，1996），岩性主要为斜长角闪岩、斜长片麻岩和黑云变粒岩等；古元古界荆山群和粉子山群以角度不整合覆盖于胶东群之上，主要由变粒岩、大理岩、斜长角闪岩和片岩等组成，属角闪岩—麻粒岩相变质岩（陈光远等，1993）；新元古界蓬莱群以角度不整合覆盖于荆山群和粉子山群之上，以变质石英砂岩夹变质粉砂岩为主（初航等，2011），属未变质或绿片岩相变质岩。

区内大规模早白垩世金成矿作用均受控于NE-NNE向断裂（杨立强等，2014；范宏瑞等，2016）。该断裂是郯庐断裂的次级断裂（Goldfarb et al.，2001），自西向东依次发育有三山岛、焦家和牟乳等断裂及其派生断裂。EW向构造为基底褶皱及其派生的断裂构造体系，其在中—新生代构造活动十分强烈并伴随大规模岩浆侵入活动和火山作用（邓军等，2010；Deng et al.，2019）。NW向断裂属胶东大规模金成矿作用的主成矿期后断裂（邓军等，1996，2010），一般切穿NE-NNE向断裂，主要起到破坏作用。

区内中生代岩浆活动广泛发育，尤以晚侏罗世和早白垩世岩浆岩为主，代表性岩体包括晚侏罗世玲珑黑云母花岗岩、早白垩世郭家岭花岗闪长岩和艾山二长花岗岩。其中，玲珑黑云母花岗岩呈NE向侵位于前寒武纪变质基底中，锆石U-Pb年龄约为160 Ma（苗来成等，1998；Wang et al.，1998），呈带状分布于焦家和招平断裂带之间；郭家岭花岗闪长岩呈EW向侵位于胶东群和玲珑岩体之中，锆石U-Pb年龄为130~125 Ma（Wang et al.，1998；陈广俊等，2014）；艾山二长花岗岩呈NE向侵位于郭家岭岩体中，锆石U-Pb年龄为118~113 Ma（Goss et al.，2010；李秀章等，2022）。除上述主要代表性岩体之外，众多闪长岩、闪长玢岩、煌斑岩、辉绿岩和伟晶岩等早白垩世脉岩在区内广泛分布。

2 矿床地质特征

西岭金矿床位于招远—莱州金矿集区西部，处于著名的三山岛金成矿带上，地处莱州市以北约25 km处。截至目前，已探明金资源量超过592 t，平均金品位为4.02×10^-6，是当前国内单一矿体规模最大、埋藏最深的金矿床（孙之夫等，2022）。

区内出露地层主要为第四系（图2），此外，新太古界胶东群较为发育，主要出露在矿区中部—东南部，岩性为斜长片麻岩、斜长角闪岩、黑云变粒岩和角闪岩等（张良等，2014）。古元古界荆山群在矿区内不甚发育，仅以残留体的形式零星出露，岩性为黑云母片麻岩、大理岩和变粒岩等（李凯月等，2020）。

图2

图2 西岭金矿床地质简图（修改自孙之夫等，2022）

1.第四系沉积物；2.古元古代变质岩（荆山群）；3.太古宙代变质岩（胶东群）；4.早白垩世花岗闪长岩（郭家岭）；5.晚侏罗世黑云母花岗岩（玲珑）；6.蚀变岩型金矿体；7.断裂；8.海水

Fig.2 Geological map of the Xiling gold deposit（modified after Sun et al.，2022）

区内构造以断裂为主，主要为NE向三山岛断裂（F₁断裂），发育在晚侏罗世玲珑黑云母花岗岩和新太古界胶东群变质基底的接触带上，是区内主要控矿和容矿断裂（刘诗鹏等，2019）。F₁断裂出露长达12 km，宽20~400 m，总体走向为35°，倾向SE，具舒缓波状变化特征。F₃断裂走向为290°~300°，倾向NE，倾角大于80°，一直向北西延伸至莱州湾（延深大于600 m），属成矿后断裂，切断早期脉岩和金矿体（刘诗鹏等，2019）。

区内岩浆岩较为发育，但地表鲜有出露，主要由钻孔工程控制。晚侏罗世黑云母花岗岩（玲珑岩体）主要分布在F₁断裂两侧，呈浅肉红色，花岗结构，块状构造。早白垩世花岗闪长岩（郭家岭岩体）主要分布在F₁断裂下盘，呈浅肉红色，似斑状结构，块状构造。除上述2个主要岩体之外，区内还发育众多沿NE和NWW向断裂呈脉状产出的成矿后脉岩，主要有闪长岩、闪长玢岩、煌斑岩和辉绿玢岩等。这些脉岩长度在数十米至300 m之间，厚度为1~10 m。

西岭金矿床属典型的破碎蚀变岩型金矿床［图3，图4（a）、4（b）］，截至目前已发现210个矿体（孙之夫等，2022）。其中，Ⅰ-1和Ⅰ-2为主要矿体，Ⅱ-1、Ⅱ-2和Ⅱ-3为次要矿体，其他均为零散矿体。Ⅰ-1矿体的金矿石量占西岭金矿床总矿石量的32.03%，发育在F₁断裂面下盘，赋存于黄铁绢英岩化碎裂蚀变岩带内，赋存标高为-722~-2 201 m，走向长度为2 357 m，倾向最大斜深达1 245 m。Ⅰ-1矿体总体走向为22°，倾向SE，倾角为20°~59°。矿体厚度为0.59~52.44 m（平均厚度为8.85 m），平均金品位为4.22×10^-6。Ⅰ-2矿体的金矿石量占西岭金矿床总矿石量的37.72%，发育在Ⅰ-1矿体下盘，赋存于黄铁绢英岩化碎裂蚀变岩带内，赋存标高为-910~-2 213 m，走向长度为1 943 m，倾向最大斜深达1 510 m。Ⅰ-2矿体总体走向为19°，倾向SE，倾角为24°~69°。矿体厚度为0.59~59.52 m（平均厚度为10.20 m），平均金品位为3.89×10^-6。

图3

图3 西岭金矿床主要金矿体纵投影图（修改自孙之夫等，2022）

1.金矿体；2.推测金矿体位置；3.勘探线；4.采样位置

Fig.2 Longitudinal projection of major gold orebodies in the Xiling gold deposit（modified after Sun et al.，2022）

图4

图4 西岭金矿床矿石手标本照片

（a）、（b）破碎蚀变岩型矿石；（c）围岩硅化蚀变；（d）围岩硅化和绢云母化蚀变

Fig.4 Photographs of ore hand specimens from the Xiling gold deposit

西岭金矿床发育强烈的热液蚀变，主要包括钾化、绢英岩化、硅化、绢云母化、绿泥石化和碳酸盐化等［图4（c）、4（d），图5（a）、5（b）］。其中，硅化、绢英岩化和绢云母化靠近矿体广泛发育，是主要的蚀变类型，与金成矿密切相关。热液蚀变范围广，蚀变带宽达6 km（Peng et al.，2021）。

图5

图5 西岭金矿床矿物组合显微照片

（a）围岩绢英岩化蚀变；（b）围岩硅化蚀变；（c）包体金赋存在黄铁矿颗粒中；（d）裂隙金沿着黄铁矿裂隙生长；Au-金；Kfs-钾长石；Py-黄铁矿；Qtz-石英；Ser-绢云母

Fig.5 Microphotographs of mineral assemblages of the Xiling gold deposit

金属矿物主要为黄铁矿，其次为黄铜矿、闪锌矿、方铅矿和毒砂等。脉石矿物主要为石英，其次为绢云母、绿泥石、方解石和萤石等。金矿物粒度以细粒—微细粒为主，金成色为500~800（孙之夫等，2022），以银金矿和自然金为主。金矿物主要以晶隙金、裂隙金和包体金的形式赋存在黄铁矿和石英中［图5（c）、5（d）］。

根据矿物组合差异性和矿脉切穿关系（孙之夫等，2022），西岭金矿床成矿阶段可划分为石英—黄铁矿—绢英岩阶段（Ⅰ）、石英—黄铁矿阶段（Ⅱ）、灰石英—多金属硫化物阶段（Ⅲ）和石英—碳酸盐阶段（Ⅳ）。其中，第Ⅰ阶段以石英和绢云母为主，含少量不规则或粗粒自形晶黄铁矿，为成矿作用的早期，含金较少；第Ⅱ阶段含较多的中等粒度自形—他形晶黄铁矿和毒砂，为成矿作用的中期，明显富金；第Ⅲ阶段广泛发育各类金属硫化物，为成矿作用的中晚期，明显富金，黄铁矿为半自形—他形晶和集合体；第Ⅳ阶段以石英和方解石为主，含少量萤石和细粒半自形—他形晶黄铁矿，为成矿作用晚期，无明显金矿化（孙之夫等，2022）。

3 分析测试与结果

3.1 样品采集与分析测试

本研究首先对西岭金矿床的多个深钻孔进行细致观察，然后分别按5个标高（-699，-1190，-1 602，-2 274，-2 615 m）从这些钻孔中取样，具体取样位置见图3。其中，每个标高采集3件样品，共计15件样品，所有样品均选自与金成矿密切相关的第Ⅲ阶段灰石英—多金属硫化物脉。所有矿石样品由廊坊市拓轩岩矿检测服务有限公司制成特殊的加厚薄片（黄铁矿热电测试样片）。黄铁矿热电性测试采用薄片原位测试法，测试工作在南京航景信息科技有限公司完成，测试仪器为BHTE-06型热电系数测量仪，测试对象为第Ⅲ阶段粒径为100~500 μm的半自形晶黄铁矿，测试过程中冷端和热端温度分别设置为32 ℃和123 ℃，活化温度控制在90 ℃。具体分析测试原理和过程详见文献（吴晋超等，2020）。

3.2 测试结果

西岭金矿床不同深度的黄铁矿热电性测试结果见表1。由表1可知，来自不同深度的黄铁矿热电性特征存在明显的差异。总体来看，西岭金矿床-699~-2 274 m标高的黄铁矿热电导型均为N型（热电系数α<0），而-2 615 m标高的黄铁矿热电导型均为P型（热电系数α≥0）。

表1 西岭金矿床不同深度黄铁矿热电性特征

Table 1 Thermoelectricity characteristics of pyrites at different depths in the Xiling gold deposit

标高/m	样品编号	测试总数（n）	热电导型	热电系数/（μV·℃^-1）			频率/%	标准差	离散度
标高/m	样品编号	测试总数（n）	热电导型	最大值	最小值	平均值	频率/%	标准差	离散度
-699	-699X1~-699X9	79	N	-118.01	-258.78	-200.17	100	42.33	21.15
-1 190	-1190X1~-1190X47	404	N	-30.41	-200.22	-130.80	100	34.64	26.49
-1 602	-1602X1~-1602X31	266	N	-9.08	-210.19	-99.99	100	46.71	46.72
-2 274	-2274X1~-2274X38	320	N	-52.27	-214.90	-132.39	100	42.06	31.77
-2 615	-2615X1~-2615X6	50	P	63.76	32.95	47.43	100	6.92	14.59

注：离散度=｜α_标准差/α_平均值｜×100%，其中α为测得的黄铁矿热电系数

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其中，-699 m标高的黄铁矿（n=79）热电系数变化范围为-258.78~-118.08 μV/℃，平均值为-200.17 μV/℃；-1 190 m标高的黄铁矿（n=404）热电系数变化范围为-200.22~-30.41 μV/℃，平均值为-130.80 μV/℃；-1 602 m标高的黄铁矿（n=266）热电系数变化范围为-210.19~-9.08 μV/℃，平均值为-99.99 μV/℃；-2 274 m标高的黄铁矿（n=320）热电系数变化范围为-214.90~-52.27 μV/℃，平均值为-132.39 μV/℃；-2 615 m标高的黄铁矿（n=50）热电系数变化范围为32.95~63.76 μV/℃，平均值为47.43 μV/℃。

4 讨论

4.1 黄铁矿热电系数离散性特征

前人研究表明，黄铁矿热电系数离散性特征可用来评判金矿化的强弱（邵洁涟，1988；陈光远等，1989；李胜荣等，1996；吴晋超等，2021）。其中，热电系数离散性大，往往对应强矿化和较大规模的矿体，以及较高品位的金矿石；相反，热电系数离散性较为集中，则往往指示成矿前景有限。热电系数离散性的大小可由测得的黄铁矿热电系数离散度来衡量，已在胶东乳山金矿床（李胜荣等，1996）、云南大坪金矿床（宋焕斌等，1989）和黑龙江永新金矿床（董娟等，2021）得到有效验证。

西岭金矿床黄铁矿热电系数离散性在不同成矿深度具有明显差异性。总体来看，西岭金矿床-699~-2 274 m标高处的黄铁矿热电系数离散程度较高（图6），4个标高（-699，-1 190，-1 602，-2 274 m）黄铁矿热电系数的离散范围分别为-258.78~-118.08 μV/℃，-200.22~-30.41 μV/℃，-210.19~-9.08 μV/℃，-214.90~-52.27 μV/℃，对应的离散度分别为21.15、26.49、46.72和31.77，均超过20，表明西岭金矿床黄铁矿热电系数离散范围整体较大且相对稳定，矿区具有极强的金矿化和规模可观的金矿体，同时金品位可能也较高，这被已有的大规模深钻孔工程所验证。对于-2 615 m标高的黄铁矿，其热电系数离散程度相对较低，黄铁矿热电系数的离散范围为32.95~63.76 μV/℃，对应的离散度为14.59，表明再往深部仍有成矿潜力，但成矿前景可能不如浅部明朗。

图6

图6 西岭金矿床不同深度黄铁矿热电系数离散性

Fig.6 Dispersion of thermoelectric coefficient of pyrites at different depths in the Xiling gold deposit

4.2 黄铁矿热电性对成矿温度的指示

前人研究表明黄铁矿热电系数与黄铁矿形成温度具有密切关系（邵伟等，1990；要梅娟等，2008），二者之间存在函数关系，不同热电导型黄铁矿的形成温度可通过以下戈尔巴乔夫线性方程式（Андреев，1992）计算得出。

\{\begin{matrix} T = (704.51 - | α |) / 1.818 (N 型黄 铁矿) \\ T = (122.22 + α) \times 0.6 (P 型黄 铁矿) \end{matrix}

（1）

式中：T为黄铁矿形成温度；α为测得的黄铁矿热电系数。

将测得的黄铁矿热电系数值代入式（1），得到西岭金矿床不同深度黄铁矿的形成温度存在明显差异。其中，-699 m标高的黄铁矿形成温度范围为245~323 ℃，主要集中在250~320 ℃；-1 190 m标高的黄铁矿形成温度范围为277~371 ℃，主要集中在280~360 ℃；-1 602 m标高的黄铁矿形成温度范围为272~383 ℃，主要集中在280~370 ℃；-2 274 m标高的黄铁矿形成温度范围为269~359 ℃，主要集中在270~350 ℃；-2 615 m标高的黄铁矿形成温度范围为93~112 ℃，主要集中在95~110 ℃。由此可知，西岭金矿床黄铁矿形成温度主要集中在250~360 ℃，与前人已测得的石英流体包裹体完全均一温度较为一致（Wen et al.，2016），属中—高温热液型金矿床。

4.3 黄铁矿热电性对矿体垂向空间分布和延伸的标识

前人研究表明，以脉状形式产出的金矿体，其黄铁矿热电导型在空间上往往具有顶部为P型、中部为N-P型和P-N型以及底部为N型的正向分布特征（邵洁涟，1988；陈光远等，1989；李胜荣等，1996；刘华南等，2018）。从西岭金矿床黄铁矿热电导型垂向分布直方图（图7）中可以看出，西岭金矿床-699 m至-2 274 m标高处的黄铁矿热电导型均为N型，热电系数平均值的绝对值总体上趋于变小（200.17→130.80→99.99→132.39）。而在-2 615 m标高的黄铁矿热电导型均为P型，指示其深部可能仍有找矿前景，这也被已有的深钻孔工程（ZK88-20）所验证，矿体至少延伸至-2 737 m标高。

图7

图7 西岭金矿床不同深度黄铁矿热电系数分布直方图

Fig.7 Histogram of thermoelectric coefficient of pyrite at different depths in the Xiling gold deposit

前人研究表明，黄铁矿热电导型变化梯度（Y）与矿体在倾向上的延伸关系密切，二者往往呈反比关系。一般来讲，热电导型变化梯度（Y）值越小，矿体延伸规模往往较大；相反，热电导型变化梯度（Y）值较大，则矿体延伸规模可能有限（陈光远等，1989；董娟等，2021）。热电导型变化梯度（Y）计算公式为

Y=（X_a-X_b）/（H_a-H_b）（2）

X_a=N_P/（N_P+N_N）（3）

式中：Y为黄铁矿热电导型变化梯度；（X_a-X_b）为所测黄铁矿在a处和b处取样位置的同一类型热电导型黄铁矿百分占比；（H_a-H_b）为所测黄铁矿在a处和b处取样位置水平/垂向距离差；N_P为同一取样位置所测得的P型黄铁矿热电导型的数量；（N_P+N_N）为同一取样位置所测得的所有黄铁矿热电导型的数量。

将式（2）和式（3）代入西岭金矿床已测定的5个不同成矿深度的黄铁矿热电性测试结果中，计算得到西岭金矿床5个不同成矿深度的黄铁矿热电导型随深度垂向的变化梯度值分别为0.00（-699 m→-1 190 m）、0.00（-1 190 m→-1 602 m）、0.00（-1 602 m→-2 274 m）和0.29（-2 274 m→-2 615 m）。该黄铁矿热电导型变化梯度值明显偏小，仅在0.00~0.29之间，表明矿体延伸规模较大。该热电导型变化梯度值与前人测得的胶东半岛众多金矿床黄铁矿热电导型变化梯度值相近，如三山岛金矿（0.00）、玲珑金矿（3.00~3.60）和金青顶金矿（3.20）（陈光远等，1989；董娟等，2021），表明西岭金矿床沿垂向仍有找矿前景。

4.4 黄铁矿热电性对矿体剥蚀程度的判断

前人研究表明，矿体剥蚀率（γ）可由补偿热电系数（X_np）计算得到，而补偿热电系数（X_np）可根据黄铁矿热电系数值借用X_np计算公式得到（权志高，1995；张方方等，2013；刘华南等，2018）。具体计算公式如下：

γ=50- X_np/4（4）

X_np=（2f_Ⅰ+ f_Ⅱ）-（f_Ⅲ+2 f_Ⅳ）（5）

式中：γ为矿体剥蚀率；X_np为补偿热电系数；f_Ⅰ、f_Ⅱ、f_Ⅲ和f_Ⅳ分别为α>400 μV/℃、α=200~400 μV/℃、α=-200~0 μV/℃和α<-200 μV/℃时测定的黄铁矿热电系数的百分比数值。

将式（4）和式（5）代入西岭金矿床已测定的5个不同成矿深度的黄铁矿热电性测试结果中，计算得到这5个黄铁矿补偿热电系数（X_np）值分别为-155.7、-100.2、-100.8、-106.3和0（表2）。除了来自-2 615 m标高处黄铁矿的X_np=0之外，其余4个X_np数值均落在-200~-100之间，该X_np区间对应矿脉的下部（-50~-100）至最下部（-200~-100）位置（邵洁涟，1988；陈光远等，1989；宋焕斌等，1989），指示西岭金矿床当前赋存标高矿体（实际样品采样位置）已基本达到下部—最下部矿体，但再往深度仍有一定的找矿前景。矿体剥蚀率（γ）显示，除了-2 615 m标高的γ值为50（这可能是由于相对较少的测试总数造成的系统误差）之外，其余4个标高γ值均在75.1~88.9之间，说明西岭金矿体已被剥蚀到整个金矿体的3/4左右，再往下可能仍有1/4左右的延伸规模，保守估计西岭金矿床的最大埋藏深度至少可达-3 000 m标高。

表2 西岭金矿床不同深度黄铁矿补偿热电系数（X_np）及矿体剥蚀率（γ）

Table 2 Compensation thermoelectric coefficient（X_np） and orebody erosion rate（γ） of pyrites at different depths in the Xiling gold deposit

标高/m	测试总数/个	各热电系数范围下（μV/℃）的样品数/个				f_Ⅰ	f_Ⅱ	f_Ⅲ	f_Ⅳ	X_np	γ
标高/m	测试总数/个	>+400	200~400	-200~0	<-200	f_Ⅰ	f_Ⅱ	f_Ⅲ	f_Ⅳ	X_np	γ
-699	79	-	-	35	44	-	-	44.3	55.7	-155.7	88.9
-1 190	404	-	-	403	1	-	-	99.8	0.2	-100.2	75.1
-1 602	266	-	-	264	2	-	-	99.2	0.8	-100.8	75.2
-2 274	320	-	-	300	20	-	-	93.8	6.2	-106.3	76.6
-2 615	50	-	-	-	-	-	-	-	-	0	50.0

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4.5 黄铁矿热电性研究对深部找矿的意义

本次黄铁矿热电性研究表明，西岭金矿床深部仍有较大的成矿潜力和找矿前景（可达-3 000 m标高）。截至目前，已知众多胶东金矿床的开采深度仅在-1 000 m左右，本次西岭金矿床黄铁矿热电性研究对于胶东金矿集区内其他金矿床（-1 000 m级）进行深部（-2 000 m级）靶区优选和工业开采具有重要的参考价值，为该地区更深部（-3 000 m级）进行找矿预测提供了科学依据和巨大信心。西岭金矿床已知金矿体总体走向NE，倾向SE，主要金矿体均向NE侧伏，侧伏角25°~59°不等。根据该矿体侧伏规律，金矿体的NE侧伏部位是寻找深部金矿盲矿体的有利部位。结合本次黄铁矿热电性研究结果，认为西岭金矿床金矿体向NE侧伏至-3 000 m标高处（图3）。在此基础上，结合三山岛金矿带已知主要金矿体群分布特征，预测3处找矿靶区向NE向深部侧伏（图8）。

图8

图8 三山岛金成矿带主要金矿体群分布纵投影图（修改自宋明春等，2015）

Fig.8 Longitudinal projection of the distribution of major gold orebodies in the Sanshandao gold metallogenic belt（modified after Song et al.，2015）

5 结论

通过对西岭金矿床原位黄铁矿开展热电性特征研究，包括黄铁矿热电导型、热电系数离散性和离散度、热电导型变化梯度（Y）、补偿热电系数（X_np）和矿体剥蚀率（γ），综合运用黄铁矿各类热电性特征参数有效评判西岭金矿床的成矿潜力。研究结果表明：西岭金矿床深部仍有较大的找矿前景，最大埋藏深度甚至可达-3 000 m标高；西岭金矿床深部标高的黄铁矿热电导型均为P型，估算得到矿体剥蚀率为75%，表明再往深部仍有较好的找矿前景；黄铁矿成矿温度主要集中在250~360 ℃，指示其为中—高温金矿床；根据西岭金矿床金矿体向NE侧伏的规律以及三山岛金矿带上已知主要金矿体群向NE侧伏的展布特征，认为沿着NE侧伏方向至-3 000 m标高处是西岭金矿床乃至胶东三山岛金矿带上众多金矿床深部的有效找矿靶区位置。

http://www.goldsci.ac.cn/article/2024/1005-2518/1005-2518-2024-32-2-207.shtml

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