吉林延邊金蒼礦化帶黃鐵礦地球化學特征及找礦意義

賈大成，唐 爍，2，裴 堯，高 文，宋運紅，郭 威，張傳樂

1.吉林大學地球探測科學與技術學院，長春 130026 2.河北省地質礦產勘查開發局第四地質大隊，河北承德 067000 3.中國地質調查局沈陽地質礦產調查研究所，沈陽 110033 4.吉林省地質礦產勘查開發局第六地質調查所，吉林延吉 132200

吉林延邊金蒼礦化帶
黃鐵礦地球化學特征及找礦意義

賈大成1，唐 爍1，2，裴 堯1，高 文1，宋運紅3，郭 威3，張傳樂4

1.吉林大學地球探測科學與技術學院，長春 130026 2.河北省地質礦產勘查開發局第四地質大隊，河北承德 067000 3.中國地質調查局沈陽地質礦產調查研究所，沈陽 110033 4.吉林省地質礦產勘查開發局第六地質調查所，吉林延吉 132200

金蒼是吉林延邊中生代火山巖成礦帶內的一個重要礦化區，礦化帶內發育黃鐵礦化，包括脈狀細粒黃鐵礦和浸染狀粗粒黃鐵礦2種類型，對這2種黃鐵礦分別進行了主元素和微量元素分析。結果表明：2類黃鐵礦主元素含量低于標準黃鐵礦，屬于硫虧損型，表現出深部、高溫的形成環境；黃鐵礦微量元素差異較大，為2個成礦期產物；Au及Ag的含量較低，以Cu、Pb、Zn為主，高溫Ni相對Co的含量較高，反映其形成溫度較高。黃鐵礦既存在Co、Ni對Fe的類質同象替代，也存在As、Sb對S的類質同象替代。在與典型熱液型金礦床黃鐵礦對比后，顯示金蒼礦化帶中黃鐵礦不是與火山熱液型金成礦有關的成分標型，更多地體現出Cu等金屬的成礦特征。黃鐵礦的成分地球化學特征不僅能較好地了解礦物的形成環境，而且可以為礦產勘查提供重要的找礦標志。

礦化帶；黃鐵礦；成分標型；找礦標志

延邊地區是我國東部濱太平洋構造巖漿帶內的一個重要礦化集中區，在時、空和物質組成上主要受控于中生代火山盆地和淺成侵入體，形成多種礦床類型的金、銅成礦帶［1］。不同礦床在成礦時、空和物質組成上均與該區中生代陸相火山－淺成巖漿作用有著密切的成因聯系，構成一個統一的火山、次火山熱液－斑巖型金、銅成礦系列［2］。金蒼礦化蝕變帶位于該火山巖成礦帶的中段，金蒼礦化蝕變帶規模較大，多年來研究人員以金礦作為勘查對象進行了大量的勘查工作，但未發現有工業意義的礦體，對此曾利用地球化學異常分帶加以解釋［3］。由于在金蒼礦化帶內黃鐵礦尤為發育，因此，筆者試圖通過分析黃鐵礦的元素地球化學特征，從成因礦物學角度進一步了解該礦化帶的成礦特征，探討礦化帶內黃鐵礦的成分標型特征，同時也為該區的礦產勘查工作提供新的找礦信息。

1 金蒼礦化帶的地質特征

金蒼礦化帶處于天寶山－小西南岔中生代火山－淺成侵入巖漿帶的中段。礦化帶產出地層為上侏羅統屯田營組和下白堊統金溝嶺組。對這套以火山巖為主的地層測得了一批同位素年齡數據：在百草溝盆地、延吉盆地和刺猬溝盆地獲得屯田營組安山巖和單礦物Rb－Sr等時線年齡分別為147.5Ma和（144±7）Ma［4］，近年來獲得屯田營組火山巖的Ar－Ar年齡為117～118Ma［5］；獲得金溝嶺組火山巖Rb－Sr等時線年齡為（139±14）Ma、（137.5±10.8）Ma，K－Ar年齡為140Ma［4］，火山巖的Ar－Ar年齡為106.1Ma［5］。從上述年齡可見，對于這套地層的時代還存在不一致性，但從同位素年齡看，金溝嶺組要晚于屯田營組，總體看屬于晚侏羅－早白堊世。礦化和蝕變的巖石主要為安山巖－英安巖－流紋巖－粗面安山巖和淺成斑巖體，構成相對富鉀的鈣堿性火山－巖漿侵入含礦巖系［6］。北東東向左行剪切斷裂帶控制延邊地區火山巖帶的展布，其次一級的北西向剪切拉分構造控制局部火山盆地的產出，金蒼礦化帶恰產于剪切拉分火山盆地邊緣張扭性斷裂帶上，在區域上與金蒼斑巖型銅礦和金溝嶺火山熱液型金礦構成北西向成礦帶（圖1）。

金蒼礦化蝕變帶產于北西向構造破碎裂隙帶中，長約4 500m，寬約550m，產狀為75°∠75°。礦化帶由密集的微細裂隙組成，微細裂隙一般寬0.5～1.5cm，彼此總體平行，局部有相互交切、合并，微細裂隙產狀為70°∠85°，微裂隙密度一般為3～5條／m，當局部微細裂隙密度增大、寬度增加時可構成礦化體或礦體。礦化帶中金屬礦物主要為黃鐵礦，其次為自然金、輝銀礦及黃銅礦，非金屬礦物為石英、高嶺土、絹云母。黃鐵礦在地表及淺部多被氧化成褐鐵礦，在礦化裂隙帶中形成褐鐵礦化、絹云母化、高嶺土化和青磐巖化蝕變帶（圖1）。

2 金蒼礦化帶黃鐵礦一般特征與分析方法

通過野外調查，發現金蒼礦化帶內發育2種黃鐵礦：一種為脈狀細粒黃鐵礦，另一種為浸染狀粗粒黃鐵礦。脈狀細粒黃鐵礦發育在蝕變火山巖的裂隙中，多為單一的黃鐵礦，在地表和近地表產在很細的微裂隙中，其中的黃鐵礦已全部氧化為褐鐵礦（圖2）。原生黃鐵礦晶形難以保留，僅局部可見尚未完全風化的球形黃鐵礦，由于微裂隙比較發育以及地表風化作用，往往被認為是面狀的褐鐵礦化帶，近地表的微裂隙向深部有逐漸歸并的趨勢，含黃鐵礦裂隙的寬度向深部也逐漸增加（圖2）。在距地表20m深部裂隙內均為原生黃鐵礦，在較寬的裂隙內形成黃鐵礦－高嶺土礦化脈，黃鐵礦主要呈比較純的黃鐵礦細脈，平行穿切于高嶺土礦化脈內，由結晶完好的黃鐵礦顆粒和黑色黃鐵礦粉末組成（圖3）。

圖1 吉林延邊金蒼礦化帶地質簡圖Fig.1 Geological diagrammatic map of Jincang mineralized belt in Yanbian area

圖2 裂隙內淺部黃鐵礦（褐鐵礦）網脈Fig.2 Fine pyrite（limonite）vein in shallow part

脈狀細粒黃鐵礦顏色為黃白色，黃鐵礦晶形完好，主要為立方體的單形晶，立方體晶面｛100｝具有橫的平行晶紋，黃鐵礦顆粒的粒度一般為3～5 mm。浸染狀分布的粗粒黃鐵礦呈星點狀、團塊狀分散在火山巖和石英閃長斑巖內，黃鐵礦顏色為淺黃白色，黃鐵礦晶形完好，為立方體的單形晶，黃鐵礦顆粒的粒度一般為5～10mm。

圖3 裂隙內深部脈狀細粒黃鐵礦Fig.3 Fine pyrite vein in lower part

黃鐵礦樣品采自與礦化帶走向垂直的Ⅰ號和Ⅱ號剖面，2條剖面平行，相距15m（圖1）；在垂向上Ⅱ號剖面近地表，Ⅰ號剖面在Ⅱ號剖面下部20m。樣品包括Ⅰ號剖面深部裂隙內的脈狀細粒黃鐵礦和Ⅱ號剖面淺部浸染狀粗粒黃鐵礦。化學分析用的黃鐵礦顆粒在雙目鏡下手工挑選，純度均在99%以上，分析在吉林大學分析測試中心完成，黃鐵礦主元素分析采用X射線熒光光譜分析，分析精度優于1%。黃鐵礦微量元素分析采用原子吸收光譜分析，分析精度優于2%。

3 金蒼礦化帶黃鐵礦主元素特征

黃鐵礦的理論分子式為FeS2，在沒有類質同象替代情況下，標準黃鐵礦的主元素成分為w（Fe）＝46.55%、w（S）＝53.45%。金蒼礦化帶內脈狀細粒黃鐵礦w（Fe）為25.83%～40.52%，平均為34.73%，w（S）為30.60%～46.85%，平均為41.41%，Fe、S含量都明顯低于理想黃鐵礦的化學成分（表1）。金蒼礦化帶內浸染狀粗粒黃鐵礦w（Fe）為12.87%，w（S）為15.29%，Fe、S含量不僅低于標準黃鐵礦的主元素含量，而且也低于脈狀細粒黃鐵礦的主元素含量，僅相當于細粒黃鐵礦主元素含量的1／2（表1）。上述黃鐵礦主元素含量顯示：金蒼礦化帶內黃鐵礦與標準黃鐵礦主元素含量存在一定差別，表明在黃鐵礦中存在類質同象替代現象，而黃鐵礦的類質同象替代不僅是造成成礦元素富集的原因，也是不同成因黃鐵礦的標形特征。另一方面，金蒼礦化帶內脈狀細粒黃鐵礦與浸染狀粗粒黃鐵礦主元素含量也存在較大差別，反映礦化蝕變帶中浸染狀粗粒黃鐵礦與脈狀細粒黃鐵礦成礦物理化學環境存在較大差別，應為不同成礦期產物。

標準黃鐵礦的S／Fe變化范圍為1.8～2.1，平均值近似為2；類質同象替代和成礦元素的混入可導致黃鐵礦中S、Fe含量發生變化，偏離標準比值，一般將S／Fe＜2稱為硫虧損型黃鐵礦，其形成溫度較高；將S／Fe≥2稱為硫富集型黃鐵礦，其形成溫度較低［8］。由于火山熱液型金礦類質同象替代和成礦元素的混入程度高，多以硫虧損型黃鐵礦為主，其主成分硫和鐵的比值多偏離理論值；而沉積成因黃鐵礦形成溫度較低，類質同象替代和成礦元素的混入程度相對較低，多以硫富集型黃鐵礦為主，其主成分硫和鐵的含量與理論值相近或硫略多。金蒼礦化帶內脈狀細粒黃鐵礦S／Fe值為1.12～1.29，平均值為1.22，而浸染狀粗粒黃鐵礦S／Fe值為1.19，與鬧枝金礦不同成礦階段的S／Fe值接近（表1），均低于理想黃鐵礦的S／Fe值，屬于硫虧損型，反映其形成溫度較高，說明其形成與巖漿熱液有關，并在黃鐵礦中存在有類質同象替代現象。

黃鐵礦中Fe／（S＋As）值與其形成的深度有較好的相關性［9］，相關系數為0.878，深部石英脈中黃鐵礦的Fe／（S＋As）值較小而淺部Fe／（S＋As）值較大（表2）。本區黃鐵礦Fe／（S＋As）值平均為0.840，低于前蘇聯石英脈型金礦深部的比值（0.846），表現出深部、高溫的形成環境，亦低于浙江弄坑中低溫火山熱液型金礦床和鬧枝火山熱液中溫石英脈型金礦床深部黃鐵礦中的比值，突出表現為As含量低，反映成礦環境差異較大（表2）［9，7］。

表1 延邊金蒼礦化帶內黃鐵礦主元素分析結果Table 1 Main elements contents of the pyrites in Jincang mineralized belt in Yanbian area

表2 黃鐵礦Fe／（S＋As）值與其產出部位的關系Table 2 Relationship between Fe／（S＋As）of pyrite and occurrences of pyrite

4 金蒼礦化帶黃鐵礦微量元素特征

黃鐵礦微量元素的變化更多地表現為類質同象替代的結果，而類質同象替代與成礦的物理化學條件密切相關。因此，黃鐵礦微量元素變化不僅具有找礦意義，更具有成因含義。已知金礦黃鐵礦中可含30多種微量元素，其中Au是指示金礦最直接的標型元素：非金礦床黃鐵礦中的金質量分數往往低于1×10－6，而金礦床黃鐵礦的金質量分數常達（10～100）×10－6［11］。金蒼礦化帶只有JC－9黃鐵礦含金大于1×10－6（為1.97×10－6），金的含量普遍較低（表3），這與金蒼礦化帶金品位普遍偏低相一致，暗示該礦化帶不一定與金礦有關。然而，在JC－5和JC－9樣品中Cu和Pb的含量比較高，結合附近存在石英閃長斑巖體以及蒼林斑巖型銅礦點，推測該礦化帶可能為與淺成斑巖體有關的銅及多金屬礦化引起，因此應注意斑巖－熱液脈型銅礦勘查。

由于礦床形成條件和地質背景的多樣性，不同類型礦床的黃鐵礦微量元素平均值變化很大，具有一定的離散性，這種離散性與形成溫度有一定關系。在高溫熱液礦床中，黃鐵礦以含親鐵、親石元素為主，如Cr、Ti、Co、Ni、V、Mo、U、Th和Bi、As的含量較高；在中溫條件下，主要富含親銅元素，如Cu、Pb、Zn、Bi和As等；在中－低溫淺成環境中，黃鐵礦以含高活動性的親銅元素為特征，如Hg、Sb、Au、Ag和As。金蒼黃鐵礦微量元素含量組合以中溫Cu、Pb、Zn和高溫Co、Ni、As為主（表3），反映為高溫－中溫成礦條件，這與黃鐵礦主元素所反映的高溫環境相一致。Cu2＋、Pb2＋、Zn2＋作為銅型離子與Fe2＋型離子差別較大，很難以類質同象替換Fe的方式進入黃鐵礦晶格中，黃鐵礦中較高的Cu、Pb、Zn含量是黃鐵礦中含有極細微的包體粒狀、極細小的網脈狀黃銅礦、方鉛礦及閃鋅礦的緣故，這些金屬硫化物多以充填交代方式呈網脈狀分布于破碎黃鐵礦中。以往習慣上多簡單地認為破碎的黃鐵礦是金的有利賦存場所，但其前提是黃鐵礦中Au及Ag的含量較高，并且Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As含量變異系數增大和元素之間呈正相關性時，往往指示可能存在金的礦化。由于金蒼礦化帶黃鐵礦中Au及Ag的含量較低，與延邊地區同一火山巖帶內鬧枝金礦和五鳳及五星山金礦床內黃鐵礦中Au的含量相比，低十至數百個數量級，雖然與浙江弄坑金礦內黃鐵礦中Au的含量相近，但Ag的含量相差很大（表3）。因此，反映金蒼礦化帶中黃鐵礦不是與金成礦有關的成分標型，更多地體現出Cu及Pb、Zn等金屬的成礦特征。

表3 延邊金蒼礦化帶內黃鐵礦微量元素分析結果Table 3 Trace elements contents of the pyrites in Jincang mineralized belt in Yanbian area

黃鐵礦中的Co／Ni具有指示礦床成因的標型意義，在成礦作用過程中Co、Ni均可以類質同象替代Fe而進入黃鐵礦晶格，但不同成礦環境，進入黃鐵礦晶格的數量各有不同，由于Co和Ni的八面體擇位能不同（分別為7.4cal／mol和20.6cal／mol）①cal（卡路里）為非法定計量單位，1cal＝4.186J。，Ni2＋傾向富集于八面體配位，集中于八面配位比例高的巖漿早期結晶形成的礦物中，而Co則在巖漿晚期形成的礦物中相對富集［8］。因此，一些研究者提出：巖漿熱液成因黃鐵礦的Co／Ni值大于1，一般可達1～5；沉積成因的黃鐵礦Co／Ni值一般小于1；而變質熱液成因的黃鐵礦，由于其地球化學背景和物理化學條件更接近于沉積成因黃鐵礦，故其Co／Ni值一般也小于1［10］。金蒼礦化帶內脈狀細粒黃鐵礦的Co／Ni值為0.73～1.18，平均為1.01，可能屬于巖漿熱液成因的黃鐵礦，但可能也有地下水熱液的參與。而金蒼礦化帶內浸染狀粗粒黃鐵礦Co含量更低，其Co／Ni為0.84，可能與地下水熱液或其他特殊的成礦條件有關。與延邊地區鬧枝中溫火山熱液型金礦和五鳳、五星山低溫熱液型金礦內黃鐵礦中Co含量相比，金蒼礦化帶內Co含量普遍偏低（表3），反映可能具有不同的成礦物理化學條件，在金蒼礦化蝕變帶Ⅰ號和Ⅱ號剖面尋找類似于鬧枝型和五鳳、五星山型金礦的可能性不大。

對黃鐵礦的類質同象替代，既有Co、Ni對Fe的類質同象替代，也有As、Sb等對S的類質同象替代，黃鐵礦硫的虧損主要原因是As3－、Sb3－等離子對S2－類質同象替代的結果，并且在晶體結構上出現空位，增加了晶體構造缺陷程度；這種替代不僅有利于金等成礦元素以配位形式混入，而且是導致形成P型黃鐵礦的主要因素之一［11］。由于巖漿熱液型金礦P型黃鐵礦一般位于礦體的上部，因此，硫虧損型黃鐵礦、黃鐵礦中As、Sb高含量和P型熱電導型的組合，可以作為尋找巖漿熱液和火山熱液型金礦的有利找礦標志。雖然金蒼礦化帶的黃鐵礦屬于硫虧損型，但其As、Sb含量很低，粗粒黃鐵礦約為細粒黃鐵礦的1／3，而細粒黃鐵礦較鬧枝、五鳳、五星山以及浙江弄坑等熱液型金礦的As、Sb含量明顯偏低（表3），暗示該礦化不一定與金礦有關。

5 結論

1）黃鐵礦是成礦過程中的主要金屬礦物，其主元素和微量元素的含量與類質同象替代和機械混入有關，而黃鐵礦的類質同象替代以及機械混入又與其形成時的物理化學條件密切相關，因此礦體和礦化帶中黃鐵礦的成分地球化學特征不僅可以很好地反映礦床的成因，而且可以為礦產勘查提供重要的找礦標志。2）金蒼礦化帶發育脈狀細粒黃鐵礦和浸染狀粗粒黃鐵礦2種類型，其主元素和微量元素差異較大，形成于不同的物理化學環境，分屬于不同的成礦期。2類黃鐵礦主元素Fe和S的含量低于標準黃鐵礦，黃鐵礦S／Fe值小于2，屬于硫虧損型。Fe／（S＋As）值表現出深部、高溫形成環境的特點。3）區域內已知火山熱液型金礦以中低溫成礦為主，并且黃鐵礦中Au及Ag的含量較高；相比之下，金蒼礦化帶黃鐵礦Au及Ag的含量較低，微量元素含量組合以中溫Cu、Pb、Zn為主，高溫Ni相對Co的含量較高，反映為高溫－中溫成礦條件。這表明金蒼礦化帶中黃鐵礦不是與金成礦有關的成分標型，更多地體現出Cu及Pb、Zn等金屬的成礦特征。4）Co、Ni對Fe的替代和As、Sb對S的替代是黃鐵礦內主要的類質同象替代。金蒼脈狀細粒黃鐵礦Co／Ni反映其可能屬于巖漿熱液成因，但可能有地下水熱液的參與；而浸染狀粗粒黃鐵礦可能與地下水熱液或其他特殊的成礦條件有關。金蒼2類黃鐵礦Co、As、Sb的含量與中溫火山熱液型金礦和淺成低溫熱液型金礦內黃鐵礦Co、As、Sb含量差異明顯，不具有相似的成礦環境，顯示金蒼礦化帶不一定與火山熱液型金的成礦作用有關。如果成礦也應該與中高溫Cu的富集為主，結合礦化帶鄰近蒼林斑巖型銅礦床，礦化帶內存在石英二長斑巖體，應注意斑巖－熱液脈型銅礦的勘查。

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Prospecting Significance and Geochemical Characteristics of the Pyrites in Jincang Mineralized Belt，Yanbian，Jilin Province

Jia Da－cheng1，Tang Shuo1，2，Pei Yao1，Gao Wen1，Song Yun－hong3，Guo Wei3，Zhang Chuan－le4

1.College of GeoExploration and Science and Technology，Jilin University，Changchun 130026，China 2.The No.4 Geologic Party，Bureau of Geologic Exploration and Mineral Development of Hebei Province，Chengde 067000，Hebei，China 3.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources，Shenyang 110033，China 4.Sixth Geological Survey，Bureau of Geologic Exploration and Mineral Development of Jilin Province，Yanji 132200，Jilin，China

The Jincang mineralized belt is very important in the Yanbian Mesozoic volcanic area.It is related to gold mineralization in the area.In the mineralized belt，there are two types of pyrite：fine veined pyrite and coarse disseminated pyrite.Main elements and trace elements of the two types of pyrite were analyzed.Both types of pyrite are all lower in sulfur and belong to the sulfur depletion type，indicating a forming environment at deep and high temperature.The contents of trace elements in the two types of pyrite are different and are related to different metallogenic epochs.Contents of Au and Ag in the two types of pyrite were low while those of Cu，Pb，Zn are abnormally high.Among the hightemperature element，content of Ni is higher than that of Co，indicating the pyrite formed at high temperature.In pyrite，not only the isomorphous replacement of Fe by Co，Ni，but also S by As，Sb are common.The pyrite in Jincang mineralized belt are not of the typomorphic characteristics of the gold metallogenesis related to volcanic hydrothermal fluids，but of the typomorphic characteristics of copper metallogenesis when compared with pyrite in the typical gold deposits related to volcanic hydrothermal fluids.The geochemical characteristics of pyrite can indicate the formed environment of the minerals and provide prospecting criterion for mineral exploration.

mineralized belt；pyrite；typomorphic characteristics；prospecting criterion

book=2012,ebook=579

P618.51；P578.292

A

1671－5888（2012） 04－1069－07

2011－10－19

國家自然科學基金項目（40973019）；中國地質調查局項目（1212010070306）

賈大成（1958－），男，教授，主要從事地球化學研究，E－mail：jiadacheng＠sina.com。