１．成都理工大学 地球科学学院，四川 成都 ６１００５９
２．中国地质调查局成都地质调查中心，四川 成都 ６１００８１
摘 要
黄铁矿作为成矿热液活动的产物，是热液金矿床中最为重要的载金矿物，其成分标型特征记录了大量矿床成因信息。在分类总结了各类型热液金矿床关键地质特征的基础上，采用比较矿床学的研究思路，较为系统地分析了不同类型热液金矿床中主成矿期或与金矿化同期的黄铁矿的主微量元素及组合特征、（Ｆｅ＋Ｓ）Ａｓ特征、δＦｅδＳ特征、Ａｓ Ｃｏ Ｎｉ特征以及热电性特征。结果表明，不同类型热液金矿床中的黄铁矿成分特征具有显著差异，彼此显示出特征性的成因标型特征，可作为判别热液金矿床成因的依据。结合各类热液金矿床形成的构造背景，提出热液金矿床是研究大陆动力学的理想对象。通过这些研究，初步建立了不同类型热液金矿床地质与黄铁矿成分标型特征之间的耦合关系，为今后热液金矿床成因的判别和黄铁矿标型特征的进一步研究提供一定的参考。
关键词：黄铁矿；成分；标型；矿床地质；热液金矿床；矿床成因
除砂金与岩浆熔离型铜镍硫化物矿床中的伴生金之外，其余所有的金矿床均属于热液金矿床。在热液金矿床中，黄铁矿作为载金矿物之一的矿床比率超过９８％，而以黄铁矿作为主要载金矿物的金矿床比率达８５％。可见，黄铁矿是热液金矿床中最为普遍而又重要的载金矿物，而作为成矿热液活动的产物，这使得黄铁矿成为研究热液金矿的最佳选择对象。目前，通过研究黄铁矿各类标型特征获取的热液金矿成因信息，已经广泛应用于矿床的找矿勘查实践中，并取得了良好的勘查效果。在各类标型特征中，成分标型作为矿物最为本质的特征之一，涵盖了大量成因与找矿信息，在黄铁矿标型特征中占有极为重要的地位。因此，国内外对热液金矿床中黄铁矿成分标型特征的研究积累了大量文献资料，并且已成为矿床成因研究中不可或缺的内容。
然而，由于黄铁矿成分标型特征的复杂多样性和人们对单一标型特征解释的多解性，大量热液金矿床中黄铁矿的成分标型特征未能得到科学合理的解释和运用，最突出地表现在矿床地质特征与黄铁矿成分标型特征之间的脱节现象，甚至出现了两者之间的自相矛盾。例如，多数学者认为广西龙头山金矿床为浅成低温热液型金矿或低温次火山热液型金矿床，但陶诗龙等利用黄铁矿的δＦｅδＳ图解将其判别为高温岩浆期后热液矿床。由此可见，在积累了众多高精度分析测试数据的基础上，正确掌握不同类型热液金矿床地质与黄铁矿成分标型特征，并将其应用到矿床成因判别等实际工作中，已显得十分迫切。
孙国胜等试图从黄铁矿的热电性特征来区分造山型和浅成低温热液型金矿，严育通等曾介绍了一些主要金矿类型的黄铁矿成分标型特征，这些工作对于金矿中黄铁矿的成分标型研究具有重要的借鉴意义。但是，他们的介绍仍不够全面和具体，尤其对地质黄铁矿成分标型之间的耦合关系描述相对薄弱，还无法据此进行简易的成因判别。
鉴于上述存在的问题，文章以热液金矿为例，采用比较矿床学的研究思路，在总结不同类型热液金矿床关键地质特征的基础之上，梳理前人对黄铁矿成分标型特征的研究资料，分析黄铁矿的主微量元素及组合特征、（Ｆｅ＋Ｓ）Ａｓ特征、δＦｅ δＳ特征、ＡｓＣｏ Ｎｉ特征以及热电性特征，以期建立不同类型热液金矿床地质特征与黄铁矿成分标型特征之间的耦合关系，为今后热液金矿床成因的判别和黄铁矿标型特征的进一步发展提供一定的参考。
１ 热液金矿床的成因分类
由于热液矿床的成矿过程受地层、构造、岩浆等多种地质因素共同制约，其产出形式也多种多样，导致成因分类的思路和依据难以统一，因而分类方案较多。就热液金矿床而言，常见的分类方案有如下４种：（１）朱奉三等依据成矿地质作用的性质将热液金矿床分为岩浆热液型、变质热液型、改造热液型和热水沉积型。该分类方案较好的继承了《岩石学》《矿床学》等教材的编写思路，易于理解，但却忽略了多数矿床是由多种地质作用叠加共同形成，如造山型金矿多为变质热液与大气降水的共同作用形成。（２）涂光炽依据富矿围岩性质将其分为变质碎屑岩型、绿岩带型、火山岩型、沉积岩型和侵入岩体内外接触带型。该方案优点在于仅需根据围岩性质即可确定矿床类型，但对于赋存于不同围岩中的同一矿体时，矿床类型就会模糊不清，如胶东邓格庄金矿床Ⅰ２－２矿体同时赋存在荆山群变质岩和二长花岗岩中。（３）陈衍景等依据控制矿床定位的地质因素将热液金矿床分为层状、层控、断控和浆控４个系列。该分类方案简单、实用，同时避开了不同类型相互包含的弊端，但却无法体现受多种地质因素控制的矿床，如阳山金矿床，既可划分为层控，亦可划分为断控。（４）Ｋｅｒｒｉｃｈ等依据大型矿集区特征将其划分为汇聚板块边缘的造山型、克拉通盆地内和陆缘的卡林型、与岛弧有关的低温热液型、非造山或造山后的ＩＯＣＧ型、大陆边缘和大洋岛弧的斑岩型等５类。该方案强调了各类金矿发育的构造背景，却具有一定的片面性，如将浅成低温热液型金矿与岛弧联系起来，却未考虑到中亚和藏南地区的多数同类型金矿床产于陆陆碰撞造山环境。
因此，考虑到不同类型热液金矿床中黄铁矿成分标型的相似和差异性以及相关分类方案在文献中的使用频率，为便于后续讨论，本文采用陈衍景等依据主导成矿系统发育的地质作用特征将其分为造山型、浆控高温热液型、浅成低温热液型和卡林型４类，各类型金矿床发育的板块构造背景见图 １。
图１ 不同类型热液金矿床发育的大地构造背景
２ 各类热液金矿床关键地质与黄铁矿成分标型特征
在分类总结各类型热液金矿床关键地质特征的基础上，考虑热液成矿的多阶段性以及不同分析测试方法对结果影响的差异性，文章中统计的测试对象均为主成矿期或与金矿化同期的黄铁矿，成分数据均来源于电子探针显微分析仪（ＥＰＭＡ）测试结果，热电性数据由热电仪测试。
分类统计上述４种不同类型的典型热液金矿床主成矿期的黄铁矿成分测试数据有：造山型金矿床涉及邓格庄金矿床、东沟坝金矿床、沃溪金矿床和玲珑金矿床，累计６２个黄铁矿样品分析数据；浆 控 高 温 热 液 型 金 矿 床 涉 及 峪 耳 崖 金 矿床、祁雨沟金矿床和五龙金矿床，累计 １９个黄铁矿样品分析数据；浅成低温热液型金矿床涉及阿希金金矿和永新金矿床，合计５０个黄铁矿样品分析数据；卡林型金矿涉及东北寨金矿床、沙尔布拉克金矿床、上芒岗金矿床和泥堡金矿床，累计１２５个黄铁矿样品的分析数据，然后分类计算各主微量元素的平均含量（表１）。在此基础之上，分类总结了各类金矿床中黄铁矿的主微量元素组合特征（图２）、（Ｆｅ＋Ｓ）Ａｓ特征（图３）、δＦｅδＳ特征（图４）、Ａｓ Ｃｏ Ｎｉ特征（图５）。其中，δＦｅ、δＳ分别用来表示黄铁矿中Ｆｅ、Ｓ元素含量偏离理论值（ｗ（Ｆｅ）＝４６．５５％，ｗ（Ｓ）＝５３．４５％）的程度，计算公式为
表１ 不同类型热液金矿床的黄铁矿主微量元素特征
受金矿床成矿温度、成矿流体成分（主要为Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｓ、Ｓ）及赋矿围岩的影响，黄铁矿的热电性可分为电动势为负值的Ｎ 型和电动势为正值的Ｐ型。前人对黄铁矿热电性与热液金矿床成因的研究表 明，两 者 之 间 关 系 密 切，具 有 一 定 的 指 示 意义。为此，文章分类梳理了不同类型热液金矿床的黄铁矿热电性特征（表２）。
表２ 不同类型热液金矿床的黄铁矿热电性特征
２．１ 造山型金矿床
造山型金矿床本质上为变质热液金矿床，是指形成于板块碰撞发生增生或碰撞型造山过程中，与绿片岩相或低绿片岩相的低温区域变质作用密切相关的金矿床，包括过往文献中常常提到的构造蚀变岩型、韧性剪切带型金矿床。全球约３０％的金储量来源于造山型金矿床，并且在已探明的巨型金矿床（＞５００ｔ）中，造山型金矿床数有２３个，占比超过２５％。
造山型金矿床形成于造山环境，成矿时间与造山事件同步或稍晚，不可能早于造山事件。矿床多定位于造山带内部或受造山活动影响较为强烈的区域（图１），严格受构造控制。赋矿断裂多为逆掩推覆带、高角度走滑断裂带等，富矿体多集中在脆韧性过渡带内。
矿体多呈脉状产出，矿化中心发育次生石英岩，向两侧可见明显的蚀变分带。原生热液成矿期可划分为三阶段：含黄铁矿次生石英岩阶段（早）、网脉状含金多金属硫化物阶段（中）和石英碳酸盐矿物阶段（晚）。早阶段含黄铁矿次生石英岩受构造变形影响，多发育共轭剪节理或呈破碎的角砾状，镜下可见石英颗粒发育细粒边、波状消光等现象；中阶段表现为含金多金属硫化物呈共轭、定向或网脉充填于早阶段次生石英岩裂隙中，或胶结破碎的角砾状次生石英岩；晚阶段石英碳酸盐矿物阶段可见典型的晶簇或梳状构造。早、中、晚三阶段过程显示成矿构造应力场由挤压→剪切→伸展的演化，表明成矿事件伴随着造山过程。
从表１及图２中可见，造山型金矿床中的黄铁矿具有典型的富 Ｆｅ、亏Ｓ特点，同时含有 Ｔｉ、Ｃｒ等高温元素组合，且 Ｔｉ／Ｃｒ＞１０，Ｃｏ／Ｎｉ＜０．５，与前人研究成果相符。
主量元素 Ｆｅ、Ｓ、Ａｓ质量分数单位为％，其余微量元素为１０－６。
图２ 不同类型热液金矿床的黄铁矿主微量元素蛛网图
图３ 不同类型热液金矿床的黄铁矿
（Ｆｅ＋Ｓ）Ａｓ图（源数据同表１）
２．２ 浆控高温热液型金矿床
顾名思义，浆控高温热液型金矿床成矿流体主要是岩浆热液，成矿与岩浆活动密不可分，矿体多定位于岩体内部或与围岩的接触带，形态多样，产状变化较大。矿石发育角砾状、无定向性的网脉状构造。其中，角砾成分一般与岩体或围岩地层岩性相同；围岩蚀变分带性明显，由内向外多发育高→中→低温蚀变组合。
浆控高温热液型金矿床中黄铁矿 Ｃｏ／Ｎｉ≈１，具有 Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等高温元素组合，Ｔｉ／Ｃｒ≈３，与前人研究结果相似。
在（Ｆｅ＋Ｓ）Ａｓ特征图（图３）中，浆控高温热液型金矿床位于Ｂ 区，投点零散，分布杂乱，Ａｓ含量较高，表明黄铁矿中杂质较多，且含量变化较大。在δＦｅδＳ特征图（图 ４）中，黄铁矿投点主要集中分布在第三象限，少数分布在第二象限。δＦｅ值介于－３．５３～－０．０８，平均－１．２５，δＳ值介于－２．００～０．４２，平均－１．２９，表现为亏 Ｆｅ、亏 Ｓ的特点。成矿流体来源于高温的岩浆热液，使 Ｃｏ与 Ｆｅ的类质同象程度较高，因此在Ａｓ Ｃｏ Ｎｉ特征分区图中位于富Ｃｏ、Ａｓ、贫 Ｎｉ的Ｂ区域（图５）。由于Ｃｏ、Ａｓ含量较高，与中酸性花岗岩中的成分相当，黄铁矿导电性表现为 Ｎ－Ｐ混合型（表２）。
２．３ 浅成低温热液型金矿床
“浅成低温热液型金矿床”最早由 Ｌｉｎｄｇｒｅｎ提出，专指成矿深度小于１．５ｋｍ、成矿温度介于５０～２００℃并与陆相火山或次火山岩有关的热液金矿床。随着研 究 的 不 断 深 入，逐 步 扩 展 为 成 矿 深 度 小 于２ｋｍ、温度低于３２０℃且成矿流体来源于岩浆热驱动的大气水或有岩浆热液混入的大气水为主的热液金矿床。当岩浆热液混入较多时，称为高硫型；当成矿系统由大气降水主导时，则成为低硫型。
浅成低温热液型金矿床多定位于（次）火山岩或火山沉积岩地层中，受火山机构控制，矿体呈透镜状、脉状、似层状等，垂向埋深浅。除发育与浆控高温热液型金矿床类似的角砾状、无定向性网脉状构造之外，多见土状、胶状、皮壳状等指示近地表淋滤作用的构造。围岩蚀变只发育低温蚀变组合，缺乏高温蚀变；由于成矿流体成分的差异，高硫型矿床脉石矿物发育特征性的高岭石＋明矾石组合，如紫金山、金厂金矿床，而低硫型则为冰长石＋绢云母组合，如阿希金金矿床。
浅成低温热液型金矿床黄铁矿中具有 Ｍｏ、Ｓｎ元素组合（表１，图２），Ｃｏ／Ｎｉ＞１，Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ元素含量高于其他三类金矿，含量基本在ｎ×１０－３。
在（Ｆｅ＋Ｓ）Ａｓ特征图中，浅成低温热液型金矿床中的黄铁矿投点分布较为集中，靠近造山型金矿（图３），表明黄铁矿中杂质含量较低。在δＦｅ δＳ特征图（图４）中，投点集中分布在坐标原点四周，δＦｅ值介于－１．０２～－０．６６，平均－０．０２，δＳ值介于－０．７６～０．８８，平均－０．０１，表现为极为微弱的亏 Ｆｅ、亏 Ｓ。
由于成矿流体有少量岩浆热液的参与，使 ＦｅＳ２ 与ＮｉＳ２形成不连续的固溶体，与浆控高温热液型金矿床相似，在 Ａｓ Ｃｏ Ｎｉ特征分区图中位于图５中的Ｃ区，但相对更富集 Ａｓ和亏损 Ｎｉ，加上成矿温度较低，黄铁矿导电性以Ｐ型为主（表２）。
图４ 不同类型热液金矿床的黄铁矿
δＦｅδＳ特征（源数据同表１）
２．４ 卡林型金矿床
卡林型金矿床，即微细粒浸染型金矿床，特指呈浸染状产于沉积岩建造中的浅成、低温热液金矿床，主要产于滇黔桂、陕甘川和美国西部三个成矿省，目前已发现７个储量大于１００ｔ的此类金矿床。
卡林型金矿床多产于伸展或挤压向伸展转换的构造环境（图１），矿体一般发育在高角度断层破碎带中，赋矿地层多为富碳、铁的碳酸盐岩碎屑岩硅质岩建造中。最为标志性的特征体现在“微细粒”和“浸染”，即金多以粒度极细的不可见自然金状态呈浸染状赋存于载金矿物（主要为环带状黄铁矿）中，围岩蚀变中出现特征性的去碳酸盐化，以及常见的硅化、泥化、绢云母化等。
由于成矿温度低，成矿流体以改造热液为主，无岩浆热液的加入，黄铁矿中Ａｓ、Ｃｏ、Ｎｉ含量均很高，在这种情况下，Ｃｏ３＋ 、Ｎｉ４＋ 与 Ｆｅ２＋ 进行类质同象替代时会形成不等价的替代，造成正电荷过剩，而剩余的正电荷吸附能力极强，会吸附大量负电荷，导致其电动 势 呈 负 值，因 此 导 电 性 以 Ｎ 型 占 优 势（表２）；其次，黄铁矿中Ｃｏ／Ｎｉ≈１，具 Ｈｇ、Ｔｌ低温元素组合，缺失Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎ等中高温元素组合。
在（Ｆｅ＋Ｓ）Ａｓ特征图中，黄铁矿投点位于杂质含量较高的 Ｄ区（图３），投点零散，元素含量变化较大。由于极度亏损Ｆｅ、Ｓ，黄铁矿在δＦｅδＳ图中投点主要位于第三象限内（图４），δＦｅ值介于－１４．０５～－０．３６，平均－６．３１，δＳ值介于－１２．５２～－１．８３，平均－６．４１，并且点位分布呈现出斜率Ｋ ＝０．７５的线性特征。在 Ａｓ Ｃｏ Ｎｉ分区图中位于富 Ａｓ、贫Ｃｏ、Ｎｉ的 Ｄ区（图５）。
图５ 不同类型热液金矿床的黄铁矿
Ａｓ Ｃｏ Ｎｉ图（源数据同表１）
３ 讨论
３．１ 矿床地质是根本，黄铁矿成分标型是关键
前已述及，４类常见热液金矿床地质特征存在显著的差异，并且即使同类热液金矿床的不同亚类之间，如低硫与高硫型矿床之间，仍存在不同的矿物组合、围岩蚀变等。可见矿床地质，特别是控矿因素、矿体产状、矿石组构、矿物组合以及围岩蚀变，是区分不同热液类型金矿床的根本依据。随着分析测试技术快速发展，目前如微量元素ＬＡ－ＩＣＰ－ＭＳ原位测定及同位素 Ｎａｎｏ－ＳＩＭＳ原位分析等新技术被广泛应用于矿床成因研究，加速了人们对于热液金矿成因研究的不断深入。应当避免将这些分析测试数据作为厘定矿床成因的起点而忽略野外地质调查获得的第一手资料的情况。
黄铁矿作为成矿热液活动的产物，成矿流体成分的不同导致了黄铁矿成分特征的差异性。因此，黄铁矿成分标型特征就成为热液金矿成因判别的关键，上述４类不同类型热液金矿中黄铁矿的成分标型特征的显著不同也证明了这一点。
可见，热液金矿床成因判别的根本依据在于矿床地质特征，黄铁矿成分标型特征是关键。
３．２ 热液金矿床是研究大陆动力学的理想对象
热液金矿床的发育及保存都需要极为苛刻的地质条件，因此是研究大陆动力学的理想对象。研究表明：（１）造山型金矿床矿石组构反映的挤压→剪切→伸展变化过程代表一个完整的造山过程，如银洞沟金矿床三阶段静岩成矿深度（压力）分别为１０．７ｋｍ（３００ＭＰａ）、９．４ｋｍ（２６４ ＭＰａ）和 ３．２ｋｍ（９１ＭＰａ）。因此，造山型金矿可作为板块碰撞造山的重要标志。（２）浆控高温热液型金矿床涵盖类型较多，如爆破角砾岩型、ＩＯＣＧ型、斑岩型等，可分别作为大陆碰撞造山带、拉张环境和岩浆弧的标志。（３）对于浅成低温热液型金矿床，由于成矿深度浅而难以保存。已发现的此类金矿床主要形成于中生代晚期和新生代，古生代及更老的浅成低温热 液 型 金 矿 床 仅 分 布 在 中 亚 增 生 型 造 山带，如阿希金金矿床。矛盾的是，古生代的山脉早已被剥蚀殆尽，现今的天山不过是中生代时期的第二世代山脉。因此，多数学者认为阿希金金矿床得以保存至今主要缘于中亚造山带在造山过程中，某些地块相对稳定、隆升小所致。由此可得，浅成低温热液型金矿床可作为古老的增生型造山带的标志。（４）卡林型金矿床形成于大陆碰撞造山带（中国的滇黔桂和陕甘川地区）和弧后盆岭（美国西部地区），成矿动力学背景分别为挤压向伸展的转变期和转变区。值得注意的是，碰撞造山带中发现的卡林型金矿床多与造山型金矿床共生，却未发现浆控高温或浅成低温热液型金矿床，而弧后盆岭地区的卡林型金矿床正好相反。可见，这两种产出环境不同的卡林型金矿床可作为判别碰撞型和增生型造山带的依据。
４ 结论
本文采用以主导成矿系统发育的地质作用特征将热液金矿床分为造山型、浆控高温热液型、浅成低温热液型和卡林型４类，在总结各类热液金矿床关键地质特征的基础上，较为系统地分析主成矿期黄铁矿成分标型特征后得出：
（１）造山型金矿床中黄铁矿为 Ｎ 型导电，富Ｆｅ、贫Ｓ、Ａｓ，具有Ｔｉ、Ｃｒ等高温元素组合，Ｔｉ／Ｃｒ多大于１０；δＦｅδＳ呈特征性的线性分布于第四象限；在ＡｓＣｏ Ｎｉ分区图中位于富 Ｎｉ且贫 Ａｓ、Ｃｏ区域。浆控高温热液型金矿床黄铁矿导电性以 Ｎ－Ｐ 混合型为主，亏Ｆｅ、亏Ｓ，具 Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等高温元素组合，Ｔｉ／Ｃｒ≈３；在 Ａｓ Ｃｏ Ｎｉ特征分区图中位于富 Ｃｏ、Ａｓ且贫 Ｎｉ区域。浅成低温热液型金矿床黄铁矿导电性以 Ｐ型为主，Ｃｏ／Ｎｉ＞１，Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ元素含量较高，Ｆｅ、Ｓ微弱贫化，杂质含量低。卡林型金矿床黄铁矿导电性为Ｎ 型，具 Ｈｇ、Ｔｌ低温元素组合，极度亏损 Ｆｅ、Ｓ，在 Ａｓ Ｃｏ Ｎｉ分区图中位于富 Ａｓ且贫Ｃｏ、Ｎｉ区域。
（２）造山型金矿床的形成伴随着造山过程，是板块碰撞造山的重要标志；根据成矿系统的不同，浆控高温热液型金矿床可指示大陆碰撞造山带、拉张环境和岩浆弧等不同构造环境；浅成低温热液型金矿床形成于（近）地表，古生代及更老的此类矿床可作为古老增生型造山带的标志；碰撞造山带和弧后盆岭地区的卡林型金矿床可分别作为判别碰撞型和增生型造山带的依据。因此，热液金矿床是研究大陆动力学的理想对象。
（３）矿床地质和黄铁矿成分标型特征研究作为基础研究方法，是金矿床成因研究的根本与关键。
原文详见：李洪梁,李光明.不同类型热液金矿床主成矿期黄铁矿成分标型特征[J].地学前缘,2019,26(03):202-210.