甘肃大店沟金矿床金矿物的赋存状态及成因研究

Study on Occurrence State and Genesis of Gold Mineral in the Dadiangou Gold Deposit，Gansu Province

摘要

为研究大店沟金矿床金的赋存状态及成因，采用反光显微镜和电子探针等技术手段对样品进行了观察和分析，明确矿石物质组成及金矿物的赋存状态，进而探讨其成因机制。将大店沟金矿床成矿阶段划分为黄铁矿—石英阶段（阶段Ⅰ）、石英—铁白云石—硫化物—碲铋化物阶段（阶段Ⅱ）和石英—方解石阶段（阶段Ⅲ）3个阶段。金矿物的赋存方式有裂隙金、粒间金和包裹金，且以裂隙金为主。尽管金矿物的粒度以显微极微粒金（0.0050~0.0002 mm）占主要地位，但显微中粒金与显微细粒金工艺粒度占比较高，其对选矿方法和磨矿细度的选择具有一定的指示作用。金矿物的成色多数在900以上，这与金银比值较高的成矿流体和中低温的成矿温度有关。研究结果为认识大店沟金矿的区域成矿规律提供了理论依据。

Abstract

The Dadiangou gold deposit，located in the Longnan region of Gansu Province，represents a typical orogenic gold deposit that has been discovered in recent years.The occurrence statusof gold significantly influences the development and utilization of these deposits，as well as the choice of metallurgical techniques for gold ore processing.To enhance the understanding of the gold occurrence within the Dadiangou deposit，this study utilizes a comprehensive array of investigative methodologies，including field surveys，reflective microscopy，and electron probe microanalysis.The findings suggest that the gold ore types at the Dadiangou gold deposit can be categorized into two primary types：Quartz vein typeand altered rock type.The gold within these ores predominantly exists as independent minerals，with the primary gold-bearing minerals being pyrite，chalcopyrite，galena，and quartz.The principal gold mineral is gold mineral，with minor occurrences of electrum and sylvanite.Gold particles within the ore manifest in four distinct forms：Fissure-filling，intergranular，inclusion，and interlocking.However，Fissure-filling has been identified as the predominant type.The particle size of gold is primarily extra micro-particulate（0.0050~0.0002 mm，42.03%） and micro-particulate（0.010~0.005 mm，28.26%）.Although micro-medium to fine grains are less，abundant，they contribute significantly to the overall resource grade due to their higher area content，accounting for 76.53%.The fineness of gold is predominantly above 900，which may be attributed to the combined influence of ore-forming fluids with a high gold-to-silver ratio and ore-forming temperatures that are medium to low.

Graphical abstract

关键词

金矿物 / 赋存状态 / 金成色 / 成矿阶段 / 大店沟金矿 / 西秦岭造山带

Key words

gold mineral / occurrence state / fineness of gold / mineralization stage / Dadiangou gold deposit / West Qinling Orogenic Belt

西秦岭地区地处华北板块与华南板块的碰撞地带（何重果，2022），区内曾发生过复杂的构造活动（马承等，2021），是我国重要的造山型和卡林—类卡林型金矿集区之一（Mao et al.，2002，2003），具有较好的成矿背景和找矿远景，在地质科学研究及潜在矿产资源开发等方面具有巨大的潜力（杜子图等，1998；张景平等，2014；刘家军等，2019；高永伟等，2023）。

近年来，在柴家庄—东岔河断裂与舒家坝—太阳寺大断裂之间发现了李子园、湘潭子、大店沟、水洞沟和柴家庄等多个金矿床，多数学者认为这些矿床的产出与其独特的构造位置、复杂构造运动以及印支—燕山期岩浆活动密切相关（霍福臣等，1995；卢纪英等，2001）。对于新发现的大店沟金矿床，前人从矿床成因、物质来源、流体性质、找矿标志和成矿潜力等方面进行了初步研究，并取得了若干成果。如：通过分析矿石主要化学成分、微量元素组成和围岩蚀变特征，认为大店沟金矿经历了沉积作用、变质作用和金的成矿作用3个时期，成矿物质主要来自含矿围岩（张全才等，2011）；韧性剪切构造带中的褪色蚀变和黄铁矿化是最直接的找矿标志（王海岗等，2011a；张景平等，2014；孙腾飞，2016）；通过流体包裹体显微测温、激光拉曼光谱分析、H-O和S同位素组成分析，认为大店沟金矿的成矿流体具有中低温、中盐度特点，流体主要来源于变质水，成矿物质具有幔源特征且淋滤了一定的围岩（缪广等，2021）；通过流体包裹体与黄铁矿热电性分析，认为大店沟金矿的流体为自南西深部向北东浅部运移，矿体剥蚀程度也随着该方向变高，指出在矿区南西方向的深部具有较大的成矿潜力（缪广等，2021；曹瑞荣等，2022，2023）。

尽管如此，前人对大店沟金矿床中金的赋存状态尚未进行系统研究，直接影响了该矿床的开发利用和金矿石选冶技术流程的选择（朱炳玉等，2010）。为此，文本通过野外实地考察和采样，使用显微镜和电子探针等技术手段，开展大店沟金矿的矿石物质组成和金的赋存状态研究，以期为研究金矿床成因、总结区域成矿规律以及金矿资源开发利用提供坚实的基础。

1 区域地质背景

大店沟金矿位于商丹缝合带上，受到华北、华南和秦岭微板块碰撞作用的影响（图1）（李亚东，2003；张全才等，2011；吴金刚等，2015；孙腾飞，2016）。该地区特殊的大地构造背景、多期岩浆活动以及长期的构造演化运动形成了极为复杂的碰撞造山构造体系，产生的大量印支期酸性岩体和构造对区域内金矿床的形成起到了极大的促进作用（王海岗等，2011a；刘家军等，2019；缪广等，2021）。

大店沟金矿出露地层主要包括古元古界秦岭岩群、中元古界陇山群、下古生界丹凤群、葫芦河群和泥盆系等。构造极为发育，多数呈NE和NW向，其中起主要控矿作用的是元家坪—小寺沟韧性剪切带，其衍生出的次级构造为区域内金成矿作用提供了有利条件。研究区内从加里东期到燕山期均有岩浆活动，出露有超基性—中酸性脉岩和中酸性侵入岩，其中以印支期岩浆活动最为强烈，出露有天子山和太白山等典型岩体，其内部和边缘接触带上均分布有矿点群。前人研究认为，该地区多期次岩浆活动在金—多金属成矿过程中发挥了一定的作用（霍福臣等，1995；李初平等，2009；陈衍景，2010；曹瑞荣等，2022）。

2 矿区及矿床地质

2.1 矿区地质特征

大店沟金矿区出露地层主要为古元古界秦岭岩群第一岩性段（Pt₁Q¹） 的黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩夹白云大理岩和石英岩，丹凤群木其滩组第二岩性段［（Z-O）m²］的绿帘绿泥石英片岩、斜长角闪石英片岩和绿泥钠长片岩，丹凤群木其滩组第三岩性段（（Z-O）m³ ）［图2（a）］的绢云绿泥片岩。大店沟矿区金矿化与区域内地层密切相关，木其滩组第三岩性段与第二岩性段接触部位是金矿产出的主要部位，金矿主要产于其中的褪色蚀变带中，赋矿围岩为绢云绿泥石英片岩（王海岗等，2011a，2011b；缪广等，2021；曹瑞荣等，2022）。

矿区内主要构造为走向约70°的褪色蚀变脆—韧性剪切带，沿木其滩组第二、第三岩性段交界地带发育，贯穿全区，分布稳定，金矿体产出受NEE向脆—韧性剪切带和叠加构造的控制，矿体产状与剪切带相近（毛景文，2001；张印飞，2018）。褪色蚀变脆—韧性剪切带中片理、褶皱和断层等构造发育，主要是叠加在先期剪切带上的NE和NW向断裂，对矿体的破坏程度较弱（李初平等，2009；周会武，2010；王海岗等，2011a；缪广等，2021）。

矿区内岩浆活动频繁且强烈，大店沟金矿的成矿作用与印支期中—酸性岩浆侵入活动密切相关（陈衍景，2010），但矿区内岩浆岩并不发育，仅在矿区南北两侧各出露一条近EW向的花岗岩脉，二者截断了脆—韧性剪切带（图2）。矿床的围岩蚀变具有明显的褪色蚀变特征，脆—韧性剪切带内发育有绢云母化、绿泥石化、钾长石化和硅化等蚀变类型。

2.2 矿床地质特征

金矿体类型主要是石英脉型，还有少量蚀变岩型，多呈透镜状和似层状产于褪色蚀变带中，总体走向与蚀变带走向一致，呈NEE向，倾向NW，在部分地区呈复脉带状分布，由北到南主要分布有9号、5号、1号和4号矿体。

1号矿体规模最大，走向为NE向，倾向NW，厚度和品位随矿体沿走向两侧延伸而逐渐减小，金平均品位为3.94×10^-6。4号矿体产状与1号矿体相似，金平均品位为4.12×10^-6。5号矿体产状近似于1号和4号矿体，金平均品位为4.53×10^-6。9号矿体产状与上述矿体相似，金平均品位为4.99×10^-6（孙腾飞，2016；缪广等，2021）。

大店沟金矿的矿石矿物主要为黄铁矿、毒砂、磁黄铁矿、黄铜矿、方铅矿和辉锑矿等，还有少量碲铅矿、碲镍矿、辉碲铋矿和针硫铋铅矿等碲铋类矿物（图3）。脉石矿物主要为石英和长石，还有绢云母、绿泥石和方解石等。金矿物以自然金为主，另有少量银金矿和针碲金银矿。大店沟金矿矿石结构主要为半自形—他形粒状、包含和交代等，构造以团块状和浸染状为主。

2.3 成矿阶段划分

通过野外考察、镜下观察以及矿石矿物组成特征（图3），将大店沟金矿的成矿作用划分为3个阶段：黄铁矿—石英阶段（Ⅰ）、石英—铁白云石—硫化物—碲铋化物阶段（Ⅱ）和石英—方解石阶段（Ⅲ）（图4）。

阶段Ⅰ为成矿早阶段，黄铁矿多呈半自形粒状结构，其边部较为平整，毒砂晶形较完整，多呈矛头状，无金矿物产出，发育钾长石化［图3（a）、3（b）］。阶段Ⅱ为主要成矿阶段，金矿物形成于该阶段，且多为自然金，铁白云石呈脉状分布于石英脉中，而并非产于裂隙中，故判断其与石英脉近于同时形成或稍晚于石英脉形成［图3（c）、3（d）］，可以观察到黄铁矿与磁黄铁矿近同时形成，且被黄铜矿交代，同时有白铁矿呈细脉状产于磁黄铁矿裂隙中［图3（e）］，碲铋类矿物交代毒砂、黄铜矿和方铅矿等矿物，且部分产于黄铁矿中［图3（f）~3（i）］。阶段Ⅲ属于成矿作用晚期，无金矿物产出，该阶段碳酸盐脉发育，切穿先期形成的石英脉［图3（k）］，可观察到其包含早期形成的破碎绢云母，同时产出辉锑矿等低温热液矿物，并包裹了先期形成的毒砂［图3（j）、3（l）］。

3 分析方法与结果

3.1 样品采集与分析方法

本次研究样品采自大店沟金矿床1550~1750中段的不同穿脉，共采集矿体和围岩样品170件。在野外观察的基础上，挑选样品并磨制光片，使用显微镜对矿石矿物组成及其交代关系进行了观察，并通过电子探针分析来确定矿物的种类及元素含量。

本次样品电子探针分析（EPMA）工作在中国地质大学（北京）实验中心电子探针室完成。仪器型号为日本岛津EMPA-1720；工作条件：加速电压15 kV，探针电流10×10^-9A，电子束斑直径5 μm；分析标样：Pb-方铅矿，Sb-辉锑矿，Cu、Fe、S-黄铜矿，Ni-镍黄铁矿，Zn-闪锌矿，Co、As-辉砷钴矿，Se-BiSe，Hg-辰砂，Au-自然金。使用ZAF修正法对获得的数据进行处理。主要对采集样品中的碲化物和热液矿物进行了测试（表1）。

3.2 矿石物质组成

在大店沟金矿床的矿石中，除黄铁矿、黄铜矿和方铅矿等常见的载金矿物之外，还发现了部分碲铋类矿物（图3，表1）。（1）辉碲铋矿在显微镜下为浅灰色，呈不规则粒状和脉状产出，粒度为0.020~0.185 mm，主要以交代方铅矿的形式产出［图3（f）、3（h）］，根据电子探针分析数据的平均值，计算其化学分子式为Bi_2.02Te_1.82S_1.00，简写式为Bi₂Te₂S；（2）碲铅矿在显微镜下为灰白色，呈不规则粒状产出，粒度为0.01~0.03 mm，以独立矿物或交代早期形成的毒砂的形式产于黄铁矿中，或交代方铅矿［图3（g）、3（h）］，根据电子探针分析结果的平均值，计算其化学分子式为Pb_0.99Te_0.92，简写式为PbTe；（3）碲镍矿在显微镜下为浅黄棕色，呈柱状产出，粒度为0.01~0.04 mm，主要与碲铅矿共生且能观察到交代方铅矿的现象［图3（h）］，根据电子探针分析数据的平均值，计算其化学分子式为Ni_1.02Te_1.97，简写式为NiTe₂；（4）针硫铋铅矿在显微镜下为浅蓝灰色，呈粒状和脉状产出，粒度为0.02~0.04 mm，主要产于辉碲铋矿中，可见其交代黄铜矿［图3（i）］，根据电子探针分析数据的平均值，计算其化学分子式为Cu_1.02Pb_1.02Bi_1.08S_2.85，简写式为CuPbBiS₃。由于大部分碲化物在方铅矿和黄铁矿中呈浸染状产出［图3（f）、3（h）］，同时可见黄铜矿等矿物以填隙物的形式产于辉碲铋矿中［图3（i）］，说明其形成时间与金属硫化物相近或略晚于金属硫化物（韩思宇等，2011）。

4 金矿物赋存状态

大店沟金矿的金矿物主要为显微金，极少见到明金。然而，本次在显微镜下发现并统计了138颗金矿物颗粒，发现大店沟金矿床中的金主要以独立的自然金形式产出，多为浑圆状、脉状和不规则粒状（图5），同时，还存在少量银金矿和针碲金银矿。根据电子探针分析（表1），黄铁矿的成分较为简单，砷含量极低，且几乎不含金，且其他载金矿物（黄铜矿、方铅矿等）中也几乎不含金，因此目前未发现以固溶体或机械混入物形式存在的金。

大店沟金矿床金矿物存在4种产出状态：（1）裂隙金［图5（a）~5（c）］。产于石英脉、蚀变围岩和黄铁矿等矿石矿物裂隙之中，占所有金矿物的48%以上，是金矿物的主要存在形式。（2）粒间金［图5（b）、5（d）］。充填于其伴生矿物颗粒之间，在单一矿物或2种及以上不同矿物之间均有产出，约占全部金矿物的32%。（3）包裹金［图5（a）、5（b）、5（d）~5（h）］。被黄铁矿和石英等矿物包裹，但形成时期既可早于包裹矿物，也可晚于包裹矿物，所占比例不足20%，含量相对较少。（4）连生金［图5（i）］。与载金矿物紧密连生，但数量极少，因此不作讨论。虽然金矿物有多种产出形态，但其载金矿物基本是石英以及黄铁矿、黄铜矿和方铅矿等金属硫化物［图3（g）、3（h），图5］。

通过测量，显微金的粒度最大可达0.054 mm，最小仅有0.002 mm。由表2和图6可知，显微极微粒金（0.0050~0.0002 mm）含量最高，约占统计总量的42%，显微微粒金（0.010~0.005 mm）次之，占比约为28%。

此外，本文也统计了金矿物的工艺粒度，据此对选矿和磨矿工作提出建议，统计结果见表2和图7。由表2和图7可知，仅显微中粒金的面积含量占样品总面积的47.34%，显微细粒金以上粒级占总面积的近80%，显微微粒金以上粒级达到总面积的95.34%。由此可知，显微中粒金与细粒金占金矿物面积的比重较大，在理想情况下，分别将显微细粒金（0.02~0.01 mm）和显微微粒金（0.010~0.005 mm）作为磨矿细度的标准时，可以分别选出80%和95%以上的金矿物。

5 讨论

5.1 金矿物的粒度分布特征及形成机制

前人根据粒度分布直方图的形态将金矿物的粒度分布划分为单峰型和双峰型，在此基础上以偏度系数为依据，又可划分为正偏型和负偏型（姚敬劬，1991；杨隆勃等，2013a，2013b）。由图6可知，大店沟金矿床中金矿物粒度分布为单峰正偏型，且峰值位于较小粒度的位置，即0.002~0.005 mm之间。

由图8可以看出，大店沟金矿床中裂隙金、粒间金和包裹金3种类型金矿物的高峰区域均在0.002~0.020 mm之间，但其峰值存在差异，其中裂隙金、粒间金和包裹金的峰值分别位于0.002 mm、0.008 mm和0.002 mm处。裂隙金、粒间金和包裹金的粒度平均值分别为0.019 mm、0.027 mm和0.034 mm；在0.02 mm及以上粒度的金矿物中，裂隙金的数量大于另外2类金矿物数量的总和，且裂隙金占全部金矿物的比例（48.6%）与另外2种金矿物（51.4%）相近。由此判断大店沟金矿中裂隙金相对于粒间金和包裹金较小。

前人研究表明，除水—岩反应、流体沸腾、流体混合、硫化作用、岩浆脱气、有机成矿和叠加成矿等地质作用外，As、Bi、Hg、Te、Sb和Se等低熔点亲铜元素（LMCE）对金富集成矿也具有重要作用（刘家军等，2021，2024）。已知在热液条件下，Bi、Te和As等低熔点亲铜元素不易与水反应，能够形成熔体，且可以强烈吸收流体中的Au，前人对Bi、Te-Bi熔体富集金的作用进行了大量的研究和证实，证明Au在Bi、Te-Bi熔体和热液中的分配系数存在巨大差异，即使流体中的Au为不饱和状态，低熔点亲铜元素熔体也能够高效地萃取其中的Au（Douglas et al.，2000；Tooth et al.，2011；刘家军等，2021，2024），然后富集Au的熔体沿区域构造运移至浅部，进入断裂及裂隙等次级构造中，因大气水的参与、水岩反应等因素导致物理化学条件发生改变，最终在各类构造空间中沉淀成矿。

在大店沟金矿中，可以观察到金以Te-Au独立矿物以及与碲化物共生的形式存在，如金以针碲金银矿的形式产于碲铅矿中［图3（g）］，或金矿物与碲镍矿、碲铅矿等碲化物及辉碲铋矿共生的现象［图3（h）］，且大店沟金矿中金矿物多呈裂隙金和粒间金的形式产出（图5和图8），因此判断大店沟金矿成矿过程中Te和Bi元素的流体—熔体分离作用对金的富集和沉淀发挥了重要作用。

5.2 金矿物的成色特征及控制因素

大店沟金矿的金矿物在反光显微镜下呈明黄色，反射率较高，多为不规则粒状，部分为脉状和棒状（图5）。利用电子探针对金矿物成分进行分析，得出大店沟金矿的金矿物具有富金而贫银的特征，且存在少量的Hg、Cu、Bi和S等元素（表3）。根据Fisher和Boyle（1984）给出的金成色公式（博伊尔，1984；李长顺，1995）计算得出大店沟金矿中金矿物成色普遍在900以上。

金成色在金矿床研究中具有广泛的应用，前人通过整理各类矿床特征，总结出影响金成色的主要因素：不同成矿作用和不同成因的矿床金成色各不相同；成矿流体的金银比值越高，金的成色也越高；成矿温度、深度和微量元素组成等因素也能通过改变理论所需的金银比值而影响金矿物的成色（张振儒等，1986，1998；胡换龙等，2018；冯岳川等，2023；梁翼等，2023，2024）。

大店沟金矿作为典型的造山型金矿，以变质热液为主的成矿流体决定了其金成色高于岩浆热液型、沉积热液型和热水型矿床的金成色（张振儒等，1998；张广平等，2023）。前人总结得出造山型金矿床的金成色在780~1 000之间，而大店沟金矿的金成色多数在900以上，属于中等偏上的成色范围（Liu et al.，2021）。

根据前人研究（梁翼等，2023），金银比值对于金成色具有决定性的作用，二者呈正相关关系，由前文可知大店沟金矿中金矿物主要为自然金，具有富金而贫银的特征，即金银比值高。同时，缪广等（2021）通过流体包裹体测温判断大店沟金矿的成矿流体为中低温流体，对金成色起到了限制作用。因此，本研究认为大店沟金矿的金成色是金银比值较高的成矿流体与中低温的成矿温度共同影响的结果。

6 结论

（1）大店沟金矿矿石中的金矿物主要有裂隙金、粒间金和包裹金3种赋存类型，其中裂隙金和粒间金含量较高，包裹金相对较少且多与碲化物及辉碲铋矿等共生，推测在金的富集和沉淀过程中，Te和Bi等低熔点亲铜元素的流体—熔体分离作用发挥了重要作用。

（2）金矿物粒度由小到大，其含量逐渐减少，以显微极微粒金为主（约占42%），其次为显微微粒金。显微细粒金和显微中粒金的颗粒数较少，但其工艺粒度较高，该结果对于指导选矿和磨矿方面具有重要的作用。

（3）金矿物的成色多数在900以上，在造山型金矿的金成色中属于中等偏上的范围，可能是成矿流体金银比值较高和中低温的成矿温度共同作用的结果。

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基金资助

中国黄金集团地质有限公司项目“西秦岭地区李子园—大店沟一带金矿床成矿规律与找矿预测研究”和国家自然科学基金项目“北秦岭丰北河—杨斜矿集区金—钨矿床共生与共生机制”(42272095)