科研进展

广州地化所谭伟等-MD:利用黄铁矿“指纹”揭示金成矿流体的侵入、演化历史

  
石英脉型金矿以多期流体侵入为主要特征。通常情况下,可以根据金矿床中岩脉/矿脉的穿切关系以及相关热液矿物的形成年龄来识别不同成矿阶段(成矿前、主成矿、成矿后)流体的特征。然而,当同一成矿阶段的金矿脉由多期、间歇性流体侵入形成时,有效识别多期流体的侵入期次及其物理化学性质,是查明石英脉型金矿的主期成矿过程和机制的重要前提。
黄铁矿是石英脉型金矿床中常见的贯通矿物,其生长环带的成分特征常被用来指示周围流体的演化过程。流体的侵入会改造早期结晶的黄铁矿,引起塑/脆性变形、元素活化、再结晶和增生等多种作用,并形成多种类型的次生显微结构。这些次生显微结构是黄铁矿重要的指纹信息,能够很好地揭示不同期次黄铁矿之间的成因联系以及流体的物理化学性质。
近期,中国科学院矿物学与成矿学重点实验室的研究团队与澳大利亚Curtin大学的Steven Reddy教授团队合作,结合多种高精度微区分析手段,对辽东五龙金矿中的黄铁矿进行了多尺度精细研究。该矿床的含金石英脉通常由数十至数百条毫米-厘米级的多金属硫化物细脉组成(图1a, b),不同期次形成的黄铁矿成分接近,且堆积在一起,难以区分其形貌和生长环带(图1c,d)。但是,通过电子背散射衍射(EBSD)分析,发现多金属硫化物细脉中主要包含三期具有不同晶体形貌和显微结构的黄铁矿(图1e)。其中,Py1和Py2具有不同的成分和塑/脆性变形显微结构,而细粒的Py3则是粗粒Py1/Py2在压力作用下动态重结晶的产物。微区X射线荧光(μ-XRF)、电子探针(EMPA)、原子探针(APT)和高分辨透射电镜(HRTEM)的分析揭示了不同尺度下Au的赋存状态,发现Bi-Te矿物是石英脉中主要的载金矿物,相比之下,含砷黄铁矿对金矿化的贡献不大。针对黄铁矿显微结构的成因分析发现主成矿阶段出现了两期物理化学性质差异显著的流体,早期高温、还原性流体引起了Py1的溶解以及Bi-Te矿物以液态熔体的形式析出,而晚期流体导致了含砷黄铁矿Py2的结晶。其中,Bi-Te液态熔体对流体中的Au具有超强的富集作用,这可能是导致Au成矿的主要原因。
 
图1 五龙石英脉型金矿中黄铁矿的产状和显微结构特征。(a)五龙金矿中的含金石英脉;(b)石英脉中毫米-厘米级的多金属硫化物细脉;(c)石英脉中黄铁矿的产状特征;(d)石英脉中Fe、As、Bi元素的分布特征;(e)石英脉中不同黄铁矿的取向特征(EBSD反极图)。
该研究作为一个典型范例,为发现和解译石英脉型金矿中黄铁矿复杂显微结构提供一套高效的分析方法。该方法同样适用于其它类型的热液矿床,用以揭示多期流体的侵入、演化历史以及相关成矿过程。该研究得到了国家重点研发计划“面向矿床学研究的变革性原位分析新技术”等项目的资助。相关研究成果近期发表在Mineralium Deposita期刊上。
论文信息:Tan W., Reddy S.M., Fougerouse D., Wang C.Y., Wei B., Xian H.Y., Yang Y.P., He H.P. 2022. Superimposed microstructures of pyrite in auriferous quartz veins as fingerprints of episodic fluid infiltration in the Wulong lode gold deposit, NE China. Mineralium Deposita, doi.org/10.1007/s00126-022-01104-4.
相关研究还包括:Wei B., Wang C.Y., Wang Z.C., Cheng H., Xia X.P., Tan W. 2021. Mantle-derived gold scavenged by bismuth-(tellurium)-rich melts: Evidence from the Mesozoic wulong gold deposit in the North China Craton. Ore Geology Reviews 131: 104047