寸小妮 張洪深

1 西安西北有色地質(zhì)研究院有限公司，陜西 西安 710054 2 中化地質(zhì)礦山總局陜西地質(zhì)勘查院，陜西 西安 710065

黃鐵礦（FeS2）是金礦床中重要的一種載金礦物，也是與金的賦存狀態(tài)聯(lián)系最親密的礦物之一[1,2]，廣泛存在于多種熱液金礦化體系中，統(tǒng)計(jì)資料顯示：載金礦物中含有黃鐵礦的金礦床占98%，以黃鐵礦作為主要載金礦物的金礦床占85%[3]。20 世紀(jì)80年代以來(lái)，陳光遠(yuǎn)先生及諸多學(xué)者就黃鐵礦熱電性在金礦找礦實(shí)踐中做了大量工作，其中被廣泛應(yīng)用在膠東、新疆、秦嶺以及內(nèi)蒙古地區(qū)，為中國(guó)金礦找礦做出了重要貢獻(xiàn)。

深部找礦的辦法居多，早期階段主要是采用地表地質(zhì)調(diào)查、群眾報(bào)礦、沿主要成礦帶走向追索、鉆探驗(yàn)證等方法，后來(lái)發(fā)展了地球物理和地球化學(xué)找礦方法。地球物理方面，主要是采用航空磁測(cè)、激電聯(lián)剖及激電測(cè)深等；地球化學(xué)方面，主要采用原生暈和原生暈地球化學(xué)辦法。近些年來(lái)的研究認(rèn)為，用黃鐵礦的熱電性特征指示礦體的剝蝕程度及預(yù)測(cè)隱伏礦體，是一種經(jīng)濟(jì)、快速、有效的方法，可以節(jié)省大量野外工作量和勘查資金[1,4-6]。因此，通過(guò)黃鐵礦熱電性應(yīng)用的研究對(duì)進(jìn)一步探討礦床形成機(jī)制、預(yù)測(cè)有成礦潛力的靶區(qū)、確定礦體剝蝕程度以及礦體深部預(yù)測(cè)都具有十分重要的意義。

1 黃鐵礦熱電性

黃鐵礦的熱電性是黃鐵礦單礦物顆粒兩端出現(xiàn)溫度差的作用下，礦物兩端產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)差，礦物內(nèi)部表現(xiàn)為熱電系數(shù)α，外部表現(xiàn)為熱電動(dòng)勢(shì)E。熱電性包含熱電系數(shù)和熱電類(lèi)型等含義。熱電系數(shù)α 是單位溫差的熱電動(dòng)勢(shì)，其計(jì)算公式為：

式中α-熱電系數(shù)(μV/ ℃)；E-熱電動(dòng)勢(shì)(mV)；Δt-溫差( ℃)。

黃鐵礦熱電性在時(shí)間和空間上有其規(guī)律性，根據(jù)前人研究成果，黃鐵礦熱電性在時(shí)間和空間上具有普遍意義的規(guī)律。在礦體淺部以晚期較低溫的P 型黃鐵礦為主，在礦體深部以早期較高溫的N 型黃鐵礦為主，并且在垂向上αP隨取樣位置的升高而增大，αN隨取樣位置的升高而絕對(duì)值減少，α 值越大黃鐵礦的含金性越好。另外，在礦體的不同高度黃鐵礦的熱電系數(shù)變化梯度也是有差別的。

利用熱電性特征也可以識(shí)別成礦物質(zhì)的深度。陳光遠(yuǎn)[1]、邵偉[7]、李勝榮[5]等研究認(rèn)為：N型黃鐵礦含有較高的Co、Ni 等組分，表明成礦物質(zhì)來(lái)源較深；而P 型黃鐵礦則含As 等組分，表明成礦物質(zhì)來(lái)源較淺[1,5,7]。劉東園[8]研究孟德河金礦床，黃鐵礦整體表現(xiàn)為N型(N%=97.77%)，成分檢測(cè)普遍含Co，檢出率100%，說(shuō)明研究區(qū)成礦物質(zhì)來(lái)源較深，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)研究確定孟德河金礦成礦物質(zhì)來(lái)源以下地殼物質(zhì)為主[8]。

利用熱電系數(shù)離散度判斷成礦環(huán)境穩(wěn)定性，黃鐵礦熱電系數(shù)離散度（σα′）能準(zhǔn)確反映相差較大的不同樣品的熱電系數(shù)相對(duì)集中與分散的情況[9]。

離散度的計(jì)算公式為：

其中：α′為黃鐵礦樣品熱電系數(shù)的平均值；σα為熱電系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差。σα′數(shù)值越大，指示黃鐵礦熱電系數(shù)的分散程度越大；數(shù)值越小，指示黃鐵礦熱電系數(shù)分布相對(duì)集中。

張文媛等[10]通過(guò)對(duì)紫金山銅金礦黃鐵礦熱電性研究后，發(fā)現(xiàn)紫金山銅金礦的黃鐵礦以N 型為主，不同成礦階段的疊加程度不同，成礦前期、成礦期、成礦后期的σα′平均值分別為3590、17652、6386，可見(jiàn)成礦前期為不含礦質(zhì)的流體，疊加程度較弱；成礦期的疊加程度最強(qiáng)，說(shuō)明紫金山銅金礦床是多期次含礦熱液的疊加形成的[10]。

2 黃鐵礦熱電性深部找礦應(yīng)用

2.1 深部找礦

深部礦床定位探測(cè)是中國(guó)當(dāng)前礦產(chǎn)找礦預(yù)測(cè)學(xué)的科學(xué)前沿，是礦床勘查領(lǐng)域的主要難題和研究熱點(diǎn)之一。深部找礦的辦法居多，有代表性的礦床預(yù)測(cè)理論和技術(shù)方法，具有代表的是“三聯(lián)式”礦產(chǎn)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)理論與方法、“三部式”礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)方法、“三位一體”找礦預(yù)測(cè)理論與方法、構(gòu)造疊加暈找盲礦法等[11-14]。近些年來(lái)的研究認(rèn)為，用黃鐵礦熱電性在成礦溫度以及剝蝕深度、填圖方面分析，可以指示礦體的剝蝕程度及預(yù)測(cè)隱伏礦體，利用剝蝕率，判斷出礦體尾部與頭部，結(jié)合成礦溫度、P型黃鐵礦熱電導(dǎo)性出現(xiàn)率等與金品位等值線縱投影疊合圖綜合填圖，預(yù)測(cè)有成礦潛力的靶區(qū)、確定礦體剝蝕程度及礦體深部預(yù)測(cè)都具有十分重要的意義。

2.2 判斷成礦溫度

目前，判斷成礦溫度比較成熟的方法主要是包裹體均一測(cè)溫，它也是研究金礦成礦流體的重要內(nèi)容之一。此方法相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，樣品前期的處理手續(xù)很多。近幾年來(lái)，在金礦成礦溫度的研究上，利用黃鐵礦熱電性判斷成礦溫度比較成熟。前人對(duì)大量黃鐵礦的熱電性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)黃鐵礦的熱電系數(shù)和導(dǎo)電類(lèi)型與礦物的形成溫度有著密切關(guān)系，可以作為地質(zhì)溫度計(jì)用于判斷成礦溫度。P.A 戈?duì)柊蛦谭蚋鶕?jù)黃鐵礦熱電性與礦物結(jié)晶溫度之間的制約關(guān)系，得出相關(guān)的方程[15-16]：

黃河下游移動(dòng)式不搶險(xiǎn)潛壩通常位于河灘地的前沿。所謂潛壩的可移動(dòng)性，是指當(dāng)不搶險(xiǎn)壩需要拆除時(shí)，可先拆卸連系帽梁和連接銷(xiāo)軸，再拔出樁體，達(dá)到重復(fù)使用。施工階段當(dāng)樁體壓入土中時(shí)，主要承受壓力；當(dāng)樁體從土中拔出時(shí)，則主要承受拉力。

利用黃鐵礦與溫度之間的關(guān)系，做出上述線性關(guān)系（圖1）。根據(jù)黃鐵礦熱電導(dǎo)型及測(cè)得的熱電系數(shù)值即可計(jì)算出成礦溫度。

圖1 黃鐵礦熱電系數(shù)-溫度圖[17]Fig 1 Thermoelectric coefficient- temperature diagram of pyrite

此種方法應(yīng)用在金礦中用來(lái)判斷礦床成礦溫度的實(shí)例很多，并且結(jié)果顯示與其他手段的結(jié)果一致。李杰[18]通過(guò)對(duì)甘肅崗岔-克莫一帶金礦黃鐵礦研究，得出金礦黃鐵礦的形成溫度主要有兩個(gè)溫度區(qū)間，低溫區(qū)160℃，中溫區(qū)260℃。江志成對(duì)該區(qū)礦石石英流體包裹體研究，成礦溫度為190～250℃，顯示該礦床為為中低溫礦床[19]。薛建嶺對(duì)膠東鄧格莊金礦黃鐵礦熱電性研究[20]，計(jì)算出鄧格莊金礦黃鐵礦的形成溫度范圍為77～385℃，其中N 型黃鐵礦的形成溫度區(qū)間為208～387℃，P 型黃鐵礦的形成溫度區(qū)間為74～287℃，黃鐵礦形成溫度主要集中在為150～322℃，為中低溫礦床。同年在《膠東鄧格莊金礦床流體包裹體氦、氬同位素組成及其成礦物質(zhì)來(lái)源示蹤》文章中，利用黃鐵礦的爆裂溫度，得出該區(qū)的成礦溫度在193～343℃[21]。

筆者所在團(tuán)隊(duì)通過(guò)統(tǒng)計(jì)膠東地區(qū)、新疆地區(qū)、內(nèi)蒙古地區(qū)等10 個(gè)礦床的熱電法和包裹體測(cè)溫的結(jié)果（表1、圖2），礦床涉及有蝕變巖型礦床、石英脈型礦床、熱液型礦床，其中膠西北河?xùn)|金礦、招遠(yuǎn)蠶莊金礦及新地溝金礦床為蝕變巖型礦床，膠東鄧格莊金礦、膠東金青頂、照島山金礦、遼西北票二道溝為石英脈型，唐古爾金礦、鏵廠溝金礦床、紫金山銅金礦為熱液礦床。

表1 不同產(chǎn)地金礦測(cè)溫方法結(jié)果對(duì)比Table 1 Comparison of temperature measurement result of gold deposits in different origins

圖2 熱電法與包裹體測(cè)溫法結(jié)果對(duì)比折線圖Fig 2. Comparison of the results of the thermoelectric method and the temperature measuring method of inclusion

通過(guò)對(duì)熱電法和包裹體測(cè)溫得出的兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)方差分析（表2、表3），在表3 中，根據(jù)方差分析，F(xiàn)、F crit、P-value 三個(gè)數(shù)據(jù)，如果F＞F crit，則表示兩組數(shù)據(jù)有差異；若F＜F crit，那么P-value 肯定高于0.05，則表示兩組數(shù)據(jù)無(wú)差異。根據(jù)以上規(guī)則，我們發(fā)現(xiàn)0.546343（F）＜5.117355（F crit）、0.478649（P-value）＞0.05；2.000224（F）＜3.178893（F crit）、0.1582（P-value）＞0.05；說(shuō)明兩組數(shù)據(jù)無(wú)差異。

可以看出，在蝕變巖型金礦、石英脈型金礦床、熱液金礦床中，熱電法和流體包裹體測(cè)溫結(jié)果大致一致，因此可以利用黃鐵礦熱電系數(shù)來(lái)標(biāo)定成礦溫度，反映不同類(lèi)型金礦的溫度變化特征，并且熱電法操作非?？焖?、簡(jiǎn)易，是測(cè)量金礦床成礦溫度的一種可行的辦法。

表2 方差分析：無(wú)重復(fù)雙因素分析Table 2. Variance analysis: Unrepeated dual factor analysis

表3 方差分析Table 3 . Variance analysis

2.2 利用熱電性特征判斷礦體剝蝕深度

2.2.1 判斷礦體剝蝕深度原理

據(jù)黃鐵礦熱電系數(shù)（α）可以計(jì)算求出黃鐵礦熱電性參數(shù)Xnp，進(jìn)而來(lái)確定礦體的剝蝕切面[35]。熱電性參數(shù)計(jì)算公式：

式中：f為樣品中相應(yīng)的補(bǔ)償熱電系數(shù)的黃鐵礦百分比，其中fI指熱電系數(shù)α＞400μV/℃；fII指熱電系數(shù)α=200～400μV/℃；fIV指α=0～-200μV/℃；fV指α＜-200μV/℃。

礦體剝蝕率：礦體剝蝕部分相對(duì)于總延伸的百分比。

此方法被廣大學(xué)者應(yīng)用到金礦中，計(jì)算礦體剝蝕率，判斷礦體規(guī)模的實(shí)例居多，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際勘探能較好地吻合，有較好的準(zhǔn)確性。薄海軍對(duì)甘肅武都安房壩金礦黃鐵礦熱電性特征研究表明[35]，安房壩金礦Ⅰ-8 礦體的礦體剝蝕率變化范圍為32%～65%，多數(shù)樣品計(jì)算的剝蝕率小于50%，顯示其深部潛力比較大。于明杰對(duì)東天山卡拉塔格地區(qū)梅嶺銅金礦床研究表明，在采樣深度在33～70m，礦體剝蝕率為61.65%；采樣深度在70～100m，礦體剝蝕率為63.7%。表明該地區(qū)礦體已經(jīng)被剝蝕到中部偏下的位置，推測(cè)M1 礦體在深部仍有一定規(guī)模的延伸[36]。

對(duì)于礦體形態(tài)單一的礦床，利用熱電性特征判斷礦體的尾部和頂部確實(shí)是一種很好的辦法，通過(guò)計(jì)算出礦體的礦體剝蝕率，比較剝蝕率大小就能判斷深部礦體的情況，如γ＞80%～90%，說(shuō)明該礦體已剝蝕的差不多，再往下存在礦體的可能性不太大。如γ＜30%～20%，說(shuō)明說(shuō)明該礦體剝蝕的不多，再往下存在礦體的可能性很大。

2.2.2 熱電法與構(gòu)造疊加暈結(jié)合使用

利用黃鐵礦熱電性判斷形態(tài)單一礦體的剝蝕率，推測(cè)深部礦體情況非常好。但是對(duì)于串珠狀礦床，利用此方法判斷，無(wú)法確定到底是串珠狀單一礦體的頂部還是下一層礦體的尾部，對(duì)于此種現(xiàn)象，需要配合利用構(gòu)造疊加暈找礦法使用。

構(gòu)造疊加暈法是李慧教授等在研究原生暈找盲礦理論基礎(chǔ)上，密切結(jié)合熱液礦床成礦理論，根據(jù)熱液礦床成礦嚴(yán)格受構(gòu)造控制，構(gòu)造活動(dòng)具有脈動(dòng)性的特點(diǎn)，推斷出熱液礦床成礦成暈不僅具有時(shí)間上多期多階段的脈動(dòng)性，而且在構(gòu)造空間上也具有不同形式的疊加結(jié)構(gòu)，提出了原生疊加暈理論[14]。

針對(duì)串珠狀礦體，構(gòu)造疊加暈的核心觀點(diǎn)是：根據(jù)構(gòu)造疊加暈的特點(diǎn)，即同一階段在同一構(gòu)造系中形成的串珠狀金礦體，有總體的前緣暈和尾暈，但串珠狀礦體中每個(gè)礦體又有自己的前緣暈和尾暈，如串珠狀礦有上、下2 個(gè)礦體，上部礦體有自己的尾暈，下部礦體有自己的前緣暈（但其規(guī)模小于總體前、尾暈），上、下2 個(gè)礦體相近時(shí)上部礦體尾暈與下部礦體的前緣暈往往疊加在一起，形成前、尾暈共存（圖3）。金礦床地球化學(xué)異常綜合模型研究表明：①前緣暈元素組合：Hg，As，Sb(F，I，B，Ba)中、內(nèi)帶異常；Au，Cu(Ag，Pb，Zn)外帶異常。②礦體中部暈元素組合：Au，Ag，Cu，Zn(Bi，Mo)中、內(nèi)帶異常；As，Sb(F，Ba，Hg，I)外帶異常。③尾暈元素組合：Mo，Bi，Mn，Co(Sn)中、內(nèi)帶異常；Au，Ag，Zn，Cu 外帶異常[14]。

圖3 串珠狀礦體的構(gòu)造疊加暈理想模式[14]Fig 3. Ideal model of tectonic superposition halo of beaded ore bodies

曾祥濤對(duì)陜西省太白縣雙王金礦床黃鐵礦標(biāo)型特征研究及深部預(yù)測(cè)研究中，通過(guò)對(duì)雙王金礦8 號(hào)、9 號(hào)礦體黃鐵礦晶型特征、熱電性特征和微量元素原生暈特征的綜合分析，圈定處成礦前景較好的找礦靶區(qū)8 處[37]。

因此，在分析黃鐵礦熱電性判斷礦體剝蝕率時(shí)，如遇到串珠狀礦體時(shí)，需要結(jié)合構(gòu)造疊加暈的特點(diǎn)，分清每一層礦體的前緣暈和尾暈，再結(jié)合剝蝕率單層解釋礦體剝蝕深度。

2.3 黃鐵礦熱電性填圖

礦物學(xué)填圖是成因礦物學(xué)理論在找礦勘探中的重要手段之一。陳光遠(yuǎn)、李勝榮通過(guò)利用熱電性填圖的方法，研究黃鐵礦的離散特征與金品位的關(guān)系，認(rèn)為：金品位的高值區(qū)與熱電系數(shù)、P 型黃鐵礦熱電系數(shù)均值、離散度、成礦溫度等均具有相應(yīng)重合的部分[1,5]。當(dāng)然，利用黃鐵礦熱電性填圖的也比較多，具體是以勘探線為橫坐標(biāo)，標(biāo)高為縱坐標(biāo)，利用Surfer 軟件繪制出P型黃鐵礦熱電導(dǎo)型出現(xiàn)率等與金品位等值線縱投影疊合圖、或者熱電系數(shù)與金品位等值線垂直縱投影疊合圖[5]。

李勝榮[5]對(duì)膠東乳山金礦金青頂2 號(hào)礦體黃鐵礦做了導(dǎo)型分布圖和αP（P 型黃鐵礦熱電系數(shù)）均值分布圖，發(fā)現(xiàn)95%以上的高值區(qū)主要出現(xiàn)在-155m，-300m，-450m 三個(gè)區(qū)域；三個(gè)高值區(qū)分別與三個(gè)富礦段大體對(duì)應(yīng)[5]；楊竹森對(duì)膠東北部超高品位金礦做黃鐵礦熱電性填圖發(fā)現(xiàn)，該區(qū)P型黃鐵礦出現(xiàn)率的空間分布具有明顯的分帶性，大于70%的區(qū)域呈NE 和NNE 向帶狀展布，顯示NE 和NNE 兩組構(gòu)造和礦化方向[9]。劉東園對(duì)孟德河金礦研究，利用黃鐵礦熱電性參數(shù)填圖及金品位垂直縱投影填圖工作，圈定孟德河金礦床0號(hào)勘探線的西北淺部(標(biāo)高450m～500m)和0 號(hào)勘探線西南深部(標(biāo)高390m～450m)，160 號(hào)勘探線的東北淺部(標(biāo)高470m～510m)和160 號(hào)勘探線東南深部(標(biāo)高360m～410m)[8]四個(gè)靶區(qū)，從北東方向上看，靶區(qū)呈現(xiàn)等間距分布，并且正是兩期次編織成礦熱液運(yùn)移的“前端”和“末端”，這也闡明了通過(guò)熱電性參數(shù)填圖與金品位等值線圖的對(duì)比研究來(lái)預(yù)測(cè)礦區(qū)深部的可信度。

利用P 型黃鐵礦熱電導(dǎo)型出現(xiàn)率與金品位等值線縱投影圖，確實(shí)發(fā)現(xiàn)金礦品位高的地區(qū)，P型黃鐵礦熱電導(dǎo)型出現(xiàn)率也很高，具有明確的對(duì)應(yīng)性。即可以根據(jù)利用P 型黃鐵礦熱電導(dǎo)型出現(xiàn)率高低的空間分布規(guī)律、分帶性，可以大致反映礦床金品位高低的分布規(guī)律。當(dāng)然，利用P 型黃鐵礦熱電導(dǎo)型出現(xiàn)率的空間分布，首先在水平方向上可以指示人們對(duì)礦體的走向有所了解，有利于地表對(duì)礦體的追索。另外，在垂直方向上，利用P 型黃鐵礦熱電導(dǎo)型出現(xiàn)率的空間分布規(guī)律，結(jié)合成礦溫度的疊加關(guān)系，即礦床底部一般成礦熱液溫度較高，對(duì)應(yīng)的N 型熱電導(dǎo)型的出現(xiàn)率較高，而越往礦床上走，成礦熱液一般溫度較低，對(duì)應(yīng)的P 型熱電導(dǎo)型出現(xiàn)率較高，如礦床N 型黃鐵礦熱電導(dǎo)型一般出現(xiàn)在礦床的底部居多，所處的成礦溫度較高，若同一礦體在垂直方向上，N型黃鐵礦熱電導(dǎo)型突然出現(xiàn)在礦體頂部，而溫度較低，則推測(cè)此處可能有一斷裂構(gòu)造存在，使N型黃鐵礦熱電導(dǎo)型出現(xiàn)率在礦體頂部居多。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析利用熱電性特征得到的成礦溫度與包裹體測(cè)溫方法得到的成礦溫度，發(fā)現(xiàn)兩者方法的結(jié)果無(wú)差異，但利用熱電性分析金礦的成礦溫度是一種可行、快速、簡(jiǎn)便的方法。（2）在應(yīng)用黃鐵礦熱電性法深部找礦，計(jì)算剝蝕率、判斷礦體形態(tài)，縱向礦體延伸的時(shí)候，要注意串珠狀礦體的不同，分清楚判斷的剝蝕率是單一礦體的頂部還是尾部，必須結(jié)合構(gòu)造疊加暈的特征，明確是串珠狀礦體的哪一層礦體剝蝕率，結(jié)合構(gòu)造礦床疊加暈?zāi)Ｊ剑_定盲礦預(yù)測(cè)標(biāo)志，用模式和標(biāo)志，外加剝蝕率卡住上下層，提出預(yù)測(cè)靶區(qū)。（3）利用黃鐵礦熱電性特征填圖，在水平方向上可以指示礦體走向延伸規(guī)模，有利于地表追索。在垂直方向上，利用P 型黃鐵礦熱電型導(dǎo)型的出現(xiàn)率，結(jié)合成礦溫度的分帶性，可以預(yù)測(cè)和推斷該區(qū)隱伏構(gòu)造。

致 謝 論文的完成得到了中化地質(zhì)礦山總局陜西地質(zhì)勘查院陳國(guó)輝高級(jí)工程師、西安西北有色地質(zhì)研究院有限公司薛玉山工程師的幫助和的指導(dǎo)，在此一并表示衷心的感謝。