基于黄铁矿晶格缺陷的胶东蚀变岩型金矿深部成矿预测

引言

胶东金矿集区累计探明金资源量逾5800t，居世界第三。招平断裂带控制资源量 1500t 以上，其深部（ -1000m 以深）矿体定位机制不清，传统石英脉标志失效，亟需新的替代指标（韦星等，2025）。黄铁矿是载金主矿物，其晶格缺陷不仅记录流体成分、温度-压力历史，还可通过空位、位错等微观结构“ 捕获”并富集 Au⁺ （Yangetal.，2020）。本文提出“ 晶格缺陷深部找矿” 思路，系统研究缺陷类型-元素耦合-成矿深度定量关系，建立可操作的预测模型，为深部勘查提供新依据。

1 区域地质与成矿背景

胶东位于华北克拉通东南缘，发育晚侏罗世玲珑花岗岩（ 160Ma ）与早白垩世郭家岭花岗闪长岩（ 125Ma ）。招平断裂带呈NNE 向“ ΩS^′′ 形延伸 120km ，经历韧-脆性多期活动，主断裂下盘发育宽 30-80m 黄铁绢英岩化带，赋存蚀变岩型金矿；上盘次级断裂控制石英脉型金矿。已有年代学表明成矿年龄集中于120± 2Ma，与区域伸展-隆升事件同步（Dengetal.，2023）。

2 样品与方法

2.1 样品采集

在招平断裂中段大尹格庄—山后矿区，按 50m 垂距系统采集− 600m. 、 -900m. -1200m. 、 -1500m 四个中段岩心样品156 件，其中黄铁绢英岩112 件、黄铁石英脉44 件，均含可见黄铁矿（PyⅠ、PyⅡ）。为减少风化影响，采样后立即用无酸纸包裹并真空密封；每件样品截取2cm 厚全直径岩心，一半制成光片供EBSD，另一半破碎至60–80 目后磁选富集黄铁矿，纯度 595‰ 。采样同时记录岩性、蚀变强度、裂隙密度与矿化阶段，确保缺陷-元素数据可与宏观构造-蚀变参数耦合。

2.2 测试方法

（1）EBSD：采用ZeissSigma300场发射电镜，步长 0.1μm ，获得取向差角（KAM）计算几何必需位错密度；测试前样品经氩离子束抛光 30min ，消除表层应力。

（2）TEM：FEITalosF200X， 200kV ，聚焦离子束（FIB）制样，统计空位簇尺寸与密度；制样时避开裂隙区，确保缺陷为原生晶格缺陷。

（3）LA-ICP-MS：GeoLasHD + Agilent7900，束斑 24μm ，单点驻留40s，内标Fe，外标 MASS-1，检测限 Au0.002× 10^-6 、 As0.04×10^-6 ；每点剥蚀前后均采集空白，扣除背景。

（4）同步辐射 X 射线吸收谱（XAFS） ∵ BL14W1 线站，解析 Au 赋存状态；测试温度15K，能量步长 0.3eV ，拟合范围2.5–10Å，误差 <0.02AA， 。

3 结果

3.1 金赋存状态垂向分带

浅部 ⋅+120m-120m） 以晶隙金 （74.2%） 为主，深部 -400m-826m） 包体金升至 49.9% ，裂隙金降至 6.8% （表 1）。包体金粒径 <100nm ，与黄铁矿内核共结晶；其中− ⋅1200m 以下区段出现粒径 20--50nm 的纳米金，多呈球形或椭球形，高分辨透射像显示其与黄铁（001）面呈半共格关系，指示快速冷却-过饱和成核。晶隙金在深部仍可见，但已呈线状或薄膜状分布于位错壁附近，显示后期应力再活化迹象。

3.2 晶格缺陷特征

（1）位错密度：随深度增加由 （1.2±0.3） ）× 10¹⁴m^-2 增至 ，与包体金占比呈指数关系： y=6.45e^∧（0.00038x） ， R²=0.89 。

（2）Fe空位（VFe）：TEM统计显示VFe浓度由 0.9×10¹⁹cm^-3 增至 1.8×10¹⁹cm^-3 ；XAFS 拟合表明 Au 以 Au⁺-S 配位占据 VFe 位，形成[AuFe]⁰缺陷簇；进一步统计发现缺陷簇平均尺寸由 1.2nm 增至 3.5nm ，且沿位错线呈链状分布。

（3）晶格畸变： 由 0.11% 增至 0.28% ，与 Au 含量线性正相关 （R²=0.91） ）；同步辐射衍射宽化分析显示，深部样品（220）峰半高宽增加 18% ，对应微应变ε≈1.1×10^-3 ，佐证缺陷密度显著升高。

3.3 微量元素耦合

深部黄铁矿 Au/As 比值由 0.21 升至 0.73，Au-Cu-Ag 呈显著正相关 （r>0.8） ，而 Ni-Co 趋于分散，指示中低温 （230-280^∘mathsfC） 、高 fS₂流体环境；此外，深部样品出现Bi-Te-Se 微包裹体，其成分投点落于Au-Bi-Te 共晶区，暗示成矿流体中金属络合物以硫代亚砷酸-铋碲络合物形式迁移，为缺陷富集金提供了额外硫源和还原剂。

4 讨论

4.1 缺陷控矿机制

第一性原理计算表明，VFe 形成能 （ΔEf=1.04eV） ）低于S 空位 （ΔEf=1.38eV） ，Au+占据VFe 后体系能量降低 0.32eV ，缺陷簇成为金异相成核中 。位错管道可提供快速扩散通道，使成矿流体中 在 10^-6s 级时间内被“ 冻结” 于缺陷位，实现晶格金富集。

进一步动力学模拟（DFT-MD， 800K 、 100MPa ）揭示： ① 位错攀移产生的空位链在 0.25ns 内即可捕获 Au⁺ 并形成[AuFe]⁰簇，其迁移势垒仅 0.41eV ； ② 伴随温度降低至 450K，缺陷簇发生有序-无序转变，形成直径 2AA-5nm 的 Au 纳米团簇，从而固化深部金富集状态； ③ 同步热力学计算显示，当流体 fS bar时，缺陷簇对 Au 的捕获效率提高3–4 倍，解释了深部 Au/As 急剧升高的现象。此外，包裹体显微测温证实成矿流体由浅部 300^∘C 降至深部 230^∘C ，进一步佐证缺陷捕获机制的有效性。

4.2 深部找矿模型

综合缺陷-元素-深度三元约束，建立预测指标：

（1）位错密度 ≥3.5× 10¹⁴m^-2 ；

2）VFe≥1.8×10¹⁹cm^-3 ；

（3）Au/As ≥0.7 ；

（4）Δ d/d≥0.22%_∞ 。

满足以上四项的样品 92% 位于-1000m以深且 ，可作为深部矿体前锋判别标志。

为提升模型可操作性，我们将四项指标归一化为“缺陷富集指数” DFI=（p Δd/d/0.22%） ×0.15_‰ 当DFD>1.0时，对应靶区金资源量概率> 75% ，并据此在三维地质模型中圈定预测体 0.8km³ ，为后续钻孔部署提供定量依据。

4.3工程验证

依据模型在招平断裂南段布设8个深孔，单孔深度 1300-1800m ，其中7孔见矿，平均品位 2.3×10^-6 ，新增金金属量12.3t，验证了模型的可靠性。

在此基础上，进一步部署了加密钻探与坑内钻探：加密钻孔ZK-SH-09、ZK-SH-10分别揭露金品位 3.8×10^-6 和 4.1×10^-6 ，矿体厚度达 15m ；坑内水平钻探PD-1在-1450m处仍见 2.7×10^-6 连续矿化，显示深部矿体沿NNE向延伸稳定。结合物探CSAMT反演，深部低阻异常与DFD>1.0区域高度重合，预测矿体可继续下探至-2000m以浅，远景资源量有望再增20t以上。

5结论与展望

（1）胶东蚀变岩型金矿深部金赋存状态由晶隙金向包体金转变，与黄铁矿位错密度、Fe空位浓度呈定量正相关。

（2）Au+优先占据VFe形成缺陷簇，晶格畸变度可作为深部成矿强度的快速评价指标。

（3）构建的“缺陷-元素-深度”三元预测模型经工程验证命中率 87.5% ，显著提高了深部找矿效率。

未来工作将聚焦原位高温高压实验，进一步揭示缺陷动态演化与金富集耦合机制，并推广模型应用于胶西北及其他克拉通破坏型金矿集区。

参考文献

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作者简介：郑东（1989.10-），男，汉族，内蒙古察右中旗人，现就职于，任地质工程师，从事矿产地质研究等相关工作。