《Journal of Geochemical Exploration》：Texture, trace element geochemistry, and sulfur isotopes of pyrite fingerprint the Cu
Zn (Au) metallogeny of the Meiling deposit in the Kalatag district, NW China
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黄铁矿 textures、trace elements 和 δ3?S 分析揭示西北中国 Meiling 矿床热液多阶段演化（Stage I-V），Py1 核部低 Co/Ni 比值指示前成矿沉积来源，Py2 高 Ni/Co 等元素反映流体降压破碎，Py3-Py4 Cu/Zn 富集与流体沸腾冷却相关，Py5 晚期氧化环境沉淀。研究成果为 epithermal 矿床金属富集阶段划分提供 geochemical tracers。
朱晓强|孙志远|赵宏宇|孙永刚|徐大峰|程启阳|袁秋云
中国安徽师范大学地理与旅游学院长江-淮河流域地表过程与区域响应重点实验室，芜湖，241000
摘要
本文通过分析五种共生黄铁矿（Py1至Py5）的联合纹理、微量元素和硫同位素特征，揭示了中国西北部梅岭矿床的热液演化过程（第一阶段至第五阶段）。Py1颗粒具有明显的核-边缘分带纹理和较低的Co/Ni比值，被解释为成矿前沉积成因，随后经历了后期热液改造。Py2中Ni、Co、As、Ti、Te和V的含量较高，表明在流体压力降低的过程中，热液作用处于中等至较高温度和还原性环境。Py3和Py4中微量元素的富集主要受流体成分、温度和流体-岩石反应的影响；在第三阶段和第四阶段，成矿流体分别富集了Cu和Zn。具体而言，后期细粒化的Py3-F和Py4-F中Cu、Zn和Au的含量更高，这被认为是由于流体中金属元素浓度降低导致的沸腾和冷却过程。在第五阶段后期，开放空间的氧化环境及流体混合促进了Py5的沉淀。我们认为，具有高Cu和Zn含量及负δ34S值的黄铁矿颗粒可以用于区分富含Cu和Zn的经济矿脉与贫矿脉，从而确定浅成热液矿床的潜在金属资源。
引言
经济型热液金属矿床通常由多种热液作用形成，导致不同的蚀变矿物组合和复杂的切割与交代关系（Rottier等人，2016）。因此，复杂的多矿脉矿床在确定热液成矿过程方面存在显著挑战。此外，贵重金属（如Fe、Cu、Pb、Zn、Au和Ag）的迁移、运移和沉淀受热液流体条件（如温度、压力、pH值、氧化还原状态、盐度和流体成分）的复杂影响（Keith等人，2016b；Hong等人，2018）。在这种情况下，仅依靠有效的综合地球化学方法难以揭示热液过程和成矿条件。然而，对不同成矿阶段形成的普遍存在的矿物进行微量元素分析是揭示成矿流体起源、物理化学条件和演化过程的常用方法（Maslennikov等人，2009；Keith等人，2016b；Augustin和Gaboury，2019）。黄铁矿是多种矿床中的主要硫化物矿物，在热液矿床中起着重要作用（Genna和Gaboury，2015；Hazarika等人，2017）。单一矿床内的多次成矿事件可形成具有不同纹理、化学成分和矿物组合的黄铁矿颗粒（Román等人，2019）。因此，黄铁矿被认为是监测各种类型矿床热液流体性质的理想候选矿物（Berner等人，2013；Gadd等人，2016；Keith等人，2016b；Yang等人，2019；Song等人，2019）。
先前的研究表明，黄铁矿在矿床中具有重要作用，并能在不同类型矿床中富集多种微量元素（Large等人，2009；Berner等人，2013；Román等人，2019）。这些微量元素浓度因黄铁矿沉淀时的流体条件差异而有所变化（Hong等人，2018；Yang等人，2019）。此外，黄铁矿具有多种优异的纹理特征，如特定的形态类型（Tanner等人，2016；Yang等人，2019）和在不同地质条件下形成的变化分带（Agangi等人，2013；Velásquez等人，2014；Franchini等人，2015），使其广泛用于记录流体事件的历史（Large等人，2009；Hong等人，2018）。尽管黄铁矿中的微包裹体可能对总微量元素浓度分析产生影响，但它们也是黄铁矿形成的重要指标（Genna和Gaboury，2015）。黄铁矿的硫同位素也被长期用于评估黄铁矿沉淀过程中的物理化学条件，并确定许多热液矿床的来源（Keith等人，2016b；Tanner等人，2016；Xu等人，2020）。基于上述优势，黄铁矿的纹理和成分特征已被作为重要的地球化学示踪剂应用于多种岩浆-热液矿床，包括岩浆Cu-Ni硫化物矿床（Hutchinson和McDonald，2008；Pina等人，2013；Xu等人，2020）、斑岩型和矽卡岩型矿床（Reich等人，2013；Song等人，2019）、火山成因块状硫化物矿床（Genna和Gaboury，2015；Keith等人，2016b）、沉积成因热液矿床（Gadd等人，2016）、造山型和Carlin型金矿床（Cook等人，2013；Stromberg等人，2019；Augustin和Gaboury，2019）以及铁氧化物铜金（IOCG）矿床（Reich等人，2016）。
通过这种方式，不仅可以记录热液矿床的流体成分（Genna和Gaboury，2015；Keith等人，2016b），还可以记录热液演化过程中的转变和/或后成作用，如近平衡结晶或过饱和、变形、溶解-再沉淀和重结晶以及流体沸腾和混合（Sung等人，2007；Cook等人，2009；Román等人，2019；Yang等人，2019）。梅岭矿床是中国西北部新疆地区一个重要的古生代浅成热液矿床，其特征是多阶段的热液事件与多条经济型金属硫化物矿脉（包括黄铁矿）叠加。尽管其成矿特征、成矿年龄、流体包裹体和稳定同位素已得到充分研究（Yu，2016；Long等人，2017），但不同成矿阶段的硫化物组合仍不明确。本研究识别出与含黄铁矿硫化物矿脉相关的五代成矿阶段，并研究了不同阶段黄铁矿生长区的显著纹理多样性。此外，还对黄铁矿进行了系统的LA-ICP-MS微量元素和硫同位素分析。我们的结果提供了关键地球化学信息，有助于解读梅岭浅成热液矿床中黄铁矿沉淀时成矿流体的物理化学条件和演化过程。
地质背景
东天山造山带（ETOB）位于中亚造山带的中南部（图1a）。从构造上看，它由中天山地块的前寒武纪变质基底、博格达-哈尔里克和丹南湖-头苏泉带的奥陶纪至泥盆纪火山岩，以及阿奇山-雅曼苏和康格尔带的石炭纪至二叠纪火山岩组成（图1b）。由于长期存在的复杂古生代构造作用，ETOB受到了广泛关注
黄铁矿类型
根据蚀变矿物和硫化物沉淀的共生序列，梅岭矿床中识别出三个主要的成矿事件（包含六个亚阶段）（图3）。
第一阶段的特点是绿泥石化、钠长石化、绢云母化、黄铁矿化和硅化。该阶段形成的黄铁矿被称为Py1（图4a-4c），表现为自形至亚自形的分散颗粒，分布于蚀变火山岩和石英斑岩中
采样与分析方法
用于分析的黄铁矿样品取自梅岭矿床的钻孔和矿坑中的含黄铁矿矿脉。采样策略旨在根据既定的交叉切割标准获得具有代表性的黄铁矿世代。样品及其相应特征的总结见表1。分析前，通过显微照片和背散射电子显微镜（SEM-BSE）对矿物纹理进行了观察
黄铁矿的形态特征
根据矿物共生关系和纹理特征，识别出五种主要类型的黄铁矿（图5）。每个共生阶段（第一阶段至第五阶段）对应其特定的黄铁矿类型（Py1至Py5）。
第一阶段的Py1颗粒代表了成矿前的硫化物沉淀过程，早于Cu和Zn的矿化。这些颗粒主要为自形颗粒，分散在火山岩层或蚀变火山岩中
微量元素在黄铁矿中的富集机制和有效条件
尽管黄铁矿的理想化学组成为FeS2（Huston等人，1995；Abraitis等人，2004；Large等人，2017），但其内部微量元素浓度存在很大差异。黄铁矿中微量元素的富集主要通过两种机制实现：（1）在黄铁矿晶体晶格中的替代作用；（2）纳米颗粒或微包裹体的作用（Koglin等人，2010；Ulrich等人，2011；Deditius等人，2011；Reich等人，2016；Dehnavi结论
在梅岭浅成热液矿床中识别出五种不同的黄铁矿类型（第一阶段至第五阶段的Py1至Py5），并提供了它们的纹理、微量元素和硫同位素数据，以阐明成矿条件、来源和热液成矿过程。分带状的Py1核心具有较低的Co/Ni比值，被解释为成矿前的沉积成因，随后其边缘部分被热液过程重新改造
作者贡献声明
朱晓强：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、项目管理、方法学研究、资金获取、数据管理、概念构建。孙志远：撰写——审稿与编辑、数据可视化、验证、监督、资源协调、项目管理、研究工作、资金获取。赵宏宇：数据验证、监督、软件应用、方法学研究、数据分析。孙永刚：方法学研究、数据管理。徐大峰：资源协调利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢安徽省教育厅的高等学校自然科学项目（2024AH051827和2022AH050198）、国家自然科学基金（42402079、42073059和42303034）、苏州大学博士启动基金（2021BSK038）、国家重点研发计划（项目编号2018YFC0604006）以及国家基础研究计划（973计划，项目编号2014CB440803）的财政支持。同时感谢Yanwen老师的帮助
