《Journal of Asian Earth Sciences》：Genesis and mineral exploration of the Daqishan Lead-Zinc Deposit, Beishan orogenic Belt, NW China: Constraints from In-Situ trace element compositions of Sphalerite, Pyrite, and chalcopyrite
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多阶段热液成矿作用及微量元素分异机制研究。通过LA-ICP-MS原位分析揭示达石英山铅锌矿床方铅矿、黄铁矿、黄铜矿中Fe、Mn、Cu、Co、In、Ag等元素的空间分异规律与异价替代机制，证实矿床形成于浅成低温环境，矿化经历石英-黄铁矿阶段、石英-方解石-闪锌矿-黄铁矿阶段、石英-黄铜矿-锡石-银矿物阶段。研究为北山成矿带深部找矿提供理论依据。
刘宇|姜彪|赵继昌|范宗富|徐佩斌|朱旭东|张英鼎
中国地质科学院矿产资源研究所金属成因与矿物评价重点实验室，北京100037
摘要
大青山矿床位于北山造山带，铅锌金属储量为108千吨，属于中型矿床。通过野外调查和微观观察，本研究将大青山矿床的成矿过程分为三个阶段：(I) 石英-黄铁矿阶段；(II) 石英+方解石+闪锌矿+方铅矿+黄铁矿阶段；(III) 石英+黄铜矿+锡石+银矿物阶段。为了探讨关键矿物中微量元素的分布和替代机制，并阐明矿床的成因，采用LA-ICP-MS技术对不同阶段闪锌矿、黄铁矿和黄铜矿中的微量元素进行了原位分析。在闪锌矿中，Fe、Mn、Cd、Co、In和Ag等微量元素主要通过同质化作用整合到矿物晶格中；在黄铁矿中，Co和Ni主要通过耦合替代作用进入矿物；而在黄铜矿中，In、Ag和Sn主要通过耦合替代作用进入矿物。黄铁矿中的Co/Ni比值和As含量表明其形成于中低温环境，且随着矿化作用的进行，温度逐渐降低。闪锌矿中的Ga/In比值和Zn/Cd比值表明其形成于中低温条件，但在主要矿化阶段温度较高。总体而言，大青山铅锌矿床的矿化作用是由多次成矿流体脉冲作用共同导致的，该矿床在深部及边缘区域仍存在发现铜锡矿化的潜力。根据闪锌矿和黄铁矿的微量元素特征，大青山矿床被归类为热液矿床。
引言
热液矿床通常形成于相对较低的温度（<300°C）和较浅的地壳深度（<1500米）下。作为岩浆-热液系统的浅层表现形式，这些矿床在时间和空间上与斑岩型矿床密切相关。这两种矿床类型合计贡献了全球近70%的铜产量和90%以上的钼供应量。它们还是贵金属（金和银）的主要来源，通常还含有铅和锌等基础金属（Simmons等人，2005年；Sillitoe，2010年），因此成为科学和经济的关注焦点。
在铅锌矿床中，闪锌矿是主要矿石矿物，可通过多种耦合替代机制和/或其他矿物的微包体积累大量微量元素（如Fe、Mn、Cu、Co、Ni、Ga、Ge、As、In、Sn、Cd和Ag）。黄铁矿是热液矿床中常见的矿物，富含多种微量元素（如Cu、Ni、Pb、Zn、Sb、As、Bi和Ag），是贵金属（尤其是Au和Ag）的关键载体（Cook等人，2009年；Deditius等人，2014年；Jiang等人，2023年）。黄铜矿是主要含铜矿物；与闪锌矿和黄铁矿相比，其保留微量元素的能力较弱，但仍含有多种微量元素（如Au、Ag、Zn、Cd、In、Sn、Sb、Mo、Se、Bi和PGEs）（Wang等人，2023年；Tang等人，2025年）。硫化物中的微量元素含量受物理化学条件（包括温度、压力和氧逸度）的显著影响。矿化过程中微量元素浓度的变化可以反映成矿流体的成分变化以及金属富集和沉淀机制。此外，闪锌矿、黄铁矿和黄铜矿在不同成因类型的矿床中表现出不同的微量元素特征。因此，这些硫化物是确定矿床类型和矿化条件的关键指示矿物（Cook等人，2009年；Ye等人，2011年；Martin等人，2019年；Xing等人，2021年）。
北山金属成矿带是中国北部重要的基础金属聚集区，主要矿物类型包括Fe、Mn、Cu、Ni、Mo和Au。该地区的主要矿床类型有岩浆-火山热液Fe矿床、矽卡岩型Cu-W(Mo)矿床、热液Au矿床、岩浆Cu-Ni硫化物矿床以及层控热液（SEDEX型）铅锌矿床（Yang等人，2011年；Jiang等人，2022年）。邻近的天山金属成矿带拥有大型至超大型铅锌矿床，如蔡家山和阿齐山矿床。北山地区的铅锌矿床相对较少，已发现的主要为SEDEX型矿床，例如华牛山铅锌银矿床（Du等人，2021年）。2013年之前，甘肃省北山地区尚未发现大陆火山热液铅锌多金属矿床。大青山铅锌多金属矿床是甘肃省首次发现的大陆火山热液铅锌多金属矿床（图1；Ye等人，2018年）。其发现为北山地区探索新型矿床提供了依据。目前仅对该矿床的基本地质特征进行了研究，整体研究进展有限，这限制了对其成因的理解。因此，对其深入研究将有助于揭示该矿床的深部及多金属勘探潜力，从而为北山地区寻找铅锌矿床（特别是热液铅锌矿床）提供参考。
本研究利用LA-ICP-MS技术分析了大青山铅锌矿床中闪锌矿、黄铁矿和黄铜矿的微量元素组成。研究旨在分析这些硫化物中微量元素的分布特征，阐明其替代机制，并结合野外和矿石微观观察结果，以约束成矿过程和成因，为未来针对北山带类似矿床类型的勘探提供理论基础。
区域地质
中亚造山带（CAOB）位于塔里木克拉通、西伯利亚克拉通和华北克拉通之间，从西部的乌拉尔山脉延伸至东部的太平洋。作为世界上最大的显生宙增生造山带和大陆生长区之一（Jahn等人，2000年；Xiao等人，2009年；Wang等人，2018年）（图1a、b），它在全球构造研究中具有重要意义。
矿床地质
大青山铅锌多金属矿床位于北山地区的大青山区域。从构造上看，它属于塔里木地块的东部部分，具体位于晚古生代北山裂谷带的中央区域。作为甘肃省首次发现的大陆火山热液铅锌多金属矿床（Ye等人，2018年），目前其铅锌金属资源量为108千吨，平均铅锌品位分别为0.404%和0.753%。
样品和分析方法
本研究从ZK0402和ZK0002钻孔的不同深度采集了样品（表1）。所有分析工作均在国家地质分析中心进行。LA-ICP-MS原位微量元素分析使用NWR UP213激光烧蚀系统与Thermo-Finnigan Element II高分辨率磁扇区场感应耦合等离子体质谱仪联用。采用点烧蚀技术进行样品处理。
闪锌矿
对9个样品中的74个代表性分析点进行了微量元素分析，结果见表2。闪锌矿中含有Fe、Mn、Cu、Cd、In、Sn、Sb、Ag和Pb等微量元素（图6；图7a-d）。大青山矿床中闪锌矿的Fe含量变化较大，范围为2.29 wt%至9.85 wt%。作为闪锌矿中最丰富的微量元素，Fe的浓度未达到...
闪锌矿中的元素分布和替代机制
闪锌矿中微量元素的箱线图（图6）显示，不同阶段闪锌矿的成分存在显著差异。从SpI到SpⅡ，Fe、Mn、Ga、Ge、Pb和Sb等元素的含量呈明显下降趋势。Ag、Cu、In和Sn在SpIIa中富集，而Pb主要在SpI中富集。总体而言，Cd、In、Mn、Fe和Cu在闪锌矿中相对丰富，而As、Ga、Ge、Sb和Sn的含量较低。
结论
- 大青山矿床中的闪锌矿富含Fe、Mn、Co、Cu、In和Cd，但Ni、Ga、Ge、Sn、Sb、Tl和Bi的含量较低。与闪锌矿相比，黄铁矿的Co、Ni和As含量略高，但Ga、Ge、Cd、In和Tl的含量较低。黄铜矿的Ag、In和Sn含量高于闪锌矿和黄铁矿，而其他元素的含量较低。
Di等人，2005年；Duran等人，2019年；Geng等人，2016年；George等人，2017年；Liu，1984年；Roma等人，2019年；Torro等人，2022年；Wang等人，2015年；Yang等人，2022a；Yang等人，2022b。
刘宇：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法论研究、数据整理、概念构建。
姜彪：初稿撰写、可视化处理、项目管理、资金筹集。
赵继昌：初稿撰写、监督工作、资源协调、项目管理、资金筹集。
范宗富：撰写——审稿与编辑、可视化处理、软件应用、研究工作。
徐佩斌：初稿撰写、资源协调、方法论研究、研究工作。
朱旭东：
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。
本研究得到了“中国矿产资源地质”项目（中国地质调查局，项目编号：DD20221695、DD20190379、DD20160346）和甘肃省科技创新项目（项目编号：2023CX10）的共同资助。
