前言
本文在详细的野外地质调研和室内显微观察的基础上，利用电子探针（EMPA）和LA-ICP-MS技术分析了湘潭子矿床不同时代黄铁矿的主微量元素组成，探讨了成矿流体和成矿物质来源，以及矿床成因
研究背景1.区域岩浆岩
该区有多期次的岩浆活动，从加里东期到印支期，一直有强度不同的岩浆活动发生。频发的岩浆活动形成许多中酸性岩脉，如花岗斑岩、闪长岩、闪长玢岩等，这不但为矿床提供大量的成矿物质，这些岩浆带来的热动力还在金属元素活化、成矿流体运移和富集等方面起到了关键作用。
太阳寺矿集区出露的岩体主要有磨扇沟岩体、天子山岩体、太白岩体，岩体的特征如下：天子山岩体：岩体位于甘肃李子园到天子山一带，出露于木其滩组和太阳寺组中，出露面积较大，约为250km2，
岩性为二长花岗岩，岩石主要由自形程度较高的斜长石（40%）和碱性长石组成（35%），是典型的二长花岗结构。围岩蚀变主要有硅化、角岩化等，蚀变程度不一。天子山岩体是由于印支晚期下地壳在经过大陆碰撞等构造活动后，
因受到深部地幔的热作用形成岩浆房，而后大量岩浆上涌侵入地层，形成该岩体。太白岩体：位于商丹缝合带北侧太白山一带，岩性主要为黑云母花岗岩、黑云母二长花岗岩和片麻状黑云母二长花岗岩，岩体近东西向，呈透镜状。
岩体南北两端分别与丹凤岩群和秦岭岩群地层呈侵入接触，局部可看见花岗岩的岩脉侵入到围岩中。磨扇沟岩体：岩性主要是二长花岗岩，肉红色-浅红色，似斑状结构，斑晶为粒度较大的钾长石，一般可达到0.1～0.5cm，基质主要是碱性长石、斜长石和石英，还有少量的黑云母，围岩发生强角岩化蚀变。
2.矿区地质
湘潭子金矿是太阳寺矿集区的一个大型金矿床，位于西秦岭的东部。区内地层包括：（1）矿区南部大草滩群第二岩段，岩性主要为含砾长石石英砂岩、含砾粗砂岩，地层走向总体近东西向；
北部木其滩组是重要的含矿地层，岩性为绢云绿泥片岩、绢云绿泥石英片岩、绢云石英片岩，其中绢云石英片岩与绢云绿泥石英片岩常成互层，是一套变质火山沉积岩，变质程度中等偏低，地层的走向跟大草滩群一样，为东西走向。
区内构造活动复杂，主要发育断裂构造和褶皱构造。构造线整体近EW向，与成矿有关的主要为近NW向与NE构造，从图3-1可以看出，Ⅰ号、Ⅱ号矿体受NW向的构造控制较为明显，矿体走向与构造线基本一致，Ⅲ号矿体主要分布在NE向断裂内，后期近SN向断裂对形成的矿体造成一定的破坏。
北部的复式背斜是湘潭子矿区最大的褶皱构造，核部为白崖沟北延部分，两翼的丹凤群地层倾角较大，轴线近EW向。矿区内发育的脉岩主要有二长闪长玢岩和二长花岗岩。
二长闪长玢岩，呈深灰-浅红色，块状构造，斑状结构，斑晶为大颗粒的斜长石和角闪石，少量的还可见黑云母斑晶；二长花岗岩呈浅肉红色，块状构造，细粒结构，在矿区发育较广。
湘潭子矿区内的矿体分为三个矿体（Ⅰ号矿体、Ⅱ号矿体、Ⅲ号矿体）。矿体平面形态各异，以条带状、板状居多，少量呈透镜状（图3-2）。Ⅰ、Ⅱ号矿体主要受NW向断裂控制，规模较大，品位较低。
Ⅲ号矿体主要受NE断裂构造控制，矿石品位值变化大，整体较高，是我们本次研究工作的重点矿体。Ⅲ号矿体主要分布在区内中北部丹凤群的绿泥石英片岩中，因受白崖沟-潘家坝断裂控制，
矿体在断裂带中主要是以脉状、条带状和透镜状等形式分布，长度大约3000m，宽约50-100m，矿石的金品位较高，一般为3～10×10-6，局部能够达到90×10-6。
研究内容以PyⅠ各元素的中值为基准，将其与其他阶段的微量元素相比较，可以更好地反映出各阶段微量元素特征。从整体来看，各成矿阶段黄铁矿的微量元素含量变化明显，PyⅠ相对富集Co、Ni，贫As、Au；PyⅡ中相对富集Co、Ni、As，Au含量较低；
PyⅢ的Cu、Pb、Zn、Bi、Au、Ag元素相对富集，贫Co元素；PyⅣ中几乎富集全部元素，如Au、As、Ag、Cu、Pb、Zn、Co、Ni等；PyⅤ除富As外，其他元素相对较少。
1.微量元素赋存状态及相关性
据前人研究，微量元素进入黄铁矿中，主要有以下三种方式：（1）存在于可见的微米级矿物包裹体中；（2）存在于不可见的纳米级矿物中；（3）以类质同象形式替换黄铁矿中Fe或S的位置，从而进入黄铁矿矿物晶格（冷成彪，2017）。在不同成矿阶段黄铁矿（PyⅠ～PyⅤ）中选择代表性元素，其剥蚀信号曲线如图4-4所示。
从图可以看出，所有黄铁矿中Co、Ni、As信号较为稳定和平坦，与Fe、S的信号相平行，说明Co、Ni等亲铁元素主要以类质同象的形式替代黄铁矿中的Fe，亲硫元素As也以同样的方式替代黄铁矿中的S，进入黄铁矿的晶格中，从而造成铁和硫的亏损。
Pb、Zn、Cu、Bi等元素的信号曲线有较大变化，不但有平稳曲线还有异常峰值曲线，说明Cu、Pb、Zn、Bi既以不可见的纳米级矿物，又以显微包裹体（如方铅矿、闪锌矿、黄铜矿等）的形式存在黄铁矿中，
这与前面的黄铁矿矿相学特征相一致。Ag的剥蚀曲线大部分较平缓，但是石英多金属阶段部分点Ag的剥蚀曲线与Bi的曲线一致，并且Ag与Bi的相关性较好，暗示Ag主要是以不可见纳米级矿物存在
或者Ag还赋存在含铋的矿物包体中（CookandChryssoulis,1990；周涛发等，2010），金的赋存形式在下一章进行讨论。
2.成矿时代
湘潭子金矿位于西秦岭成矿带中，是太阳寺矿集区中的一个重要金矿。根据收集前人已发表的西秦岭印支期岩浆岩的年代学数据，可大致将西秦岭印支期的岩浆作用划分为印支早期和印支晚期两个阶段（黄雄飞等，2013），
印支早期侵入岩年龄数据主要在242～234Ma，印支晚期侵入岩年龄数据主要集中在224～211Ma（Guoetal.,2012；Dongetal.,2011），而西秦岭地区的金矿床年龄数据则集中在220～210Ma（冯建忠等，2003；刘勇等，2012；王可勇等，2004；王义天等，2014）。
刘云华等（2012）对矿集区闪长玢岩进行锆石SHRIMP测年，年龄结果为219～212Ma，对蚀变绢云母进行K-Ar测年为206Ma；曹毅等（2017）对勘查区东侧磨扇沟花岗岩和北侧白家河闪长岩进行锆石LA-ICPMSU-Pb同位素年龄测试，
结果显示侵入岩年龄为220～216Ma，这与印支晚期的岩浆岩年龄数据相一致。同时通过野外观察，局部可见金矿脉穿插切割印支早期的脉岩，而在印支晚期的岩体中，如磨扇沟花岗岩体，内部矿化明显。以上成岩成矿年龄资料及野外地质特征表明成矿作用和印支晚期的侵入岩密切相关，推测湘潭子金矿是印支晚期岩浆热液活动的产物。
3.成矿环境
Co、Ni元素是黄铁矿中最常见的元素，不同成因类型的黄铁矿Co、Ni含量不同。Co、Ni均能够替代黄铁矿中的Fe而形成Co-FeS2连续性固溶体和Ni-FeS2不连续固溶体，在高温条件下，有利于Co替代Fe形成Co-FeS2连续性固溶体而不利于Ni进入黄铁矿晶格中，在低温下则相反；
因此可以用Co/Ni比值来判别黄铁矿形成环境。如沉积型黄铁矿的Co/Ni比值通常小于1，与岩浆岩有关的黄铁矿Co/Ni比值通常大于1，而具有热液成因的黄铁矿，因经历从高温到低温的过程，Co/Ni比值变化范围较大（宋学信等，1986；Largeetal.,2014）。
湘潭子金矿五个阶段黄铁矿的元素含量及赋存状态前文已经阐述，现把各点黄铁矿的Co、Ni值投入图5-1中，发现黄铁矿主要落在岩浆和热液区、沉积改造区，少量落在沉积区。
宋学信等（1986）认为用Co/Ni比值来判断矿床成因时并不完全准确，对于与热液有关的矿床，一些变质热液、大气降水等后期流体的加入，黄铁矿的微量元素会显现出沉积成因特征。
4.湘潭子金矿
刘学霖（2018）对湘潭子金矿床的成矿流体进行了研究，认为湘潭子金矿的成矿流体有大气降水的加入，这可能是部分黄铁矿的Co/Ni比值落入小于1的原因，这反映出湘潭子金矿成因具有一定的复杂性。
严育通等（2012）提出，Co-Ni-As在不同成因类型金矿中含量的变化和其各自的地质作用密切相关。As是低温元素，则向着低温端富集。因此可以用Co-NiAs质量比的三元图来区分不同类型的金矿床。
火山热液-岩浆热液矿床的热液来源于岩浆流体或者与大气降水等的混合流体，温度较高，Co比Ni更容易形成连续固溶体进入黄铁矿中，大气降水和岩浆流体的比值则决定As含量的多少，比值越大，温度越低，越靠近As端元，所以火山热液-岩浆热液矿床分布在A区；
变质热液型矿床的热液来源于变质水和建造水，温度较岩浆热液则低得多，利于Ni形成不连续固溶体进入黄铁矿中，由于没有大气降水，As进入黄铁矿的少，所以变质热液型矿床分布在C区；
卡林型矿床的热液主要是大气降水和建造水，在淋漓含金地层后温度比较低，Co、Ni不容易进入黄铁矿中，As的含量大大增加，所以卡林型矿床分布在B区。
将湘潭子金矿床中不同阶段的黄铁矿投到Co-Ni-As三角相图中，结果如图5-2所示，样品集中在A区，即火山热液-岩浆热液区，仅有PyⅠ和PyⅣ各有一个点在B区卡林型热液区，因此推测湘潭子金矿的黄铁矿属于火山或岩浆热液成因的黄铁矿。
结论通过对湘潭子金矿床区域地质背景、矿床地质特征、黄铁矿矿物学和地球化学的研究，得出以下结论。根据脉体穿插关系、晶体形态及矿物共生组合特征，将湘潭子金矿床中的黄铁矿分为PyⅠ～PyⅤ五个世代。
其中，PyⅠ为半自形-他形细粒黄铁矿，呈星点状分布在厚层石英脉中；PyⅡ为自形-半自形中粗粒黄铁矿，与毒砂共生；PyⅢ为自形-半自形中细粒黄铁矿，与黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、毒砂等硫化物共生；PyⅣ为他形细粒黄铁矿，与闪锌矿共生；PyⅤ为自形粗粒黄铁矿。
