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0 引言
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Cu-Zn合金矿物是自然形成的相对罕见的金属间互化物，最初发现于月球样品及陨石中（Agrell et al.，1970），后又在各类内生金属矿床、缝合带蛇绿岩、超基性岩中发现。Cu-Zn 合金矿物的分子式有 CuZn2、CuZn、Cu3Zn、Cu2Zn、Cu7Zn4等，并被命名为黄铜、假黄金、丹巴矿、合金矿物、金属间互化物等（岳树勤等，1982；谢玉玲等，2005；Xie et al.，2006；刘家军等，2008；Liu et al.，2014；张沛等，2019）。Cu-Zn 合金矿物在甘肃类卡林型寨上金矿床（刘家军等， 2008）、新疆浅成低温热液型京希金矿床（冯娟萍和王居里，2005；Liu et al.，2014），四川大陆槽、牦牛坪稀土矿床等矿床（谢玉玲等，2005；Xie et al.，2006） 均有所发现。在金矿中，Cu-Zn 合金矿物主要赋存于石英黄铁矿矿脉中，与黄铁矿等硫化物共存或共生；而稀土矿床中，Cu-Zn合金矿物多见于角砾岩的多孔状重晶石胶结物中，与幔源含矿岩浆关系密切 （Xie et al.，2006），表现出因熔（流）体快速结晶和富含挥发分的快速分离而导致金属快速结晶而成的特点。Cu-Zn 合金多发现于高温矿床，中低温热液矿床中相对少见，区域上对该矿物的研究较少。
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雪峰弧形构造带（下称雪峰带）属于江南造山带（黄建中等，2020）中西段（图1），以蕴藏丰富的金-锑资源而著名，有铲子坪、大坪、冷家溪、沃溪等中大型矿床（彭建堂和戴塔根，1998；彭建堂，1999； 孟宪刚等，2001，2006；李惠纯等，2016a，2016b；石建平等，2016；Xu et al.，2017；王孝磊等，2017；詹勇等， 2018；王炯辉等，2019；Zhang et al.，2019；张沛等， 2019；陈文辉等，2021；尹艳广等，2022）。天明金矿地质背景与上述矿床相似，成矿地质条件好，地理位置位于 111° 36'5.01″~111° 36'28.23″E，28° 29'26.83″~28°29'40.81″N；近年来勘查工作新探明金矿脉 3 条，见矿标高-200~0 m，金品位 0.14×10-6~13.85×10-6。目前，围绕金-锑矿床成矿机理与找矿预测研究开展较多（Xu et al.，2017；陈振亚等， 2019a，2019b；Zhang et al.，2019；张沛等，2019；王若依等，2024），前人对雪峰弧金成矿带典型金矿床的研究多集中在黄金洞、古台山等大型金（锑）矿床，且精细矿物学研究多集中于常规载金矿物黄铁矿与毒砂等（Li et al.，2019a，2019b；Zhang et al.， 2020）。雪峰带内发育众多中、小型矿床，矿物种类繁多，但精细矿物学研究相对缺乏，严重制约了对雪峰带内矿床成矿作用机制、矿床成因及成矿规律的研究总结，并限制了找矿预测工作的突破。
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因此，本文以长沙中心雪峰弧金锑矿资源勘查项目新发现的湖南安化天明金矿床为例，研究富金石英-黄铁矿矿脉中的主要载金矿物和特殊合金矿物，结合矿床地质特征分析成因，以期对雪峰带上金（锑）矿床成矿物理-化学条件提供新的思考方向。
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图1 江南造山带构造简图（a，据黄建中等，2020修改）及雪峰弧形构造带地质简图（b，据权正钰等，1997①修改）
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1—白垩系—新近系；2—上三叠统—侏罗系；3—泥盆系—中三叠统；4—南华系—志留系；5—青白口系（板溪群和冷家溪群）；6—花岗岩体； 7—断裂构造；8—金矿点；9—金矿床；10—锑矿床；11—钨矿床；12—江南造山带范围；13—省界；14—地名
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1 区域及矿床地质
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天明金矿床位于雪峰弧形构造带中段，属江南造山带西南段（图1a）；区域出露地层主要以新元古界冷家溪群（Pt3lj）、板溪群（Pt3bx）以及早古生界 （Pz1）的碎屑岩为主，夹有少量火山岩或碳酸盐岩等，其中与金成矿作用有关的地层为冷家溪群 （Pt3lj）和板溪群（Pt3bx），表现为巨厚的陆源碎屑－ 火山岩沉积建造，属前寒武系变质盆系，铅锌矿多赋存于泥盆系，表现出一定的成矿专属性（张珍力和李志，2022；蔡隽等，2023；陈澍民等，2023；娄元林等，2024）。区域岩浆岩发育较少，仅在桃江、灰汤地区出露桃江及沩山岩体，岩性以花岗岩为主，主要为印支期—燕山期复式岩基。区域经历武陵、加里东、印支及燕山期等多期构造活动，褶皱和断裂构造发育，构造形迹复杂，总体构造线走向为 NE向和近 EW 向。近 EW 向构造由仙池界背斜等复式褶皱组成，表现为导矿构造；NE 向构造主要为符竹溪—筑金坝大断裂，位于区域东南部，其中规模较大的有沧浪坪平移断裂，表现为容矿构造（张珍力和李志，2022；陈澍民等，2023；蔡隽等，2023）。
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矿区地层仅出露冷家溪群小木坪组及板溪群马底驿组（图2a）。小木坪组主要岩性为浅灰—灰紫—砖红色变质砂岩、变质砂砾岩、砂质板岩。马底驿组为青灰—紫红色中薄层绢云板岩与粉砂质板岩互层，下部灰绿色、紫红色粉砂质-绢云板岩互层，常见蚀变褪色化板岩；上部灰绿—紫红色砂质-粉砂质绢云板岩互层的特征，常见粉砂-粗砂质成分交替形成纹层、条带。矿区地层总体走向近EW，倾向 S—SSE，局部因褶皱倾向 NNW，倾角较陡。金赋存于马底驿组中（卢作祥和佘宏全，1989；姚振凯和朱蓉斌，1995）。矿区内岩浆岩不发育，仅见一处风化严重的中酸性岩脉，钻孔中可见少量中酸性岩脉（云斜煌斑岩）产出，研究区东侧外围有少量花岗斑岩脉及辉绿岩脉。区内断裂发育（图2a），近 EW 向符竹溪逆冲断裂（F1断层）横贯矿区，南北侧发育强劈理化带及不同序次、不同走向的次级断裂（如 F2，F3断层）。F1断层是近EW向贯穿矿区的主断裂，上盘岩层受牵引作用破碎较为强烈，具逆冲推覆特征，倾向S/SSW，局部倾向SSE，倾角41°~70°；F2断层为逆断层，走向NW，倾向SW，倾角65°~80°，上下盘均为马底驿组灰绿—紫红色板岩，延伸约200 m，断裂周边具弱矿化蚀变；F3断层为逆断层，规模较小，走向近EW，倾向NNE，倾角70°~80°，影响范围小于 100 m。近 SN/NNE/NNW 向次级断裂（F4、F5、F9等），倾向 W，倾角 54°~85°，地表延伸 100~900 m，受最晚期近EW向次级断裂（F8）错断，错距为5~50 m（陈澍民等，2023）。
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2 矿体地质
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矿脉产出于近 EW 向剪切带中，剪切带伴随破碎、褪色蚀变，但无明显断层面；延伸250~400 m，西侧尖灭，东侧延伸暂未探明，倾向 140°~190°，倾角 50°~80°波动（地表局部可见倾角最小达 35°左右），厚0.72~4.62 m，产状与马底驿组板岩呈小角度斜切关系。矿石矿物主要为黄铁矿（图3a，b，d）、显微自然金、α+β-Cu-Zn 合金（图3c，e）及含砷黝铜矿（图3f），沉积型黄铁矿颗粒立方晶型，呈银白色，主要赋存于板岩中（图3a）；不规则型热液黄铁矿位于破碎强烈处，呈银白色（图3b）；脉石矿物有石英、方解石、绿泥石等；浅紫—灰白色调褪色化、黄铁矿化、绢云母化和硅化等蚀变与金矿化关系密切。
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根据矿脉穿切关系及矿物共生关系划分为3个成矿阶段；阶段Ⅰ为石英-黄铁矿阶段，以较为纯净的烟灰色透明石英与立方晶型黄铁矿为主要特征，围岩发生硅化、褪色化；阶段Ⅱ为石英-多金属硫化物（含黄铁矿、含砷黝铜矿等）-自然金-碳酸盐阶段，以透明度相对较低的米白色含石英、碳酸盐细脉形式穿插阶段Ⅰ的石英脉体，并在不同地质体界面及临近处卸载硫化物、铜锌合金矿物及自然金，阶段Ⅲ为碳酸盐阶段。
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3 样品及分析方法、结果
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3.1 样品及分析方法
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样品采自天明金矿床钻孔 ZK301 岩心中孔深 102~104 m 处的含金石英脉，送至湖南省地质调查所进行检测，测得金品位 9.9×10-6。所采样品可划分出两阶段石英脉及碳酸盐细脉，并裹挟灰绿色板岩角砾（图3c）；充填于裂隙的含金石英细脉中包含少量浸染状黄铁矿；不同期次含金石英与碳酸盐细脉体及角砾边缘均包含多种细粒金属硫化物（图3c）。
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样品制片在廊坊宇能（宇恒）岩矿技术服务有限公司完成。电子探针分析和背散射图像拍摄在天津地质调查中心电子探针实验室完成，测试仪器为 SHIMAZU 的 EPMA 1600 型电子探针，能谱仪 EDAX-GENESIS；加速电压 15 kV，束流 20 nA，束斑直径 5 µm，采用 ZAF 校正方法处理数据；标样使用 SPI硫化物标样。
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3.2 分析结果
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岩矿鉴定显示 α+β-Cu-Zn 合金矿物呈半自形粒状，反射色呈浅铜黄色，反射率45%左右，无内反射，弱非均质性，硬度中等，较易磨光但探针片抛光差有麻点，粒径 0.8 mm 左右，以星点状分布。背散射图像显示 Cu-Zn 合金矿物呈约 200 µm 的多边形粒状，单颗粒产出，赋存于石英脉与碳酸盐脉交界处附近。
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图2 湖南天明金矿床地质简图（a）及3号勘探线图（b，据陈澍民等，2023）
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1—第四系；2—板溪群马底驿组1段；3—板溪群马底驿组2段；4—冷家溪群小木坪组；5—闪长玢岩；6—蚀变带及编号；7—矿脉；8—矿体；9— 逆断层及编号；10—推测断层及编号；11—钻孔及编号；12—勘探线
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图3 湖南天明金矿矿化特征（a）、反射光镜下图像（b，c）及背散射图像（d，e，f）
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a—两期石英-方解石脉及不同岩性交界处的金属矿物；b—黄铁矿（+）；c—含砷黝铜矿（+）；d—石英-方解石脉中的黄铁矿；e—石英-方解石脉中的Cu-Zn合金矿物；f—石英脉中的含砷黝铜矿；3~11—EMPA点位
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Py—黄铁矿；Qz—石英；Cal—方解石；Cu-Zn—α+β-Cu-Zn合金矿物；Attr—含砷黝铜矿
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（1）α+β-Cu-Zn 合金矿物。Cu 的质量分数为 57.12%~58.73%，Zn的质量分数为 36.60%~37.84%，含少量 Pb 和 Fe，质量分数分别为 1.98%~3.77% 与 1.16%~1.26%，含微量 Se、Ag、Ni、Mo、Sb、Bi（表1）。根据电子探针分析结果计算得到的化学分子式为 Cu0.60Zn0.37Pb0.01Fe0.01，其在 Cu-Zn 合金相图（岳树勤等，1982）中，明显位于α+β相范围内（图4），属于α+ β相。
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（2）黄铁矿。 Fe 的质量分数为 46.29%~46.65%，含 As、Mo、Se、Au、Ag、Co、Ni、Cu、Zn、Mn 元素；硫亏损（S/Fe＜2），根据电子探针分析结果计算得到的化学分子式为Fe1.03S2。
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（3）含砷黝铜矿Cu6[Cu4（Fe，Zn）2]（Sb，As）4S13。Cu 的质量分数为 38.592%~39.599%，Sb 为 17.620%~18.445%，其次为As和Zn，质量分数分别为7.024%~7.140% 与 6.545%~6.917%。含微量 Fe、Co、Mo、Mn 元素。根据电子探针分析结果计算得到的化学分子式为Cu0.77Sb0.18Zn0.13As0.12Fe0.02S。
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结合上述矿物的背散射电子图像（图3d~f），各元素在各矿物颗粒内均呈均匀分布的状态，证实了 α+β相Cu-Zn合金中Cu、Zn为均匀分布的固溶体。
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图4 Cu-Zn合金平衡相图（岳树勤等，1982）
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4 Cu-Zn合金成因讨论
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Cu，Zn 在元素周期表中均位于第四周期，铜属 ⅠB族，锌属ⅡB族；在戈尔德施密特的地球化学分类中，Cu，Zn 属于亲铜元素（White，2007）。Cu、Zn 在周期表中同周期且相邻，在自然界中紧密共生，地球化学性质较为相似，如原子半径分别为 0.1278 nm、0.1333 nm，离子半径分别为 0.072 nm、0.074 nm，离子电子势分别为 2.78 eV、2.70 eV，均具有铜型离子结构、强烈的亲硫性及一定的亲氧性（Liu et al.，2014），因此常结合硫形成硫化物、硫盐，或结合氧形成氧化物、碳酸盐、硅酸盐等矿物，在某些特殊条件下还能独立或结合形成金属或金属间互化物 （刘家军等，2008）。现有研究指出自然铜、自然锌、 Cu-Zn 合金矿物一般形成于 2 种条件：一是高温熔融、缺O并缺S的强还原环境（Liu et al.，2014）；二是岩浆快速上升冷却，熔流体快速分离，S和 Cu、Zn等元素进入流体相并快速达到过饱和，温度极速下降和压力快速减小导致 S和 Cu/Zn 元素间来不及结合 （Xie et al.，2006），因而形成合金形式。
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前人研究显示，自然铜以及铜的金属互化物矿物的成因有3个：（1）在较高熔融和强还原条件下的局部缺氧缺硫的环境下形成（Distler et al.，2004）； （2）在不缺硫的环境下，由于深源物质快速上升过程中自然金属未来得及与硫、氧等结合而以自然金属及金属互化物的形式沉淀下来（谢玉玲等， 2005）；（3）由于 Cu 的亲氧性很弱，与氧的结合能力差，只有在强氧化条件下才能形成少量赤铜矿（Cu2O）及少量的黑铜矿（CuO），在还原条件下，较易还原成自然铜（Distler et al.，2004）。天明金矿与临近的符竹溪金锑矿剥蚀程度不同，但地质特征及成矿条件较为类似，二者均存在与成矿关系密切的脉岩（姚振凯和朱蓉斌，1993，1995；刘继顺，1996；潘灿军等，2015）。区域地球化学特征显示天明金矿床Au、As、Sb、Hg、Ba化探组合异常显示出良好的找矿靶区，其指示意义依次为 Au→As→Sb→Hg→Ba。天明金矿床矿石矿物主要有黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿、方铅矿、自然银，以及少量赤铁矿、毒砂，偶见自然金、银金矿。脉石矿物主要有石英、方解石、铁白云石、绢云母、绿泥石、碳酸盐类及黏土类矿物（娄元林等，2024）。天明金矿同一矿脉中 Cu-Zn 合金矿物颗粒与黄铁矿、黝铜矿等硫化物或硫盐矿物并存，显示了成矿环境为还原条件。目前在中国发现的各类锌、铜金属互化物主要赋存于各种造岩矿物粒间，大量实验表明锌、铜金属互化物均是在高温、较强的还原且缺硫条件下形成（杨隆勃等，2011）。本文岩矿鉴定显示 α+β-Cu-Zn 合金矿物呈半自形粒状，背散射图像显示其呈约 200 µm 的多边形粒状，单颗粒产出；综合分析认为 Cu-Zn 合金矿物为岩浆热液快速上升，在局部缺氧的还原环境下，压力突然下降，流体快速出溶冷却沉淀，使得Cu/Zn难以与S反应，导致了Cu-Zn合金沉淀形成。
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5 结论
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（1）天明金矿床α+β-Cu-Zn合金化学分子式为 Cu0.60Zn0.37Pb0.01Fe0.01，Cu 的质量分数为 57.12%~58.73%，Zn 的质量分数为 36.60%~37.84%；黄铁矿化学分子式为 Fe1.03S2，Fe 的质量分数为 46.29%~46.65%，硫亏损（S/Fe＜2）；含砷黝铜矿化学分子式为 Cu0.77Sb0.18Zn0.13As0.12Fe0.02S，Cu的质量分数为38.592%~39.599%，Sb为17.620%~18.445%。
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注：“-”代表低于检测限 0.01。选取原子数 ≥0.05 的元素计算分子式：3-Cu0.60Zn0.38Pb0.01Fe0.01；4-Cu0.60Zn0.37Pb0.01Fe0.01；5-Cu0.60Zn0.37Pb0.02Fe0.01；6-Cu0.60Zn0.37Pb0.01Fe0.01；7-Cu0.60Zn0.38Pb0.01Fe0.01；8-Fe1.02S2；9-Fe1.04S2；10-Cu6[Cu4（Fe，Zn）2]（Sb，As）4S13；11-Cu6[Cu4（Fe，Zn）2]（Sb，As）4S13。
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（2）天明金矿床α+β-Cu-Zn合金矿物为岩浆快速上升过程中，在局部缺氧的还原环境下，由于压力突然下降导致使得 Cu/Zn 难以与 S 反应，导致了 Cu-Zn合金沉淀形成。
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（3）α+β-Cu-Zn合金矿物的发现表明天明金矿床的形成处于强还原环境条件下，岩浆热液具壳幔混源特征，暗示矿床深部存在巨大的成矿潜力。
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致谢 本文分析测试在天津地质调查中心实验室耿建珍高工、吴磊高工、郭虎高工、肖志斌高工、王晓勇高工等指导帮助下完成；野外调查工作由项目组吴绍安、郑卓、张珍力、刘小坚、李海平、李志等成员一同完成；论文成文、修改过程中苏州工学院韦少港博士提出不少宝贵的建议。在此对以上人员表示感谢！
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注释
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① 权正钰，王甫仁，胡能勇，潘莉.1997. 雪峰弧形构造带与金锑矿成矿关系[R]. 长沙: 湖南省地质研究所.
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摘要
湖南安化县天明金矿床是雪峰成矿带上新探明的一个中低温热液型金矿床。本文勘查发现该矿床的矿化类型为石英-黄铁矿脉型，金主要赋存在黄铁矿中。为研究天明金矿床物质组分特征，通过对石英黄铁矿矿脉中金属硫化物开展显微镜观察和电子探针分析，发现了天明金矿 α+β-Cu-Zn 合金化学分子式为 Cu0.60Zn0.37Pb0.01Fe0.01，Cu的质量分数为57.12%~58.73%，Zn的质量分数为36.60%~37.84%；黄铁矿化学分子式为 Fe1.03S2，Fe 的质量分数为 46.29%~46.65%，硫亏损 (S/Fe＜2)；含砷黝铜矿化学分子式为 Cu0.77Sb0.18Zn0.13As0.12Fe0.02S，Cu的质量分数为38.592%~39.599%，Sb为17.620%~18.445%。结合天明金矿床成矿特征和区域成矿条件，笔者认为天明金矿床 Cu-Zn合金的形成为岩浆快速上升，在局部缺氧的还原环境下，压力突然下降，较短的时间导致硫与金属元素间难以结合，而自然沉淀形成。天明金矿床 α+β -Cu-Zn合金矿物在雪峰成矿带的首次发现，对在该成矿带寻找相同石英-黄铁矿脉型金矿床具有重要的指示意义。
Abstract
The Tianming gold deposit in Anhua County, Hunan Province is a newly discovered medium to low temperature hydrothermal gold deposit on the Xuefeng orogenic belt, whose the mineralization type is quartz pyrite vein type, with gold mainly occurring in pyrite. To study the material composition characteristics of the Tianming gold deposit, microscopic observation and electron probe analysis of metal sulfides in quartz pyrite veins were carried out. We found that the chemical molecular formula of α+β-Cu-Zn alloy is Cu0.60Zn0.37Pb0.01Fe0.01, with a mass fraction of 57.12% to 58.73% for Cu and 36.60% to 37.84% for Zn; The chemical formula of pyrite is Fe1.03S2, with a mass fraction of Fe ranging from 46.29% to 46.65%, resulting in sulfur deficiency (S/Fe<2); The chemical formula of arsenic containing tetrahedrite is Cu0.77Sb0.18Zn0.13As0.12Fe0.02S, with a mass fraction of 38.592%-39.599% for Cu and 17.620%-18.445% for Sb. Based on the ore-forming characteristics and regional ore-forming conditions of the Tianming gold deposit, we suggest that the rapid magma upwelling, the sudden drop in pressure, and the rapid separation of fluids in a topo-reducing environment, difficult to combine sulfur and metal elements in a relatively short period of time, thus deposit to form. The discovery of Cu Zn alloy minerals in the Tianming gold deposit in the Xuefeng mineralization zone is the first time, which has important indicative significance for searching for similar quartz pyrite vein type gold deposits in this mineralization zone.
