研究背景

西秦岭造山带是我国重要的金多金属成矿区，已探明黄金储量超过2000吨。位于甘肃天水的李子金矿是该区域代表性矿床之一，但其成因类型长期存在争议：传统观点将其归为造山型金矿（与变质流体有关），而近年发现的Au-Cu-Te-Bi元素组合、高氧逸度矿物组合（磁铁矿-赤铁矿）及金与黄铜矿的密切共生关系，则显示出岩浆热液型矿床的特征。澄清这一争议的关键在于厘清金的赋存状态、成矿流体的来源及演化过程——而这些信息，很大程度上记录在黄铁矿这一主要载金矿物的微观结构和微量元素分布之中。

研究亮点 

0.5μm高空间分辨率fsLA-ICP-MS元素成像

黄铁矿（FeS₂）是地壳中最常见的硫化物矿物，在金矿床中不仅是重要的载金矿物，更因其能容纳超过30种微量元素（如Au、As、Sb、Te、Bi等）且生长环带记录流体演化历史，而成为示踪成矿过程的关键信息载体。然而，黄铁矿中微量元素含量低（常低于ppm级）、分布极不均匀，传统分析手段难以同时获取高空间分辨率的多种元素分布信息。

本研究采用上海凯来仪器全自研生产制造的GenesisGEO点阵飞秒激光剥蚀系统，联合ICP-TOF-MS飞行时间质谱仪，对李子金矿第二阶段（黄铁矿-金阶段）的石英脉型矿石中的黄铁矿开展了高空间分辨率fsLA-ICP-MS元素成像分析。分析采用0.5 μm的光斑，对黄铁矿颗粒进行逐点剥蚀，结合icpTOF质谱的全质量范围同步采集能力（>30,000谱图/秒），一次成像实验即可同时获取包括Co、Ni、As、Cu、Sb、Te、Pb、Bi、Ag、Au在内的十余种微量元素的空间分布图像。

图1. 在李子金矿（样品1520-5-1-01-1和1520-5-1-01-3）的Py2颗粒中，通过fsLA-ICP-MS对Co、Ni、As、Cu、Te、Pb、Bi、Ag和Au进行元素分布分析

研究结果与发现

成像结果清晰揭示了黄铁矿的多期生长结构及对应元素分布特征。研究识别的Py2型黄铁矿发育明显的核-边结构：核部（Py2a）呈现六方自形晶，相对富集Co和Ni而贫As；边部（Py2b）为半自形黄铁矿，Co和Ni呈现反向分布——Ni富集于核-边过渡带而Co富集于最外层，As则在核部边缘呈环状富集。上述Co-Ni-As的振荡环带特征表明黄铁矿形成于物理化学条件波动的环境中，指示流体经历了多期次脉冲式演化。

关键成矿元素（Sb、Te、Pb、Bi、Ag、Au）呈现一致的空间分布模式： 它们在Py2a核部和Py2b边部均显示富集，且分布趋势高度吻合。这种多元素的空间耦合不仅证明它们由同一成矿流体携带，更表明金与Ag、Te、Bi、Pb、Sb等元素在沉淀过程中具有协同关系。结合时间分辨深度剖面分析，Py2a中Au、Cu、Sb、Bi、Pb等元素信号呈现显著波动，指示其以微米级矿物包裹体形式赋存于晶格缺陷中；而Py2b中相应元素信号相对平滑，反映其主要以固溶体形式进入黄铁矿晶格。这一结果与扫描电镜观察到的自然金、碲银矿、辉铋矿等矿物共生组合吻合。

上述微观证据为成矿机制提供了关键约束： Py2a的多孔结构和元素波动特征指示成矿早期发生了压力骤降引发的流体沸腾，导致H₂S等气相组分逸出，促使金络合物失稳沉淀；Py2b的均质结构和相对平滑的元素分布则反映流体趋于稳定。成矿元素从核到边的系统性变化，记录了成矿流体从沸腾到稳定的完整演化序列。

图2. 李子金矿床第二阶段矿化过程中黄铁矿形成的示意图

结语

本研究通过GenesisGEO点阵飞秒激光剥蚀系统实现的黄铁矿0.5μm高空间分辨率元素成像，为李子金矿的成因研究提供了关键微观证据。成像结果精确揭示了金的赋存状态及其与Ag、Te、Bi、Pb等元素的空间耦合关系，证实金主要以可见自然金形式产出，并与岩浆热液来源的成矿元素密切共生。结合金红石原位U-Pb定年（211.1±6.3 Ma）和S-Pb同位素示踪，研究最终确定李子金矿形成于晚三叠世，成矿物质主要来自同期岩浆热液系统，而非传统认为的变质流体。

这一工作展示了GenesisGEO系统在地质微区分析中的技术潜力——高空间分辨率与多元素同步采集能力的结合，为理解复杂热液矿床的成矿过程和元素迁移富集机制提供了可靠的技术支撑。

文章信息：Jin K L, Wang Y F, et al. Genesis of the Lizi gold deposit in the western Qinling Orogen, China: Insights from in situ U-Pb dating of rutile, trace elements of pyrite, and S-Pb isotopes[J]. Ore Geology Reviews, 2026, 195: 107392. 

DOI: 10.1016/j.oregeorev.2026.107392.