福建紫金山金銅礦黃鐵礦成因礦物學特征研究

李小寧，王翠芝，包寶同，巫偉霞

（福州大學紫金礦業(yè)學院，福州350108）

福建紫金山金銅礦黃鐵礦成因礦物學特征研究

李小寧，王翠芝，包寶同，巫偉霞

（福州大學紫金礦業(yè)學院，福州350108）

福建紫金山金銅礦礦石中伴生有大量的黃鐵礦。通過對黃鐵礦的礦相學、晶體化學、熱電性、晶胞參數(shù)等方面特征的研究，對本礦的成因有了進一步認識。礦相學特征顯示，黃鐵礦可分為巖漿熱液蝕變期、次火山熱液礦化期、低溫硅化期等三個期次；晶體化學成分具有富硫虧鐵特征；三個期次的黃鐵礦晶胞參數(shù)均大于理想值0.541 76nm，均值為0.541 92nm；黃鐵礦導電類型以N型為主，是黃鐵礦Fe類置同象程度大于S所致；熱電系數(shù)顯示的成礦溫度為120.83～351.24℃。研究結果表明，紫金山金銅礦黃鐵礦成因與巖漿熱液有密切關系，礦床成因類型為淺成低溫熱液礦床。

紫金山金銅礦；黃鐵礦；熱電性；晶胞參數(shù)

黃鐵礦是金礦床中最普遍最重要的載金礦物之一，前人通過對黃鐵礦特征的研究，有效地指導了找礦工作，在判斷成礦溫度、礦床剝蝕程度、礦床規(guī)模、尋找隱伏礦體等方面均起到了重要作用。金礦石的形成在時空以及成因上與黃鐵礦有密切的關系，黃鐵礦作為成因礦物，在金礦成因研究方面得到廣泛應用。對紫金山金銅礦，前人在礦床地質(zhì)特征、成礦流體、脈石礦物明礬石礦物學方面已有大量的研究工作［1－3］，但對伴生的成因礦物黃鐵礦還沒有深入研究。本文主要通過研究黃鐵礦礦物學特征，來揭示其與成礦的關系，并對剝蝕深度及深部找礦工作進行了綜合評價。

1 地質(zhì)背景

福建紫金山金銅礦位于東南沿?；鹕交顒訋鞑縼啂?，北西向上杭－云霄斷裂帶與北東向宣和復背斜南西傾伏端交匯部位。礦區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂構造發(fā)育，燕山早期酸性巖漿沿北東或北西向斷裂侵入，多期次脈動侵位組成紫金山復式花崗巖體，成為主要的礦化圍巖；燕山晚期中性、中酸性火山－巖漿侵入活動受北西向斷裂構造及其與北東向構造結點控制，成為紫金山地區(qū)銅多金屬成礦控制因素。紫金山礦床上金下銅，金礦體主要賦存于潛水面以上氧化帶中，與強烈硅化有關；銅礦體賦存于潛水面以下原生帶中，為隱伏礦床，與強烈明礬石化有關。礦區(qū)圍巖蝕變十分強烈，區(qū)內(nèi)各類巖石均遭受不同程度的熱液蝕變，并具有多期蝕變作用疊加分布特征。依蝕變礦物組合類型，分為硅化帶、石英＋明礬石蝕變帶、石英＋地開石＋明礬石＋絹云母蝕變帶、石英＋絹云母蝕變帶等4個蝕變帶。

2 黃鐵礦礦相學特征

通過對巖（礦）石光薄片的觀察研究，結合前人礦床蝕變與礦化分帶的研究成果［4］，可將紫金山黃鐵礦劃分為三個時代：

早期黃鐵礦（Py－Ⅰ）

主要生成于巖漿熱液蝕變期，明礬石化為主。淺黃色，晶粒較粗，粒徑0.1～0.5mm，晶形較好（立方體和五角十二面體），呈浸染狀（圖1a）、自形粒狀分布于中細?；◢弾r中，局部可見碎裂狀黃鐵礦（圖1b）。

中期黃鐵礦（Py－Ⅱ）

主要生成于次火山熱液礦化期。根據(jù)其礦物組合特征，將其分為兩個世代。早期隱爆階段黃鐵礦：亮銅黃色，半自形－他形粒狀（圖1c，粒徑0.1～1 mm），呈細粒碎裂狀、集合體脈狀、團塊狀分布，可見環(huán)帶結構（圖1d）。晚期隱爆階段黃鐵礦：暗銅黃色，他形粒狀，粒徑0.01～0.2mm，在鏡下常見黃鐵礦呈脈狀集合體與后期形成的藍輝銅礦、銅藍、斑銅礦等銅硫化物共生（圖1e、f）。

圖1 紫金山黃鐵礦礦相學特征Fig.1 Characteristics of ore microscopy of pyrite from Zijinshan Au－Cu Deposit

晚期黃鐵礦（Py－Ⅲ）

主要生成于低溫硅化期，可見其與銅藍和自然金共生。淺黃色，半自形－他形粒狀，粒徑大小不一，粗粒黃鐵礦（粒徑0.3～1mm）在大面積硅化區(qū)較為常見，集合體呈脈狀－細脈狀充填于巖石中；細粒黃鐵礦（粒徑0.01～0.1mm），呈粉塵狀散布于礦石中。

3 黃鐵礦化學成分特征

表1 紫金山黃鐵礦化學成分特征Table 1 Composition characteristics of pyrite from Zijinshan Au－Cu Deposit

3.1 主量元素S/Fe值特征

紫金山黃鐵礦S/Fe（原子個數(shù)比）值1.987 2～2.114 0，整體上變化比較小，在理論值（1.8～2.2［5］）之內(nèi)。S/Fe＜2的黃鐵礦比例為5.08%，S/Fe值1.987 2～1.998 0，屬于S虧損型［6］；S/Fe＞2的黃鐵礦比例為94.91%，S/Fe值2.000 4～2.114 0，屬于Fe虧損型。紫金山黃鐵礦以Fe虧損型為主。

3.2 主量元素δFe/δS－As圖解

δFe/δS－As圖解對礦床的類型具有一定的指示意義［7］，我們對6個樣品求平均值然后在δFe/δS－As圖解（圖2a）中投點，6個樣品都投在“巖漿熱液型金礦區(qū)”，說明紫金山金銅礦成因與巖漿熱液有關。

3.3 主量元素（S＋Fe）－As圖解

黃鐵礦中主量元素Fe和S總量不僅可以反映出黃鐵礦所含雜質(zhì)的多少，也可以反映成礦類型［7］，具有重要意義。在（S＋Fe）－As圖解（圖2b）中，紫金山6個樣品都投在了“淺成低溫熱液型礦床集中區(qū)”，表明該礦床成因與低溫熱液有關。

3.4 微量元素特征

紫金山黃鐵礦中的微量元素主要有As、Co、Ni、Zn、Au、Ag、W、Se、Sn、Sb等，主要特征如下：

1）Cu、Pb、Zn特征

一般金礦黃鐵礦中Cu、Pb、Zn的含量與金含量呈正相關［6］，但紫金山黃鐵礦Cu、Pb、Zn與Au無明顯相關性。紫金山黃鐵礦Cu含量特別高，最高達5 407.78×10－6，平均3 024.40×10－6，遠遠高于其他巖漿熱液礦床的Cu含量平均值（1 318.3× 10－6），Pb（平均12.70×10－6）和Zn（平均62.94× 10－6）卻遠低于其他巖漿熱液礦床（Pb平均825.66 ×10－6、Zn平均933.9×10－6）［6］。紫金山金礦和銅礦的成礦物質(zhì)來自同期熱液，金、銅礦體是在后期的地質(zhì)作用中形成，所以黃鐵礦中Cu含量偏高應該與銅礦體有關，但Pb、Zn的含量為什么偏低，有待進一步研究。

圖2 紫金山黃鐵礦δFe/δS－As圖解（a）和（S＋Fe）－As圖解（b）Fig.2 δFe/δS－As diagram（a）and（S＋Fe）－As diagram（b）of pyrite from Zijinshan Cu－Au Deposit

2）Se特征

Se的地球化學性質(zhì)與S相似，許多硫化物礦床礦化都有Se參與。Se是黃鐵礦的標型元素之一。沉積成因黃鐵礦含Se低（0.5×10－6～2×10－6），巖漿成因黃鐵礦Se一般較高（20×10－6～50× 10－6）［6］。紫金山黃鐵礦Se含量33.33×10－6～55.00×10－6，符合巖漿成因黃鐵礦的特征。

3）Co/Ni值特征

黃鐵礦Co/Ni值可以反映黃鐵礦成因，具有標型意義。火山成因的黃鐵礦Co/Ni＝5～22；沉積成因Co/Ni一般小于0.63；熱液成因Co/Ni一般為1.17；巖漿熱液成因Co/Ni＝0.09～12［8］。紫金山黃鐵礦的Co/Ni值區(qū)間為3.10～5.88，均值4.83，符合巖漿熱液成因黃鐵礦Co/Ni值特征。

4 熱電性特征

4.1 黃鐵礦導電類型

我們采用補償熱電動勢的統(tǒng)計計算方法（公式3）［9］，依據(jù)黃鐵礦樣品的補償熱電動勢值對樣品所處的熱電場進行劃分（見表2）。

其中：VP—P型導電黃鐵礦平均熱電動勢值；VN—N型導電黃鐵礦平均熱電動勢值絕對值；DP—P型導電黃鐵礦樣品比例；DN—N型導電黃鐵礦樣品比例。

根據(jù)VNP可以劃分出四種類型的熱電場，VNP＜－10mV為N型熱電場；VNP＝－1～－10mV為P－N型熱電場；VNP＝1～10mV為N－P型熱電場；VNP＞10mV為P型熱電場。

紫金山黃鐵礦熱電場類型以N型為主，比例為92.59%，α值－395.2μV/℃～－1.6μV/℃，P型比例為3.70%，α值5.2μV/℃～67.9μV/℃，N－P型比例3.70%，α值1.7μV/℃～33.7μV/℃。根據(jù)大量研究表明［5，10－12］，從金礦體的頂部至底部黃鐵礦熱電場類型的變化趨勢為P型—混合型（P－N型或N－P型）—N型。紫金山黃鐵礦熱導電類型以N型為主，一定程度說明金礦已剝蝕至深部，深部找金礦的前景不大。

表2 紫金山黃鐵礦熱電性特征Table 2 Thermoelectric characteristics of pyrite in Zijinshan Deposit

注：熱電系數(shù)由中國地質(zhì)大學（北京）成因礦物學實驗室測試，測試儀器BHTE－06型熱電系數(shù)測量儀，實驗活化溫度60±2℃

4.2 黃鐵礦成礦溫度

黃鐵礦的熱電系數(shù)與其形成溫度有一定的關系，我們采用戈爾巴喬夫建立的黃鐵礦成礦溫度計算法（公式（2）、（3））［13］，計算紫金山黃鐵礦的成礦溫度（表3）。

其中：α為黃鐵礦熱電系數(shù)。

表3 紫金山不同類型黃鐵礦成礦溫度Table 3 Temperature of pyrite in different types in Zijinshan Cu－Au Deposit

5 晶胞參數(shù)特征

晶胞參數(shù)是黃鐵礦的重要標型特征之一，黃鐵礦屬等軸晶系，晶胞參數(shù)a0＝0.541 76nm［14］，通常由于雜質(zhì)混入和取代，使黃鐵礦的晶胞參數(shù)增大。我們對紫金山三個成礦階段的黃鐵礦做了X射線衍射實驗，并計算出了晶胞參數(shù)a0（表4）。三個成礦階段樣品的a0值均大于理想值，均值為0.541 92nm。與金礦床中的黃鐵礦晶胞參數(shù)a0值偏大的規(guī)律相符。由于黃鐵礦中含有大量的微量元素，尤其是As、Co、Ni等，它們以類質(zhì)同象形式進入到黃鐵礦中，替代黃鐵礦中的S或Fe，從而使黃鐵礦的a0值增大。從成礦早期到中期再到晚期，黃鐵礦的a0先增大再減小，說明紫金山黃鐵礦不同成礦階段均不同程度的微量元素混入，成礦中期混入量最大。

6 討論

黃鐵礦的理論化學式為Fe［S2］，S/Fe理想值為2，但在成礦過程中會混入Se、As、Co、Ni、Zn、Au、Ag、Sn、Sb等元素，所以S/Fe值在1.8～2.2變化。紫金山黃鐵礦S/Fe值1.987 2～2.114 0，94.91%黃鐵礦S/Fe值＞2，屬于輕度Fe虧損，這可能是黃鐵礦Fe的類質(zhì)同象程度大于S的類質(zhì)同象所致。嚴育通等統(tǒng)計的中國多個巖漿熱型金礦黃鐵礦S/Fe均值是1.99［6］，屬于輕度S虧損，與紫金山黃鐵礦不同。

表4 紫金山不成礦階段黃鐵礦晶胞參數(shù)Table 4 Statistics of crystal structure of pyrite in different stages in Zijinshan Cu－Au Deposit

熱電場類型計算結果顯示，紫金山N型導電黃鐵礦比例為92.59%，少量P型和N－P型。研究表明［15］：一般當黃鐵礦中ω（As）＞＞ω（Co＋Ni）時，黃鐵礦導型P型占優(yōu)勢；當ω（As）≈ω（Co＋Ni）時，常為P＋N型；當ω（As）＜＜ω（Co＋Ni）時，以N型占優(yōu)勢。紫金山黃鐵礦ω（As）＝0.0029%，ω（Co＋Ni）＝0.049%，ω（As）＜＜ω（Co＋Ni）。溫度對黃鐵礦的類質(zhì)同象和晶格缺陷有影響，因此也間接影響黃鐵礦的導電類型。一般高溫有利于Co、Ni代替黃鐵礦中的Fe，低溫則有利于As、Sb代替黃鐵礦中的S［15］。因此高溫環(huán)境下易形成N型黃鐵礦，低溫環(huán)境下易形成P型黃鐵礦，中溫條件下易形成P－N型黃鐵礦。紫金山成礦溫度為120.83～351.24℃，其中92.60%的樣品成礦溫度大于200℃。紫金山成礦熱液具有高Co、Ni低As特征，成礦溫度也相對較高，所以易形成N型黃鐵礦。所以我們認為紫金山黃鐵礦導電類型以N型為主，是黃鐵礦Fe的類質(zhì)同象程度大于S的類質(zhì)同象所致，這也造成紫金山黃鐵礦整體呈Fe虧損。

紫金山黃鐵礦的δFe/δS－As圖解、（S＋Fe）－As圖解以及微量元素特征等都表明紫金山為巖漿熱液型礦床。這與張德全［1］、陳景河［16］的研究結果一致。利用黃鐵礦熱電系數(shù)計算出的紫金山成礦溫度區(qū)間是120.83～351.24℃，與陳景河利用蝕變帶包裹體測溫（溫度區(qū)間100～420℃［16］）結果基本一致。

7 結論

1）紫金山黃鐵礦從早到晚分為巖漿熱液期、次火山熱液期、低溫硅化期三個期次。

2）紫金山金銅礦黃鐵礦整體上屬于Fe虧損型。微量元素中Cu含量特別高，Pb、Zn含量偏低。Cu、Pb、Zn含量與Au含量無明顯的相關性。

3）紫金山黃鐵礦δFe/δS－As圖解、（S＋Fe）－As圖解以及微量元素特征說明，黃鐵礦與巖漿熱液關系密切，紫金山銅金礦屬于淺成低溫巖漿熱液型礦床。利用黃鐵礦熱電系數(shù)計算出成礦溫度區(qū)間為120.83～351.24℃。

4）紫金山黃鐵礦以N型導電為主，少量P型、N－P型。結合黃鐵礦熱電性理論和化學成分特征分析，導電類型以N型為主，是黃鐵礦Fe的類質(zhì)同象程度大于S的類質(zhì)同象程度所致。根據(jù)金礦體從底部到頂部黃鐵礦導電類型P型—混合型（P－P型或N－P型）—N型的變化規(guī)律，一定程度說明金礦已剝蝕至深部，紫金山深部找金礦的前景不大。

5）紫金山金銅礦三個期次的黃鐵礦晶胞參數(shù)均大于理想值0.54176nm，均值0.54192nm。說明不同成礦段的黃鐵礦均有不同程度的微量元素混入，但成礦中期混入量最大，可以作為劃分成礦期的標志。

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Study on genetic mineralogical of pyrite from Zijinshan Au－Cu Deposit，F(xiàn)ujian Province

LI Xiaoning，WANG Cuizhi，BAO Baotong，WU Weixia
（College of Zijin Mining，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 350108，China）

The ores accompany with large amounts of pyrite in Zijinshan Au－Cu Deposit，F(xiàn)ujian Province.We have a further understanding about the genesis of this deposit by investigation of petrography，crystal chemistry，pyroelectricity and cell parameters.According to the characteristics of ore microscopy of pyrite，the pyrite can be divided into three phases：magmatic hydrothermal alteration stage，subvolcanic hydrothermal mineralization stage and the low temperature silicide stage.Crystal chemical composition is characterized by rich in S while poor in Fe.The cell parameters of three pyrite phases are all greater than the ideal value 0.541 76nm.The pyrite hold conduction type of N，due to the isomorph of Fe is greater than S.The thermoelectricity coefficients show the forming temperature is 120.83～351.24℃.The result shows that the pyrite has a close relationship with magmatic hydrothermal.The genetic type of ore deposit is epithermal deposit.

Zijinshan Au－Cu Deposit；pyrite；thermoelectric property；cell parameters

P571

Α

1671－4172（2015）02－0036－06

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.02.009

李小寧（1993－），男，資源勘查工程專業(yè)，主要研究方向為成因礦物學及找礦礦物學。

王翠芝（1965－），女，教授，博士，礦物學、礦床學、巖石學專業(yè)，研究方向為礦床成礦規(guī)律及礦產(chǎn)開發(fā)利用。