礦區(qū)黃鐵礦成分標(biāo)型特征研究

魏麗瓊，黃 麗，蔡恩琪

(1. 青海省地質(zhì)調(diào)查局，青海 西寧 810007； 2. 青海省青藏高原北部地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源重點實驗室 青海省地質(zhì)調(diào)查院，青海 西寧 810012)

0 前 言

黃鐵礦作為地殼中分布最廣泛的硫化物，其常見于各類礦藏地質(zhì)之中，是載金礦物中占比最高的金礦床，約占總數(shù)98%，作為一種最為重要和普遍的載金礦物，存在自身演變規(guī)律性，且在不同環(huán)境影響下，其化學(xué)成分、晶胞參數(shù)、形態(tài)及熱電性等均會發(fā)生不同程度的變化，而通過對這些標(biāo)型特征的分析，可有效提取礦物及礦床成因、找礦評價等參數(shù)信息，進(jìn)而為礦化遠(yuǎn)景預(yù)測及找礦實踐提供有效支撐，基于此，黃鐵礦標(biāo)型特征分析已經(jīng)成為礦物學(xué)研究領(lǐng)域中的重點，并取得了一定成果， 經(jīng)實踐驗證其是一種行之有效的方法[1-3]。而黃鐵礦成分標(biāo)型是礦物最根本的特征體現(xiàn)，其融合了多元化的礦床成因及找礦信息，可為礦床成因分析、深部找礦實踐提供最大化的礦物學(xué)數(shù)據(jù)參數(shù)，在國內(nèi)外研究中占據(jù)了重要的位置，但以往研究中多為定性描述性分析，定量分析較少[4-5]。針對此，本文將融合前人研究成果，采用蛛網(wǎng)圖來分析主微量元素的平均含量，并對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理獲取的標(biāo)準(zhǔn)化值和元素演變趨勢，獲取的標(biāo)型特征能更好的區(qū)別各類金礦床類型，同時采用δFe-δS 投圖方法及Co-Ni-As質(zhì)量比三角圖來提取主、微量元素標(biāo)型特征，得出不同類型金礦床的標(biāo)型差異，實現(xiàn)準(zhǔn)確分型，為未來各成因類型金礦床識別及找礦實踐提供有效參考。

1 礦區(qū)黃鐵礦主微量元素蛛網(wǎng)圖特征

1.1 數(shù)據(jù)來源及分析方法

黃鐵礦的化學(xué)式為FeS2，理論化學(xué)成分為Fe 46.55%，S 53.45%，但在環(huán)境作用下的成礦過程中，與Fe、S的地球化學(xué)性質(zhì)相似的 As、Se、Te、 Co、N 等元素也可能存在于其中，并發(fā)生類質(zhì)同象替代，為此，深化研究黃鐵礦化學(xué)成分特征可反應(yīng)出成礦溶液性質(zhì)、成礦地質(zhì)條件等。為了獲取更好的分析結(jié)果，本文選用全國范圍內(nèi)較為典型的各成因類型及亞成因類型的金礦床，諸如膠東玲瓏巖漿熱液型及石英脈型、浙江銀坑山火山熱液型、湘西沃西變質(zhì)熱液型、四川東北寨卡林型、膠東焦家蝕變巖型，這些類型金礦床的標(biāo)型數(shù)據(jù)均具有顯著代表性。采用電子探針測試方法獲取主成礦期黃鐵礦成分標(biāo)型特征，標(biāo)準(zhǔn)化處理是所獲得的成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)之比，該“標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)”以膠東金礦成礦期黃鐵礦成分標(biāo)型數(shù)據(jù)平均值為準(zhǔn)，處理后的結(jié)果如表1所示。

1.2 主微量元素蛛網(wǎng)圖特征

表1 各成因類型金礦黃鐵礦主微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)化值

各典型成因類型的黃鐵礦成分標(biāo)型分析中，以主微量元素兩類來繪制蛛網(wǎng)圖，其中As在金礦床中所占比值較高，歸類到Fe、S主元素一類，而Co、Ni等歸類到微量元素一類，未經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理的蛛網(wǎng)圖如圖1所示。

1 火山熱液型；2 巖漿熱液型及石英脈型；3 變質(zhì)熱液型；4 卡林型；5 蝕變巖型

圖1未經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理的元素蛛網(wǎng)圖

從圖1可知，浙江銀坑山火山熱液型金礦床中黃鐵礦具有富鐵、富硫的特點，富含Ag 749.69×10-6、Bi 1 698×10-6、Zn 2 901×10-6等元素，四川東北寨變質(zhì)熱液型金礦床黃鐵礦富含Ni 298×10-6元素，膠東焦家蝕變巖型金礦床的黃鐵礦富含Co 481×10-6、Au 525.6×10-6、Cu 3 249×10-6、Pb 5 619×10-6，這些元素含量均較其他金礦床有明顯優(yōu)勢，由此，元素蛛網(wǎng)圖只是表示出各類金礦床黃鐵礦主微量元素的平均含量，但并未反映出元素演變趨勢的差異性，不能有效區(qū)分各類成因金礦床的本質(zhì)特征。針對此，本文主微量元素蛛網(wǎng)圖進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，獲得圖2，從其中可知，標(biāo)準(zhǔn)化值及元素整體變化趨勢明顯，能夠反映出各成因類型及亞類型(石英脈型和蝕變巖型)金礦床的顯著性差異，為各類型金礦床的有效區(qū)分提供了有效支撐，其中，火山熱液型與巖漿熱液型金礦床、變質(zhì)熱液型與卡林型金礦床整體演變趨勢趨同，只存在個別元素的差異，如火山熱液型Ag 2.49、Pb 3.65和Zn 1.80，這幾類元素含量高可能與其噴發(fā)接近地表，成礦環(huán)境溫較低存在關(guān)聯(lián)性，而變質(zhì)熱液型As 3.25，卡林型As 9.31，這與卡林型金礦床的成礦溫度低有關(guān)，因為As是低溫元素，溫度越低越趨向于在黃鐵礦中富集。

1 火山熱液型；2 巖漿熱液型及石英脈型；3 變質(zhì)熱液型；4 卡林型；5 蝕變巖型

圖2經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理的元素蛛網(wǎng)圖

2 黃鐵礦主元素成分標(biāo)型特征分析

黃鐵礦的理論化學(xué)成分Fe為46.55% ，S為53.45%，標(biāo)準(zhǔn)的S /Fe≈2，不同成因類型的金礦床中黃鐵礦的Fe、S含量與標(biāo)準(zhǔn)略有差異，δFe或δS參數(shù)意義是用來表示黃鐵礦研究樣本中元素Fe、S與理論組分的偏移程度，公式如下。

(1)

(2)

Fe、S的偏移度計算見公式(1)、公式(2)。

通過對黃鐵礦主元素的δFe或δS特征分析，結(jié)果如圖3所示，火山熱液型的δFe或δS各點均分布較為集中，除2個點外其余點均在第三象限內(nèi)，在5%取值范圍內(nèi)，呈現(xiàn)虧鐵虧硫狀態(tài)；巖漿熱液型及石英脈型的δFe或δS變化范圍較大，部分在5%取值范圍之外，主要分布在第二、第三象限；而變質(zhì)熱液型δFe或δS分布也較為集中，在5%取值范圍內(nèi)，特殊之處是在二四角分線方向上存在大量樣品點，趨近于角平分線，在各類型礦床平均圖上表現(xiàn)更為顯著；卡林型的δFe或δS分布較為分散，最大可達(dá)到20%以上，多數(shù)分布在第三象限，呈現(xiàn)較高的虧鐵虧硫特點；蝕變巖型金礦δFe或δS分布較為分散，多數(shù)已經(jīng)超出了5%取值范圍，虧硫虧鐵狀態(tài)，δFe或δS絕對值較大，是因為該亞類型金礦床的成礦環(huán)境為微裂隙發(fā)育地段，F(xiàn)e、S元素尚未重組成理想的晶體就已經(jīng)結(jié)晶出來，雜質(zhì)含量多。

圖3 各成因金礦床中黃鐵礦δFe-δS主元素特征

根據(jù)各成因金礦床中黃鐵礦Fe或δS特征分析，可知偏離Fe、S理論組分程度從小至大依次為：變質(zhì)熱液型、火山熱液型、巖漿熱液型石英脈型、蝕變巖型，主元素演變趨勢差異明顯，可作為各類成因金礦床的區(qū)別標(biāo)志之一。

3 黃鐵礦微量元素成分標(biāo)型特征分析

黃鐵礦微量元素與各類金礦床的成因存在密切關(guān)聯(lián)性，其中，Co、Ni與Fe化學(xué)行為相似，可以類質(zhì)同象形式替代Fe,因為成礦地質(zhì)條件不同，各類成因金礦床中黃鐵礦的Co、Ni含量存在差異[6]，而As含量是富金的判別標(biāo)志，在黃鐵礦中可類質(zhì)同象替換S，增大黃鐵礦晶胞參數(shù)，為此，本文以Co-Ni-As質(zhì)量三角圖分析主微量元素成分標(biāo)型特征，其表征為Co、Ni在黃鐵礦(FeS2的金屬—硫鍵距為2.26×10-10m)中可類質(zhì)同象Fe元素形成CoS2和NiS2(CoS2及NiS2的金屬—硫鍵距分別為2.34×10-10,2.40×10-10m)，進(jìn)而增大黃鐵礦的晶胞參數(shù)，得出的微量元素成分標(biāo)型特征如圖4所示。

圖4 各成因金礦床中黃鐵礦Co-Ni-As微量元素特征

由圖4可知：火山熱液型樣品主要分布在A區(qū)域內(nèi)，巖漿熱液型及石英脈型對集中于Ni<25%區(qū)域內(nèi)，其主要位于A或B區(qū)，分布較為集中，存在統(tǒng)計意義，變質(zhì)熱液型則集中分布在Ci<25%的區(qū)域內(nèi)，也即C區(qū)，卡林型都分布在富砷貧鈷鎳的區(qū)域內(nèi)，而蝕變巖型分布較為分散，不存在統(tǒng)計規(guī)律，這些微量元素的分布特征及變化規(guī)律與成礦環(huán)境及元素的地球化學(xué)性質(zhì)相關(guān)，可準(zhǔn)確的預(yù)測各類成因金礦床的差異性特征，對于礦化遠(yuǎn)景預(yù)測及找礦探勘實踐具有重要的指導(dǎo)意義。

4 結(jié) 語

黃鐵礦作為最為主要的載金礦物，對于其主微量元素成分標(biāo)型特征的分析具有理論與實踐價值，在融合以往研究內(nèi)容的基礎(chǔ)上，綜合利用標(biāo)準(zhǔn)化處理元素蛛網(wǎng)圖、δFe-δS特征、Co-Ni-As等方法，對全國范圍內(nèi)典型的火山熱液型、巖漿熱液型、石英脈型、變質(zhì)熱液型、卡林型、蝕變巖型等各成因類型和亞類型金礦床的化學(xué)成分標(biāo)型特征進(jìn)行研究，準(zhǔn)確提取了不同成因類型金礦床的區(qū)別性特質(zhì)，可為成因判別和找礦預(yù)測提供有效支撐。

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