黃鐵礦物理化學(xué)標(biāo)型特征研究現(xiàn)狀

韓祺明

（中化地質(zhì)礦山總局湖南地質(zhì)勘查院，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

黃鐵礦是地殼中分布最廣的硫化物，形成于各種不同的地質(zhì)條件下，見(jiàn)于各種巖石和礦石中。同時(shí)，黃鐵礦還具有多種晶形（立方體、五角十二面體、八面體以及偏方復(fù)十二面體）和多種結(jié)構(gòu)（粗晶結(jié)構(gòu)、細(xì)晶結(jié)構(gòu)、膠狀結(jié)構(gòu)、草莓狀結(jié)構(gòu)、同心環(huán)狀結(jié)構(gòu)等）。不同類型的黃鐵礦對(duì)應(yīng)不同的成礦信息，對(duì)成礦作用及礦床成因的研究具有重要的標(biāo)型特征意義。因此，在合適的礦床中選取黃鐵礦進(jìn)行成礦信息的提取和研究具備一定的可行性。

1 黃鐵礦標(biāo)型特征

1.1 物理結(jié)構(gòu)標(biāo)型特征

在不同的條件下形成的黃鐵礦具有不同的形態(tài)特征。當(dāng)黃鐵礦結(jié)晶形成為立方體{100}或八面體{111}時(shí)，其形成環(huán)境多處于高于300℃或約低于200℃，且低過(guò)飽和度和低硫逸度條件下。其中，當(dāng)形成溫度相對(duì)較低時(shí)，晶面以立方體居多；當(dāng)形成溫度相對(duì)較高時(shí)，晶面以八面體為主。當(dāng)黃鐵礦晶形多為五角十二面體{hk0}，并多見(jiàn)各種聚形時(shí)，其所處環(huán)境多為200℃～300℃，且高過(guò)飽和度和高硫逸度條件下(陳曦，2009)。成礦過(guò)程中環(huán)境不是一沉不變的，所以眾多學(xué)者對(duì)黃鐵礦的結(jié)晶習(xí)性也多有研究：日本學(xué)者Sunagawa(1957)研究發(fā)現(xiàn)，黃鐵礦早期結(jié)晶以{100}為主，晚期則以{210}或{111}為主，最晚期偶爾出現(xiàn){100}(陳文煥，1990)；埃大濟(jì)科娃(1982)則研究表明，金礦床中黃鐵礦的結(jié)晶習(xí)性多為{100}-{100}+{210}-{210}-{210}+{111}-{111}(陳光遠(yuǎn)等，1987)；而陳光遠(yuǎn)等(1987)在我國(guó)膠東地區(qū)石英脈型金礦床的研究中也發(fā)現(xiàn)黃鐵礦的結(jié)晶習(xí)性為{100}-{100}+{210}-{210}-{210}+{100}-{100}，與埃大濟(jì)科娃(1982)的研究成果相近。

1.2 主量元素標(biāo)型特征

Large et al.（2007， 2009）認(rèn)為在溫度不斷增高的情況下黃鐵礦礦化程度逐漸增大，在此環(huán)境下礦物的富鐵貧硫度，根據(jù)研究表明，一些科研人員認(rèn)為用S/Fe比值指示金屬礦的形成原因。梅建明(2000)研究表明，經(jīng)沉積形成的金屬礦中的硫、鐵含量與理論值[w(Fe)= 46.16%， w(S)=53.84%]相類似，而其中硫含量相對(duì)來(lái)說(shuō)較多；內(nèi)生型多金屬礦床中的成礦理論值中顯示硫含量較低。

1.3 微量元素標(biāo)型特征

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得出，Ni、Co這兩種元素在礦床中與同象礦物中的Fe較相似，CoS與FeS相互作用下形成了不易溶解的固體，礦床中微量元素物質(zhì)在分異過(guò)程中，Co元素留在剩余液體中，Ni則進(jìn)入固相，依照此原理，一部分科研人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得出Co/Ni與鈷含量比值對(duì)礦床的形成有一定的指示意義。Scott (2009)與Bralia A (1979)已經(jīng)對(duì)有差異成礦類型的多種金屬礦的Ni、Co的含量進(jìn)行整體分析，得出的結(jié)論為，沉積型金屬礦Ni與Co含量較低，兩種元素含量小于1，熱液型金屬礦的兩種微量元素經(jīng)常會(huì)發(fā)生較大變化，1.17＜Co/Ni ＜5；火山噴發(fā)氣塊狀礦床兩種微量元素的含量經(jīng)計(jì)算為480×10-6，Co/Ni含量的對(duì)比值范圍為50以內(nèi)，平均值為9左右，以上的論證結(jié)果已經(jīng)得到謝桂青與王奎仁兩位學(xué)者的證明此項(xiàng)研究是正確的，盛繼福等(1999)通過(guò)研究還指出含鈷量與黃鐵礦形成時(shí)的溫度相關(guān)，含鈷量越多，Co/Ni比值越大，其形成溫度越高。此外，研究表明當(dāng)金(或金-銀)礦床中的黃鐵礦Co/Ni值大于近礦暈中黃鐵礦的Co/Ni值時(shí)，礦床成因多為內(nèi)生熱液類型，且可用于評(píng)價(jià)礦化強(qiáng)度。

黃鐵礦中S/Se比值對(duì)礦床成因也具有指示意義：當(dāng)S/Se＜105時(shí)多為熱液成因，當(dāng)S/Se＞2×105時(shí)多為沉積成因；黃鐵礦中S/Se比值范圍在17.6×104～33.4×104之間，礦床類型多為層控型；S/Se＞3×104礦床類型多為同生沉積型；S/Se比值在0.19×104～0.8×104之間，多見(jiàn)于沉積-改造型礦床(趙利青等，1997；Scott et al，2009)。

Se/Te比值也具有同樣的指示意義，比值在中6～10之間暗示為巖漿成因，熱液成因多在0.2左右；中溫?zé)嵋憾嘟饘俚V床，其黃鐵礦Se/Te值也為0.2左右，而低溫?zé)嵋撼梢虻狞S鐵礦Se/Te值多小于0.2(Largeet al， 2007，2009)。

黃鐵礦中Zn/(Zn+Pb)比值可以判斷硫化物礦床是否具有熱水沉積特征，熱水沉積塊狀硫化物礦床的比值通常接近于1(陳多福等，1998)。

此外，多種金屬礦中的微量元素的化學(xué)成分對(duì)礦物的形成深度同時(shí)產(chǎn)生一定的標(biāo)型性：金屬礦物中Fe/(S+As)值與它礦物質(zhì)熱液成型的深度有一定的關(guān)聯(lián)，Se與Te元素的相關(guān)系數(shù)不足1；金屬礦中Ag和Au的原子數(shù)比與樣品的產(chǎn)出比同樣具有一些關(guān)聯(lián)性，但它的關(guān)聯(lián)系數(shù)為負(fù)。

1.4 同位素標(biāo)型特征

利用黃鐵礦進(jìn)行S、Pb同位素分析，一直是礦床研究中確定成礦物質(zhì)來(lái)源的重要手段。黃鐵礦Re-Os同位素定年是近些年發(fā)展起來(lái)的能有效解決熱液礦床精確定年的新技術(shù)，其在一些礦床的研究中取得了較好的成果（郭維民等，2011；趙曉波等，2014；Zhao et al.， 2015），其Os初始值也可以用于判斷成礦物質(zhì)來(lái)源（Ravizza et al.， 1996）。黃鐵礦He-Ar同位素的測(cè)定也可以為成礦流體的性質(zhì)和演化提供有效信息（Xu et al.， 2014；Cao et al.， 2015 ；Mills et al.， 2015）。

另外，隨著測(cè)試手段的不斷發(fā)展，一些新興的同位素應(yīng)用技術(shù)也利用到了礦床研究中，如王躍等（2013）對(duì)銅陵相關(guān)礦床中的黃鐵礦開(kāi)展Fe同位素研究以制約礦床成因。

1.5 流體包裹體標(biāo)型特征

流體包裹體研究往往是通過(guò)對(duì)透明的脈石礦物中流體包裹體的顯微測(cè)溫來(lái)間接推演礦石礦物的形成條件。但20世紀(jì)80年代以來(lái)，共生脈石礦物和礦石礦物沉淀的時(shí)間關(guān)系受到普遍質(zhì)疑（Campbell and Robinson-Cook， 1987 ； Giamello et al.， 1992 ；Moritz，2006），脈石礦物流體包裹體所提供的有關(guān)流體與成礦物理化學(xué)條件被認(rèn)為并非總是代表成礦時(shí)的實(shí)際流體和成礦條件（Campbell et al.， 1987； Wilkinson，2001），這導(dǎo)致常規(guī)的流體包裹體研究受到了一定程度的制約。但隨著紅外技術(shù)在地質(zhì)學(xué)上的不斷應(yīng)用，不透明-半透明礦石礦物流體包裹體研究得以通過(guò)紅外顯微測(cè)溫技術(shù)實(shí)現(xiàn)。自Mancanoand Campbell (1995)首次測(cè)定了黃鐵礦流體包裹體的冰熔點(diǎn)溫度和Lüders and Reutel(1996)首次測(cè)定黃鐵礦流體包裹體均一溫度等以來(lái)，黃鐵礦逐步成為紅外顯微測(cè)試技術(shù)研究最多的礦物，并在成礦物理化學(xué)條件研究方面就得到了廣泛的應(yīng)用（Lüders and Ziemann， 1999；Kouzmanov et al.， 2002）。

1.6 熱電性標(biāo)型特征

黃鐵礦是半導(dǎo)體礦物，有電子型(N型)和空穴型(P型)2種導(dǎo)電形式。黃鐵礦的熱電動(dòng)勢(shì)與兩個(gè)因素有關(guān)：一是類質(zhì)同象雜質(zhì)的種類；二是晶體缺陷在能帶結(jié)構(gòu)中所形成的雜質(zhì)能級(jí)。一般而言，As含量越高，熱電動(dòng)勢(shì)越大，Co，Ni含量越高，熱電動(dòng)勢(shì)越小，但相對(duì)而言，Co、Ni對(duì)熱電動(dòng)勢(shì)的影響遠(yuǎn)大于As對(duì)其的影響。

P.A.戈?duì)柊蛦谭?1964)通過(guò)對(duì)大量黃鐵礦的熱電性的研究，發(fā)現(xiàn)黃鐵礦的熱電系數(shù)和導(dǎo)電類型與黃鐵礦的形成溫度線性相關(guān)，線性方程為：(a為熱電系數(shù))。

t=(704.51-a)/1.818 (N型) t=3(122.22+a)/5.0 (P型)。

楊國(guó)林等(1991)和侯滿堂(2000)報(bào)道通過(guò)黃鐵礦熱電系數(shù)值可以求出黃鐵礦的熱電性參數(shù)XNP，然后可以定性地確定金礦體的剝蝕切面(Kerrich，1990；Barley and Groves，1992；Groves，1998)。

許虹(1992)和陰翠珍(2003)先后報(bào)道黃鐵礦的補(bǔ)償熱電動(dòng)勢(shì)在礦體軸向呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化，據(jù)此可以反映礦床的相對(duì)埋深。許虹(1992)和胡大千(1993)借此分別對(duì)土嶺、石湖金礦的黃鐵礦補(bǔ)償熱電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行了詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償熱電動(dòng)勢(shì)平均值與礦體相對(duì)埋深具有很好的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2 結(jié)語(yǔ)

綜上而言，黃鐵礦在物理結(jié)構(gòu)、主量元素（Fe/S）、微量元素（Co/Ni、Se/Te等）、同位素（S-Pb、He-Ar、Re-Os、新興的Fe同位素）、流體包裹體（黃鐵礦紅外流體包裹體測(cè)溫）、熱電性（N型、P型）等具有重要的標(biāo)型特征，對(duì)礦床的地球化學(xué)特征、成礦物質(zhì)來(lái)源、成礦流體特征及演化、成礦時(shí)間、深部勘查等都具有重要的指示意義。隨著近些年來(lái)，精確快速的原位測(cè)試技術(shù)（EPMA、LA-ICP-MS、SHRIMP）的快速發(fā)展，黃鐵礦在地球化學(xué)，尤其是微量元素，標(biāo)型特征方面的研究迅速發(fā)展，并成為當(dāng)前礦床學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。當(dāng)然，隨著研究的不斷深入，黃鐵礦成礦信息的提取研究將得到進(jìn)一步發(fā)展，并為具有成因爭(zhēng)議的礦床提供進(jìn)一步的制約，也為危機(jī)礦山(尤以金礦為主)深邊部的勘查提供新方法和新手段。