宮 麗 ,馬 光

(河南理工大學資源環(huán)境學院,河南焦作454000)

0 引言

黃鐵礦屬硫化物,在地殼中分布非常廣泛,絕大多數(shù)原生金礦床和有色金屬礦床均和黃鐵礦關系密切[1-2],并且在不同的成礦環(huán)境中黃鐵礦在成分含量及特征指數(shù)等方面均有差異;所以,黃鐵礦最具有重要的研究價值。

1 黃鐵礦的主成分標型

黃鐵礦的理論組分為 Fe占 46.55%,S占53.45%[3],S/Fe≈2。但在不同的金屬礦床中黃鐵礦的Fe,S含量與理論組分會略有差異(表1)。一般將S/Fe比值<2者稱為硫虧型[4],＞2者稱為多硫型。黃鐵礦的虧硫有利于金屬元素的富集。

表1 不同成因類型礦床中黃鐵礦的鐵、硫含量特征Table 1 Iron and sulfur contents of pyrite in different genetic ore deposits

由表1看出:外生黃鐵礦多硫而內(nèi)生黃鐵礦虧硫。對于內(nèi)生礦床中黃鐵礦虧硫由多至少的順序為:黃鐵礦型銅礦床、多金屬硫化物礦床→斑巖型銅礦床→低溫熱液礦床→與超基性巖有關的銅鎳礦床 →與火山作用有關的低溫熱液型高嶺土礦床。

2 黃鐵礦中微量元素的賦存及常見特征指數(shù)

2.1 微量元素賦存形式

黃鐵礦中可出現(xiàn)的微量元素多達30多種,分屬親鐵、親石及親硫元素。各種微量元素含量變化較大,且有很強的離散性(表2)。其賦存方式有2種:①置換 Fe,S等以類質(zhì)同象形式存在;②以機械混入物的形式賦存。有部分微量元素(如Au,Ag,Cu,Pb,Zn)在黃鐵礦晶格中占據(jù)Fe的位置[5]。

由表2可看出:黃鐵礦中微量元素的種類和含量不僅與礦床種類及成因類型有關,而且與溫壓條件也有密切的關系。一般高溫熱液礦床中的黃鐵礦富含親鐵、親石元素,其中Bi,Cu,Zn,As的含量也較高;中溫條件下黃鐵礦主要富親銅元素,如Cu,Au,Pb,Zn,Bi,Ag等;中-低溫淺成條件下黃鐵礦富含高活動性的親銅元素,如 Hg,Sb,Ag,As等?？梢?不同的溫壓條件可形成不同的微量元素組合,據(jù)此可判斷礦床形成的地質(zhì)條件。

表2 不同成因類型礦床中黃鐵礦的微量元素標型特征Table 2 Typomorphic characteristics of trace elements in pyrite of different genetic ore deposits

2.2 微量元素的特征指數(shù)

黃鐵礦中微量元素的種類、含量、元素組合、及元素比值在一定程度上反映了成礦物質(zhì)來源和礦床形成時的物化條件。

2.2.1 Co,Ni含量及比值

鈷、鎳與鐵化學性質(zhì)相似,它們與鐵呈類質(zhì)同象進入黃鐵礦晶格。不同成因類型礦床中黃鐵礦的Co,Ni含量及Co/Ni比值不同,在探討礦床成因類型及成礦作用時指示作用明顯[6],其中Co/Ni值應用最廣。

黃鐵礦中Co,Ni的質(zhì)量分數(shù)有一定的標型意義:沉積成因黃鐵礦Co,Ni的質(zhì)量分數(shù)較低;巖漿成因黃鐵礦中Co,Ni的質(zhì)量分數(shù)較高;而沉積改造(變質(zhì))、火山沉積-改造(變質(zhì))和熱液成因的黃鐵礦中Co,Ni的質(zhì)量分數(shù)介于二者之間。

黃鐵礦的 Co/Ni比值指示意義:巖漿成因的Co/Ni比值多 ＞5,沉積成因的 Co/Ni多 <1,而巖漿熱液成因的黃鐵礦Co/Ni=1～5,個別值可能更高;變質(zhì)熱液成因的黃鐵礦Co/Ni比值更接近于沉積成因的黃鐵礦,一般<1。

表3 不同成因類型礦床中黃鐵礦的Co,Ni質(zhì)量分數(shù)及Co/Ni比值Table 3 Co,Ni content and Co/Ni ratio of pyrite in different genetic ore deposits

2.2.2 As的質(zhì)量分數(shù)及As—Co—Ni三角相圖

As是導致黃鐵礦空穴的主要晶格雜質(zhì),能以類質(zhì)同象形式替代S存在黃鐵礦晶格中[7]。對于不同成因類型的金礦床,黃鐵礦中As的質(zhì)量分數(shù)特征見表4。

巖漿熱液及火山熱液型金礦黃鐵礦中As的質(zhì)量分數(shù)較高(＞1 500×10-6),其中巖漿熱液型金礦黃鐵礦中As的質(zhì)量分數(shù)范圍更高;變質(zhì)熱液疊加火山熱液改造的金礦黃鐵礦中As的質(zhì)量分數(shù)較低;而變質(zhì)熱液型及混合巖化熱液型黃鐵礦中As的質(zhì)量分數(shù)最低。

表4 不同成因類型金礦床黃鐵礦中As的質(zhì)量分數(shù)Table 4 As content of pyrite in different genetic gold deposits

As替代黃鐵礦中S的能力相對較弱,Co和Ni則更易于進入黃鐵礦晶格中。通常As,Co,Ni在黃鐵礦中的質(zhì)量分數(shù)為:Co≤14%,Ni≤20%,As≤2.7%;由于類質(zhì)同象的代替,增加了晶體結(jié)構(gòu)的缺陷程度,有利于金屬元素的富集成礦。

黃鐵礦的As-Co-Ni三角相圖(圖1)能清楚地反映出不同成因類型的黃鐵礦中As,Co,Ni含量及其變化范圍,表明As,Co,Ni的含量及變化是判定黃鐵礦成因及區(qū)分礦床類型的重要指標,對于金礦床而言其判斷效果更為明顯。

圖1為不同成因金礦床中黃鐵礦的三角圖,可根據(jù)樣本投影點在圖中所處的區(qū)域判斷金礦床的成因。一般地下熱鹵水溶液型金礦中黃鐵礦含As最高,變異系數(shù)最小;火山-次火山熱液型金礦床黃鐵礦中含As最低,變異系數(shù)最大;巖漿-熱液及變質(zhì)熱液型金礦黃鐵礦中As含量介于二者之間,其變異系數(shù)較大。

陳光遠等(1994)在研究膠東金礦床時認為,黃鐵礦中As與Co+Ni的含量還可作為評價金礦床規(guī)模的標志。富As,貧Co,Ni是大礦的標志;反之為中、小型礦。

圖1 不同成因金礦中黃鐵礦的Co-Ni-As圖解(據(jù)宋學信)Fig.1 Plot showing Co-Ni-As content variation of pyrite in different genetic Au deposits

2.2.3 Au,Ag含量及Au/Ag比值

黃鐵礦中Au,Ag質(zhì)量分數(shù)及Au/Ag比值可以反映礦床成因,直接指示金礦床特征,在金礦找礦中尤為重要。

表5 不同類型金礦床黃鐵礦中Au,Ag的質(zhì)量分數(shù)及比值Table 5 Au,Ag content and Au/Ag ratio in pyrite of different genetic Au deposits

由表5可知,前震旦紀變質(zhì)巖中Au,Ag最為富集,Au/Ag也比較高;多年的找礦實踐證實,大型金礦床主要產(chǎn)于前震旦紀古老變質(zhì)基底中;前人所稱的混合巖化熱液型金礦床中黃鐵礦金含量的變化范圍較寬,Au/Ag值的范圍也較大;火山巖型、沉積變質(zhì)熱液交代型及各類伴生金礦床黃鐵礦中Au,Ag含量較低,Au/Ag≤0.5。碳酸鹽巖型金礦黃鐵礦中較富Ag,Au/Ag也較低(<0.5)。

2.2.4 黃鐵礦中Cu,Pb,Zn的標型特征

Cu,Pb,Zn為親銅元素,很難與 Fe進行類質(zhì)同象替代,多以細微包裹體形式存在,常見礦物為粒狀、極細小網(wǎng)脈狀黃銅礦、方鉛礦及閃鋅礦,這些礦物常呈網(wǎng)脈狀充填在破碎的黃鐵礦中,故Cu,Pb,Zn的高含量與黃鐵礦含金性之間有一種正相關的關系。

不同礦石類型和礦石礦物組合中黃鐵礦的Cu,Pb,Zn的含量也有差別,Cu/(Cu+Pb+Zn)值在黃鐵礦礦石中為0.27,在含銅黃鐵礦礦石中為0.95,在銅鋅黃鐵礦礦石中為0.48,在多金屬礦石中為0.37。黃鐵礦Cu/(Cu+Pb+Zn)值對區(qū)分黃鐵礦型銅礦和多金屬礦床具有重要意義。

2.2.5 黃鐵礦中Se,Te的標型及Se/Te比值

Se,Te的地球化學性質(zhì)與 S相似,許多硫化物礦床的礦化有Se,Te的參與,并對礦化有一定的影響[8]。

Se是黃鐵礦的標型元素之一。沉積成因黃鐵礦含Se低(w(Se)=0.5×10-6～2×10-6),巖漿成因黃鐵礦含Se一般較高(w(Se)=20×10-6～50×10-6)。T e的特征與Se相似,但當 T e含量較高時,可形成 T e的獨立礦物,如碲銀礦、碲金礦、碲鉍礦等。

不同礦石組合中Se,Te的含量及Se/Te比值可反映不同的礦化溫度,呈規(guī)律性變化:由黃鐵礦+黃銅礦+石英組合→黃鐵礦+硫砷銅礦+(砷)黝銅礦組合→黃鐵礦+閃鋅礦+方鉛礦+毒砂組合,黃鐵礦的Se含量分別由6.6×10-6→4.6×10-6→1.0×10-6變化,Te含量分別由43.4×10-6→33.4×10-6→4.0×10-6變化,呈逐漸降低的趨勢;而Se/Te值則由0.15→0.14→0.25,呈增高的趨勢(表6)。這是因為 Te與S的地球化學性質(zhì)差異比Se與S的差異要大,因而隨著礦化溫度的降低,Se比 Te更易替代 S進入黃鐵礦晶格,因而造成了礦化后期的黃鐵礦Se/Te值相應增大。

表6 不同礦石組合及礦床類型中黃鐵礦中Se,Te的質(zhì)量分數(shù)及Se/Te比值Table 6 Se,Te content and Se/Te ratio in pyrite of different ores and genetic deposits

3 結(jié)論

通過對黃鐵礦標型特征方面的研究,可得出如下結(jié)論:

(1)黃鐵礦中主要成分的含量分布與礦物的成 因有著一定相關關系。一般表生礦床多為虧硫型,而內(nèi)生礦床多為多硫型。

(2)與主要成分相比較,黃鐵礦中微量元素的含量更具有成因標型意義。其中Co,Ni,As,Se,Te,Au,Ag等的指示意義更大。

(3)一般沉積型黃鐵礦中w(Se)=0.5～5×10-6,S/Se值多為25×104～50×104;而熱液礦床黃鐵礦中w(Se)較高,為20×10-6～50×10-6,S/Se值多為1.0×104～2.67×104。在內(nèi)生成礦過程中,隨著溫度的降低,黃鐵礦中 Se和 Te的含量亦隨之降低,其Se/Te值則呈逐步增大趨勢。

(4)黃鐵礦中Au的含量對于金礦床的評價具有重要標型意義。獨立金礦床中黃鐵礦的w(Au)可高達nn×10-6,而伴生金礦床中黃鐵礦的w(Au)為n×10-6,w(Au)<0.1×10-6的黃鐵礦則成礦意義不大,最多作為副產(chǎn)品綜合利用。

(5)As在黃鐵礦中的特高值(最高可達5%)也可用來指示金礦床的存在(同時黃鐵礦中 Zn,Cu,Pb,Sb含量也較高)。與火山作用有關的礦床黃鐵礦中As和Se的含量都比較高。

[1] 陳曦,趙巖,趙旭,等.黃鐵礦標型特征在礦床中的應用[J].科技創(chuàng)新導報,2009(4):54.

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[3] 周衛(wèi)寧,蔡勁宏,張錦章.江西銀山礦區(qū)黃鐵礦的標型特征研究[J].礦產(chǎn)與地質(zhì),1996,10(5):289-299.

[4] 李紅兵,曾凡治.金礦中的黃鐵礦標型特征[J].地質(zhì)找礦論叢,2005,20(3):199-203.

[5] 卿敏,韓先菊.金礦床主要礦物標型特征研究綜述[J].黃金地質(zhì),2003,9(4):39-45.

[6] 靳是琴,李鴻超.成因礦物學概論[M].長春:吉林大學出版社,1984.

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[8] 周衛(wèi)寧,蔡勁宏.江西銀山礦區(qū)黃鐵礦的標型特征研究[J].礦產(chǎn)與地質(zhì),1996,10(5):289-299.