張文媛，王翠芝，魏曉燦

(1.福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院，福州350108;2.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建上杭364200)

紫金山銅金礦黃鐵礦碎裂結(jié)構(gòu)特征及其地質(zhì)意義

張文媛1，王翠芝1，魏曉燦2

(1.福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院，福州350108;2.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建上杭364200)

紫金山銅金礦黃鐵礦的碎裂結(jié)構(gòu)具有三種賦存狀態(tài)，主要運(yùn)用電子探針(EPMA)對(duì)其進(jìn)行微區(qū)分析，進(jìn)而探討碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的特征及其地質(zhì)意義。通過(guò)研究得出以下主要結(jié)論:1)本礦碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的三種賦存狀態(tài):破碎程度一般，顆粒較大;破碎程度大，顆粒細(xì)小;碎裂結(jié)構(gòu)與粒狀結(jié)構(gòu)黃鐵礦共生。黃鐵礦的破碎程度越大，顆粒越細(xì)小，含金性越大，且黃鐵礦中金的賦存狀態(tài)為納米級(jí)顆粒金;2)碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦是虧鐵富硫型的，從淺部到深部，虧鐵程度與富硫程度逐漸減弱，黃鐵礦的Co-Ni圖解，說(shuō)明其是火山-熱液成因，其形成與早期隱爆作用有關(guān);3)碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的主要微量元素有Cu、Co、Ni、Pb、Zn、Au、Ag、As、Sb、Se、W、Sn等，從淺部到深部，碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的微量元素Sn含量明顯增加;元素W、Au、Zn、Ag、Pb都有逐漸降低的趨勢(shì);Ni含量也逐漸降低，但是靠近銅礦體，其含量有所增加;越接近銅礦體，Cu與S的含量增加，而Fe的含量降低，體現(xiàn)了紫金山銅金礦床的成礦流體是火山熱液(形成于燕山晚期，富含Cu、Au、Pb、Zn等成礦元素)與紫金山復(fù)式花崗巖巖體(形成于燕山早期，具有W、Sn、Mo、Bi等礦化特征)的疊加。

紫金山銅金礦;黃鐵礦;碎裂結(jié)構(gòu);電子探針;地質(zhì)意義

黃鐵礦作為一種成因礦物，其成因礦物學(xué)標(biāo)型對(duì)成礦有著很好的指示作用［1－2］。在同一礦床中，黃鐵礦的結(jié)構(gòu)是有多種類型的，粒狀結(jié)構(gòu)、脈狀結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)等，前人對(duì)黃鐵礦進(jìn)行過(guò)許多方面的研究，但是對(duì)于碎裂結(jié)構(gòu)的黃鐵礦特征卻鮮有文獻(xiàn)記載，且前人對(duì)碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的研究，主要通過(guò)其化學(xué)分析及其對(duì)金的吸附性實(shí)驗(yàn)，探討其與金的關(guān)系和裂隙金的富集機(jī)理［3－4］，但是對(duì)碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦，缺乏針對(duì)性的研究與原位的意義，而且對(duì)于碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦中金的賦存狀態(tài)也缺乏明確的說(shuō)明。

紫金山銅金礦床屬高硫化型淺成低溫?zé)嵋旱V床，區(qū)域地質(zhì)及成礦流體［5－7］、金屬礦石礦物［8－10］、脈石礦物明礬石［11－12］等方面已有大量報(bào)道，但對(duì)本礦中分布廣泛的脈石礦物--黃鐵礦還沒(méi)有系統(tǒng)研究，只有少數(shù)學(xué)者十幾年前進(jìn)行過(guò)黃鐵礦的部分礦物學(xué)研究工作［13－14］，但由于當(dāng)時(shí)的方法技術(shù)所限，研究?jī)?nèi)容比較局限。本文主要是通過(guò)對(duì)紫金山銅金礦碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦進(jìn)行電子探針的微區(qū)分析，探討碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的特征、金的賦存狀態(tài)及其地質(zhì)意義。

1 紫金山銅金礦的地質(zhì)特征概況

紫金山銅金礦位于閩西南坳陷西南端上杭白堊紀(jì)火山-沉積盆地東北緣，處于NE向宣和復(fù)背斜與云霄-上杭NW向深斷裂帶交匯部位。燕山早期酸性巖漿沿復(fù)背斜軸部侵入，形成紫金山復(fù)式花崗巖體;燕山晚期中性至中酸性火山-巖漿侵入活動(dòng)受北西向斷裂構(gòu)造與北東向構(gòu)造控制，成為紫金山銅多金屬成礦區(qū)的主要控礦因素。礦區(qū)巖石強(qiáng)烈蝕變，且分帶明顯，環(huán)繞火山通道的英安玢巖和北西向裂隙呈帶狀分布，水平方向上由中心向外，剖面上由上而下，依次為硅化帶、明礬石帶、迪開(kāi)石帶、石英-絹云母帶。銅礦體以英安玢巖、隱爆角礫巖密集帶為中心，劃分為4個(gè)礦化帶，依埋深自淺至深為Ⅱ號(hào)礦化帶、Ⅰ號(hào)礦化帶、0號(hào)礦化帶及Ⅺ號(hào)礦化帶［15］(圖1)。

2 樣品特征和測(cè)試

2.1 樣品采集與制備

銅礦石樣品采集方案:樣品分布在不同深淺部位的礦化帶中，分別采集不同構(gòu)造的礦石樣品，制作光塊和光薄片，通過(guò)礦相顯微鏡觀察，挑選各礦帶中代表性的具碎裂結(jié)構(gòu)的黃鐵礦(ZK411-19屬Ⅱ號(hào)礦帶;ZK706-08、ZK008-15在I號(hào)礦帶;DZK802-8在0號(hào)礦帶;ZK702-43屬Ⅺ號(hào)礦帶)。

2.2 黃鐵礦碎裂特征

本礦區(qū)中碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的特征有:1)團(tuán)塊狀黃鐵礦或黃鐵礦顆粒被破碎成幾部分，顆粒相對(duì)較大(圖2(a)-2(b)，2(d)，2(k)-2(m)，2(p)，2(r)-2 (s));2)黃鐵礦的碎裂程度較大，顆粒很細(xì)小(圖2 (e)-2(i)，2(n));3)與碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦共生的有半自形-自形粒狀結(jié)構(gòu)的黃鐵礦(圖2(c)，2(j)，2 (n)-2(o)，2(q));4)粒狀黃鐵礦顆粒內(nèi)部出現(xiàn)破碎現(xiàn)象(圖2(t))。

2.3 黃鐵礦的測(cè)試

樣品在中國(guó)冶金地質(zhì)總局山東局測(cè)試中心進(jìn)行測(cè)試，儀器型號(hào)為JAX-8230。點(diǎn)分析的測(cè)試條件為電壓20 kV，電流20 nA，束斑直徑5 μm或1 μm。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

圖1 紫金山銅金礦床3線礦化蝕變分帶示意圖Fig.1 Mineralization-alteration belts of No.3 line in Zijinshan Cu-Au deposit

3 碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦化學(xué)組成特征

紫金山銅金礦碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦，其主量元素Fe、S，根據(jù)文獻(xiàn)［16］中主量元素的計(jì)算方法(表2)，得出碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的δFe平均值為－1.733，δS平均值為0.958，屬虧鐵富硫型;且黃鐵礦中的Co元素含量較大，其均值為600×10-6，Ni的含量較低;As的含量也較低。

碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦，從淺部到深部，虧鐵程度與富硫程度逐漸減弱(Ⅱ號(hào)礦帶δFe為－1.630，δS為1.011;0號(hào)礦帶δFe為－1.377，δS為0.797;Ⅺ號(hào)礦帶δFe為－1.243，δS為0.695)，但是樣品越接近銅礦體，其虧鐵與富硫程度越大(I號(hào)礦帶δFe為－1.972，－2.444;δS為1.291，0.797)。

碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的主要微量元素有Cu、Co、Ni、Pb、Zn、Au、Ag、As、Sb、Se、W、Sn等，從淺部到深部，碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的微量元素Sn含量明顯增加;元素W、Au、Zn、Ag、Pb都有逐漸降低的趨勢(shì);

圖2 紫金山銅金礦碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的電子探針圖像Fig.2 EPMA images of fragmentation pyrite in Zijinshan Cu-Au Deposit

表1 黃鐵礦的電子探針(EPMA)點(diǎn)分析結(jié)果表(wB/%)Table1 EPMA spots analytical results of pyrites

續(xù)表1(continue to table 1)

續(xù)表1(continue to table 1)

表2 紫金山銅金礦各礦帶中碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦元素組成的特征值Table 2 The pyrites characteristic values of every ore belts in Zijinshan Cu-Au Deposit

Ni含量也逐漸降低，但是靠近銅礦體，其含量有所增加;越接近銅礦體，Cu與S的含量增加，而Fe的含量降低(圖3)。

圖3 不同礦帶中碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦化學(xué)成分特征Fig.3 Chemical composition characteristics of the fragmentation pyrites in different ore belts

4 討論

4.1 黃鐵礦賦存狀態(tài)與金的關(guān)系及金的賦存狀態(tài)

從碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的電子探針圖像中可以明顯看出黃鐵礦的碎裂程度及其顆粒的大小。根據(jù)碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的點(diǎn)分析，統(tǒng)計(jì)得表3。

從表3可以看出，高出Au檢出限的測(cè)點(diǎn)率高的樣品(如ZK706-08)，其黃鐵礦的破碎程度大，且碎裂黃鐵礦的顆粒很細(xì)小;反之，高出Au檢出限的測(cè)點(diǎn)率低的樣品(如ZK411-19)，其黃鐵礦的破碎程度小，且碎裂黃鐵礦的顆粒較大。

綜上所述，碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦含金，但是金的賦存狀態(tài)如何呢?Reich等［17］運(yùn)用高分辨率分析和多種光譜技術(shù)的研究，對(duì)美國(guó)幾個(gè)卡林型金礦床含砷黃鐵礦中金的賦存狀態(tài)進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明，Au與As呈楔形狀分布，確定了金在含砷黃鐵礦中的溶解度極限，即:

在logCAu-logCAs圖中，位于溶解度限制線上方區(qū)域，黃鐵礦中的金則出現(xiàn)為納米級(jí)自然金顆粒(Au0)，位于溶解度限制線下方的楔形區(qū)，金主要以不可見(jiàn)金固溶體(Au+)形式存在于黃鐵礦中。本研究區(qū)碎裂黃鐵礦中的Au、As含量在Au-As關(guān)系圖中(圖4)，落于金溶解度限制線上方區(qū)域，說(shuō)明本區(qū)碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦中的金的賦存狀態(tài)是以納米級(jí)自然金(Au0)的形式存在的。

紫金山銅金礦黃鐵礦的破碎程度越大，顆粒越小，其含金性越高，且是以納米級(jí)自然金的形式存在。這說(shuō)明紫金山銅金礦中的黃鐵礦，在其成礦的過(guò)程中，經(jīng)受了隱爆作用，在隱爆作用的早階段，由于受到巨大的壓力作用，使得其產(chǎn)生破碎，形成裂隙，從而為金的富集提供了有利的賦存空間。

表3 紫金山銅金礦碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦Au、As的統(tǒng)計(jì)表Table 3 Au、As statistics of the fragmentation pyrite in Zijinshan Cu-Au Deposit

圖4 紫金山銅金礦碎裂結(jié)構(gòu)礦黃鐵礦As-Au圖解底圖引文(Reich M，Kesler S，2005［17］)Fig.4 As-Au diagram of fragmentation pyrites in Zijinshan Cu-Au Deposit

圖5 紫金山金銅礦黃鐵礦Ni-Co圖解(底圖引自張運(yùn)強(qiáng)等［21］，2012)Fig.5 Ni-Co diagram of pyrites in Zijinshan Cu-Au Deposit

4.2 黃鐵礦化學(xué)成分與成礦的關(guān)系

本區(qū)碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦中的主量元素顯示其為虧鐵富硫型，且Co的含量較高，說(shuō)明黃鐵礦在早期隱爆時(shí)期，溫度較高，壓力較大，使得黃鐵礦中Co、Ni等類質(zhì)同象替換Fe的程度較大，而由于本礦的成礦流體是高硫化型的，因而黃鐵礦中的S很難被替換，從而形成虧鐵富硫型的黃鐵礦。

再者，本區(qū)碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的縱向特征，說(shuō)明黃鐵礦在早期隱爆作用的早階段，主要表現(xiàn)為以破碎為主，且此時(shí)成礦流體中的硫逸度較低，利于砷類質(zhì)同象替換S，因而使得Co、Ni類質(zhì)同象替換Fe的能力相對(duì)較弱;反之，在隱爆作用的晚階段，由于裂隙的增加，流體中的硫逸度增加，As替換S的能力減弱，因而Co、Ni替換Fe的能力相對(duì)增強(qiáng)。

越接近銅礦體，虧鐵富硫程度越大，本礦床的銅礦體中主要的銅礦物為銅硫化合物，因而越接近銅礦體，Cu類質(zhì)同象替換Fe的程度增加，黃鐵礦中的硫也相對(duì)增加。

礦物所含微量元素在一定程度上反映了其形成時(shí)的地質(zhì)環(huán)境，可作為礦床成因的指示劑。黃鐵礦中雜質(zhì)元素Co、Ni含量及相關(guān)比值來(lái)確定黃鐵礦成因已被證明是一種有效的方法［18－21］，將本礦碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的Co、Ni含量進(jìn)行投點(diǎn)(圖5)，可見(jiàn)，碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦都?xì)w于火山-熱液成因，這與其形成于隱爆時(shí)期的地質(zhì)條件是一致的。

最后，本礦碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的主要微量元素特征，Sn從淺部到深部，呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，體現(xiàn)紫金山銅金礦的成礦流體是燕山晚期的富含Cu、Au、Pb、Zn等成礦元素的火山熱液疊加在燕山早期具有W、Sn、Mo、Bi等礦化的紫金山復(fù)式花崗巖巖體上。

5 結(jié)論

1)本礦碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的賦存狀態(tài)有三種:破碎程度一般，顆粒較大;破碎程度大，顆粒細(xì)小;碎裂結(jié)構(gòu)與粒狀結(jié)構(gòu)黃鐵礦共生。

2)黃鐵礦的破碎程度越大，顆粒越細(xì)小，含金性越大，且黃鐵礦中金的賦存狀態(tài)為納米級(jí)顆粒金。

3)本礦碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦是虧鐵富硫型的，從淺部到深部，虧鐵程度與富硫程度逐漸減弱，黃鐵礦的Co-Ni圖解，說(shuō)明其是火山-熱液成因，其形成與早期隱爆作用有關(guān)。

4)碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的主要微量元素有Cu、Co、Ni、Pb、Zn、Au、Ag、As、Sb、Se、W、Sn等，從淺部到深部，碎裂結(jié)構(gòu)黃鐵礦的微量元素Sn含量明顯增加;元素W、Au、Zn、Ag、Pb都有逐漸降低的趨勢(shì);Ni含量也逐漸降低，但是靠近銅礦體，其含量有所增加;越接近銅礦體，Cu與S的含量增加，而Fe的含量降低;體現(xiàn)紫金山銅金礦的成礦流體是燕山晚期的富含Cu、Au、Pb、Zn等成礦元素的火山熱液疊加在燕山早期具有W、Sn、Mo、Bi等礦化的紫金山復(fù)式花崗巖巖體上。

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Characteristics of fragmentation pyrite and its geological implication in Zijinshan Cu-Au Deposit

ZHANG Wenyuan1，WANG Cuizhi1，WEI Xiaocan2
(1.Zijin Mining College of Fuzhou University，F(xiàn)uzhou 350108，China; 2.Zijin Mining Group Co.，Ltd.，Shanghang Fujian 364200，China)

Fragmentation structure of pyrites has three kinds of states in Zijinshan Cu-Au deposit，this paper investigated its characteristics and geological implication by the micro area analysis on EPMA.Though the study，we make the following conclusion:1)The three occurrence fragmentation structure pyrites in this deposit:General fragmentation，larger particles;large degree of fragmentation，tiny particles;fragmention pyrite co-occurrence with granular structure pyrite.The larger degree of fragmentation pyrite，the smaller particles，the greater contents of the gold，the occurrence of gold in pyrite is nanoscale particles gold.2)The fractured pyrite is iron-deficiency，sulfur-rich type.The degree of iron-deficiency sulfur-rich gradually weakened from shallow to deep part;The Co-Ni diagram of pyrite show that it is the volcano-hydrothermal origin and relevant to early cryptoexplosion.3)The main trace elements of fragmentation pyrite included Cu、Co、Ni、Pb、Zn、Au、Ag、As、Sb、Se、W、Sn and so on.From shallow to deep part，the content of Sn was increased;the content of W、Au、Zn、Ag and Pb gradually decreased.The content of Ni also decreased，but increased near the copper body.Approaching to copper body，the contents of Cu and S increased，while the content of Fe decreased.It presented that the ore-forming fluid is rich in ore elements such as Cu，Au，Pb，Zn，etc.The volcanic hydrothermal fluid with ore-forming elements superimposed on the early Yanshan Zijinshan composite granite pluton which is mineralized with W，Sn，Mo，Bi，etc.

Zijinshan Cu-Au deposit;pyrite;fragmentation structure;electron probe;geological implication

P578.2+92;TD15

Α

1671-4172(2015)01-0036-07

國(guó)家自然科學(xué)基金(41072067)

張文媛(1989－)，女，碩士，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，主要研究方向?yàn)榈V床地球化學(xué)。

王翠芝(1965－)，女，教授，博士，礦物學(xué)、礦床學(xué)、巖石學(xué)專業(yè)，研究方向?yàn)榈V床成礦規(guī)律及礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)利用。

10.3969/j.issn.1671-4172.2015.01.009