黄铁矿的成分标型特征及其在金属矿床中的指示意义

宫 丽 ,马 光

(河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000)

0 引言

黄铁矿属硫化物,在地壳中分布非常广泛,绝大多数原生金矿床和有色金属矿床均和黄铁矿关系密切[1-2],并且在不同的成矿环境中黄铁矿在成分含量及特征指数等方面均有差异;所以,黄铁矿最具有重要的研究价值。

1 黄铁矿的主成分标型

黄铁矿的理论组分为 Fe占 46.55%,S占53.45%[3],S/Fe≈2。但在不同的金属矿床中黄铁矿的Fe,S含量与理论组分会略有差异(表1)。一般将S/Fe比值<2者称为硫亏型[4],＞2者称为多硫型。黄铁矿的亏硫有利于金属元素的富集。

表1 不同成因类型矿床中黄铁矿的铁、硫含量特征Table 1 Iron and sulfur contents of pyrite in different genetic ore deposits

由表1看出:外生黄铁矿多硫而内生黄铁矿亏硫。对于内生矿床中黄铁矿亏硫由多至少的顺序为:黄铁矿型铜矿床、多金属硫化物矿床→斑岩型铜矿床→低温热液矿床→与超基性岩有关的铜镍矿床 →与火山作用有关的低温热液型高岭土矿床。

2 黄铁矿中微量元素的赋存及常见特征指数

2.1 微量元素赋存形式

黄铁矿中可出现的微量元素多达30多种,分属亲铁、亲石及亲硫元素。各种微量元素含量变化较大,且有很强的离散性(表2)。其赋存方式有2种:①置换 Fe,S等以类质同象形式存在;②以机械混入物的形式赋存。有部分微量元素(如Au,Ag,Cu,Pb,Zn)在黄铁矿晶格中占据Fe的位置[5]。

由表2可看出:黄铁矿中微量元素的种类和含量不仅与矿床种类及成因类型有关,而且与温压条件也有密切的关系。一般高温热液矿床中的黄铁矿富含亲铁、亲石元素,其中Bi,Cu,Zn,As的含量也较高;中温条件下黄铁矿主要富亲铜元素,如Cu,Au,Pb,Zn,Bi,Ag等;中-低温浅成条件下黄铁矿富含高活动性的亲铜元素,如 Hg,Sb,Ag,As等。可见,不同的温压条件可形成不同的微量元素组合,据此可判断矿床形成的地质条件。

表2 不同成因类型矿床中黄铁矿的微量元素标型特征Table 2 Typomorphic characteristics of trace elements in pyrite of different genetic ore deposits

2.2 微量元素的特征指数

黄铁矿中微量元素的种类、含量、元素组合、及元素比值在一定程度上反映了成矿物质来源和矿床形成时的物化条件。

2.2.1 Co,Ni含量及比值

钴、镍与铁化学性质相似,它们与铁呈类质同象进入黄铁矿晶格。不同成因类型矿床中黄铁矿的Co,Ni含量及Co/Ni比值不同,在探讨矿床成因类型及成矿作用时指示作用明显[6],其中Co/Ni值应用最广。

黄铁矿中Co,Ni的质量分数有一定的标型意义:沉积成因黄铁矿Co,Ni的质量分数较低;岩浆成因黄铁矿中Co,Ni的质量分数较高;而沉积改造(变质)、火山沉积-改造(变质)和热液成因的黄铁矿中Co,Ni的质量分数介于二者之间。

黄铁矿的 Co/Ni比值指示意义:岩浆成因的Co/Ni比值多 ＞5,沉积成因的 Co/Ni多 <1,而岩浆热液成因的黄铁矿Co/Ni=1～5,个别值可能更高;变质热液成因的黄铁矿Co/Ni比值更接近于沉积成因的黄铁矿,一般<1。

表3 不同成因类型矿床中黄铁矿的Co,Ni质量分数及Co/Ni比值Table 3 Co,Ni content and Co/Ni ratio of pyrite in different genetic ore deposits

2.2.2 As的质量分数及As—Co—Ni三角相图

As是导致黄铁矿空穴的主要晶格杂质,能以类质同象形式替代S存在黄铁矿晶格中[7]。对于不同成因类型的金矿床,黄铁矿中As的质量分数特征见表4。

岩浆热液及火山热液型金矿黄铁矿中As的质量分数较高(＞1 500×10-6),其中岩浆热液型金矿黄铁矿中As的质量分数范围更高;变质热液叠加火山热液改造的金矿黄铁矿中As的质量分数较低;而变质热液型及混合岩化热液型黄铁矿中As的质量分数最低。

表4 不同成因类型金矿床黄铁矿中As的质量分数Table 4 As content of pyrite in different genetic gold deposits

As替代黄铁矿中S的能力相对较弱,Co和Ni则更易于进入黄铁矿晶格中。通常As,Co,Ni在黄铁矿中的质量分数为:Co≤14%,Ni≤20%,As≤2.7%;由于类质同象的代替,增加了晶体结构的缺陷程度,有利于金属元素的富集成矿。

黄铁矿的As-Co-Ni三角相图(图1)能清楚地反映出不同成因类型的黄铁矿中As,Co,Ni含量及其变化范围,表明As,Co,Ni的含量及变化是判定黄铁矿成因及区分矿床类型的重要指标,对于金矿床而言其判断效果更为明显。

图1为不同成因金矿床中黄铁矿的三角图,可根据样本投影点在图中所处的区域判断金矿床的成因。一般地下热卤水溶液型金矿中黄铁矿含As最高,变异系数最小;火山-次火山热液型金矿床黄铁矿中含As最低,变异系数最大;岩浆-热液及变质热液型金矿黄铁矿中As含量介于二者之间,其变异系数较大。

陈光远等(1994)在研究胶东金矿床时认为,黄铁矿中As与Co+Ni的含量还可作为评价金矿床规模的标志。富As,贫Co,Ni是大矿的标志;反之为中、小型矿。

图1 不同成因金矿中黄铁矿的Co-Ni-As图解(据宋学信)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

黄铁矿中Au,Ag质量分数及Au/Ag比值可以反映矿床成因,直接指示金矿床特征,在金矿找矿中尤为重要。

表5 不同类型金矿床黄铁矿中Au,Ag的质量分数及比值Table 5 Au,Ag content and Au/Ag ratio in pyrite of different genetic Au deposits

由表5可知,前震旦纪变质岩中Au,Ag最为富集,Au/Ag也比较高;多年的找矿实践证实,大型金矿床主要产于前震旦纪古老变质基底中;前人所称的混合岩化热液型金矿床中黄铁矿金含量的变化范围较宽,Au/Ag值的范围也较大;火山岩型、沉积变质热液交代型及各类伴生金矿床黄铁矿中Au,Ag含量较低,Au/Ag≤0.5。碳酸盐岩型金矿黄铁矿中较富Ag,Au/Ag也较低(<0.5)。

2.2.4 黄铁矿中Cu,Pb,Zn的标型特征

Cu,Pb,Zn为亲铜元素,很难与 Fe进行类质同象替代,多以细微包裹体形式存在,常见矿物为粒状、极细小网脉状黄铜矿、方铅矿及闪锌矿,这些矿物常呈网脉状充填在破碎的黄铁矿中,故Cu,Pb,Zn的高含量与黄铁矿含金性之间有一种正相关的关系。

不同矿石类型和矿石矿物组合中黄铁矿的Cu,Pb,Zn的含量也有差别,Cu/(Cu+Pb+Zn)值在黄铁矿矿石中为0.27,在含铜黄铁矿矿石中为0.95,在铜锌黄铁矿矿石中为0.48,在多金属矿石中为0.37。黄铁矿Cu/(Cu+Pb+Zn)值对区分黄铁矿型铜矿和多金属矿床具有重要意义。

2.2.5 黄铁矿中Se,Te的标型及Se/Te比值

Se,Te的地球化学性质与 S相似,许多硫化物矿床的矿化有Se,Te的参与,并对矿化有一定的影响[8]。

Se是黄铁矿的标型元素之一。沉积成因黄铁矿含Se低(w(Se)=0.5×10-6～2×10-6),岩浆成因黄铁矿含Se一般较高(w(Se)=20×10-6～50×10-6)。T e的特征与Se相似,但当 T e含量较高时,可形成 T e的独立矿物,如碲银矿、碲金矿、碲铋矿等。

不同矿石组合中Se,Te的含量及Se/Te比值可反映不同的矿化温度,呈规律性变化:由黄铁矿+黄铜矿+石英组合→黄铁矿+硫砷铜矿+(砷)黝铜矿组合→黄铁矿+闪锌矿+方铅矿+毒砂组合,黄铁矿的Se含量分别由6.6×10-6→4.6×10-6→1.0×10-6变化,Te含量分别由43.4×10-6→33.4×10-6→4.0×10-6变化,呈逐渐降低的趋势;而Se/Te值则由0.15→0.14→0.25,呈增高的趋势(表6)。这是因为 Te与S的地球化学性质差异比Se与S的差异要大,因而随着矿化温度的降低,Se比 Te更易替代 S进入黄铁矿晶格,因而造成了矿化后期的黄铁矿Se/Te值相应增大。

表6 不同矿石组合及矿床类型中黄铁矿中Se,Te的质量分数及Se/Te比值Table 6 Se,Te content and Se/Te ratio in pyrite of different ores and genetic deposits

3 结论

通过对黄铁矿标型特征方面的研究,可得出如下结论:

(1)黄铁矿中主要成分的含量分布与矿物的成 因有着一定相关关系。一般表生矿床多为亏硫型,而内生矿床多为多硫型。

(2)与主要成分相比较,黄铁矿中微量元素的含量更具有成因标型意义。其中Co,Ni,As,Se,Te,Au,Ag等的指示意义更大。

(3)一般沉积型黄铁矿中w(Se)=0.5～5×10-6,S/Se值多为25×104～50×104;而热液矿床黄铁矿中w(Se)较高,为20×10-6～50×10-6,S/Se值多为1.0×104～2.67×104。在内生成矿过程中,随着温度的降低,黄铁矿中 Se和 Te的含量亦随之降低,其Se/Te值则呈逐步增大趋势。

(4)黄铁矿中Au的含量对于金矿床的评价具有重要标型意义。独立金矿床中黄铁矿的w(Au)可高达nn×10-6,而伴生金矿床中黄铁矿的w(Au)为n×10-6,w(Au)<0.1×10-6的黄铁矿则成矿意义不大,最多作为副产品综合利用。

(5)As在黄铁矿中的特高值(最高可达5%)也可用来指示金矿床的存在(同时黄铁矿中 Zn,Cu,Pb,Sb含量也较高)。与火山作用有关的矿床黄铁矿中As和Se的含量都比较高。

[1] 陈曦,赵岩,赵旭,等.黄铁矿标型特征在矿床中的应用[J].科技创新导报,2009(4):54.

[2] 赵玉山,金成洙.辽宁五龙金矿黄铁矿的标型特征及其与金矿化关系研究[J].矿产与地质,1994,8(1):25-28.

[3] 周卫宁,蔡劲宏,张锦章.江西银山矿区黄铁矿的标型特征研究[J].矿产与地质,1996,10(5):289-299.

[4] 李红兵,曾凡治.金矿中的黄铁矿标型特征[J].地质找矿论丛,2005,20(3):199-203.

[5] 卿敏,韩先菊.金矿床主要矿物标型特征研究综述[J].黄金地质,2003,9(4):39-45.

[6] 靳是琴,李鸿超.成因矿物学概论[M].长春:吉林大学出版社,1984.

[7] 孙国胜,初凤友,胡瑞忠,等.我国主要金矿类型中黄铁矿“电子-空穴心”特征及影响因素[J].矿物学报,2004,24(3):211-217.

[8] 周卫宁,蔡劲宏.江西银山矿区黄铁矿的标型特征研究[J].矿产与地质,1996,10(5):289-299.