黄铁矿的标型特征及其对金矿床成因与找矿勘查的启示

宁钧陶， 郭喜运， 符巩固， 黄宝亮， 高卓龙， 康 博

(1.湖南省地质矿产勘查开发局402队，湖南长沙 410004;2.中国地质大学资源学院，湖北武汉 430074;3.湖南省地质矿产勘查开发局，湖南长沙 410000)

众所周知，黄铁矿是自然界中最为常见的金属矿物，也是与金成矿关系最为密切的矿物之一，不同类型金矿床中主要共生的金属矿物以黄铁矿最为普遍，黄铁矿作为标型矿物是寻找金矿床的重要标志之一(彭人勇等，2000)。1990年代以来，运用黄铁矿的矿物标型特征在探讨矿床成因、指导找矿评价(Bajwah et al.，1987;Clark et al.，2004;Pal et al.，2009)，特别是在金矿找矿评价和矿体深部预测方面已取得大量的成果。笔者在前人已取得成果资料的基础上，结合工作实践，针对国内外主要原生金矿床中黄铁矿的某些标型特征作一些归纳和总结，并对其在金矿地质找矿中的应用作些探讨。

1 黄铁矿的晶体形态标型特征及其在金矿找矿中的地质意义

一般说来，与金矿化有关的黄铁矿多半为立方体{100}，次为五角十二面体{210}，再次为八面体{111}，而不同金矿床及其不同部位又略有不同，例如湖南平江黄金洞杨山庄金矿中，黄铁矿以发育{210}自形晶为总体特征，并具有其他单形({100}、{111})与{210}构成的复杂聚形①苑保钦，马详亮.1987.湖南平江县杨山庄金矿床矿石物质成分及金德赋存状态初步研究［R］.中国人民武装警察部队黄金指挥部黄金地质研究所(内部资料).;而山东焦家金矿中，黄铁矿的晶体种类较多，单形晶以{100}、{210}、{111}为主(图 1)，聚形晶有{100}+{111}、{100}+{110}、{100}+{210}+{211}+{111}、{210}+{100}、{210}+{100}+{111}、{111}+{100}、{111}+{100}+{210}，且不同中段的黄铁矿晶体形态又不同。

研究表明，在大多数金矿床中，黄铁矿的晶体形态既存在着时间上的演化规律，也存在着空间上的分布规律。随着成矿作用过程的时间推移，黄铁矿晶形一般出现由简单→复杂→简单的变化规律，例如在河南小秦岭金矿含金石英脉中的黄铁矿可划分为4个世代(栾世伟等，1991)，其分别形成于4个矿化阶段，除第一和第四世代的黄铁矿多呈全自形立方体晶形外，第二和第三世代黄铁矿的晶形较复杂，主要为立方体，其次尚有八面体、五角十二面体、菱形十二面体以及它们的聚形，通常在强矿化带中，{210}+{111}的黄铁矿较多，矿化变弱后则以{100}的黄铁矿为主;而在山东焦家金矿中，黄铁矿的形成可划分为5个世代，也分别形成于5个成矿阶段，其中第一和第五世代的黄铁矿多以粗粒自形的立方体为主，含金性较差，而第二、三、四世代的黄铁矿则多以细粒—中粗粒半自形的立方体、五角十二面体、八面体为主，含金性较好(表1)。

图1 山东焦家金矿标准的黄铁矿晶型Fig.1 Standard pyrite crystal in Jiaojia gold deposite，shandon

表1 焦家金矿各世代黄铁矿特征表(赵洁心等，2007)Table 1 Pyrite feature of each generation in the Jiaojia gold deposite

在空间分布上，据前人研究，不同类型的金矿或不同矿体中的黄铁矿晶形的空间分布规律也是不尽相同的。在垂直分带上，通常从矿体上部→中部→下部，黄铁矿晶形存在着{100}由多→少→多，{210}和{111}及其聚形由少→多→少的变化规律(徐国风，1987);在水平分带上，从矿体到近矿蚀变围岩至较远处的无矿化蚀变围岩，黄铁矿依次发育五角十二面体-菱形十二面体到立方体－菱形十二面体直到立方体晶形(邵洁琏，1988)。

利用黄铁矿的晶形在金矿床中的变化规律，可以帮助分析判断矿体的深度，进而可以对深部金矿化及金矿床的远景进行评价。赵利青等(1997)对胶东地区望儿山断裂带数个金矿床－45～－86 m标高的黄铁矿晶形特征进行了研究，发现河东金矿7号矿体在－80 m中段出现较多的{210}及聚形晶黄铁矿，从上至下{100}减少、{210}增加，指示－86 m中段仅处于矿体的中上部，该矿体向下有较好的延深，而实际该矿体已延伸到－300 m;界河金矿1号矿体从－56～－86 m中段，{100}出现率由48.1% 降到 42.5%，{111}出现率由 7% 增至17.6%，与矿体仍处于中浅部一致，实际延伸达－450 m;上庄金矿2号矿体在－47～－80 m的黄铁矿晶形特征以{100}、{111}各占20%，并且在垂向上变化不明显为特征，其他聚形晶也较多见，指示该标高矿体处于主矿体上部，矿体规模大，深部远景巨大，2004年以来，通过钻探控制成功发现了该矿体向深部已延伸至－700 m。

此外，黄铁矿颗粒大小、单形特点与含金性密切相关。通常黄铁矿粒度越小、越破碎，含金性就越高。毛景文等(1997)通过对湖南万古金矿区蚀变破碎板岩型金矿石中不同晶形、不同粒度的早期黄铁矿微量元素的研究表明:微晶他形黄铁矿的含金量(103.63 ×10－6～144.46 ×10－6)较细粒—中粒自形黄铁矿的含金量(7.86×10－6～11.62×10－6)高出6～8倍，且黄铁矿愈破碎含金性愈好。不同晶形的黄铁矿含金量又以五角十二面体或结晶不完整的为最高(表2)。因此，在实际金矿找矿工作中，如在深部探矿工程中发现黄铁矿的粒度变小、破碎程度变大时，将预示着有富金矿段的存在，应及时调整下部找矿方向。

2 黄铁矿的化学成分标型特征及其在金矿找矿中的地质意义

金矿床中黄铁矿的显著特点是化学成分复杂，除主要成分Fe、S外，还含有微量元素 Au，Ag，Cu，Pb，Zn，Hg，Sb，Tl，Cd，Ba，Co，Ni，Bi，Se，Te，As 等，特别是 Au，Ag，Co，Ni，Se，Te，As 的标型意义更大。而金是指示金矿最直接的标型元素，非金矿床黄铁矿的金含量往往低于1×10－6，而金矿床黄铁矿的金含量常达6×10－6(梅建明，2003)。

2.1 黄铁矿中微量元素的成因标型意义

(1)金矿床中黄铁矿的Au/Ag比值可反映矿床成因方面的信息。栾世伟(1987)认为，不同类型金矿床的黄铁矿中Au，Ag含量及Au/Ag比值各不相同(表3):中-低温热液型金矿床的黄铁矿中含金较高，Au/Ag比值多在0.5以上;火山岩型、构造破碎蚀变岩型、沉积-变质热液交代型金矿床以及各类型的伴生金矿床的黄铁矿中Au/Ag比值多小于0.5。

表2 湖南部分金矿床中黄铁矿粒度、晶形与含金量的关系(据罗献林，1984)Table 2 The Relationship of pyrite particle size，crystal and gold content in part of the gold deposits of Hunan

(2)不同类型金矿床黄铁矿中Co、Ni含量及Co/Ni比值也各有差异(表3)，根据黄铁矿中Co/Ni比值可判断成矿物质来源的信息。罗献林(1986)认为，壳源型金矿黄铁矿中的Co、Ni总量要高于混合型金矿。黄铁矿含Au量高，Co、Ni总量也高，而Co/Ni比值减小，Co/Ni比值常与 Au/Ag比值呈反相关关系。Carstens(1941)认为热液成因的黄铁矿中 Co含量 ＞400×10－6且 Co/Ni＞1，而沉积成因的黄铁矿Co含量＜100×10－6且Co/Ni＜1。Price(1972)认为，与火山作用有关的大型硫化物矿床Co/Ni比值在5～50之间(平均8.7)，Co含量通常 ＞500 ×10－6而 Ni含量通常 ＜100 ×10－6。

(3)不同类型金矿床黄铁矿中Se，Te含量也不同，特别是在一些与火山作用有关的热液金矿床、与中低温热液有关的含金石英脉型金矿床，以及熔离型铜镍矿床、矽卡岩铁铜矿床中的伴生金矿等，其中黄铁矿的Se，Te含量较高，而沉积成因的伴生金矿床中黄铁矿的Se、Te含量较低。火山沉积变质伴生金矿床中的黄铁矿中的S/Se比值为(2.5 ～5.0)×105，中低温热液金矿床中黄铁矿中S/Se比值为(1.07 ～2.67)×104，而从岩浆熔离型铜镍矿床到中温热液多金属矿床中的黄铁矿，其中Se/Te比值从6 ～10∶1至1∶5。

2.2 黄铁矿中微量元素的其他标型意义

利用黄铁矿中微量元素的变化还可以确立金矿体的分带并指导找矿，一般 Ba，Tl，Hg，Ag，Sb 和As出现在矿体上部或顶部外缘原生晕的黄铁矿中;富 Au，Cu，Pb，Zn，Ag 和 Bi的黄铁矿常产于矿体中部;而矿体根部和原生晕中的黄铁矿则Ti，Cr，Ni，Co，As等元素含量趋于增高。富矿体部位黄铁矿的微量元素含量一般也最高(佟景贵等，2004)。

黄铁矿中的金丰度可揭示金矿化的远景。若黄铁矿中含金n×10－6，则可望找到独立工业意义的金矿床;当黄铁矿中含金n×10－6时则指示可能找到具有综合利用意义的伴生金矿床;而当黄铁矿中含金小于0.1×10－6时则矿化点远景不佳。

黄铁矿中的微量元素特征还可以帮助评价金矿床的规模。一般来说，工业意义巨大的金银矿床中黄铁矿比工业意义较小的金银矿床中黄铁矿具有较高的 Co，Sn，Pb，Au，Sb，Bi，Te 丰度和比值较小的 Ag/Au，Ag/Pb，Cu/Zn，Se/Te，(As+Sb+Bi)/(Se+Te)以及比值较大的S/Se，Pb/Ni特点。

其次，不同世代黄铁矿中 Co，Ni，Se，Te含量各不相同。其中Co，Ni含量常与Au，Ag含量呈反消长关系。而Se，Te则与Au，Ag含量呈正消长关系。当发现探采工程中的黄铁矿中的Co，Ni含量减少，而 Se，Te 含量增大，As，Hg，Cu，Pb，Zn，Cu，Sb，Bi含量也较高，且Cu＞Pb＞Zn时，可以说明深部将可能有富金矿化地段出现。

3 黄铁矿的热电性在金矿找矿中的地质意义

矿物的热电性，是指半导体类矿物加热带电的性质，热电系数α是指单位温度差的热电动势，其取决于主元素含量之比、杂质元素进入晶格的情况、矿物组合以及产出深度等因素。当黄铁矿中主元素含量比为亏S(即Fe过剩)时显示电子导型(即N型)热电动势，主元素含量比为亏Fe(即S过剩)时显示空穴导型(即P型)热电动势。对热液矿床来说，挥发性组份(包括S和As)多聚集在矿体顶部，故一般在矿体顶部和上部黄铁矿中S有盈余，在矿体下部和根部黄铁矿中中S有亏损。这就决定了热液金矿床中金矿体的上部之晚期较低温黄铁矿热电动势为P型，到矿体中部之中期中温黄铁矿则为N型和P型的混合型，到矿体根部之早起高温黄铁矿的热电动势则显示N型。

大量研究表明，在矿体的轴向上，P型黄铁矿的热电系数值，随取样位置的升高而增大，N型黄铁矿的热电系数值，随取样位置的升高而绝对值减小(杨国杰等，1992)。根据这一变化规律，可以用来判断矿体的剥蚀深度:当一定标高矿体中的热电系数为正值且高时，表明矿体剥蚀较浅，深部有很好的找矿远景，如果黄铁矿的热电系数为负值且绝对值高时，则表明矿体已遭受深部剥蚀，矿体向下延伸不会太远。如果两种导电性的黄铁矿同时出现时，说明侵蚀截面已经到了矿体的中部。根据P型黄铁矿或者N型黄铁矿的热电系数值在矿体不同高度的变化值，可以求得它们的变化梯度。如果P型黄铁矿在不同高度的热电系数值变化不大，说明该矿体的垂向变化梯度不大，这个矿体本身的规模比较大，深部远景比较好，矿化延伸深度可能比较大。如果P型黄铁矿在不同高度的热电系数变化较大，说明这个矿体的规模本身就比较小，深部远景不好，矿化延伸深度比较小。这对于找矿评价和指导勘探工程的布置具有实际意义。

笔者通过对山东焦家金矿和望儿山金矿床不同标高的黄铁矿热电系数的垂向变化的，发现这两个金矿床中黄铁矿的热电性在垂向空间分布上具有成带性(图2，表4)，即矿体浅部以P型空穴型黄铁矿为主，N型电子黄铁矿所占比例不大;到矿体中部，较浅部相比较P型黄铁矿的含量减少，N型黄铁矿所占的比例增大;至矿体深部黄铁矿以为N型黄铁矿为主或全部变为N型，P型黄铁矿所占极小的比例或消失。由浅至深P型和N型黄铁矿热电系数的平均值都有逐渐减小的趋势，P型黄铁矿热电系数从高正值逐渐减小，N型黄铁矿的热电系数的绝对值逐渐增大。该结果和前人的研究成果相符，研究表明这两个金矿床的取样中段分别位于矿体的中上部到中下部的这段垂向空间，预示着矿床深部成矿还有一定的远景。

图2 山东焦家、望儿山金矿床黄铁矿热电性垂向数据统计直方图(郭喜运，2010)Fig.2 The vertical data histogram of pyrite thermoelectric in Jiaojia，wangershan gold deposit，shandon

表4 山东焦家、望儿山金矿床黄铁矿热电系数垂向总体特征统计表(郭喜运，2010)Table 4 The vertica overall characteristics of pyrite pyroelectric coefficient in Jiaojia、wangershan gold deposit，shandong

总体来说，黄铁矿的标型特征在国内外金矿找矿研究领域发展已比较成熟，除上述的几个方面外，利用其颜色、反射率、硬度、比重、矿物组合等标型特征在指导金矿找矿和评价工作中也都取得了一定的成果。今后的实际工作中，应加强金矿床的金矿矿物学填图工作，掌握重要矿石矿物和矿化指示矿物空间、时间分布规律，这有助于提高找矿评价和成矿预测的效率，特别是对埋藏相当深的盲矿体的评价具有重大的意义。

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