矿区黄铁矿成分标型特征研究

魏丽琼，黄 丽，蔡恩琪

(1. 青海省地质调查局，青海 西宁 810007； 2. 青海省青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室 青海省地质调查院，青海 西宁 810012)

0 前 言

黄铁矿作为地壳中分布最广泛的硫化物，其常见于各类矿藏地质之中，是载金矿物中占比最高的金矿床，约占总数98%，作为一种最为重要和普遍的载金矿物，存在自身演变规律性，且在不同环境影响下，其化学成分、晶胞参数、形态及热电性等均会发生不同程度的变化，而通过对这些标型特征的分析，可有效提取矿物及矿床成因、找矿评价等参数信息，进而为矿化远景预测及找矿实践提供有效支撑，基于此，黄铁矿标型特征分析已经成为矿物学研究领域中的重点，并取得了一定成果， 经实践验证其是一种行之有效的方法[1-3]。而黄铁矿成分标型是矿物最根本的特征体现，其融合了多元化的矿床成因及找矿信息，可为矿床成因分析、深部找矿实践提供最大化的矿物学数据参数，在国内外研究中占据了重要的位置，但以往研究中多为定性描述性分析，定量分析较少[4-5]。针对此，本文将融合前人研究成果，采用蛛网图来分析主微量元素的平均含量，并对其进行标准化处理获取的标准化值和元素演变趋势，获取的标型特征能更好的区别各类金矿床类型，同时采用δFe-δS 投图方法及Co-Ni-As质量比三角图来提取主、微量元素标型特征，得出不同类型金矿床的标型差异，实现准确分型，为未来各成因类型金矿床识别及找矿实践提供有效参考。

1 矿区黄铁矿主微量元素蛛网图特征

1.1 数据来源及分析方法

黄铁矿的化学式为FeS2，理论化学成分为Fe 46.55%，S 53.45%，但在环境作用下的成矿过程中，与Fe、S的地球化学性质相似的 As、Se、Te、 Co、N 等元素也可能存在于其中，并发生类质同象替代，为此，深化研究黄铁矿化学成分特征可反应出成矿溶液性质、成矿地质条件等。为了获取更好的分析结果，本文选用全国范围内较为典型的各成因类型及亚成因类型的金矿床，诸如胶东玲珑岩浆热液型及石英脉型、浙江银坑山火山热液型、湘西沃西变质热液型、四川东北寨卡林型、胶东焦家蚀变岩型，这些类型金矿床的标型数据均具有显著代表性。采用电子探针测试方法获取主成矿期黄铁矿成分标型特征，标准化处理是所获得的成分质量分数与标准数据之比，该“标准数据”以胶东金矿成矿期黄铁矿成分标型数据平均值为准，处理后的结果如表1所示。

1.2 主微量元素蛛网图特征

表1 各成因类型金矿黄铁矿主微量元素质量分数标准化值

各典型成因类型的黄铁矿成分标型分析中，以主微量元素两类来绘制蛛网图，其中As在金矿床中所占比值较高，归类到Fe、S主元素一类，而Co、Ni等归类到微量元素一类，未经过标准化处理的蛛网图如图1所示。

1 火山热液型；2 岩浆热液型及石英脉型；3 变质热液型；4 卡林型；5 蚀变岩型

图1未经标准化处理的元素蛛网图

从图1可知，浙江银坑山火山热液型金矿床中黄铁矿具有富铁、富硫的特点，富含Ag 749.69×10-6、Bi 1 698×10-6、Zn 2 901×10-6等元素，四川东北寨变质热液型金矿床黄铁矿富含Ni 298×10-6元素，胶东焦家蚀变岩型金矿床的黄铁矿富含Co 481×10-6、Au 525.6×10-6、Cu 3 249×10-6、Pb 5 619×10-6，这些元素含量均较其他金矿床有明显优势，由此，元素蛛网图只是表示出各类金矿床黄铁矿主微量元素的平均含量，但并未反映出元素演变趋势的差异性，不能有效区分各类成因金矿床的本质特征。针对此，本文主微量元素蛛网图进行标准化处理，获得图2，从其中可知，标准化值及元素整体变化趋势明显，能够反映出各成因类型及亚类型(石英脉型和蚀变岩型)金矿床的显著性差异，为各类型金矿床的有效区分提供了有效支撑，其中，火山热液型与岩浆热液型金矿床、变质热液型与卡林型金矿床整体演变趋势趋同，只存在个别元素的差异，如火山热液型Ag 2.49、Pb 3.65和Zn 1.80，这几类元素含量高可能与其喷发接近地表，成矿环境温较低存在关联性，而变质热液型As 3.25，卡林型As 9.31，这与卡林型金矿床的成矿温度低有关，因为As是低温元素，温度越低越趋向于在黄铁矿中富集。

1 火山热液型；2 岩浆热液型及石英脉型；3 变质热液型；4 卡林型；5 蚀变岩型

图2经过标准化处理的元素蛛网图

2 黄铁矿主元素成分标型特征分析

黄铁矿的理论化学成分Fe为46.55% ，S为53.45%，标准的S /Fe≈2，不同成因类型的金矿床中黄铁矿的Fe、S含量与标准略有差异，δFe或δS参数意义是用来表示黄铁矿研究样本中元素Fe、S与理论组分的偏移程度，公式如下。

(1)

(2)

Fe、S的偏移度计算见公式(1)、公式(2)。

通过对黄铁矿主元素的δFe或δS特征分析，结果如图3所示，火山热液型的δFe或δS各点均分布较为集中，除2个点外其余点均在第三象限内，在5%取值范围内，呈现亏铁亏硫状态；岩浆热液型及石英脉型的δFe或δS变化范围较大，部分在5%取值范围之外，主要分布在第二、第三象限；而变质热液型δFe或δS分布也较为集中，在5%取值范围内，特殊之处是在二四角分线方向上存在大量样品点，趋近于角平分线，在各类型矿床平均图上表现更为显著；卡林型的δFe或δS分布较为分散，最大可达到20%以上，多数分布在第三象限，呈现较高的亏铁亏硫特点；蚀变岩型金矿δFe或δS分布较为分散，多数已经超出了5%取值范围，亏硫亏铁状态，δFe或δS绝对值较大，是因为该亚类型金矿床的成矿环境为微裂隙发育地段，Fe、S元素尚未重组成理想的晶体就已经结晶出来，杂质含量多。

图3 各成因金矿床中黄铁矿δFe-δS主元素特征

根据各成因金矿床中黄铁矿Fe或δS特征分析，可知偏离Fe、S理论组分程度从小至大依次为：变质热液型、火山热液型、岩浆热液型石英脉型、蚀变岩型，主元素演变趋势差异明显，可作为各类成因金矿床的区别标志之一。

3 黄铁矿微量元素成分标型特征分析

黄铁矿微量元素与各类金矿床的成因存在密切关联性，其中，Co、Ni与Fe化学行为相似，可以类质同象形式替代Fe,因为成矿地质条件不同，各类成因金矿床中黄铁矿的Co、Ni含量存在差异[6]，而As含量是富金的判别标志，在黄铁矿中可类质同象替换S，增大黄铁矿晶胞参数，为此，本文以Co-Ni-As质量三角图分析主微量元素成分标型特征，其表征为Co、Ni在黄铁矿(FeS2的金属—硫键距为2.26×10-10m)中可类质同象Fe元素形成CoS2和NiS2(CoS2及NiS2的金属—硫键距分别为2.34×10-10,2.40×10-10m)，进而增大黄铁矿的晶胞参数，得出的微量元素成分标型特征如图4所示。

图4 各成因金矿床中黄铁矿Co-Ni-As微量元素特征

由图4可知：火山热液型样品主要分布在A区域内，岩浆热液型及石英脉型对集中于Ni<25%区域内，其主要位于A或B区，分布较为集中，存在统计意义，变质热液型则集中分布在Ci<25%的区域内，也即C区，卡林型都分布在富砷贫钴镍的区域内，而蚀变岩型分布较为分散，不存在统计规律，这些微量元素的分布特征及变化规律与成矿环境及元素的地球化学性质相关，可准确的预测各类成因金矿床的差异性特征，对于矿化远景预测及找矿探勘实践具有重要的指导意义。

4 结 语

黄铁矿作为最为主要的载金矿物，对于其主微量元素成分标型特征的分析具有理论与实践价值，在融合以往研究内容的基础上，综合利用标准化处理元素蛛网图、δFe-δS特征、Co-Ni-As等方法，对全国范围内典型的火山热液型、岩浆热液型、石英脉型、变质热液型、卡林型、蚀变岩型等各成因类型和亚类型金矿床的化学成分标型特征进行研究，准确提取了不同成因类型金矿床的区别性特质，可为成因判别和找矿预测提供有效支撑。

参考文献：

[1] 郑禄林,杨瑞东,陈军,等. 黔西南普安泥堡大型金矿床黄铁矿与毒砂标型特征及金的赋存状态[J]. 地质论评,2017,63(5):1361-1377.

[2] 王晓青,杨兴科,芮会超. 内蒙古岱王山金矿黄铁矿形态标型及其变化规律与找矿意义[J]. 黄金科学技术,2017,25(5):39-46.

[3] 申俊峰,李胜荣,马广钢,等. 玲珑金矿黄铁矿标型特征及其大纵深变化规律与找矿意义[J]. 地学前缘,2013,20(3):55-75.

[4] 严育通,李胜荣,贾宝剑,等. 中国不同成因类型金矿床的黄铁矿成分标型特征及统计分析[J]. 地学前缘,2012,19(4):214-226.

[5] 柯昌辉,吕新彪,王玉奇,等. 河南省罗山县金城金矿黄铁矿标型特征及其意义[J]. 岩石矿物学杂志,2012,31(2):225-234.

[6] 周学武,李胜荣,鲁力,等. 浙江弄坑金银矿区黄铁矿成分标型研究[J]. 矿物岩石地球化学通报,2005(4):317-326.