黄铁矿主微量元素及晶胞参数研究内容和意义

张 赫

（成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059）

黄铁矿是自然界中最为常见的金属硫化物，也是常见的载金矿物之一，具有重要的研究意义。黄铁矿的主微量元素、晶胞参数、形态特征和热电性等标型都可以反应出一定的地质意义，这些标型特征对于研究黄铁矿的成因，矿床的形成以及深部找矿等方面具有重要的参考价值。在这里，我们主要简述黄铁矿的主微量元素和晶胞参数的研究内容和意义。黄铁矿的主微量元素可以反应矿物在成矿过程中环境的变化，指示矿床的形成环境和成因。黄铁矿的晶胞参数随着其成分和矿床形成时的压力和温度的变化而变化，其大小可以反映黄铁矿在成矿时微量元素的混入量，判断黄铁矿的含金性。

1 黄铁矿主微量元素

通过电子探针分析可以得到黄铁矿主量元素的数据，黄铁矿主量元素包括S和Fe元素。黄铁矿理论值S元素含量w(S)=53.45%。Fe含量w(Fe)=46.55%，比值w(S) w /(Fe)=1.148，原子个数比S/Fe=2。大量天然黄铁矿化学分析结果表，黄铁矿原子个数比S/Fe往往大于或者小于2，一般将S/Fe＜2称为硫亏损，S/Fe＞2称为铁亏损[1]。黄铁矿中还含有许多微量元素，导致S和Fe元素的实际含量往往达不到理论值的含量。当w(S)＜53.45%时可称之为贫硫，w(Fe)＜46.55%时为贫铁。黄铁矿的化学式为FeS2，但由于S和Fe元素实际含量的变化，黄铁矿的原子个数往往并不等于2，导致黄铁矿化学式与理论化学式具有一定差别。黄铁矿实际S/Fe比值计算方法为 [w(S) w /(Fe)]*1.742（1.742为Fe和S相对原子质量比值）。w(S) w /(Fe)可以指示矿床形成过程中的硫逸度，当w(S) w /(Fe)＞1.148时，说明形成环境的硫逸度较高，反之则小。

前人通过大量数据统计将不同成因类型金矿床的黄铁矿主微量成分特征作出总结，得出S和Fe元素的整体特征。火山热液型、次火山热液型、岩浆热液型、卡林型矿床都具有亏铁亏硫的特点，并且卡林型属于重度亏铁亏硫（Fe含量为45.09%，S含量为51.25%）；变质热液型具有富铁亏硫的特点（Fe含量为46.82%，S含量为52.69%）。这几种矿床标准差由大到小的变化顺序依次为卡林型（S为2.99，Fe为1.70）、岩浆热液型（S为1.23，Fe为0.99）、变质热液型（S为0.74，Fe为0.86）、次火山热液型（S为0.67，Fe为0.50）和火山热液型（S为0.58，Fe为0.54），这也反映了上述类型矿床成矿物质和成矿环境的复杂性由大变小的规律[2]。应用δFe-δS图解来进行黄铁矿主量元素分析可以得到一定的标型特征，其中δFe和δS的意义是用来表示黄铁矿样品中的Fe和S元素偏移理论值的程度，既表示质量的偏离程度，也表示元素个数（原子个数比）的偏离程度。Fe=（Fe-46.55）/46.55*100；δS=（S-53.45）/53.42*100。根据样品点分布在四个象限的频率可以清楚看到样品的富铁、贫铁、富硫、亏硫的状态，从而判断样品黄铁矿是属于哪种类型的矿床。

通过LA-ICP-MS实验可以得到黄铁矿微量元素的数据，在数十种微量元素中得到广泛应用的是Co、Ni、As、Se、Te等元素。BRALIA[3]等通过对多种不同成因类型的黄铁矿的Co、Ni含量进行分析后发现：沉积成因的黄铁矿Co、Ni含量偏低，其比值w(Co)/w(Ni) ＜1，平均值为0.63；热液（脉状）成因的黄铁矿Co、Ni含量变化较大，其比值1.17＜w(Co)/w(Ni) ＜5；火山喷气块状硫化物矿床的黄铁矿主要特征为高Co低Ni，其比值5＜w(Co)/w(Ni) ＜50。w(S)/w(Se)和w(Se)/w(Te)的比值同样具有一定的指示意义。热液成因的黄铁矿中w(S)/w(Se) ＜1*105，沉积成因的黄铁矿中w(S)/w(Se) ＞2*105。岩浆成因的黄铁矿w(Se)/w(Te)在6～10之间，热液成因的黄铁矿w(Se)/w(Te)在0.2左右。

通过对黄铁矿主微量元素数据的分析可以推测元素在黄铁矿中的赋存方式。如果两种元素呈现负相关性，则它们是以类质同象的形式出现，例如S和As元素，Fe和Co、Ni元素。如果两种元素呈现正相关性，可能因为其组成的矿物以包裹体的形式出现。没有相关性的元素则对应着多种出现形式。一般进行黄铁矿主微量元素分析时，都会选取自形程度较好的，发育较大的黄铁矿颗粒，从中心向边缘依次选择点位进行测试。这是因为在一个黄铁矿颗粒中，从中心到边缘的主微量元素变化可以反应成矿时流体在不同阶段的成分变化，以及成矿流体的温度、PH值等变化信息。假如黄铁矿颗粒中心部分的元素含量低于颗粒边缘的，可能说明这个黄铁矿颗粒生长的有早到晚的时间还存在一些差异，随着黄铁矿颗粒的生长，成矿流体中的微量元素含量升高，或者在黄铁矿颗粒生长的后期阶段，成矿流体有着有利于元素进入到黄铁矿颗粒中的性质。

2 黄铁矿晶胞参数

黄铁矿的晶胞参数是黄铁矿的重要标性特征之一，晶胞参数的大小可以反映黄铁矿在成矿时微量元素的混入量，从而判断黄铁矿的含金性[4]，黄铁矿是等轴晶系，具有NaCl2形结构。纯净黄铁矿（S/Fe=2）晶胞参数的理论值a0=5.41759×10-10m，体积 Vol=159.3324×10-10m3。

黄铁矿化学成分的改变以及温度和压力的影响都是引起黄铁矿晶胞参数变化的因素，但主要原因是黄铁矿微量元素的混入和S/Fe值的变化[5]。一般认为Co、Ni、As等微量元素的混入会使黄铁矿的晶胞参数a0值增大，其原因是因为Fe-S、Co-S、Ni-S三个共价键的距离是依次增大的，分别为0.226nm、0.234nm和0.240nm。黄 铁 矿Co、Ni含 量 与a0值 关 系 式 ：a0=0.541759+0.000124X+0.000271Y，式中，X代表CoS2的分子百分数，Y代表NiS2的分子百分数。而黄铁矿中其它杂质元素的含量通常很低，一般是在万分之几以下，这些杂质元素对黄铁矿晶胞参数的影响很小，通常可以忽略不计。As、Se、Te等元素置换黄铁矿中的S元素也会引起晶胞参数a0值的增大，若有1%的As置换S，则至少可以使黄铁矿的a0值增大0.00024nm。在成矿环境硫逸度相对较低的时候，黄铁矿S/Fe＜2，a0值减小，这是因为黄铁矿中出现了S的空位，引起了Fe-S共价键增加，以及Fe-S的键长减小，从而导致了a0值的减小。

大量实验证明，黄铁矿的晶胞参数与含金性具有密切的关系，通常认为：①含金黄铁矿具有比较多的Co、Ni、As等杂质元素；②基本不含金的黄铁矿含Co、Ni量甚少、不含As且S/Fe=2，a0值接近纯净黄铁矿理论的a0值；③黄铁矿的晶胞参数值a0越大，含金性越好；黄铁矿晶胞参数值a0越小，含金性越差。

3 结论

黄铁矿的主微量元素可以用来判断矿床的成因类型，主量元素S和Fe的比值可以用来反应黄铁矿形成的宏观环境。黄铁矿颗粒从中心到边缘的元素变化可以反应成矿流体的成分、环境变化，为研究黄铁矿的成因和矿床形成环境提供重要依据。黄铁矿的晶胞参数可以反应黄铁矿成矿时微量元素混入量，判断黄铁矿的含金性。