黃鐵礦主微量元素及晶胞參數(shù)研究內(nèi)容和意義

張 赫

（成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059）

黃鐵礦是自然界中最為常見的金屬硫化物，也是常見的載金礦物之一，具有重要的研究意義。黃鐵礦的主微量元素、晶胞參數(shù)、形態(tài)特征和熱電性等標(biāo)型都可以反應(yīng)出一定的地質(zhì)意義，這些標(biāo)型特征對(duì)于研究黃鐵礦的成因，礦床的形成以及深部找礦等方面具有重要的參考價(jià)值。在這里，我們主要簡述黃鐵礦的主微量元素和晶胞參數(shù)的研究內(nèi)容和意義。黃鐵礦的主微量元素可以反應(yīng)礦物在成礦過程中環(huán)境的變化，指示礦床的形成環(huán)境和成因。黃鐵礦的晶胞參數(shù)隨著其成分和礦床形成時(shí)的壓力和溫度的變化而變化，其大小可以反映黃鐵礦在成礦時(shí)微量元素的混入量，判斷黃鐵礦的含金性。

1 黃鐵礦主微量元素

通過電子探針分析可以得到黃鐵礦主量元素的數(shù)據(jù)，黃鐵礦主量元素包括S和Fe元素。黃鐵礦理論值S元素含量w(S)=53.45%。Fe含量w(Fe)=46.55%，比值w(S) w /(Fe)=1.148，原子個(gè)數(shù)比S/Fe=2。大量天然黃鐵礦化學(xué)分析結(jié)果表，黃鐵礦原子個(gè)數(shù)比S/Fe往往大于或者小于2，一般將S/Fe＜2稱為硫虧損，S/Fe＞2稱為鐵虧損[1]。黃鐵礦中還含有許多微量元素，導(dǎo)致S和Fe元素的實(shí)際含量往往達(dá)不到理論值的含量。當(dāng)w(S)＜53.45%時(shí)可稱之為貧硫，w(Fe)＜46.55%時(shí)為貧鐵。黃鐵礦的化學(xué)式為FeS2，但由于S和Fe元素實(shí)際含量的變化，黃鐵礦的原子個(gè)數(shù)往往并不等于2，導(dǎo)致黃鐵礦化學(xué)式與理論化學(xué)式具有一定差別。黃鐵礦實(shí)際S/Fe比值計(jì)算方法為 [w(S) w /(Fe)]*1.742（1.742為Fe和S相對(duì)原子質(zhì)量比值）。w(S) w /(Fe)可以指示礦床形成過程中的硫逸度，當(dāng)w(S) w /(Fe)＞1.148時(shí)，說明形成環(huán)境的硫逸度較高，反之則小。

前人通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)將不同成因類型金礦床的黃鐵礦主微量成分特征作出總結(jié)，得出S和Fe元素的整體特征?；鹕綗嵋盒汀⒋位鹕綗嵋盒?、巖漿熱液型、卡林型礦床都具有虧鐵虧硫的特點(diǎn)，并且卡林型屬于重度虧鐵虧硫（Fe含量為45.09%，S含量為51.25%）；變質(zhì)熱液型具有富鐵虧硫的特點(diǎn)（Fe含量為46.82%，S含量為52.69%）。這幾種礦床標(biāo)準(zhǔn)差由大到小的變化順序依次為卡林型（S為2.99，F(xiàn)e為1.70）、巖漿熱液型（S為1.23，F(xiàn)e為0.99）、變質(zhì)熱液型（S為0.74，F(xiàn)e為0.86）、次火山熱液型（S為0.67，F(xiàn)e為0.50）和火山熱液型（S為0.58，F(xiàn)e為0.54），這也反映了上述類型礦床成礦物質(zhì)和成礦環(huán)境的復(fù)雜性由大變小的規(guī)律[2]。應(yīng)用δFe-δS圖解來進(jìn)行黃鐵礦主量元素分析可以得到一定的標(biāo)型特征，其中δFe和δS的意義是用來表示黃鐵礦樣品中的Fe和S元素偏移理論值的程度，既表示質(zhì)量的偏離程度，也表示元素個(gè)數(shù)（原子個(gè)數(shù)比）的偏離程度。Fe=（Fe-46.55）/46.55*100；δS=（S-53.45）/53.42*100。根據(jù)樣品點(diǎn)分布在四個(gè)象限的頻率可以清楚看到樣品的富鐵、貧鐵、富硫、虧硫的狀態(tài)，從而判斷樣品黃鐵礦是屬于哪種類型的礦床。

通過LA-ICP-MS實(shí)驗(yàn)可以得到黃鐵礦微量元素的數(shù)據(jù)，在數(shù)十種微量元素中得到廣泛應(yīng)用的是Co、Ni、As、Se、Te等元素。BRALIA[3]等通過對(duì)多種不同成因類型的黃鐵礦的Co、Ni含量進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)：沉積成因的黃鐵礦Co、Ni含量偏低，其比值w(Co)/w(Ni) ＜1，平均值為0.63；熱液（脈狀）成因的黃鐵礦Co、Ni含量變化較大，其比值1.17＜w(Co)/w(Ni) ＜5；火山噴氣塊狀硫化物礦床的黃鐵礦主要特征為高Co低Ni，其比值5＜w(Co)/w(Ni) ＜50。w(S)/w(Se)和w(Se)/w(Te)的比值同樣具有一定的指示意義。熱液成因的黃鐵礦中w(S)/w(Se) ＜1*105，沉積成因的黃鐵礦中w(S)/w(Se) ＞2*105。巖漿成因的黃鐵礦w(Se)/w(Te)在6～10之間，熱液成因的黃鐵礦w(Se)/w(Te)在0.2左右。

通過對(duì)黃鐵礦主微量元素?cái)?shù)據(jù)的分析可以推測元素在黃鐵礦中的賦存方式。如果兩種元素呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，則它們是以類質(zhì)同象的形式出現(xiàn)，例如S和As元素，F(xiàn)e和Co、Ni元素。如果兩種元素呈現(xiàn)正相關(guān)性，可能因?yàn)槠浣M成的礦物以包裹體的形式出現(xiàn)。沒有相關(guān)性的元素則對(duì)應(yīng)著多種出現(xiàn)形式。一般進(jìn)行黃鐵礦主微量元素分析時(shí)，都會(huì)選取自形程度較好的，發(fā)育較大的黃鐵礦顆粒，從中心向邊緣依次選擇點(diǎn)位進(jìn)行測試。這是因?yàn)樵谝粋€(gè)黃鐵礦顆粒中，從中心到邊緣的主微量元素變化可以反應(yīng)成礦時(shí)流體在不同階段的成分變化，以及成礦流體的溫度、PH值等變化信息。假如黃鐵礦顆粒中心部分的元素含量低于顆粒邊緣的，可能說明這個(gè)黃鐵礦顆粒生長的有早到晚的時(shí)間還存在一些差異，隨著黃鐵礦顆粒的生長，成礦流體中的微量元素含量升高，或者在黃鐵礦顆粒生長的后期階段，成礦流體有著有利于元素進(jìn)入到黃鐵礦顆粒中的性質(zhì)。

2 黃鐵礦晶胞參數(shù)

黃鐵礦的晶胞參數(shù)是黃鐵礦的重要標(biāo)性特征之一，晶胞參數(shù)的大小可以反映黃鐵礦在成礦時(shí)微量元素的混入量，從而判斷黃鐵礦的含金性[4]，黃鐵礦是等軸晶系，具有NaCl2形結(jié)構(gòu)。純凈黃鐵礦（S/Fe=2）晶胞參數(shù)的理論值a0=5.41759×10-10m，體積 Vol=159.3324×10-10m3。

黃鐵礦化學(xué)成分的改變以及溫度和壓力的影響都是引起黃鐵礦晶胞參數(shù)變化的因素，但主要原因是黃鐵礦微量元素的混入和S/Fe值的變化[5]。一般認(rèn)為Co、Ni、As等微量元素的混入會(huì)使黃鐵礦的晶胞參數(shù)a0值增大，其原因是因?yàn)镕e-S、Co-S、Ni-S三個(gè)共價(jià)鍵的距離是依次增大的，分別為0.226nm、0.234nm和0.240nm。黃 鐵 礦Co、Ni含 量 與a0值 關(guān) 系 式 ：a0=0.541759+0.000124X+0.000271Y，式中，X代表CoS2的分子百分?jǐn)?shù)，Y代表NiS2的分子百分?jǐn)?shù)。而黃鐵礦中其它雜質(zhì)元素的含量通常很低，一般是在萬分之幾以下，這些雜質(zhì)元素對(duì)黃鐵礦晶胞參數(shù)的影響很小，通?？梢院雎圆挥?jì)。As、Se、Te等元素置換黃鐵礦中的S元素也會(huì)引起晶胞參數(shù)a0值的增大，若有1%的As置換S，則至少可以使黃鐵礦的a0值增大0.00024nm。在成礦環(huán)境硫逸度相對(duì)較低的時(shí)候，黃鐵礦S/Fe＜2，a0值減小，這是因?yàn)辄S鐵礦中出現(xiàn)了S的空位，引起了Fe-S共價(jià)鍵增加，以及Fe-S的鍵長減小，從而導(dǎo)致了a0值的減小。

大量實(shí)驗(yàn)證明，黃鐵礦的晶胞參數(shù)與含金性具有密切的關(guān)系，通常認(rèn)為：①含金黃鐵礦具有比較多的Co、Ni、As等雜質(zhì)元素；②基本不含金的黃鐵礦含Co、Ni量甚少、不含As且S/Fe=2，a0值接近純凈黃鐵礦理論的a0值；③黃鐵礦的晶胞參數(shù)值a0越大，含金性越好；黃鐵礦晶胞參數(shù)值a0越小，含金性越差。

3 結(jié)論

黃鐵礦的主微量元素可以用來判斷礦床的成因類型，主量元素S和Fe的比值可以用來反應(yīng)黃鐵礦形成的宏觀環(huán)境。黃鐵礦顆粒從中心到邊緣的元素變化可以反應(yīng)成礦流體的成分、環(huán)境變化，為研究黃鐵礦的成因和礦床形成環(huán)境提供重要依據(jù)。黃鐵礦的晶胞參數(shù)可以反應(yīng)黃鐵礦成礦時(shí)微量元素混入量，判斷黃鐵礦的含金性。