礦床學(xué)研究中對(duì)磁黃鐵礦的研究方法及意義

楊 陽(yáng)

（成都理工大學(xué)，四川 成都 610059）

礦物學(xué)研究作為研究礦床成因等問(wèn)題的常規(guī)手段之一，也一直是礦床學(xué)家或地質(zhì)學(xué)家研究的載體。同時(shí)，巖石成因與礦物成因問(wèn)題，基本上是礦物成因問(wèn)題。對(duì)礦物的復(fù)成因性及其標(biāo)型特征研究，有助于確定礦床的復(fù)成因性，從而對(duì)闡明地球演化與找礦勘查提供必不可少的線索。本文通過(guò)總結(jié)前人對(duì)各個(gè)不同類型礦床中的磁黃鐵礦或相關(guān)金屬礦物展開(kāi)過(guò)的研究做出一些概括總結(jié)，得出了一些磁黃鐵礦研究方法和其產(chǎn)生的地質(zhì)意義。

1 典型礦床研究

紅旗嶺銅鎳硫化物礦床位于吉林省磐石市東南部，磁黃鐵礦是該礦床含量最多的硫化物之一，常溫下只有單斜磁黃鐵礦具有亞鐵磁性。郗愛(ài)華等（2006）通過(guò)對(duì)該礦床的磁黃鐵礦采用X射線粉晶衍射和電子探針微區(qū)分析發(fā)現(xiàn)，紅旗嶺礦床海綿隕鐵狀礦石磁黃鐵礦以單斜磁黃鐵礦(mpo)為主，致密塊狀礦石磁黃鐵礦為單斜磁黃鐵礦與六方磁黃鐵礦(hpo)混合型。差熱與磁-熱重分析顯示致密塊狀礦石在323℃存在明顯的吸熱效應(yīng)，并且這一過(guò)程伴隨著磁性的轉(zhuǎn)變，表明323℃是礦床中磁黃鐵礦的熱磁效應(yīng)與相變點(diǎn)。致密塊狀磁黃鐵礦在400℃恒溫30h后淬火條件下使mpo全面轉(zhuǎn)變成hpo，自然冷卻則使原礦石中的hpo與mpo全部轉(zhuǎn)變?yōu)閙po。這一結(jié)果顯示了hpo與mpo之間的轉(zhuǎn)變主要取決于樣品的冷卻速度，暗示銅鎳硫化物礦床致密塊狀礦體的形成可能與高溫礦漿的快速冷凝有關(guān)。同時(shí)，磁鐵礦在不同礦體中的含量特點(diǎn)對(duì)巖漿銅鎳硫化物礦床成因研究也具有啟示意義。

金川銅鎳硫化物礦床是中國(guó)第一大巖漿型銅鎳硫化物礦床，礦石類型主要為浸染狀礦石、海綿隕鐵狀礦石及塊狀礦石。芮會(huì)超等（2017）采用礦相顯微鏡觀察、磁性膠體浸潤(rùn)與電子探針?lè)治龅确椒?，?duì)3種類型礦石中磁黃鐵礦的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、共生組合與成分特征作了研究，并在此基礎(chǔ)上探討不同類型礦石的成因及成礦過(guò)程。

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)在該礦床的海綿隕鐵狀礦石與浸染狀礦石中，磁黃鐵礦為單純的六方磁黃鐵礦(hpo)，或者六方與單斜磁黃鐵礦(mpo)構(gòu)成的不規(guī)則狀交生體。這2類礦石中磁黃鐵礦的成因很可能是巖(礦)漿中S含量低，且高溫結(jié)晶后緩慢降溫，后期又受到了富硫和/或高氧逸度流體的交代作用。

在Ⅱ礦區(qū)塊狀礦石中，單斜與六方磁黃鐵礦構(gòu)成平行葉片狀交生體，表明六方磁黃鐵礦在高溫下結(jié)晶后溫度曾快速下降，這期間僅出溶了微量的黃鐵礦，而當(dāng)溫度下降到254℃以下時(shí)，發(fā)生了六方磁黃鐵礦中單斜磁黃鐵礦出溶作用。磁黃鐵礦的結(jié)晶類型、金屬原子(Fe、Ni、Cu、Co)與硫原子比值M/S演化等佐證了塊狀礦石晚期貫入成因。依據(jù)Fe-S系統(tǒng)相圖擬合曲線計(jì)算得到狀礦石中六方磁黃鐵礦結(jié)晶溫度為743℃～518℃，且在結(jié)晶過(guò)程中，硫逸度logf(S2)曾從0.427降至-3.767。

安徽銅陵冬瓜山礦床是一個(gè)大型層狀硫化物礦床，磁黃鐵礦是該礦床中廣泛分布的主要硫化物之一。郭維明等（2010）通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)該礦床主要由層狀硫化物礦體組成，伴有矽卡巖型和斑巖型礦體。

在層狀礦體上部，磁黃鐵礦主要呈塊狀產(chǎn)出，而層狀礦體下部，磁黃鐵礦多為層紋狀、條帶狀構(gòu)造，具有顯著的沉積結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征。

巖漿熱液對(duì)單純六方磁黃鐵礦的交代作用形成了單斜和六方磁黃鐵礦的交生結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)特征表明層狀礦體中的磁黃鐵礦并不是巖漿熱液成因，而主要為石炭紀(jì)同生沉積膠黃鐵礦、黃鐵礦在燕山期巖漿侵入所引起的熱變質(zhì)作用下脫硫所形成，并在熱變質(zhì)作用之后又受到巖漿熱液的疊加交代。

磁黃鐵礦的結(jié)構(gòu)特征顯示冬瓜山礦床的形成經(jīng)歷了同生沉積、熱變質(zhì)、熱液交代等多個(gè)階段，支持其為同生沉積～疊加改造型礦床。

四川里伍銅礦床里伍銅礦床位于四川省甘孜藏族自治州九龍縣魁多鄉(xiāng)、煙袋鄉(xiāng)，是產(chǎn)于江浪穹窿的中型富銅礦床，其磁黃鐵礦的成分和結(jié)構(gòu)對(duì)礦床成因有重要的指示意義?；趯?duì)礦床地質(zhì)特征的認(rèn)識(shí)，陳道前等（2015）采用偏光顯微鏡、掃描電鏡能譜分析、X射線衍射等方法，對(duì)主礦體內(nèi)不同構(gòu)造類型礦石中的磁黃鐵礦的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。

結(jié)果表明，礦體內(nèi)部只產(chǎn)出六方磁黃鐵礦，F(xiàn)e原子含量百分比為48.63%～47.99%，其成礦溫度高于304℃；礦體邊部同時(shí)存在六方和單斜磁黃鐵礦，F(xiàn)e原子百分比為45.97%～47.54%，成礦溫度迅速降低至254℃以下。結(jié)合磁黃鐵礦標(biāo)型特征和礦床地質(zhì)特征，推斷里伍銅礦床是在原始礦胚發(fā)生變形變質(zhì)活化的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷了燕山期中高溫?zé)嵋函B加改造而富集成礦。

拉屋礦床位于西藏自治區(qū)當(dāng)雄縣境內(nèi)，大地構(gòu)造位置處于岡底斯成礦區(qū)申扎～旁多銅、銀、鉛、鋅、金成礦帶，為大型矽卡巖型銅鉛多金屬礦床。崔玉斌等（2011）通過(guò)對(duì)拉屋礦區(qū)硫化物礦石的Re-Os同位素年齡測(cè)定，厘定成礦時(shí)代，并進(jìn)行成礦物質(zhì)來(lái)源研究，為深入探討礦床成因提供基礎(chǔ)證據(jù)。在系統(tǒng)研究拉屋礦床地質(zhì)地球化學(xué)特征的基礎(chǔ)上，以礦石的磁黃鐵礦為對(duì)象，測(cè)定Re-Os同位素年齡，獲得等時(shí)線年齡數(shù)據(jù)為（309±31）Ma，187Os/188Os的初始值為0.51±0.12，γOs值為306.90～880.29，Re/Os為20.46～80.46。

上述結(jié)果，結(jié)合礦區(qū)野外地質(zhì)特征和穩(wěn)定同位素特征，證明拉屋礦床主要形成于晚石炭世來(lái)故期，其成礦物質(zhì)來(lái)源于地幔，并在噴流過(guò)程中與地殼海底鹵水匯合，遭受了殼源物質(zhì)的混染，形成噴流成因矽卡巖型礦床。

羊拉銅礦床是三江成礦帶中段重要的大型銅礦床之一，其礦床成因頗受爭(zhēng)議。里農(nóng)礦段是羊拉銅礦床最主要的組成部分，該礦段礦石中黃銅礦、磁黃鐵礦和黃鐵礦發(fā)育，其中，磁黃鐵礦礦石是礦床中含量最高的硫化物礦石。楊鎮(zhèn)等（2014）通過(guò)選取里農(nóng)礦段的磁黃鐵礦礦石樣品，利用礦相學(xué)、電子探針和X射線衍射對(duì)磁黃鐵礦形態(tài)、成分和結(jié)構(gòu)標(biāo)型特征進(jìn)行分析，探討其形成環(huán)境和沉淀機(jī)制，為揭示礦床成因提供有效約束。

研究結(jié)果表明：羊拉銅礦床礦體具有典型的矽卡巖型礦床特征，多呈層狀、似層狀產(chǎn)出，且與花崗閃長(zhǎng)巖巖體關(guān)系密切，受花崗閃長(zhǎng)巖巖體和大理巖、變質(zhì)石英砂巖等地層以及斷裂構(gòu)造的共同控制；磁黃鐵礦礦石呈鐵黑色、古銅色、銅褐色，塊狀和浸染狀構(gòu)造；鏡下為黃白色、黃褐色，無(wú)內(nèi)反射色，非均質(zhì)性不明顯，他形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)。局部可見(jiàn)磁黃鐵礦被石英±黃銅礦±黃鐵礦±方解石脈切斷，也見(jiàn)閃鋅礦中有乳滴狀、葉片狀黃銅礦發(fā)育。磁黃鐵礦中Fe元素含量為59.25%～60.25%，平均為59.71%，S元素為39.10%～39.97%，平均39.52%，化學(xué)分子式為Fe6S7～Fe8S9；晶胞參數(shù)平均值為a0=11.912，b0=6.859，c0=12.813，磁黃鐵礦的粉晶X射線衍射曲線呈強(qiáng)度大致相等的雙峰，表明羊拉銅礦床的磁黃鐵礦以單斜磁黃鐵礦為主。

據(jù)此判斷該區(qū)成礦作用過(guò)程中富硫、并經(jīng)歷快速降溫變化，非均勻應(yīng)力作用使六方磁黃鐵礦轉(zhuǎn)化成了單斜磁黃鐵礦；磁黃鐵礦中的硫是以S2-的形式存在，在六方磁黃鐵礦向單斜磁黃鐵礦的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，磁黃鐵礦晶格中的Fe離子稍有減少，F(xiàn)e1-xS的電負(fù)性略有增加，還原性相應(yīng)增強(qiáng)；在Fe-S相圖中，磁黃鐵礦位于黃鐵礦和單斜磁黃鐵礦的共生相區(qū)，表明成礦溫度在250℃左右。

即羊拉銅礦床的磁黃鐵礦主體是形成于富硫、非均勻應(yīng)力、中溫的還原環(huán)境。該區(qū)磁黃鐵礦富Co貧Ni，Co/Ni值范圍較大，分布于矽卡巖型銅礦床范圍附近，與典型矽卡巖型銅礦有相似的礦床地質(zhì)和礦物學(xué)特征，表明羊拉銅礦床屬于矽卡巖型礦床。

紅山大型銅多金屬礦床位于云南中甸地區(qū)，包括紅山、紅牛和恩卡3個(gè)礦段，礦體主要呈層狀～似層狀產(chǎn)于石榴石夕卡巖、角巖、大理巖和硅質(zhì)巖之中，或者呈細(xì)脈浸染-網(wǎng)脈狀賦存于深部隱伏花崗斑巖體之中。

由于學(xué)術(shù)界關(guān)于該礦床的成因類型仍然存在不同認(rèn)識(shí)，因此冷成彪（2017）使用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（LA-ICPMS）對(duì)礦區(qū)硅質(zhì)巖、矽卡巖礦石中的黃鐵礦和磁黃鐵礦進(jìn)行了微區(qū)原位成分的測(cè)試，進(jìn)而根據(jù)微量元素特征來(lái)約束礦床的成因。

分析結(jié)果表明，不同產(chǎn)狀的黃鐵礦具有明顯不同的微量元素組成，硅質(zhì)巖中的黃鐵礦相對(duì)富集Ti、Mn、Ni、As、Pb、Bi、Te、Ag和Sb等微量元素，Co/Ni比值小于1，表現(xiàn)為典型同生沉積黃鐵礦的微量元素特征；而夕卡巖礦石中的黃鐵礦則相對(duì)富集Co和Cu，虧損As、Se和Sb等低溫元素，且Co/Ni比值多數(shù)大于1，顯示高溫巖漿熱液黃鐵礦的微量元素特征。

此外，硅質(zhì)巖中磁黃鐵礦的Co、Ni和Se等微量元素組成與黃鐵礦的組成十分類似，表明它們的化學(xué)組成主要受到沉積環(huán)境的控制。夕卡巖中的磁黃鐵礦與黃鐵礦相比強(qiáng)烈虧損Co，這可能歸因于早期黃鐵礦沉淀時(shí)帶走了大量的Co，從而導(dǎo)致殘余熱液中Co濃度的大幅降低。

通過(guò)研究，作者還查明紅山礦區(qū)黃鐵礦中的Co、Ni、As和Se等元素主要以固溶體的形成存在，而Pb、Bi、Ag、Cu和Mn等元素則主要以顯微包裹體的形式存在。黃鐵礦和磁黃鐵礦中Pb和Bi均表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，暗示它們可能以顯微包裹體或納米微粒的形式分布于這兩種硫化物中。結(jié)合野外地質(zhì)產(chǎn)狀與前人已有研究，作者認(rèn)為紅山礦區(qū)至少存在兩期成礦作用，其中晚三疊世沉積成巖作用形成的黃鐵礦富集了一定的Ag、Bi和Bb等成礦元素，而晚白堊世的巖漿～熱液活動(dòng)則帶來(lái)了大量的Cu和Mo等金屬元素，從而在紅山礦區(qū)形成了復(fù)合型的Cu-Mo-Pb-Zn-Ag多金屬礦化體系。

2 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)一些富含磁黃鐵礦的典型礦床總結(jié)研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)，含磁黃鐵礦礦床主要為與巖漿作用或活動(dòng)有關(guān)的礦床。

通過(guò)磁性膠法可以在鏡下區(qū)別出單斜磁黃鐵礦和六方磁黃鐵礦；通過(guò)X衍射粉晶分析可以通過(guò)晶胞參數(shù)和粉晶衍射曲線的不同判別出磁黃鐵礦的類型；通過(guò)電子探針?lè)治隹梢杂?jì)算出單礦物Fe原子比值，進(jìn)而區(qū)分出磁黃鐵礦的類型；通過(guò)LA-ICPMS原位微區(qū)分析技術(shù)可以測(cè)出磁黃鐵礦單礦物中微量元素的特征，進(jìn)而為礦床成因提供參考、為礦物含金性作出差異性比較；通過(guò)Re-Os同位素年齡測(cè)定法，可以厘定成礦時(shí)代，并進(jìn)行成礦物質(zhì)來(lái)源研究，為深入探討礦床成因提供重要基礎(chǔ)證據(jù)。