南秦嶺石泉—漢陰北部金礦帶黃鐵礦形貌及分形學特征

張偉勝 張健

摘 要：黃鐵礦是最普遍和最重要的載金礦物。本文從黃鐵礦形貌特征和分形學特征兩個方面研究了南秦嶺石泉—漢陰北部金礦帶中的黃鐵礦。按形貌特征和分形學，黃鐵礦可以分為三期，其中和金富集成礦關系最密切的是第Ⅱ期，最明顯的特征是呈半自形粒狀集合體沿片巖的主體面理產(chǎn)出，且采用P-A分形模型得出，分形維數(shù)[DAP]在1.351 2左右的黃鐵礦的巖石含金量高，一般能達到金礦床的工業(yè)品位。

關鍵詞：石泉—漢陰北部金礦帶;黃鐵礦;P-A分形模型;找礦標志

中圖分類號：P618.31文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2019）29-0144-03

Morphology and Fractal Characteristics of Pyrite in Northern

Shiquan - Hanyin Gold Belt in South Qinling

ZHANG Weisheng ZHANG Jian

（School of Earth Science and Resources， Chang'an University，Xi'an Shaanxi 710054）

Abstract： Pyrite is the most common and most important gold bearing mineral. This paper studied the pyrites in Shiquan-Hanyin gold belt in South Qinling from 2 aspects which were morphology and fractal characteristics. According to the morphology characteristics and the fractal characteristic， the pyrites can be divided into three phases， and the pyrites closing to the enrichment of Au belong to phase Ⅱ， featuring that this type is subhedral aggregation and settled down along the schistosity plane， according to the P-A fractal model， the pyrite with [DAP] of 1.351 2 has high gold content， which can reach the industrial grade of gold deposit.

Keywords： Northern Shiquan-Hanyin gold belt;pyrite;P-A fractal model;prospecting marks

石泉—漢陰北部金礦帶內黃鐵礦具有五種形貌特征，按形貌特征和分形學將其分為三期，說明黃鐵礦與金富集成礦的關系。

1 黃鐵礦形貌特征

時代最早的Ⅰ期黃鐵礦可分為兩種形態(tài)。一是自形-半自形粒狀集合體，呈團塊狀或被剪切拉長的粗脈狀，粒徑較大（1～3mm），顆粒邊界極不規(guī)則。二是呈稀疏浸染狀、星點狀分布，粒徑較?。?.01～0.1mm），呈半自形-它形粒狀，少數(shù)黃鐵礦保留完整立方體、五角十二面體等晶形，該期黃鐵礦經(jīng)受后期多期構造運動疊加改造被擠壓、破碎。在這期黃鐵礦化較發(fā)育的蝕變帶，金的品位較低，含量低于0.1×10-6，即此類黃鐵礦與金的關系不是很密切。

對應印支期形成S2面理的主造山期的Ⅱ期黃鐵礦呈半自形細脈狀產(chǎn)出，可進一步分為細脈狀和粗脈狀兩種，粗脈狀黃鐵礦寬1～2mm，呈拉長的透鏡狀;細脈狀黃鐵礦寬0.1～1mm，呈纖維狀、拔絲狀等。此類黃鐵礦由于受到構造應力作用擠壓而沿著片巖的片理面S2分布，并隨片理面發(fā)育小型寬緩褶皺、小型尖棱褶皺狀等。這期黃鐵礦為成礦期發(fā)育，金化學分析結果含量均大于0.1×10-6。

主造山期后的Ⅲ期黃鐵礦呈自形-半自形粒狀集合體，呈細脈狀、團塊狀或自形單晶體產(chǎn)出，這一期黃鐵礦是在主造山期逆沖推覆剪切走滑之后伸展環(huán)境下產(chǎn)出，主要為熱液沿石英、云母顆粒間隙或剪切面理擴容帶沉淀結晶而成，呈現(xiàn)出不連續(xù)帶狀的細脈狀，或呈不具統(tǒng)一定向的細脈狀。這期黃鐵礦形成于成礦期后，與金的關系不明顯。

2 黃鐵礦分形學特征

不同期次的黃鐵礦具有不同的分形學特征，采用[P]-[A]（周長-面積）模型計算三期五類黃鐵礦的分形維數(shù)，進行對比分析。[P]-[A]模型最初是由Mandelbrot（1982）提出、用以描述具相似性物體的不規(guī)則幾何特征[1]，Cheng（1995）提出了[P]-[A]模型新的一般表達式[2]，其在地球化學異常分離、礦物表面微量元素分布特征、礦產(chǎn)資源評價、糜棱巖變形過程中石英顆粒形態(tài)特征等方面的應用效果良好[3-6]。

在MATLAB軟件中將顯微鏡拍攝的黃鐵礦照片轉換成具有256個灰度值的黑白圖像，然后根據(jù)灰度值轉換成等高線圖[6]。在MAPGIS軟件中矢量化出能夠描述黃鐵礦輪廓的等高線，造區(qū)后計算出每顆（塊）黃鐵礦的周長和面積。

[P]-[A]一般模型[2]表達式為：

[P（>A）∝A12DAP]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，[P]為黃鐵礦顆粒的周長;[A]為面積;[∝]代表“成正比”;[DAP]為冪函數(shù)的冪指數(shù)。

用線性回歸分析確定對數(shù)[P]與對數(shù)[A]的斜率，斜率的2倍即是分形維數(shù)[DAP]，其表達式為：

[logP=12DAPlogA+C]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中，[C]為常數(shù)。

[DAP]可進一步表示為：

[DAP=2DP/DA]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式中，[DP]與[DA]分別為周長[P]和面積[A]的分形維數(shù)。

如果黃鐵礦邊界規(guī)則（[DA]=2），則[DAP]=[DP]，黃鐵礦在生長過程中受到擠壓或剪切作用會使其形態(tài)不規(guī)則，其[DA]<2。一般情況下，1<[DAP]<2，[DAP]=1表示斷面規(guī)則，[DAP]=2表示斷面極不規(guī)則。若黃鐵礦生長于張性裂隙環(huán)境，即后期無擠壓應力的狀態(tài)，其有足夠的空間生長出規(guī)則的邊界，[DAP]值較小，而在擠壓推覆及韌性剪切作用下形成的黃鐵礦，其斷面邊界極不規(guī)則，[DAP]值較大。

應用P-A模型，將計算出的黃鐵礦顆粒周長和面積數(shù)據(jù)投影在對數(shù)圖解上（見圖1至圖5），用最小二乘法計算其周長-面積的斜率，斜率值的2倍即是分形維數(shù)。除去Ⅰ期團塊狀黃鐵礦以外，面積和周長的相關性很好，相關系數(shù)[R2]均大于0.90，Ⅰ期星點狀、Ⅰ期團塊狀、Ⅱ期拔絲狀、Ⅲ期團塊狀、Ⅲ期細脈狀黃鐵礦對應的[DAP]值分別為[DAPⅠ1]=1.178 4、[DAPⅠ2]=1.048 8、[DAPⅡ]=1.351 2、[DAPⅢ1]=1.157 0、[DAPⅢ2]=1.512 4，[DAPⅢ2]值最趨近于2，是因為黃鐵礦沿著石英顆粒間隙充填生長成較短的窄條狀，使其周長增加。

對比[DAPⅠ1]、[DAPⅠ2]、[DAPⅡ]、[DAPⅢ1]可知，[DAPⅡ]值最大，在中晚燕山期（J3-K2）陸內造山擠壓推覆階段[7]，沿著片理面生長的黃鐵礦受到擠壓、剪切作用而呈細脈狀、拔絲狀，手標本及顯微尺度下片理面S2形成的小型連續(xù)“S”形寬緩褶皺翼部、緊閉褶皺轉折端等部位可見黃鐵礦集合體局部膨大呈透鏡狀，其尾部被拉長、細化，以致拉斷，因而使其[DAP]值增大。而[DAPⅠ1]、[DAPⅠ2]、[DAPⅢ1]值相對較小，原因是對應期間構造活動不強，黃鐵礦晶體得以在較寬敞的空隙內結晶，形態(tài)較規(guī)則。因此可以得出，采用[P]-[A]分形模型得出的分維值[DAP]=1.351 2左右的黃鐵礦是最有利的找礦標志。

3 結論

南秦嶺石泉-漢陰北部金礦帶中發(fā)育的黃鐵礦按形貌特征可以分為三期，其中和Au富集成礦關系最密切的是第Ⅱ期，其最明顯的特征是呈半自形粒狀集合體沿片理面產(chǎn)出，呈細脈狀、拔絲狀。其間采用P-A模型計算各類黃鐵礦分形維數(shù)，顯示出明顯差別，除去充填石英顆粒間隙的第Ⅲ期黃鐵礦，Ⅱ期黃鐵礦的分維值最大，顯示出該期黃鐵礦是在擠壓、剪切作用下形成的，對應為南秦嶺中晚燕山期（J3-K2）陸內造山擠壓推覆階段[7]。由此可以推斷，石泉-漢陰北部金礦主要形成于晚侏羅世-晚白堊世時期。

參考文獻：

[1]Mandelbrot，B B.The fractal geometry of nature[M].New York：W H Freeman，1982.

[2]Cheng Q M.The perimeter area fractal model and its application to geology[J].Mathematical Geology，1995（1）：69-82.

[3]成秋明.非線性礦床模型與非常規(guī)礦產(chǎn)資源評價[J].中國地質大學學報（地球科學），2003（4）：445-454.

[4]成秋明.空間模式的廣義自相似性分析與礦產(chǎn)資源評價[J].中國地質大學學報（地球科學），2004（6）：733-744.

[5]Zhang Z，Mao H，Cheng Q M.Fractal geometry of element distribution on mineral surface[J].Mathematical Geology，2001（2）：217-228.

[6]王志敬，成秋明.P-A分形模型定量度量糜棱巖變形過程中石英微結構的變化[J].中國地質大學學報（地球科學），2006（3）：362-365.

[7]楊興科，韓珂，吳旭，等.南秦嶺陸內造山構造變形特征與演化：石泉—漢陰北部一帶晚印支—燕山期構造變形分析[J].地學前緣，2016（4）：72-80.