安徽銅陵礦集區(qū)銅官山礦田膠狀黃鐵礦礦物學(xué)特征及其對成礦作用的制約 *

徐亮 謝巧勤 周躍飛 陳平 孫少華 陳天虎

納米礦物與污染控制安徽普通高校重點實驗室，合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥 230009

銅陵礦集區(qū)是長江中下游成礦帶重要成礦區(qū)，區(qū)內(nèi)長期強(qiáng)烈的構(gòu)造運動、巖漿活動以及成礦作用使得銅陵地區(qū)形成了豐富的礦產(chǎn)資源(常印佛等, 1991; 唐永成等, 1998; Pan and Ping, 1999; 毛景文等, 2009; 徐曉春等, 2014; 周濤發(fā)等, 2016, 2017; Zhouetal., 2015)。礦集區(qū)內(nèi)礦床普遍發(fā)育受石炭系地層控制的層狀、似層狀銅金鐵多金屬硫化物礦體(劉裕慶等, 1984; 顧連興和徐克勤, 1986; 唐永成等, 1998; Guetal., 2007)。這些礦體既具有某些同生礦床的特征，又與巖漿-熱液活動密切相關(guān)，因此其成因一直存在較大爭議(陸建軍等, 2003; 侯增謙等, 2011; Maoetal., 2011; Lietal., 2018)。目前關(guān)于銅陵礦集區(qū)層狀含銅(金)硫化物礦床的成因主要有兩種代表性觀點：(1)沉積-疊加改造成礦，礦床在海西期海底噴流沉積或正常(生物)化學(xué)沉積形成了原始硫化物沉積，后經(jīng)燕山期巖漿熱液活動而發(fā)生成礦物質(zhì)疊加改造(Guoetal., 2011; 蔣少涌等, 2011; 謝巧勤等, 2014; 王洋洋等, 2015; 肖鑫等, 2016; 徐亮等, 2017)；(2)巖漿熱液成礦作用，礦床的成礦物質(zhì)主要來源于燕山期的巖漿熱液作用(毛景文等, 2009; Lietal., 2017; Wangetal., 2011; 張宇等, 2015)。兩種成因觀點爭議的焦點在于石炭紀(jì)是否存在銅沉積礦胚層(或含銅黃鐵礦沉積礦層)，以及古生代沉積硫化物對中生代熱液銅礦床成礦作用的貢獻(xiàn)。

銅官山礦田是銅陵礦集區(qū)中五個主要礦田之一，開采歷史悠久。自20世紀(jì)50年代正式勘探以來，眾多學(xué)者對其礦床地質(zhì)地球化學(xué)、礦物學(xué)、成礦作用和成礦模式等進(jìn)行了大量的研究，主要可以劃分為三個階段：(1)50年代早期勘探找礦(孟憲民, 1955; 郭文魁, 1957; 郭宗山, 1957)；(2)80、90年代的礦床地質(zhì)特征、礦物組成特征研究(楊兵和王之田, 1985; 黃華盛等, 1985; 崔彬, 1987; 溫春齊, 1989; 常印佛等, 1991; 唐永成等, 1998)；(3)2000年至今的地球化學(xué)特征研究(王彥斌等, 2004; 謝玉玲等, 2004; 杜楊松等, 2007; 趙乘乘等, 2012)。大多數(shù)相關(guān)研究認(rèn)可銅官山礦田中銅、金等成礦元素主要來源于巖漿熱液，但對礦田在海西期是否存在原始硫化物沉積，即礦田中呈層狀分布的膠狀黃鐵礦是否為沉積成因仍未取得一致意見。

膠狀黃鐵礦顆粒細(xì)小(納米至亞微米粒徑)(謝巧勤等, 2014)，極易氧化(Xuetal., 2017),難以進(jìn)行黃鐵礦單礦物挑選和分離，常規(guī)地質(zhì)學(xué)研究方法(例如偏光顯微鏡、單礦物地球化學(xué)分析等)難以查明膠狀黃鐵礦礦物學(xué)特征，制約了對膠狀黃鐵礦成因及礦床成礦機(jī)制的研究。高分辨電鏡具有納米尺度分辨率，在研究納米-微米粒徑礦物的形貌、結(jié)構(gòu)特征及成因等方面具有極大的優(yōu)勢，因此能夠從微尺度揭示膠狀黃鐵礦的礦物組成、微結(jié)構(gòu)等成因信息(Rickard, 2012; 肖鑫等, 2016; 徐亮等, 2017)。為此，本文在系統(tǒng)的野外地質(zhì)考察基礎(chǔ)上，利用場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)，并結(jié)合X射線衍射(XRD)、微區(qū)激光拉曼光譜分析等礦物學(xué)研究手段，對銅官山礦田中膠狀黃鐵礦礦石中微區(qū)礦物組成、微形貌、微結(jié)構(gòu)等特征進(jìn)行研究。通過這些研究可以揭示銅官山礦田中膠狀黃鐵礦成因，進(jìn)而為銅陵礦集區(qū)乃至整個長江中下游層狀硫化物礦床以及銅金多金屬礦床成礦作用提供微尺度礦物學(xué)證據(jù)。

1 地質(zhì)背景

銅官山礦田是銅陵礦集區(qū)中五個主要礦田之一(圖1)，主要由銅官山銅礦床、天馬山硫金礦床、金口嶺銅金礦床等組成。礦田內(nèi)地層出露主要為志留系至三疊系淺海相碳酸鹽巖，夾有深海相硅質(zhì)巖和海陸交互相碎屑巖(黃華盛等, 1985)。礦田內(nèi)的銅官山背斜為一東北向“S”型短軸背斜，核部為志留系及泥盆系上統(tǒng)，兩翼為石炭系、二疊系及三疊系(楊兵和王之田, 1985)。與該背斜伴生的一系列北東向、北北東向、北西向和北北西向斷層，具有多期活動的特征，對礦化有明顯的控制作用。礦田內(nèi)主要侵入巖體為銅官山和天鵝抱蛋石英二長閃長巖、虎山石英二長閃長玢巖、金口嶺和謝家垅花崗閃長巖(圖2)。銅官山銅金礦床和天馬山硫金礦床是礦田內(nèi)主要礦床，均發(fā)育有大量膠狀黃鐵礦，因此本次工作以這兩個礦床為主要研究對象。

圖1 銅陵礦集區(qū)地質(zhì)及礦床分布略圖(據(jù)范子良等, 2016修改)Fig.1 Sketch map of geology and mineral deposit distribution of the Tongling mineralization cluster (modified after Fan et al., 2016)

圖2 銅陵礦集區(qū)銅官山礦田地質(zhì)簡圖(據(jù)袁小明, 2002修改)Fig.2 Geological sketch of Tongguanshan ore field in the Tongling mineralization cluster (modified after Yuan, 2002)

銅官山礦床位于銅官山背斜西北翼，閃長巖與石炭系碳酸鹽巖接觸帶及其附近，由松樹山、老廟基山等八個礦段組成。依據(jù)礦體產(chǎn)狀、礦化特征、蝕變類型等，可將礦體分為矽卡巖型礦體，層狀礦體及細(xì)脈浸染型礦體(袁小明, 2002)：(1)矽卡巖型礦體產(chǎn)于巖體與灰?guī)r接觸帶，受接觸帶構(gòu)造控制，礦體呈透鏡狀或不規(guī)則狀；(2)層狀礦體主要產(chǎn)于五通組上段砂巖與黃龍組白云巖之間，嚴(yán)格受層位控制，呈層狀或似層狀，水平延伸可達(dá)幾千米，是礦床的主礦體。局部與矽卡巖型礦體結(jié)合，形成“人”字或“Y”字形礦體；(3)細(xì)脈浸染型礦體見于巖體與五通組石英巖和角巖接觸帶及巖體一側(cè)，礦體形態(tài)不規(guī)則，主要受構(gòu)造裂隙控制，規(guī)模較小。銅官山礦床主要金屬礦物有黃銅礦、磁鐵礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、膠狀黃鐵礦、少量閃鋅礦、輝鉬礦等，主要脈石礦物有石榴子石、透輝石、蛇紋石、滑石、石英、方解石等。膠狀黃鐵礦主要存在于遠(yuǎn)離接觸帶的礦體邊緣(黃華盛等, 1985)。

天馬山硫金礦床位于銅官山背斜傾沒端近端部，礦體以Au、S為主，并伴有Cu、Pb、Zn、As等多種元素，是一大型高砷硫金礦床。礦床內(nèi)主要有三種類型礦體(袁小明, 2002)：(1)接觸帶礦體，產(chǎn)于巖體與棲霞組灰?guī)r的接觸帶上，礦體呈透鏡狀、囊狀，形態(tài)復(fù)雜，產(chǎn)狀不穩(wěn)定，具矽卡巖型礦體的典型特征；(2)穿層礦體，主要賦存在石炭系和二疊系交界處附近，礦體呈不規(guī)則透鏡狀、囊狀、筒狀，產(chǎn)狀較陡，與底層產(chǎn)狀不一致；(3)層狀礦體，礦床主礦體，賦存在黃龍組白云巖與泥盆系五通組交界處，呈似層狀、層狀，產(chǎn)狀與地層一致。天馬山礦床主要金屬礦物有磁黃鐵礦、黃鐵礦、毒砂、磁鐵礦、黃銅礦、膠狀黃鐵礦等，主要脈石礦物有石英、方解石、蛇紋石、滑石、菱鐵礦等。

圖3 銅官山礦田膠狀黃鐵礦礦石手標(biāo)本照片(a)銅官山礦床膠狀黃鐵礦；(b)天馬山礦床膠狀黃鐵礦Fig.3 Photos of colloform pyrite in Tongguanshan ore field(a) colloform pyrite in Tongguanshan deposit; (b) colloform pyrite in Tianmashan deposit

2 樣品及分析方法

2.1 樣品手標(biāo)本特征

圖4 銅官山礦床膠狀黃鐵礦礦石顯微照片(a)膠狀黃鐵礦礦石中的鮞粒結(jié)構(gòu)；(b)鮞粒大小不一，直徑50μm～2mm；(c)鮞粒呈同心環(huán)狀，明暗條紋相間；(d)鮞粒外層與其他鮞粒相連；(e)鮞粒受到后期定向錯動；(f)黃銅礦穿切黃鐵礦鮞粒.Cpy-膠狀黃鐵礦；Hem-赤鐵礦；Ccp-黃銅礦Fig.4 Photomicrographs of colloform pyrite in Tongguanshan deposit(a) oolitic structure in colloform pyrite; (b) oolitic grains are not of uniform size, the diameter from 50μm to 2mm; (c) the oolitic grains are concentric structure with alternating light and dark stripes; (d) the outer layer of oolitic grains is connected with other oolitic grains; (e) oolitic subjected to directional dislocation; (f) pyrite oolitic grains were cut by chalcopyrite. Cpy-colloform pyrite; Hem-hematite; Ccp-chalcopyrite

膠狀黃鐵礦礦石樣品主要采集于銅官山銅礦床和天馬山硫金礦床的主礦體層狀礦體中。銅官山礦床中的膠狀黃鐵礦礦石(銅官山膠狀黃鐵礦)手標(biāo)本顯示為灰黑色，金屬光澤弱，致密塊狀構(gòu)造(圖3a)，表面極易風(fēng)化為白色鐵礬，放大鏡下可見有鮞狀、膠狀結(jié)構(gòu)，以較弱的金屬光澤區(qū)別于粗晶黃鐵礦及圍巖碳酸鹽巖；天馬山礦床中的膠狀黃鐵礦礦石(天馬山膠狀黃鐵礦)手標(biāo)本顯示為灰黃色，金屬光澤較弱但稍強(qiáng)于銅官山膠狀黃鐵礦，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造，局部可見有黃鐵礦細(xì)脈穿插膠狀黃鐵礦，并存在少量的粗晶黃鐵礦顆粒呈浸染狀分布于膠狀黃鐵礦中(圖3b)。

圖5 天馬山礦床膠狀黃鐵礦礦石顯微照片(a)膠狀黃鐵礦；(b)同心環(huán)狀結(jié)構(gòu)；(c)粗晶黃鐵礦穿切膠狀黃鐵礦；(d)膠狀結(jié)構(gòu)；(e)粗晶黃鐵礦沿菱鐵礦脈分布；(f)菱鐵礦兩側(cè)膠狀黃鐵礦重結(jié)晶，呈梳狀垂直于脈.Py-黃鐵礦；Sd-菱鐵礦Fig.5 Photomicrographs of colloform pyrite in Tianmashan deposit(a) colloform pyrite; (b) concentric structur of colloform pyrite; (c) colloform pyrite were cut by macrocrystalline pyrite; (d) colloform structure; (e) macrocrystalline pyrite distribute along siderite vein; (f) the recrystallization of colloform pyrite on both sides of siderite veins comb structure and perpendicular to vein. Py-pyrite; Sd-siderite

圖6 銅官山礦田膠狀黃鐵礦礦石XRD譜圖(a、b)銅官山膠狀黃鐵礦；(c-e)天馬山膠狀黃鐵礦Fig.6 XRD patterns of colloform pyrite in Tongguanshan ore field(a, b) colloform pyrite in Tongguanshan deposit; (c-e) colloform pyrite in Tianmashan deposit

2.2 分析方法

取膠狀黃鐵礦礦石內(nèi)部未風(fēng)化部分磨制光薄片，進(jìn)行偏光顯微鏡觀察，顯微鏡型號為ZEISS AXIO Scope.A1。XRD分析采用粉末壓片法，測試工作在合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院中心實驗室完成，儀器型號為中國丹東DX-2700，Cu靶發(fā)射器，管電壓40kV，管電流30mA，步進(jìn)掃描，掃描步寬0.02°。SEM分析在合肥工業(yè)大學(xué)分析測試中心完成，儀器型號為日立SU8020(帶有牛津AZtec能譜儀)，測試前先將新鮮顆粒樣品或光片噴金120s，點能譜分析顆粒樣品中礦物元素組成，線掃描能譜分析光片中鮞粒環(huán)帶元素分布特征。拉曼光譜使用激光原位直接打點法對樣品光薄片直接進(jìn)行測試，測試在合肥工業(yè)大學(xué)分析測試中心完成，儀器型號為HORIBA JOBIN YVON Evolution，激光波長532nm，束斑直徑2μm，采樣時間為10s。

圖7 銅官山礦床膠狀黃鐵礦拉曼光譜圖Fig.7 Raman patterns of colloform pyrite in Tongguanshan deposit

圖8 天馬山礦床膠狀黃鐵礦拉曼光譜圖Fig.8 Raman patterns of colloform pyrite in Tianmashan deposit

圖9 銅官山礦床膠狀黃鐵礦礦石SEM圖像及能譜(a)膠狀黃鐵礦鮞粒結(jié)構(gòu)；(b)鮞粒中片狀放射狀形態(tài)的鐵氧化物及細(xì)小顆粒狀鐵硫化物；(c)為A選區(qū)EDS；(d)為B選區(qū)EDS；(e)納米粒徑立方體形態(tài)的膠狀黃鐵礦；(f)雙錐形態(tài)的白鐵礦Fig.9 SEM images and EDS patterns of colloform pyrite in Tongguanshan deposit(a) oolitic structure of colloform pyrite; (b) radial iron oxides and tiny granular iron sulsides in oolitic grains; (c) EDS pattern of area A; (d) EDS pattern of area B; (e) colloform pyrite is cubic in form and a few nanometers in size; (f) marcasite with biconical morphology

圖10 銅官山礦床膠狀黃鐵SEM線掃描能譜圖Fig.10 SEM image and EDS line scanning of colloform pyrite in Tongguanshan deposit

3 實驗結(jié)果

3.1 礦相學(xué)特征

偏光顯微鏡觀察結(jié)果顯示銅官山膠狀黃鐵礦和天馬山膠狀黃鐵礦的礦相學(xué)特征存在差異(圖4)：銅官山膠狀黃鐵礦呈葡萄狀、鮞狀、膠狀結(jié)構(gòu)(圖4a)，鮞粒球大小不一，大者直徑可達(dá)2mm，小者直徑小于50μm(圖4b)。鮞粒內(nèi)部呈同心環(huán)狀，環(huán)帶由明暗相間的條紋構(gòu)成，環(huán)帶內(nèi)部黃鐵礦呈膠狀結(jié)構(gòu)(圖4c)，鮞粒外層常與其他鮞粒相連，顯示出同生生長關(guān)系(圖4d)。這些鮞粒受到后期改造現(xiàn)象顯著，鮞粒定向錯動嚴(yán)重，在錯動處或環(huán)帶裂隙存在赤鐵礦脈灌入(圖4e)。此外還有黃銅礦穿切黃鐵礦鮞粒，表明黃銅礦的形成晚于膠狀黃鐵礦(圖4f)。天馬山膠狀黃鐵礦主要呈同心環(huán)狀或膠狀結(jié)構(gòu)(圖5a)，環(huán)帶寬度50～200μm，每個環(huán)帶內(nèi)部黃鐵礦均呈膠狀結(jié)構(gòu)(圖5b)。膠狀結(jié)構(gòu)樣品中可見有多呈半自形形態(tài)的粗晶黃鐵礦，粒徑約500μm，多破壞膠狀結(jié)構(gòu)(圖5c)。膠狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在不顯著的多核心環(huán)帶(圖5d)。此外，膠狀黃鐵礦受后期改造作用明顯，膠狀黃鐵礦常被菱鐵礦脈穿切，菱鐵礦脈外側(cè)存在粗晶黃鐵礦(圖5e)或呈梳狀結(jié)構(gòu)的黃鐵礦重結(jié)晶現(xiàn)象(圖5f)，說明了天馬山膠狀黃鐵礦受熱改造程度較高。

3.2 XRD

銅官山礦田中膠狀黃鐵礦礦石的XRD分析結(jié)果(圖6)顯示銅官山膠狀黃鐵礦中主要礦物為黃鐵礦，次要礦物主要為菱鐵礦、白鐵礦、黃銅礦等(部分樣品中菱鐵礦結(jié)晶度較高，顯示出較高的衍射峰)；天馬山膠狀黃鐵礦中主要礦物也為黃鐵礦，次要礦物略區(qū)別于銅官山膠狀黃鐵礦樣品，白鐵礦含量較少，另含有少量的石英及磁黃鐵礦，個別樣品中還含有少量的白云石。

3.3 拉曼光譜分析

由于光學(xué)顯微鏡和XRD無法準(zhǔn)確的分辨出微晶礦物以及非晶態(tài)物相的存在和分布，因此使用拉曼光譜對銅官山礦田中的膠狀黃鐵礦礦石進(jìn)行原位微區(qū)分析。結(jié)果顯示銅官山膠狀黃鐵礦的鮞粒中白色部分主要為黃鐵礦與白鐵礦的混合集合體，灰色脈狀部分主要為赤鐵礦，黑色部分主要為有機(jī)質(zhì)(圖7)。原生鮞粒主要由黃鐵礦和白鐵礦集合體與有機(jī)質(zhì)互層組成，后期受到應(yīng)力作用并有赤鐵礦脈灌入。天馬山膠狀黃鐵礦中的環(huán)帶主要是由黃鐵礦和白鐵礦互層組成，亮色部分為黃鐵礦，暗色部分為白鐵礦(圖8)。

3.4 SEM

低倍鏡下銅官山膠狀黃鐵礦鮞粒清晰，鮞粒大小不等，大鮞粒外層常與其他小鮞粒共生長(圖9a)。顆粒樣品觀察結(jié)果顯示鮞粒環(huán)帶中存在小粒徑塊狀集合體和片狀形態(tài)放射狀集合體兩種礦物形貌(圖9b)，EDS分析結(jié)果顯示小粒徑塊狀集合體主要為鐵硫化物(圖9c)，片狀形態(tài)礦物主要為赤鐵礦(圖9d)。高倍鏡下細(xì)致觀察鐵硫化物，可見有兩種不同形貌，一種主要呈自形-半自形立方體形態(tài)，少量呈不規(guī)則形態(tài)，粒徑100～500nm，主要粒徑在200nm左右，顆粒堆積松散，粒間空隙發(fā)育，可確定為黃鐵礦(圖9e)；另一種主要呈自形-半自形雙錐狀形態(tài)，粒徑500nm～2μm，顆粒常相互連生，堆積緊密，結(jié)合EDS分析可確定為白鐵礦(圖9f)。

銅官山膠狀黃鐵礦中鮞粒環(huán)帶線掃描元素分析結(jié)果顯示：環(huán)帶中主要存在S、Fe、O、C等四種元素，這四種元素間存在著明顯的相關(guān)性(圖10)：鮞粒內(nèi)部S含量較高，邊部或鮞粒外S含量較低(接近于0)，從兩鮞粒的交界處向兩鮞粒核部S分布呈對稱性。O分布與S呈反相關(guān)性，兩鮞粒交界處或鮞粒內(nèi)部斷裂處含量較高。樣品中C含量較低，其分布常與Fe呈反相關(guān)性，與O無明顯相關(guān)性，結(jié)合拉曼光譜分析結(jié)果，表明C并非以碳酸鹽礦物形式存在，而是以有機(jī)質(zhì)的形式存在。

天馬山膠狀黃鐵礦礦石中黃鐵礦主要呈自形-半自形立方體形態(tài)，少量呈他形，粒徑200～1000nm，顆粒堆積松散，粒間空隙發(fā)育(圖11a)。除黃鐵礦外，另有較多的其他微小物相存在：菱鐵礦常呈塊狀或脈狀穿插于黃鐵礦集合體中，兩者界限分明，菱鐵礦解理面清晰，顯示了較高的結(jié)晶度(圖11b)；極少量的白云石與黃鐵礦共生在一起，白云石粒徑較小，表面不平整，可見有少量黃鐵礦印模(圖11c)；伊利石呈典型片狀結(jié)構(gòu)，單片直徑小于10μm，雜亂分布于黃鐵礦粒間(圖11d)；石英顆粒呈顆粒塊狀存在于黃鐵礦集合體中，顆粒大于100μm，未見有石英脈出現(xiàn)，外圍黃鐵礦未發(fā)生受熱重結(jié)晶現(xiàn)象。單顆粒石英表現(xiàn)出內(nèi)外層關(guān)系，EDS分析均為石英成分，表明了石英顆粒存在有次生加大現(xiàn)象存在(圖11e)。石英內(nèi)部某點EDS分析結(jié)果顯示Ca、Ti含量較高(圖11e中H區(qū))，表明石英內(nèi)存在高溫礦物榍石包裹體。將樣品進(jìn)行逆王水(鹽酸:硝酸=1:3)溶解后得到以石英為主的酸不溶物。SEM細(xì)致觀察石英表面，可見有較多的黃鐵礦印模(圖11f)，表明了石英的次生加大過程晚于黃鐵礦的形成。

4 討論

4.1 膠狀黃鐵礦成因

銅官山礦田膠狀黃鐵礦礦石多呈膠狀、鮞狀結(jié)構(gòu)，具有同心環(huán)狀特征，鮞粒環(huán)帶主要是由黃鐵礦與白鐵礦混合體和有機(jī)質(zhì)相間組成的(圖7、圖10)。鮞狀結(jié)構(gòu)常見于水體動蕩的淺海沉積環(huán)境，常見有鮞狀赤鐵礦、鮞狀灰?guī)r等(張揚等, 2009)，鮞狀黃鐵礦在淺海環(huán)境十分罕見，前人研究認(rèn)為其主要在半封閉的還原環(huán)境中經(jīng)熱水沉積或微生物作用而形成(夏學(xué)惠和李鐘模, 1999; 李忠烜等, 2016)。SEM觀察下，膠狀黃鐵礦的黃鐵礦顆粒粒徑從納米至亞微米均有分布，黃鐵礦以自形立方體為主，他形為輔，罕見有八面體和五角十二面體。這些特征常見于海洋沉積環(huán)境(Rickard, 2012)，為生物作用下的快速沉淀產(chǎn)物(謝巧勤等, 2014; 徐亮等, 2017)，表明了銅官山礦田中的膠狀黃鐵礦形成于石炭系海洋沉積環(huán)境(蔣少涌等, 2011; 肖鑫等, 2016)。

膠狀黃鐵礦礦石中的共存微量礦物也提供了較多的成因信息。銅官山膠狀黃鐵礦的鮞粒中含有較多的有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)與黃鐵礦形成環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖7、圖10)，表明了黃鐵礦與有機(jī)質(zhì)經(jīng)歷同沉積-成巖過程，且可能有微生物作用參與(蔣少涌等, 2011; 徐亮等, 2017)。膠狀黃鐵礦礦石中還含有白云石及伊利石，這兩者都是層狀礦體圍巖中較為常見的礦物(楊兵和王之田, 1985; 黃華盛等, 1985; 崔彬, 1987)，其中伊利石呈單顆粒隨機(jī)分布于膠狀黃鐵礦集合體內(nèi)部，表明了膠狀黃鐵礦在形成時存在有伊利石沉積。銅陵礦集區(qū)新橋礦床內(nèi)伊利石多與有機(jī)質(zhì)相結(jié)合在一起也佐證了這一觀點(徐亮等, 2017)。此外，膠狀黃鐵礦礦石中的石英主要呈他形單顆粒形態(tài)，磨圓度較高，未見有石英脈出現(xiàn)，包裹體中存在有高溫礦物榍石，外圍黃鐵礦未發(fā)生受熱重結(jié)晶現(xiàn)象，存在次生加大結(jié)構(gòu)，表明了其為碎屑石英，與膠狀黃鐵礦同沉積后又發(fā)生次生加大，在其表面形成了大量的黃鐵礦印模(徐亮, 2017)。綜上信息，膠狀黃鐵礦中共存礦物或物質(zhì)主要為碎屑沉積和海洋自生，進(jìn)一步佐證了銅官山礦田層狀礦體中膠狀黃鐵礦為沉積成因，并可能有微生物作用參與。

銅陵地區(qū)在石炭紀(jì)存在呈北東-南西向延展的銅陵古島(葉春林等, 2010)，在古島與江南隆起帶(江南古陸)之間形成了一個半封閉的大陸邊緣海盆(常印佛等, 1991)。半封閉海盆中的海水受外界影響較少，在海底局部地區(qū)易形成厭氧還原環(huán)境(Scholzetal., 2014)，為黃鐵礦的形成提供了有利的形成環(huán)境。此外，銅陵地區(qū)泥盆系五通組頂部存在著數(shù)米厚的赤鐵礦層或含鐵氧化物的沉積層(徐亮等, 2017)，這些鐵氧化物經(jīng)還原性水體還原，可以成為沉積黃鐵礦的重要鐵源。Duetal. (2015)研究發(fā)現(xiàn)銅陵礦集區(qū)石炭系白云巖中Fe含量為地殼平均含量的4～5倍，表明石炭紀(jì)黃鐵礦沉積時鐵源充足。除穩(wěn)定的形成環(huán)境及鐵源外，硫源也是限制黃鐵礦形成的重要因素。銅陵地區(qū)石炭系黃龍組地層中有機(jī)質(zhì)含量較高，并局部發(fā)育石膏假晶和硬石膏層(杜軼倫等, 2014)，表明了半封閉海盆中水體有充足的硫酸根離子和有機(jī)質(zhì)。在還原性水體中，有機(jī)質(zhì)的大量堆積促進(jìn)了硫酸鹽還原菌等微生物的繁衍，硫酸鹽還原菌以有機(jī)質(zhì)為電子供體還原硫酸根離子(Picardetal., 2018)，產(chǎn)生足量的生物硫化氫或硫離子(Butler and Rickard, 2000)，可以為黃鐵礦的形成提供硫源。因此，銅陵地區(qū)在石炭紀(jì)時存在黃鐵礦沉積的條件。

4.2 膠狀黃鐵礦對中生代銅金成礦作用制約

前人研究表明銅陵礦集區(qū)內(nèi)銅金等成礦元素主要來源于燕山期的巖漿熱液活動，地層(包括膠狀黃鐵礦層)提供的Cu、Au較少(毛景文等, 2009; 肖鑫等, 2016)。當(dāng)巖體及含礦熱液與較高化學(xué)活性的碳酸鹽巖地層發(fā)生強(qiáng)烈蝕變、交代作用，形成層控矽卡巖礦床(常印佛等, 1991)。但實際上層狀含銅金礦體主要賦存在含沉積膠狀黃鐵礦的石炭系地層中(王文斌等, 1994)，因此沉積膠狀黃鐵礦層對燕山期巖漿熱液成礦的層控作用不容忽視。

膠狀黃鐵礦的粒徑小(納米至亞微米)，比表面積大，堆積松散，礦石孔隙率高，具有較高的納米效應(yīng)和反應(yīng)活性(Xuetal., 2017)。研究表明黃鐵礦在高溫階段高硫還原環(huán)境下常會相變?yōu)榇劈S鐵礦，而在低溫還原環(huán)境下主要發(fā)生重結(jié)晶作用或基本不變(Lambertetal., 1998; Charpentier and Masset, 2010)。因此，在銅官山礦田中從巖體至圍巖層狀礦體的鐵硫化物分帶明顯：磁黃鐵礦-粗晶黃鐵礦-膠狀黃鐵礦(黃華盛等, 1985)。而在中低溫高硫還原環(huán)境中，黃鐵礦及其相變產(chǎn)物磁黃鐵礦均可以與含銅熱液反應(yīng)形成含銅硫化物(P?kalaetal., 2011; Chenetal., 2014; 張陽和蔡元峰, 2016)。因此，在銅陵礦集區(qū)層狀含銅黃鐵礦礦體中，黃銅礦交代磁黃鐵礦和黃鐵礦現(xiàn)象非常普遍(Maoetal., 2011)。顯然，在中低溫條件下，膠狀黃鐵礦及其相變產(chǎn)物磁黃鐵礦可以成為含銅流體中銅的沉淀劑，這可能是層狀含銅硫化物礦床層控性的重要機(jī)制之一。

層狀硫化物礦體也是銅官山礦田中金礦的主要載體。前人研究表明，在中低溫富硫熱液中Au主要以絡(luò)合物Au(HS)2-和AuHS0形式存在與運移(Murzinetal., 2018)。當(dāng)含金流體溫度、pH降低，含金絡(luò)合物中的HS-易與H+結(jié)合而釋放出金沉淀，形成金礦(Pokrovskietal., 2006; 黃誠和張德會, 2013)。銅陵地區(qū)石炭系的沉積膠狀黃鐵礦礦石中共存有較多的白鐵礦及有機(jī)質(zhì)，其中白鐵礦形成于低于250℃的酸性環(huán)境中(Murowchick and Barnes, 1986; Schoonen and Barnes, 1991)，說明了膠狀黃鐵礦在形成時沉積物中含有較多酸性物質(zhì)，而且有機(jī)質(zhì)在熱液流體中易分解為腐殖酸等(盧家爛等, 1997; 杜軼倫等, 2014)，為后期的熱液金卸載提供了pH條件。這些特征都表明當(dāng)含金流體接觸、交代膠狀黃鐵礦時，流體溫度、pH均會降低，有利于金沉淀，形成層狀硫化物金礦。

5 結(jié)論

(1)銅官山礦田石炭系層狀硫化物礦體中膠狀黃鐵礦礦石多呈膠狀、鮞狀結(jié)構(gòu)，具有同心環(huán)狀特征，白鐵礦、有機(jī)質(zhì)與黃鐵礦互層組成環(huán)帶。膠狀黃鐵礦的黃鐵礦顆粒粒徑從納米至亞微米均有分布，以自形-半自形立方體為主，少數(shù)呈他形。與膠狀黃鐵礦共存的少量白云石、石英、伊利石、有機(jī)質(zhì)等礦物或物質(zhì)均顯示了碎屑沉積或海洋自生的特征。這些特征都指示了層狀礦體中膠狀黃鐵礦為沉積成因，且可能存在有微生物作用參與。

(2)膠狀黃鐵礦礦石的粒徑小，孔隙率高，具有較高的化學(xué)活性，可以成為燕山期含銅巖漿熱液中銅等金屬元素的沉淀劑。膠狀黃鐵礦礦石中還含有一定量的有機(jī)質(zhì)及白鐵礦，可以為金沉淀提供低pH環(huán)境，有利于層狀硫化物金礦體的形成。