礦物標(biāo)型特征及其對不同成礦作用的標(biāo)識(shí)
——以金紅石為例

李佳俊

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

1 金紅石概述

金紅石的礦物學(xué)分類，是屬于氧化物分類當(dāng)中的鏈狀氧化物，其理論學(xué)的組成成分為：Ti 含量為60%；O 含量為40%，并且在其中還常常伴有Fe2+、Fe3+、Ta5+、Nb5+、Cr3+等成分混入到礦物當(dāng)中。其中主要以Fe 含量的黑色礦物稱之為鐵金紅石。Fe2+可和2Nb5+或Ta5+與3Ti4+構(gòu)成異價(jià)類質(zhì)同像置換。當(dāng)Nb大于Ta時(shí)，稱鈮鐵金紅石；當(dāng)Ta大于Nb 時(shí)，稱鉭鐵金紅石（王琪，2019）。

金紅石的礦體結(jié)構(gòu)屬于四方型的晶體體系。其浸提的結(jié)構(gòu)基本為[TiO6]配位八面體。[TiO6]配位八面體是沿C 軸進(jìn)行排列，下[TiO6]配位八面體以鏈狀排列，并且鏈通過[TiO6]配位八面體的角頂點(diǎn)連接。以{110}作為雙晶平面，同時(shí)形成雙膝狀，三胞胎或環(huán)形六邊形。骨料通常是密集的和塊狀的。樣品上的金紅石色通常為栗色、深紅色，鱗片的顏色主要為紅棕色、黃棕色，很少的會(huì)出現(xiàn)黃色和橙色以及富含鐵的黑色，從淺黃色到淺棕色的條紋。

2 不同成因金紅石的標(biāo)型特征

2.1 形態(tài)與粒度特征

對特性（例如粒度）進(jìn)行簡單的區(qū)域劃分。隨著礦體結(jié)構(gòu)變質(zhì)發(fā)展，使超壓后的金礦石的顏色從黑紅色到黃棕色逐漸變淺，并且其顆粒尺寸逐漸增加。中高壓和低壓金紅石的變質(zhì)來源通常為棕黃色，其粒徑通常隨金紅石的出現(xiàn)而變化。由于鐵和鎂對金紅石顏色的影響而發(fā)生變質(zhì)腐蝕，從而使顏色從棕黃色到紅棕色，以及各種粒徑變化。沉積變質(zhì)金紅石的顏色主要是棕紅色，暗紅色，且晶粒尺寸通常小于0.1 毫米。產(chǎn)生水熱來源的黃棕色和紅棕色金紅石，通常是粒狀，大晶體，受污染的絲狀金紅石，并且粒度范圍廣。在巖漿過程中所獲的金紅石可以更好的形成晶體結(jié)構(gòu)，這種晶體機(jī)構(gòu)通常呈現(xiàn)出紅褐色，并且伴有變質(zhì)和熱化現(xiàn)象，其晶粒尺寸相對較小。具有最小的晶粒尺寸，通常小于0.1 毫米。

2.2 成分特征

對于不同程度的變質(zhì)行金紅石來說，可通過對金紅石類型Ti-Ca 的散射圖像來進(jìn)行區(qū)別，其中，在地壓變質(zhì)的金紅石，主要分布在鈦含量低，鈣含量高的地區(qū)，分布范圍廣。 UHP 變質(zhì)金紅石主要沿水平軸分布，在調(diào)查區(qū)域當(dāng)中，中高壓的金紅石所收集到的數(shù)據(jù)相對較少，但是其總鈣含量會(huì)超過高壓變質(zhì)的金紅石。可以使用Fe 作為變質(zhì)金紅石的比例來確定金紅石中Ca 和Cr 的比例。對于金紅石的變質(zhì)成因和巖漿熱液成因，化學(xué)成分的差異主要體現(xiàn)在Al 含量上，火成金紅石中的Al 含量低于變質(zhì)金紅石，而熱液金紅石中的Al 含量較高，分布面積高于變質(zhì)金紅石。這兩個(gè)分布區(qū)域重疊（如圖1）。

不同成因的金紅石在Ti-Fe 散點(diǎn)圖中（如圖2）的主要區(qū)域分布情況不同，在所分布的是三個(gè)區(qū)域當(dāng)中產(chǎn)生重疊現(xiàn)象，但是火成的金紅石所分布的區(qū)域一般在低Ti 和高Fe 當(dāng)中，變質(zhì)后的主要金紅石成分分布在高Ti 和Fe 高的區(qū)域中，而在熱液中所形成的金紅石主要分布在低Fe 的區(qū)域當(dāng)中。該圖表可以與其他信息結(jié)合起來，全面確定金紅石的遺傳類型。對于不同來源的金紅石，F(xiàn)e，Si，Ca，Cr 的雜質(zhì)元素含量通常較高，但是仍然存在很大的明顯差異性。在超高壓下，金紅石一般是具有較高Fe 和Si含量，而早中低壓變質(zhì)的情況下，金紅石會(huì)具有相對較高的Ca含量。并通過對金紅石的類型Ti-Ca，Ti-Fe，Ti-Al，Ca / Fe-Cr / Fe 的二元散射圖的綜合情況進(jìn)行分析，可以判斷原因。金紅石型Ti-Ca 的散射圖主要用于區(qū)分變質(zhì)金紅石的類型：其中，以低壓變質(zhì)金紅石分布在較大的區(qū)域?yàn)橹鳎饕植荚诘外伜透哜}的區(qū)域。變質(zhì)超高壓金紅石主要沿水平軸分布。這是鈦含量高而鈣含量低的區(qū)域。關(guān)于中高壓變質(zhì)金紅石的數(shù)據(jù)很少，但其中的鈣含量高于超高壓變質(zhì)金紅石。在Ca / Fe-Cr / Fe 金紅石的二元散射圖中，還可以區(qū)分變質(zhì)金紅石的類型，并且邊界更明顯。金紅石型Ti-Fe 和Ti-A1 的二元散射圖可用于綜合區(qū)分變質(zhì)金紅石，水熱金紅石和巖漿金紅石：巖漿金紅石中的Al 含量低于變質(zhì)金紅石；圖中，巖漿金紅石分布在低鈦和高鐵含量的地區(qū)，變質(zhì)金紅石主要分布在高鈦和高鐵含量的地區(qū)，熱液金紅石主要分布在低鐵含量的地區(qū)Fe 和Ti 含量變化很大（王琪，2019）。

圖1 不同成因金紅石中Ti-Al 圖解

圖2 不同成因金紅石中Ti-Fe 圖解

3 與成礦作用有關(guān)的金紅石標(biāo)型特征

在與不同礦化作用有關(guān)的金紅石中，主要是熱液中的金礦床與斑巖銅礦床，所形成的金紅石雜質(zhì)含量相對較高，但是其晶體礦床的金紅石雜質(zhì)含量先對偏低。稀土礦中的金紅石的雜質(zhì)含量的差異性相差較大，這與四種礦化作用有關(guān)，金紅石的雜質(zhì)元素含量最高的為Fe，V，W，Nb，但在不同的礦化條件下，所形成金紅石也存在一定的差異。在熱液金礦石中，W 含量最高，有時(shí)在其后出現(xiàn)Fe 和V，其含量次于Fe。斑巖型銅礦中鐵含量最高，其次是鎢，含量也很高。V是熱液金礦中的金紅石含量，在晶體沉積物中，從高到低的品位也對應(yīng)于Fe-W-V，但其W和V含量遠(yuǎn)低于斑巖銅沉積物，而晶體沉積物中金紅石中的Nb含量較高。

4 金紅石對于成礦作用的標(biāo)識(shí)

4.1 對于成礦物質(zhì)來源的標(biāo)識(shí)

Meinhold（2010）中指出，金紅石中的Mg、A1 含量可用于區(qū)分金紅石來源。將與不同成礦作用有關(guān)的金紅石的Mg-A1 投圖可發(fā)現(xiàn)（如圖3），金紅石型剛岔金礦床主要分布在鎂含量低，Al含量高的地區(qū)，地殼和地幔有來源。Siadyan 金礦的金紅石主要分布在Mg 和Al 含量高的地區(qū)，地殼緩慢，沒有各種銅斑巖的沉積物。主要存在于鎂含量高，鋁含量高的地區(qū)，地殼和地幔有來源。朱諾斑巖金紅石主要集中在垂直軸上，即Mg 含量為0，源地殼面積略有分布；江西稀土礦的金紅石型主要存在于鋁含量低，鎂含量范圍廣的地殼和地幔來源。

圖3 金紅石來源Mg-A1 圖解（Meinhold，2010）

4.2 對于流體環(huán)境溫度壓力的標(biāo)識(shí)

據(jù)前人研究，金紅石中的Zr 含量與溫度，壓力有很好的相關(guān)性（孫紫堅(jiān) 等，2017），即，提出了金紅石型Zr 溫度計(jì)以指示金紅石形成的溫度。由此可以得出結(jié)論，金紅石中的Zr 含量對相應(yīng)成礦液體的溫度和壓力的指示具有確定的影響。 不同礦化作用下金紅石中Ti-Zr 含量的散點(diǎn)圖（如圖4），可以發(fā)現(xiàn)，與斑巖型銅礦床有關(guān)的金紅石主要分布在Zr 含量高的地區(qū)，Ti 含量變化很大。熱液金礦的金紅石型主要分布在Zr 含量低，Ti 含量高的地區(qū)。晶體沉積的金紅石型主要分布在Ti 含量低的區(qū)域。Zr 含量低的區(qū)域：稀土金紅石的金紅石型主要存在于Zr 含量低的區(qū)域，而Ti 含量變化很大。在一般情況下，斑巖銅礦的礦床，其溫度要高于熱液金礦礦床的溫度，但是晶體礦床與稀土礦床的礦化溫度相對較低。同時(shí)會(huì)與不同的礦化作用有關(guān)的金紅石中Zr 含量發(fā)生變化，但其通常礦化溫度會(huì)保持一致，因此，在不同礦體礦化的程度上，金紅石均可以作用一種參考礦體來估算礦化所產(chǎn)生的溫度。在鐵礦中，通常會(huì)以同構(gòu)來取代的形式存在于礦物的晶體當(dāng)中。其進(jìn)入晶格的方式主要是Fe3+和一些五價(jià)離子組合替換Ti，或直接替換Ti4+和陽離子空位。因此，與不同礦化作用相關(guān)的金紅石中Ti-Fe 負(fù)相關(guān)的斜率越小，礦化深度越深，礦化壓力越高，即金紅石中的Fe 含量與礦化壓力正相關(guān)趨勢。（王琪，2019）。

圖4 不同礦種礦床金紅石中Ti-Zr 圖解

4.3 對于礦化類型的標(biāo)識(shí)

金紅石與不同的礦化作用有關(guān)，通常含有更多的W 和V。此外，W 通常與Fe 結(jié)合以代替金紅石中的Ti。通過繪制金紅石中Fe-W 的分散點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)熱液金和銅礦石的大多數(shù)點(diǎn)分布在一條直線上（該直線是斜率為1 的直線），這表明熱液礦床中的W 大于Fe 中的Fe，在穿透金紅石晶格更容易，而偉晶巖類型的晶體沉積卻恰好相反。通過進(jìn)一步分析屬于水熱礦床的鐵鎢金紅石的分布區(qū)域，可以發(fā)現(xiàn)，與斑巖銅礦床相比，水熱金金紅石中的鎢比鐵更容易滲透到金紅石晶格中（王琪，2019）。此外，金紅石中Nb-V 的散布圖還可以區(qū)分不同類型的礦化。 圖5 顯示熱液金礦床主要分布在Nb 和V 品位低的地區(qū)，斑巖銅礦床主要分布在Nb 品位低的地區(qū)，V 品位差異很大，而晶體礦床則主要分布在 低Nb 和低V.V 或高Nb 在V 區(qū)的區(qū)域。

圖5 不同礦種金紅石中Nb-V 圖解