福建紫金山矿田黄铁矿标型特征研究

李晓敏 蔡江明 刘文元 邱万昌 潘志龙 杨智飞

(福州大学紫金矿业学院，福州，350108)

福建紫金山地区是我国著名的高硫型与低硫型浅成低温热液型和火山岩-斑岩型铜、钼、金、银、铅、锌、铀等多类型金属矿产并存矿集区，区内已发现了多个与岩浆活动有关的金、银、铜等金属矿床，如紫金山特大型金铜矿床、悦洋大型银多金属矿床、罗卜岭中型铜钼矿床、五子骑龙中型铜矿床、大岩里小型铜矿床、龙江亭小型铜矿床等[1-5]。黄铁矿作为紫金山矿田各矿床中最为常见的矿石矿物或伴生矿物，其找矿矿物学的系统研究具有重要意义，同时随着黄铁矿找矿矿物学的发展，黄铁矿标型特征的研究也越来越受到关注[6-10]。在细致的野外调研及样品采集的基础上，笔者主要从黄铁矿的形态、粒度、主量及微量成分特征与成分环带变化规律、晶体结构等方面，对紫金山矿田7个矿床的黄铁矿形态标型、结构标型及成分标型进行研究。

1 紫金山矿田地质特征及样品采集

紫金山矿田地处华南褶皱系东部，东南沿海火山活动带的西部亚带，闽西南上古生代坳陷西南部，北西向云霄—上杭深断裂带西北段与北东向宣和复背斜西南倾伏端交会部位，上杭北西向白垩纪陆相火山-沉积盆地西北边缘。矿田地层发育较全，主要地层有震旦系、泥盆系、石炭系、三叠系、白垩系、第四系。区内晚侏罗世和早白垩世岩浆活动强烈，酸性、中酸性岩浆多次沿宣和复背斜轴部及北东向断裂侵入。区域上以北东、北西2组断裂最为发育，构成格子状构造，是区域内最重要的控岩、控矿构造。

研究的样品来源于紫金山矿田7个主要矿床(点)系统采样，其中有紫金山铜金矿床86件(主要在露采场的952～628 m中段)、大岩里铜矿床33件(钻孔岩芯样)、五子骑龙铜矿床12件(330 m中段)、二庙沟铜金矿点5件(野外露头)、浸铜湖铜(钼)矿床4件、悦洋银多金属矿2件、罗卜岭铜钼矿床2件。在对所有样品进行矿物及矿物组合鉴定后，选取有代表性的样品进行镜下鉴定、电子探针成分分析及X射线粉晶衍射分析等测试工作，对获得的数据进行分析处理，初步建立紫金山矿田各矿床黄铁矿的矿物标型。

2 黄铁矿形态标型特征

对各个矿床的样品进行肉眼及显微镜下观察黄铁矿的形态特征(表1)。各矿床的黄铁矿矿物共生组合各有不同，颗粒变化大，形态不一，分布范围广的特点贯穿了成矿各个阶段。矿田中常见的黄铁矿单形有正八面体{111}、五角十二面体{210}和立方体{100}，其产出概率约占单形晶的98%。聚形晶可分立方体和五角十二面体聚形、八面体和五角十二面体的聚形、立方体和八面体聚形3种。前二者约占聚形晶的90%，后者聚形晶相对少见。黄铁矿颜色依颗粒和晶形变化，呈现淡黄色、黄绿色和淡铜黄色。

表1紫金山矿田各矿床黄铁矿形态特征
Table1MorphologicalcharacteristicsofpyritefromZijinshanorefieldvariousdeposits

矿床样品数(件)单 形聚 形{100}{111}{210}{100}+{111}{100}+{210}{210}+{111}紫金山862463301514大岩里33036460018五子骑龙126402741112二庙沟59353031113浸铜湖42313501517

显微镜下光片中的黄铁矿多为自形的六边形或四边形，部分为半自形-他形，粒度多在0.1～3 mm。黄白色，部分为浅玫瑰色，反射率在46.0%～55.9%。在光片中常可看到2种类型黄铁矿：一种是表面较干净，晶形较完整，没有被其他矿物交代，Au品位相对较低；另一种是黄铁矿常被闪锌矿等硫化物交代，或被氧化成褐铁矿。晶形较破碎，表面较脏，为浅玫瑰色，与辉铋矿等共生。黄铁矿被其他矿物交代或氧化、晶粒受外力而破碎的程度与成矿有密切的关系。紫金山金矿床的黄铁矿主要分早晚2期。早期形成的黄铁矿常呈八面体、五角十二面体晶形，主要产于花岗岩或英安玢岩中，可见呈网脉、细脉或交错脉状及浸染状分布。主要共生矿物为硅化石英、地开石、明矾石和少量的蓝辉铜矿、硫砷铜矿、铜蓝等。晚期形成的黄铁矿自形程度低，多呈他形粒状、细粒集合体，主要产于隐爆碎屑岩和构造碎屑岩以及部分英安玢岩中，呈斑杂状、交错脉状或稀疏浸染状，不均匀地分布于碎裂纹中。主要共生矿物为次生微晶石英、明矾石微晶集合体、长石蚀变的地开石和大量的蓝辉铜矿、硫砷铜矿、铜蓝以及少量的黄铜矿、斑铜矿和其他铜矿物等。紫金山金矿床中黄铁矿与铜矿化关系密切(图版1)。

图版1 紫金山矿田各矿床的黄铁矿形态特征照片Chart 1 Morphological characteristics of pyrite from Zijinshan orefield various depositsA—五子骑龙3种晶形黄铁矿，黄铁矿结晶完好(反光×20)； B—二庙沟细粒他形黄铁矿(反光×20)，和石英共生；C—紫金山的细粒乳滴状黄铁矿，蓝辉铜矿、铜蓝、硫砷铜矿等交代黄铁矿(反光×20)；D—紫金山金铜矿床粗粒自形黄铁矿，被后期黄铜矿交代呈反应边结构(反光×10)。

在紫金山铜金矿床黄铁矿粒度与含金性研究中发现黄铁矿粒度和其含金性关系明显(表2)，从表2中可看出，随着黄铁矿粒径从粗粒→中粗粒→中细粒→细粒变化，Au含量也逐渐增大，呈现粒度和Au品位的反相关性关系。说明颗粒大结晶好的黄铁矿含金性差；粒度小，破坏程度越严重，自形-他形黄铁矿含金性反而好，这与陈光远等在秦岭某金矿床黄铁矿粒度与含Au量关系研究成果类似[11，12]。细粒黄铁矿集合体和破碎状、裂纹状黄铁矿具有较大的比表面积，使它们更有利于从溶液中有效地吸附Au[13]。

表2 紫金山金铜矿床黄铁矿粒度与含金性关系Table 2 The relationship between size and auriferous pyrite from Zijinshan Au-Cu deposit

3 黄铁矿的成分标型特征

电子探针微区成分分析在福州大学紫金矿业学院福建省矿产资源重点实验室的电子探针仪上进行，电子探针仪型号为JXA-8230，测试条件：加速电压20 kV，工作电流10 nA，束斑直径5 μm，检测限优于60×10-6。测试元素及所用标样为合成化合物(GaAs)；单质Ag、Co、Ni；硫化物(FeS2、CuFeS2、PbS、ZnS)。

3.1 主量成分标型特征

紫金山矿田7个矿床(点)黄铁矿S、Fe平均含量及特征值(表3)。由表3可知，紫金山矿田7个矿床(点)黄铁矿w(S)=52.618%～53.448%，w(Fe)=46.109%～47.131%，w(S)/w(Fe)=1.128～1.153，与理论值[w(S)=53.45%，w(Fe)=46.55%，w(S)/w(Fe)=1.148]对比，S的含量均小于理论值，w(S)/w(Fe)均小于理论值或接近理论值，表现为亏S型黄铁矿，反映出与内生热液作用成因相接近的特征[14]。高价阳离子Co、Ni在高温下可以进入黄铁矿晶格中替代Fe，导致w(S)/w(Fe)比值大于1.148，出现富S现象；高价的阴离子As在低温条件下会进入黄铁矿晶格替代S，使w(S)/w(Fe)小于1.148[15]，悦洋银多金属矿床中黄铁矿w(S)=52.618%，为7个矿床中最低值，相对贫S，可以推测其形成温度较低。

表3紫金山矿田各矿床(点)黄铁矿S、Fe平均含量及特征值
Table3CharacteristicsofmaincompositioninpyritefromZijinshanorefieldvariousdeposits

矿床(点)w(S)(%)w(Fe)(%)w(S)/w(Fe)类型紫金山金铜矿床53 01946 1091 150贫硫贫铁，相对贫铁五子骑龙铜矿床53 22346 1461 153贫硫贫铁，相对贫铁罗卜岭铜钼矿床53 43547 1311 134贫硫富铁大岩里铜矿床53 44846 7571 143贫硫富铁浸铜湖铜(钼)矿床53 22046 7421 145贫硫富铁二庙沟铜金矿点53 40746 8431 140贫硫富铁悦洋银多金属矿床52 61846 6341 128贫硫富铁

3.2 微量元素特征

Co、Ni与Fe在元素周期表中同属于Ⅷ族元素，因此它们可以替代Fe进入黄铁矿晶格中。Ni集中在岩浆早期结晶形成的矿物中，Co相对集中在岩浆晚期形成的矿物中，导致岩浆热液的w(Co)/w(Ni)>1，受火山作用影响的黄铁矿w(Co)/w(Ni)值明显>1，陆源沉积物中黄铁矿w(Co)/w(Ni)<1[16]。紫金山矿田7个矿床(点)黄铁矿Co、Ni平均含量(表4)。由表4可知，7个矿床(点)的Co含量都大于Ni，w(Co)/w(Ni)比值明显>1，表明其来源于岩浆热液，并且受火山作用影响。

表4 紫金山矿田各矿床(点)黄铁矿Co、Ni平均含量Table 4 The average content of Co, Ni in pyrite from Zijinshan Orefield various deposits

在偏光显微镜下发现环带结构黄铁矿。据矿相学世代的划分(图版2)，可分为PyⅠ、PyⅡ2个世代。PyⅠ形成较早，呈自形粒状；PyⅡ形成较晚，呈半自形-他形粒状。PyⅡ围绕PyⅠ生长呈环带结构。根据电子探针分析数据可知，PyⅠ的w(Fe)值明显高于PyⅡ，PyⅠ含Cu明显低于PyⅡ，推测早期的热液含Cu低，晚期的热液含Cu高(表5)。

图版2 具有环带结构的黄铁矿显微照片及电子探针背散射照片Chart 2 Micrographs and EPMA backscattered photos of ring structure pyrite

表5 环带结构黄铁矿电子探针分析数据Table 5 The EPMA datas of ring structure pyrite

4 黄铁矿的结构标型研究

用于X射线粉晶衍射分析样品经破碎、过筛后挑选黄铁矿单矿物颗粒，将挑选的黄铁矿颗粒在石英玛瑙研钵中磨到0.074mm(200目)，送福州大学测试中心做X射线粉晶衍射测试。仪器采用荷兰飞利浦产X'Pert Pro MPD 粉末衍射仪(XRD)，其线性度：±0.002 5，重现性±0.000 1，扫描速度范围0.001～-1.27°/s，最小步长 2θ，测量范围0～167°，测角仪半径可调范围135～230 mm，管轴最大转距30 nm，探测器最大转距10 nm。

测试数据用jade5.0软件处理，经读入数据、建立PDF卡片数据、物像检索等步骤右击打印机按钮，进入打印预览窗口，选择“A”按钮添加文字，点“Save”和“Print”输出衍射图。经物相检索、扣背景和Kα2、平滑、全谱拟合等步骤后，选择菜单“Options-Cell Refinement”命令，打开晶胞精修对话框。按下“Refine”按钮，Jade完成精修后，按下“Print”按钮，窗口显示晶胞参数数据，经输出报表，整理得到X射线粉晶衍射各矿床代表数据计算出晶胞参数(表6)。

表6紫金山矿田各矿床黄铁矿XRD晶胞参数数据
Table6TheXRDlatticeparameterdatasofpyritefromZijinshanorefieldvariousdeposits

样号a0(nm)样号a0(nm)12ZJS10 54152012WZQL70 54138712ZJS20 54176312WZQL80 54164912ZJS70 54150709DYL40 54172812ZJS80 54170309DYL60 54173612EMG10 54161009DYL80 54153812EMG20 54155309DYL100 54156012EMG40 54164709DYL160 54159212JTH10 54164009DYL190 54158812JTH20 54151609DYL220 54171012JTH50 54150209DYL280 54150912WZQL100 54145809DYL310 54189812WZQL20 54128209DYL330 54168212WZQL30 54138513LBL10 54161212WZQL40 54155813LBL20 54111612WZQL50 54197013YY10 541662

据紫金山矿田各矿床黄铁矿XRD晶胞参数数据，表明黄铁矿晶胞参数值的变化范围为a0=0.541 12～0.541 97 nm，变化幅度大，30个样品平均值a0=0.541 58 nm，与标准值(a0=0.541 76 nm)相比较，除09DYL-31、12WZQL-5样品外，其他分析值均偏低，小于标准值。

黄铁矿中微量元素Co、Ni可与Fe类质同象替换，分别呈Co3+和Ni4+价态。As可代替S，它们均可使晶胞参数a0变大。如紫金山矿田黄铁矿含矿性与晶胞参数间关系(表7)，黄铁矿晶胞参数值的变化范围为a0=0.541 68～0.541 51 nm，在二庙沟矿床中黄铁矿晶胞参数变大，Co+Ni+As的含量值也随着增加。根据前人资料[17]一般认为黄铁矿晶粒中含有更多的Co、Ni 和As，使得黄铁矿晶胞参数a0变大。但在大岩里矿床中这种关系不明显，可能是有其他的元素杂质混杂在黄铁矿晶体中。紫金山矿田中，随着黄铁矿晶胞参数0.541 68 nm→0.541 51 nm变小，其Au含量也随之从0.025%变小到0.007%，Cu含量也相应从高到低变化。虽然没有严格线性变化，但这种相关性还是明显的，说明在紫金山矿田中，晶胞参数大，其含矿性高，具有找矿标型特征。

对大岩里小型铜矿床的黄铁矿还进行了晶形、粒度、颜色和晶胞参数等特征的垂直变化研究(表8),在钻孔(ZK821)浅部和底部黄铁矿颗粒粒度偏大，一般粒度为粗粒和中粗粒，颜色为淡黄色，晶形以八面体和立方体为主。该钻孔中部一般为中粒和中细粒黄铁矿，出现了五角十二面体{210}、八面体{111}和五角十二面体及其聚形，在此深度优势明显。黄铁矿颜色随着粒度的变小，晶体自形程度的变差，其颜色逐渐过渡到铜黄色和黄绿色，这可能是某些微量元素引起含Au黄铁矿在正交偏光下产生淡橙红色、淡绿色及明暗变化等光性异常现象，含Au黄铁矿的颜色多为浅黄、浅绿黄、灰黄或暗黄色。

表7 紫金山矿田黄铁矿含矿性与晶胞参数间关系Table 7 The relationship between mineral content and cell parameters of pyrite from Zijinshan orefield

紫金山矿田各矿床黄铁矿晶胞参数值的变化范围与山东胶西北玲珑、棲霞、三山岛多数偏低的特征相同，与山东胶东乳山金矿的黄铁矿特征相反[18]。在深度6.6 m→170.0 m，215.5 m→567.0 m，随着深度的增加，黄铁矿晶胞参数a0呈现规律的变化，从钻孔顶部到中部再到深部，其晶胞参数有从大到小再到大的变化规律。

表8大岩里铜多金属矿床黄铁矿晶形、粒度及晶胞参数
Table8Thecrystalform,granularityandcellparametersofpyritefromDayanliCupolymetallicdeposit

样品编号深度(m)颜色形态特征粒度a0(nm)09DYL⁃46 6淡黄{111}，{100}粗粒0 5417309DYL⁃631 5淡黄{111}中细粒0 5417409DYL⁃839 5铜黄{111}，{100}中⁃粗粒0 5415409DYL⁃1075 5淡黄{210}，{111}中粒0 5415609DYL⁃16170 0浅铜黄色{210}，{111}中粗粒0 5415909DYL⁃19215 5浅铜黄色{210}，{111}{210}+{111}中细粒0 5415909DYL⁃22337 0黄绿色{210}，{111}细粒0 5417109DYL⁃28493 7黄绿色{210}，{111}中粒0 5415109DYL⁃31567 0淡黄{111}中粗粒0 5418909DYL⁃33687 0淡黄{111}，{100}粗粒0 54168

5 结论

在收集、整理前人资料的基础上，通过手标本的观察及偏光显微镜下矿相学观察，并结合电子探针成分分析及X射线粉晶衍射分析，总结紫金山矿田黄铁矿形态标型、结构标型及成分标型特征。

(1) 紫金山矿田黄铁矿晶胞参数值的变化范围为a0=0.541 12～0.541 97 nm，平均值为a0=0.541 58 nm，整体上黄铁矿晶胞参数小于标准值。但紫金山高硫型-浅成(中)低温热液金铜矿床、悦洋低硫型-浅成中低温热液脉型银多金属矿床及大岩里浅成中低温火山-次火山热液型铜矿床的a0值相对较大，更接近标准值。而五子骑龙高温热液型-斑岩型铜矿床的黄铁矿a0值相对更小，偏离标准值幅度更大。从紫金山矿田的顶部到中间再到深部，其黄铁矿a0值也体现出从大到小再到大的变化规律。在紫金山矿田中，黄铁矿的晶胞参数a0值越大，其含矿性越高，其找矿意义就更明显。

(2) 具有不同结晶学特征黄铁矿其含矿性不同，自形-半自形八面体和立方体，粒度粗，淡黄色黄铁矿，其晶胞参数接近于正常值，其含矿性小；他形-半自形八面体，五角十二面体及其聚形黄铁矿，粒度细小黄铁矿，a0值偏大，一般表现为浅铜黄色，含矿性高。

(3) 通过对w(S)值、w(S)/w(Fe)比值研究说明，紫金山矿田7个矿床(点)具有与内生热液作用成因相接近的特征，悦洋银多金属矿床成矿温度较低。w(Co)/w(Ni)比值研究说明，紫金山矿田各矿床的热液来源主要为岩浆热液，并受火山作用影响。

(4) 紫金山铜金矿床中具有环带结构黄铁矿研究表明，早期形成的自形黄铁矿含Cu低，晚期形成的半自形-他形的黄铁矿含Cu高，说明早期热液含Cu低，晚期热液含Cu高。

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