紫金山铜金矿黄铁矿碎裂结构特征及其地质意义

张文媛，王翠芝，魏晓灿

(1.福州大学紫金矿业学院，福州350108;2.紫金矿业集团股份有限公司，福建上杭364200)

紫金山铜金矿黄铁矿碎裂结构特征及其地质意义

张文媛1，王翠芝1，魏晓灿2

(1.福州大学紫金矿业学院，福州350108;2.紫金矿业集团股份有限公司，福建上杭364200)

紫金山铜金矿黄铁矿的碎裂结构具有三种赋存状态，主要运用电子探针(EPMA)对其进行微区分析，进而探讨碎裂结构黄铁矿的特征及其地质意义。通过研究得出以下主要结论:1)本矿碎裂结构黄铁矿的三种赋存状态:破碎程度一般，颗粒较大;破碎程度大，颗粒细小;碎裂结构与粒状结构黄铁矿共生。黄铁矿的破碎程度越大，颗粒越细小，含金性越大，且黄铁矿中金的赋存状态为纳米级颗粒金;2)碎裂结构黄铁矿是亏铁富硫型的，从浅部到深部，亏铁程度与富硫程度逐渐减弱，黄铁矿的Co-Ni图解，说明其是火山-热液成因，其形成与早期隐爆作用有关;3)碎裂结构黄铁矿的主要微量元素有Cu、Co、Ni、Pb、Zn、Au、Ag、As、Sb、Se、W、Sn等，从浅部到深部，碎裂结构黄铁矿的微量元素Sn含量明显增加;元素W、Au、Zn、Ag、Pb都有逐渐降低的趋势;Ni含量也逐渐降低，但是靠近铜矿体，其含量有所增加;越接近铜矿体，Cu与S的含量增加，而Fe的含量降低，体现了紫金山铜金矿床的成矿流体是火山热液(形成于燕山晚期，富含Cu、Au、Pb、Zn等成矿元素)与紫金山复式花岗岩岩体(形成于燕山早期，具有W、Sn、Mo、Bi等矿化特征)的叠加。

紫金山铜金矿;黄铁矿;碎裂结构;电子探针;地质意义

黄铁矿作为一种成因矿物，其成因矿物学标型对成矿有着很好的指示作用［1－2］。在同一矿床中，黄铁矿的结构是有多种类型的，粒状结构、脉状结构、交代残余结构、碎裂结构等，前人对黄铁矿进行过许多方面的研究，但是对于碎裂结构的黄铁矿特征却鲜有文献记载，且前人对碎裂结构黄铁矿的研究，主要通过其化学分析及其对金的吸附性实验，探讨其与金的关系和裂隙金的富集机理［3－4］，但是对碎裂结构黄铁矿，缺乏针对性的研究与原位的意义，而且对于碎裂结构黄铁矿中金的赋存状态也缺乏明确的说明。

紫金山铜金矿床属高硫化型浅成低温热液矿床，区域地质及成矿流体［5－7］、金属矿石矿物［8－10］、脉石矿物明矾石［11－12］等方面已有大量报道，但对本矿中分布广泛的脉石矿物--黄铁矿还没有系统研究，只有少数学者十几年前进行过黄铁矿的部分矿物学研究工作［13－14］，但由于当时的方法技术所限，研究内容比较局限。本文主要是通过对紫金山铜金矿碎裂结构黄铁矿进行电子探针的微区分析，探讨碎裂结构黄铁矿的特征、金的赋存状态及其地质意义。

1 紫金山铜金矿的地质特征概况

紫金山铜金矿位于闽西南坳陷西南端上杭白垩纪火山-沉积盆地东北缘，处于NE向宣和复背斜与云霄-上杭NW向深断裂带交汇部位。燕山早期酸性岩浆沿复背斜轴部侵入，形成紫金山复式花岗岩体;燕山晚期中性至中酸性火山-岩浆侵入活动受北西向断裂构造与北东向构造控制，成为紫金山铜多金属成矿区的主要控矿因素。矿区岩石强烈蚀变，且分带明显，环绕火山通道的英安玢岩和北西向裂隙呈带状分布，水平方向上由中心向外，剖面上由上而下，依次为硅化带、明矾石带、迪开石带、石英-绢云母带。铜矿体以英安玢岩、隐爆角砾岩密集带为中心，划分为4个矿化带，依埋深自浅至深为Ⅱ号矿化带、Ⅰ号矿化带、0号矿化带及Ⅺ号矿化带［15］(图1)。

2 样品特征和测试

2.1 样品采集与制备

铜矿石样品采集方案:样品分布在不同深浅部位的矿化带中，分别采集不同构造的矿石样品，制作光块和光薄片，通过矿相显微镜观察，挑选各矿带中代表性的具碎裂结构的黄铁矿(ZK411-19属Ⅱ号矿带;ZK706-08、ZK008-15在I号矿带;DZK802-8在0号矿带;ZK702-43属Ⅺ号矿带)。

2.2 黄铁矿碎裂特征

本矿区中碎裂结构黄铁矿的特征有:1)团块状黄铁矿或黄铁矿颗粒被破碎成几部分，颗粒相对较大(图2(a)-2(b)，2(d)，2(k)-2(m)，2(p)，2(r)-2 (s));2)黄铁矿的碎裂程度较大，颗粒很细小(图2 (e)-2(i)，2(n));3)与碎裂结构黄铁矿共生的有半自形-自形粒状结构的黄铁矿(图2(c)，2(j)，2 (n)-2(o)，2(q));4)粒状黄铁矿颗粒内部出现破碎现象(图2(t))。

2.3 黄铁矿的测试

样品在中国冶金地质总局山东局测试中心进行测试，仪器型号为JAX-8230。点分析的测试条件为电压20 kV，电流20 nA，束斑直径5 μm或1 μm。测试结果如表1所示。

图1 紫金山铜金矿床3线矿化蚀变分带示意图Fig.1 Mineralization-alteration belts of No.3 line in Zijinshan Cu-Au deposit

3 碎裂结构黄铁矿化学组成特征

紫金山铜金矿碎裂结构黄铁矿，其主量元素Fe、S，根据文献［16］中主量元素的计算方法(表2)，得出碎裂结构黄铁矿的δFe平均值为－1.733，δS平均值为0.958，属亏铁富硫型;且黄铁矿中的Co元素含量较大，其均值为600×10-6，Ni的含量较低;As的含量也较低。

碎裂结构黄铁矿，从浅部到深部，亏铁程度与富硫程度逐渐减弱(Ⅱ号矿带δFe为－1.630，δS为1.011;0号矿带δFe为－1.377，δS为0.797;Ⅺ号矿带δFe为－1.243，δS为0.695)，但是样品越接近铜矿体，其亏铁与富硫程度越大(I号矿带δFe为－1.972，－2.444;δS为1.291，0.797)。

碎裂结构黄铁矿的主要微量元素有Cu、Co、Ni、Pb、Zn、Au、Ag、As、Sb、Se、W、Sn等，从浅部到深部，碎裂结构黄铁矿的微量元素Sn含量明显增加;元素W、Au、Zn、Ag、Pb都有逐渐降低的趋势;

图2 紫金山铜金矿碎裂结构黄铁矿的电子探针图像Fig.2 EPMA images of fragmentation pyrite in Zijinshan Cu-Au Deposit

表1 黄铁矿的电子探针(EPMA)点分析结果表(wB/%)Table1 EPMA spots analytical results of pyrites

续表1(continue to table 1)

续表1(continue to table 1)

表2 紫金山铜金矿各矿带中碎裂结构黄铁矿元素组成的特征值Table 2 The pyrites characteristic values of every ore belts in Zijinshan Cu-Au Deposit

Ni含量也逐渐降低，但是靠近铜矿体，其含量有所增加;越接近铜矿体，Cu与S的含量增加，而Fe的含量降低(图3)。

图3 不同矿带中碎裂结构黄铁矿化学成分特征Fig.3 Chemical composition characteristics of the fragmentation pyrites in different ore belts

4 讨论

4.1 黄铁矿赋存状态与金的关系及金的赋存状态

从碎裂结构黄铁矿的电子探针图像中可以明显看出黄铁矿的碎裂程度及其颗粒的大小。根据碎裂结构黄铁矿的点分析，统计得表3。

从表3可以看出，高出Au检出限的测点率高的样品(如ZK706-08)，其黄铁矿的破碎程度大，且碎裂黄铁矿的颗粒很细小;反之，高出Au检出限的测点率低的样品(如ZK411-19)，其黄铁矿的破碎程度小，且碎裂黄铁矿的颗粒较大。

综上所述，碎裂结构黄铁矿含金，但是金的赋存状态如何呢?Reich等［17］运用高分辨率分析和多种光谱技术的研究，对美国几个卡林型金矿床含砷黄铁矿中金的赋存状态进行研究，研究结果表明，Au与As呈楔形状分布，确定了金在含砷黄铁矿中的溶解度极限，即:

在logCAu-logCAs图中，位于溶解度限制线上方区域，黄铁矿中的金则出现为纳米级自然金颗粒(Au0)，位于溶解度限制线下方的楔形区，金主要以不可见金固溶体(Au+)形式存在于黄铁矿中。本研究区碎裂黄铁矿中的Au、As含量在Au-As关系图中(图4)，落于金溶解度限制线上方区域，说明本区碎裂结构黄铁矿中的金的赋存状态是以纳米级自然金(Au0)的形式存在的。

紫金山铜金矿黄铁矿的破碎程度越大，颗粒越小，其含金性越高，且是以纳米级自然金的形式存在。这说明紫金山铜金矿中的黄铁矿，在其成矿的过程中，经受了隐爆作用，在隐爆作用的早阶段，由于受到巨大的压力作用，使得其产生破碎，形成裂隙，从而为金的富集提供了有利的赋存空间。

表3 紫金山铜金矿碎裂结构黄铁矿Au、As的统计表Table 3 Au、As statistics of the fragmentation pyrite in Zijinshan Cu-Au Deposit

图4 紫金山铜金矿碎裂结构矿黄铁矿As-Au图解底图引文(Reich M，Kesler S，2005［17］)Fig.4 As-Au diagram of fragmentation pyrites in Zijinshan Cu-Au Deposit

图5 紫金山金铜矿黄铁矿Ni-Co图解(底图引自张运强等［21］，2012)Fig.5 Ni-Co diagram of pyrites in Zijinshan Cu-Au Deposit

4.2 黄铁矿化学成分与成矿的关系

本区碎裂结构黄铁矿中的主量元素显示其为亏铁富硫型，且Co的含量较高，说明黄铁矿在早期隐爆时期，温度较高，压力较大，使得黄铁矿中Co、Ni等类质同象替换Fe的程度较大，而由于本矿的成矿流体是高硫化型的，因而黄铁矿中的S很难被替换，从而形成亏铁富硫型的黄铁矿。

再者，本区碎裂结构黄铁矿的纵向特征，说明黄铁矿在早期隐爆作用的早阶段，主要表现为以破碎为主，且此时成矿流体中的硫逸度较低，利于砷类质同象替换S，因而使得Co、Ni类质同象替换Fe的能力相对较弱;反之，在隐爆作用的晚阶段，由于裂隙的增加，流体中的硫逸度增加，As替换S的能力减弱，因而Co、Ni替换Fe的能力相对增强。

越接近铜矿体，亏铁富硫程度越大，本矿床的铜矿体中主要的铜矿物为铜硫化合物，因而越接近铜矿体，Cu类质同象替换Fe的程度增加，黄铁矿中的硫也相对增加。

矿物所含微量元素在一定程度上反映了其形成时的地质环境，可作为矿床成因的指示剂。黄铁矿中杂质元素Co、Ni含量及相关比值来确定黄铁矿成因已被证明是一种有效的方法［18－21］，将本矿碎裂结构黄铁矿的Co、Ni含量进行投点(图5)，可见，碎裂结构黄铁矿都归于火山-热液成因，这与其形成于隐爆时期的地质条件是一致的。

最后，本矿碎裂结构黄铁矿的主要微量元素特征，Sn从浅部到深部，呈现递增趋势，体现紫金山铜金矿的成矿流体是燕山晚期的富含Cu、Au、Pb、Zn等成矿元素的火山热液叠加在燕山早期具有W、Sn、Mo、Bi等矿化的紫金山复式花岗岩岩体上。

5 结论

1)本矿碎裂结构黄铁矿的赋存状态有三种:破碎程度一般，颗粒较大;破碎程度大，颗粒细小;碎裂结构与粒状结构黄铁矿共生。

2)黄铁矿的破碎程度越大，颗粒越细小，含金性越大，且黄铁矿中金的赋存状态为纳米级颗粒金。

3)本矿碎裂结构黄铁矿是亏铁富硫型的，从浅部到深部，亏铁程度与富硫程度逐渐减弱，黄铁矿的Co-Ni图解，说明其是火山-热液成因，其形成与早期隐爆作用有关。

4)碎裂结构黄铁矿的主要微量元素有Cu、Co、Ni、Pb、Zn、Au、Ag、As、Sb、Se、W、Sn等，从浅部到深部，碎裂结构黄铁矿的微量元素Sn含量明显增加;元素W、Au、Zn、Ag、Pb都有逐渐降低的趋势;Ni含量也逐渐降低，但是靠近铜矿体，其含量有所增加;越接近铜矿体，Cu与S的含量增加，而Fe的含量降低;体现紫金山铜金矿的成矿流体是燕山晚期的富含Cu、Au、Pb、Zn等成矿元素的火山热液叠加在燕山早期具有W、Sn、Mo、Bi等矿化的紫金山复式花岗岩岩体上。

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Characteristics of fragmentation pyrite and its geological implication in Zijinshan Cu-Au Deposit

ZHANG Wenyuan1，WANG Cuizhi1，WEI Xiaocan2
(1.Zijin Mining College of Fuzhou University，Fuzhou 350108，China; 2.Zijin Mining Group Co.，Ltd.，Shanghang Fujian 364200，China)

Fragmentation structure of pyrites has three kinds of states in Zijinshan Cu-Au deposit，this paper investigated its characteristics and geological implication by the micro area analysis on EPMA.Though the study，we make the following conclusion:1)The three occurrence fragmentation structure pyrites in this deposit:General fragmentation，larger particles;large degree of fragmentation，tiny particles;fragmention pyrite co-occurrence with granular structure pyrite.The larger degree of fragmentation pyrite，the smaller particles，the greater contents of the gold，the occurrence of gold in pyrite is nanoscale particles gold.2)The fractured pyrite is iron-deficiency，sulfur-rich type.The degree of iron-deficiency sulfur-rich gradually weakened from shallow to deep part;The Co-Ni diagram of pyrite show that it is the volcano-hydrothermal origin and relevant to early cryptoexplosion.3)The main trace elements of fragmentation pyrite included Cu、Co、Ni、Pb、Zn、Au、Ag、As、Sb、Se、W、Sn and so on.From shallow to deep part，the content of Sn was increased;the content of W、Au、Zn、Ag and Pb gradually decreased.The content of Ni also decreased，but increased near the copper body.Approaching to copper body，the contents of Cu and S increased，while the content of Fe decreased.It presented that the ore-forming fluid is rich in ore elements such as Cu，Au，Pb，Zn，etc.The volcanic hydrothermal fluid with ore-forming elements superimposed on the early Yanshan Zijinshan composite granite pluton which is mineralized with W，Sn，Mo，Bi，etc.

Zijinshan Cu-Au deposit;pyrite;fragmentation structure;electron probe;geological implication

P578.2+92;TD15

Α

1671-4172(2015)01-0036-07

国家自然科学基金(41072067)

张文媛(1989－)，女，硕士，矿产普查与勘探专业，主要研究方向为矿床地球化学。

王翠芝(1965－)，女，教授，博士，矿物学、矿床学、岩石学专业，研究方向为矿床成矿规律及矿产开发利用。

10.3969/j.issn.1671-4172.2015.01.009