福建紫金山金铜矿黄铁矿成因矿物学特征研究

李小宁，王翠芝，包宝同，巫伟霞

（福州大学紫金矿业学院，福州350108）

福建紫金山金铜矿黄铁矿成因矿物学特征研究

李小宁，王翠芝，包宝同，巫伟霞

（福州大学紫金矿业学院，福州350108）

福建紫金山金铜矿矿石中伴生有大量的黄铁矿。通过对黄铁矿的矿相学、晶体化学、热电性、晶胞参数等方面特征的研究，对本矿的成因有了进一步认识。矿相学特征显示，黄铁矿可分为岩浆热液蚀变期、次火山热液矿化期、低温硅化期等三个期次；晶体化学成分具有富硫亏铁特征；三个期次的黄铁矿晶胞参数均大于理想值0.541 76nm，均值为0.541 92nm；黄铁矿导电类型以N型为主，是黄铁矿Fe类置同象程度大于S所致；热电系数显示的成矿温度为120.83～351.24℃。研究结果表明，紫金山金铜矿黄铁矿成因与岩浆热液有密切关系，矿床成因类型为浅成低温热液矿床。

紫金山金铜矿；黄铁矿；热电性；晶胞参数

黄铁矿是金矿床中最普遍最重要的载金矿物之一，前人通过对黄铁矿特征的研究，有效地指导了找矿工作，在判断成矿温度、矿床剥蚀程度、矿床规模、寻找隐伏矿体等方面均起到了重要作用。金矿石的形成在时空以及成因上与黄铁矿有密切的关系，黄铁矿作为成因矿物，在金矿成因研究方面得到广泛应用。对紫金山金铜矿，前人在矿床地质特征、成矿流体、脉石矿物明矾石矿物学方面已有大量的研究工作［1－3］，但对伴生的成因矿物黄铁矿还没有深入研究。本文主要通过研究黄铁矿矿物学特征，来揭示其与成矿的关系，并对剥蚀深度及深部找矿工作进行了综合评价。

1 地质背景

福建紫金山金铜矿位于东南沿海火山活动带西部亚带，北西向上杭－云霄断裂带与北东向宣和复背斜南西倾伏端交汇部位。矿区内褶皱、断裂构造发育，燕山早期酸性岩浆沿北东或北西向断裂侵入，多期次脉动侵位组成紫金山复式花岗岩体，成为主要的矿化围岩；燕山晚期中性、中酸性火山－岩浆侵入活动受北西向断裂构造及其与北东向构造结点控制，成为紫金山地区铜多金属成矿控制因素。紫金山矿床上金下铜，金矿体主要赋存于潜水面以上氧化带中，与强烈硅化有关；铜矿体赋存于潜水面以下原生带中，为隐伏矿床，与强烈明矾石化有关。矿区围岩蚀变十分强烈，区内各类岩石均遭受不同程度的热液蚀变，并具有多期蚀变作用叠加分布特征。依蚀变矿物组合类型，分为硅化带、石英＋明矾石蚀变带、石英＋地开石＋明矾石＋绢云母蚀变带、石英＋绢云母蚀变带等4个蚀变带。

2 黄铁矿矿相学特征

通过对岩（矿）石光薄片的观察研究，结合前人矿床蚀变与矿化分带的研究成果［4］，可将紫金山黄铁矿划分为三个时代：

早期黄铁矿（Py－Ⅰ）

主要生成于岩浆热液蚀变期，明矾石化为主。浅黄色，晶粒较粗，粒径0.1～0.5mm，晶形较好（立方体和五角十二面体），呈浸染状（图1a）、自形粒状分布于中细粒花岗岩中，局部可见碎裂状黄铁矿（图1b）。

中期黄铁矿（Py－Ⅱ）

主要生成于次火山热液矿化期。根据其矿物组合特征，将其分为两个世代。早期隐爆阶段黄铁矿：亮铜黄色，半自形－他形粒状（图1c，粒径0.1～1 mm），呈细粒碎裂状、集合体脉状、团块状分布，可见环带结构（图1d）。晚期隐爆阶段黄铁矿：暗铜黄色，他形粒状，粒径0.01～0.2mm，在镜下常见黄铁矿呈脉状集合体与后期形成的蓝辉铜矿、铜蓝、斑铜矿等铜硫化物共生（图1e、f）。

图1 紫金山黄铁矿矿相学特征Fig.1 Characteristics of ore microscopy of pyrite from Zijinshan Au－Cu Deposit

晚期黄铁矿（Py－Ⅲ）

主要生成于低温硅化期，可见其与铜蓝和自然金共生。浅黄色，半自形－他形粒状，粒径大小不一，粗粒黄铁矿（粒径0.3～1mm）在大面积硅化区较为常见，集合体呈脉状－细脉状充填于岩石中；细粒黄铁矿（粒径0.01～0.1mm），呈粉尘状散布于矿石中。

3 黄铁矿化学成分特征

表1 紫金山黄铁矿化学成分特征Table 1 Composition characteristics of pyrite from Zijinshan Au－Cu Deposit

3.1 主量元素S/Fe值特征

紫金山黄铁矿S/Fe（原子个数比）值1.987 2～2.114 0，整体上变化比较小，在理论值（1.8～2.2［5］）之内。S/Fe＜2的黄铁矿比例为5.08%，S/Fe值1.987 2～1.998 0，属于S亏损型［6］；S/Fe＞2的黄铁矿比例为94.91%，S/Fe值2.000 4～2.114 0，属于Fe亏损型。紫金山黄铁矿以Fe亏损型为主。

3.2 主量元素δFe/δS－As图解

δFe/δS－As图解对矿床的类型具有一定的指示意义［7］，我们对6个样品求平均值然后在δFe/δS－As图解（图2a）中投点，6个样品都投在“岩浆热液型金矿区”，说明紫金山金铜矿成因与岩浆热液有关。

3.3 主量元素（S＋Fe）－As图解

黄铁矿中主量元素Fe和S总量不仅可以反映出黄铁矿所含杂质的多少，也可以反映成矿类型［7］，具有重要意义。在（S＋Fe）－As图解（图2b）中，紫金山6个样品都投在了“浅成低温热液型矿床集中区”，表明该矿床成因与低温热液有关。

3.4 微量元素特征

紫金山黄铁矿中的微量元素主要有As、Co、Ni、Zn、Au、Ag、W、Se、Sn、Sb等，主要特征如下：

1）Cu、Pb、Zn特征

一般金矿黄铁矿中Cu、Pb、Zn的含量与金含量呈正相关［6］，但紫金山黄铁矿Cu、Pb、Zn与Au无明显相关性。紫金山黄铁矿Cu含量特别高，最高达5 407.78×10－6，平均3 024.40×10－6，远远高于其他岩浆热液矿床的Cu含量平均值（1 318.3× 10－6），Pb（平均12.70×10－6）和Zn（平均62.94× 10－6）却远低于其他岩浆热液矿床（Pb平均825.66 ×10－6、Zn平均933.9×10－6）［6］。紫金山金矿和铜矿的成矿物质来自同期热液，金、铜矿体是在后期的地质作用中形成，所以黄铁矿中Cu含量偏高应该与铜矿体有关，但Pb、Zn的含量为什么偏低，有待进一步研究。

图2 紫金山黄铁矿δFe/δS－As图解（a）和（S＋Fe）－As图解（b）Fig.2 δFe/δS－As diagram（a）and（S＋Fe）－As diagram（b）of pyrite from Zijinshan Cu－Au Deposit

2）Se特征

Se的地球化学性质与S相似，许多硫化物矿床矿化都有Se参与。Se是黄铁矿的标型元素之一。沉积成因黄铁矿含Se低（0.5×10－6～2×10－6），岩浆成因黄铁矿Se一般较高（20×10－6～50× 10－6）［6］。紫金山黄铁矿Se含量33.33×10－6～55.00×10－6，符合岩浆成因黄铁矿的特征。

3）Co/Ni值特征

黄铁矿Co/Ni值可以反映黄铁矿成因，具有标型意义。火山成因的黄铁矿Co/Ni＝5～22；沉积成因Co/Ni一般小于0.63；热液成因Co/Ni一般为1.17；岩浆热液成因Co/Ni＝0.09～12［8］。紫金山黄铁矿的Co/Ni值区间为3.10～5.88，均值4.83，符合岩浆热液成因黄铁矿Co/Ni值特征。

4 热电性特征

4.1 黄铁矿导电类型

我们采用补偿热电动势的统计计算方法（公式3）［9］，依据黄铁矿样品的补偿热电动势值对样品所处的热电场进行划分（见表2）。

其中：VP—P型导电黄铁矿平均热电动势值；VN—N型导电黄铁矿平均热电动势值绝对值；DP—P型导电黄铁矿样品比例；DN—N型导电黄铁矿样品比例。

根据VNP可以划分出四种类型的热电场，VNP＜－10mV为N型热电场；VNP＝－1～－10mV为P－N型热电场；VNP＝1～10mV为N－P型热电场；VNP＞10mV为P型热电场。

紫金山黄铁矿热电场类型以N型为主，比例为92.59%，α值－395.2μV/℃～－1.6μV/℃，P型比例为3.70%，α值5.2μV/℃～67.9μV/℃，N－P型比例3.70%，α值1.7μV/℃～33.7μV/℃。根据大量研究表明［5，10－12］，从金矿体的顶部至底部黄铁矿热电场类型的变化趋势为P型—混合型（P－N型或N－P型）—N型。紫金山黄铁矿热导电类型以N型为主，一定程度说明金矿已剥蚀至深部，深部找金矿的前景不大。

表2 紫金山黄铁矿热电性特征Table 2 Thermoelectric characteristics of pyrite in Zijinshan Deposit

注：热电系数由中国地质大学（北京）成因矿物学实验室测试，测试仪器BHTE－06型热电系数测量仪，实验活化温度60±2℃

4.2 黄铁矿成矿温度

黄铁矿的热电系数与其形成温度有一定的关系，我们采用戈尔巴乔夫建立的黄铁矿成矿温度计算法（公式（2）、（3））［13］，计算紫金山黄铁矿的成矿温度（表3）。

其中：α为黄铁矿热电系数。

表3 紫金山不同类型黄铁矿成矿温度Table 3 Temperature of pyrite in different types in Zijinshan Cu－Au Deposit

5 晶胞参数特征

晶胞参数是黄铁矿的重要标型特征之一，黄铁矿属等轴晶系，晶胞参数a0＝0.541 76nm［14］，通常由于杂质混入和取代，使黄铁矿的晶胞参数增大。我们对紫金山三个成矿阶段的黄铁矿做了X射线衍射实验，并计算出了晶胞参数a0（表4）。三个成矿阶段样品的a0值均大于理想值，均值为0.541 92nm。与金矿床中的黄铁矿晶胞参数a0值偏大的规律相符。由于黄铁矿中含有大量的微量元素，尤其是As、Co、Ni等，它们以类质同象形式进入到黄铁矿中，替代黄铁矿中的S或Fe，从而使黄铁矿的a0值增大。从成矿早期到中期再到晚期，黄铁矿的a0先增大再减小，说明紫金山黄铁矿不同成矿阶段均不同程度的微量元素混入，成矿中期混入量最大。

6 讨论

黄铁矿的理论化学式为Fe［S2］，S/Fe理想值为2，但在成矿过程中会混入Se、As、Co、Ni、Zn、Au、Ag、Sn、Sb等元素，所以S/Fe值在1.8～2.2变化。紫金山黄铁矿S/Fe值1.987 2～2.114 0，94.91%黄铁矿S/Fe值＞2，属于轻度Fe亏损，这可能是黄铁矿Fe的类质同象程度大于S的类质同象所致。严育通等统计的中国多个岩浆热型金矿黄铁矿S/Fe均值是1.99［6］，属于轻度S亏损，与紫金山黄铁矿不同。

表4 紫金山不成矿阶段黄铁矿晶胞参数Table 4 Statistics of crystal structure of pyrite in different stages in Zijinshan Cu－Au Deposit

热电场类型计算结果显示，紫金山N型导电黄铁矿比例为92.59%，少量P型和N－P型。研究表明［15］：一般当黄铁矿中ω（As）＞＞ω（Co＋Ni）时，黄铁矿导型P型占优势；当ω（As）≈ω（Co＋Ni）时，常为P＋N型；当ω（As）＜＜ω（Co＋Ni）时，以N型占优势。紫金山黄铁矿ω（As）＝0.0029%，ω（Co＋Ni）＝0.049%，ω（As）＜＜ω（Co＋Ni）。温度对黄铁矿的类质同象和晶格缺陷有影响，因此也间接影响黄铁矿的导电类型。一般高温有利于Co、Ni代替黄铁矿中的Fe，低温则有利于As、Sb代替黄铁矿中的S［15］。因此高温环境下易形成N型黄铁矿，低温环境下易形成P型黄铁矿，中温条件下易形成P－N型黄铁矿。紫金山成矿温度为120.83～351.24℃，其中92.60%的样品成矿温度大于200℃。紫金山成矿热液具有高Co、Ni低As特征，成矿温度也相对较高，所以易形成N型黄铁矿。所以我们认为紫金山黄铁矿导电类型以N型为主，是黄铁矿Fe的类质同象程度大于S的类质同象所致，这也造成紫金山黄铁矿整体呈Fe亏损。

紫金山黄铁矿的δFe/δS－As图解、（S＋Fe）－As图解以及微量元素特征等都表明紫金山为岩浆热液型矿床。这与张德全［1］、陈景河［16］的研究结果一致。利用黄铁矿热电系数计算出的紫金山成矿温度区间是120.83～351.24℃，与陈景河利用蚀变带包裹体测温（温度区间100～420℃［16］）结果基本一致。

7 结论

1）紫金山黄铁矿从早到晚分为岩浆热液期、次火山热液期、低温硅化期三个期次。

2）紫金山金铜矿黄铁矿整体上属于Fe亏损型。微量元素中Cu含量特别高，Pb、Zn含量偏低。Cu、Pb、Zn含量与Au含量无明显的相关性。

3）紫金山黄铁矿δFe/δS－As图解、（S＋Fe）－As图解以及微量元素特征说明，黄铁矿与岩浆热液关系密切，紫金山铜金矿属于浅成低温岩浆热液型矿床。利用黄铁矿热电系数计算出成矿温度区间为120.83～351.24℃。

4）紫金山黄铁矿以N型导电为主，少量P型、N－P型。结合黄铁矿热电性理论和化学成分特征分析，导电类型以N型为主，是黄铁矿Fe的类质同象程度大于S的类质同象程度所致。根据金矿体从底部到顶部黄铁矿导电类型P型—混合型（P－P型或N－P型）—N型的变化规律，一定程度说明金矿已剥蚀至深部，紫金山深部找金矿的前景不大。

5）紫金山金铜矿三个期次的黄铁矿晶胞参数均大于理想值0.54176nm，均值0.54192nm。说明不同成矿段的黄铁矿均有不同程度的微量元素混入，但成矿中期混入量最大，可以作为划分成矿期的标志。

［1］张德全，丰成友，李大新，等.紫金山地区斑岩浅成热液成矿系统的成矿流体演化［J］.地球学报，2005，26（2）：127－136.

［2］陈兴水，王少怀，陈吉财，等.紫金山铜金矿床铜矿物垂直分带特征及找矿意义初探［J］.福建地质，2013，32（3）：173－184.

［3］王翠芝，阙洪华.紫金山金铜矿明矾石的矿物学特征［J］.矿物学报，2013，33（3）：229－336.

［4］张德全，李大新，赵一鸣，等.中华人民共和国地质矿产部地质专刊［M］.北京：地质出版社，1992.

［5］王学明.湘西金矿黄铁矿的找矿矿物学研究［J］.黄金，1994，15（3）：7－10.

［6］严育通，李胜荣，贾宝剑，等.中国不同成因类型金矿床的黄铁矿成分标型特征及统计分析［J］.地学前缘，2012，19（4）：214－226.

［7］严育通，李胜荣.胶东流口金矿黄铁矿成因矿物学及稳定同位素研究［J］.岩石矿物，2011，31（4）：58－66.

［8］李忠满，刘娟，李士江.赵家堡子金矿床黄铁矿矿物学研究［J］.地质找矿论丛，2003，18（增刊）：11－15.

［9］赵亨达，邢玉屏.黄铁矿热电性与矿石含金量初步探讨［J］.矿物学报，1998，8（1）：38－45.

［10］李成禄，李胜荣，罗军燕，等.山西繁峙义兴寨金矿黄铁矿热电系数与导型特征及其地质意义［J］.现代地质，2009（6）：1056－1063.

［11］徐国风，邵洁涟.黄铁矿的标型特征及其实际意义［J］.地质评论，1980，26（6）：541－545.

［12］邵洁涟.金矿找矿矿物学［M］.武汉：中国地质大学出版社，1989.

［13］要梅娟，申俊峰，李胜荣，等.河南嵩县前河金矿黄铁矿的热电性—热爆特征及其与金矿化的关系［J］.地质通报，2002，8（2）：156－164.

［14］魏存弟.辽宁五龙金矿黄铁矿标型特征［J］.地质找矿论丛，2001，16（2）：135－139.

［15］孟繁聪，孙岱生，李胜荣，等.山东烟台南张家金矿黄铁矿的标型特征［J］.现代地质，2011（2）：231－237.

［16］陈景河.紫金山铜（金）矿床成矿模式［J］.黄金，1999，20（7）：6－10.

Study on genetic mineralogical of pyrite from Zijinshan Au－Cu Deposit，Fujian Province

LI Xiaoning，WANG Cuizhi，BAO Baotong，WU Weixia
（College of Zijin Mining，Fuzhou University，Fuzhou 350108，China）

The ores accompany with large amounts of pyrite in Zijinshan Au－Cu Deposit，Fujian Province.We have a further understanding about the genesis of this deposit by investigation of petrography，crystal chemistry，pyroelectricity and cell parameters.According to the characteristics of ore microscopy of pyrite，the pyrite can be divided into three phases：magmatic hydrothermal alteration stage，subvolcanic hydrothermal mineralization stage and the low temperature silicide stage.Crystal chemical composition is characterized by rich in S while poor in Fe.The cell parameters of three pyrite phases are all greater than the ideal value 0.541 76nm.The pyrite hold conduction type of N，due to the isomorph of Fe is greater than S.The thermoelectricity coefficients show the forming temperature is 120.83～351.24℃.The result shows that the pyrite has a close relationship with magmatic hydrothermal.The genetic type of ore deposit is epithermal deposit.

Zijinshan Au－Cu Deposit；pyrite；thermoelectric property；cell parameters

P571

Α

1671－4172（2015）02－0036－06

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.02.009

李小宁（1993－），男，资源勘查工程专业，主要研究方向为成因矿物学及找矿矿物学。

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。