矿床学研究中对磁黄铁矿的研究方法及意义

杨 阳

（成都理工大学，四川 成都 610059）

矿物学研究作为研究矿床成因等问题的常规手段之一，也一直是矿床学家或地质学家研究的载体。同时，岩石成因与矿物成因问题，基本上是矿物成因问题。对矿物的复成因性及其标型特征研究，有助于确定矿床的复成因性，从而对阐明地球演化与找矿勘查提供必不可少的线索。本文通过总结前人对各个不同类型矿床中的磁黄铁矿或相关金属矿物展开过的研究做出一些概括总结，得出了一些磁黄铁矿研究方法和其产生的地质意义。

1 典型矿床研究

红旗岭铜镍硫化物矿床位于吉林省磐石市东南部，磁黄铁矿是该矿床含量最多的硫化物之一，常温下只有单斜磁黄铁矿具有亚铁磁性。郗爱华等（2006）通过对该矿床的磁黄铁矿采用X射线粉晶衍射和电子探针微区分析发现，红旗岭矿床海绵陨铁状矿石磁黄铁矿以单斜磁黄铁矿(mpo)为主，致密块状矿石磁黄铁矿为单斜磁黄铁矿与六方磁黄铁矿(hpo)混合型。差热与磁-热重分析显示致密块状矿石在323℃存在明显的吸热效应，并且这一过程伴随着磁性的转变，表明323℃是矿床中磁黄铁矿的热磁效应与相变点。致密块状磁黄铁矿在400℃恒温30h后淬火条件下使mpo全面转变成hpo，自然冷却则使原矿石中的hpo与mpo全部转变为mpo。这一结果显示了hpo与mpo之间的转变主要取决于样品的冷却速度，暗示铜镍硫化物矿床致密块状矿体的形成可能与高温矿浆的快速冷凝有关。同时，磁铁矿在不同矿体中的含量特点对岩浆铜镍硫化物矿床成因研究也具有启示意义。

金川铜镍硫化物矿床是中国第一大岩浆型铜镍硫化物矿床，矿石类型主要为浸染状矿石、海绵陨铁状矿石及块状矿石。芮会超等（2017）采用矿相显微镜观察、磁性胶体浸润与电子探针分析等方法，对3种类型矿石中磁黄铁矿的结构状态、共生组合与成分特征作了研究，并在此基础上探讨不同类型矿石的成因及成矿过程。

通过研究发现在该矿床的海绵陨铁状矿石与浸染状矿石中，磁黄铁矿为单纯的六方磁黄铁矿(hpo)，或者六方与单斜磁黄铁矿(mpo)构成的不规则状交生体。这2类矿石中磁黄铁矿的成因很可能是岩(矿)浆中S含量低，且高温结晶后缓慢降温，后期又受到了富硫和/或高氧逸度流体的交代作用。

在Ⅱ矿区块状矿石中，单斜与六方磁黄铁矿构成平行叶片状交生体，表明六方磁黄铁矿在高温下结晶后温度曾快速下降，这期间仅出溶了微量的黄铁矿，而当温度下降到254℃以下时，发生了六方磁黄铁矿中单斜磁黄铁矿出溶作用。磁黄铁矿的结晶类型、金属原子(Fe、Ni、Cu、Co)与硫原子比值M/S演化等佐证了块状矿石晚期贯入成因。依据Fe-S系统相图拟合曲线计算得到状矿石中六方磁黄铁矿结晶温度为743℃～518℃，且在结晶过程中，硫逸度logf(S2)曾从0.427降至-3.767。

安徽铜陵冬瓜山矿床是一个大型层状硫化物矿床，磁黄铁矿是该矿床中广泛分布的主要硫化物之一。郭维明等（2010）通过研究发现该矿床主要由层状硫化物矿体组成，伴有矽卡岩型和斑岩型矿体。

在层状矿体上部，磁黄铁矿主要呈块状产出，而层状矿体下部，磁黄铁矿多为层纹状、条带状构造，具有显著的沉积结构构造特征。

岩浆热液对单纯六方磁黄铁矿的交代作用形成了单斜和六方磁黄铁矿的交生结构。这些结构特征表明层状矿体中的磁黄铁矿并不是岩浆热液成因，而主要为石炭纪同生沉积胶黄铁矿、黄铁矿在燕山期岩浆侵入所引起的热变质作用下脱硫所形成，并在热变质作用之后又受到岩浆热液的叠加交代。

磁黄铁矿的结构特征显示冬瓜山矿床的形成经历了同生沉积、热变质、热液交代等多个阶段，支持其为同生沉积～叠加改造型矿床。

四川里伍铜矿床里伍铜矿床位于四川省甘孜藏族自治州九龙县魁多乡、烟袋乡，是产于江浪穹窿的中型富铜矿床，其磁黄铁矿的成分和结构对矿床成因有重要的指示意义。基于对矿床地质特征的认识，陈道前等（2015）采用偏光显微镜、扫描电镜能谱分析、X射线衍射等方法，对主矿体内不同构造类型矿石中的磁黄铁矿的化学成分和结构进行了分析。

结果表明，矿体内部只产出六方磁黄铁矿，Fe原子含量百分比为48.63%～47.99%，其成矿温度高于304℃；矿体边部同时存在六方和单斜磁黄铁矿，Fe原子百分比为45.97%～47.54%，成矿温度迅速降低至254℃以下。结合磁黄铁矿标型特征和矿床地质特征，推断里伍铜矿床是在原始矿胚发生变形变质活化的基础上，经历了燕山期中高温热液叠加改造而富集成矿。

拉屋矿床位于西藏自治区当雄县境内，大地构造位置处于冈底斯成矿区申扎～旁多铜、银、铅、锌、金成矿带，为大型矽卡岩型铜铅多金属矿床。崔玉斌等（2011）通过对拉屋矿区硫化物矿石的Re-Os同位素年龄测定，厘定成矿时代，并进行成矿物质来源研究，为深入探讨矿床成因提供基础证据。在系统研究拉屋矿床地质地球化学特征的基础上，以矿石的磁黄铁矿为对象，测定Re-Os同位素年龄，获得等时线年龄数据为（309±31）Ma，187Os/188Os的初始值为0.51±0.12，γOs值为306.90～880.29，Re/Os为20.46～80.46。

上述结果，结合矿区野外地质特征和稳定同位素特征，证明拉屋矿床主要形成于晚石炭世来故期，其成矿物质来源于地幔，并在喷流过程中与地壳海底卤水汇合，遭受了壳源物质的混染，形成喷流成因矽卡岩型矿床。

羊拉铜矿床是三江成矿带中段重要的大型铜矿床之一，其矿床成因颇受争议。里农矿段是羊拉铜矿床最主要的组成部分，该矿段矿石中黄铜矿、磁黄铁矿和黄铁矿发育，其中，磁黄铁矿矿石是矿床中含量最高的硫化物矿石。杨镇等（2014）通过选取里农矿段的磁黄铁矿矿石样品，利用矿相学、电子探针和X射线衍射对磁黄铁矿形态、成分和结构标型特征进行分析，探讨其形成环境和沉淀机制，为揭示矿床成因提供有效约束。

研究结果表明：羊拉铜矿床矿体具有典型的矽卡岩型矿床特征，多呈层状、似层状产出，且与花岗闪长岩岩体关系密切，受花岗闪长岩岩体和大理岩、变质石英砂岩等地层以及断裂构造的共同控制；磁黄铁矿矿石呈铁黑色、古铜色、铜褐色，块状和浸染状构造；镜下为黄白色、黄褐色，无内反射色，非均质性不明显，他形-半自形粒状结构。局部可见磁黄铁矿被石英±黄铜矿±黄铁矿±方解石脉切断，也见闪锌矿中有乳滴状、叶片状黄铜矿发育。磁黄铁矿中Fe元素含量为59.25%～60.25%，平均为59.71%，S元素为39.10%～39.97%，平均39.52%，化学分子式为Fe6S7～Fe8S9；晶胞参数平均值为a0=11.912，b0=6.859，c0=12.813，磁黄铁矿的粉晶X射线衍射曲线呈强度大致相等的双峰，表明羊拉铜矿床的磁黄铁矿以单斜磁黄铁矿为主。

据此判断该区成矿作用过程中富硫、并经历快速降温变化，非均匀应力作用使六方磁黄铁矿转化成了单斜磁黄铁矿；磁黄铁矿中的硫是以S2-的形式存在，在六方磁黄铁矿向单斜磁黄铁矿的转化过程中，磁黄铁矿晶格中的Fe离子稍有减少，Fe1-xS的电负性略有增加，还原性相应增强；在Fe-S相图中，磁黄铁矿位于黄铁矿和单斜磁黄铁矿的共生相区，表明成矿温度在250℃左右。

即羊拉铜矿床的磁黄铁矿主体是形成于富硫、非均匀应力、中温的还原环境。该区磁黄铁矿富Co贫Ni，Co/Ni值范围较大，分布于矽卡岩型铜矿床范围附近，与典型矽卡岩型铜矿有相似的矿床地质和矿物学特征，表明羊拉铜矿床属于矽卡岩型矿床。

红山大型铜多金属矿床位于云南中甸地区，包括红山、红牛和恩卡3个矿段，矿体主要呈层状～似层状产于石榴石夕卡岩、角岩、大理岩和硅质岩之中，或者呈细脉浸染-网脉状赋存于深部隐伏花岗斑岩体之中。

由于学术界关于该矿床的成因类型仍然存在不同认识，因此冷成彪（2017）使用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICPMS）对矿区硅质岩、矽卡岩矿石中的黄铁矿和磁黄铁矿进行了微区原位成分的测试，进而根据微量元素特征来约束矿床的成因。

分析结果表明，不同产状的黄铁矿具有明显不同的微量元素组成，硅质岩中的黄铁矿相对富集Ti、Mn、Ni、As、Pb、Bi、Te、Ag和Sb等微量元素，Co/Ni比值小于1，表现为典型同生沉积黄铁矿的微量元素特征；而夕卡岩矿石中的黄铁矿则相对富集Co和Cu，亏损As、Se和Sb等低温元素，且Co/Ni比值多数大于1，显示高温岩浆热液黄铁矿的微量元素特征。

此外，硅质岩中磁黄铁矿的Co、Ni和Se等微量元素组成与黄铁矿的组成十分类似，表明它们的化学组成主要受到沉积环境的控制。夕卡岩中的磁黄铁矿与黄铁矿相比强烈亏损Co，这可能归因于早期黄铁矿沉淀时带走了大量的Co，从而导致残余热液中Co浓度的大幅降低。

通过研究，作者还查明红山矿区黄铁矿中的Co、Ni、As和Se等元素主要以固溶体的形成存在，而Pb、Bi、Ag、Cu和Mn等元素则主要以显微包裹体的形式存在。黄铁矿和磁黄铁矿中Pb和Bi均表现为正相关关系，暗示它们可能以显微包裹体或纳米微粒的形式分布于这两种硫化物中。结合野外地质产状与前人已有研究，作者认为红山矿区至少存在两期成矿作用，其中晚三叠世沉积成岩作用形成的黄铁矿富集了一定的Ag、Bi和Bb等成矿元素，而晚白垩世的岩浆～热液活动则带来了大量的Cu和Mo等金属元素，从而在红山矿区形成了复合型的Cu-Mo-Pb-Zn-Ag多金属矿化体系。

2 结论

本文通过对一些富含磁黄铁矿的典型矿床总结研究总结发现，含磁黄铁矿矿床主要为与岩浆作用或活动有关的矿床。

通过磁性胶法可以在镜下区别出单斜磁黄铁矿和六方磁黄铁矿；通过X衍射粉晶分析可以通过晶胞参数和粉晶衍射曲线的不同判别出磁黄铁矿的类型；通过电子探针分析可以计算出单矿物Fe原子比值，进而区分出磁黄铁矿的类型；通过LA-ICPMS原位微区分析技术可以测出磁黄铁矿单矿物中微量元素的特征，进而为矿床成因提供参考、为矿物含金性作出差异性比较；通过Re-Os同位素年龄测定法，可以厘定成矿时代，并进行成矿物质来源研究，为深入探讨矿床成因提供重要基础证据。