矿物标型特征及其对不同成矿作用的标识——以金红石为例

李佳俊

（成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059）

1 金红石概述

金红石的矿物学分类，是属于氧化物分类当中的链状氧化物，其理论学的组成成分为：Ti 含量为60%；O 含量为40%，并且在其中还常常伴有Fe2+、Fe3+、Ta5+、Nb5+、Cr3+等成分混入到矿物当中。其中主要以Fe 含量的黑色矿物称之为铁金红石。Fe2+可和2Nb5+或Ta5+与3Ti4+构成异价类质同像置换。当Nb大于Ta时，称铌铁金红石；当Ta大于Nb 时，称钽铁金红石（王琪，2019）。

金红石的矿体结构属于四方型的晶体体系。其浸提的结构基本为[TiO6]配位八面体。[TiO6]配位八面体是沿C 轴进行排列，下[TiO6]配位八面体以链状排列，并且链通过[TiO6]配位八面体的角顶点连接。以{110}作为双晶平面，同时形成双膝状，三胞胎或环形六边形。骨料通常是密集的和块状的。样品上的金红石色通常为栗色、深红色，鳞片的颜色主要为红棕色、黄棕色，很少的会出现黄色和橙色以及富含铁的黑色，从浅黄色到浅棕色的条纹。

2 不同成因金红石的标型特征

2.1 形态与粒度特征

对特性（例如粒度）进行简单的区域划分。随着矿体结构变质发展，使超压后的金矿石的颜色从黑红色到黄棕色逐渐变浅，并且其颗粒尺寸逐渐增加。中高压和低压金红石的变质来源通常为棕黄色，其粒径通常随金红石的出现而变化。由于铁和镁对金红石颜色的影响而发生变质腐蚀，从而使颜色从棕黄色到红棕色，以及各种粒径变化。沉积变质金红石的颜色主要是棕红色，暗红色，且晶粒尺寸通常小于0.1 毫米。产生水热来源的黄棕色和红棕色金红石，通常是粒状，大晶体，受污染的丝状金红石，并且粒度范围广。在岩浆过程中所获的金红石可以更好的形成晶体结构，这种晶体机构通常呈现出红褐色，并且伴有变质和热化现象，其晶粒尺寸相对较小。具有最小的晶粒尺寸，通常小于0.1 毫米。

2.2 成分特征

对于不同程度的变质行金红石来说，可通过对金红石类型Ti-Ca 的散射图像来进行区别，其中，在地压变质的金红石，主要分布在钛含量低，钙含量高的地区，分布范围广。 UHP 变质金红石主要沿水平轴分布，在调查区域当中，中高压的金红石所收集到的数据相对较少，但是其总钙含量会超过高压变质的金红石。可以使用Fe 作为变质金红石的比例来确定金红石中Ca 和Cr 的比例。对于金红石的变质成因和岩浆热液成因，化学成分的差异主要体现在Al 含量上，火成金红石中的Al 含量低于变质金红石，而热液金红石中的Al 含量较高，分布面积高于变质金红石。这两个分布区域重叠（如图1）。

不同成因的金红石在Ti-Fe 散点图中（如图2）的主要区域分布情况不同，在所分布的是三个区域当中产生重叠现象，但是火成的金红石所分布的区域一般在低Ti 和高Fe 当中，变质后的主要金红石成分分布在高Ti 和Fe 高的区域中，而在热液中所形成的金红石主要分布在低Fe 的区域当中。该图表可以与其他信息结合起来，全面确定金红石的遗传类型。对于不同来源的金红石，Fe，Si，Ca，Cr 的杂质元素含量通常较高，但是仍然存在很大的明显差异性。在超高压下，金红石一般是具有较高Fe 和Si含量，而早中低压变质的情况下，金红石会具有相对较高的Ca含量。并通过对金红石的类型Ti-Ca，Ti-Fe，Ti-Al，Ca / Fe-Cr / Fe 的二元散射图的综合情况进行分析，可以判断原因。金红石型Ti-Ca 的散射图主要用于区分变质金红石的类型：其中，以低压变质金红石分布在较大的区域为主，主要分布在低钛和高钙的区域。变质超高压金红石主要沿水平轴分布。这是钛含量高而钙含量低的区域。关于中高压变质金红石的数据很少，但其中的钙含量高于超高压变质金红石。在Ca / Fe-Cr / Fe 金红石的二元散射图中，还可以区分变质金红石的类型，并且边界更明显。金红石型Ti-Fe 和Ti-A1 的二元散射图可用于综合区分变质金红石，水热金红石和岩浆金红石：岩浆金红石中的Al 含量低于变质金红石；图中，岩浆金红石分布在低钛和高铁含量的地区，变质金红石主要分布在高钛和高铁含量的地区，热液金红石主要分布在低铁含量的地区Fe 和Ti 含量变化很大（王琪，2019）。

图1 不同成因金红石中Ti-Al 图解

图2 不同成因金红石中Ti-Fe 图解

3 与成矿作用有关的金红石标型特征

在与不同矿化作用有关的金红石中，主要是热液中的金矿床与斑岩铜矿床，所形成的金红石杂质含量相对较高，但是其晶体矿床的金红石杂质含量先对偏低。稀土矿中的金红石的杂质含量的差异性相差较大，这与四种矿化作用有关，金红石的杂质元素含量最高的为Fe，V，W，Nb，但在不同的矿化条件下，所形成金红石也存在一定的差异。在热液金矿石中，W 含量最高，有时在其后出现Fe 和V，其含量次于Fe。斑岩型铜矿中铁含量最高，其次是钨，含量也很高。V是热液金矿中的金红石含量，在晶体沉积物中，从高到低的品位也对应于Fe-W-V，但其W和V含量远低于斑岩铜沉积物，而晶体沉积物中金红石中的Nb含量较高。

4 金红石对于成矿作用的标识

4.1 对于成矿物质来源的标识

Meinhold（2010）中指出，金红石中的Mg、A1 含量可用于区分金红石来源。将与不同成矿作用有关的金红石的Mg-A1 投图可发现（如图3），金红石型刚岔金矿床主要分布在镁含量低，Al含量高的地区，地壳和地幔有来源。Siadyan 金矿的金红石主要分布在Mg 和Al 含量高的地区，地壳缓慢，没有各种铜斑岩的沉积物。主要存在于镁含量高，铝含量高的地区，地壳和地幔有来源。朱诺斑岩金红石主要集中在垂直轴上，即Mg 含量为0，源地壳面积略有分布；江西稀土矿的金红石型主要存在于铝含量低，镁含量范围广的地壳和地幔来源。

图3 金红石来源Mg-A1 图解（Meinhold，2010）

4.2 对于流体环境温度压力的标识

据前人研究，金红石中的Zr 含量与温度，压力有很好的相关性（孙紫坚 等，2017），即，提出了金红石型Zr 温度计以指示金红石形成的温度。由此可以得出结论，金红石中的Zr 含量对相应成矿液体的温度和压力的指示具有确定的影响。 不同矿化作用下金红石中Ti-Zr 含量的散点图（如图4），可以发现，与斑岩型铜矿床有关的金红石主要分布在Zr 含量高的地区，Ti 含量变化很大。热液金矿的金红石型主要分布在Zr 含量低，Ti 含量高的地区。晶体沉积的金红石型主要分布在Ti 含量低的区域。Zr 含量低的区域：稀土金红石的金红石型主要存在于Zr 含量低的区域，而Ti 含量变化很大。在一般情况下，斑岩铜矿的矿床，其温度要高于热液金矿矿床的温度，但是晶体矿床与稀土矿床的矿化温度相对较低。同时会与不同的矿化作用有关的金红石中Zr 含量发生变化，但其通常矿化温度会保持一致，因此，在不同矿体矿化的程度上，金红石均可以作用一种参考矿体来估算矿化所产生的温度。在铁矿中，通常会以同构来取代的形式存在于矿物的晶体当中。其进入晶格的方式主要是Fe3+和一些五价离子组合替换Ti，或直接替换Ti4+和阳离子空位。因此，与不同矿化作用相关的金红石中Ti-Fe 负相关的斜率越小，矿化深度越深，矿化压力越高，即金红石中的Fe 含量与矿化压力正相关趋势。（王琪，2019）。

图4 不同矿种矿床金红石中Ti-Zr 图解

4.3 对于矿化类型的标识

金红石与不同的矿化作用有关，通常含有更多的W 和V。此外，W 通常与Fe 结合以代替金红石中的Ti。通过绘制金红石中Fe-W 的分散点，发现热液金和铜矿石的大多数点分布在一条直线上（该直线是斜率为1 的直线），这表明热液矿床中的W 大于Fe 中的Fe，在穿透金红石晶格更容易，而伟晶岩类型的晶体沉积却恰好相反。通过进一步分析属于水热矿床的铁钨金红石的分布区域，可以发现，与斑岩铜矿床相比，水热金金红石中的钨比铁更容易渗透到金红石晶格中（王琪，2019）。此外，金红石中Nb-V 的散布图还可以区分不同类型的矿化。 图5 显示热液金矿床主要分布在Nb 和V 品位低的地区，斑岩铜矿床主要分布在Nb 品位低的地区，V 品位差异很大，而晶体矿床则主要分布在 低Nb 和低V.V 或高Nb 在V 区的区域。

图5 不同矿种金红石中Nb-V 图解