金屬礦物的標(biāo)型特征之小議

王燕子，任新紅

（1.甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741000；2.甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局天水礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水，741025）

自然界中不同成因的同種礦物其成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、物性等常因生成條件不同而有差異，這些能反映生成條件的特征稱為礦物的標(biāo)型特征。在自然界中，金屬礦產(chǎn)資源豐富，想要了解其成因特征，其礦石礦物的標(biāo)型特征不可忽視，下文將以磁黃鐵礦為例，簡單的分析分析其礦物的標(biāo)型特征。

磁黃鐵礦在很多礦床中均廣泛發(fā)育，對于其標(biāo)型的指示意義的研究不多，如閃鋅礦、黃鐵礦等礦物的標(biāo)型均很大程度上可以指示成礦的環(huán)境的特，所以我們目前可以分析磁黃鐵礦的標(biāo)型，以此來了解其標(biāo)型特征。

1 磁黃鐵礦的物理特征及化學(xué)組成

磁黃鐵礦，其化學(xué)式為FeS，F(xiàn)e的理論值為63.53%，S的是36.47%；但實(shí)際有更多的硫可達(dá)39%～40%。大多數(shù)磁黃鐵礦中，相當(dāng)于S來說，F(xiàn)e是不足量的。磁黃鐵礦成分中還可有Ni 、Co、Mn、Cu代替Fe，并有Pb、Zn、Ag、In、Bi、Ga和鉑族元素等機(jī)械混入物。

磁黃鐵礦為具NiAs型基本結(jié)構(gòu)的非化學(xué)計(jì)量的硫化物，它的成分和結(jié)構(gòu)與溫度相對應(yīng)，高溫條件下形成的NiAs型結(jié)構(gòu)（高溫六方磁黃鐵礦P63/mmc，a0=0.349nm，c0=0.569，Z=2，在320℃以上穩(wěn)定）；低溫條件下，簡單的NiAs型結(jié)構(gòu)極少存在，出現(xiàn)各種畸變和一系列超結(jié)構(gòu)。

據(jù)認(rèn)為，通常nC型磁黃鐵礦不是與2C型就是2A4C型磁黃鐵礦共生，nC型磁黃鐵礦間共生是及其少見的。

高溫磁黃鐵礦為復(fù)六方雙錐晶類。晶體一般平行{0001}呈板狀；少數(shù)為錐狀、桶狀、柱狀。主要單形：平行雙面C{0001}，六方柱m{1010}，六方雙錐r{10-11}、u{20-21}、s{10-12}常見為粒狀、致密塊狀集合體或呈浸染狀。顏色為暗青銅黃色，帶褐色錆色，有時(shí)程黃棕色，亮黑色條痕，金屬光澤，不透明。解理平行{1010}不完全；{0001}裂開發(fā)育，性脆。硬度3.5～4.5.相對密度4.6～4.7.具弱磁性（鐵含量越多，磁性越強(qiáng)）。

磁黃鐵礦是普遍產(chǎn)于內(nèi)生礦床中的，很少見于沉積巖中。在基性巖體和超基性巖體有關(guān)的硫化物礦床中，磁黃鐵礦為其中的主要礦物之一，在銅鎳硫化物礦床中，常常與鎳黃鐵礦和黃銅礦相共生。磁黃鐵礦出現(xiàn)于接觸變質(zhì)礦床中，是矽卡巖晚期階段的產(chǎn)物，形成于矽卡巖礦物透輝石、石榴子石、透閃石形成之后。

磁黃鐵礦也經(jīng)常出現(xiàn)于一系列的熱液礦床之中，與黑鎢礦、輝鉍礦、毒砂、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、石英等礦物相共生存在。總而言之，磁黃鐵礦常常與黃銅礦、黃鐵礦、磁鐵礦、閃鋅礦、毒砂等礦物共生。此外，偶見于沉積巖中，與菱鐵礦伴生，或見于磷灰石結(jié)核中。

圖1 簡化的Fe-S體系相圖（周喜文等）

2 磁黃鐵礦的結(jié)構(gòu)標(biāo)型

磁黃鐵礦有六方磁黃鐵礦、單斜磁黃鐵礦和斜方磁黃鐵礦三種同質(zhì)多象變體。在自然界中常見的是六方磁黃鐵礦，其次是單斜磁黃鐵礦。而缺席構(gòu)造是導(dǎo)致磁黃鐵礦的對稱程度發(fā)生改變的一個(gè)原因。一般情況下，隨著磁黃鐵礦中鐵離子缺失百分率的增加，導(dǎo)致磁黃鐵礦表現(xiàn)出從斜方磁黃鐵礦-六方磁黃鐵礦-單斜磁黃鐵礦的變化的趨勢，顯而易見，其對稱程度也隨之降低。所以，我們可以利用成分推斷磁黃鐵礦的晶系種屬[1]。

Carpenter[2]對隕硫鐵和磁黃鐵礦的相對充分分析后，得知磁黃鐵礦的晶型與成分之間存在一定的對應(yīng)關(guān)系，如是斜方隕硫鐵中鐵原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50.0%～48.0%，而六方磁黃鐵礦中鐵原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為47.8%～47.0%，以及單斜磁黃鐵礦中鐵原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為47.0%～46.5%。

2.1 成分、結(jié)構(gòu)之間關(guān)系

可以利用X射線衍射儀對磁黃鐵礦進(jìn)行了衍射分析出其超結(jié)構(gòu)類型及混合相中各礦物的含量比例，同時(shí)還可測定其主要的化學(xué)組成，即Fe的原子百分比。Yund等(1969)所提出了的Fe原子百分?jǐn)?shù)的計(jì)算方法，它的精度雖不高，但對六方相得磁黃鐵礦而言，同化學(xué)分析(包括電子探針)結(jié)果相差甚小。

公 式 如 下 ：Y=45.212+72.86(d102-2.04)+311.5(d102-2.04)2，（Y-Fe原子百分?jǐn)?shù)）。丁奎首等（2007）使用這個(gè)公式計(jì)算出Fe原子百分?jǐn)?shù)，1964R.H.查彭特早對65個(gè)磁黃鐵礦及天然隕硫鐵的成分進(jìn)行鑒定后，發(fā)現(xiàn)隕硫鐵的成分為50.0Fe原子百分?jǐn)?shù)；六方磁黃鐵的成分范圍為47.0-47.8Fe原子百分?jǐn)?shù)，近于Fe11S12-Fe9S10；單斜磁黃鐵礦的成分范圍為46.5-47.OFe原子近于Fe7S8。這也就說明了磁黃鐵礦中主要元素的含量影響著結(jié)構(gòu)。

據(jù)觀察，六方磁黃鐵礦的衍射特點(diǎn)是(102)面網(wǎng)的衍射為單一峰，而單斜磁黃鐵礦則分裂為兩個(gè)強(qiáng)度大致相等的峰(202)和(20-2)。在測試過程中發(fā)現(xiàn)在所測樣品中其中兩個(gè)磁黃鐵礦樣品為六方和單斜磁黃鐵礦的混合物，其衍射特點(diǎn)是(102)峰劈分明顯，分裂后的(20-2)峰比(102，202)強(qiáng)度低。

2.2 可做地質(zhì)溫度計(jì)

關(guān)于隕硫鐵-磁黃鐵礦-黃鐵礦的相關(guān)系，早在六十年代先后阿諾德(R.G.Arnold) 的詳細(xì)研究相圖[4]，就說明了磁黃鐵礦的成分可作為地質(zhì)溫度計(jì)。從圖中可知，如果在某個(gè)礦床中，六方和單斜兩種磁黃鐵礦混合物存在則可以說明這種磁黃鐵礦形成溫度一般不會超過300℃。

巖漿熱液成因的觀點(diǎn)認(rèn)為磁黃鐵礦主要形成在石英-硫化物這個(gè)階段，它的成礦溫度介于300～400 ℃間［9，10］。一般認(rèn)為磁黃鐵礦的成分、晶型特征和其形成溫度相關(guān)，當(dāng)磁黃鐵礦中的鐵原子含量低于47% (Fe＜61.0外)，那么在高溫穩(wěn)定的六方磁黃鐵礦(α相)，再加溫度低于320℃，就可轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡贝劈S鐵礦(β)；然而，如果當(dāng)Fe原子含量高于47%(Fe＞61.0%)，六方磁黃鐵礦是處于相對穩(wěn)定狀態(tài)的(據(jù)R.G.Arold)[6]。

因此，得知六方磁黃鐵礦在低溫到高溫條件下皆可穩(wěn)定存在有附加條件的［11、7、8］。同時(shí)通過周喜文等通過對老柞山金礦磁黃鐵礦研究后，重新修編了的Fe-S體系相圖中可以知道（圖1），單斜磁黃鐵礦的穩(wěn)定上限精確為254℃。高溫形成的六方磁黃鐵礦在緩慢冷卻過程中會首先溶離出黃鐵礦[9，5]，同時(shí)其六方磁黃鐵礦主晶成分將沿著Arnold溶線向左下方移至254℃[11]，繼續(xù)降溫就可能出溶單斜磁黃鐵礦。如果在降溫初期，體系溫度突然冷卻，那么還未等單斜磁黃鐵礦出現(xiàn)就已全固化沉淀，而這種情況下生成的磁黃鐵礦將全為六方磁黃鐵礦。

這種過程其實(shí)與高溫?zé)嵋和蝗贿M(jìn)入開放的控礦構(gòu)造相似。與Kissin 和Scott［12］的觀點(diǎn)吻合，他們通過研究認(rèn)為高溫形成的六方磁黃鐵礦在緩慢冷卻過程中黃鐵礦是首先出溶的，繼而隨著溫度的降低單斜磁黃鐵礦出溶，但是如果體系發(fā)育的初期遭遇了突然降溫的情況，則很難形成單斜磁黃鐵礦。

所以，我們可知，從礦床中共生礦物組合及其礦物的結(jié)構(gòu)特征推斷有磁黃鐵礦存在的礦床的成礦溫度。

3 成分標(biāo)型

3.1 磁黃鐵礦的鎳、鈷含量

許多學(xué)者通過對黃鐵礦中的Co、Ni等微量元素的分析與研究后，期望從黃鐵礦的Co/Ni比值得知些能對分析礦床成因和變質(zhì)程度的有用信息(陳光遠(yuǎn)等，1989；王奎仁，1989)。而康伯爾等在1968年地球化學(xué)研究成果中表明，有關(guān)黃鐵礦研究的全部結(jié)論中，如果稍加修正將會適用于磁黃鐵礦(顧連新，1974)。

丁奎首借鑒其對巖漿熔離型礦床的分析可知，與鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖有關(guān)的熔離成因的磁黃鐵礦含鎳量遠(yuǎn)大于與之共生的黃鐵礦，其含量最高為0.6%，有時(shí)可超過1%，而共生黃鐵礦中的Ni亦明顯大于Co。白石泉磁黃鐵礦含Ni高達(dá)1.13%。磁黃鐵礦正好投在銅鎳硫化物礦床范圍之內(nèi)[3]。

3.2 礦物組合標(biāo)型

石墨：在礦物的共生組合中，其也表現(xiàn)出其指示意義。如果在磁黃鐵礦礦石中單斜磁黃鐵礦無石墨相伴生出現(xiàn)，六方磁黃鐵礦內(nèi)出現(xiàn)了石墨，那么，石墨的出現(xiàn)則表明了變質(zhì)過程中石墨起到了緩沖劑作用。

Eugester(1981)[7]在應(yīng)用熱力學(xué)方法計(jì)算變質(zhì)過程中變質(zhì)流體緩沖劑的作用之后，其結(jié)果說明了約在200℃以上石墨緩沖劑開始將黃鐵礦還原成磁黃鐵礦。所以，在含碳的沉積物中，埋藏遞進(jìn)變質(zhì)作用將產(chǎn)生原生沉積的黃鐵礦被還原成六方磁黃鐵礦[5]。

還有，如果早礦石中存在磁黃鐵礦與閃鋅礦共存，如果沉淀時(shí)由硫和硫化物參與的化學(xué)平衡反應(yīng)為互不干擾的多組分體系，可據(jù)Toumin與Barton的公式計(jì)算出磁黃鐵礦形成時(shí)的硫逸度。公式如下：

xFeS為磁黃鐵礦FeS的摩爾分?jǐn)?shù)，T為絕對溫度

夏學(xué)惠[5]等對張家溝礦床近礦圍巖礦體底板常出現(xiàn)紋層狀微斜長石巖中礦物組合鉀長石+絹云母+石英中，據(jù)其反應(yīng)結(jié)果估算磁黃鐵礦形成時(shí)的pH值，它們可通過查表和計(jì)算獲得。根據(jù)上式求得不同溫度下的pH值計(jì)算結(jié)果。

公式如下：

K-平衡常數(shù)，K1-KCl離解平衡常數(shù)，m-流體包裹體中K+的摩爾濃度，γ-活度系數(shù)

綜上所述，磁黃鐵礦礦物的標(biāo)型特指示意義重要，在礦床研究中有著重要的作用并值得深層次更精確的研究，其從成礦的地質(zhì)環(huán)境特征到成礦物理化學(xué)的環(huán)境都不可缺席。

那么，從以上分析，我們可以看出其礦物的標(biāo)型意義顯著，對于對金屬礦物的分析也可以從小處著手，對其分析其礦床成因，所以，礦物的標(biāo)型特征，從成分、結(jié)構(gòu)、礦物的共生組合等在對其成礦規(guī)律的分析具有很重要的作用。