礦床學研究中對磁黃鐵礦的研究方法及意義

楊 陽

（成都理工大學，四川 成都 610059）

礦物學研究作為研究礦床成因等問題的常規手段之一，也一直是礦床學家或地質學家研究的載體。同時，巖石成因與礦物成因問題，基本上是礦物成因問題。對礦物的復成因性及其標型特征研究，有助于確定礦床的復成因性，從而對闡明地球演化與找礦勘查提供必不可少的線索。本文通過總結前人對各個不同類型礦床中的磁黃鐵礦或相關金屬礦物展開過的研究做出一些概括總結，得出了一些磁黃鐵礦研究方法和其產生的地質意義。

1 典型礦床研究

紅旗嶺銅鎳硫化物礦床位于吉林省磐石市東南部，磁黃鐵礦是該礦床含量最多的硫化物之一，常溫下只有單斜磁黃鐵礦具有亞鐵磁性。郗愛華等（2006）通過對該礦床的磁黃鐵礦采用X射線粉晶衍射和電子探針微區分析發現，紅旗嶺礦床海綿隕鐵狀礦石磁黃鐵礦以單斜磁黃鐵礦(mpo)為主，致密塊狀礦石磁黃鐵礦為單斜磁黃鐵礦與六方磁黃鐵礦(hpo)混合型。差熱與磁-熱重分析顯示致密塊狀礦石在323℃存在明顯的吸熱效應，并且這一過程伴隨著磁性的轉變，表明323℃是礦床中磁黃鐵礦的熱磁效應與相變點。致密塊狀磁黃鐵礦在400℃恒溫30h后淬火條件下使mpo全面轉變成hpo，自然冷卻則使原礦石中的hpo與mpo全部轉變為mpo。這一結果顯示了hpo與mpo之間的轉變主要取決于樣品的冷卻速度，暗示銅鎳硫化物礦床致密塊狀礦體的形成可能與高溫礦漿的快速冷凝有關。同時，磁鐵礦在不同礦體中的含量特點對巖漿銅鎳硫化物礦床成因研究也具有啟示意義。

金川銅鎳硫化物礦床是中國第一大巖漿型銅鎳硫化物礦床，礦石類型主要為浸染狀礦石、海綿隕鐵狀礦石及塊狀礦石。芮會超等（2017）采用礦相顯微鏡觀察、磁性膠體浸潤與電子探針分析等方法，對3種類型礦石中磁黃鐵礦的結構狀態、共生組合與成分特征作了研究，并在此基礎上探討不同類型礦石的成因及成礦過程。

通過研究發現在該礦床的海綿隕鐵狀礦石與浸染狀礦石中，磁黃鐵礦為單純的六方磁黃鐵礦(hpo)，或者六方與單斜磁黃鐵礦(mpo)構成的不規則狀交生體。這2類礦石中磁黃鐵礦的成因很可能是巖(礦)漿中S含量低，且高溫結晶后緩慢降溫，后期又受到了富硫和/或高氧逸度流體的交代作用。

在Ⅱ礦區塊狀礦石中，單斜與六方磁黃鐵礦構成平行葉片狀交生體，表明六方磁黃鐵礦在高溫下結晶后溫度曾快速下降，這期間僅出溶了微量的黃鐵礦，而當溫度下降到254℃以下時，發生了六方磁黃鐵礦中單斜磁黃鐵礦出溶作用。磁黃鐵礦的結晶類型、金屬原子(Fe、Ni、Cu、Co)與硫原子比值M/S演化等佐證了塊狀礦石晚期貫入成因。依據Fe-S系統相圖擬合曲線計算得到狀礦石中六方磁黃鐵礦結晶溫度為743℃～518℃，且在結晶過程中，硫逸度logf(S2)曾從0.427降至-3.767。

安徽銅陵冬瓜山礦床是一個大型層狀硫化物礦床，磁黃鐵礦是該礦床中廣泛分布的主要硫化物之一。郭維明等（2010）通過研究發現該礦床主要由層狀硫化物礦體組成，伴有矽卡巖型和斑巖型礦體。

在層狀礦體上部，磁黃鐵礦主要呈塊狀產出，而層狀礦體下部，磁黃鐵礦多為層紋狀、條帶狀構造，具有顯著的沉積結構構造特征。

巖漿熱液對單純六方磁黃鐵礦的交代作用形成了單斜和六方磁黃鐵礦的交生結構。這些結構特征表明層狀礦體中的磁黃鐵礦并不是巖漿熱液成因，而主要為石炭紀同生沉積膠黃鐵礦、黃鐵礦在燕山期巖漿侵入所引起的熱變質作用下脫硫所形成，并在熱變質作用之后又受到巖漿熱液的疊加交代。

磁黃鐵礦的結構特征顯示冬瓜山礦床的形成經歷了同生沉積、熱變質、熱液交代等多個階段，支持其為同生沉積～疊加改造型礦床。

四川里伍銅礦床里伍銅礦床位于四川省甘孜藏族自治州九龍縣魁多鄉、煙袋鄉，是產于江浪穹窿的中型富銅礦床，其磁黃鐵礦的成分和結構對礦床成因有重要的指示意義。基于對礦床地質特征的認識，陳道前等（2015）采用偏光顯微鏡、掃描電鏡能譜分析、X射線衍射等方法，對主礦體內不同構造類型礦石中的磁黃鐵礦的化學成分和結構進行了分析。

結果表明，礦體內部只產出六方磁黃鐵礦，Fe原子含量百分比為48.63%～47.99%，其成礦溫度高于304℃；礦體邊部同時存在六方和單斜磁黃鐵礦，Fe原子百分比為45.97%～47.54%，成礦溫度迅速降低至254℃以下。結合磁黃鐵礦標型特征和礦床地質特征，推斷里伍銅礦床是在原始礦胚發生變形變質活化的基礎上，經歷了燕山期中高溫熱液疊加改造而富集成礦。

拉屋礦床位于西藏自治區當雄縣境內，大地構造位置處于岡底斯成礦區申扎～旁多銅、銀、鉛、鋅、金成礦帶，為大型矽卡巖型銅鉛多金屬礦床。崔玉斌等（2011）通過對拉屋礦區硫化物礦石的Re-Os同位素年齡測定，厘定成礦時代，并進行成礦物質來源研究，為深入探討礦床成因提供基礎證據。在系統研究拉屋礦床地質地球化學特征的基礎上，以礦石的磁黃鐵礦為對象，測定Re-Os同位素年齡，獲得等時線年齡數據為（309±31）Ma，187Os/188Os的初始值為0.51±0.12，γOs值為306.90～880.29，Re/Os為20.46～80.46。

上述結果，結合礦區野外地質特征和穩定同位素特征，證明拉屋礦床主要形成于晚石炭世來故期，其成礦物質來源于地幔，并在噴流過程中與地殼海底鹵水匯合，遭受了殼源物質的混染，形成噴流成因矽卡巖型礦床。

羊拉銅礦床是三江成礦帶中段重要的大型銅礦床之一，其礦床成因頗受爭議。里農礦段是羊拉銅礦床最主要的組成部分，該礦段礦石中黃銅礦、磁黃鐵礦和黃鐵礦發育，其中，磁黃鐵礦礦石是礦床中含量最高的硫化物礦石。楊鎮等（2014）通過選取里農礦段的磁黃鐵礦礦石樣品，利用礦相學、電子探針和X射線衍射對磁黃鐵礦形態、成分和結構標型特征進行分析，探討其形成環境和沉淀機制，為揭示礦床成因提供有效約束。

研究結果表明：羊拉銅礦床礦體具有典型的矽卡巖型礦床特征，多呈層狀、似層狀產出，且與花崗閃長巖巖體關系密切，受花崗閃長巖巖體和大理巖、變質石英砂巖等地層以及斷裂構造的共同控制；磁黃鐵礦礦石呈鐵黑色、古銅色、銅褐色，塊狀和浸染狀構造；鏡下為黃白色、黃褐色，無內反射色，非均質性不明顯，他形-半自形粒狀結構。局部可見磁黃鐵礦被石英±黃銅礦±黃鐵礦±方解石脈切斷，也見閃鋅礦中有乳滴狀、葉片狀黃銅礦發育。磁黃鐵礦中Fe元素含量為59.25%～60.25%，平均為59.71%，S元素為39.10%～39.97%，平均39.52%，化學分子式為Fe6S7～Fe8S9；晶胞參數平均值為a0=11.912，b0=6.859，c0=12.813，磁黃鐵礦的粉晶X射線衍射曲線呈強度大致相等的雙峰，表明羊拉銅礦床的磁黃鐵礦以單斜磁黃鐵礦為主。

據此判斷該區成礦作用過程中富硫、并經歷快速降溫變化，非均勻應力作用使六方磁黃鐵礦轉化成了單斜磁黃鐵礦；磁黃鐵礦中的硫是以S2-的形式存在，在六方磁黃鐵礦向單斜磁黃鐵礦的轉化過程中，磁黃鐵礦晶格中的Fe離子稍有減少，Fe1-xS的電負性略有增加，還原性相應增強；在Fe-S相圖中，磁黃鐵礦位于黃鐵礦和單斜磁黃鐵礦的共生相區，表明成礦溫度在250℃左右。

即羊拉銅礦床的磁黃鐵礦主體是形成于富硫、非均勻應力、中溫的還原環境。該區磁黃鐵礦富Co貧Ni，Co/Ni值范圍較大，分布于矽卡巖型銅礦床范圍附近，與典型矽卡巖型銅礦有相似的礦床地質和礦物學特征，表明羊拉銅礦床屬于矽卡巖型礦床。

紅山大型銅多金屬礦床位于云南中甸地區，包括紅山、紅牛和恩卡3個礦段，礦體主要呈層狀～似層狀產于石榴石夕卡巖、角巖、大理巖和硅質巖之中，或者呈細脈浸染-網脈狀賦存于深部隱伏花崗斑巖體之中。

由于學術界關于該礦床的成因類型仍然存在不同認識，因此冷成彪（2017）使用激光剝蝕電感耦合等離子體質譜儀（LA-ICPMS）對礦區硅質巖、矽卡巖礦石中的黃鐵礦和磁黃鐵礦進行了微區原位成分的測試，進而根據微量元素特征來約束礦床的成因。

分析結果表明，不同產狀的黃鐵礦具有明顯不同的微量元素組成，硅質巖中的黃鐵礦相對富集Ti、Mn、Ni、As、Pb、Bi、Te、Ag和Sb等微量元素，Co/Ni比值小于1，表現為典型同生沉積黃鐵礦的微量元素特征；而夕卡巖礦石中的黃鐵礦則相對富集Co和Cu，虧損As、Se和Sb等低溫元素，且Co/Ni比值多數大于1，顯示高溫巖漿熱液黃鐵礦的微量元素特征。

此外，硅質巖中磁黃鐵礦的Co、Ni和Se等微量元素組成與黃鐵礦的組成十分類似，表明它們的化學組成主要受到沉積環境的控制。夕卡巖中的磁黃鐵礦與黃鐵礦相比強烈虧損Co，這可能歸因于早期黃鐵礦沉淀時帶走了大量的Co，從而導致殘余熱液中Co濃度的大幅降低。

通過研究，作者還查明紅山礦區黃鐵礦中的Co、Ni、As和Se等元素主要以固溶體的形成存在，而Pb、Bi、Ag、Cu和Mn等元素則主要以顯微包裹體的形式存在。黃鐵礦和磁黃鐵礦中Pb和Bi均表現為正相關關系，暗示它們可能以顯微包裹體或納米微粒的形式分布于這兩種硫化物中。結合野外地質產狀與前人已有研究，作者認為紅山礦區至少存在兩期成礦作用，其中晚三疊世沉積成巖作用形成的黃鐵礦富集了一定的Ag、Bi和Bb等成礦元素，而晚白堊世的巖漿～熱液活動則帶來了大量的Cu和Mo等金屬元素，從而在紅山礦區形成了復合型的Cu-Mo-Pb-Zn-Ag多金屬礦化體系。

2 結論

本文通過對一些富含磁黃鐵礦的典型礦床總結研究總結發現，含磁黃鐵礦礦床主要為與巖漿作用或活動有關的礦床。

通過磁性膠法可以在鏡下區別出單斜磁黃鐵礦和六方磁黃鐵礦；通過X衍射粉晶分析可以通過晶胞參數和粉晶衍射曲線的不同判別出磁黃鐵礦的類型；通過電子探針分析可以計算出單礦物Fe原子比值，進而區分出磁黃鐵礦的類型；通過LA-ICPMS原位微區分析技術可以測出磁黃鐵礦單礦物中微量元素的特征，進而為礦床成因提供參考、為礦物含金性作出差異性比較；通過Re-Os同位素年齡測定法，可以厘定成礦時代，并進行成礦物質來源研究，為深入探討礦床成因提供重要基礎證據。