黃鐵礦主微量元素及晶胞參數研究內容和意義

張 赫

（成都理工大學地球科學學院，四川 成都 610059）

黃鐵礦是自然界中最為常見的金屬硫化物，也是常見的載金礦物之一，具有重要的研究意義。黃鐵礦的主微量元素、晶胞參數、形態特征和熱電性等標型都可以反應出一定的地質意義，這些標型特征對于研究黃鐵礦的成因，礦床的形成以及深部找礦等方面具有重要的參考價值。在這里，我們主要簡述黃鐵礦的主微量元素和晶胞參數的研究內容和意義。黃鐵礦的主微量元素可以反應礦物在成礦過程中環境的變化，指示礦床的形成環境和成因。黃鐵礦的晶胞參數隨著其成分和礦床形成時的壓力和溫度的變化而變化，其大小可以反映黃鐵礦在成礦時微量元素的混入量，判斷黃鐵礦的含金性。

1 黃鐵礦主微量元素

通過電子探針分析可以得到黃鐵礦主量元素的數據，黃鐵礦主量元素包括S和Fe元素。黃鐵礦理論值S元素含量w(S)=53.45%。Fe含量w(Fe)=46.55%，比值w(S) w /(Fe)=1.148，原子個數比S/Fe=2。大量天然黃鐵礦化學分析結果表，黃鐵礦原子個數比S/Fe往往大于或者小于2，一般將S/Fe＜2稱為硫虧損，S/Fe＞2稱為鐵虧損[1]。黃鐵礦中還含有許多微量元素，導致S和Fe元素的實際含量往往達不到理論值的含量。當w(S)＜53.45%時可稱之為貧硫，w(Fe)＜46.55%時為貧鐵。黃鐵礦的化學式為FeS2，但由于S和Fe元素實際含量的變化，黃鐵礦的原子個數往往并不等于2，導致黃鐵礦化學式與理論化學式具有一定差別。黃鐵礦實際S/Fe比值計算方法為 [w(S) w /(Fe)]*1.742（1.742為Fe和S相對原子質量比值）。w(S) w /(Fe)可以指示礦床形成過程中的硫逸度，當w(S) w /(Fe)＞1.148時，說明形成環境的硫逸度較高，反之則小。

前人通過大量數據統計將不同成因類型金礦床的黃鐵礦主微量成分特征作出總結，得出S和Fe元素的整體特征?；鹕綗嵋盒?、次火山熱液型、巖漿熱液型、卡林型礦床都具有虧鐵虧硫的特點，并且卡林型屬于重度虧鐵虧硫（Fe含量為45.09%，S含量為51.25%）；變質熱液型具有富鐵虧硫的特點（Fe含量為46.82%，S含量為52.69%）。這幾種礦床標準差由大到小的變化順序依次為卡林型（S為2.99，Fe為1.70）、巖漿熱液型（S為1.23，Fe為0.99）、變質熱液型（S為0.74，Fe為0.86）、次火山熱液型（S為0.67，Fe為0.50）和火山熱液型（S為0.58，Fe為0.54），這也反映了上述類型礦床成礦物質和成礦環境的復雜性由大變小的規律[2]。應用δFe-δS圖解來進行黃鐵礦主量元素分析可以得到一定的標型特征，其中δFe和δS的意義是用來表示黃鐵礦樣品中的Fe和S元素偏移理論值的程度，既表示質量的偏離程度，也表示元素個數（原子個數比）的偏離程度。Fe=（Fe-46.55）/46.55*100；δS=（S-53.45）/53.42*100。根據樣品點分布在四個象限的頻率可以清楚看到樣品的富鐵、貧鐵、富硫、虧硫的狀態，從而判斷樣品黃鐵礦是屬于哪種類型的礦床。

通過LA-ICP-MS實驗可以得到黃鐵礦微量元素的數據，在數十種微量元素中得到廣泛應用的是Co、Ni、As、Se、Te等元素。BRALIA[3]等通過對多種不同成因類型的黃鐵礦的Co、Ni含量進行分析后發現：沉積成因的黃鐵礦Co、Ni含量偏低，其比值w(Co)/w(Ni) ＜1，平均值為0.63；熱液（脈狀）成因的黃鐵礦Co、Ni含量變化較大，其比值1.17＜w(Co)/w(Ni) ＜5；火山噴氣塊狀硫化物礦床的黃鐵礦主要特征為高Co低Ni，其比值5＜w(Co)/w(Ni) ＜50。w(S)/w(Se)和w(Se)/w(Te)的比值同樣具有一定的指示意義。熱液成因的黃鐵礦中w(S)/w(Se) ＜1*105，沉積成因的黃鐵礦中w(S)/w(Se) ＞2*105。巖漿成因的黃鐵礦w(Se)/w(Te)在6～10之間，熱液成因的黃鐵礦w(Se)/w(Te)在0.2左右。

通過對黃鐵礦主微量元素數據的分析可以推測元素在黃鐵礦中的賦存方式。如果兩種元素呈現負相關性，則它們是以類質同象的形式出現，例如S和As元素，Fe和Co、Ni元素。如果兩種元素呈現正相關性，可能因為其組成的礦物以包裹體的形式出現。沒有相關性的元素則對應著多種出現形式。一般進行黃鐵礦主微量元素分析時，都會選取自形程度較好的，發育較大的黃鐵礦顆粒，從中心向邊緣依次選擇點位進行測試。這是因為在一個黃鐵礦顆粒中，從中心到邊緣的主微量元素變化可以反應成礦時流體在不同階段的成分變化，以及成礦流體的溫度、PH值等變化信息。假如黃鐵礦顆粒中心部分的元素含量低于顆粒邊緣的，可能說明這個黃鐵礦顆粒生長的有早到晚的時間還存在一些差異，隨著黃鐵礦顆粒的生長，成礦流體中的微量元素含量升高，或者在黃鐵礦顆粒生長的后期階段，成礦流體有著有利于元素進入到黃鐵礦顆粒中的性質。

2 黃鐵礦晶胞參數

黃鐵礦的晶胞參數是黃鐵礦的重要標性特征之一，晶胞參數的大小可以反映黃鐵礦在成礦時微量元素的混入量，從而判斷黃鐵礦的含金性[4]，黃鐵礦是等軸晶系，具有NaCl2形結構。純凈黃鐵礦（S/Fe=2）晶胞參數的理論值a0=5.41759×10-10m，體積 Vol=159.3324×10-10m3。

黃鐵礦化學成分的改變以及溫度和壓力的影響都是引起黃鐵礦晶胞參數變化的因素，但主要原因是黃鐵礦微量元素的混入和S/Fe值的變化[5]。一般認為Co、Ni、As等微量元素的混入會使黃鐵礦的晶胞參數a0值增大，其原因是因為Fe-S、Co-S、Ni-S三個共價鍵的距離是依次增大的，分別為0.226nm、0.234nm和0.240nm。黃 鐵 礦Co、Ni含 量 與a0值 關 系 式 ：a0=0.541759+0.000124X+0.000271Y，式中，X代表CoS2的分子百分數，Y代表NiS2的分子百分數。而黃鐵礦中其它雜質元素的含量通常很低，一般是在萬分之幾以下，這些雜質元素對黃鐵礦晶胞參數的影響很小，通?？梢院雎圆挥?。As、Se、Te等元素置換黃鐵礦中的S元素也會引起晶胞參數a0值的增大，若有1%的As置換S，則至少可以使黃鐵礦的a0值增大0.00024nm。在成礦環境硫逸度相對較低的時候，黃鐵礦S/Fe＜2，a0值減小，這是因為黃鐵礦中出現了S的空位，引起了Fe-S共價鍵增加，以及Fe-S的鍵長減小，從而導致了a0值的減小。

大量實驗證明，黃鐵礦的晶胞參數與含金性具有密切的關系，通常認為：①含金黃鐵礦具有比較多的Co、Ni、As等雜質元素；②基本不含金的黃鐵礦含Co、Ni量甚少、不含As且S/Fe=2，a0值接近純凈黃鐵礦理論的a0值；③黃鐵礦的晶胞參數值a0越大，含金性越好；黃鐵礦晶胞參數值a0越小，含金性越差。

3 結論

黃鐵礦的主微量元素可以用來判斷礦床的成因類型，主量元素S和Fe的比值可以用來反應黃鐵礦形成的宏觀環境。黃鐵礦顆粒從中心到邊緣的元素變化可以反應成礦流體的成分、環境變化，為研究黃鐵礦的成因和礦床形成環境提供重要依據。黃鐵礦的晶胞參數可以反應黃鐵礦成礦時微量元素混入量，判斷黃鐵礦的含金性。