礦物學(xué)特征對(duì)礦床的指示意義

潘亞森

（新疆大學(xué) 地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830049）

前人研究結(jié)果表明，黃鐵礦是地殼中分布最廣的硫化物之一，存在于各種類(lèi)型的巖石和各種成因的礦床中，與成礦過(guò)程緊密相關(guān)。

隨著研究的深入，與礦體共生的黃鐵礦特征可以指示礦床成因以及成礦過(guò)程。本文從黃鐵礦的礦物學(xué)特征方面對(duì)其加以總結(jié)。

1 黃鐵礦的物性標(biāo)型

黃鐵礦常呈淺銅黃色，金屬光澤，無(wú)解理，參差狀斷口，硬度較大。立方體和五角十二面體為黃鐵礦常見(jiàn)晶形，偶見(jiàn)八面體；多以粒狀、致密塊狀或浸染狀集合體形式存在。

黃鐵礦是一種半導(dǎo)體礦物，具有熱電性，熱電性由熱電系數(shù)和導(dǎo)電類(lèi)型（簡(jiǎn)稱(chēng)導(dǎo)型）兩部分組成。熱電系數(shù)是指半導(dǎo)體礦物在一定溫差條件下，形成的非平衡載體流子由高溫區(qū)向低溫區(qū)擴(kuò)散，在半導(dǎo)體內(nèi)形成電場(chǎng)，并以溫差熱電勢(shì)（E）的形式表現(xiàn)。當(dāng)E達(dá)到平衡值時(shí)，熱電系數(shù)即為單位溫差下的熱電動(dòng)勢(shì)，計(jì)算公式為：

α=E/(TH-TL)=E/ΔT

其中，α—熱電系數(shù)（μV/℃）；E—熱電動(dòng)勢(shì)（mV）；ΔT—溫差（℃）。

導(dǎo)電類(lèi)型分為兩種，分別是：空穴型導(dǎo)電（P型）和電子型導(dǎo)電（N型），當(dāng)E＞0時(shí)，為P型導(dǎo)電；E<0時(shí)，為N型導(dǎo)電（邵偉等，1990）[1]。

前人研究資料顯示，黃鐵礦熱電性分布具有縱向分帶性：?jiǎn)我坏腜型或以P型為主黃鐵礦一般發(fā)育于礦體的淺部，隨著深度的增加，N型黃鐵礦逐漸增多，P型黃鐵礦逐漸減少，深部礦體僅發(fā)育單一的N型黃鐵礦。黃鐵礦導(dǎo)型和熱電系數(shù)在垂直方向上的變化規(guī)律可以預(yù)測(cè)礦體的埋藏深度，作為判斷礦體剝蝕程度的重要標(biāo)志（蘇文超，1997）[2]。

成礦溫度是影響黃鐵礦熱電性的另一主要因素，高溫形成的黃鐵礦多為N型，中溫下既有N型又有P型，而低溫下多為P型（李勝榮等，1994）[3]，因此通過(guò)黃鐵礦的熱電性可以判斷黃鐵礦的結(jié)晶溫度。

2 黃鐵礦的形態(tài)標(biāo)型

黃鐵礦的自形能力較其他礦物強(qiáng)，晶體常為立方體{100}和五角十二面體{210}，這兩種晶體出現(xiàn)量最大，較少的晶體為八面體{111}。礦物的形態(tài)受其化學(xué)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其地質(zhì)環(huán)境的制約，記錄了晶體發(fā)展、生長(zhǎng)及其變化的過(guò)程。

立方體{100}面上層狀生長(zhǎng)速度變化會(huì)導(dǎo)致黃鐵礦晶形變化，因?yàn)閧210}和{111}面是由{100}面上生長(zhǎng)邊緣的生長(zhǎng)層階梯構(gòu)成，在掃描電鏡下可見(jiàn)臺(tái)階狀條紋，且過(guò)飽和度越大則臺(tái)階條紋越密集，反之條紋越稀疏。有時(shí)在{100}面上會(huì)出現(xiàn)由島嶼狀生長(zhǎng)層構(gòu)成的較粗的條紋，原因是過(guò)飽和度相對(duì)低且物質(zhì)供應(yīng)不足的條件下生長(zhǎng)層不能連續(xù)覆蓋整個(gè)晶面。另外人工實(shí)驗(yàn)證明溫度變化較大也可導(dǎo)致{100}晶面上出現(xiàn)條紋。因此，{100}晶面上出現(xiàn)粗糙條紋可表明溫度變化梯度大且過(guò)飽和度相對(duì)較低的成礦環(huán)境。此時(shí)不能出現(xiàn){210}、{111}單型，他們只能以臨界面的形式出現(xiàn)（陳光遠(yuǎn)1987）。在{210}面上，晶面條紋平行于[100]的叫正條紋，平行于的為負(fù)條紋。正條紋先生長(zhǎng)，負(fù)條紋后生長(zhǎng)，{100}層狀先生長(zhǎng)，{210}層狀后生長(zhǎng)。所以，有負(fù)條紋的黃鐵礦晶面是在晚期低溫、溫度變化梯度較小的條件下生長(zhǎng)的（陳光遠(yuǎn)1987）[4]。

實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，黃鐵礦晶形隨著熱液過(guò)飽和度的降低，演化順序依次為{210}→{111}→{100}（Murowchick，1987）[5]。一般認(rèn)為，五角十二面體{210}和八面體{111}單形常形成于高硫逸度且物質(zhì)過(guò)飽和的中溫條件下；而{100}單晶則發(fā)育于低硫逸度且物質(zhì)低飽和的高溫或低溫條件下，晶形簡(jiǎn)單。因此可以根據(jù)黃鐵礦形態(tài)判斷成礦環(huán)境。

另外黃鐵礦晶形特征還可以指示其生長(zhǎng)環(huán)境。立方體{100}多發(fā)育于礦體圍巖、弱礦化帶，常出現(xiàn)在礦化早期階段或成礦末期。

同時(shí){100}晶面上的出現(xiàn)粗大條紋也可作為在礦體圍巖中生長(zhǎng)的依據(jù)，因?yàn)閲鷰r中過(guò)飽和度小（硫逸度低），溫度變化梯度大，不利于黃鐵礦片狀生長(zhǎng)層生長(zhǎng)；五角十二面體{210}及其習(xí)性晶體常發(fā)育在強(qiáng)礦化地段，礦體內(nèi)帶，一般出現(xiàn)在礦化中期和中晚期階段；八面體{111}及其習(xí)性晶體的形成條件與{210}及其習(xí)性晶體相似，但它出現(xiàn)的頻率遠(yuǎn)低于前者，有時(shí)還可以在成礦最晚期與礦體淺部出現(xiàn)（陳光遠(yuǎn)1987）。

3 黃鐵礦的成分標(biāo)型

理論上純的黃鐵礦（FeS2）中Fe占46.55%，S占53.45%，但實(shí)際上往往會(huì)有一些別的元素混入。一是呈類(lèi)質(zhì)同象替代形式進(jìn)入黃鐵礦晶格的元素，如替代鐵的Co、Ni元素和替代硫的As、Se、Te等元素；二是呈機(jī)械混入物形式存在于黃鐵礦中的元素，如Cu、Pb、Zn等元素。一般將S/Fe原子比值小于2稱(chēng)為硫虧損，S/Fe比值大于2稱(chēng)為鐵虧損。黃鐵礦的主要成分隨其形成的溫度變化而變化，一般來(lái)說(shuō)，高溫下形成的黃鐵礦略虧硫，較低溫下形成的黃鐵礦略富硫。

黃鐵礦屬于等軸晶系NaCl型結(jié)構(gòu)，所含的微量元素，只有Co，Ni的二硫化物與FeS2結(jié)構(gòu)相同，且鍵長(zhǎng)相近，As常以類(lèi)質(zhì)同相的方式置換S。因此，Co，Ni，As是影響黃鐵礦晶胞參數(shù)的主要元素。在陰離子雜質(zhì)元素中As、Se、Te最有意義，其次是S/Se比值。首先Co/Ni比值常被用來(lái)反映礦床的成因類(lèi)型，一般沉積型礦床小于1，變質(zhì)熱液型接近1，巖漿熱液型1-5，火山熱液型5以上。As元素在硫逸度降低，溫度較低的成礦流體中替代S元素進(jìn)入晶格，使晶包參數(shù)增大，化學(xué)鍵聯(lián)結(jié)能力減弱，晶格錯(cuò)位導(dǎo)致晶格缺陷，從而有利于金的賦存。

黃鐵礦中As、Se、Te的標(biāo)型意義也比較重要。沉積型黃鐵礦大多數(shù)Se為0.5ppm～2ppm，S/Se多在25萬(wàn)到50萬(wàn)范圍內(nèi)；熱液礦床中大多數(shù)黃鐵礦含Se為20ppm～50ppm，S/Se值多在1.0到2.67萬(wàn)范圍內(nèi)。Te在內(nèi)生成礦作用過(guò)程中隨著溫度降低而提高其在黃鐵礦中的含量，從巖漿熔離型銅、鎳礦床的S/Te值為6-10:1到中溫?zé)嵋憾嘟饘俚V床的S/Te值為1:5。因此可以通過(guò)礦床中這幾個(gè)元素的含量及其比值判斷礦床成因。