寧鈞陶， 郭喜運(yùn)， 符鞏固， 黃寶亮， 高卓龍， 康 博

(1.湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局402隊(duì)，湖南長(zhǎng)沙 410004;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院，湖北武漢 430074;3.湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，湖南長(zhǎng)沙 410000)

眾所周知，黃鐵礦是自然界中最為常見的金屬礦物，也是與金成礦關(guān)系最為密切的礦物之一，不同類型金礦床中主要共生的金屬礦物以黃鐵礦最為普遍，黃鐵礦作為標(biāo)型礦物是尋找金礦床的重要標(biāo)志之一(彭人勇等，2000)。1990年代以來，運(yùn)用黃鐵礦的礦物標(biāo)型特征在探討礦床成因、指導(dǎo)找礦評(píng)價(jià)(Bajwah et al.，1987;Clark et al.，2004;Pal et al.，2009)，特別是在金礦找礦評(píng)價(jià)和礦體深部預(yù)測(cè)方面已取得大量的成果。筆者在前人已取得成果資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合工作實(shí)踐，針對(duì)國(guó)內(nèi)外主要原生金礦床中黃鐵礦的某些標(biāo)型特征作一些歸納和總結(jié)，并對(duì)其在金礦地質(zhì)找礦中的應(yīng)用作些探討。

1 黃鐵礦的晶體形態(tài)標(biāo)型特征及其在金礦找礦中的地質(zhì)意義

一般說來，與金礦化有關(guān)的黃鐵礦多半為立方體{100}，次為五角十二面體{210}，再次為八面體{111}，而不同金礦床及其不同部位又略有不同，例如湖南平江黃金洞楊山莊金礦中，黃鐵礦以發(fā)育{210}自形晶為總體特征，并具有其他單形({100}、{111})與{210}構(gòu)成的復(fù)雜聚形①苑保欽，馬詳亮.1987.湖南平江縣楊山莊金礦床礦石物質(zhì)成分及金德賦存狀態(tài)初步研究［R］.中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)黃金指揮部黃金地質(zhì)研究所(內(nèi)部資料).;而山東焦家金礦中，黃鐵礦的晶體種類較多，單形晶以{100}、{210}、{111}為主(圖 1)，聚形晶有{100}+{111}、{100}+{110}、{100}+{210}+{211}+{111}、{210}+{100}、{210}+{100}+{111}、{111}+{100}、{111}+{100}+{210}，且不同中段的黃鐵礦晶體形態(tài)又不同。

研究表明，在大多數(shù)金礦床中，黃鐵礦的晶體形態(tài)既存在著時(shí)間上的演化規(guī)律，也存在著空間上的分布規(guī)律。隨著成礦作用過程的時(shí)間推移，黃鐵礦晶形一般出現(xiàn)由簡(jiǎn)單→復(fù)雜→簡(jiǎn)單的變化規(guī)律，例如在河南小秦嶺金礦含金石英脈中的黃鐵礦可劃分為4個(gè)世代(欒世偉等，1991)，其分別形成于4個(gè)礦化階段，除第一和第四世代的黃鐵礦多呈全自形立方體晶形外，第二和第三世代黃鐵礦的晶形較復(fù)雜，主要為立方體，其次尚有八面體、五角十二面體、菱形十二面體以及它們的聚形，通常在強(qiáng)礦化帶中，{210}+{111}的黃鐵礦較多，礦化變?nèi)鹾髣t以{100}的黃鐵礦為主;而在山東焦家金礦中，黃鐵礦的形成可劃分為5個(gè)世代，也分別形成于5個(gè)成礦階段，其中第一和第五世代的黃鐵礦多以粗粒自形的立方體為主，含金性較差，而第二、三、四世代的黃鐵礦則多以細(xì)?！写至０胱孕蔚牧⒎襟w、五角十二面體、八面體為主，含金性較好(表1)。

圖1 山東焦家金礦標(biāo)準(zhǔn)的黃鐵礦晶型Fig.1 Standard pyrite crystal in Jiaojia gold deposite，shandon

表1 焦家金礦各世代黃鐵礦特征表(趙潔心等，2007)Table 1 Pyrite feature of each generation in the Jiaojia gold deposite

在空間分布上，據(jù)前人研究，不同類型的金礦或不同礦體中的黃鐵礦晶形的空間分布規(guī)律也是不盡相同的。在垂直分帶上，通常從礦體上部→中部→下部，黃鐵礦晶形存在著{100}由多→少→多，{210}和{111}及其聚形由少→多→少的變化規(guī)律(徐國(guó)風(fēng)，1987);在水平分帶上，從礦體到近礦蝕變圍巖至較遠(yuǎn)處的無礦化蝕變圍巖，黃鐵礦依次發(fā)育五角十二面體-菱形十二面體到立方體－菱形十二面體直到立方體晶形(邵潔璉，1988)。

利用黃鐵礦的晶形在金礦床中的變化規(guī)律，可以幫助分析判斷礦體的深度，進(jìn)而可以對(duì)深部金礦化及金礦床的遠(yuǎn)景進(jìn)行評(píng)價(jià)。趙利青等(1997)對(duì)膠東地區(qū)望兒山斷裂帶數(shù)個(gè)金礦床－45～－86 m標(biāo)高的黃鐵礦晶形特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)河?xùn)|金礦7號(hào)礦體在－80 m中段出現(xiàn)較多的{210}及聚形晶黃鐵礦，從上至下{100}減少、{210}增加，指示－86 m中段僅處于礦體的中上部，該礦體向下有較好的延深，而實(shí)際該礦體已延伸到－300 m;界河金礦1號(hào)礦體從－56～－86 m中段，{100}出現(xiàn)率由48.1% 降到 42.5%，{111}出現(xiàn)率由 7% 增至17.6%，與礦體仍處于中淺部一致，實(shí)際延伸達(dá)－450 m;上莊金礦2號(hào)礦體在－47～－80 m的黃鐵礦晶形特征以{100}、{111}各占20%，并且在垂向上變化不明顯為特征，其他聚形晶也較多見，指示該標(biāo)高礦體處于主礦體上部，礦體規(guī)模大，深部遠(yuǎn)景巨大，2004年以來，通過鉆探控制成功發(fā)現(xiàn)了該礦體向深部已延伸至－700 m。

此外，黃鐵礦顆粒大小、單形特點(diǎn)與含金性密切相關(guān)。通常黃鐵礦粒度越小、越破碎，含金性就越高。毛景文等(1997)通過對(duì)湖南萬古金礦區(qū)蝕變破碎板巖型金礦石中不同晶形、不同粒度的早期黃鐵礦微量元素的研究表明:微晶他形黃鐵礦的含金量(103.63 ×10－6～144.46 ×10－6)較細(xì)?！辛Ｗ孕吸S鐵礦的含金量(7.86×10－6～11.62×10－6)高出6～8倍，且黃鐵礦愈破碎含金性愈好。不同晶形的黃鐵礦含金量又以五角十二面體或結(jié)晶不完整的為最高(表2)。因此，在實(shí)際金礦找礦工作中，如在深部探礦工程中發(fā)現(xiàn)黃鐵礦的粒度變小、破碎程度變大時(shí)，將預(yù)示著有富金礦段的存在，應(yīng)及時(shí)調(diào)整下部找礦方向。

2 黃鐵礦的化學(xué)成分標(biāo)型特征及其在金礦找礦中的地質(zhì)意義

金礦床中黃鐵礦的顯著特點(diǎn)是化學(xué)成分復(fù)雜，除主要成分Fe、S外，還含有微量元素 Au，Ag，Cu，Pb，Zn，Hg，Sb，Tl，Cd，Ba，Co，Ni，Bi，Se，Te，As 等，特別是 Au，Ag，Co，Ni，Se，Te，As 的標(biāo)型意義更大。而金是指示金礦最直接的標(biāo)型元素，非金礦床黃鐵礦的金含量往往低于1×10－6，而金礦床黃鐵礦的金含量常達(dá)6×10－6(梅建明，2003)。

2.1 黃鐵礦中微量元素的成因標(biāo)型意義

(1)金礦床中黃鐵礦的Au/Ag比值可反映礦床成因方面的信息。欒世偉(1987)認(rèn)為，不同類型金礦床的黃鐵礦中Au，Ag含量及Au/Ag比值各不相同(表3):中-低溫?zé)嵋盒徒鸬V床的黃鐵礦中含金較高，Au/Ag比值多在0.5以上;火山巖型、構(gòu)造破碎蝕變巖型、沉積-變質(zhì)熱液交代型金礦床以及各類型的伴生金礦床的黃鐵礦中Au/Ag比值多小于0.5。

表2 湖南部分金礦床中黃鐵礦粒度、晶形與含金量的關(guān)系(據(jù)羅獻(xiàn)林，1984)Table 2 The Relationship of pyrite particle size，crystal and gold content in part of the gold deposits of Hunan

(2)不同類型金礦床黃鐵礦中Co、Ni含量及Co/Ni比值也各有差異(表3)，根據(jù)黃鐵礦中Co/Ni比值可判斷成礦物質(zhì)來源的信息。羅獻(xiàn)林(1986)認(rèn)為，殼源型金礦黃鐵礦中的Co、Ni總量要高于混合型金礦。黃鐵礦含Au量高，Co、Ni總量也高，而Co/Ni比值減小，Co/Ni比值常與 Au/Ag比值呈反相關(guān)關(guān)系。Carstens(1941)認(rèn)為熱液成因的黃鐵礦中 Co含量 ＞400×10－6且 Co/Ni＞1，而沉積成因的黃鐵礦Co含量＜100×10－6且Co/Ni＜1。Price(1972)認(rèn)為，與火山作用有關(guān)的大型硫化物礦床Co/Ni比值在5～50之間(平均8.7)，Co含量通常 ＞500 ×10－6而 Ni含量通常 ＜100 ×10－6。

(3)不同類型金礦床黃鐵礦中Se，Te含量也不同，特別是在一些與火山作用有關(guān)的熱液金礦床、與中低溫?zé)嵋河嘘P(guān)的含金石英脈型金礦床，以及熔離型銅鎳礦床、矽卡巖鐵銅礦床中的伴生金礦等，其中黃鐵礦的Se，Te含量較高，而沉積成因的伴生金礦床中黃鐵礦的Se、Te含量較低?；鹕匠练e變質(zhì)伴生金礦床中的黃鐵礦中的S/Se比值為(2.5 ～5.0)×105，中低溫?zé)嵋航鸬V床中黃鐵礦中S/Se比值為(1.07 ～2.67)×104，而從巖漿熔離型銅鎳礦床到中溫?zé)嵋憾嘟饘俚V床中的黃鐵礦，其中Se/Te比值從6 ～10∶1至1∶5。

2.2 黃鐵礦中微量元素的其他標(biāo)型意義

利用黃鐵礦中微量元素的變化還可以確立金礦體的分帶并指導(dǎo)找礦，一般 Ba，Tl，Hg，Ag，Sb 和As出現(xiàn)在礦體上部或頂部外緣原生暈的黃鐵礦中;富 Au，Cu，Pb，Zn，Ag 和 Bi的黃鐵礦常產(chǎn)于礦體中部;而礦體根部和原生暈中的黃鐵礦則Ti，Cr，Ni，Co，As等元素含量趨于增高。富礦體部位黃鐵礦的微量元素含量一般也最高(佟景貴等，2004)。

黃鐵礦中的金豐度可揭示金礦化的遠(yuǎn)景。若黃鐵礦中含金n×10－6，則可望找到獨(dú)立工業(yè)意義的金礦床;當(dāng)黃鐵礦中含金n×10－6時(shí)則指示可能找到具有綜合利用意義的伴生金礦床;而當(dāng)黃鐵礦中含金小于0.1×10－6時(shí)則礦化點(diǎn)遠(yuǎn)景不佳。

黃鐵礦中的微量元素特征還可以幫助評(píng)價(jià)金礦床的規(guī)模。一般來說，工業(yè)意義巨大的金銀礦床中黃鐵礦比工業(yè)意義較小的金銀礦床中黃鐵礦具有較高的 Co，Sn，Pb，Au，Sb，Bi，Te 豐度和比值較小的 Ag/Au，Ag/Pb，Cu/Zn，Se/Te，(As+Sb+Bi)/(Se+Te)以及比值較大的S/Se，Pb/Ni特點(diǎn)。

其次，不同世代黃鐵礦中 Co，Ni，Se，Te含量各不相同。其中Co，Ni含量常與Au，Ag含量呈反消長(zhǎng)關(guān)系。而Se，Te則與Au，Ag含量呈正消長(zhǎng)關(guān)系。當(dāng)發(fā)現(xiàn)探采工程中的黃鐵礦中的Co，Ni含量減少，而 Se，Te 含量增大，As，Hg，Cu，Pb，Zn，Cu，Sb，Bi含量也較高，且Cu＞Pb＞Zn時(shí)，可以說明深部將可能有富金礦化地段出現(xiàn)。

3 黃鐵礦的熱電性在金礦找礦中的地質(zhì)意義

礦物的熱電性，是指半導(dǎo)體類礦物加熱帶電的性質(zhì)，熱電系數(shù)α是指單位溫度差的熱電動(dòng)勢(shì)，其取決于主元素含量之比、雜質(zhì)元素進(jìn)入晶格的情況、礦物組合以及產(chǎn)出深度等因素。當(dāng)黃鐵礦中主元素含量比為虧S(即Fe過剩)時(shí)顯示電子導(dǎo)型(即N型)熱電動(dòng)勢(shì)，主元素含量比為虧Fe(即S過剩)時(shí)顯示空穴導(dǎo)型(即P型)熱電動(dòng)勢(shì)。對(duì)熱液礦床來說，揮發(fā)性組份(包括S和As)多聚集在礦體頂部，故一般在礦體頂部和上部黃鐵礦中S有盈余，在礦體下部和根部黃鐵礦中中S有虧損。這就決定了熱液金礦床中金礦體的上部之晚期較低溫黃鐵礦熱電動(dòng)勢(shì)為P型，到礦體中部之中期中溫黃鐵礦則為N型和P型的混合型，到礦體根部之早起高溫黃鐵礦的熱電動(dòng)勢(shì)則顯示N型。

大量研究表明，在礦體的軸向上，P型黃鐵礦的熱電系數(shù)值，隨取樣位置的升高而增大，N型黃鐵礦的熱電系數(shù)值，隨取樣位置的升高而絕對(duì)值減小(楊國(guó)杰等，1992)。根據(jù)這一變化規(guī)律，可以用來判斷礦體的剝蝕深度:當(dāng)一定標(biāo)高礦體中的熱電系數(shù)為正值且高時(shí)，表明礦體剝蝕較淺，深部有很好的找礦遠(yuǎn)景，如果黃鐵礦的熱電系數(shù)為負(fù)值且絕對(duì)值高時(shí)，則表明礦體已遭受深部剝蝕，礦體向下延伸不會(huì)太遠(yuǎn)。如果兩種導(dǎo)電性的黃鐵礦同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，說明侵蝕截面已經(jīng)到了礦體的中部。根據(jù)P型黃鐵礦或者N型黃鐵礦的熱電系數(shù)值在礦體不同高度的變化值，可以求得它們的變化梯度。如果P型黃鐵礦在不同高度的熱電系數(shù)值變化不大，說明該礦體的垂向變化梯度不大，這個(gè)礦體本身的規(guī)模比較大，深部遠(yuǎn)景比較好，礦化延伸深度可能比較大。如果P型黃鐵礦在不同高度的熱電系數(shù)變化較大，說明這個(gè)礦體的規(guī)模本身就比較小，深部遠(yuǎn)景不好，礦化延伸深度比較小。這對(duì)于找礦評(píng)價(jià)和指導(dǎo)勘探工程的布置具有實(shí)際意義。

筆者通過對(duì)山東焦家金礦和望兒山金礦床不同標(biāo)高的黃鐵礦熱電系數(shù)的垂向變化的，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)金礦床中黃鐵礦的熱電性在垂向空間分布上具有成帶性(圖2，表4)，即礦體淺部以P型空穴型黃鐵礦為主，N型電子黃鐵礦所占比例不大;到礦體中部，較淺部相比較P型黃鐵礦的含量減少，N型黃鐵礦所占的比例增大;至礦體深部黃鐵礦以為N型黃鐵礦為主或全部變?yōu)镹型，P型黃鐵礦所占極小的比例或消失。由淺至深P型和N型黃鐵礦熱電系數(shù)的平均值都有逐漸減小的趨勢(shì)，P型黃鐵礦熱電系數(shù)從高正值逐漸減小，N型黃鐵礦的熱電系數(shù)的絕對(duì)值逐漸增大。該結(jié)果和前人的研究成果相符，研究表明這兩個(gè)金礦床的取樣中段分別位于礦體的中上部到中下部的這段垂向空間，預(yù)示著礦床深部成礦還有一定的遠(yuǎn)景。

圖2 山東焦家、望兒山金礦床黃鐵礦熱電性垂向數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)直方圖(郭喜運(yùn)，2010)Fig.2 The vertical data histogram of pyrite thermoelectric in Jiaojia，wangershan gold deposit，shandon

表4 山東焦家、望兒山金礦床黃鐵礦熱電系數(shù)垂向總體特征統(tǒng)計(jì)表(郭喜運(yùn)，2010)Table 4 The vertica overall characteristics of pyrite pyroelectric coefficient in Jiaojia、wangershan gold deposit，shandong

總體來說，黃鐵礦的標(biāo)型特征在國(guó)內(nèi)外金礦找礦研究領(lǐng)域發(fā)展已比較成熟，除上述的幾個(gè)方面外，利用其顏色、反射率、硬度、比重、礦物組合等標(biāo)型特征在指導(dǎo)金礦找礦和評(píng)價(jià)工作中也都取得了一定的成果。今后的實(shí)際工作中，應(yīng)加強(qiáng)金礦床的金礦礦物學(xué)填圖工作，掌握重要礦石礦物和礦化指示礦物空間、時(shí)間分布規(guī)律，這有助于提高找礦評(píng)價(jià)和成礦預(yù)測(cè)的效率，特別是對(duì)埋藏相當(dāng)深的盲礦體的評(píng)價(jià)具有重大的意義。

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