金矿床中黄铁矿的标型特征及应用

金矿床中黄铁矿的标型特征及应用

金矿床中黄铁矿的标型特征及应用

摘要：黄铁矿是金矿中最常见的金属矿物, 它不仅与金的矿化有着密切联系, 而且还是主要的载金矿物。本文简要介绍了金矿床中黄铁矿的形态标型特征、成分标型特征和物理标型特征，以及这些特征在找金矿床中的应用。虽然有些特征在不同的地区和矿体中会有一些变化，但这些标型特征在寻找金矿床的过程中仍具有重要的指示意义。

关键词：金矿床、黄铁矿、标型特征、热电性

一、黄铁矿载金的原因

金矿床中，黄铁矿是主要的金属矿物，也是主要的载金矿物之一。造成黄铁矿成为主要载金矿物的原因, 有三个矿物学方面的因素, 即结构因素、成核因素和电化学因素（高振敏，2000）。

1.结构因素

黄铁矿属复硫化物，其晶体结构中，Fe原子占据立方体晶胞的角顶与面心，S原子组成以共价键结合的哑铃状对硫[S2]2-，其中心位于晶胞棱的中点和体心。然而，在还原环境的热液体系中，硫常以HS-、H2S和S2-等形式存在。所以，在黄铁矿结晶时，硫首先需要结合成对硫[S2]2-；否则，黄铁矿就不能结晶，而代之以磁黄铁矿的形成。对硫的形成主要是因氧化还原电位或氧逸度的略微升高，导致2S2-→[S2]2-+2e。这一过程可使金的络合物特别是含S2-的金的络合物发生分解，所释放的价电子可使Au+或Au3+被还原成Au0。因此，伴随黄铁矿的结晶过程，在其周围的热液中，离子态的金可被还原成Au0。这些被还原的金原子吸附于黄铁矿表面适当的位置，成为自然金成核的中心。因此，由黄铁矿晶体结构中对硫[S2]2-的形成所引起的还原效应，是导致黄铁矿载金的因素之一。

此外，由于砷和硫能以共价键方式结合成砷硫对[AsS]2-，故砷可以呈类质同像方式进入黄铁矿晶格内。但因砷的离子半径比硫的离子半径大，砷置换硫势必引起黄铁矿晶格在局部发生畸变。这种畸变有利于金离子(Au++Au3+)替代铁离子(2Fe2+)而进入黄铁矿的晶格内，导致含砷的黄铁矿(尤其是毒砂)中离子态的晶格金含量增高。因此，黄铁矿中砷置换硫引起的局部晶格畸变，增加了含砷黄铁矿载金的能力。

2.成核因素

金矿床中黄铁矿的标型特征及应用

矿物生长首先需要成核，包括均匀成核和非均匀成核。由晶体生长的动力学理论可知，非均匀成核比均匀成核所需的成核能低，故在热液成矿系统中，常见的是以先存矿物表面为衬底的非均匀成核。在非均匀成核过程中，衬底和胚团(直径小于晶核的原子团)间的界面性质对成核行为有影响，表现在界面两侧异相点阵的不匹配程度(用错合度来描述)对成核能的大小有影响，即界面两侧原子排布(包括原子间距和原子列取向)差异越小，错合度越小，引起成核能的增加量越小；反之，界面两侧原子排布的差异越大，错合度越大，引起成核能的增加量越大。因此，错合度越小的衬底上，成核越容易。此外，由于衬底上的凹陷和凹角处成核所需的成核能比平衬底上成核所需的成核能要低，所以，晶核优先在衬底上的凹陷和凹角处形成。

由自然金和与之共生的常见矿物的晶体结构可知，黄铁矿的晶体结构与自然金最相近，即自然金为立方面心格子，而黄铁矿为假立方面心格子(结点排布方向相同)，且两者间又具有最小的原子间距差值，使得两者间原子排布的错合度最小，导致自然金在黄铁矿表面成核所需的成核能最低。因此，在金矿成矿过程中，黄铁矿的表面是自然金成核的最佳衬底，其上的凹陷和凹角处是自然金晶核形成的优先位置。自然金的晶核一旦形成，则，或逐步生长为显微-次显微的颗粒金，或直接被包裹而呈胶态金。由于黄铁矿表面自然金的优先生长将消耗热液体系中的金，从而限制了其它矿物表面自然金的成核和生长，使得黄铁矿成为主要的载金矿物。

3.电化学因素

黄铁矿是半导体矿物，具有热电性特征，即在温差激发下，黄铁矿内的载流子发生迁移，在两端形成电位差。在黄铁矿结晶过程中，生长端和固着端间存在着温度差，导致两端形成一定的电位差。在具电解液性质的热液中，这种电位差可在黄铁矿周围形成局部的电化学回路，使热液中的Au+和Au3+及其络合离子向黄铁矿的生长表面迁移，并在黄铁矿的表面发生电化学反应，使金离子还原为Au0而沉淀结晶。此外，黄铁矿的这种半导体性质，还可使黄铁矿在生长过程中，由于从S2-形成[S2]2-而释放的外层价电子转移到在其表面上生长的自然金的晶核中，有助于自然金晶核表面吸附的金离子的还原，从而促进自然金的生长。

综合上述三方面的因素，黄铁矿表面对于自然金的成核和生长最有利，因此，在金矿成矿过程中，黄铁矿特别是含砷黄铁矿是自然金的最佳载体。

二、金矿床中黄铁矿的形态标型特征

在金矿床中,黄铁矿是重要的含金矿物,其形态标型特征是最为直观且便于研究的标型特征之一,也是一个有效的矿物学填图参数。

1.黄铁矿的单形与聚形

金矿床中黄铁矿的标型特征及应用

在金矿床中，常见的黄铁矿单形晶有立方体(a){100}、五角十二面体(e){hk0}和八面体(o){111}，它们出现的几率占整个单形晶体的99%±。偶见偏方复十二面体(S){hkl}、四角三八面体{211}、三角三八面体{221}和菱形十二面体{110}。其产出的几率约占整个单形晶体的1%。由于五角十二面体是变形晶，其单形符号以{210}最为常见，有时也呈{310}、{320}、{410}等单形符号。聚形晶体可以分为3种情况:1.以立方体晶面发育为主的聚形，常见有立方体和五角十二面体聚形(ae)、立方体、五角十二面体和八面体聚形(aeo)、立方体和八面体聚形(ao)；

2.五角十二面体晶面发育的聚形，经常出现的是五角十二面体和八面体聚形(eo)、五角十二面体和立方体聚形(ea)；3.八面体晶面发育的聚形，常见有八面体和五角十二面体聚形(oe)、八面体和立方体聚形(oa)、八面体、五角十二面体和立方体聚形(oea)等。而五角十二面体和偏方复十二面体(es)、八面体、五角十二面体和偏方复十二面体聚形(oes)、立方体、五角十二面体和偏方复十二面体(aes)等相对少见（初凤友，2004）。

2.黄铁矿形态与成矿阶段

黄铁矿的形态演化

日本学者砂川一郎研究了多金属矿床中黄铁矿的形态变化，认为早阶段黄铁矿晶习以{100}占优势，而较晚阶段是{210}或{111}占优势，最晚期有时也出现{100}。前苏联学者叶夫济科娃在总结前人资料后，提出了金矿床中黄铁矿结晶习性的演化系列为{100}→{100}+{210}→{210}→{210}+{111}→{111}。这些演化序列反映了早期成矿热液硫逸度较低，易形成比表面能小的{100}晶体；之后，随着成矿热液硫逸度逐渐增大，则形成一些比表面能大的{210}、{111}以及由其组成的复杂聚形晶。

金矿床的成矿阶段划分

依据矿物形成的先后顺序，金矿床一般可以划分为4个成矿阶段:Ⅰ粗粒黄铁矿石英阶段；Ⅱ细粒黄铁矿石英阶段；Ⅲ多金属硫化物石英阶段；Ⅳ石英方解石阶段。统计研究表明，Ⅰ成矿阶段，黄铁矿的含金性较差；Ⅱ、Ⅲ成矿阶段形成的黄铁矿含金性较好，通常都是金矿床最主要的成矿作用时期。

依据上述金矿床成矿阶段的划分，黄铁矿的晶体形态与成矿作用的关系表现在:早期成矿阶段(第Ⅰ成矿阶段)，结晶的黄铁矿颗粒相对较大，一般在1mm以上，半自形自形，多呈a或e单体，聚形晶较少见。e单形的符号为{210}，它们主要呈分散状分布于早期粗粒石英中。此期黄铁矿的成分多属FeS2-X型，相对富铁而贫硫，微量元素中Co、Ni含量相对较高。主成矿阶段(第Ⅱ和第Ⅲ阶段)形成的黄铁矿，颗粒相对较细，一般<1mm，自形程度较好，多呈聚形产出，常见的有ae、ao、aeo、eo、oe、oa等，少数以e、o、a等单形产出。其中e可以出现{310}、{320}、{410}等单体符号。同时，第Ⅲ阶段黄铁矿经常与方铅矿、闪

金矿床中黄铁矿的标型特征及应用

锌矿、黄铜矿有时则与毒砂、磁黄铁矿等金属硫化物共生。主成矿阶段黄铁矿的化学成分绝大多数属FeS2+X型，相对富硫而贫铁。若化学成分为FeS2-X型时，其w(S)/w(Fe)值也常大于早期黄铁矿的w(S)/w(Fe)值。微量元素中As的含量较高。

3.黄铁矿形态的空间展布

矿体的水平分带

黄铁矿的晶体形态沿矿体的水平方向可以表现出良好的分带性。这一分带趋势几乎在所有金矿床中均有，并且分带的规律基本一致。即:围岩中黄铁矿以{100}单形占主导，近矿围岩主要是{100}单形晶，次之是{210}，聚形晶相对较少。矿体内部以聚形晶为主，常见有ae、aeo、eo、oe、oea等；单形晶为辅，常见有e、o、a等，其中e为变形晶。

矿体的垂向分带

任英忱（1997）等研究了招远-莱州金矿带黄铁矿沿矿体垂向的变化规律，获得了以下认识:矿体头部内，黄铁矿为o{111}晶形，向下则为oa{111}+{100}聚形→oe{111}+{210}聚形，中部则为e{210}，到矿体尾部为ae{100}+{210}聚形，且愈往深部a在ae聚形中占有的比例则愈大，有时全部为a{100}。(徐国风，1987)认为在垂直分带上，通常从矿体上部→中部→下部，黄铁矿晶形存在着{100}由多→少→多，{210}和{111}及其聚形由少→多→少的变化规律这一分带规律揭示了黄铁矿形态在矿体空间上的展布特点。

三、金矿床中黄铁矿的成分标型特征

1.黄铁矿主量元素特征

严育通等（2012）在对大量文献的统计基础上，总结不同成因类型金矿中的近矿围岩和成矿期黄铁矿的主、微量成分特征，提出用主微量元素蛛网图来表示各成因类型矿床的各种主微量元素的平均含量。

所有成因金矿床都富含Fe、S、Co、Ni、Au、Ag、As、Sb、Bi、Se、Te、Cu、Pb、Zn元素。除此之外，火山热液型微量元素富含Mo、Sn中温元素，岩浆热液型富含Ti、Cr、Mo、Hg高中低温元素，变质热液型富含Ti、Cr高温元素，卡林型富含Tl（253×10-6）、Hg（547.52×10-6）低温元素。

主量元素Fe和S的整体特征：火山热液型、次火山热液型、岩浆热液型、卡林型都具有亏铁亏硫的特点，并且卡林型属于重度亏铁亏硫（Fe为45.09%，S为51.25%）；而变质热液型具有富铁和亏硫的特点（Fe为46.82%，S为52.69%）。标准差的变化为卡林型变化最大（Fe为1.70，S为2.99），其次为岩浆热液型（Fe为0.99，S为1.23），再次为变质热液型（Fe为0.86，S为0.74），最后为次火山热液型（Fe为0.50，S为0.67）和火山热液型（Fe为0.54，S为0.58）。这也反

金矿床中黄铁矿的标型特征及应用

映了成矿物质和成矿环境的复杂性顺序从大到小为卡林、岩浆热液、变质热液、火山次火山热液型。

2.黄铁矿中微量元素的成因标型意义

黄铁矿中微量元素包括两部分: 一是呈类质同象替代形式进入黄铁矿晶格的元素, 如替代Fe 的Co、Ni 元素和替代S 的As、Se、Te 等元素; 二是呈机械混入物形式存在于黄铁矿中的元素, 如Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sb、Bi、W、Sn 等元素。黄铁矿中的微量元素主要为在形成过程中所捕获的, 其含量的多少直接与形成时矿液的介质成分和形成的物理化学条件相关。若成矿溶液的介质成分复杂, 黄铁矿中的微量元素成分便复杂; 反之, 则简单。不同期次或不同矿化类型形成的黄铁矿, 由于其形成的物理化学条件不同, 使微量元素的成分存在明显的差异, 因此对微量元素的标型特征进行对比分析很有必要。

(1)金矿床中黄铁矿的Au/Ag比值可反映矿床成因方面的信息。栾世伟(1987)认为，不同类型金矿床的黄铁矿中Au，Ag含量及Au/Ag比值各不相同:中-低温热液型金矿床的黄铁矿中含金较高，Au/Ag比值多在0.5以上；火山岩型、构造破碎蚀变岩型、沉积-变质热液交代型金矿床以及各类型的伴生金矿床的黄铁矿中Au/Ag比值多小于0.5。

(2)不同类型金矿床黄铁矿中Co、Ni含量及Co/Ni比值也各有差异，根据黄铁矿中Co/Ni比值可判断成矿物质来源的信息。罗献林(1986)认为，壳源型金矿黄铁矿中的Co、Ni总量要高于混合型金矿。黄铁矿含Au量高，Co、Ni总量也高，而Co/Ni比值减小，Co/Ni比值常与Au/Ag比值呈反相关关系。

(3)不同类型金矿床黄铁矿中Se，Te含量也不同，特别是在一些与火山作用有关的热液金矿床、与中低温热液有关的含金石英脉型金矿床，以及熔离型铜镍矿床、矽卡岩铁铜矿床中的伴生金矿等，其中黄铁矿的Se，Te含量较高，而沉积成因的伴生金矿床中黄铁矿的Se、Te含量较低。火山沉积变质伴生金矿床中的黄铁矿中的S/Se比值为(2.5-5.0)×105，中低温热液金矿床中黄铁矿中S/Se比值为(1.07-2.67)×104，而从岩浆熔离型铜镍矿床到中温热液多金属矿床中的黄铁矿，其中Se/Te比值从6-10:1至1:5。

(4)Co-Ni-As特征

Co-Ni-As在不同成因类型金矿中含量的变化和其各自的地质作用密切相关。Co、Ni在黄铁矿（FeS2的金属-硫键距为2.26×10-10ｍ）中可类质同象Fe元素形成CoS2和NiS2（CoS2的金属-硫键距为2.34×10-10ｍ，NiS2的金属-硫键距为

2.40×10-10ｍ），导致黄铁矿的晶胞参数加大。FeS2与CoS2可形成连续的固溶体，FeS2与NiS2则形成不连续的固溶体。高温有利于类质同象的进行。As在黄铁矿中可类质同象替换S，使黄铁矿晶胞参数增大，并且As趋向于向低温富集，越接近地表含量越大，所以As是低温元素。在火山热液和岩浆热液型金矿中，热