白云铺铅锌矿床中黄铁矿纳--微米多晶聚集体成因和生长机制研究
矿物不仅具有资源属性，而且是地质作用过程的记录者。其特征可以表达出地质环境信息。黄铁矿是自然界中最常见的硫化物矿物，前人研究发现其形貌，粒径，元素、同位素组成，结构参数和物理性质等，对于指示地质环境及成矿过程具有重要意义。黄铁矿胶状构造在多种地质体中常被发现和提及，受到人们的普遍关注。所发育的环带结构中的矿物特征及其演化规律，不仅能记录早期矿石、矿物形成的单一瞬时环境条件，还能提供环境物理化学条件演化的连续信息。 本研究以湖南白云铺铅锌矿床为研究对象，综合运用扫描电镜、电子探针、微区X射线衍射、电子背散射衍射等手段，系统观测了该矿床中三个世代黄铁矿（莓球状Py1，胶状Py2和粒状Py3）的矿物学特征。对胶状Py2微观结构的研究发现，其存在单中心和多中心聚集生长，具有明显的多层环带。内核由大量纳米，亚微米级黄铁矿自形晶粒聚集而成，含少量细粒方铅矿。黄铁矿晶粒随机分布，无择优生长取向。环带中黄铁矿晶体粒度相对内核有所增加，且开始垂直于分层环带界面方向延伸生长，存在<100>或<110>方向的择优取向。观察结果显示，本次研究的黄铁矿“胶状构造”内核到分层环带区域是由纳-微米黄铁矿晶粒聚集而成。 在矿物学研究基础上，利用离子探针进一步分析了白云铺矿床中三个世代黄铁矿的原位硫同位素组成。结果显示:Py1具较负的δ34S值（-22.7‰--14.9‰），指示了沉积过程中海水硫酸盐的细菌还原作用。成矿早期Py2的δ34S值略负(-8.4‰--0.2‰)，指示还原硫可能来源于硫酸盐的热化学还原和细菌还原作用。成矿期Py3颗粒中具有结构和砷含量明显不同的交互生长环带，且富砷环带的δ34S值(-19.9‰--7.3‰)轻于贫砷环带(-11.1‰-+2.3‰)。指示有大气降水淋滤富砷地层并间歇性混入成矿热液，增加了流体的As含量和氧逸度，导致富砷环带δ34S值降低。 根据白云铺黄铁矿纳-微米多晶聚集体(Py2)的微观形貌、成分、生长取向和硫同位素研究结果，结合该矿床的地质背景，分析认为其主要为含金属离子的流体混合了还原硫快速沉淀结晶形成，硫的来源可能与微生物活动有关。生长方向由内向外，生长过程主要包括:(1)内核微晶的形成和团聚;(2)环带晶体的生长和几何选择。 根据晶体成核、生长和团聚理论，认为内核的形成指示了高度过饱和条件下的快速成核、结晶和受体系自由能降低驱动的微晶粒的团聚过程。后期黄铁矿晶体以早期形成的多晶聚集体内核为基底生长，通过几何选择，逐渐形成由垂直于基面生长的晶体组成的环带层，且开始出现一定的择优生长取向。受体系环境影响，黄铁矿晶体生长出现间歇性的停止和恢复，这个过程往复进行，从而形成多层生长环带结构。其中，单中心和多中心聚集体的形成主要取决于外环带生长开始前，内核多晶聚集体的接触和融合程度。 综合分析硫源、微量元素、微生物活动、硫逸度、温度和过饱和度等因素对于黄铁矿多晶聚集体内部微晶特征演化的影响，认为内核到分层环带中，晶体粒度、形貌、择优取向的变化可能主要受体系过饱和度和硫逸度条件的综合影响。 本研究揭示出黄铁矿胶状构造是由纳-微米晶粒聚集而成的客观事实，根据微晶矿物学和地球化学特征分析，获得了这种多晶聚集体成因和生长机制的深刻认识，加深了纳-微米矿物单晶生长和多晶聚合之间的关联，丰富了结晶学和矿物学理论研究内容，为认识复杂地质环境和地质过程提供了客观依据。
黄铁矿;微观结构;晶体粒度;环带结构;生长机制
东北大学
博士
矿产普查与勘探
黄菲
2017
中文
P578.292
2019-07-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）