南秦岭石泉—汉阴北部金矿带黄铁矿形貌及分形学特征
2019-10-21张伟胜张健
张伟胜 张健
摘 要：黄铁矿是最普遍和最重要的载金矿物。本文从黄铁矿形貌特征和分形学特征两个方面研究了南秦岭石泉—汉阴北部金矿带中的黄铁矿。按形貌特征和分形学，黄铁矿可以分为三期，其中和金富集成矿关系最密切的是第Ⅱ期，最明显的特征是呈半自形粒状集合体沿片岩的主体面理产出，且采用P-A分形模型得出，分形维数[DAP]在1.351 2左右的黄铁矿的岩石含金量高，一般能达到金矿床的工业品位。
关键词：石泉—汉阴北部金矿带;黄铁矿;P-A分形模型;找矿标志
中图分类号：P618.31文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）29-0144-03
Morphology and Fractal Characteristics of Pyrite in Northern
Shiquan - Hanyin Gold Belt in South Qinling
ZHANG Weisheng ZHANG Jian
（School of Earth Science and Resources， Chang'an University，Xi'an Shaanxi 710054）
Abstract： Pyrite is the most common and most important gold bearing mineral. This paper studied the pyrites in Shiquan-Hanyin gold belt in South Qinling from 2 aspects which were morphology and fractal characteristics. According to the morphology characteristics and the fractal characteristic， the pyrites can be divided into three phases， and the pyrites closing to the enrichment of Au belong to phase Ⅱ， featuring that this type is subhedral aggregation and settled down along the schistosity plane， according to the P-A fractal model， the pyrite with [DAP] of 1.351 2 has high gold content， which can reach the industrial grade of gold deposit.
Keywords： Northern Shiquan-Hanyin gold belt;pyrite;P-A fractal model;prospecting marks
石泉—汉阴北部金矿带内黄铁矿具有五种形貌特征，按形貌特征和分形学将其分为三期，说明黄铁矿与金富集成矿的关系。
1 黄铁矿形貌特征
时代最早的Ⅰ期黄铁矿可分为两种形态。一是自形-半自形粒状集合体，呈团块状或被剪切拉长的粗脉状，粒径较大（1～3mm），颗粒边界极不规则。二是呈稀疏浸染状、星点状分布，粒径较小（0.01～0.1mm），呈半自形-它形粒状，少数黄铁矿保留完整立方体、五角十二面体等晶形，该期黄铁矿经受后期多期构造运动叠加改造被挤压、破碎。在这期黄铁矿化较发育的蚀变带，金的品位较低，含量低于0.1×10-6，即此类黄铁矿与金的关系不是很密切。
对应印支期形成S2面理的主造山期的Ⅱ期黄铁矿呈半自形细脉状产出，可进一步分为细脉状和粗脉状两种，粗脉状黄铁矿宽1～2mm，呈拉长的透镜状;细脉状黄铁矿宽0.1～1mm，呈纤维状、拔丝状等。此类黄铁矿由于受到构造应力作用挤压而沿着片岩的片理面S2分布，并随片理面发育小型宽缓褶皱、小型尖棱褶皱状等。这期黄铁矿为成矿期发育，金化学分析结果含量均大于0.1×10-6。
主造山期后的Ⅲ期黄铁矿呈自形-半自形粒状集合体，呈细脉状、团块状或自形单晶体产出，这一期黄铁矿是在主造山期逆冲推覆剪切走滑之后伸展环境下产出，主要为热液沿石英、云母颗粒间隙或剪切面理扩容带沉淀结晶而成，呈现出不连续带状的细脉状，或呈不具统一定向的细脉状。这期黄铁矿形成于成矿期后，与金的关系不明显。
2 黄铁矿分形学特征
不同期次的黄铁矿具有不同的分形学特征，采用[P]-[A]（周长-面积）模型计算三期五类黄铁矿的分形维数，进行对比分析。[P]-[A]模型最初是由Mandelbrot（1982）提出、用以描述具相似性物体的不规则几何特征[1]，Cheng（1995）提出了[P]-[A]模型新的一般表達式[2]，其在地球化学异常分离、矿物表面微量元素分布特征、矿产资源评价、糜棱岩变形过程中石英颗粒形态特征等方面的应用效果良好[3-6]。
在MATLAB软件中将显微镜拍摄的黄铁矿照片转换成具有256个灰度值的黑白图像，然后根据灰度值转换成等高线图[6]。在MAPGIS软件中矢量化出能够描述黄铁矿轮廓的等高线，造区后计算出每颗（块）黄铁矿的周长和面积。
[P]-[A]一般模型[2]表达式为：
[P（>A）∝A12DAP] （1）
式中，[P]为黄铁矿颗粒的周长;[A]为面积;[∝]代表“成正比”;[DAP]为幂函数的幂指数。
用线性回归分析确定对数[P]与对数[A]的斜率，斜率的2倍即是分形维数[DAP]，其表达式为：
[logP=12DAPlogA+C] （2）
式中，[C]为常数。
[DAP]可进一步表示为：
[DAP=2DP/DA] （3）
式中，[DP]与[DA]分别为周长[P]和面積[A]的分形维数。
如果黄铁矿边界规则（[DA]=2），则[DAP]=[DP]，黄铁矿在生长过程中受到挤压或剪切作用会使其形态不规则，其[DA]<2。一般情况下，1<[DAP]<2，[DAP]=1表示断面规则，[DAP]=2表示断面极不规则。若黄铁矿生长于张性裂隙环境，即后期无挤压应力的状态，其有足够的空间生长出规则的边界，[DAP]值较小，而在挤压推覆及韧性剪切作用下形成的黄铁矿，其断面边界极不规则，[DAP]值较大。
应用P-A模型，将计算出的黄铁矿颗粒周长和面积数据投影在对数图解上（见图1至图5），用最小二乘法计算其周长-面积的斜率，斜率值的2倍即是分形维数。除去Ⅰ期团块状黄铁矿以外，面积和周长的相关性很好，相关系数[R2]均大于0.90，Ⅰ期星点状、Ⅰ期团块状、Ⅱ期拔丝状、Ⅲ期团块状、Ⅲ期细脉状黄铁矿对应的[DAP]值分别为[DAPⅠ1]=1.178 4、[DAPⅠ2]=1.048 8、[DAPⅡ]=1.351 2、[DAPⅢ1]=1.157 0、[DAPⅢ2]=1.512 4，[DAPⅢ2]值最趋近于2，是因为黄铁矿沿着石英颗粒间隙充填生长成较短的窄条状，使其周长增加。
对比[DAPⅠ1]、[DAPⅠ2]、[DAPⅡ]、[DAPⅢ1]可知，[DAPⅡ]值最大，在中晚燕山期（J3-K2）陆内造山挤压推覆阶段[7]，沿着片理面生长的黄铁矿受到挤压、剪切作用而呈细脉状、拔丝状，手标本及显微尺度下片理面S2形成的小型连续“S”形宽缓褶皱翼部、紧闭褶皱转折端等部位可见黄铁矿集合体局部膨大呈透镜状，其尾部被拉长、细化，以致拉断，因而使其[DAP]值增大。而[DAPⅠ1]、[DAPⅠ2]、[DAPⅢ1]值相对较小，原因是对应期间构造活动不强，黄铁矿晶体得以在较宽敞的空隙内结晶，形态较规则。因此可以得出，采用[P]-[A]分形模型得出的分维值[DAP]=1.351 2左右的黄铁矿是最有利的找矿标志。
3 结论
南秦岭石泉-汉阴北部金矿带中发育的黄铁矿按形貌特征可以分为三期，其中和Au富集成矿关系最密切的是第Ⅱ期，其最明显的特征是呈半自形粒状集合体沿片理面产出，呈细脉状、拔丝状。其间采用P-A模型计算各类黄铁矿分形维数，显示出明显差别，除去充填石英颗粒间隙的第Ⅲ期黄铁矿，Ⅱ期黄铁矿的分维值最大，显示出该期黄铁矿是在挤压、剪切作用下形成的，对应为南秦岭中晚燕山期（J3-K2）陆内造山挤压推覆阶段[7]。由此可以推断，石泉-汉阴北部金矿主要形成于晚侏罗世-晚白垩世时期。
参考文献：
[1]Mandelbrot，B B.The fractal geometry of nature[M].New York：W H Freeman，1982.
[2]Cheng Q M.The perimeter area fractal model and its application to geology[J].Mathematical Geology，1995（1）：69-82.
[3]成秋明.非线性矿床模型与非常规矿产资源评价[J].中国地质大学学报（地球科学），2003（4）：445-454.
[4]成秋明.空间模式的广义自相似性分析与矿产资源评价[J].中国地质大学学报（地球科学），2004（6）：733-744.
[5]Zhang Z，Mao H，Cheng Q M.Fractal geometry of element distribution on mineral surface[J].Mathematical Geology，2001（2）：217-228.
[6]王志敬，成秋明.P-A分形模型定量度量糜棱岩变形过程中石英微结构的变化[J].中国地质大学学报（地球科学），2006（3）：362-365.
[7]杨兴科，韩珂，吴旭，等.南秦岭陆内造山构造变形特征与演化：石泉—汉阴北部一带晚印支—燕山期构造变形分析[J].地学前缘，2016（4）：72-80.
