坡北岩体处于塔里木板块东北缘，出露面积约200 km²，是中国境内出露面积最大的镁铁-超镁铁质层状岩体。坡北岩体的形成经历了多阶段岩浆作用，形成了两类层状岩系，对应两类岩浆矿床。其中，第1阶段岩浆作用形成以镁铁质岩石为主体的层状岩体，赋存磁铁矿床(王子玺，2016)，第2阶段岩浆作用形成以超镁铁质岩石为主体的小型层状侵入体，赋存铜镍硫化物矿床，如坡一、坡十等。近年来，前人对坡北岩体及内部小型侵入体的研究主要集中于岩石学、年代学、地球化学等方面，探讨岩石成因、岩浆源区、同化混染、大地构造环境和地幔动力学背景，借以评价成矿潜力并分析成矿过程(姜常义等, 2006, 2012；李华芹等，2009；Qin et al., 2010；郭娜欣，2012；苏本勋等，2012；Xia et al., 2013；夏明哲等，2013；王子玺，2016；Ma et al., 2016；Xue et al., 2016)。然而，坡一、坡十侵入体中矿(化)体品位低，矿石类型单一，以星散浸染状-稀疏浸染状为主(夏明哲等，2013)，制约了侵入体中金属硫化物矿物学的研究工作。2015年，新疆地质矿产勘查开发局第六地质大队在坡北岩体矿产评价工作中，发现坡七侵入体赋存品位高、矿石类型丰富的铜镍硫化物矿(化)体，这为研究金属硫化物的成因、固溶体分离演化，以及硫化物结晶时的物理化学环境、原始成分，探讨成矿过程等提供了较好的对象。

磁黄铁矿的化学式为Fe_1-xS(0≤x≤0.125)，是一种具有红砷镍矿型基本结构(NiAs)的非化学计量比矿物，单斜晶系(4C型)或者六方晶系(NC型，N=1、2、5、6、7、11；N=2时，又称陨硫铁)(Wang and Salveson, 2005；Becker et al., 2010)。陨硫铁(Fe_1-xS，0≤x≤0.05)形成于强还原环境(Evans，1970)，其稳定相变温度约为142℃(Kissin and Scott, 1982)，在自然界中的分布不及其他类型磁黄铁矿广泛。镍黄铁矿化学式为(Fe，Ni)_9±xS₈(0≤x≤0.6)(Kaneda et al., 1986)，也可表示为(Fe，Ni)^Ⅵ(Fe，Ni)₈^ⅣS₈，等轴晶系，S呈立方最紧密堆积，四次配位的阳离子(Fe，Ni)₈^Ⅳ充填半数的四面体空隙，另一个六次配位的金属原子(Fe，Ni)^Ⅵ充填在八面体空隙中，常含有Co的类质同象混入。磁黄铁矿和镍黄铁矿的晶体结构、交生及成分特征可以反映结晶条件，反演成矿过程(Naldrett et al., 2000；郗爱华等，2004；Wang and Salveson, 2005；顾连兴等，2006；Becker et al., 2010)。因此，本文以坡七侵入体中金属硫化物矿物学研究为主线，查明磁黄铁矿、镍黄铁矿的结构构造、共生组合及晶体化学特征，探讨硫化物熔离、结晶、固溶体分离过程中温度和硫逸度变化，并分析液态硫化物原始成分特征。

1 坡七侵入体岩体地质概况

坡北岩体是塔里木板块东北缘镁铁-超镁铁质岩带的重要组成部分，位于罗布泊以东，白地洼-淤泥河断裂南侧(图 1a)。坡北岩体呈相互连通的岩盆状，长轴北东，与区域断裂一致，长约30 km，宽5~10 km，出露面积约200 km²。岩体侵入到长城系古酮井岩群黑云母片岩、黑云石英片岩、二云石英片岩及石炭系浅海相火山岩和碎屑岩之中(图 1b)(校培喜，2005；夏明哲等，2013)。坡北岩体是多阶段岩浆作用的复式岩体，岩浆活动可分为5个阶段：第1阶段形成镁铁质层状岩系，构成岩体主体，赋存磁铁矿床(王子玺，2016)，底部为橄榄辉长苏长岩，中部为辉长岩，上部为淡色辉长岩，其中辉长岩锆石U-Pb谐和年龄为274±4 Ma(姜常义等，2006)；第2阶段形成非层状橄榄辉长苏长岩，与镁铁质层状岩呈侵入接触关系，第3阶段形成十余个小型镁铁-超镁铁质层状侵入体，如坡一、坡十、坡三、坡七等；第4阶段形成斜长岩、淡色辉长岩等，与前三阶段形成的岩石呈侵入接触关系；第5阶段形成石英闪长玢岩和钾长花岗岩枝、岩脉(夏明哲等，2013)。

坡七侵入体位于坡北岩体中部偏西南、坡一侵入体以东约4 km，探槽工程揭露其长约4.5 km、宽约1.3 km。坡七侵入体呈岩盆状，岩浆分异充分，钻探工程揭露其主要岩石类型为二辉橄榄岩、橄榄辉石岩、橄长岩、苏长岩、辉长岩以及辉长闪长岩等。各类岩石遭受了不同程度的蛇纹石化、透闪石化、绿泥石化和钠黝帘石化等蚀变。坡七侵入体橄榄岩相和苏长岩相中赋存铜镍矿硫化物矿(化)体，已圈定镍矿体1个。矿体呈北倾的单斜状，延伸超过600 m，累计视厚度44.8~89.63 m，Ni品位0.3%~5.93%(平均品位0.49%)(新疆地质矿产勘查开发局第六地质大队资料，2015)。主要的矿石类型有浸染状矿石、稠密浸染状矿石及块状矿石(芮会超等，2016)。

2 研究方法

采用矿相显微镜观察、磁性胶体浸润、电子探针等方法分析了不同类型矿石中磁黄铁矿、镍黄铁矿等金属矿物的结构构造、共生组合、结构类型及晶体化学特征。磁性胶体浸润方法可以区分单斜磁黄铁矿和六方磁黄铁矿，方法详见顾连兴等(1989；顾连兴和尹琳，1995)。

电子探针微区分析在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室完成。分析仪器为日本岛津JXA-8100，加速电压15 kV，分析电流10 nA，束斑直径2 μm。

3 金属矿物特征

坡七侵入体中矿石结构有海绵陨铁结构、出溶结构及交代结构，主要的金属硫化物为磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿，含有少量的紫硫镍矿、马基诺矿、斑铜矿、黝铜矿及辉砷钴矿，金属氧化物有磁铁矿、钛铁矿等。详细的矿物学特征见芮会超等(2016)。

(1) 磁黄铁矿：是矿石中含量最多的金属硫化物，粒径粗者多为2~4 mm，细者多为0.1~0.5 mm，与镍黄铁矿、黄铜矿及黄铁矿共生。磁黄铁矿呈浑圆状、熔滴状分布于浸染状矿石中；或呈他形粒状充填于橄榄石等硅酸盐矿物间构成海绵陨铁状结构，多见于稠密浸染状矿石中；或呈他形粒状集合体分布于块状矿石中(芮会超等，2016)。

(2) 镍黄铁矿：含量仅次于磁黄铁矿，根据结构和产出特点可分为3个世代。第1世代镍黄铁矿(Pn¹)呈自形-半自形粒状，粒径较大，为0.2~2.5 mm，解理发育，与磁黄铁矿紧密连生(图 2a)。第2世代镍黄铁矿(Pn²)呈他形细粒状或细粒状集合体，粒径0.05~0.10 mm，分布于磁黄铁矿边缘，部分可见结状结构(图 2b)。第3世代镍黄铁矿(Pn³)呈火焰状，粒径细小，长轴0.05~0.10 mm，短轴0.01~0.05 mm，分布于磁黄铁矿内部(图 2c)(芮会超等，2016)。Pn³在浸染状、稠密浸染状、块状矿石中均有产出，应该是在较低温度下由固溶体分离形成。

(3) 黄铜矿：含量较少，粒径0.01~2.00 mm，在浸染状矿石中偶见自形-半自形粒状黄铜矿(图 2d)。多数黄铜矿呈他形粒状、叶片状，分布于磁黄铁矿边缘及内部。

(4) 黄铁矿：含量较少。浸染状、稠密浸染状矿石中，黄铁矿多为半自形-他形粒状变斑晶，粒径50~100 μm(图 2d)。块状矿石中，黄铁矿呈细而密的平行叶片状分布于磁黄铁矿中，宽度约5 μm(图 2e)，黄铁矿叶片均终止于磁黄铁矿内部，在同一颗粒中相互平行，而在不同颗粒间显示不同方位，具有出溶成因特征。

(5) 辉砷钴矿：仅见于稠密浸染状矿石中，含量很少，自形粒状，粒径约0.1 mm。等轴晶系，反射色为白色，均质性，常被磁黄铁矿所包裹(图 2f)。

4 结构类型和晶体化学 4.1 磁黄铁矿结构类型

磁性胶体实验结果揭示，磁黄铁矿的结构类型可以划分为以下4类：①叶片状交生/箱状交生体：叶片状体交生在块状矿石中广泛发育，稠密浸染状矿石中偶见，浸染状矿石中未见。单斜磁黄铁矿呈平行的叶片状出溶体分布于六方磁黄铁矿基质中，构成叶片状交生体(图 3a)。叶片状出溶体宽5~40 μm，间距5~30 μm，终止于六方磁黄铁矿颗粒内部，在同一颗粒中相互平行，而在不同颗粒间显示不同方位。叶片状单斜磁黄铁矿出溶体与叶片状黄铁矿总是平行。箱状交生体仅在块状矿石中发育，相邻叶片合并形成粗而稀疏的叶片，粗而稀疏的叶片发生扭曲形成箱状形态的交生体，越靠近磁黄铁矿颗粒边缘，箱状构造越明显(图 3a)；②不规则状交生体：在稠密浸染状矿石中较发育，浸染状矿石中也可见。单斜磁黄铁矿呈散点状、斑杂状分布于六方磁黄铁矿边缘和裂隙两侧(图 3b)；③六方磁黄铁矿：在浸染状、稠密浸染状矿石中较发育，块状矿石中未见。磁黄铁矿为单纯的六方磁黄铁矿，不含单斜变体。共生矿物多为镍黄铁矿或黄铜矿，不含黄铁矿变斑晶(图 3c)。④六方磁黄铁矿与黄铁矿变斑晶共生：仅见于浸染状矿石中，磁黄铁矿为单纯的六方变体，在磁黄铁矿的边缘可见细粒黄铁矿变斑晶(图 3d)。

4.2 磁黄铁矿晶体化学

由磁黄铁矿的电子探针分析结果(表 1)可见，单纯的六方磁黄铁矿的Fe含量为58.17%~62.03%，S含量为37.35%~40.49%，Ni含量为0.01%~0.99%；不规则状交生体中Fe含量为58.25%~59.46%，S含量为39.21%~40.68%，Ni含量为0.40%~0.95%；叶片状/箱状交生体中Fe含量为56.32%~58.92%，S含量为39.57%~41.69%，Ni含量为0.38%~2.22%。单纯的六方磁黄铁矿富Fe，而叶片状/箱状交生体富Ni，最高可达2.22%。S与Fe呈负相关关系，而与Ni呈正相关关系(图 4a、4b)，Ni与Fe之间的负相关关系(图 4c)，表明Ni-Fe之间的类质同象替代。

4.3 镍黄铁矿晶体化学

由镍黄铁矿的电子探针分析结果(表 1)可见，Pn¹成分变化范围小，Fe含量为27.05%~30.61%，S含量为33.65%~34.45%，Ni含量为33.21%~36.43%，Co含量为0.84%~1.25%；Pn²成分变化范围较大，Fe含量为23.06%~31.61%，S含量为33.19%~35.68%，Ni含量为29.62%~35.34%，浸染状、稠密浸染状矿石的Pn²中，Co含量高(3.06%~5.59%)，块状矿石Pn²中Co含量低(0.49%~0.78%)；Pn³成分变化范围大，Fe含量为29.09%~40.13%，S含量为33.40%~38.09%，Ni含量为18.92%~36.28%，除1件样品Co含量为2.28%外，其余均小于1%。总体上Pn¹富Ni，Pn²富Co，Pn³富Fe(图 5b、5c、5a)，Ni与Fe呈负相关(图 5d)，反映Ni-Fe之间的类质同象替代。

5 讨论 5.1 磁黄铁矿结晶类型

磁黄铁矿的理想化学式与结构之间的关系可表示为：Fe_m-1S_m(m＞8)，当m是偶数时，N=1/2 m，当m为奇数时，N=m(Morimoto et al., 1975)。坡七侵入体中磁黄铁矿成分与理想成分吻合较差(图 4d)。以金属原子(Fe、Ni、Cu、Co)百分数为横坐标绘制的频数分布直方图(图 6)中，浸染状矿石中磁黄铁矿在2C+NC、NC、4C+NC、4C及4C+Py相区均有分布(图 7)，多数稠密浸染状矿石中磁黄铁矿落入4C+Py相区，块状矿石中磁黄铁矿均位于4C+Py相区，即浸染状矿石中磁黄铁矿多为六方晶系，而块状矿石中磁黄铁矿主要为单斜晶系，这与磁性胶体实验结果基本一致。块状矿石中磁黄铁矿的成分均位于4C+Py相区，而未落入4C相区，这可能是磁黄铁矿中存在出溶的亚显微级黄铁矿，或后期的热液作用和热干扰事件引起的蚀变作用所致(Desborough and Carpenter, 1965；Genkin，1972)。

5.2 磁黄铁矿成因

六方与单斜磁黄铁矿常以交生体形态产出(顾连兴和尹琳，1995；Gu et al., 2001；顾连兴等，2006；Becker et al., 2010)。一般认为，交生体的成因主要有2种：①高温结晶的六方磁黄铁矿，当温度快速下降到低于254℃时，六方磁黄铁矿出溶叶片状单斜磁黄铁矿，形成叶片状交生体(Kissin and Scott, 1982)。而在温度缓慢下降过程中，六方磁黄铁矿将出溶黄铁矿(Arnold et al., 1962；Yund and Hall, 1970)，形成六方磁黄铁矿+黄铁矿的矿物组合。②富硫和/或高氧逸度流体与六方磁黄铁矿反应，形成两者的不规则状交生体(顾连兴等，2006)。单纯的六方磁黄铁矿成因除上述的缓慢降温外，还有另外2种机制：①岩(矿)浆中S含量太低，使得晶出的六方磁黄铁S含量太低，体系点落入4C+NC相区左侧(图 7)，即使快速降温，也无法出溶单斜变体。②后期的变质作用中，六方磁黄铁中已出溶的单斜变体发生了均一化(Gu and Vokes, 1996)。

坡七侵入体浸染状、稠密浸染状矿石中未见变形、变质重结晶等变质作用结构。因而，单纯的六方磁黄铁矿的晶出表明原始液态硫化物中贫S，而单纯的六方磁黄铁矿+黄铁矿变斑晶的共生组合，表明原始液态硫化物S含量并不低。这暗示在浸染状与稠密浸染状矿石形成过程中液态硫化物成分并不均一，可能是就地熔离形成的，且磁黄铁矿在高温结晶后经历了缓慢的降温过程。而沿裂隙两侧分布的散点状、斑杂状单斜磁黄铁矿，是晚期流体作用叠加改造的结果。

块状矿石中，六方磁黄铁矿与单斜构成的叶片状交生体，是磁黄铁矿在高温环境下结晶后温度快速下降形成的。磁黄铁矿中出溶的黄铁矿一般为粒状(Yund and Hall, 1970；顾连兴和尹琳，1995)，然而，坡七侵入体块状矿石磁黄铁矿中出溶的黄铁矿为平行叶片状。通常，块状硫化物矿床中常见单斜磁黄铁矿的箱状构造，被认为是退火作用(温度不超过NC与4C相变温度254℃)的产物(顾连兴等，2006)。结合磁黄铁矿晶体类型、共生组合、相变关系及黄铁矿出溶机理，我们推断块状矿石可能的成因机制是：岩(矿)体侵位过程中磁黄铁矿结晶后温度下降快，仅有少量的黄铁矿出溶。出溶的微细粒黄铁矿总是向磁黄铁矿边部迁移(Yund and Hall, 1970)，迁移至结构薄弱带时聚集成为叶片状黄铁矿。当温度下降至254℃以下时，出溶叶片状单斜磁黄铁矿，最终形成六方磁黄铁矿+叶片状单斜磁黄铁矿+叶片状黄铁矿的共生矿物组合。后期的热事件干扰(254℃以下)将部分叶片状交生体转变为箱状构造交生体。

5.3 硫逸度(lgfs₂)

镍黄铁矿中金属原子与硫原子比值(M/S)的减小，伴随着温度的减小，Ni/Fe值的减小(Kaneda et al., 1986)，以及硫逸度的增加(Sugaki and Kitakaze, 1998)。坡七侵入体中，3世代镍黄铁矿M/S值变化很小(0.91~1.10)，而结晶温度差异大，Ni/Fe(at.)值变化明显(图 5)。Pn¹的Ni/Fe(at.)值为1.07~1.20，平均1.12；Pn²的Ni/Fe(at.)值为0.89~1.58，平均1.17；Pn³的Ni/Fe(at.)值为0.45~1.19，平均0.78。这表明，温度下降过程中硫逸度必然减小以维持较稳定的M/S值。镍黄铁矿中Ni/Fe值确定时，结晶温度与硫逸度具有线性关系(Kaneda et al., 1986)。成因矿物学研究表明，镍黄铁矿的结构特征与形成温度密切相关。自形镍黄铁矿的稳定上限为865±3℃(Sugaki and Kitakaze, 1998)，从磁黄铁矿中出溶的粒状镍黄铁矿形成于610~250℃，火焰状镍黄铁矿形成于250℃以下(Kullerud，1963；Durazzo and Taylor, 1982；Kelly and Vaughan, 1983)。Naldrett等(2000)认为出溶的主要温度区间为500~300℃。综上，假定Pn¹结晶温度高于600℃，Pn²结晶温度为400~500℃，Pn³结晶温度低于300℃，参照Kaneda等(1986)的硫逸度-温度曲线，推测Pn¹、Pn²、Pn³大量结晶过程中，硫逸度始终伴随着温度的降低而减小，硫逸度(lgfs₂)分别为：＞-9、-9~-11和＜-14.5。

5.4 镍黄铁矿成分特征及成因

金川是世界典型的超大型铜镍硫化物矿床，其磁黄铁矿Co含量较高(~0.13%)，镍黄铁矿中Co含量为0.23%~1.39%(曹亚文，1994；丁瑞颖，2012)。东天山图拉尔根铜镍硫化物矿床中富Co，磁黄铁矿中Co含量为0.01%~0.088%，镍黄铁矿中Co含量为0.52%~2.56%(秦克章等，2007)。吉林红旗岭铜镍硫化物矿床中，磁黄铁矿中Co含量较高(~0.1%)，镍黄铁矿中Co含量最高为1.67%(郗爱华，2004)。相比于金川、图拉尔根、红旗岭等矿床，坡七侵入体金属矿物具有以下特征：①出现等轴晶系辉砷钴矿，自形-半自形粒状黄铜矿。②磁黄铁矿中Co含量很低，均低于检出限。③镍黄铁矿中Co含量很高，最高可达5.59%。

辉砷钴矿为等轴晶系或斜方晶系，常见于高温热液矿床中，多为交代作用的产物(Fanlo and Subias, 2004)，在岩浆矿床中鲜有报道。其中，等轴晶系为无序结构，结晶温度在800℃以上，斜方晶系为有序结构，结晶温度在800℃以下(卢静文和彭晓蕾，2010)。坡七岩体中等轴晶系辉砷钴矿的晶出，表明砷硫化物的结晶在800℃以上时就已经开始。此外，浸染状矿石中出现自形-半自形粒状黄铜矿，与磁黄铁矿共结边平直，这些特征表明此类黄铜矿不是出溶的，而是高温结晶的(芮会超等，2016)，也证实坡七侵入体中金属硫化物结晶温度普遍偏高。

磁黄铁矿的贫Co特征和3世代镍黄铁矿Co含量的明显差异(图 5c)，可以通过辉砷钴矿的晶出、磁黄铁矿与镍黄铁矿固溶体分离、以及Ni²⁺和Co²⁺的扩散等来解释。等轴晶系辉砷钴矿在800℃以上就开始结晶，这一温度远高于绝大多数金属硫化物的结晶温度，而且，硫化物演化过程中，Co更易进入砷化物而非MSS(Hem and Makovicky, 2001)。这也许能够解释为什么坡七侵入体Pn¹(800℃左右开始结晶)(芮会超等，2016)中Co含量低。Fe-Ni在镍黄铁矿和磁黄铁矿中的分配以扩散的方式进行(Drebushchak and Kravchenko, 1999)。镍黄铁矿大量出溶过程中(500~300℃)，半径小的Ni²⁺、Co²⁺要比半径大的Fe²⁺扩散更快，Co和Ni一同扩散迁移至早期出溶的Pn²中，使得Pn²富集Co，晚期出溶的Pn³中Co含量较低，而磁黄铁矿中贫Co。这似乎也表明，在磁黄铁矿和镍黄铁矿固溶体分离过程中，Co趋于进入镍黄铁矿晶格。

6 结论

(1) 浸染状、稠密浸染状矿石中磁黄铁矿多为六方晶系，是高温结晶后缓慢降温的产物，而在六方磁黄铁矿裂隙两侧分布的散点状、斑杂状单斜磁黄铁矿是晚期流体改造的结果。

(2) 块状矿石中，磁黄铁矿是六方与单斜变体构成的叶片状/箱状构造交生体，这些交生体是六方磁黄铁矿高温结晶后快速降温，到254℃以下时出溶单斜磁黄铁矿形成的，而且后期可能经历了热事件干扰。

(3) 等轴晶系辉砷钴矿、自形镍黄铁矿及高温黄铜矿的晶出表明金属硫化物结晶温度普遍偏高。镍黄铁矿结晶过程中硫逸度始终伴随温度的降低而减小，Pn¹、Pn²、Pn³大量结晶过程中硫逸度lgfs₂范围分别为：＞-9、-9~-11和＜-14.5。

(4) 相比于金川、图拉尔根、红旗岭等矿床，坡七侵入体矿石中磁黄铁矿的Co含量很低，镍黄铁矿的Co含量很高(~5.59%)，这可能和辉砷钴矿的晶出、磁黄铁矿与镍黄铁矿固溶体分离、以及Ni²⁺和Co²⁺的扩散等因素有关。