铜陵矿集区是长江中下游成矿带重要成矿区，区内长期强烈的构造运动、岩浆活动以及成矿作用使得铜陵地区形成了丰富的矿产资源(常印佛等, 1991;唐永成等, 1998; Pan and Ping, 1999;毛景文等, 2009;徐晓春等, 2014;周涛发等, 2016, 2017; Zhou et al., 2015)。矿集区内矿床普遍发育受石炭系地层控制的层状、似层状铜金铁多金属硫化物矿体(刘裕庆等, 1984;顾连兴和徐克勤, 1986;唐永成等, 1998; Gu et al., 2007)。这些矿体既具有某些同生矿床的特征，又与岩浆-热液活动密切相关，因此其成因一直存在较大争议(陆建军等, 2003;侯增谦等, 2011; Mao et al., 2011; Li et al., 2018)。目前关于铜陵矿集区层状含铜(金)硫化物矿床的成因主要有两种代表性观点：(1)沉积-叠加改造成矿，矿床在海西期海底喷流沉积或正常(生物)化学沉积形成了原始硫化物沉积，后经燕山期岩浆热液活动而发生成矿物质叠加改造(Guo et al., 2011;蒋少涌等, 2011;谢巧勤等, 2014;王洋洋等, 2015;肖鑫等, 2016;徐亮等, 2017)；(2)岩浆热液成矿作用，矿床的成矿物质主要来源于燕山期的岩浆热液作用(毛景文等, 2009; Li et al., 2017; Wang et al., 2011;张宇等, 2015)。两种成因观点争议的焦点在于石炭纪是否存在铜沉积矿胚层(或含铜黄铁矿沉积矿层)，以及古生代沉积硫化物对中生代热液铜矿床成矿作用的贡献。

铜官山矿田是铜陵矿集区中五个主要矿田之一，开采历史悠久。自20世纪50年代正式勘探以来，众多学者对其矿床地质地球化学、矿物学、成矿作用和成矿模式等进行了大量的研究，主要可以划分为三个阶段：(1)50年代早期勘探找矿(孟憲民, 1955;郭文魁, 1957;郭宗山, 1957)；(2)80、90年代的矿床地质特征、矿物组成特征研究(杨兵和王之田, 1985;黄华盛等, 1985;崔彬, 1987;温春齐, 1989;常印佛等, 1991;唐永成等, 1998)；(3)2000年至今的地球化学特征研究(王彦斌等, 2004;谢玉玲等, 2004;杜杨松等, 2007;赵乘乘等, 2012)。大多数相关研究认可铜官山矿田中铜、金等成矿元素主要来源于岩浆热液，但对矿田在海西期是否存在原始硫化物沉积，即矿田中呈层状分布的胶状黄铁矿是否为沉积成因仍未取得一致意见。

胶状黄铁矿颗粒细小(纳米至亚微米粒径)(谢巧勤等, 2014)，极易氧化(Xu et al., 2017), 难以进行黄铁矿单矿物挑选和分离，常规地质学研究方法(例如偏光显微镜、单矿物地球化学分析等)难以查明胶状黄铁矿矿物学特征，制约了对胶状黄铁矿成因及矿床成矿机制的研究。高分辨电镜具有纳米尺度分辨率，在研究纳米-微米粒径矿物的形貌、结构特征及成因等方面具有极大的优势，因此能够从微尺度揭示胶状黄铁矿的矿物组成、微结构等成因信息(Rickard, 2012;肖鑫等, 2016;徐亮等, 2017)。为此，本文在系统的野外地质考察基础上，利用场发射扫描电镜(FE-SEM)，并结合X射线衍射(XRD)、微区激光拉曼光谱分析等矿物学研究手段，对铜官山矿田中胶状黄铁矿矿石中微区矿物组成、微形貌、微结构等特征进行研究。通过这些研究可以揭示铜官山矿田中胶状黄铁矿成因，进而为铜陵矿集区乃至整个长江中下游层状硫化物矿床以及铜金多金属矿床成矿作用提供微尺度矿物学证据。

铜官山矿田是铜陵矿集区中五个主要矿田之一(图 1)，主要由铜官山铜矿床、天马山硫金矿床、金口岭铜金矿床等组成。矿田内地层出露主要为志留系至三叠系浅海相碳酸盐岩，夹有深海相硅质岩和海陆交互相碎屑岩(黄华盛等, 1985)。矿田内的铜官山背斜为一东北向“S”型短轴背斜，核部为志留系及泥盆系上统，两翼为石炭系、二叠系及三叠系(杨兵和王之田, 1985)。与该背斜伴生的一系列北东向、北北东向、北西向和北北西向断层，具有多期活动的特征，对矿化有明显的控制作用。矿田内主要侵入岩体为铜官山和天鹅抱蛋石英二长闪长岩、虎山石英二长闪长玢岩、金口岭和谢家垅花岗闪长岩(图 2)。铜官山铜金矿床和天马山硫金矿床是矿田内主要矿床，均发育有大量胶状黄铁矿，因此本次工作以这两个矿床为主要研究对象。

图 1

Fig. 1

图 1 铜陵矿集区地质及矿床分布略图(据范子良等, 2016修改) Fig. 1 Sketch map of geology and mineral deposit distribution of the Tongling mineralization cluster (modified after Fan et al., 2016)

图 2

Fig. 2

图 2 铜陵矿集区铜官山矿田地质简图(据袁小明, 2002修改) Fig. 2 Geological sketch of Tongguanshan ore field in the Tongling mineralization cluster (modified after Yuan, 2002)

铜官山矿床位于铜官山背斜西北翼，闪长岩与石炭系碳酸盐岩接触带及其附近，由松树山、老庙基山等八个矿段组成。依据矿体产状、矿化特征、蚀变类型等，可将矿体分为矽卡岩型矿体，层状矿体及细脉浸染型矿体(袁小明, 2002)：(1)矽卡岩型矿体产于岩体与灰岩接触带，受接触带构造控制，矿体呈透镜状或不规则状；(2)层状矿体主要产于五通组上段砂岩与黄龙组白云岩之间，严格受层位控制，呈层状或似层状，水平延伸可达几千米，是矿床的主矿体。局部与矽卡岩型矿体结合，形成“人”字或“Y”字形矿体；(3)细脉浸染型矿体见于岩体与五通组石英岩和角岩接触带及岩体一侧，矿体形态不规则，主要受构造裂隙控制，规模较小。铜官山矿床主要金属矿物有黄铜矿、磁铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿、胶状黄铁矿、少量闪锌矿、辉钼矿等，主要脉石矿物有石榴子石、透辉石、蛇纹石、滑石、石英、方解石等。胶状黄铁矿主要存在于远离接触带的矿体边缘(黄华盛等, 1985)。

天马山硫金矿床位于铜官山背斜倾没端近端部，矿体以Au、S为主，并伴有Cu、Pb、Zn、As等多种元素，是一大型高砷硫金矿床。矿床内主要有三种类型矿体(袁小明, 2002)：(1)接触带矿体，产于岩体与栖霞组灰岩的接触带上，矿体呈透镜状、囊状，形态复杂，产状不稳定，具矽卡岩型矿体的典型特征；(2)穿层矿体，主要赋存在石炭系和二叠系交界处附近，矿体呈不规则透镜状、囊状、筒状，产状较陡，与底层产状不一致；(3)层状矿体，矿床主矿体，赋存在黄龙组白云岩与泥盆系五通组交界处，呈似层状、层状，产状与地层一致。天马山矿床主要金属矿物有磁黄铁矿、黄铁矿、毒砂、磁铁矿、黄铜矿、胶状黄铁矿等，主要脉石矿物有石英、方解石、蛇纹石、滑石、菱铁矿等。

胶状黄铁矿矿石样品主要采集于铜官山铜矿床和天马山硫金矿床的主矿体层状矿体中。铜官山矿床中的胶状黄铁矿矿石(铜官山胶状黄铁矿)手标本显示为灰黑色，金属光泽弱，致密块状构造(图 3a)，表面极易风化为白色铁矾，放大镜下可见有鲕状、胶状结构，以较弱的金属光泽区别于粗晶黄铁矿及围岩碳酸盐岩；天马山矿床中的胶状黄铁矿矿石(天马山胶状黄铁矿)手标本显示为灰黄色，金属光泽较弱但稍强于铜官山胶状黄铁矿，隐晶质结构，致密块状构造，局部可见有黄铁矿细脉穿插胶状黄铁矿，并存在少量的粗晶黄铁矿颗粒呈浸染状分布于胶状黄铁矿中(图 3b)。

图 3

Fig. 3

图 3 铜官山矿田胶状黄铁矿矿石手标本照片 (a)铜官山矿床胶状黄铁矿；(b)天马山矿床胶状黄铁矿 Fig. 3 Photos of colloform pyrite in Tongguanshan ore field (a) colloform pyrite in Tongguanshan deposit; (b) colloform pyrite in Tianmashan deposit

取胶状黄铁矿矿石内部未风化部分磨制光薄片，进行偏光显微镜观察，显微镜型号为ZEISS AXIO Scope.A1。XRD分析采用粉末压片法，测试工作在合肥工业大学资源与环境工程学院中心实验室完成，仪器型号为中国丹东DX-2700，Cu靶发射器，管电压40kV，管电流30mA，步进扫描，扫描步宽0.02°。SEM分析在合肥工业大学分析测试中心完成，仪器型号为日立SU8020(带有牛津AZtec能谱仪)，测试前先将新鲜颗粒样品或光片喷金120s，点能谱分析颗粒样品中矿物元素组成，线扫描能谱分析光片中鲕粒环带元素分布特征。拉曼光谱使用激光原位直接打点法对样品光薄片直接进行测试，测试在合肥工业大学分析测试中心完成，仪器型号为HORIBA JOBIN YVON Evolution，激光波长532nm，束斑直径2μm，采样时间为10s。

偏光显微镜观察结果显示铜官山胶状黄铁矿和天马山胶状黄铁矿的矿相学特征存在差异(图 4)：铜官山胶状黄铁矿呈葡萄状、鲕状、胶状结构(图 4a)，鲕粒球大小不一，大者直径可达2mm，小者直径小于50μm(图 4b)。鲕粒内部呈同心环状，环带由明暗相间的条纹构成，环带内部黄铁矿呈胶状结构(图 4c)，鲕粒外层常与其他鲕粒相连，显示出同生生长关系(图 4d)。这些鲕粒受到后期改造现象显著，鲕粒定向错动严重，在错动处或环带裂隙存在赤铁矿脉灌入(图 4e)。此外还有黄铜矿穿切黄铁矿鲕粒，表明黄铜矿的形成晚于胶状黄铁矿(图 4f)。天马山胶状黄铁矿主要呈同心环状或胶状结构(图 5a)，环带宽度50~200μm，每个环带内部黄铁矿均呈胶状结构(图 5b)。胶状结构样品中可见有多呈半自形形态的粗晶黄铁矿，粒径约500μm，多破坏胶状结构(图 5c)。胶状结构内部存在不显著的多核心环带(图 5d)。此外，胶状黄铁矿受后期改造作用明显，胶状黄铁矿常被菱铁矿脉穿切，菱铁矿脉外侧存在粗晶黄铁矿(图 5e)或呈梳状结构的黄铁矿重结晶现象(图 5f)，说明了天马山胶状黄铁矿受热改造程度较高。

图 4

Fig. 4

图 4 铜官山矿床胶状黄铁矿矿石显微照片 (a)胶状黄铁矿矿石中的鲕粒结构；(b)鲕粒大小不一，直径50μm~2mm；(c)鲕粒呈同心环状，明暗条纹相间；(d)鲕粒外层与其他鲕粒相连；(e)鲕粒受到后期定向错动；(f)黄铜矿穿切黄铁矿鲕粒.Cpy-胶状黄铁矿；Hem-赤铁矿；Ccp-黄铜矿 Fig. 4 Photomicrographs of colloform pyrite in Tongguanshan deposit (a) oolitic structure in colloform pyrite; (b) oolitic grains are not of uniform size, the diameter from 50μm to 2mm; (c) the oolitic grains are concentric structure with alternating light and dark stripes; (d) the outer layer of oolitic grains is connected with other oolitic grains; (e) oolitic subjected to directional dislocation; (f) pyrite oolitic grains were cut by chalcopyrite. Cpy-colloform pyrite; Hem-hematite; Ccp-chalcopyrite

图 5

Fig. 5

图 5 天马山矿床胶状黄铁矿矿石显微照片 (a)胶状黄铁矿；(b)同心环状结构；(c)粗晶黄铁矿穿切胶状黄铁矿；(d)胶状结构；(e)粗晶黄铁矿沿菱铁矿脉分布；(f)菱铁矿两侧胶状黄铁矿重结晶，呈梳状垂直于脉.Py-黄铁矿；Sd-菱铁矿 Fig. 5 Photomicrographs of colloform pyrite in Tianmashan deposit (a) colloform pyrite; (b) concentric structur of colloform pyrite; (c) colloform pyrite were cut by macrocrystalline pyrite; (d) colloform structure; (e) macrocrystalline pyrite distribute along siderite vein; (f) the recrystallization of colloform pyrite on both sides of siderite veins comb structure and perpendicular to vein. Py-pyrite; Sd-siderite

铜官山矿田中胶状黄铁矿矿石的XRD分析结果(图 6)显示铜官山胶状黄铁矿中主要矿物为黄铁矿，次要矿物主要为菱铁矿、白铁矿、黄铜矿等(部分样品中菱铁矿结晶度较高，显示出较高的衍射峰)；天马山胶状黄铁矿中主要矿物也为黄铁矿，次要矿物略区别于铜官山胶状黄铁矿样品，白铁矿含量较少，另含有少量的石英及磁黄铁矿，个别样品中还含有少量的白云石。

图 6

Fig. 6

图 6 铜官山矿田胶状黄铁矿矿石XRD谱图 (a、b)铜官山胶状黄铁矿；(c-e)天马山胶状黄铁矿 Fig. 6 XRD patterns of colloform pyrite in Tongguanshan ore field (a, b) colloform pyrite in Tongguanshan deposit; (c-e) colloform pyrite in Tianmashan deposit

由于光学显微镜和XRD无法准确的分辨出微晶矿物以及非晶态物相的存在和分布，因此使用拉曼光谱对铜官山矿田中的胶状黄铁矿矿石进行原位微区分析。结果显示铜官山胶状黄铁矿的鲕粒中白色部分主要为黄铁矿与白铁矿的混合集合体，灰色脉状部分主要为赤铁矿，黑色部分主要为有机质(图 7)。原生鲕粒主要由黄铁矿和白铁矿集合体与有机质互层组成，后期受到应力作用并有赤铁矿脉灌入。天马山胶状黄铁矿中的环带主要是由黄铁矿和白铁矿互层组成，亮色部分为黄铁矿，暗色部分为白铁矿(图 8)。

图 7

Fig. 7

图 7 铜官山矿床胶状黄铁矿拉曼光谱图 Fig. 7 Raman patterns of colloform pyrite in Tongguanshan deposit

图 8

Fig. 8

图 8 天马山矿床胶状黄铁矿拉曼光谱图 Fig. 8 Raman patterns of colloform pyrite in Tianmashan deposit

低倍镜下铜官山胶状黄铁矿鲕粒清晰，鲕粒大小不等，大鲕粒外层常与其他小鲕粒共生长(图 9a)。颗粒样品观察结果显示鲕粒环带中存在小粒径块状集合体和片状形态放射状集合体两种矿物形貌(图 9b)，EDS分析结果显示小粒径块状集合体主要为铁硫化物(图 9c)，片状形态矿物主要为赤铁矿(图 9d)。高倍镜下细致观察铁硫化物，可见有两种不同形貌，一种主要呈自形-半自形立方体形态，少量呈不规则形态，粒径100~500nm，主要粒径在200nm左右，颗粒堆积松散，粒间空隙发育，可确定为黄铁矿(图 9e)；另一种主要呈自形-半自形双锥状形态，粒径500nm~2μm，颗粒常相互连生，堆积紧密，结合EDS分析可确定为白铁矿(图 9f)。

图 9

Fig. 9

图 9 铜官山矿床胶状黄铁矿矿石SEM图像及能谱 (a)胶状黄铁矿鲕粒结构；(b)鲕粒中片状放射状形态的铁氧化物及细小颗粒状铁硫化物；(c)为A选区EDS；(d)为B选区EDS；(e)纳米粒径立方体形态的胶状黄铁矿；(f)双锥形态的白铁矿 Fig. 9 SEM images and EDS patterns of colloform pyrite in Tongguanshan deposit (a) oolitic structure of colloform pyrite; (b) radial iron oxides and tiny granular iron sulsides in oolitic grains; (c) EDS pattern of area A; (d) EDS pattern of area B; (e) colloform pyrite is cubic in form and a few nanometers in size; (f) marcasite with biconical morphology

铜官山胶状黄铁矿中鲕粒环带线扫描元素分析结果显示：环带中主要存在S、Fe、O、C等四种元素，这四种元素间存在着明显的相关性(图 10)：鲕粒内部S含量较高，边部或鲕粒外S含量较低(接近于0)，从两鲕粒的交界处向两鲕粒核部S分布呈对称性。O分布与S呈反相关性，两鲕粒交界处或鲕粒内部断裂处含量较高。样品中C含量较低，其分布常与Fe呈反相关性，与O无明显相关性，结合拉曼光谱分析结果，表明C并非以碳酸盐矿物形式存在，而是以有机质的形式存在。

图 10

Fig. 10

图 10 铜官山矿床胶状黄铁SEM线扫描能谱图 Fig. 10 SEM image and EDS line scanning of colloform pyrite in Tongguanshan deposit

天马山胶状黄铁矿矿石中黄铁矿主要呈自形-半自形立方体形态，少量呈他形，粒径200~1000nm，颗粒堆积松散，粒间空隙发育(图 11a)。除黄铁矿外，另有较多的其他微小物相存在：菱铁矿常呈块状或脉状穿插于黄铁矿集合体中，两者界限分明，菱铁矿解理面清晰，显示了较高的结晶度(图 11b)；极少量的白云石与黄铁矿共生在一起，白云石粒径较小，表面不平整，可见有少量黄铁矿印模(图 11c)；伊利石呈典型片状结构，单片直径小于10μm，杂乱分布于黄铁矿粒间(图 11d)；石英颗粒呈颗粒块状存在于黄铁矿集合体中，颗粒大于100μm，未见有石英脉出现，外围黄铁矿未发生受热重结晶现象。单颗粒石英表现出内外层关系，EDS分析均为石英成分，表明了石英颗粒存在有次生加大现象存在(图 11e)。石英内部某点EDS分析结果显示Ca、Ti含量较高(图 11e中H区)，表明石英内存在高温矿物榍石包裹体。将样品进行逆王水(盐酸硝酸=13)溶解后得到以石英为主的酸不溶物。SEM细致观察石英表面，可见有较多的黄铁矿印模(图 11f)，表明了石英的次生加大过程晚于黄铁矿的形成。

图 11

Fig. 11

图 11 天马山矿床胶状黄铁矿SEM图像及能谱 (a)胶状黄铁矿主要呈自形-半自形立方体形态，粒径200~1000nm；(b)菱铁矿穿插黄铁矿集合体，解理面清晰；(c)与胶状黄铁矿共存的白云石；(d)与胶状黄铁矿混杂共存的伊利石；(e)胶状黄铁矿中石英磨圆度高，具有次生加大现象，含有榍石包裹体；(f)酸溶后石英表面存在胶状黄铁矿印模；A-H为对应选区EDS Fig. 11 EM images and EDS patterns of colloform pyrite in Tianmashan deposit (a) colloform pyrite is dominated by euhedral-subhedral cubic morphology with 200~1000nm in size; (b) siderite intersects colloform pyrite aggregate with clear cleavage surface; (c) dolomite coexisting with colloform pyrite; (d) illite coexisting with colloform pyrite; (e) quartz in colloform pyrite has high degree of grinding roundness, secondary enlargement and sphene inclusion; (f) pyrite mold impressions on the surface of quartz after acid treatment; A-H is EDS patterns of the corresponding area

铜官山矿田胶状黄铁矿矿石多呈胶状、鲕状结构，具有同心环状特征，鲕粒环带主要是由黄铁矿与白铁矿混合体和有机质相间组成的(图 7、图 10)。鲕状结构常见于水体动荡的浅海沉积环境，常见有鲕状赤铁矿、鲕状灰岩等(张扬等, 2009)，鲕状黄铁矿在浅海环境十分罕见，前人研究认为其主要在半封闭的还原环境中经热水沉积或微生物作用而形成(夏学惠和李钟模, 1999;李忠烜等, 2016)。SEM观察下，胶状黄铁矿的黄铁矿颗粒粒径从纳米至亚微米均有分布，黄铁矿以自形立方体为主，他形为辅，罕见有八面体和五角十二面体。这些特征常见于海洋沉积环境(Rickard, 2012)，为生物作用下的快速沉淀产物(谢巧勤等, 2014;徐亮等, 2017)，表明了铜官山矿田中的胶状黄铁矿形成于石炭系海洋沉积环境(蒋少涌等, 2011;肖鑫等, 2016)。

胶状黄铁矿矿石中的共存微量矿物也提供了较多的成因信息。铜官山胶状黄铁矿的鲕粒中含有较多的有机质，有机质与黄铁矿形成环带结构(图 7、图 10)，表明了黄铁矿与有机质经历同沉积-成岩过程，且可能有微生物作用参与(蒋少涌等, 2011;徐亮等, 2017)。胶状黄铁矿矿石中还含有白云石及伊利石，这两者都是层状矿体围岩中较为常见的矿物(杨兵和王之田, 1985;黄华盛等, 1985;崔彬, 1987)，其中伊利石呈单颗粒随机分布于胶状黄铁矿集合体内部，表明了胶状黄铁矿在形成时存在有伊利石沉积。铜陵矿集区新桥矿床内伊利石多与有机质相结合在一起也佐证了这一观点(徐亮等, 2017)。此外，胶状黄铁矿矿石中的石英主要呈他形单颗粒形态，磨圆度较高，未见有石英脉出现，包裹体中存在有高温矿物榍石，外围黄铁矿未发生受热重结晶现象，存在次生加大结构，表明了其为碎屑石英，与胶状黄铁矿同沉积后又发生次生加大，在其表面形成了大量的黄铁矿印模(徐亮, 2017)。综上信息，胶状黄铁矿中共存矿物或物质主要为碎屑沉积和海洋自生，进一步佐证了铜官山矿田层状矿体中胶状黄铁矿为沉积成因，并可能有微生物作用参与。

铜陵地区在石炭纪存在呈北东-南西向延展的铜陵古岛(叶春林等, 2010)，在古岛与江南隆起带(江南古陆)之间形成了一个半封闭的大陆边缘海盆(常印佛等, 1991)。半封闭海盆中的海水受外界影响较少，在海底局部地区易形成厌氧还原环境(Scholz et al., 2014)，为黄铁矿的形成提供了有利的形成环境。此外，铜陵地区泥盆系五通组顶部存在着数米厚的赤铁矿层或含铁氧化物的沉积层(徐亮等, 2017)，这些铁氧化物经还原性水体还原，可以成为沉积黄铁矿的重要铁源。Du et al. (2015)研究发现铜陵矿集区石炭系白云岩中Fe含量为地壳平均含量的4~5倍，表明石炭纪黄铁矿沉积时铁源充足。除稳定的形成环境及铁源外，硫源也是限制黄铁矿形成的重要因素。铜陵地区石炭系黄龙组地层中有机质含量较高，并局部发育石膏假晶和硬石膏层(杜轶伦等, 2014)，表明了半封闭海盆中水体有充足的硫酸根离子和有机质。在还原性水体中，有机质的大量堆积促进了硫酸盐还原菌等微生物的繁衍，硫酸盐还原菌以有机质为电子供体还原硫酸根离子(Picard et al., 2018)，产生足量的生物硫化氢或硫离子(Butler and Rickard, 2000)，可以为黄铁矿的形成提供硫源。因此，铜陵地区在石炭纪时存在黄铁矿沉积的条件。

前人研究表明铜陵矿集区内铜金等成矿元素主要来源于燕山期的岩浆热液活动，地层(包括胶状黄铁矿层)提供的Cu、Au较少(毛景文等, 2009;肖鑫等, 2016)。当岩体及含矿热液与较高化学活性的碳酸盐岩地层发生强烈蚀变、交代作用，形成层控矽卡岩矿床(常印佛等, 1991)。但实际上层状含铜金矿体主要赋存在含沉积胶状黄铁矿的石炭系地层中(王文斌等, 1994)，因此沉积胶状黄铁矿层对燕山期岩浆热液成矿的层控作用不容忽视。

胶状黄铁矿的粒径小(纳米至亚微米)，比表面积大，堆积松散，矿石孔隙率高，具有较高的纳米效应和反应活性(Xu et al., 2017)。研究表明黄铁矿在高温阶段高硫还原环境下常会相变为磁黄铁矿，而在低温还原环境下主要发生重结晶作用或基本不变(Lambert et al., 1998; Charpentier and Masset, 2010)。因此，在铜官山矿田中从岩体至围岩层状矿体的铁硫化物分带明显：磁黄铁矿-粗晶黄铁矿-胶状黄铁矿(黄华盛等, 1985)。而在中低温高硫还原环境中，黄铁矿及其相变产物磁黄铁矿均可以与含铜热液反应形成含铜硫化物(Pękala et al., 2011; Chen et al., 2014;张阳和蔡元峰, 2016)。因此，在铜陵矿集区层状含铜黄铁矿矿体中，黄铜矿交代磁黄铁矿和黄铁矿现象非常普遍(Mao et al., 2011)。显然，在中低温条件下，胶状黄铁矿及其相变产物磁黄铁矿可以成为含铜流体中铜的沉淀剂，这可能是层状含铜硫化物矿床层控性的重要机制之一。

层状硫化物矿体也是铜官山矿田中金矿的主要载体。前人研究表明，在中低温富硫热液中Au主要以络合物Au(HS)₂^-和AuHS⁰形式存在与运移(Murzin et al., 2018)。当含金流体温度、pH降低，含金络合物中的HS^-易与H⁺结合而释放出金沉淀，形成金矿(Pokrovski et al., 2006;黄诚和张德会, 2013)。铜陵地区石炭系的沉积胶状黄铁矿矿石中共存有较多的白铁矿及有机质，其中白铁矿形成于低于250℃的酸性环境中(Murowchick and Barnes, 1986; Schoonen and Barnes, 1991)，说明了胶状黄铁矿在形成时沉积物中含有较多酸性物质，而且有机质在热液流体中易分解为腐殖酸等(卢家烂等, 1997;杜轶伦等, 2014)，为后期的热液金卸载提供了pH条件。这些特征都表明当含金流体接触、交代胶状黄铁矿时，流体温度、pH均会降低，有利于金沉淀，形成层状硫化物金矿。

(1) 铜官山矿田石炭系层状硫化物矿体中胶状黄铁矿矿石多呈胶状、鲕状结构，具有同心环状特征，白铁矿、有机质与黄铁矿互层组成环带。胶状黄铁矿的黄铁矿颗粒粒径从纳米至亚微米均有分布，以自形-半自形立方体为主，少数呈他形。与胶状黄铁矿共存的少量白云石、石英、伊利石、有机质等矿物或物质均显示了碎屑沉积或海洋自生的特征。这些特征都指示了层状矿体中胶状黄铁矿为沉积成因，且可能存在有微生物作用参与。

(2) 胶状黄铁矿矿石的粒径小，孔隙率高，具有较高的化学活性，可以成为燕山期含铜岩浆热液中铜等金属元素的沉淀剂。胶状黄铁矿矿石中还含有一定量的有机质及白铁矿，可以为金沉淀提供低pH环境，有利于层状硫化物金矿体的形成。