岩-煤蚀变带黄铁矿标型特征对岩浆热事件的制约

Magmatic thermal events, the direct inducement of natural cokes, gas outburst and metal anomaly among the alteration zone between coal and magma, have not been described clearly about generation of intermediate, variation of pressure and evolution of ingredients in current studies which only focus on the metamorphic coal. However, pyrite, a common mineral in the zone, is helpful to deepen the understanding of thermal process for their typomorphic characteristic contains lots of genetic information. Thus, some pyrite samples among the alteration zone from Huaibei coalfield will be retrieved to characterize the signature of typomorphic characteristic in this study. The paragenetic association, sequence and generation will be identified by means of Optical Microscope and SEM so as to determine the relationship between pyrite and the stage of magmatism. The crystal cell parameters, lattice defects, arrangement and bonds of atoms inside pyrite will be uncovered according to the results of XRD, Raman and TEM for establishing the connection between pyrite and phase of different thermodynamic conditions. The content, forms and valence of elements in pyrite detected by ICP-MS, EPMA and XPS will be applied to restore dynamics process of ingredients in order to strengthen the constraints on magma thermal events.

岩浆热事件作为岩-煤蚀变带天然焦化、瓦斯突出和金属元素异常的直接诱因，现有研究主要聚焦于变质煤方面，对其中间产物、过程压力及物质演化的认识相对薄弱。黄铁矿作为该带普遍发育的成因矿物，其标型特征蕴含了丰富的过程信息，对其深入研究有助于加深对岩浆热过程的认识。为此，本项目选取岩-煤蚀变带普遍发育的黄铁矿为研究对象，通过显微镜及SEM成像分析，厘定其共生矿物组合和世代关系，构建不同世代黄铁矿与岩-煤蚀变阶段的联系；依据XRD、Raman、TEM的测试结果，解译黄铁矿晶胞参数、晶格缺陷、原子排布及键性关系，反演成生温度、压力等热力学信息；借助ICP-MS、EPMA及XPS等测试手段，测定并对比分析不同期次黄铁矿中元素含量、赋存形式和化合价态，重塑黄铁矿成生过程中物质演化过程，以期加强对岩-煤蚀变热事件的过程制约。

本项目于2017年1月1日立项，至2019年12月31日结题，共实施3年。研究计划、研究方案、研究内容及研究目标完全按照《资助项目计划书》的要求执行，未做任何更改。项目实施期间，项目组先后考察了淮北海孜、杨柳、童亭、袁店、临涣、卧龙湖、石台及孙疃等8个煤矿的岩-煤蚀变现象，采集了侵入岩体、蚀变煤及二者过渡带样品357件。主要研究内容包括：（1）研究了矿岩-煤蚀变带黄铁矿的分布、微形貌、矿物共生组合，厘定了黄铁矿的成生期次及世代演化关系，划分了沉积型、岩浆型和后岩浆型三种主要的黄铁矿成因类型；（2）研究了不同类型黄铁矿的微观结构特征，重建了三种成因类型黄铁矿的成生期次和演化关系，反演了其成生温度、压力条件；（3） 测定了三种成因类型和黄铁矿化学组成及微区组分特征，反演了岩-煤蚀变过程中的元素变化和物质演化特征。.本研究主要成果包括：（1）理清了岩-煤蚀变带黄铁矿的空间分布、矿物组合及矿物学特征；刻画了黄铁矿的微观形貌特征，划分了黄铁矿的演化世代及成生期次，建立了黄铁矿微观形貌特征与岩浆热事件的联系；（2）测定了不同成因类型黄铁矿的结构特征，分析了黄铁矿的结晶学特征和分子振动特征；建立了不同成因类型黄铁矿的超微结构与其成生过程的温度、压力等成生环境条件之间的相互联系。（3）测定了不同成因类型黄铁矿的地球化学组成，分析了黄铁矿的Fe、S主量元素含量和化合价态，测定了黄铁矿中主要微量元素及有毒元素的含量变化，建立了黄铁矿地球化学组成与岩浆侵入过程的联系。.本项目的重要数据包括黄铁矿的偏光显微镜（PLM）照片、扫描电镜（SEM）照片、X射线粉晶衍射（XRD）的衍射图谱、透射电镜（TEM）图像、电子探针（EPMA）、X射线光电子能谱（XPS）及电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测试结果。这些数据的获得，不仅揭示了岩-煤蚀变带黄铁矿的相貌、结构和成分等方面的微组构信息，也为岩浆成因矿物学研究提供方法借鉴和科学支撑。