2019, Vol. 28
表1(Table 1)
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2. 长安大学 地球科学与资源学院, 陕西 西安 710054;
3. 中国地质大学 地球科学与资源学院, 北京 100083;
4. 中国地质调查局 沈阳地质调查中心, 辽宁 沈阳 110034
2. School of Geosciences and Resources, Chang'an University, Xi'an 710054, China;
3. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
4. Shenyang Center of Geological Survey, CGS, Shenyang 110034, China
黄龙金矿所在的石泉-汉阴北部岩金矿化带, 大地构造位置属南秦岭印支褶皱造山带南部, 西邻扬子板块北缘汉南突起区.近年来, 在汉阴北部地区的勘查工作取得了较好的找矿成果, 相继发现了一批金矿床, 如黄龙金矿、长沟金矿、鹿鸣金矿、沈坝金矿以及吴家湾金矿, 显示该区具有良好的找矿前景[1-3].
汉阴地区黄龙金矿已经开发多年, 已探明的资源量约为5 t, 是本区内规模较大的金矿床之一, 对其进行详细的研究分析具有一定的代表性.邱世东[4-5]、白龙安[6]与李会民[7]等曾分别对黄龙金矿的地质特征、找矿标志与稀土元素地球化学特征进行过较详细的研究, 但目前对该矿床中磁黄铁矿标型矿物学研究鲜有报道, 专家学者对其重视程度还不够.
磁黄铁矿几乎见于所有类型的金矿床中, 其成分、结构及构造特征对矿床受变质的温度具有重要的指示作用[8-9].本文拟对黄龙金矿磁黄铁矿的分布、成分、形态等物性特征进行阐述, 通过电子探针和矿相显微镜观测等方法, 对黄龙金矿床内不同产出状态的磁黄铁矿单矿物形貌及化学组成进行分析, 对不同产出状态磁黄铁矿的含金性进行对比研究, 探讨磁黄铁矿与金矿化的关系、成矿环境与矿床成因, 为金矿床进一步找矿和确定找矿标志提供理论依据和信息.
1 地质背景石泉-汉阴北部地区是南秦岭地区重要的多金属矿产成矿地段, 区内主要构造线呈近东西向或北西向, 几条规模较大的脆-韧性剪切带为主要的控矿构造.剪切带内岩石普遍遭受了程度不等的变形变质作用, 变质程度普遍达绿片岩相, 褶皱强烈, 片理发育, 岩浆活动较弱.受区域性沈坝-黄龙断裂的影响, 矿区内同样发育脆-韧性剪切带, 控制着矿体的产出和分布[1-2, 10].
黄龙金矿床产出于下志留统梅子垭岩组(S1m)中(图 1).梅子垭岩组原岩为一套泥质碎屑岩, 以富含碳、硅质为特征, 是Au、Ag、Sb、As等元素的高值富集带, 经多期次变形变质作用后形成现有的中、浅变质岩系, 为区内主要的含金地层[6-7, 11-12].黄龙金矿可分为金沟与硝磺硐东西两个矿段, 均赋存于下志留统梅子垭岩组第二、四岩性段.第二岩性段(S1m2)为主要含矿层, 以绢云石英片岩、黑云绢云石英片岩、含黑云母变斑晶绢云母石英片岩为主要岩性, 含薄层变粉砂岩、粉砂质(硅质)板岩.第四岩性段(S1m4)岩性以含碳绢云石英片岩、二云母石英片岩、黑云母变斑晶绢云石英片岩为主, 夹薄层碳硅质板岩、碳质粉砂质板岩[1-3], 金多产出于片岩与变质石英砂岩的接触界面.
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图 1 汉阴北部地质矿产图 Fig.1 Geological and mineral map of northern Hanyin area 1-梅子垭组(Meiziya fm.); 2-斑鸠关组(Banjiuguan fm.); 3-奥陶系(Ordovician); 4-寒武系(Cambrian); 5-耀岭河岩组(Yaolinghe rock fm.); 6-武当岩群(Wudang rock group); 7-脆-韧性剪切带及代号(brittle-ductile shear zone and number); 8-糜棱岩带(mylonite zone); 9-花岗岩(granite); 10-灰岩透镜体(limestone lenticle); 11-褐铁矿化蚀变带(ferritization belt); 12-硅质岩透镜体(silicalite lenticle); 13-金矿床(gold deposit); 14-断裂(fault); 15-研究区位置(study area) |
矿区岩浆岩出露不多, 零星可见花岗岩脉、云母煌斑岩脉分布.围岩蚀变主要有黄铁矿化、磁黄铁矿化、硅化和黑云母化(钾化).金沟矿段凡金矿化较好的地段, 各种蚀变均较为发育.硅化主要表现为岩石中析出的各种硅质交代体和条带, 岩石能干性强.黑云母化分为两种:一种为区域变质作用的产物, 晶形长轴平行片理面与基质呈过渡关系, 界线不清, 与金矿化无关; 另一种是热液蚀变所形成, 晶形完整, 晶体与片理斜交或垂直, 与基质界线清晰, 常与黄铁矿(褐铁矿)、石英脉伴生, 近脉者晶体粗大与金矿化伴生, 与金矿化关系密切.黄铁矿化、磁黄铁矿化多呈薄膜状、细脉状, 并沿片理充填, 此外有少量呈不规则团块状[3].金沟矿段中金属矿物总量的40%~50%为磁黄铁矿, 为该矿段最主要的金属硫化物, 黄铁矿仅占10%~20%.磁黄铁矿化与金矿化关系非常密切, 二者紧密共生, 磁黄铁矿化不发育的地段, 一般含金量达不到工业品位.
片理是本区十分普遍的面理构造, 原生层理常用S0来表示, 之后每次强烈的构造变形都会产生一组新生面理, 依次用S1、S2、S3…Sn来表示, 早期面理会被晚期新生面理所代替或完全置换, 有时可见少量残存的早期面理[1-2].通过矿区构造-岩相填图与大比例尺剖面测量可知, 该区内至少经历有3期构造变形, 其中主变形期第二期为挤压体制下的韧性推覆变形, 造成了S1面理被置换, 形成了透入性面理S2(图 2a)以及大规模的脆-韧性剪切带[13]. S2面理在矿区内最为发育, 走向为北西、北北西方向, 沿S2面理方向可见黑云母变斑晶、绢云母及石英等矿物拉长定向排列, 以及黄铁矿与磁黄铁矿呈脉状分布[3]. S1、S3仅在局部可见, 部分地段可见未被S2完全置换的早期S1期面理, 后期发育的S3期面理主要表现为切穿早期面理(图 2b、c).
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图 2 黄龙矿区多期新生面理及组合特征 Fig.2 Multi-stage neofoliation and combination features in Huanglong gold deposit |
原生矿石样品采自黄龙金矿金沟矿段, 矿石分为两种类型, 分别为含磁黄铁矿绢云母石英片岩和含磁黄铁矿黑云母变斑晶绢云石英片岩, 黑灰-铁黑色, 硬度大, 块状或片状构造, 含金约1×10-6~15.32×10-6.在金沟矿段的矿体中, 总矿物含量的5%为金属矿物, 主要金属矿物为磁黄铁矿, 次为黄铁矿, 含少量褐铁矿、黄铜矿等.主要脉石矿物为石英, 次为黑云母和绢云母, 以及少量的石榴子石、电气石、金红石、方解石、石墨等.
磁黄铁矿以其特有的古铜色泽且具浅玫瑰色调而与黄铁矿相区别, 在矿石中一般呈脉状分布, 也有少量呈浸染状分布的, 在矿体中分布比较广泛, 颗粒较大.按磁黄铁矿的产出状态可分为两种类型.
早期为自形-半自形粒状磁黄铁矿, 呈浸染状、团块状分布, 平均粒径为1.5~3 mm, 最大者不超过5 mm(图 3a、b).在此类磁黄铁矿化较发育的区段, 5 cm × 5 cm的视域内平均可见20~30粒磁黄铁矿团块.
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图 3 不同产状磁黄铁矿标本及显微照片 Fig.3 Specimens and microphotographs of pyrrhotite in different occurrences a-团块状磁黄铁矿矿石(lumpy pyrrhotite ore); b-团块状磁黄铁矿镜下(microphoto of lumpy pyrrhotite ore); c-脉状磁黄铁矿矿石(vein type pyrrhotite ore); d-脉状磁黄铁矿镜下(microphoto of vein type pyrrhotite ore) |
晚期为半自形-他形粒状, 多呈脉状分布.由于受构造应力作用, 此类磁黄铁矿基本沿S2面理产出(图 3c、d).可分为粗脉状和细脉状两种, 粗脉状磁黄铁矿脉宽1~2.5 mm, 细脉状磁黄铁矿脉宽0.1~1 mm, 更细者可达拔丝状、头发丝状.需要说明的是, 笔者认为所谓细脉状磁黄铁矿与薄膜状磁黄铁矿是相同的概念, 只是从不同角度观察得到的不同视觉效果.
2.2 测试方法样品测试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, 采用仪器为日本生产的JXA-8100型电子探针分析仪, 检出限为0.01%.实验中的加速电压为15 kV, 束电流为1×10-8 mA, 最小束斑直径为0.3 μm.
在测试时选取晶型较好的磁黄铁矿单矿物, 并选取表面平整、光滑且颜色均一的位置(其目的是防止磁黄铁矿中微裂痕或包体对分析结果造成影响), 从核部到幔部到边缘呈线性依次打点, 以获取其中心与各层环带中元素的变化情况[14].
3 样品测试结果 3.1 电子探针分析结果本次测试的元素包括Fe、S、As、Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Co、Ni、Sb、Te、Se, 电子探针分析结果见表 1.
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表 1 磁黄铁矿电子探针分析结果 Table 1 Electron microprobe analysis of pyrrhotite |
磁黄铁矿的化学通式为Fe1-xS, 其中x代表铁原子亏损数量, 一般情况下x为0~0.233.只有当陨硫铁中无铁的亏损时, x为0, 但一般只见于陨石中[15-18].随着铁离子亏损程度的增加, 磁黄铁矿呈现出从斜方晶系-六方晶系-单斜晶系的变化趋势, 因此利用成分可以推断磁黄铁矿的晶系种属.通常情况下磁黄铁矿的晶型与其成分之间存在较好的对应关系[19-21]:单斜磁黄铁矿(mpo)属低温相, Fe原子含量为46.5%~47.0%, 对应的1-x值为0.869~0.887;六方磁黄铁矿(hpo)属高温相, Fe原子含量为47.0%~47.8%, 对应的1 - x值为0.887~0.916 [14, 22-23].黄龙金矿床磁黄铁矿的成分分析结果(表 2)表明, 该区磁黄铁矿的化学分子式为Fe0.853S~Fe0.889S, 简写式为Fe6S7~Fe8S9.以Fe1-xS中1-x的值为分界点, 对磁黄铁矿中Fe原子含量投影分析如图 4所示.
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表 2 磁黄铁矿Fe、S组成 Table 2 Contents of Fe and S in pyrrhotite samples |
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图 4 黄龙金矿磁黄铁矿Fe原子含量分布范围 Fig.4 Distribution of Fe atom percentage in pyrrhotite from Huanglong gold deposit 1-本次测试平均值(mean value of this test); 2-测试数据分布范围(range of test data) |
本文所测24个值比较集中, 几乎全部分布于单斜磁黄铁矿范围内或该范围左侧, 只有2个点为六方晶系磁黄铁矿, 表明黄龙金矿中以低温单斜磁黄铁矿为主, 含极少量的高温六方磁黄铁矿[14].此外, 据徐国风[9, 24-25]统计研究, 六方磁黄铁矿中钴、镍含量变化幅度较大, 与单斜磁黄铁矿反差明显.本区Co含量极低, Ni含量变化范围小, 也可证明单斜磁黄铁矿占主体.
3.3 微量元素特征磁黄铁矿中除含Au外, 往往含有Ag、As、Co、Ni、Cu、Pb、Zn、Sb、Se和Te等微量元素, 它们常常成为找金的指示元素[8-9, 14-16, 18-23].
Au在磁黄铁矿中含量变化较大(0~0.176%, 平均0.058%), 而Ag含量不高(0~0.064%, 平均0.011%), 二者含量的平均比值为4.637, 表明Au相对于Ag更为富集.
Co元素含量非常低(0~0.011%), 多数点未能检测出; 与之对应的Ni (0.027%~0.149%), 分布不均匀, 平均0.094%. Co/Ni比值较低(＜1.0), 平均仅0.062, 说明黄龙金矿中的磁黄铁矿是富镍贫钴的矿物, 与矿化的关系密切.
另外, As含量0.004%~0.147%, 平均0.011%;Pb 0.021%~0.255%, 平均0.129%; Zn 0~0.092%, 平均0.014%; Cu 0~0.048%, 平均0.010%; Sb 0~0.036%, 平均0.007%; Se 0~0.064%, 平均0.013%; Te 0~0.036%, 平均0.007%.从晶型较好的磁黄铁矿的核部到边缘, 按线性排列逐点进行测试, 对各测点的元素含量进行对比, 没有发现任何规律.
3.4 含金性对比由电子探针分析数据可得不同形态磁黄铁矿的含金性(表 3), 研究可得:1)团块状产出的磁黄铁矿含金性(0.033%)低于脉状磁黄铁矿含金性(0.112%); 2)细脉状磁黄铁矿的含金性(0.134%)高于粗脉状磁黄铁矿含金性(0.089%); 3)团块状及脉状磁黄铁矿中心与边部的含金性差异, 经研究并未发现其规律.
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表 3 不同产状磁黄铁矿含金性对比 Table 3 Comparison of gold contents in pyrrhotite by occurrences |
研究认为, 磁黄铁矿的晶型特征与形成时体系内的温度变化有关.六方磁黄铁矿的形成温度高, 在逐渐降温的情况下会先出溶出黄铁矿, 若保持稳定降温, 最终可出溶出单斜磁黄铁矿.然而, 若体系在降温初期发生温度的快速下降, 此时将全部转化为六方磁黄铁矿[22-25].矿区磁黄铁矿的Fe含量(摩尔分数)为46.5%~47.0%, 几乎均为单斜磁黄铁矿, 因此可判断成矿热液系统较为稳定, 未发生突变.
邱士东[4-5]对该矿区稀土元素地球化学特征和形成条件进行了研究.结果表明, 该区轻稀土富集, 重稀土亏损, 并且呈现明显的Eu、Ce负异常, 反映了黄龙金矿应该形成于干燥气候的浅海还原环境, 并可能有被动大陆边缘沉积物的贡献.
Yund and Hall [26]通过研究认为, 单斜磁黄铁矿形成的最大温度应为325 ℃.本矿区中除含极少量高温六方磁黄铁矿外, 大部分为低温单斜磁黄铁矿, 显示矿床的形成温度应该低于325 ℃.此外, 黄龙金矿床磁黄铁矿与黄铁矿普遍共生, 表明成矿过程中硫比较充足.综合本区磁黄铁矿晶系信息和测试出的成分范围, 绘制出Fe-S系统矿物相平衡简图(图 5).根据矿物相平衡简图, 黄龙金矿磁黄铁矿大部分位于254 ℃之下单斜磁黄铁矿与黄铁矿共生区, 极少量处于六方磁黄铁矿与黄铁矿共生区, 即成矿温度为230~250 ℃上下.隗合明❶对该区石英包裹体进行了研究, 测温结果显示温度范围主要集中在180~220 ℃之间, 属中低温矿床, 与此次分析结果基本吻合.综上, 黄龙金矿床应该是形成于富硫、中-低温的稳定还原环境.
❶隗合明课题组. 安康北部志留系岩金矿品位指标研究论证报告. 长安大学, 2005-2006.
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图 5 Fe-S系统矿物相平衡简图(据文献[8, 14, 27-28]) Fig.5 Equilibrium diagram of Fe-S mineral phase system(After References [8, 14, 27-28]) 1-本次测试数据大致分布范围(general range of this test); 2-主要范围(main range); hpo-六方磁黄铁矿(hexagonal pyrrhotite); mpo-单斜磁黄铁矿(monoclinic pyrrhotite); py-黄铁矿(pyrite); tr-硫铁矿(troilite) |
早志留世阶段, 区域南部的牛山穹隆耀岭河群、郧西群的火山岩中金的丰度较高, 使得该区在原始沉积阶段就具备了良好的成矿条件.因此当梅子垭组地层接受周围陆源碎屑物质沉积时, 受H2S和碳质的影响, 在还原环境下吸附了足量的金元素, 形成了这套高碳质, 金丰度较高的泥质、粉砂质细碎屑岩系[1-2].
在印支运动中, 本区沉积地层变质、褶皱成山, 形成区域变质矿物黑云母与绢云母等.晚印支-早燕山期, 剧烈的造山运动使得本区岩石进一步变质, 并伴随形成一组大规模的脆-韧性剪切带, 带内存在大量的细小裂隙与劈理.与此同时, 深部的岩浆活动愈发剧烈并快速上涌, 使得该区发生热变质作用, 造成石榴子石的出现和黑云母矿物的加大形成黑云母变斑晶, 在金含量较高的地层内, 金解离活化为络合物的形式沿构造裂隙迁移, 若此时氧化还原条件发生变化, 金就将卸载沉淀于韧性剪切带内的裂隙和劈理中.此外, 热液中硫离子的含量会伴随着硫化物的结晶析出而减少, 也将造成金络合物的沉淀, 导致金总是与磁黄铁矿等金属硫化物密切共生, 硫化物也就成为了主要载金矿物.
5 结论1) 黄龙金矿磁黄铁矿的化学分子式为Fe0.853S~Fe0.889S, 简写式为Fe6S7~Fe8S9.根据磁黄铁矿中Fe原子含量的分布范围投影以及Fe-S相图分析, 得出该区仅个别为六方磁黄铁矿, 大部分磁黄铁矿以单斜磁黄铁矿为主, 形成温度较低.与前人测试的流体包裹体数据一致, 印证了该矿床属于中-低温矿床.磁黄铁矿的成分分析结果表明矿体的成矿温度下降缓慢, 系统未发生突变, 成矿时间较长.
2) 微量元素分析结果显示, Co元素含量较低, Ni元素含量相对较高, 说明黄龙金矿体中磁黄铁矿是富镍贫钴的矿物, 与金矿化关系密切. Au与Ag平均比值为4.637, 表明Au相对于Ag更为富集.而在其他微量元素的对比研究中, 并未发现规律.
3) 由电子探针数据可得, 该区产出的两种磁黄铁矿中, 脉状磁黄铁矿含金性好于团块状磁黄铁矿, 细脉状磁黄铁矿中的含金性好于粗脉状磁黄铁矿.因此晚期磁黄铁矿的形成有利于金元素的富集, 其形态一般呈细脉状并呈现出定向排列的特征, 与金成矿密切相关.据此晚期单斜磁黄铁矿(细脉状)较为发育地段具备良好的找矿前景, 为该区找矿的有利标志.
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