云南省墨江縣金廠金礦床金銀礦物成因礦物學研究

江永宏,李勝榮

(1.中國地質調查局發展研究中心,北京100037;2.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院,巖石圈構造與深部過程及探測技術教育部重點實驗室,北京100083)

0 引言

云南省墨江縣金廠金礦是一個大型原生金礦床。礦床的金、銀系列礦物從自然銀、銀金礦到自然金都有出現,其中以銀金礦和自然金為主,其中礦石中金以獨立礦物(自然金)產出的約占70%,為礦區主要的金礦物(據00533部隊1982年資料),自然金w(Au)=70.85%～99.08%(前人資料為78.8%～95.5%)。自然銀為本次研究首次發現。此外,還有鈀金礦、鉑金礦、銠金礦、硒金銀礦等[1-4]。本次研究還發現含銀-銀黝銅礦系列和硒銀礦系列。

1 礦床地質概況

金廠金礦床位于哀牢山構造變質帶九甲—安定脆韌性剪切帶旁側(圖1),是一個成因上與加里東晚期具有蛇綠巖性質的超基性巖體有關的大型低溫淺成熱液金礦床。礦體沿金廠蛇綠巖體西接觸帶的斷裂構造帶斷續分布,主要產于志留紀金廠組砂板巖中,少數產于蛇綠巖及三疊系砂巖中(圖2)。金礦化以石英脈型、含金石英脈與含金硅質巖混合型為主要類型[5]。哀牢山構造帶自加里東晚期至喜山期均有不同程度的構造巖漿活動,而本金礦的成礦時代則從海西早期至喜山期,具有多期成礦的特點。含鎳金黃鐵礦硅質巖的Sm-Nd年齡為358 Ma,Rb-Sr年齡為 354 Ma[6];鉻絹云母的 K-Ar年齡為180Ma(全國同位素地質年齡匯編小組,1986);穿插鎳礦體的Au礦化石英脈的順磁共振 ESR年齡為46.7 Ma[7]。貓鼻梁礦段礦體為含金石英脈型礦體與含金石英巖混合型礦體(I型礦體),與礦區范圍內I型的礦體一致,均表現為:①厚度變化不均勻,變化系數0.6～0.8;②品位變化屬不均勻至很不均勻,變化系數0.33～1.41。例如,I8礦體、I60礦體 的厚度變化系數、品位變化系數分別為 64%和126%,分屬不均勻和很不均勻[8]。

圖1 哀牢山金礦帶區域地質簡圖(方維萱等,2001)Fig.1 The simplified regional regional map of Ailaoshan gold belt

圖2 金廠金礦貓鼻梁礦段金、鎳礦體關系剖面圖[8]Fig.2 Profile showing spatial relation of Au,Ni ore bodies at Maobi liang ore domain of Jinchang Au deposit

2 熱液演化與成礦階段

金廠金礦的熱液演化在空間上體現為由超基性巖體漸入圍巖金廠組砂板巖的面型蝕變分帶,以及不同期次石英脈的線型疊加,據此可進行熱液演化的階段劃分[9-10]。

2.1 以蛇紋石化、滑石化、碳酸鹽化(包括菱鎂礦化、鐵白云石化)、硅化為特征的鎂質超基性巖體蝕變階段

金廠蛇綠巖體中的輝石、橄欖石依次發生蛇紋石化、菱鎂礦化、滑石化和石棉化,此后發生硅化,在金廠蛇綠巖體與金廠組地層接觸帶附近一定范圍內形成硅質巖,Au,As,Sb,Ti,Cr,Co,Ni等重要成礦元素以絡合物形式活化遷移。蛇紋石、菱鎂礦、鐵白云石、鉻尖晶石、白鈦石、自然金及鉑族元素礦物為其特征組合。

2.2 超基性巖外接觸帶的交代蝕變階段

(1)硅化、黃鐵礦化亞階段:超基性巖體外接觸帶是含金硅質巖型金礦化的主要成礦空間,其交代蝕變作用與以鎳礦化為主要特征的內、外接觸帶有較大差異,根據筆者對鉻絹云母成分標型的研究[5],發生硅化的硅質除部分來源于超基性巖體外,絕大部分應來源于金廠組硅板巖。熱流體搬運Au,Cr,Mg,Fe,S等物質在有利的空間沉淀形成黃鐵礦礦化和較弱的金礦化,它是蛇紋巖化巖體形成全硅質外殼的延續。

(2)黃鐵礦鉻絹英巖化亞階段:本亞階段以形成翠綠色含鉻絹云母為特色。黃鐵鉻絹英巖是金礦化石英脈的蝕變圍巖,按照黃鐵礦與鉻絹云母類的相對含量,將其進一步劃分為6個類型:①含鉻絹云母的黃鐵硅質巖;②鉻絹云母黃鐵硅質巖;③含黃鐵礦鉻絹云母硅質巖;④黃鐵鉻絹英巖;⑤含黃鐵礦鉻絹云母巖;⑥鉻絹云母巖。此亞階段為黃鐵礦的主要形成期,黃鐵礦以浸染狀、條帶浸染狀為主。

2.3 石英脈充填階段

(1)早期石英脈階段(I階段石英脈):石英脈一般呈灰白色,順層產出且邊界平整,厚度變化小,呈板狀脈體(“脈板”)或綠色浸染狀石英脈,礦物主要為石英,含極少量黃鐵礦。石英多為隱晶硅質、玉髓,基本無礦化,為不含礦石英脈。

(2)主成礦期石英脈階段:又可稱為硫化物-石英脈階段。銀金礦、自然金等含金礦物主要出現在本階段石英脈中。黃鐵礦僅有少量產出,分布于石英晶隙。石英脈以乳白色和淡黃色條帶狀-裙邊帶狀構造為特征。

(3)晚期乳白色石英脈階段:以全晶質石英晶簇為特色,共生礦物有自然銀和少量銀金礦。本階段極少出現黃鐵礦。

表1 金廠金礦床金、銀礦物電子探針分析結果Table 1 The electron microprobe analysis of the gold and silver minerals of the Jinchang Au deposit

3 金、銀礦物系列成因

3.1 形態

自然金和銀金礦的主要形態有粒狀(包括渾圓粒狀、角粒狀、橢圓粒狀等)、枝叉狀、板狀、片狀、線狀、絲狀等。粒度范圍變化較大,從粒徑1～4 cm的“塊金”到次顯微金(<5μm)均有產出。據00533部隊資料,其平均粒度為0.012 35 mm(共統計2346粒)。本次在貓鼻梁礦段所發現的均為次顯微金。

3.2 賦存狀態

(1)裂隙金:主要產于石英、黃鐵礦的裂隙中。

(2)粒間金:主要產于石英、黃鐵礦的晶粒間隙內。

(3)連生金:與含銀-銀黝銅礦、硒銀礦等較緊密共生,成不規則粒狀。

(4)包體金:在石英、玉髓、黃鐵礦、含銀-銀黝銅礦、硫銻銅銀礦、輝銻礦、黃銅礦、菱鎂礦以及蛇紋石、高嶺石、滑石、絹云母、褐鐵礦等礦物中,金均以微粒包裹體產出。

3.3 金礦物共(伴)生組合

(1)主成礦期石英脈階段。自然金、銀金礦與石英、含鉻綠泥石、含鉻高嶺石、黃鐵礦、針鎳礦、斜方硫鎳礦、方硫鎳礦、銻硫鎳礦、含銀-銀黝銅礦、硒銀礦共生。

(2)晚期乳白色石英脈階段。自然銀、銀金礦與黃鐵礦、絹云母、石英共生。

(3)伴生組合。金礦物與下列礦物連生:自然金-黃鐵礦;自然金-石英;自然金-方鉛礦-石英;自然金-輝銻銀礦;自然金-輝銻銀礦-黝銅礦;自然金-含銀黝銅礦-黃鐵礦;黃鐵礦-自然金-含銀黝銅礦-輝砷鎳礦;褐鐵礦-黃鐵礦-自然金-含銀黝銅礦-輝砷鎳礦;褐鐵礦-自然金;銀金礦-石英;銀金礦-有機質黏土;銀金礦-石英-有機質黏土;銀金礦-輝銻銀礦;銀金礦-輝銻銀礦-黝銅礦;銀金礦-黝銅礦-硫銻銅銀礦-赤鐵礦等。

3.4 化學成分

3.4.1 成分特點

(1)自然銀中S,Se,As,Cu,Zn,Ni的質量分數較高。

(2)銀金礦中 Cu的質量分數高,分別可達0.35%和0.31%,Cr達0.14%。

(3)自然金中Pt的質量分數可高達0.13%,Os可達0.33%,Ir可達0.39%,而 Pt,Os,Ir總量可達0.85%。

3.4.2 演化系列

按照金礦物的結晶先后順序(即從成礦早期到晚期)為自然金→銀金礦→自然銀(表1),金的成色有下降的趨勢。這與古老礦源層為膠東群的山東招遠靈山溝、玲瓏等金礦不同[11]。隨著金的成色不斷降低,銀的質量分數及礦物中微量元素總量卻有明顯增加的趨勢。銀金礦中微量元素Cu,Cr,Ni和Co的總量最高達到0.81%。

3.4.3 微量元素

(1)自然金具有高含量的 Pt,Os,Ir,銀金礦中的Pt,Os,Ir含量次之。因為PGE元素可分為Ir組和 Pd組,Ir組為Os,Ir,Ru;Pd組為 Rh,Pt,Pd。如果把鉑族元素按熔點降低的順序排列(Os,Ir,Ru,Rh,Pt,Pd),它們在地幔部分熔融過程中的分異特點就會反映到幔源巖漿礦床中,其中Ir組為高溫組合,Pt組為低溫組合[12]。本次研究發現,Ir組合相對于Pt組表現為異常富集,可能反映礦床成因不僅與超基性巖本身富集礦質元素Au,Ni,PGE相關,并且與超基性巖體外圍在發生蛇紋巖化蝕變的過程中溫度較高具有關聯。

(2)Cr和Ni為基性巖的主要組分,其含量高,如富金石英脈中銀金礦、硒銀礦中w(Cr)分別為0.14%和0.18%,說明礦化強度較高,它們可以部分與金、銀類質同象。而因為金、銀礦物中雜質元素以Ni,Co,Ti和 Se,As,Sb為特征(表1),顯示了礦化的多源性。

(3)自然銀中Cu,Pb,Zn,As,Sb,Bi的質量分數很高,說明礦化很強。前人研究證明,金銀礦物雜質元素的質量分數為0或低值是礦化不廣泛的標志[13]。

4 結論

通過對墨江金廠金礦床金、銀礦物系列的形態、賦存狀態、礦物共(伴)生組合、化學成分等成因標型研究,結合富含金、銀的含銀-銀黝銅礦系列、硒銀礦系列在富礦成礦階段的出現可以認為:

(1)金、銀系列礦物中自然銀、銀金礦、自然金都有出現,以銀金礦、自然金為主。w(Au)的變化范圍為70.85%～99.08%(前人資料為 78.8%～95.5%)。按照金礦物的結晶先后順序(即從成礦早期到晚期)為自然金→銀金礦→自然銀,金的成色有下降的趨勢,而銀的質量分數及礦物中微量元素總量卻有明顯增加的趨勢。銀金礦中微量元素總量(Cu+Cr+Ni+Co)最高達到0.81%。

(2)自然銀為首次發現。自然銀中Cu,Pb,Zn,As,Sb,Bi的質量分數很高,說明礦化很強,是礦化廣泛的標志。

(3)含銀-銀黝銅礦連續固溶體系列的確定,說明成礦階段富含Cu,Ag,Pt,Zn,Sb,As,S,Se,Fe等成礦元素的流體在低溫過程中迅速結晶而形成。它的Ag+/(Cu++Cu2+)比值在同一標本樣品上的離散性分布反映了成礦階段熱液活動復雜以及物化條件變化快的特點。

(4)硒銀礦中Se,Ag,Bi的質量分數變化范圍分別為0.981×10-6～0.869×10-6,1.813×10-6～2.733×10-6,0.006×10-6～0.027×10-6。硒銀礦中Bi的出現率為100%,說明為完全類質同象替代Ag[8]。

(5)雖然金廠金礦床中沒有發現鋨銥礦和銥鋨礦,但Ir和Os卻進入自然金晶格,形成銥金礦與鋨銥金礦的類質同象系列,也是指示與超基性巖有關的成因標志[8]。自然金中 Pt,Os,Ir的質量分數都很高,銀金礦中 Pt,Os,Ir的質量分數次之。因為PGE元素可分為Ir組和Pd組,本次研究發現,Ir組相對于Pt組表現為異常富集可能反映礦床成因不僅與超基性巖本身富含礦質元素Au,Ni,PGE密切 相關,并且與超基性巖體外圍在發生蛇紋巖化蝕變的過程中溫度較高具有關聯。

致謝:在此特別感謝陳光遠教授、孫岱生教授、邵偉教授在項目組織、樣品制備和論文成稿過程中的辛勤勞動和諄諄教誨!同時在本文的研究過程中,曾得到武警黃金部隊黃金研究所陳錦榮高級工程師、云南黃金局、墨江金礦,以及中國地質大學(北京)電子探針室李樹巖、陳卉泉高級工程師的幫助,在此表示衷心的感謝!

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