河南銀洞坡金礦黃鐵礦微量元素特征及對礦床成因的指示意義

唐相偉,楊文濤,嚴育通,郭躍閃,張 洋,楊 柳

(1. 河南省地質礦產勘查開發局第三地質礦產調查院, 河南 鄭州 450000;2.河南理工大學 資源環境學院, 河南 焦作 454000; 3.信陽師范大學 地理科學學院, 河南 信陽 464000;4.湖南工程職業技術學院 自然資源學院, 湖南 長沙 410151)

0 引言

河南省桐柏縣圍山城礦集區位于秦嶺造山帶東延部分,是我國重要金銀鉛鋅等多金屬礦集區之一。礦集區已探明主要礦床包括大型破山銀礦、大型銀洞坡金礦和中型銀洞嶺銀鉛鋅礦等多個礦床。2010年至今,河南省地礦局地礦三院在圍山城一帶老礦山深部及外圍相繼開展了省地勘基金、中國地調局發展研究中心深部預測等項目,在銀洞坡金礦深部及外圍取得較好找礦效果,初步估算金屬量30 t左右,共生鉛鋅金屬量20萬t左右。

已有研究者對銀洞坡金礦的礦床成因、成礦時代、成礦流體等方面進行了研究和總結,但對礦床成因問題存在較大爭議。張靜等[1]認為銀洞坡金礦床為層控造山型金礦;萬守全等[2]認為銀洞坡金礦床是沉積成因與熱液成因混合型。自2018年,中國地調局發展研究中心找礦預測項目在該區開展以來,原碳質層位以外變粒巖中圈出多條厚大礦體,結合礦石特征、1∶5萬重力測量、地球化學等研究,認為礦床成因可能與燕山期作用的巖漿熱液礦床有關[3]。黃鐵礦是金礦床中普遍且重要的載金礦物,微量成分是其最本質的特征,也是信息量最大的特征。對微量元素進行分析,不僅能反映成礦作用過程,而且能指示礦床成因類型,如微量元素蛛網圖、Au/Ag、As-Co-Ni三角圖、Co/Ni等[4-5]。黃鐵礦微量元素LA-ICP-MS微區原位分析已被廣泛應用于礦床成因示蹤、精細成礦過程等找礦研究,近年來成為研究的熱點[6-7]。

在已有的研究基礎上,本文首次對銀洞坡金礦黃鐵礦采用LA-ICP-MS微區原位分析,示蹤礦床成因,以期為下一步勘查工作,提供依據。

1 區域地質及礦床地質

1.1 區域地質背景

礦集區屬于秦嶺-大別造山帶,桐柏北麓(圖1a),夾持于區域性瓦穴子-邢集斷裂和朱陽關-大河斷裂之間。出露地層屬于秦嶺地層大區,以松扒-龜梅斷裂為界,北側屬北秦嶺地層分區,南側屬南秦嶺地層分區。礦集區位于北秦嶺地層分區,出露地層為下古生界二郎坪群和寒武系歪頭山組。侵入巖主要為北東側的加里東期中酸性雜巖體(431～470 Ma)及燕山期梁灣巖體(132 Ma)[8]。褶皺構造主要為在加里東期和海西期北東-南西向水平側向主壓應力作用下,形成北西向的朱莊背形,控制了礦集區礦床產出。

注:1.下部第九巖性段;2.中部第一巖性段;3.中部第二巖性段;4.中部第三巖性段;5.中部第四巖性段;6.金礦體位置及編號;7.勘探線位置及編號。圖1 銀洞坡金礦礦床地質簡圖Fig. 1 Geological diagram of the Yindongpo gold deposit

1.2 礦床地質特征

礦區出露地層主要為寒武系歪頭山組,原巖為一套深水復理石碎屑巖夾基性火山巖、碳酸鹽巖沉積建造,劃分為下部、中部、上部,共17個巖性段,中部第二巖性段為銀洞坡金礦賦礦層位。褶皺構造主要為北西向的朱莊背形,在朱莊背形兩翼碳質片巖、變粒巖中形成一系列的脆性共軛逆沖剪切帶、韌-脆性層間剪切帶及派生的羽裂、拖曳褶曲和旁側左行或右行的張性斷裂為主要容礦構造,為成礦期前構造。

礦體形態基本和背斜形態一致(圖1b),上陡下緩,北翼陡南翼緩,在平面、剖面上均呈平行排列。在背斜軸面兩側共圈定礦體36個金礦體,其中1、3-1、55、54、52為主要工業礦體。礦體總體走向300°～310°,與傾伏背斜走向一致。目前控制礦體長2 km左右。礦體單工程厚度0.47～34.00 m,平均1.00～4.42 m,金品位1.43×10-6～16.50×10-6,共伴生銀鉛鋅。通過近年的普查工作發現,碳質層原1、3-1、55、54、52工業礦體沿走向及傾向均未封閉,深部找礦潛力較好。

根據野外地質穿插關系和礦物結構關系,將銀洞坡金礦床成礦期劃分為5個階段:(1)鉀化階段,分布在礦體外圍,大面積出露,在礦體中以石英-鉀長石脈出現;(2)絹英巖化階段,強絹云巖化,偶見少量黃鐵礦呈浸染狀或順片理,無礦化,分布于礦體頂底板;(3)石英黃鐵礦階段,黃鐵礦與石英共生呈脈狀或網脈狀;(4)多金屬硫化物階段,礦物組合為黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等,與石英呈脈狀或塊狀,穿插石英黃鐵礦階段;(5)石英碳酸鹽化階段,主要為方解石,沿石英脈邊部見鐵白云石,呈細脈狀穿插圍巖和礦石中。

1.3 黃鐵礦世代劃分

根據黃鐵礦的形態特征及礦物共生關系等,銀洞坡金礦床中黃鐵礦劃分為3個明顯的生成世代:

(1)Py1形成早期沉積期,與地層時代同期。該期黃鐵礦顆粒較小,呈立方體,結晶完好,和炭質、石墨呈條帶狀、浸染狀零星散布于各類變質巖的片理面上,形成他形粒狀集合體。晶體內部整體比較干凈,局部裂隙、邊部偶見少量鉛鋅礦,內部見少量包體(圖2a、b)。

圖2 銀洞坡金礦礦石特征及顯微照片Fig. 2 Ore characteristics and micrographs of Yindongpo gold mine

(2)Py2形成石英黃鐵礦階段,多呈壓碎結構,呈淺黃-黃色、中-細粒他形粒狀結構,細脈狀構造,被晚期硫化物交代充填,晶體內部可見少量方鉛礦,沿裂隙見自然金(圖2c、d)。

(3)Py3形成多金屬硫化物階段,以自形-半自形中粗粒為主,部分呈他形粒狀,主要為立方體、十二面體,局部見八面體及其聚形,與其他硫化物形成塊狀礦石。多金屬硫化物與金銀礦、銀金礦密切共生,交代早期黃鐵礦(圖2c、f)。

2 分析方法及分析結果

2.1 分析方法

采用AnalytikJena PQMS Elite型ICP-MS和RESOlution 193 nm準分子激光剝蝕系統進行LA-ICP-MS原位微區微量元素分析。激光剝蝕所用斑束直徑為50 μm,頻率為6 Hz,能量密度約2 J/cm2,高純度氦氣為載氣。采用單點剝蝕的方式進行采樣,單點測試分析時間為85 s,每10個剝蝕點插入一組NIST 610、NIST 612、MASS-1,采用軟件ICPMSData Cal對元素含量進行計算[9]。

2.2 分析結果

測試結果表明,Py1黃鐵礦的Co、Ni、As、Cu、Zn、Ag含量變化較大,Te、Bi、Au含量變化小(表1)。Py2和Py3黃鐵礦微量元素組合特征相近,Co、Ni、As含量變化較大,Cu、Zn、Ag、Te、Bi、Au元素含量較穩定,Te、Bi、Au含量較低。結合測得的32組數據,Au含量均在檢測范圍左右,含量不高,為貧金黃鐵礦。

表1 銀洞坡金礦床不同世代黃鐵礦LA-ICP-MS微量元素分析結果(×10-6)Tab. 1 LA-ICP -MS trace element analysis results of different generations of pyrite in Yindongpo gold deposit (×10-6)

3 討論

3.1 黃鐵礦的微量元素賦存狀態

LA-ICP-MS剝蝕信號曲線圖可用來判斷微量元素在黃鐵礦中微米級的礦物包裹體、固溶體等賦存形式[4-5]。LA-ICP-MS剝蝕信號曲線(圖3)顯示,Co、Ni、As信號峰平坦,與Fe的分配形式一致,表明3種元素在不同世代黃鐵礦中以類質同象的形式存在。成礦元素Cu、Zn、Ag、Au以及Te、Bi變化較大,其中Py1元素Zn、Au、Te峰尖、峰谷交替出現,推測可能富含次顯微Te-Au的方鉛礦包裹體;Py2、Py3元素Cu、Zn、Ag、Au、Te、Bi峰尖、峰谷交替出現,分配形式基本一致,Py2峰尖、峰谷交替出現較強,Py3峰尖、峰谷交替出現較弱。推測Cu、Zn、Ag、Au、Te、Bi元素在Py2、Py3黃鐵礦中可能以次顯微Ag-Te-Bi-Au等包裹體存在,而非晶格金、吸附金的形式存在。

圖3 不同世代黃鐵礦激光剝蝕曲線Fig. 3 Typical pyrite laser ablation curves of different generations

3.2 金的賦存形式

按金與黃鐵礦之間的關系,可分為包體金、裂隙金、間隙金、表面吸附金、晶格金5種類型[10]。黃鐵礦中“可見”金,在光學顯微鏡下主要為裂隙金、間隙金(圖2g)和包體金(圖2h)。黃鐵礦中“不可見”金,根據剝蝕信號推測,Py1、Py2、Py3黃鐵礦中金主要以次顯微Ag-Te-Bi-Au和Te-Au包裹體、非晶格金、吸附金的形式存在。綜上可知,Py1黃鐵礦形成與金礦形成無關。主要理由有:Py1電子顯微鏡下,晶體內部整體比較干凈,未見裂隙金、包體金、間隙金;Py1存在的少量次顯微Te-Au包裹體存在,Te-Au包裹體為后期巖漿熱液產物[11],與Py1沉積成因特征不吻合。Py2、 Py3在電子顯微鏡下明顯見裂隙金、包體金、間隙金、硫化物包裹體存在,為成礦期黃鐵礦。

3.3 金的富集機制

與Te或者Bi礦物有關的金礦床在世界各地均有報道[11],由于Te的遷移、沉淀對成礦流體物理化學條件非常敏感,因此對碲化物的研究可為判別金礦床成礦機制提供重要信息。小秦嶺東桐峪、樊岔、桐溝等金礦床,在含金石英脈中富含大量的碲化物,認為Te-Bi成礦熱液對金的沉淀、富集起到了關鍵作用[12]。銀洞坡金礦礦石中含少量針碲金銀礦,針碲金銀礦作為另一種重要的金礦物種類,LA-ICP-MS剝蝕信號推測3個世代黃鐵礦中均含次顯微Ag-Te-Bi-Au包裹體,Ag-Au 與Te-Bi相關性分析Au+Ag與Te+Bi存在顯著的正相關(圖4),表明Te、Bi對銀洞坡金礦床形成過程中金的搬運和富集具有積極作用。

圖4 不同世代黃鐵礦微量元素相關圖解Fig. 4 Related diagrams of trace elements in different generations of pyrite

3.4 礦床成因

黃鐵礦主微量元素是示蹤礦床成因的有效手段。其中Co、Ni的質量含量和比值(記作Co/Ni)標型意義比較突出[13]。銀洞坡金礦Py1黃鐵礦中Co/Ni比值為0.01～0.47,中位數0.22,Co、Ni含量關系圖落于沉積和沉積改造區(圖5)[14]。

圖5 黃鐵礦Co、Ni成因圖解Fig. 5 Diagram of the origin of Co and Ni in pyrite

由圖5可知,Py1黃鐵礦具有較高的Ni、As、Se值,結合其光學顯微鏡下沉積特征,說明Py1黃鐵礦為海底沉積或噴流沉積環境形成,與地層形成時期相吻合。Py2黃鐵礦的Co/Ni比值為0.53～90.40,中位數1.18,Co、Ni含量關系圖落于1附近,說明Py2黃鐵礦成礦早-中階段,溫度變化比較大,可能造成Co/Ni比值變化比較大。Py3黃鐵礦的Co/Ni比值為1.53～28.91,中位數2.69,Co、Ni含量關系圖落于巖漿和熱液區。在巖漿體系形成的黃鐵礦通常富Co、Se,貧Sb、As,Py2、Py3黃鐵礦具較高Co、相對貧As,Co/Sb、Se/As比值較高, Co-Ni-As三角圖特征除1個點在巖漿熱液區域外,其他均在巖漿熱液區內(圖6)。綜上,結合巖相學特征,Py2、Py3黃鐵礦為巖漿熱液成因黃鐵礦。結合1∶5萬重力測量,推測銀洞坡深部存在隱伏酸性巖體、大面積W(Mo)異常及圈出綠簾透輝矽卡巖化帶等,銀洞坡金礦為巖漿熱液型礦床。

圖6 不同世代黃鐵礦Co-Ni-As 三角圖Fig. 6 Co-Ni-As ratio diagram of different generations of pyrite in Yindongpo gold deposit

4 結論

(1)銀洞坡金礦發育3個世代黃鐵礦:Py1、Py2、Py3。黃鐵礦微量元素LA-ICP-MS原位測定表明,Py1、Py2、Py3不同世代黃鐵礦中Co、Ni、As以類質同象的形式存在,且含少量次顯微Ag-Te-Bi-Au包裹體。

(2)在電子顯微鏡觀察下,銀洞坡金礦中“可見金”主要為包體金、裂隙金、間隙金等?！安豢梢娊稹敝饕源物@微包裹體存在。Py1黃鐵礦形成與金形成無關,Py2、 Py3為成礦期黃鐵礦。相關性分析表明,Te、Bi對金的搬運和富集具有積極作用。

(3)黃鐵礦微量元素表明,Py1為沉積成因黃鐵礦,Py2、Py3為巖漿熱液成因黃鐵礦。初步厘定銀洞坡金礦為巖漿熱液型礦床。