云南金宝山含矿岩体热液蚀变特征及其对Pt-Pd元素的富集作用

欧阳菲,同锐灵,罗先熔,曾南石

(1.中国地质大学 地球科学与资源学院,北京 100083;2.桂林理工大学 地球科学学院,广西 桂林 541004;3.广西区域地质调查研究院,广西 桂林 541003)

云南金宝山含矿岩体热液蚀变特征及其对Pt-Pd元素的富集作用

欧阳菲1,2,同锐灵3,罗先熔2,曾南石2

(1.中国地质大学 地球科学与资源学院,北京 100083;2.桂林理工大学 地球科学学院,广西 桂林 541004;3.广西区域地质调查研究院,广西 桂林 541003)

金宝山含矿岩体是一个具有高铂钯背景值的超基性岩体。矿相学研究发现岩体中的热液蚀变作用具有多期、多类型叠加特征:首先经历了大规模水解形成面状分布的蛇纹岩,蚀变矿物组合为叶蛇纹石+少量滑石;晚期蚀变沿裂隙分布,形成了复杂蚀变岩,局部叠加了绿泥石化、次闪石化和碳酸盐化组合。岩石化学分析发现，岩体中结合水含量高达10%,表明岩体经历了他变质作用,而不是目前大多数研究者认为的自变质作用。稀土元素分配特征表明，早期蛇纹石与蚀变橄榄岩具有同源一致性,明显区别于晚期以脉状产出的蛇纹石。铂钯矿物有两种存在形式:一种以类质同象形式分散于残留的早期造岩矿物中,另一种以独立矿物存在于晚期热液细脉中。微量元素分析表明：在残留造岩矿物的含矿岩体中铂钯的平均含量高,为0.4～0.5 g/t;而无残留造岩矿物的岩体中铂钯含量仅0.2 g/t左右。背散射电子分析表明，铂钯的独立矿物出现在岩体内的晚期热液细脉中。综合分析认为，热液蚀变作用对金宝山铂钯矿床的矿化富集起着重要作用,尤其是早期的大规模水解作用。

热液蚀变;热液成矿;铂钯矿床;金宝山;云南

金宝山铂钯矿位于云南省弥渡县城东南72 km处,是目前国内超基性岩体中最大的贫硫型独立铂钯矿床。自20世纪70年代该矿床被发现以来,前人在岩石学、矿物学、矿化特征及成矿地球化学特征等方面都做了大量工作,主要针对铂族矿物组合、成矿元素赋存状态和含矿岩体的成分、演化进行了研究[1-5],然而有关热液蚀变作用对于成矿元素富集过程所产生的影响并未明确。周学粹等[1]、余红平等[4]认为早期深部硫化物熔离是成矿主导控制因素,金属硫化物是在铁质超基性岩中寻找铂钯矿体的间接标志。陶琰等[6]研究表明,铂族元素矿床普遍存在铂族元素的热液活动,热液作用的影响同具体的地质地球化学条件密切相关。但由于该矿床含矿岩体遭受到强烈的期后热液蚀变改造,岩体中近90%以上的早期岩浆矿物已被蚀变矿物所取代,而早期有关蚀变岩方面的系统研究较少,这给深入探讨其成矿特征与演化机制带来不利影响。

经过本次研究,明确指出了金宝山矿床的铂钯矿化作用与含矿岩体的蚀变作用密切相关。本次工作针对含矿岩体的蚀变现象进行了系统取样,并根据岩相学特征划分了蚀变类型,对其时空分布与演化规律等进行了较为深入的研究;同时,对矿石中铂钯元素的赋存状态进行了研究,在岩体的热液蚀变作用及其与铂钯矿化关系方面取得了一些新认识。

1 矿区、矿床地质概况

金宝山矿区的大地构造位置位于滇中台陷,红河大断裂东侧。矿区主要出露地层有古生界泥盆系金宝山组,二叠系下统,三叠系云南驿组、罗家大山组,新近系等。海西期[6]含矿超基性岩体顺层侵入于泥盆系金宝山组碳酸盐岩-碎屑岩建造中。含矿岩体产状受呈北西向延展的金宝山背斜控制,背斜西翼岩体倾向南西,倾角36°～55°,轴部产状平缓,东翼倾向北东,倾角21°～35°。岩体水平控制延长2 560 m,宽760～1 240 m,厚度25～109 m,最大176 m。

矿区以社礼江为界分为南北两段(图1),其北段为主矿带。受构造运动影响,北段岩体由西向东又被断为3节。据地表观察,岩体较破碎,岩石中挤压滑动面及张裂隙极为发育,并为后期碳酸盐矿物及蛇纹石充填。

图1 云南金宝山铂钯矿区地质图

含矿岩体岩石类型单一,以单辉橄榄岩为主。主要矿物成分为橄榄石、单斜辉石,次为普通角闪石、金云母。受结晶分异作用影响,岩体从下到上,矿物结晶由粗到细。岩石结构由下部的堆晶、填隙为主,到中部出现聚斑结构,再至顶部演变为细粒致密块状结构构造。

全矿区共由大小80多个矿体组成, 其中主矿体为K12和K31。 矿体一般在岩体的中上部、 中部辉橄岩及橄榄岩相带内, 矿石中矿物成分复杂,矿物多达90余种, 其中非金属矿物占86.8%, 金属氧化物占10.9%, 金属硫化物占2.3%, 铂钯矿物主要有砷铂矿、 碲铂矿、 等轴锡铂矿-等轴锡钯矿、 丰滦矿、 碲钯矿和自然铂等16种铂族矿物。

2 样品与研究方法

2.1 研究方法

此次研究主要以矿床北区含矿岩体为对象,分别在地表及8个坑道钻孔采集了近百块岩石样品。为了深入了解矿体铂钯赋存状态,同时采集了1个工业大样和若干矿石小样。

对不同类型的蚀变样品进行磨片,在镜下观察其结构与矿物间交生关系,确定矿物主要组成和结构类型。针对镜下较难区分的粘土类矿物(蛇纹石、滑石、绿泥石等)进行X衍射物相分析,确定其具体种属。对矿石中铂钯矿物及其他特殊矿物种类的鉴别主要依据扫描电镜、电子探针等分析手段。对超镁铁岩进行了岩石全分析、微量元素分析及矿石多元素分析。

X衍射物相分析、扫描电镜在桂林理工大学材料科学与工程学院的扫描电镜实验室进行,所用仪器分别为荷兰PANalytical公司的X′Pert PRO和日本的JSM-6380LV; 显微镜下鉴定在桂林理工大学地球科学学院精密显微实验室, 所使用的显微镜为日本NIKON偏光显微镜及德国的Leica透反两用偏光显微镜; 电子探针样品主要送长安大学电子探针实验室外检,型号为日本电子JEOL JXA-8100;岩石全分析、 微量元素分析及矿石多元素分析由中国有色桂林矿产地质研究院分析测试中心完成, 使用仪器为紫外可见分光光度计300、 原子吸收分光光度计Z-5000和ICP-MS 5200a。

2.2 含矿岩体的原始矿物组成

金宝山含矿岩体的矿物组成可分为两个主要部分:残留的原生岩浆造岩矿物;与后期的各种热液及表生作用有关的次生矿物。含矿岩石的主要原始造岩矿物为橄榄石和单斜辉石,另含少量铬铁矿、钛磁铁矿、普通角闪石和金云母,以及微量磷灰石,主要电子探针结果见表1。

橄榄石。原岩中橄榄石含量在65%以上,一般为0.2 mm及以上的他形-半自形晶，但是在后期热液与风化作用下,橄榄石已基本为蛇纹石取代,镜下为网格状结构,仅保留原矿物假象的蛇纹石鳞片集合体(图2a),极少样品中见有橄榄石残晶,根据橄榄石残留体的电子探针测定结果,原岩中橄榄石为富镁的贵橄榄石。

表1 金宝山超镁铁岩侵入体中的造岩矿物电子探针分析结果

测试单位:长安大学电子探针实验室,仪器型号JEOL JXA-8100, 2011年。

辉石。以单斜种属为主,据化学成分鉴定,主要为斜顽与透辉石,含量20%～30%,多呈他形粒状,少量为半自形晶,粒径多在0.1 ～10 mm。辉石主要充填于橄榄石粒间,普遍形成包橄结构。大部分辉石已被滑石、次闪石和绿泥石交代,部分仅保存其假象(图2a),但相对橄榄石而言,岩石中保留下的辉石残晶现象较为普遍。

铬铁矿。呈半自形-自形晶粒状,粒径在0.03～0.5 mm，主要呈稀疏浸染状分布于橄榄石粒间,在岩体中下部,与钛磁铁矿共生,有时以空心豆状集合体环绕于橄榄石周围。

角闪石。岩浆成因角闪石镜下呈棕红色、褐色,多色性明显,光性及化学成分均显示为普通角闪石(图2b),呈他形粒状,粒径0.5～3 mm,含量2%～5%,多与辉石、金云母相伴,充填于橄榄石粒间,形成与辉石类似的包橄结构。部分普通角闪石发生次闪石化,或被绿泥石交代。

金云母。呈片状,镜下棕红色、褐色,含量小于3%。金云母总与普通角闪石紧密共生,部分颗粒有褪色、绿泥石化、蛭石化现象。

在深部及远离破碎带处,普通角闪石和金云母多被保留。从产状及岩石结构特征分析,普通角闪石和金云母作为岩浆晚期残浆产物,充填于橄榄石和辉石的堆晶空隙。少数岩体样品带有微量石英等,它们多来自围岩混染物。

3 热液蚀变作用类型与其时空分布特征

受后期构造作用影响,金宝山矿区的含矿超基性岩体较为破碎,岩体中后期热液蚀变作用极为强烈,而且种类繁多,主要蚀变作用类型有蛇纹石化、滑石化、次闪石化、绿泥石化和碳酸盐化等，与后期热液活动相关的矿物占总矿物的93%以上，在较破碎的强蚀变部位出现极少量金属硫化物及微量铂族矿物。

3.1 蛇纹石化

蛇纹石化是矿区内分布最广泛的蚀变作用类型,根据产状可将蛇纹石化分为早晚两期:(1)早期蛇纹石呈面型分布,主要交代岩体中橄榄石;(2)晚期蛇纹石呈脉状,沿切割岩体的后期裂隙充填。矿区以早期蛇纹石为主,蛇纹石主要沿矿物边缘及微裂隙对橄榄石晶体进行交代,同时析出尘状磁铁矿,但常保留完好的原晶体形态假象(图2a)。在岩体主要部位橄榄石均被完全被取代,构成块状或不规则网脉状蚀变岩;在局部, 蛇纹石化不彻底,仍可见到橄榄石残晶被包裹于蛇纹石中。晚期蛇纹石多呈纤维状, 充填于切割岩体的微裂隙中, 这些蛇纹石在成因上与地表风化作用相关,其

图2 金宝山超镁铁质侵入岩体中辉橄岩显微照片

铝、 钙组分偏高,稀土元素的分配特征也明显有别于早期蛇纹石化产物。由图3可以看出，早期蛇纹石单矿物的配分曲线特征与矿区蚀变橄榄岩基本一致,说明二者的同源一致性;而晚期蛇纹石脉的配分曲线较为平缓,明显有别于前两者。两期蛇纹石的X衍射数据中均出现3个特征峰,峰值分别为:0.729、0.362和0.253 nm,表明其种属均为叶蛇纹石。

相对而言,蛇纹石化对辉石的影响较弱,而角闪石和金云母等基本不受其影响。

图3 蚀变矿物稀土元素分布模式

3.2 滑石化

滑石化也是矿区最常见的蚀变矿物之一。矿区出现的滑石主要为与早期蛇纹石共生的细鳞片状集合体,它在岩体中交代辉石颗粒(图2a),并形成假晶,同时多保留原岩中的包橄结构。部分滑石与绿泥石共生,沿后期裂隙充填,形成晚期的滑石+绿泥石+硫化物细脉。

3.3 绿泥石化

矿区绿泥石较为普遍,但其多呈脉状产出,分布明显受破碎带制约,镜下可见绿泥石细脉交代蛇纹石化橄榄岩(图2c), 细脉中同时可伴有硫化物和白云石生成。另外, 在地表风化较强烈地段, 表土及残存的蚀变岩中蛇纹石多被分解,而绿泥石含量则相对增加。 X衍射结果表明,这些绿泥石一般不同于早期呈脉状产出的种属, 在表土中产出的绿泥石具较宽且不对称的1.422 nm衍射峰(图4),说明其内部含有一定蒙脱石膨胀层。

3.4 次闪石化

矿区出现的次闪石矿物经显微镜下鉴定及电子探针测试,主要为细粒状、纤维状透闪石和阳起石。次闪石化主要表现为蛇纹石化的橄榄石外围形成透闪石边,或辉石被次闪石交代。早期交代橄榄石形成的蛇纹石被次闪石交代,说明次闪石化普遍晚于早期蛇纹石化。

3.5 碳酸盐化

碳酸盐矿物在区内分布较广泛,其中一部分来自围岩,岩体中的碳酸盐矿物主要有沿岩石的裂纹充填并交代的后期白云石和方解石。白云石多与绿泥石、硫化物共生,呈脉状叠加于蚀变蛇纹岩上。方解石既可与蛇纹石一起形成细脉,也可单独成脉。单独成脉的方解石多见于近地表处,反映了近地表水的活动对其的影响。

根据对含矿岩石矿物组合的系统研究,金宝山含矿岩体整体受到强蛇纹石化、滑石化蚀变,仅局部见有微量橄榄石残晶被保留。岩体中辉石、闪石和金云母等造岩矿物抗蛇纹石化能力相对较强,除部分辉石滑石化,其余部分则被保留。含有较多造岩矿物残晶的岩石往往离破碎带较远,此类岩石中很少出现硫化物。靠近破碎地段, 岩体多出现由滑石、绿泥石和碳酸盐矿物组成的细脉,脉体沿裂隙分布。硫化物及铂钯矿化与这部分强蚀变岩关系密切。矿石中硫化物主要有两种产状: 呈不规则微细粒稀疏浸染状分布于强蚀变岩和呈微细脉浸染状产出。 两种硫化物均与绿泥石等后期蚀变矿物密切共生。

图4 绿泥石的XRD谱线

在浅部受地表水淋滤作用影响,岩体蚀变矿物组成较为单一,为数十米厚的蛇纹石+方解石带。地表风化层中,残留的蛇纹石被进一步破坏,转化为含有膨胀层的混层绿泥石粘土。

根据蚀变矿物组合的交生关系, 矿区主要热液事件的演化序列可归纳为: 早期岩体水解,形成蛇纹石+部分滑石的蚀变矿物组合; 其后叠加热液绿泥石±次闪石±滑石±白云石脉; 最后, 有地表水成因的蛇纹石脉+方解石脉加入。演化序列见表2。

表2 矿物演化序列

Table 2 Mineral evolution sequence

4 热液蚀变的形成演化机制探讨

早期,金宝山矿床中发育的强热液蚀变多是作为自变质作用被认识的[8],但玄武质岩浆实际能提供的岩浆水含量极低, 新鲜玄武岩含水量通常

小于0.5%,这类岩浆自身带来的气液仅能满足对岩体顶部很小一部分的岩石改造,即所谓蚀变气帽[9]。如我国的金川含铜镍硫化物超基性岩体,虽然形成于800 Ma以前[10],其底部远离破碎带部位的橄榄岩中的橄榄石仍基本保持新鲜状态。金宝山含矿岩体实际全岩已被改造,一般样品中的结合水含水量即高达10%(表3),部分样品接近15%～20%,显然,原生矿物水解所需的这样大量的水是其目前的岩体自身无法提供的。所以,主要蚀变应该属于一个外部流体系统的改造结果,即他变质作用产物。

蚀变岩的岩石学特征提供了早期蚀变作用偏向于较单纯的水解证据。蛇纹岩在镜下常见变余包橄结构,仍保留较大的辉石晶体包含若干较小的橄榄石晶体的原始岩浆岩的结构特征。蚀变岩中的蛇纹石主要对橄榄石进行交代,而辉石部分因含相对较高的硅则被滑石取代。白文吉1966年[9]曾指出:如果辉石同样被蛇纹石交代,则有多余的硅产生,蚀变岩中势必出现因蚀变作用而生成的石英。但在金宝山蚀变岩体中这种石英并不存在。

这一系列由橄榄石和辉石形成蛇纹石、滑石的水解反应在过去已被充分研究并讨论[11-12]。它们可以用以下反应式表达:

6(Mg,Fe)2SiO4+7H2O→3Mg3Si2O5(OH)4+Fe3O4+H2;

橄榄石 蛇纹石 磁铁矿

6(Mg,Fe)2Si2O6+3H2O→3Mg3Si4O10(OH)2+Fe3O4+H2。

辉石 滑石 磁铁矿

这种蚀变特征表明：金宝山岩体在早期蚀变中没有太多外来物的加入(如SiO2), 没有外部循环热水体系的作用； 岩体被改造为单一的、 具面型分布特征的蚀变岩； 较为复杂的含有绿泥石化、 阳起石化等蚀变的含矿部分则是更晚些时候经过重组的热液叠加在早期改造基础上的产物。 伴随造岩矿物的大规模水解和粘土化的必然结果是岩体体积的变化和物质的重组, 这也为金宝山矿床的后期成矿作用创造了条件。

测试单位:中国有色桂林矿产地质研究院实验室, 仪器型号为紫外可见分光光度计300和原子吸收分光光度计Z-5000,2011年。

5 铂钯的赋存状态与富集规律

前人对金宝山矿床作了较多的成矿地质特征与矿石工艺矿物学方面的研究[8,13-15],因为这些研究多出于不同的研究目的,所以这两方面的研究成果未得到很好的相互结合。笔者认为早期将金宝山矿床划归为典型的熔离矿床或与岩浆期后热液成矿的认识[8,16]值得商榷,金宝山矿床的铂钯矿化作用特征实际是有别于典型岩浆矿床的。

金宝山含矿超基性岩体的堆晶、富氧化物和贫硫化物的岩石学特征表明, 该岩体属于岩浆结晶分异活动阶段早期的产物。虽然矿石中偶见带有海绵陨铁等熔离特征的原生结构,但在后期热液蚀变作用中被破坏殆尽，其工业矿体实际分布在岩体的破碎地段。

如前所述,金宝山含矿岩体在后期热液影响下,分别转化为单一的块状蛇纹石岩(±滑石)和叠加有绿泥石等多种蚀变产物的复杂蚀变岩。根据众多全岩样品的铂钯分析,未受到后期热液脉叠加的简单块状蚀变岩,如样品中仍保留有少量铬铁矿、辉石等造岩矿物残晶(主要含矿岩石类型),其铂加钯丰度值约为0.4～0.5 g/t,而且非常稳定。在没有或极少残留辉石等岩浆造岩矿物的样品中,铂钯含量下降至0.2 g/t或更低。这种蚀变岩石在后期的风化及地下水的作用下,铂钯会进一步流失,铂钯含量可相应下降一个数量级(图5)。

详细的镜下、扫描电镜和电子探针等研究表明,在较单一的块状蛇纹岩中未见有铂钯独立矿物的存在。据样品的铂钯特征X射线面扫描结果,残余岩浆造岩矿物(如铬尖晶石、 钛磁铁矿等(图2d、 图2e))的铂钯本底值明显高于后期热液形成的蚀变矿物(如蛇纹石、 滑石和磁铁矿等), 说明这些样品中的铂钯应主要呈类质同象分散于早期的岩浆造岩矿物中。

金宝山铂钯矿床中的工业矿体实际分布在岩体中较为破碎的地段, 即可回收的微粒状铂钯独立矿物多与金属硫化物、绿泥石和白云石等矿物共生, 充填于破碎带部分的后期热液细脉,或散布于强后期蚀变叠加处的脉石中。 主要的铂钯独立矿物为铂钯的碲化物、自然铂等, 其颗粒细小, 在光片中所见嵌布颗粒多数在2～4 μm, 属极细粒嵌布(图2f～2h),所见到的铂族矿物多直接嵌布在紫硫镍铁矿、黄铜矿等金属硫化物中。 热液脉中硫化物的铂钯本底值高于共生脉石矿物, 特别是在有铂钯矿物产出的样品，这种现象更为清晰。

图5 近地表矿物组合及铂钯含量变化特征

强烈的热液蚀变作用及铂钯独立矿物沿裂隙再富集特征说明,金宝山矿床的矿化或者说后期工业矿体的形成有别于一般典型的岩浆铂钯矿床。 在早期成岩过程, 虽然有相当的铂钯元素随岩浆带来, 但其多被分散于岩浆造岩矿物中, 这也与一般铂钯元素在岩浆结晶分异阶段趋于分散的认识相吻合[17]。 而该岩体在经历了大规模的后期水解改造-蛇纹石化、 滑石化后, 分散在造岩矿物中的铂钯被重新释放出来并富集, 它们以独立矿物的形式与硫化物一同在微裂隙中重新沉淀, 因此, 虽然成矿元素来自早期的岩浆活动,金宝山矿床并不是一个理想的岩浆型铂钯矿床,而将其划归为热液型矿床更为贴切。

6 结 论

(1)金宝山含矿岩体是具有高铂钯背景的超基性岩体,但早期原岩中的铂钯主要被分散在各种岩浆造岩矿物中。

(2)金宝山岩体遭受了强烈的后期热液蚀变,其近93%以上的原岩浆造岩矿物已被改造。岩体中的热液蚀变作用具有多期、多类型叠加特征。早期叶蛇纹石+少量滑石为最重要的蚀变作用,以弥散状影响整个岩体;而绿泥石化、次闪石化和碳酸盐化等蚀变作用则受晚期破碎带制约。

(3) 微裂隙不发育的含矿岩体平均含铂钯约0.4～0.5 g/t, 其中未见有独立铂钯矿物,铂钯主要呈类质同象分散于残留的早期造岩矿物中,这也导致部分铂钯不能回收。强热液蚀变将早期被分散的铂钯元素释放,并重新以独立矿物形式与硫化物和绿泥石等沿后期裂隙充填,构成可利用的工业矿体。

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Characteristics of hydrothermal alteration and its control to Pt-Pd enrichment of Jinbaoshan ore-bearing rock body in Yunnan

OUYANG Fei1,2, TONG Rui-ling3, LUO Xian-rong2, ZENG Nan-shi2

(1.School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;2.College of Earth Sciences, Guilin University of Technology, Guilin 541004,China;3.Guangxi Institute of Geological Survey,Guilin 541003,China)

The Jinbaoshan ore-bearing ultrabasic rock body is characterized by high platinum-palladium background value. Mineralographical studies show hydrothermal alteration in the rock body has poly-stage and poly-type. It underwent the large-scale hydrolysis in the early stage, formed the planar serpentinite, included antigorite and minor talc. In the later stage, the hydrothermal alteration occurred along fracutres, formed the complex altered rock, overlaid the chloritization, uralitization and carbonatization. Petrochemistrical analysis shows content of bound water in the rock is as high as 10%, implying that the rock body has undergone chemical metamorphism instead of autometamorphism as most people think. REE distribution characteristic shows the serpentinite in the early stage has the same origin with alterative peridotite, and is obviously different from the vein serpentinite in the later stage. The Pt-Pd mineral has two forms: one is isomorphous which scattered in the residual metallic minerals, the other is independent mineral in late hydrothermal veinlets. Analysis result of trace elements shows the Pt-Pd content in the rock is about 0.4-0.5 g/t, which is very high, while the content in the rock which doesn’t remain metallic minerals is just 0.2 g/t. Back scattered electron analysis shows independent mineral of Pt-Pd is found in the hydrothermal vain in the later stage. Comprehensive research proved the importance of hydrothermal alteration to mineralization of Jinbaoshan ore deposit, especially large-scale hydrolysis in the early stage.

hydrothermal alteration; hydrothermal mineralization;platinum-palladium deposits; Jinbaoshan;Yunnan

1674-9057(2015)04-0686-08

10.3969/j.issn.1674-9057.2015.04.05

2015-05-26

国家科技支撑项目(2008BAB32B10-01B)； 广西地质工程中心重点实验室开放基金项目(桂科能07109011-K013)

欧阳菲(1980—)，男，博士研究生，研究方向：勘查地球化学，ouyf@glut.edu.cn。

罗先熔，博士，教授， lxr811@glut.edu.cn。

欧阳菲,同锐灵,罗先熔,等.云南金宝山含矿岩体热液蚀变特征及其对Pt-Pd元素的富集作用[J].桂林理工大学学报，2015,35(4):686-693.

P618.53

A