四川叙永两河口硫铁矿矿石特征及成矿作用分析

李昱臻，徐长昊，吴小艳（.成都理工大学地球科学学院，四川 成都 60059；2.成都地奥矿业能源有限公司，四川 成都 6004）

四川叙永两河口硫铁矿矿石特征及成矿作用分析

李昱臻1,2，徐长昊1，吴小艳1
（1.成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059；2.成都地奥矿业能源有限公司，四川 成都 610041）

【摘 要】叙永两河口硫铁矿位于巨型火山—沉积型硫铁矿矿床之中，矿石矿物以黄铁矿为主，脉石矿物以高岭石为主。矿石以结晶粒状、板柱状结构为主，次为豆状、鲕状、放射状结构，具有树枝状、似脉状、结核状、星点状构造四种主要构造。成矿作用主要包括陆源碎屑作用、生物碎屑作用、胶体化学作用、交代作用、重结晶作用、次生淋滤作用及氧化水解作用等。

【关键词】硫铁矿；矿石特征；成矿作用；叙永

1　引言

我国硫资源主要是硫铁矿。截止目前，已探明矿产地达800处，硫矿石量约50亿t，品位达35%以上的富矿1.7亿t[1]。硫铁矿主要的分布地区有粤北—湘南、粤西、川滇黔三省相邻地区、长江中下游以及浙中、胶东、豫西北—晋东南、晋东、川北龙门山区和辽东半岛北部至长春一带等[2-3]。其中，川滇黔边界的数万平方公里范围内硫铁矿资源丰富，远景储量在400亿t以上，占全国硫总量的20%。该硫铁矿分布区域内的上二叠统龙潭组底部，广泛发育一层硫铁矿铝质粘土岩的沉积，矿层层位稳定，属火山碎屑与风化残余型的沉积矿床[4]。在西南硫铁矿分布地区，以四川泸州叙永境内发育最好，储量丰富，称之为叙永式硫铁矿。

叙永硫铁矿矿床由五角山、渡船坡、大树、六一坝等4个矿区组成，目前共探明硫铁矿矿石储量2.6 亿t，前两个矿区的储量分别占总储量的63%和23.5%[5]。含矿层为一套浅灰—灰白色含硫铁矿的高岭石粘土岩及硅质岩，赋存于上二叠统龙潭组煤系底部，假整合于下二叠统茅口组灰岩古侵蚀面上。矿层呈层状、似层状，沿层位可追索数千米，但矿层厚度因受底板茅口组灰岩岩溶地形控制，变化较大，一般厚2～3m，含硫14%～18%[6]。深入研究叙永上二叠统的硫铁矿的特征及成因，对于硫铁矿的勘探开发有指导意义。二叠系是西南地区煤、硫、铁、铝、铅、锌等重要矿产的赋存层位，因此硫铁矿成矿规律研究也是该地区二叠系成矿谱系研究的重要内容之一[7]。本文以叙永两河口硫铁矿为例，研究了该地硫铁矿矿石特征并分析了其成因。

2　地质背景

四川南部晚二叠世火山—沉积型硫铁矿广泛出露于宜宾地区，并向滇黔两省延伸(见图1)[5]。根据成矿条件差异，可分为兴文、叙永和古蔺3个富集区，其大地构造位置属四川东部地台区娄山关复式褶皱带。矿区构造简单，以开阔褶皱为主，断裂少见。含矿层沿背、向斜构造剥蚀部位呈半环形山露，总面积达数百平方公里，为巨型火山—沉积型硫铁矿矿床。

两河口矿区位于叙永富集区。根据区域资料，此类矿床在区域上的展布规律，根据西南硫矿带含矿岩系演化分布特点，由峨眉山玄武岩的东缘起，含矿岩系从西至东，依次为淬碎玄武岩区—粘土化玄武岩区—火山碎屑粘土岩区—粘土岩区。环火山岩体组成一套喷发沉积的火山—沉积岩含硫铁矿建造。本矿床即产于龙潭组煤系底部的含有玄武岩火山碎屑的粘土岩中。含矿层在约40km2范围内稳定延伸，硫铁矿体呈层状产出。矿石为中低品位，可选性良好。矿层厚度因底板凹凸不平发生一定变化。矿层产状受围岩构造形态控制，随平缓褶皱起伏变化，总体为缓倾斜中厚层状矿体。

图1　西南地区硫铁矿与玄武岩分布示意

3　矿石特征

3.1 矿石物相及化学成分分析

硫铁矿XRD图谱见图2。由图2分析得知，原矿中主要矿物物相为高岭石和硫铁矿，含有少量白铁矿、胶硫铁矿、地开石、多水高岭石、石膏等。经XRF分析可知，原矿的化学成分为TFe 14%～17%，TS 16%～18%，SiO225%～30%，Al2O322%～28%，TiO23%～4%，占硫铁矿总量的97%以上，其他组分含量不多。由XRD和XRF可推断该硫铁矿中约有60%～65%的高岭石，12%～20%的硫铁矿。矿石中有害组分Pb、Zn、As、F均低于0.05%，因此，对选别尾矿进行回收利用不仅能创造经济价值还能保护环境，实现可持续发展。

图2　硫铁矿的XRD图谱

3.2 矿石结构构造

矿石结构比较单一，以结晶粒度结构、板柱状结构为主，次为豆状、鲕状、放射状结构，局部见有层纹状、压碎状、胶状及细菌结构、生物碎屑结构、包含结构、粘土质泥质结构等。

(1) 结晶粒状结构。

硫铁矿石最主要的结构类型，由他形、半自形、自形黄铁矿晶粒组成，晶粒由矿层下部到上部逐渐变细，单晶一般0.4～4mm不等，最小0.01mm，最大可达7mm以上。矿物呈无规律排列。

(2) 板状柱状结构。

由具有白铁矿晶型的黄铁矿和白铁矿组成。白铁矿晶型一般为板柱状、柱状，单晶宽度为0.1～0.3mm，长度0.3～0.6mm，最长3mm。在集晶体中单晶按一定方向排列，但集晶体则无一定的排列方向。

(3) 豆状—鲕状结构。

黄铁矿呈假鲕粒或菱形变鲕粒、胶状鲕粒、豆粒。鲕、豆直径一般0.5～2mm，最大可达4mm。其他成分不纯，黄铁矿一般组成鲕粒的核心或环带，鲕粒间多为高岭石或菱铁质、地开石、有机质，少数鲕粒为生物遗骸。黄铁矿和白铁矿常与鲕粒、豆粒共生。

(4) 放射状结构。

常见于结核状硫铁矿矿石中。由板状、纤维状、针状的硫铁矿或白铁矿晶体组成长轴呈放射状排列的集晶体，单晶宽0.05～0.15mm，长0.2～5mm。放射状核心多为高岭石等粘土质，少数为硫铁矿，一般为一个核心，少数无核心或有两个核心。

(5) 细菌结构和生物结构。

细菌结构多见于鲕状硫铁矿石中。硫铁矿呈胶状沿岩石中的细菌充填、细菌结构的中心体及包裹体物均被硫铁矿置换，并且重结晶再生加大。生物结构多见于矿层下部的树枝状硫铁矿石中。硫铁矿置换微体古生物、化石保存完整，可见苔藓、蜓蝌等生物碎屑。

3.3 矿石构造

(1) 树枝状构造。

由粒径(0.07～0.3mm)较小的具矛头状、板柱状的黄铁矿、白铁矿组成大小不等、形态各异的集合体，常见形态有树枝状、矛头状、雪花状等，树枝主干一般近于垂直层面。均向上分支，雪花状者呈放射状排列。集合体长2～10cm，与基质界线清晰。矿石品位偏低，含硫一般12%～16%。

(2) 似脉状构造。

由细粒黄铁矿组成或由具板柱状、针状黄铁矿紧密排列而成。多沿高岭石粘土岩中不规则的裂隙分布，具分枝、复合现象，少数呈网脉状。脉宽0.4～8mm不等，最宽可达20mm以上，脉长1～20cm不等。矿脉有穿插切割现象，矿脉与基质界线清晰，矿脉边缘多具长轴垂直脉壁的纤维状地开石。矿石品位较高，多为16%～20%。

(3) 结核状构造。

(4) 星点状构造。

由自形、半自形粒状(0.05～1mm)的黄铁矿呈星点状—胶团状散布于高岭石粘土岩中，矿石品位低，多在8%～14%之间，有时可过渡为含星点状硫铁矿高岭石粘土岩。

以上4种结构是该矿床中矿石的主要4种构造，此外还有星云状、具晶团粒状构造等。但是在矿层中往往不是单独存在的，而是以一种或者两种为主，间夹有其他构造组合类型，尤其星点状贯通类型。

3.4 矿物组成

该矿区矿石中的主要矿物包括：黄铁矿、白铁矿、水硫铁矿、硫金铜矿，脉石矿物有高岭石、地开石、多水高岭石和石膏。各矿物的产状和形态如下：

(1) 矿石矿物。

黄铁矿：结晶黄铁矿呈淡黄色、淡黄铜色、黄白色，含量15%～80%。以自形晶粒为主，胶黄铁矿淡黄白色或淡黄白色反射色，为隐晶质黄铁矿，无一定晶形，具胶状结构。

为提高师生参与的积极性，学校应制定一系列规章制度，保证学生课外科技活动的有效性与延续性。对学生来说，提高他们积极性的最好办法就是将课外科技活动与综合测评联系起来，将课外科技活动的参与度与成果以高权重纳入综合评价系统。另一方面，对于学生在课外科技活动中所获得的成绩，应给予适度经济或者精神奖励。如学生发表科研论文可报销版面费；对于竞赛所获成绩者，给予一定的奖励，适时在校园宣传平台上进行宣传。对于教师来说，为了保证他们参与导师制的积极性，可以以职称评审条件为杠杆，将指导学生参加课外科技活动作为职称评聘的必要条件；还可以根据实际情况，将这种工作量折算成一定的分数，纳入绩效考核体系。

白铁矿：淡黄铜色，硬度大于黄铁矿，强非均性。含量0～20%，最高可达30%以上。产状特征：呈生物碎屑矿化集合体、静边结构和环带结构、纤维状集合体、微细脉状。

水硫铁矿：黄白色，含量微少，无一定晶形，多呈不规则的团粒状、豆状、纤维状，局部可见少硫铁矿从胶黄铁矿中呈出溶的自形晶粒结构；呈纤维细脉状、马尾丝状或羽状。

硫金铜矿：亮金黄铜矿反射色，反射率55%，均质。仅产树枝状硫铁矿矿石中。在黄铁矿、胶黄铁矿团粒的核心或水硫铁矿条带的端部，有不规则的粒状、条带状硫金铜矿。

(2) 脉石矿物。

高岭石：为本矿段最主要的脉石矿物。岩石呈白色、淡黄色，外貌呈致密状或土状，具贝壳状断口，具可塑性，耐火度高。多呈隐晶泥状、碎屑泥质粘土结构和显微鳞片结构。

地开石：围绕黄铁矿的边缘交代充填，形成树状、放射状、扇状集合体。脉状地开石肉眼可见纤维，呈丝绢光泽，片状地开石透明，呈玻璃光泽，显微镜下可见纤维状集合体。

多水高岭石：呈白色、淡土黄褐色、淡绿、浅蓝色，断口呈土状或贝壳状，含量少。呈疏松状、致密状、瓷状集合体。在电镜下多呈细的棒状、针状、管状集合体或单体。

石膏：无色透明，呈板状、针状或毛毡状、纤维状生于黄铁矿、白铁矿附近高岭石粘土质的基质中，沿后生粘土岩次生裂隙交代充填。

4　成矿作用分析

4.1 成矿的物质来源

本区产于层状粘土化玄武岩和粘土火山灰碎屑的黄铁矿，其含铁量接近或高于玄武岩，但如从样品中扣除黄铁矿的含铁量后，铁的含量则大大低于玄武岩，由此玄武岩粘土过程中是在介质条件由碱性、中性向酸性转变过程中进行的。在玄武岩风化为高岭石的同时，不断释放出铁、镁、钙、钛等元素，这也从黄铁矿微量元素分析含钛及矿相鉴定硫铁矿化生物碎屑中含有超显微粒状或毛毡状金红石得到证实。因此，高岭石是玄武岩及凝灰岩粘土化产物，硫铁矿中的铁主要来源于玄武岩及凝灰岩风化后的可溶性铁。可说明本区硫铁矿床的铁是玄武岩粘土化过程中析出的[8-10]。图3是玄武岩粘土化过程示意图[11]。

图3　玄武岩粘土化过程图

矿石中的硫主要来源于玄武岩的喷发、喷气作用所提供的硫。它们溶于海水中形成H2S或HS-、SO42-、S2-、HSO4-、KSO4-等形式为各种生物吸收，在沉积过程中通过生物和化学作用形成硫酸盐，再经硫细菌的还原作用而形成硫铁矿[12]。此外，生物死后分解、海水补给、剥蚀区硫和硫化物的胶体溶液均可能是硫的来源途径[11]。因此，该矿中硫和可溶性铁来源丰富，足以形成大型硫铁矿矿床。

4.2 成矿作用

(1) 陆源碎屑、生物碎屑成矿作用。

主要是以各种陆源碎屑(如粉砂质粘土岩、泥质粉砂岩、高岭石粘土岩、玄武岩碎屑和角砾)以及各种形态的生物碎屑(如含高岭石和硫铁矿化的各种藻类、蜓蝌、珊瑚、腕足、海绵骨针等)集合体形式沉积成矿[13]。以陆源沉积的矿物有：高岭石、锆石、石英以及玄武岩角砾形式存在的斜长石、磁铁矿等。生物在硫铁矿成矿过程中起着十分重要的作用，以生物碎屑沉积的矿物有：高岭石、胶黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿、水硫铁矿、硫金铜矿、毒砂、菱铁矿、方解石、金红石、磷灰石等形成不同形态的生物碎屑集合体，构成豆粒、鲕粒、草莓状、鲕核、鲕环等生物碎屑结构，这表明在还原性水体中，厌氧细菌引起的还原作用提供了充足的S2-沉淀剂，正是这种作用控制着同生硫化物相的形成[11]。

(2) 生物胶体化学凝胶作用和胶体化学成矿作用。

胶体化学沉积是硫铁矿形成的重要时期，胶体化学沉积成矿作用是生物碎屑沉积成矿作用的继续和发展，当沉积成矿作用进入胶体化学沉积成矿阶段时，有机体吸收各种金属便形成具生物胶体结构和矿物组合。大量的含有机质的高岭石和胶黄铁矿、黄铁矿、白铁矿等主要矿石矿物以及少量的闪锌矿、黄铜矿、硫金铜矿、水硫铁矿、毒砂、金红石等组成的具有生物结构特点的胶状矿物集合体，是以胶体化学作用为主的沉积成矿作用产物；而不是具有生物结构特征的结核状、团块状粘土质硫铁矿石以及絮状等高岭石集合体则是胶体化学沉积。

(3) 交代作用和重结晶作用。

成岩作用中期，随着埋藏深度增加，上覆新的沉积物不断沉淀堆积和压实，使之与底层水隔绝，变为封闭体系，沉积物中大量厌氧细菌等有机质作用、氧逸度降低、介质条件改变为碱性及还原环境，引起物质的重新分配组合，建立新的平衡，逐渐使松散的沉积物变为团结的岩矿石。这一阶段其主要作用为胶结作用、交代作用和重结晶作用。它主要使玄武岩角砾绿帘石化、粘土化；白铁矿交代黄铁矿和胶黄铁矿；高岭石结晶为鳞片状；黄铁矿晶粒变粗、聚合连生为立方体和五角十二面体；并生成多水高岭石、石膏等矿物，形成不同结构构造的硫铁矿石。

(4) 次生淋滤作用和氧化水解作用。

沉积矿床形成以后，矿体经地表氧化、分解及地表水的淋滤渗透，在改造原岩体的物质基础上，在不同的地理、气候条件下，形成不同的表生、次生矿物，出现不同的次生矿物组合；次生高岭石、白铁矿、地开石、多水高岭石、褐铁矿、水针铁矿等具有皮壳粘土结构，胶状结构的矿物。

5　结语

叙永两河口硫铁矿位于川南巨型火山—沉积型硫铁矿矿床之中，矿石矿物以黄铁矿为主，脉石矿物以高岭石为主，含有少量白铁矿、胶硫铁矿、地开石、多水高岭石、石膏等，TFe 14%～17%，TS 16%～18%，属于中低品位硫铁矿。以结晶粒度结构、板柱状结构为主，次为豆状、鲕状、放射状结构，具有树枝状、似脉状、结核状、星点状构造四种主要构造，可选性好。成矿物质硫和可溶性铁来源丰富，足以形成巨大硫铁矿矿床。经还原细菌作用在还原、弱碱性、富H2S条件与可溶性铁形成硫化矿集合体。经陆源碎屑、生物碎屑成矿作用，生物胶体化学凝胶作用和胶体化学成矿作用，交代作用，重结晶作用，次生淋滤作用及氧化水解作用形成沉积矿床。

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【矿产资源】

Research on Ore Characteristics and Mineral Genesis for Sichuan Xuyong Lianghekou Pyrite District

LI Yu-zhen1, 2, XU Chang-hao1, WU Xiao-yan1
(1.Geoscience Institute, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China; 2.Chengdu Diao Mining Industry Energy Resource Co., Ltd., Chengdu 610041, China)

Abstract:Xuyong Lianghekou pyrite is located in the giant volcano-sedimentary pyrite deposit. Ore minerals are mainly pyrite, gangue minerals are dominated by kaolinite. Ore structure mainly include crystalline granular and plate column, a few lenticular, oolitic, radial. Ore construction includes dendritic, like a vein, concretionary, star. Mineral genesis consists of terrigenous clastic, bioclastic, colloid chemistry, metasomatism, recrystallization, secondary leaching and oxidation hydrolysis etc.

Key words:pyrite; ore characteristics; mineral genesis; Xuyong

【收稿日期】2014-09-22

【文章编号】1007-9386(2015)01-0046-04

【文献标识码】A

【中图分类号】P578.292