文山都龙矿区铜街—曼家寨矿段伴生元素铁硫砷的分布规律研究

黄亚虎, 罗爱国

(云南华联锌铟股份有限公司,云南 文山 663700)

文山都龙矿区为云南重要的矿区之一,主要以锡、锌、铜、钨矿为主[1-4]。以老君山花岗岩体为核心,各类多金属矿星罗棋布。铜街—曼家寨矿段的微量元素非常丰富,查明矿石中铜、银、铟、镉、砷、硫、磁铁矿、锗、镓、金、硒、钼、铅、镍、铬、钴、铋、钨、铌、钽20余种伴生组分含量范围[5],其中铟、镉、银、砷、铜、硫、磁铁矿等7种组分经过多年生产实践,均具有了不同程度的综合回收利用价值。现查明铁金属量418 596 t❶云南华联锌铟股份有限公司,铜街—曼家寨矿段2017年生产勘探报告,2017。,有效硫资源量442 303 t,砷金属量29 314 t,由于铁、硫、砷三种元素在实际开采的矿体中其品位高低对现有选矿工艺及选矿质量也有较大的影响,要仔细研究它们赋存状态和分布特征,以便采用合理的选矿、冶炼工艺流程,加以回收和综合利用。鉴于目前的供矿情况,笔者对矿石中的这三种伴生元素的分布作出了更深入更具体的调查工作,从岩石类型、矿种以及所在采区的标高范围进行了研究分析,并得到与实际生产相符合的结论。突破了本公司以往传统的认识,对本公司供矿及选矿工艺提供了较好的指导意义。

1 矿区地质

本区所在构造单元地处华南褶皱系与扬子地块、印支地块、三江褶皱系等构造单元交接部位,地质演化历史较为复杂,区域地壳运动以加里东、印支、燕山运动表现最为显著(图1)。

加里东期:本区位于扬子准地台前缘海盆,沉积了寒武系及下奥陶统滨海—浅海相碎屑岩、碳酸盐岩地层,中、下寒武世地层具锡、钨、锌等矿源层建造特征,为本区尔后多金属成矿奠定了物质基础。

华力西期:本区转化为弧后盆地,沉积了以碳酸盐岩为主体的浅海相砂泥质—碳酸盐岩沉积。

印支期:本区发生了强烈的褶皱和断裂活动,形成了一系列北西或近东西向褶皱、断裂,并缺失上三叠统、侏罗系、白垩系沉积,在温度、压力梯度影响下,使加里东以来形成的基底构造层进一步发生变质作用,局部发生混合岩化作用,形成具半原地性质的混合花岗岩系列。

燕山期:区内基底断裂构造活动加剧,南北向、东西向的基底隐伏断裂及北西向文山—麻栗坡大断裂、马关—都龙断裂均有继承活动,以老君山为中心产生一系列纵横交错的南北、东西向控岩、控矿褶皱和断裂,导致混合岩化作用加强和扩大,交代花岗岩生成及重熔花岗岩侵位,形成老君山花岗岩穹隆和不同类型多金属矿床。

喜山期:区内主要为断块活动,沿北北东向、北西向为主的活动断裂带形成一系列小型山间盆地,并有基性、酸性岩侵入及酸性、碱性岩喷出。

图1 老君山都龙成矿区构造纲要图Fig.1 Structure outline map of Doulong metallogenic area in Laojun Mountain1.张性断裂;2.压性断裂;3.性质不明断裂;4.方解石大理岩;5.背斜;6.向斜;7.矿区范围及位置;8.石英云母片岩。

都龙矿区位于老君山花岗岩复式背斜西南部外接触带中寒武统田蓬组地层,该成矿带的主要地层为寒武系,其西侧外围出露泥盆系下统地层,缺失奥陶系地层。矿区总体为单斜构造,地层走向南北,向西倾斜,倾角一般10°～35°。区内出露地层为中寒武统田蓬组区域变质岩,变质程度中等,田蓬组中下部地层锡、锌、铜、铅矿化背景值较高,具矿源层特征,也是锡锌铜多金属矿的主要赋矿层位。本区褶皱构造发育,最为醒目的是以燕山晚期老君山花岗岩为核心的老君山复式背斜。燕山期岩浆活动强烈,花岗岩体侵位及岩浆热液活动,使先期形成的简单矽卡岩进一步蚀变、矿化叠加,形成锡石硫化物矽卡岩型多金属矿床[6-9]。

1.1 矿区地层

中寒武统田蓬组(∈2t)地层在矿区广泛出露,其下部(∈2t1)以碎屑岩为主夹少量碳酸盐岩扁豆体;中部(∈2t2-∈2t4)为碎屑岩与碳酸盐岩互层;上部(∈2t5)以碎屑岩为主。结合矿区岩类特点,田蓬组分为五个岩性段,自上而下如下。

(1) ∈2t5:浅灰、灰绿色石英云母片岩、绿泥石石英片岩,夹薄—中厚层状含云母白云石大理岩扁豆体。厚度170～700 m。

(2) ∈2t4:深灰色薄—中厚层状细—粗晶方解石大理岩,夹钙质片岩、云母石英片岩,在大理岩与片岩接触面,部分地段具铅锌矿化。本段厚215～356 m。

(3) ∈2t3:灰绿色石英云母片岩,夹方解石大理岩、矽卡岩扁豆体,在矽卡岩中有铅、锌、银、锡矿化,部分地段下部富集呈扁豆状、囊状工业矿体。厚度450～630 m。

(4) ∈2t2:石英云母片岩、大理岩、矽卡岩、变粒岩及少量片麻岩组成的复合岩性段,岩相变化频繁,岩类组合复杂,矽卡岩地质体成群成带出现,是矿区锡锌工业矿体最主要的赋存层位。根据岩性特征又可划分上、下亚段。

① ∈2t2-2:灰—浅灰色薄—中厚层状细晶白云质、泥质大理岩,夹石英云母片岩,及似层状矽卡岩扁豆体,是锡锌工业矿体赋存层位,与下亚段∈2t2-1为层间断层(F1)接触。厚度90～190 m。

② ∈2t2-1:浅部为灰绿色石英云母片岩,夹少量薄层矽卡岩透镜体,向深部过渡为灰白色中厚层状细—粗晶方解石大理岩夹片岩,在大理岩与片岩接触部位,形成厚大似层状矽卡岩地质体,富厚锡锌矿体赋存于矽卡岩中。∈2t2-1与下伏层位∈2t1为断层(F0)接触。厚度110～330 m。

(5) ∈2t1:顶部为钙泥质断层泥,含透镜状大理岩角砾;上部为大理岩透镜体及深灰色黑云母斜长片麻岩、黑云斜长角闪片麻岩、斜长变粒岩,夹少量石榴石矽卡岩、硅质大理岩扁豆体;下部为花岗片麻岩。本层未见底,厚度>440 m。

1.2 矿体空间分布特征

矿区内铜锡钨矿体受地层、岩相、构造、岩体等多种地质因素控制,具有以下空间分布特征:

(1) 铜锡矿体赋存于中寒武统田蓬组下部岩层内矽卡岩透镜体及片岩层间的破碎带内。所圈定的矿体分布标高在750～1 340 m范围内。

(2) 钨矿体赋存于矿区59号勘探线以南及隐伏花岗岩体顶部0～400 m范围内。

曼家寨东矿段矿体总体分布具向西锡铜矿化变强,向南部、深部钨矿化变强的特点(图2)。

图2 铜街—曼家寨矿段矿体空间分布Fig.2 The orebody distribution of Tongjie-Manjiazhai ore section1.片岩;2.大理岩;3.片麻岩;4.花岗斑岩;5.花岗岩;6.矽卡岩;7.矿体;8.断层。

1.3 伴生组分

通过光谱全分析、电子探针分析、单矿物多元素分析,查定铜街—曼家寨矿段矿石中铜、银、铟、镉、砷、硫、磁铁矿、锗、镓、金、硒、钼、铅、镍、铬、钴、铋、钨、铌、钽等20种伴生组分的含量范围,其中铟、镉、银、砷、铜、硫、锗、镓、磁铁矿等均达伴生组分评价参考指标。矿山经过多年生产实践,除锗、镓因赋存于矽卡岩矿物中,目前尚不能回收利用外,其余铟、镉、银、砷、铜、硫、磁铁矿等7种组分均不同程度具有综合回收利用价值。

2 铜街—曼家寨伴生组分的赋存状态

矿石中含量较高、有回收利用价值的伴生组分有铜、银、铟、镉、砷、硫、磁铁矿,锗、镓含量虽达到综合回收指标,但主要赋存于矽卡岩矿物中,目前无法回收利用。测定了采区内田蓬组地层矿石中的砷、硫含量,测验结果如下。

砷:含砷矿物为毒砂,与黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿共生,矿石中毒砂普遍存在,单矿物及电子探针分析结果见表1。

表1 伴生砷查定结果表Table 1 The assessment results of As

注:北京矿产地质研究院,2014年。

硫:主要矿物为磁黄铁矿、黄铁矿,广泛分布于各类矿石中。单矿物及电子探针分析结果见表2。

表2 伴生硫查定结果表Table 2 The assessment results of S

注:北京矿产地质研究院,2014年。

铜街—曼家寨矿区大小矿体共有1 000多个,伴生元素几乎在所有矿体中都有分布,而不同的矿体和矿种伴生元素的种类及含量又会略有差别,以下是笔者对铁、硫、砷三种元素在不同的岩石、矿种以及标高范围的分布特征作出的分析。

2.1 伴生元素在不同岩石类型中的分布特征

矿区位于扬子地台前缘海盆深坳陷区,沉积原岩为碎屑岩、钙泥质岩、碳酸盐岩互层的复合岩性,在多期次构造运动叠加过程中,形成种类繁多的区域变质岩,有片岩类、大理岩类、矽卡岩类、片麻岩类、混合岩类等,经过研究发现矿区内与工业矿体具有亲缘关系的岩石为矽卡岩类岩石。

另外矿区内矽卡岩的矿物组成十分复杂,按其中各成分含量的不同,根据岩石命名原则,笔者将它分为绿泥石化矽卡岩、阳起石矽卡岩、钙铁辉石透辉石矽卡岩、石榴石矽卡岩、绿帘石矽卡岩、透闪石矽卡岩、斜黝帘石矽卡岩等7种,通过从地质编录取样化验来看,以绿泥石化矽卡岩含矿性能最佳,其次是阳起石矽卡岩,其它五种矽卡岩锡锌含量相对较低,一般只达到边界品位,属于低品位锡锌矿。

通过整理铜街—曼家寨矿段近一年来的地质编录工作资料,共编录长度达6 986 m,统计样品767件,其中包含矿区各条勘探线探槽及掌子面的编录数据,整理得出铁、硫、砷平均品位在矽卡岩、片岩和大理岩中的平均值(表3和图3)。

表3 铜街—曼家寨矿段伴生元素在不同岩石类型中的品位分布特征Table 3 The distribution characteristics of the associated elementsin different rock types in the Tongjie-Manjiazhai ore section

图中反映出铁、硫伴生元素在矽卡岩中是最为富集的,其次是片岩,含量最少的是大理岩;砷元素含量差别不大,基本维持在一个较小的范围。

在都龙矿区,变质作用以区域动热变质为主,晚期发生一定程度的混合岩化作用。据铅同位素年龄样测定结果:绿片岩相带为207.8～312.3 Ma,角闪岩相带为204.39～224.82 Ma,混合岩相带为183.47～215.92 Ma,表明区域变质作用时间始于加里东期,定型于印支晚期;混合岩化作用始于印支晚期,定型于燕山早期❶云南华联锌铟股份有限公司,2014年铜街—曼家寨核实报告,2014。。

图3 铜街—曼家寨矿段伴生元素在不同岩石类型中的品位分布特征Fig.3 The distribution characteristics of the associated elements indifferent rock types in the Tongjie-Manjiazhai ore section

区域变质岩按变质程度、矿物岩石组合及空间分布特征,自上而下划分为绿片岩相、角闪岩相、混合岩相(图4),具有定向递增变质规律,显示出岩石变质程度由浅至深、变质作用方向自上而下、变质年代由老至新的演化。

受区域变质作用的影响,岩石和矿物中各种形式的水及其挥发组分受热、压影响发生活化转移,形成变质热液,它们从流经的矿源层中、围岩中淋滤汲取成矿组分,沿着矿区内的构造裂隙向温度、压力降低的地段转移,与复合岩性段的钙、镁、铝、铁等组分进行置换,形成与围岩整合的简单矽卡岩,构成成矿元素富集带,与此同时所带来的伴生元素也富集在矽卡岩中。

图4 矿区变质相带分布图Fig.4 Distribution of metamorphic belts in mining areas1.角闪石变粒岩;2.角闪斜长片麻岩;3.花岗片麻岩;4.花岗斑岩;5.第二亚期白云母花岗岩;6.第一亚期二云母花岗岩;7.绿片岩相带;8.角闪岩相带;9.混合岩相带。

2.2 伴生元素在不同矿种类型中的分布特征

通过显微镜鉴定,矿区内组成矿石的矿物有30余种,主要金属矿物有铁闪锌矿、磁黄铁矿、黄铁矿、锡石、黄铜矿,其次为毒砂、磁铁矿、铜兰、辉铜矿、菱铁矿等。脉石矿物有透辉石、绿泥石、阳起石、石榴石、钙铁辉石、透闪石、绿纳闪石、绿帘石、斜黝帘石、白云母、金云母、石英、白云石、方解石。

在铜街—曼家寨矿段按主要金属元素锡、锌、铜共生组合情况来分类,主要类型有铜矿、锌矿及其共生矿。

通过对铜街—曼家寨矿段近一年所采出的不同矿种中铁、硫、砷三种伴生元素含量的调查研究,在统计的767件样品中得出单锌矿、单铜矿以及组合共生矿种的平均品位值,其结果见表4和图5。

表4 铜街—曼家寨矿段伴生元素在不同矿种中的品位分布特征Table 4 The distribution characteristics of the associated elementsin different minerals in the Tonegjie-Manjiazhai ore section

图5 铜街—曼家寨矿段伴生元素在不同矿种中的品位分布特征Fig.5 The distribution characteristics of the associated elements indifferent minerals in the Tongjie-Manjiazhai ore section

从表中可以看出,基本上铁、硫元素的品位在单铜矿里是相对最低的,而在共生矿中则相对最高,单锌矿中的铁、硫含量介于两者之间,砷元素差别不大,基本维持在一个较小的范围内。

经实际生产勘探,发现铜街—曼家寨矿段的单铜矿几乎分布在了采场东部靠近花岗斑岩的地层区域(∈2t1),根据区域构造研究发现该区域断裂F1-2:走向长2 112 m,走向北东,倾向东,倾角55°,属压扭性逆断层。断层破碎带宽0.8～4 m,破碎带中充填物主要为石英,局部见花岗斑岩脉,具铜矿化[10](图6)。受后期构造作用影响石英脉穿插富含单铜元素成矿,伴生元素含量稀少。

事实上在铜街—曼家寨矿段中,单铜矿更多的是靠近矿段东部的片岩、片麻岩地层中(∈2t1),顶部为钙泥质断层泥,中部为深灰色黑云母斜长片麻岩、黑云斜长角闪片麻岩、斜长变粒岩,下部为花岗片麻岩。至于单锌矿和共生矿则更多地分布于矿段西部大理岩、矽卡岩、片岩互层的地层中(∈2t2),为石英云母片岩、大理岩、矽卡岩、变粒岩及少量片麻岩组成的复合岩性段,岩相变化频繁,岩类组合复杂,矽卡岩地质体成群成带出现,是矿区锡锌工业矿体最主要的赋存层位。

图6 石英脉中的铜矿Fig.6 The copper mine in quartz veins

2.3 伴生元素在不同标高范围内的分布特征

矿区内不同标高内地温、压力、变质程度、岩石性质等存在差异,笔者将铜街—曼家寨矿段按标高分为三个区域进行研究,分别是900～1 000 m、1 000～1 200 m、1 200～1 320 m,最下部地层属于深成变质区,地温最高,同时离花岗斑岩矿源层最近;越往上部的地层温度、压力、变质程度都降低,并且远离矿源层,从统计样品的数据中矿区内近一年中三个区域的若干矿体的伴生元素平均值见表5和图7。

表5 铜街—曼家寨矿段伴生元素在不同标高的品位分布特征Table 5 The distribution characteristics of the associated elementsin different level in the Tonegjie-Manjiazhai ore section

矿区内的铁、硫元素的品位,基本上自上部往下部是逐渐增高的,也就是说铜街—曼家寨矿段矿体的铁、硫品位越往下品位越高,同时也说明矿区内的含铁矿物大多是以硫化物形式富集的,铁硫含量呈现正相关趋势。而砷元素的分布则相对没有特别明显的区域特征,品位也维持在一个较小的范围内。

图7 铜街—曼家寨矿段伴生元素在不同标高的品位分布特征Fig.7 The distribution characteristics of the associated elementsin different level in the Tongjie-Manjiazhai ore section

由钻孔编录和探槽取样分析,发现在铜街—曼家寨矿段越靠近富含花岗岩、花岗斑岩区域的矿体,其铁、硫、砷含量越高,而采场内花岗岩体位于中寒武统田蓬组地层下部(∈2t1),总体铁硫含量都较高;岩浆热液受构造作用的影响沿着构造裂隙在中、上部的一些区域也形成了不少的花岗岩透镜体,其范围内矿体的铁、硫含量呈现增高趋势。

3 结论

文山都龙矿区铜街—曼家寨矿段伴生元素种类丰富,其中铁、硫、砷的分布特征如下:

(1) 矿区内相较于其他岩石类型,矽卡岩(尤其是绿泥石矽卡岩)最有利于伴生元素富集,铁、硫品位较高;

(2) 相较于单铜矿种,矿区内的共生矿更有利于伴生元素富集,铁、硫品位较高;

(3) 受花岗岩体的影响,铜街—曼家寨矿段矿体的铁、硫品位按高程越往下部品位越高,同时反映了矿区内的含铁矿物大多是以硫化物形式富集的,铁硫含量呈现正相关趋势,而砷元素的分布则相对没有特别明显的特征,品位也维持在一个较小的范围内。

根据铜街—曼家寨现有的选矿指标产品杂质要求:锡精矿含硫+砷<6%;锌精矿含砷<0.6%;铜精矿含砷<0.5%。在供矿上可以根据需要进行选择,例如要选锡精矿,可以选择相对应的共生矿种,从上文中笔者发现整个矿段共生矿硫+砷平均值>6%,这时候可以在标高较高的区域选择相对应的共生矿进行配矿,达到降低硫、砷含量的目的,因铜街—曼家寨矿段的各个矿种在不同标高范围均有所分布,这就加大了供矿的选择面。