云南墨江金厂矿床金镍赋存状态及成因关系探讨*

2020-02-27张洪瑞张慧超程先锋

矿床地质 2020年1期

周凯，张洪瑞**，柴鹏，张慧超，程先锋，杨澍

（1中国地质科学院地质研究所，北京 100037；2河海大学海洋学院，江苏南京 210098；3云南国土资源职业学院，云南昆明 652501；4中国地质大学地球科学与资源学院，北京 100083）

中国西南三江哀牢山地区发育有镇沅老王寨金矿、墨江金厂金矿、金平长安金矿、元阳大坪金矿等一批大型、超大型金矿，构成了一条上千公里长的金矿带——哀牢山金矿带。该金矿带研究成果众多（Hou et al.,2007;Sun et al.,2009;张洪瑞等,2010;杨立强等,2011;邓军等,2012;Hou et al.,2015），相关认识也存在较大争议。如：成矿时代有三叠纪（Shi et al.,2012）、白垩纪（谢桂青等,2004）和新生代（Deng et al.,2015）等不同观点；成矿物质有幔源（孙晓明等,2007）、壳源（应汉龙等,2000）、壳幔混源（刘显凡等,2012;袁士松等,2010）、以及地幔提供金属地壳提供流体（邓碧平等,2014）等不同认识。最关键的分歧在于：成矿与变质流体及剪切作用有关（孙晓明等,2006;Zhang et al.,2014），还是与岩浆热液有关（何明友等,1996;梁业恒等,2011;Zhang et al.,2019）。这两种观点决定了矿床的基本类型，是造山型金矿，还是岩浆热液型矿床（Zhang et al.,2018）。解决该问题对于矿床成因乃至找矿方向都具有重要意义。因此，矿床成因研究成为目前哀牢山金矿带亟待解决的关键科学问题之一。

哀牢山金矿带内分布着100多个超基性岩体。其中，墨江金厂超基性岩体面积最大。岩体内赋存的金厂金矿也是带内唯一与硫砷镍矿共生的矿床。在世界范围内，金镍共生矿床并不多见。秦岭地区煎茶岭金镍矿床金镍共存，金矿发育在超基性岩体与围岩接触带上，镍矿赋存在超基性岩体中。该矿床的金镍被认为是源自超基性岩，在韧性剪切作用过程中，热液捕获金镍元素并迁移沉淀成矿（聂江涛等,2012）。另外，非洲中部发育Mayo Kebbi金镍矿床中，金赋存在石英脉中，镍出现在围岩辉长岩中。研究认为金镍属于两期独立成矿，成矿类型为造山型（Leontine,2014）。可见，金镍为何能出现在同一个矿床中，不同矿床研究可能会给出不同的答案。

前人已经对墨江金厂金镍矿床的矿床地质特征（俞广钧等,1986;方维萱等,2001a;谢桂青等,2001）、成矿物质来源（李元,1998;方维萱等,2001b;孙晓明等,2006;张德等,2009）、成矿流体性质（张志兰等,1987;李元,1992;毕献武等,1997）等方面做了大量工作，但是对于金镍赋存状态，以及金镍关系还没有明确结论。本文通过详细野外地质调查和室内岩相学观察，结合测试分析，从金镍矿体分布，赋存状态，元素共生关系三方面，讨论金与镍成矿关系，并初步探讨成矿过程，以期对哀牢山金矿带成因提供新资料。

1 矿区地质概况

墨江金厂金镍矿床位于云南省普洱市墨江县境内，南西直距墨江县城约10 km。开采历史久远，清代即有开采记录，但真正大规模开采是在1972～1982年详勘之后。目前，矿床已圈定金矿体159个，金矿储量30吨，镍矿储量33万吨，均达大型以上。金平均品位为2×10-6～3×10-6，最高者可达703×10-6。

金厂金镍矿床所在的哀牢山地区经历了复杂构造演化过程，包括新元古代洋壳俯冲、古生代—中生代古特提斯洋壳消减和地块拼贴、新生代印度—亚洲大陆碰撞引发的陆内岩浆作用与构造变形等。哀牢山构造带整体呈北西向延伸，向南东呈帚状散开。带内共有4条深大断裂，由东向西为：红河深大断裂、哀牢山深大断裂、九甲—安定断裂，九甲—阿墨江断裂。以哀牢山断裂为界，北东为古元古界深变质带，又称为哀牢山群，南西为古生界浅变质带，上覆有中生界和新生界（张进江等,2006）。区内岩浆活动强烈且频繁，岩性以超基性、基性岩浆为主，中酸性岩浆次之。超基性、基性岩形成时代一般为晚古生代，分布在成矿带的北部，且岩体年龄比围岩老（方维萱等,2001b），属构造就位产物。红河县米底以北地段出露34个岩群，共418个岩体，金厂超基性岩体是其中最大的超基性岩体。中酸性岩多发育于哀牢山带南段，岩体规模大小不一，沿构造线分布，其形成时代主要有新元古代（李宝龙等,2008;王冬兵等,2013）、晚古生代—中生代（李宝龙等,2009;李龚健等,2013）以及新生代（Wang et al.,2001;Flower et al.,2013）。此外，各类脉岩十分发育，主要岩性为煌斑岩、辉绿岩以及少量辉长岩，主体呈北西向展布，成矿带内煌斑岩脉一般形成于新生代，部分学者认为其与区内金矿床成因关系密切（胡云中等,1995;黄智龙等,1996）。

墨江金厂金镍矿位于哀牢山金矿带的中部，九甲—安定断裂带的上盘，古生界浅变质带内。矿区西部主要出露两套地层（图2）：上构造层为上三叠统一碗水组（T3y）红层；下构造层为中、下泥盆统金厂组（D1-2j）浅变质岩系。金厂组砂岩、硅质岩为主要的赋矿围岩。“红层”（T3y）岩性为变余粉砂岩和硅质岩，底部常见以超基性岩砾石为主的底砾岩，不整合覆盖于浅变质岩系（D1-2j）或岩体之上，局部呈断层接触。矿区东部出露金厂超基性岩体（图2），平面上呈反S型展布，长15.6 km，宽约0.4～1.9 km，面积约20 km2，超基性岩主要呈冷侵入于浅变质岩系中，与围岩无热接触变质作用，但自变质作用强烈（李光明等,2001）。岩石主要蚀变类型为蛇纹石化，岩体边缘表现为硅化、蛇纹石化、碳酸盐化、黄铁矿化、铬水云母化，原岩以辉橄岩、橄榄岩为主；其中硅化、黄铁矿化和铬水云母化与金矿化关系密切。前人获得超基性岩体的Rb-Sr年龄为302.7 Ma；Sm-Nd年龄为304 Ma（方维萱等，2001b），表明金厂超基性岩体于晚石炭世侵入，后来构造就位于上三叠统之上。区内侵入岩除了金厂超基性岩体，在矿区西部还零星分布的白垩纪花岗斑岩脉和始新世煌斑岩脉。区内断裂复杂，可分为三级，一级断裂为贯穿全区的金厂大断裂，是九甲—安定断裂带的一部分，总体走向为NNW—SSE，倾向NEE，倾角50°～80°；二级断裂为板壁河断裂（走向EW）和四十八两山断裂（走向NW）；三级断裂为一些次级裂隙，为主要的容矿构造。

图1 哀牢山金矿带地质简图（据李定谋等,1998修改）Fig.1 Geological sketch map of the Ailaoshan gold belt（modified after Li et al.,1998）

图2 金厂金镍矿床地质图（据谢桂青等,2004修改）1—上三叠统一碗水组；2—上泥盆统金厂组板岩，硅质岩；3—上泥盆统金厂组硅质岩，砂岩；4—金厂超基性岩体；5—煌斑岩；6—花岗斑岩；7—金矿体；8—镍矿体；9—断层；10—采样位置Fig.2 Geological map of the Jinchang gold-nickel deposit（modified after Xie et al.,2004）1—Upper Triassic Yiwanshui Formation;2—Upper Devonian Jinchang Formation slate,siliceous rock;3—Upper Devonian Jinchang Formation siliceous,sandstone rock;4—Jinchang ultrabasic rock;5—Lamprophyry;6—Granite porphyry;7—Gold orebody;8—Nickel orebody;9—Fault;10—Sampling location

2 金镍矿体分布

整个矿区由北向南分为四十八两山、老金牛、烂山、平坡、猫鼻梁子5个矿段。矿区构造控矿明显，矿脉整体北西走向，呈雁列式排布，赋存在矿区的次级裂隙中。

金矿体主要分布在四十八两山、老金牛、烂山等矿段，围岩地层主要为金厂组的砂岩、硅质岩。矿体主要为白色的石英脉，呈脉状和蚀变角砾岩状产出。金矿脉的产出不受地层控制，既有顺层产出（图3a），又有切层产出（图3b）。在矿区西部主要赋存在金厂组的断裂中，矿体常成群出露，平行排列。在矿区东部，随着与金厂岩体距离的增加，矿脉中金的品位逐渐升高（李元,1992）。其中，烂山段金储量和品位最高，沿断裂走向，以烂山段为中心，金储量和品位向两边逐渐降低。横向上远离断裂，矿脉金品位下降，含矿石英脉逐渐尖灭（李元,1992）。

镍矿体主要分布在猫鼻梁子矿段，此外，平坡等矿段也有少量产出。镍矿体主要是以灰白色的石英脉产在地层与岩体接触的断裂带内，单个规模不大，一般长30～50 m，宽10 m，小矿体多，矿体形态多为透镜状，常顺层产出，偶有穿层。剖面上可观察到镍矿体大多产在地层与岩体接触带部位（图3a、b）。

总体来看，无论金矿体还是镍矿体，断控特征明显。但金矿脉与镍矿脉的产出位置存在差异，二者在空间上多数分离，仅在靠近超基性岩体附近有少数重叠（图3a、b）。

3 含矿脉体特征

金厂矿床矿石类型有石英脉型和混合岩型，其中石英脉型为主要的矿石类型。矿石结构主要为他形粒状结构和交代残余结构等。矿石构造主要为脉状、块状和浸染状构造。矿物种类较多，包括大量的硫化物、氧化物、碳酸盐和金属化合物。常见金属矿物有黄铁矿、黄铜矿、毒砂、方铅矿、闪锌矿、辉锑矿、辉砷镍矿、锑硫镍矿、硫锑银矿、硫锑铜银矿、银黝铜矿、硒银矿、碲银矿、银金矿等；非金属矿物有石英、玉髓、方解石、蛇纹石、滑石、绿泥石、橄榄石、辉石、铬尖晶石等。

图3 金厂金镍矿床烂山段66号剖面图（a）和猫鼻梁子段纵40号剖面图（b）（据中国人民解放军00533部队,1982修改）1—上三叠统-碗水组；2—上泥盆统金厂组板岩，硅质岩；3—金厂超基性岩体；4—砂岩；5—硅质岩；6—含砾砂岩；7—底砾岩；8—金矿体；9—镍矿体；10—钻孔及编号Fig.3 Geological section along No.66 exploration line of Lanshan ore block（a）and longitudinal section along No.40 exploration line of Maobiliangzi ore block（b）in the Jinchang gold-nickel deposit（modified after Unit 00533 of the Chinese People's Liberation Army,1982）1—Upper Triassic Yiwanshui Formation;2—Upper Devonian Jinchang Formation slate,siliceous rock;3—Jinchang ultrabasic rock;4—Sandstone;5—Silliceous rock;6—Gravel-bearing sandstone;7—Basal conglomerates;8—Gold orebody;9—Nickel orebody;10—Drillhole and number

3.1 含金脉体特征

前人将墨江金镍矿成矿作用分为3个阶段（毕献武等,1997）：第一阶段主要为顺层产出、边界平整、厚度变化小的贫金石英脉；第二阶段为脉状、网脉状、条带状穿层产出的富金石英脉，石英多为半自形-他形粒状结构；第三阶段为晚期硅化阶段，以形成乳白色-无色透明石英为主，晶体粗大，晶洞常见。作者主要对第二阶段的富金石英脉进行研究。该类脉体主要受区内断裂控制，呈NW向雁列分布，脉体形态复杂，分支复合现象多见，多呈脉状、网脉状、条带状穿层产出，亦见透镜状、豆荚状。

富金石英脉主要产在矿区西部，距离超基性岩体较远，整体海拔在2000～2100 m。脉宽50～60 cm，倾向NE向，倾角介于60°～70°之间，亦有与主脉相连的较细石英脉呈枝杈状产出（图4a）。主脉中金属矿物较少，仅有少量黄铁矿在脉体与围岩接触部位呈浸染状产出，围岩中伴有少量金矿化。在脉体宽阔处常发育石英生长皮壳（图4b）。围岩主要是硅质岩和蚀变超基性岩，蚀变类型包括硅化、碳酸盐化、蛇纹石化、滑石化、铬水云母化、黄铁矿化等。空间上碳酸盐化、蛇纹石化、滑石化普遍发育，硅化、铬水云母化、黄铁矿化等主要发育在脉体两侧，脉体和围岩均发育后期的褐铁矿化。

通过野外和镜下观察，以及能谱测试分析，笔者将脉体分为2种，分别是硅质脉和自形方解石脉（图4b）。硅质脉又可细分为细晶石英（＜10 μm），半自形-他形中晶石英（10～200 μm）以及自形粗晶石英（>1 mm）。其中，①细晶石英生长在脉壁，与围岩紧密接触，呈似层状、条带状产出，金在其中以粒间金为主，粒度较细，一般为2～20 μm，常呈簇状（图5a、d）；也有以银金矿形式产出，与黄铁矿、硫锑银矿（图5b）、硒银矿（图5b）、碲银矿等共生。另外，在银金矿中还检测出含镍矿物（图5d）；②中晶石英呈似层状产出（图4b），与细晶石英紧密共生。其中金主要是包体金（图5c、e）和粒间金，粒度较大，一般为15～30 μm，与金共生矿物主要有硫锑铜银矿（图5c、e）、黄铜矿（图5e）、硫锑银矿等。另外，在中晶石英中也可观察到被黄铜矿包裹的辉砷镍矿（图5f）；③粗晶石英呈梳状对壁生长，多与自形黄铁矿条带共生。矿区中含金石英脉普遍具有对称的条带状构造（图4b,6a），镜下也可以观察到3种石英交互生长，反映了金多期次沉淀过程。

3.2 含镍脉体特征

镍矿体主要位于矿区东南部，与超基性岩体距离较近。含镍石英脉常呈网脉状成群产出，平行排列，有时也出现分支复合和交叉现象（图6a）。单独细脉体宽为数厘米至二十多厘米，整体脉体宽度可达2m。脉体产状主体倾向NEE向，倾角较小，在20°～30°之间。脉体内空洞发育，也常见生长皮壳。围岩主要是硅质岩和蚀变的超基性岩，蚀变主要是蛇纹石化、硅化、碳酸盐化、黄铁矿化、铬水云母化等。

图4 金厂矿床含金石英矿脉露头照片（a）及显微照片（b）Fig.4 The outcrop photograph（a）and photomicrograph（b）of gold-bearing quartz veins in the Jinchang deposit

图5 金在石英脉中的赋存状态a.细晶石英中的金簇；b.细晶石英中金与硫锑银矿、硒银矿、碲银矿共生；c.中晶石英中金被硫锑铜银矿包裹；d.细晶石英中的金簇；e.中晶石英中金与硫锑银矿、硫锑铜银矿、黄铜矿共生；f.中晶石英中辉砷镍矿被黄铜矿包裹Q—石英；Nmt—硒银矿；Pyr—硫锑银矿；Pol—硫锑铜银矿；Ccp—黄铜矿；Gd—辉砷镍矿；Au—金Fig.5 Modes of occurrence of gold in quartz veina.Gold clusters in fine-grained quartz;b.Gold and pyrargyrite,naumannite and hessite in fine-grained quartz;c.Gold surrounded by polybasite in mesocrystalline quartz;d.Gold clusters in fine-grained quartz;e.Gold and polybasite and chalcopyrite in mesocrystalline quartz;f.Gersdorffite surrounded by chalcopyrite in mesocrystalline quartz Q—Quartz;Nmt—aumannite;Pyr—Pyrargyrite;Pol—Polybasite;Ccp—Chalcopyrite;Gd—Gersdorffite;Au—Gold

含镍矿脉分为2种，分别是硅质脉和方解石-绿泥石脉。硅质脉产出状态与上述金矿脉相同，可分为细晶石英、中晶石英和粗晶石英3种（图6a）。细晶石英中含有浸染状黄铁矿、黄铜矿、辉砷镍矿和锑硫镍矿。黄铁矿常呈条带平行分布，也见以辉砷镍矿为核的环带状黄铁矿（图6c）。中晶石英中含浸染状细粒黄铁矿、辉砷镍矿等（图6d）。粗晶石英发育在脉体内侧，对壁生长明显，脉体内部常发育自形粗晶黄铁矿条带。方解石-绿泥石脉穿切上述硅质脉体（图6b）。

图6 金厂矿床镍矿体野外及显微镜下特征a.三种石英的产出状态；b.后期方解石脉；c.细晶石英中环带明显的黄铁矿以辉砷镍矿为核心生长；d.中晶石英中辉砷镍矿交代黄铁矿Q—石英；Py—黄铁矿；Gd—辉砷镍矿；Pyr—硫锑银矿Fig.6 Field and microscopic characteristics of nickel orebodies in the Jinchang deposita.Three types of quartz veins;b.Calcite veins;c.Gersdorffite core and pyrite rim in fine-grained quartz;d.Gersdorffite and pyrite in mesocrystalline quartz Q—Quartz;Py—Pyrite;Gd—Gersdorffite;Pyr—Pyrargyrite

4 金镍元素变化特征

为了揭示矿脉和围岩中主成矿元素Au、Ag、Ni与As、Sb、Te等元素之间的关系，作者对墨江金厂金镍矿的33件原生矿石样品进行了微量元素测试。测试实验是在廊坊市中铁物探勘查有限公司完成，Au测试方法是原子吸收法和等离子体质谱法，检测极限为0.1×10-9；As、Sb、Bi、Hg、Se测试方法是原子荧光法，检测极限为0.1×10-6；其余元素的测试方法为硅酸盐岩石化学法，检测极限为0.1×10-9。作者统计了测试结果最大值、最小值和均值（表1），并对17种元素进行相关分析和R型聚类分析。结果显示，33件样品中，金达到边界品位（1×10-6）的有9件，最高品位可达233.34×10-6；镍达到边界品位（2000×10-6）的有6件，最高品位可达30436.10×10-6；银达到边界品位（40×10-6）的有7件，最高品位可达442.42×10-6；钴达到边界品位（200×10-6）的有1件，其品位可达523.60×10-6。另外，33件样品中，24件来自金矿体，9件采自镍矿体。其中，金矿体中有6件样品w（Ni）达到2000×10-6及以上（即镍边界品位），最高者w（Ni）可达3082×10-6；镍矿体中有2件样品金含量达到边界品位（1×10-6），分别为2.36×10-6和3.65×10-6。

表1 金厂矿床矿脉、围岩中微量元素含量统计表Table 1 Trace element content in ore veins and host rocks of the Jinchang deposit

使用SPSS软件分析表明，当Pearson相关系数绝对值大于0.5并且显著性小于0.05时，表现为两者显著相关。Au-Ag、Au-Te等元素相关系数r分别为0.945和0.945，说明彼此呈显著正相关关系，Au-Hg相关系数r=0.583，为正相关关系，但是元素Au与Ni、As相关系数r=-1.22和-1.24，说明元素Au的富集与Ni、As没有直接联系。Ni-Pb、Ni-Co、Ni-As、Ni-Sb相关系数分别为r=0.946、0.939、0.973、0.908，均呈显著正相关关系。在元素R型聚类分析图（图7）中,当距离系数小于0.5时，Au与Ag、Te、Hg聚为一类，说明矿石中Au富集与Te、Ag、Hg密切相关。元素Ni与Pb、Co、As、Sb、Cd、Cu聚为一类，说明矿石中元素Ni富集与Pb、Co、As、Sb、Cd、Cu密切相关。这些元素在矿区内超基性岩体中含量较高（李元,1998），表明矿石中Ni元素很可能来自金厂超基性岩体。

图7 金厂矿床矿脉、围岩微量元素R型谱系图Fig.7 Correlation coefficients（R）between different trace elements of the Jinchang deposit

作者同时也做了金、镍元素与其他几种微量元素的协变图解（图8）。分析发现，元素Au与Ag、Te、Hg在金矿脉中呈较为明显的正相关关系（图8a、b、c），元素Ni与Ag、Te、Hg在镍矿脉中也呈现较为明显的正相关关系（图8d～f）。元素Te和Hg多出现在低温热液中（Biagioni et al.,2013;Artur et al.,2016），说明成矿流体很可能为低温热液流体。Ni与Co，Ni与Pb的协变图中（图8h、i）表现为明显的正相关关系，这也进一步证明了元素Ni与Co和Pb的同源性。

5 讨论

5.1 金、镍关系

金厂金镍矿中金矿体主要赋存在沉积岩中，镍矿体主要位于超基性岩体附近，两者在空间上不完全一致。

微量元素分析结果（表1）显示，金矿体中的样品有镍富集，多件样品中w（Ni）达到工业品位；镍矿体中也有多件样品的w（Au）达到工业品位。另外，显微镜下也观察到金、镍共生的现象。更重要的是，含金石英脉和含镍石英脉具有一致的矿物沉淀顺序，即细晶石英→中晶石英→粗晶石英→方解石。这些特征表明金和镍可能为同期热液成矿。

5.2 金、镍沉淀过程

图8 金厂矿床金镍元素协变图解Fig.8 Correlation diagrams of Au and Ni with other elements in the Jinchang deposit

通过深入分析含矿脉体特征，作者发现矿区含矿热液活动可分为2个阶段：第一阶段为硅质脉体阶段，具体可细分出条带状细晶石英（＜10 μm），似层状中晶石英（10～200 μm），对壁生长的粗晶石英（>1 mm）3种石英；第二阶段为自形方解石脉。金主要沉淀在第一阶段的细晶石英和中晶石英中，含矿热液为张性空间充填，多阶段沉淀成矿。镍成矿则从早到晚都有。在成矿早期，地层及超基性岩体受构造应力影响，形成张性断裂。含金成矿流体沿着断裂向上运移，在断裂上部，由于温度或压力骤降，成矿物质沉淀析出，形成中、细晶含金石英脉体。热液同时萃取超基性岩中的镍，并在岩体顶部沉淀造成镍富集。在热液活动晚期，金属已经接近沉淀完毕，但硅质热液仍在结晶，形成了对壁生长的粗晶石英。第二阶段成矿流体与围岩流体或大气降水混合，结晶出自形方解石脉体，金成矿作用已经结束，而镍还被混合后的流体萃取，并在超基性岩体附近沉淀成矿。另外三种石英交互生长的现象表明，成矿是在幕式构造活动下多期流体运移和沉淀的结果。

5.3 金、镍成因

关于墨江金厂金镍矿中金的成因前人观点各不相同，分别有与超基性岩有关的浅成中-低温热液型金矿（李元,1994）、造山型金矿（孙晓明等,2010;赵凯,2014）、热水沉积型金矿（应汉龙等,1999）等认识。前人研究表明，典型造山型金矿矿物组合为自然金-黄铁矿-毒砂-磁黄铁矿（王庆飞等,2019），热水沉积型金矿矿物组合为自然金-黄铁矿-铋碲矿-闪锌矿-方铅矿（张复新等,1998）。墨江金厂金镍矿共生矿物组合为银金矿-硫锑银矿-硫锑铜银矿-银黝铜矿-黄铜矿，明显区别于造山型和热水沉积型金矿，类似于热液型金矿。而且，Au-Ag-Te-Se-Sb-Hg金属元素组合表明金可能是岩浆热液成因（Xie et al.,2019）。另外，前人测得含矿脉体中硫化物δ34S值与区内花岗岩相似（张海涛等,1984;毕献武等,1997;熊伊曲，2014）。因此，推测金是区内岩浆热液远端系统成矿。

镍矿体中含镍矿物为辉砷镍矿、锑硫镍矿、黄铁矿等，这与Epoch、Dergamysh、Ishkinino等热液镍矿的矿物特征类似（Pirajno et al.,2013；Melekestseva et al.,2013）。镍来源于超基性岩，且镍矿富集部位常发育蛇纹石化、滑石化、碳酸盐化等，也与上述几个热液矿床的物质来源和围岩蚀变相同。同时，金厂镍矿石中微量元素之间的相关性也与典型热液矿床类似（Melekestseva et al.,2013）。这些类似特征让我们倾向认为金厂镍矿是热液成因。鉴于金镍同期成矿，因此，金镍很可能都是岩浆热液远端系统的产物。