新疆哈密市大红山铜（金）多金属矿床矿相学特征及成因分析

陈贵民 韩飞 贾红旭

（①新疆宝地矿业股份有限公司 乌鲁木齐 830000②新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队 哈密 839000）

矿相学是以矿石为研究对象的一门基础学科，其任务是在矿相显微镜下研究矿石矿物的光学、物理和化学性质特征，研究矿石的组构以及矿石在时间和空间上发育的规律性[1]。矿相学在矿床学科发展、资源勘查、选矿与冶炼中发挥了重要作用,因此地质与矿冶部门更加注重矿相学科的发展[2]。本文主要介绍新疆哈密市大红山铜（金）多金属矿床矿相学特征，初步探讨其矿床成因。

1 地质背景

新疆哈密市大红山铜（金）多金属矿床在成矿带上属北山铁、铜、镍、金、磷、钒、铀、锰、钴等成矿带的东段，位于红柳河大断裂以南的北山古生代裂陷盆地内,受到红柳河断裂控制。

矿区内出露地层主要为新太古界-古元古界天湖岩群a 岩组[3]，长城系白沙沟岩组[4]，蓟县系平头山组，第四系冲积物及冲洪积物。新太古界-古元古界天湖岩群a 岩组，分布在矿区西北部，红柳河大断裂北侧，其岩性主要有黑云斜长片麻岩、石英片岩、斜长角闪片岩。长城系白沙沟岩组，主要出露于大红山一带，分布于红柳河大断裂南侧，岩性主要为泥质板岩，硅质-泥质板岩，炭质板岩，变质砂岩，与蓟县系平头山岩组呈断层接触。蓟县系平头山组分布在矿区南东部，岩性较为简单，以灰岩为主，还见少量砂砾岩、长石石英砂岩。

2 矿相学特征

2.1 矿石物质组成

通过野外观察及室内详细岩矿鉴定，矿石中金属硫化物有黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、辉钼矿，金属氧化物有磁铁矿，次生氧化物有针铁矿、纤铁矿，黑铜矿、蓝铜矿、孔雀石（表1）。脉石矿物为绢云母、石英、碳酸盐、铁白云石、斜长石等。

表1 金属矿物分类一览表

黄铜矿：黄铜矿在矿区内分布较为广泛，反射光下为黄色、目估R=47、目估pe=0.25，磨光好（硬度低，钢针可以刻划，表面多擦痕），呈群聚状分布于脉石矿物中，多包裹黄铁矿、闪锌矿，也见呈乳滴状分布于闪锌矿中，乳滴大小约5μm，呈群聚状分布的黄铜矿形成时间较晚，粒径约0.6mm。通过电子探针分析乳滴状黄铜矿化学式为（Cu0.9894Zn0.0239Au0.0001Sb0.0009Pb0.0016）1.016（Fe0.9732Co0.0009Ni0.0003）0.9744S2，群聚状黄铜矿化学式为Cu1.0213Zn0.0001Sb0.0007Bi0.0007Pb0.0006）1.0235（Fe1.0009Co0.0011）1.002S，两者都含Cu、Zn、Sb、Pb、Fe、Co、S 元素，群聚状黄铜矿为大红山铜矿主成矿期，从化学式中可以看出锌含量较少，在选矿时铜锌分离难度较低。

黄铁矿：反射光下为黄白色、目估R=54±、均质、无内反射、磨光差多麻点（硬度高、钢针不能刻划）、多见为六面体自形晶呈群状分布，也见呈脉状它形晶分布，未见五角十二面体黄铁矿，黄铁矿呈自形晶表明其结晶能力强，在气液或溶浆中能自由结晶，粒径0.4mm左右。出现自形程度不同的黄铁矿，表明成矿热液不止一期。通过电子探针分析六面体状黄铁矿化学式为（Fe0.9903Co0.012Ni0.0006Zn0.0005Sb0.0001Au0.0001）1.0035（S1.9998Te0.0002）2，它形黄铁矿化学式为（Fe1.0298Co0.0017Ni0.0008Zn0.0001Pb0.0009Au0.0004）1.0338（S1.9995Se0.0005）2，二者都含Fe、Co、Ni、Zn、Au元素。

闪锌矿：反射光下为灰色、目估R=17±、均质、红色-无内反射，含铁高，形成温度较高。硬度低，钢针可以刻划，多呈脉状、群聚状分布，也呈自形板状分布于黄铜矿中，形成包晶结构。闪锌矿粒径0.04mm左右。

通过电子探针测试，矿区闪锌矿为含铁稍高的高温闪锌矿（表2），与岩矿鉴定结果一致。通过对比不同成因闪锌矿元素分布规律，大红山铜矿中闪锌矿Fe 元素含量6.995，几乎与岩浆热液型闪锌矿Fe元素含量一致，而与沉积改造型Fe 的含量相差甚远（表2）。大红山铜矿中闪锌矿Cd 元素含量0.386，也与岩浆热液型的较为接近（表2）。In 元素含量0.019，与沉积改造型的0.0004 相差甚远。通过对比Zn/Fe、Zn/Cd 比值，都与岩浆热液型的比值结果较为接近（表2）。大红山铜矿区闪锌矿Zn/Fe=8.42＜10，In元素含量0.019，介于0.015-0.05之间，镜下具有红色-无内反射，通过研究不同成因温度下，闪锌矿的化学标型特征及光性标型特征，可以看出该闪锌矿形成于中偏高温环境，成矿温度在250-300℃（表3）。通过计算，大红山铜矿中闪锌矿化学式为（Zn0.8692Fe0.1209Pb0.0002Cd0.0033In0.0002）0.9938S。

表2 闪锌矿成因类型元素分类表[5]

表3 不同温度下闪锌矿化学标型特征及光性标型特征[6]

2.2 矿石结构

矿石结构主要有交代结构、固溶体分离结构、包晶结构。其中交代结构为斑铜矿交代早期形成的黄铜矿（图1）。包晶结构主要表现为早期较为自形的闪锌矿被后期黄铜矿包裹。交代结构与包晶结构表明成矿是多期次热液的结果。固溶体分离结构主要出现在闪锌矿与黄铜矿中，表现为黄铜矿呈乳滴状分布于闪锌矿中，该现象为成矿介质的温度骤然降低至共析点时，固溶体开始分离。由于分离不够完全，分解出的黄铜矿没有聚集，伴随着温度的继续下降，分散的黄铜矿呈乳滴状固结在闪锌矿中形成乳浊状结构（图2），固溶体分离结构表明矿床经过骤变而后趋稳的成矿作用[4]。以上矿物组构表明，金属矿物的形成较为复杂，成矿热液不止一期。

图1 交代结构

图2 固溶体分离结构

2.3 矿石的构造

矿石构造主要为块状构造、稠密浸染状构造、脉状构造、星散状构造。其中脉状构造主要表现为黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿等金属硫化物与石英形成复合脉体。金属矿物的形成与后期热液活动关系密切。

2.4 矿物生成顺序

通过野外观察及室内鉴定，大红山铜（金）多金属矿床矿物生成顺序为黄铁矿→黄铁矿+闪锌矿+黄铜矿→黄铜矿+斑铜矿→孔雀石+针铁矿+纤铁矿。因此将新疆哈密市大红山铜（金）多金属矿床划分出三个成矿期，分别为成岩期、热液成矿期和表生氧化期，其中热液成矿期也为三个阶段，即黄铁矿阶段、闪锌矿-黄铜矿阶段以及石英-黄铜矿-斑铜矿阶段。

3 矿床成因讨论

北山地区大地构造环境属被动大陆边缘，蓟县纪时北山陆块已由活动逐渐变为稳定。寒武纪北山地区为台型凹陷，沉积了硅质含磷建造的西双鹰山组。志留纪北山地块向北俯冲。

白山梁蛇绿岩是红柳河蛇绿构造混杂岩带的西延部分，位于矿区北侧。其岩石组合主要由上洋壳的拉斑玄武岩、硅质岩组成，还有部分下洋壳的辉长岩、斜长花岗岩。奥陶纪晚期-志留纪洋盆开始向北侧的中天山地块及南侧北山地块双向俯冲。

在大洋板块和大陆板块的接触地带，富含有用金属组分的大洋壳俯冲到大陆板块之下，并从消失带插入地幔，致使大洋地壳发生部分熔融，这种熔融作用可以从洋底沉积物中释放出大量富含金属的含盐流体。当这些富含金属的含盐流体随同钙碱性岩浆一起上升到地壳浅部，岩浆冷凝结晶时，它们便运移到侵入岩体顶部，通过交代岩体本身或附件围岩而形成斑岩铜矿。晚石炭世末期到早二叠世大洋已闭合，大红山铜矿已基本形成。此后的地质发展演化，主要以隆升和快速剥蚀为主，内、外应力共同作用塑造了现今的地质地貌。

4 结论

（1）通过矿相学分析，大红山铜（金）多金属矿床中金属硫化物有黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、辉钼矿，金属氧化物有磁铁矿，次生氧化物有针铁矿、纤铁矿，黑铜矿、蓝铜矿、孔雀石。矿物种类多样，共伴生情况复杂，显示多期次成矿特征。

（2）闪锌矿与黄铜矿出现的固溶体分离结构表明，成矿经过骤变而后趋稳的成矿作用。矿石组构共同表明存在多期成矿特征。

（3）大红山铜（金）多金属矿床划分出三个成矿期，分别为成岩期、热液成矿期和表生氧化期。热液成矿期为三个阶段，即黄铁矿阶段、闪锌矿-黄铜矿阶段以及石英-黄铜矿-斑铜矿阶段。

（4）通过研究闪锌矿化学标型特征及光性标型特征，可以得出矿床经历过中偏高温环境，闪锌矿及共生矿物成矿温度在250-300℃。闪锌矿化学标型特征表明形成于岩浆热液型而非沉积改造型，因此与地层中的区域变质作用关系不大。

（5）矿区位于被动大陆边缘，具有形成斑岩型铜矿的大地构造条件。

（6）综上，大红山铜（金）多金属矿床成因上属于岩浆热液-斑岩型铜矿。