滇东北火德红铅锌矿床铊超常富集的发现及其意义

周家喜, 杨智谋, 肖 嵩, 安芸林, 罗 开

滇东北火德红铅锌矿床铊超常富集的发现及其意义

周家喜1, 2, 杨智谋1, 肖 嵩1, 安芸林1, 罗 开1, 2

(1.云南大学 地球科学学院, 云南 昆明 650500; 2.云南省高校关键矿产成矿学重点实验室, 云南 昆明 650500)

稀散元素也称分散元素, 是指在地壳中丰度很低(多为10−9级)、且在岩石中极为分散的元素, 包括镉(Cd)、锗(Ge)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)、硒(Se)、碲(Te)和铼(Re)等八种元素(涂光炽等, 2003)。铊(Tl)是一种典型稀散元素, 也是一种剧毒元素。铊的地壳丰度为0.45×10−6(温汉捷等, 2020), 主要以“稀”、“伴”、“细”特征共伴生于其他矿床中(陈骏, 2019; 温汉捷等, 2019; 翟明国等, 2019; 侯增谦等, 2020; 胡瑞忠等, 2020)。

铊独立形成矿床的实例很少见, 目前我国报道的仅有云南南华砷铊矿床(张兴茂, 1998)、贵州滥木厂汞铊矿床(张忠等, 1999)和安徽香泉铊矿床(范裕, 2005)。一直以来, 铊主要以共伴生组分从铜矿床和铅锌硫化物中作为综合利用对象而被回收(涂光炽等, 2003; 温汉捷等, 2020)。尽管铊的毒性使其工业应用越来越受到限制, 但是铊在光导纤维、辐射闪烁器、辐射屏蔽材料、光电透位、催化剂和超导材料等方面具有不可替代性(温汉捷等, 2020), 属于有毒但稀缺的战略性关键矿产资源。

西南地区是我国低温热液矿床最集中发育的区域, 是华南大面积低温成矿域的重要组成部分(黄智龙等, 2011; 胡瑞忠等, 2016), 也是我国主要的稀散金属资源基地, 如云南的铊储量占全国铊总储量的94%(陶琰等, 2019)。除南华砷铊矿床(张兴茂, 1998)和滥木厂汞铊矿床(张忠等, 1999)外, 西南地区的铊主要伴生在以沉积岩为容矿围岩的铅锌矿床中, 其中金顶矿床是目前最大的铊矿床, 已知铊储量为9702 t(陶琰等, 2019)。对金顶铅锌矿床各类矿石(姜凯等, 2014)及黄铁矿和白铁矿(Wang et al., 2017)中Tl成矿规律的研究表明, 该矿床矿石中Tl的平均含量为(7.00~139)× 10−6, 黄铁矿中Tl含量为(36.0~3660)×10−6, 而白铁矿中Tl含量为(18.0~101)×10−6(Wang et al., 2017)。

最近, 笔者在研究滇东北火德红铅锌矿床时, 发现该矿床硫化物矿石中Tl的含量为(19.0~98.9)× 10−6, 平均56.3×10−6, 黄铁矿中Tl含量为(31.5~479)× 10−6, 而白铁矿中Tl含量为(711~1410)×10−6, 显著高于Tl的地壳丰度(0.45×10−6)和滇东北地区其他铅锌矿床中Tl的含量(如富乐铅锌矿床Tl相对最富集, 黄铁矿Tl含量为(0.12~87.5)×10−6, 李珍立等, 2019)。硫化物矿石中Tl的富集程度相对地壳丰度超出200倍, 而白铁矿中Tl的富集程度则超出3000倍。无论是硫化物矿石还是硫化物中Tl的富集程度, 均与金顶矿床Tl的富集程度在一个数量级上。这是继云南大学周家喜研究员团队发现锗(杨德智等, 2020; 周家喜等, 2020a, 2020b)和硒(周家喜等2020c, 2021)超常富集(相对地壳丰度高达1000倍)以来的又一稀散元素超常富集重要发现。

根据Tl的一般工业指标, 铅锌矿石中Tl含量达到0.001%~0.01%, 即(10~100)×10−6, 白铁矿和黄铁矿中Tl含量达到0.1%~0.2%, 即(1000~2000)×10−6, 就达到了Tl的工业品位和综合利用要求。因此, 火德红铅锌矿床中的Tl达到了工业利用要求。

火德红硫化物矿床赋存于中泥盆统曲靖组沉积岩中(图1), 曲靖组主要由粗晶白云岩、泥质白云岩、泥岩夹碳质页岩组成, 在矿区可分为三段: 下段为泥质白云岩、泥岩; 中段为砂质泥岩; 上段为粗晶白云岩、泥岩夹碳质页岩。硫化物的直接赋矿围岩为白云岩。火德红硫化物矿床的矿石矿物主要有黄铁矿、白铁矿、闪锌矿和方铅矿等, 脉石矿物主要有白云石、方解石、石英等。目前, 火德红硫化物矿床累计探明硫化物矿石量超过400万t, 估算Tl资源量为225 t, 达到了中型共伴生Tl矿床规模(100~500 t), 远景有望达到大型‒超大型共伴生Tl矿床规模(>500 t)。

滇东北地区是我国重要的铅锌和稀散元素资源基地之一, 以往报道过本区铅锌矿床中锗、镉和镓等稀散元素的超常富集, 本次火德红铅锌矿床Tl超常富集的发现, 丰富了对研究区稀散元素共生分异与超常富集成矿的认识, 提炼稀散元素蕴含的成矿信息, 将更加完善对本区铅锌矿床成因的理解。此外, 不难发现, 金顶铅锌矿床中黄铁矿中Tl的含量明显比白铁矿高, 而火德红铅锌矿床中则相反, 是何原因导致不同矿床中黄铁矿和白铁矿中Tl含量的差异, 值得深入探究。因此, 建议开展研究区稀散元素超常富集机制和资源综合利用研究, 解决制约稀散金属资源利用技术瓶颈背后的核心科学问题。

图1 火德红铅锌矿床地质略图(a)、剖面图(b)和综合柱状图(c)

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2021-03-17

国家自然科学基金项目(41872095、42002086)、国家重点研发计划项目(2017YFC0602502)、云南大学引进人才科研启动项目(YJRC4201804)、国家杰出(优秀)青年培育项目(2018YDJQ009)和云南省科技厅重点项目(2019FY003029)联合资助。

周家喜(1982–), 男, 研究员, 主要从事战略性关键矿产成矿理论与找矿预测研究。Email: zhoujiaxi@ynu.edu.cn

10.16539/j.ddgzyckx.2021.02.014