黔西南百地金矿床含锑化合物矿物学特征及金锑共生机制探讨

2021-08-15闫俊夏勇季国松谭亲平谢卓君

新疆有色金属 2021年5期

闫俊夏勇季国松谭亲平谢卓君

（①贵州理工学院贵阳550003 ②中国科学院地球化学研究所贵阳550081③中国科学院大学北京100039 ④贵州省地矿局102地质大队遵义 563000）

1 引言

百地金矿床位于黔西南册亨县城南东直距约40km处，地处广西与贵州交界的南盘江旁[1-4]。在区域大地构造位置上，位于右江造山带北缘（图1）[5]，该区是黔西南卡林型金矿的重要产地之一，主要的金矿床（小型—超大型）出现在由北北东向的赖子山背斜、北西向板昌逆冲断层和册亨东西向构造带组成的小三角形构造变形区的顶点（图1），分别是北部的超大型烂泥沟金矿床，西部的中型板其、丫他金矿床，以及南东的百地金矿床[1]。

图1 区域地质构造略图[4]（修改自王砚耕，1994）

矿物学研究是金属矿床研究中的重要科学问题，尤其是含成矿元素的矿物。掌握其矿物学特征有助于科学评估矿床资源潜力、选择更为合适的选冶工艺、以及对分析矿物的晶体化特性、约束成矿流体性质及其演化规律、探讨成矿元素搬运迁移和沉淀机制、厘定矿床成因类型等均具有非常重要的科学意义[6-9]。近年来，随着测试手段的不断发展，特别是微束分析（扫描电镜、电子探针、透射电镜、二次离子质谱、质子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱）和波谱等技术的应用大大提高了测试精度，增强了对成矿元素矿物学特征的理解[10-12]。

百地金矿床的研究工作开始于上世纪70 年代，至今已有30 余年，贵州省地质矿产勘查开发局117地质大队于1986 年开展系统的地质找矿工作，针对矿区的地层、构造、围岩蚀变、地球化学等取得了一定的成果，但碍于地理环境、交通条件等的限制，细致化的科学研究一直未能很好开展，关于金、锑等元素的赋存状态的研究也很少，考虑到其是为数不多的金锑共生矿床，那么对主要成矿元素赋存状态的研究则显得尤为重要，之前的很多研究中均有涉及卡林型金矿中金赋存状态的研究[12–19]，因此本次研究采用扫描电镜微束分析技术，重点对百地金矿床中含锑化合物的矿物类型、化学成分及矿物生成顺序进行系统研究，并对其与主要含金矿物的共生关系展开了讨论。

2 矿床地质概况

百地金矿床褶皱断裂构造发育，以褶皱构造为主，次为断裂构造，主要表现复式背斜及次级轴向断裂，区内主要构造线呈近东西、近南北向及北东向、北西向四个组向展布[3，20]。其中褶皱构造表现为北西—南东向，包含有弄丁背斜、梁子向斜、百温背斜以及平行于它们的次级褶皱；断裂构造以平行褶皱轴向的高角度逆断层为主，主要有F1、F4、F4－1、F5、F7、F8断层，次有近东西向的拉张断层，包含有F3、F9断层，并根据其构造形迹及分布特征可推测其可能由北东向区域性大断裂派生形成[20]。区内地层主要为中三叠统许满组（T2xm），据其岩性特征可划分为四段，即许满组一段（T2xm1）、二段（T2xm2）、三段（T2xm3）以及四段（T2xm4），其中一段未出露，二段也只有少量出露，岩性主要表现为细砂岩、粘土岩以及灰岩。

百地金矿床的金矿体主要受区内断层控制，其中北西向断层控制的有1、4、5 号金矿体，产状与断层基本一致，均呈透镜状产出；近东西向断层控制的为3 号矿体，是矿区主矿体，呈大透镜状产出，矿体走向延伸320m，倾向延伸340m，平均厚度5.87m，平均品位3.53g/t。区内锑矿体与金矿体空间关系密切，也主要受区内断层控制（F3、F4），产出部位多为断裂蚀变带膨大处或产状陡缓变化地带，锑矿化平均品位1.35%～5.50%，单样品锑含量高达17.64%。锑矿化厚度0.55～10.88m[2，3]。

3 样品采集及分析测试

3.1 样品采集及特点

本次实验样品主要采集于百地金矿床的1、3、4号矿体，共计28 件。据手标本及偏光显微镜观察分析，矿石中主要的矿石矿物有辉锑矿、毒砂、黄铁矿；脉石矿物主要有石英、方解石、粘土矿物、白云石、碳质等。主要矿物的组成元素含量特征见表1。矿石构造主要有浸染状、角砾状、块状、脉状、放射状构造，以前两者为主；辉锑矿呈板状、片状、短柱状、针状、放射状、团块状等自形晶充填于构造蚀变带内的岩、矿石裂隙及石英脉体晶洞中构成粒状结构；毒砂呈针状、楔状等自形晶构成针状、楔状结构；据此矿石结构主要表现为自形-半自形针状结构、自形-半自形粒状结构、它形粒状结构（图2）。

图2 百地金矿含锑矿石主要构造特征

表1 主要矿物元素含量

3.2 实验方法及样品测试分析

本次研究将含金、锑矿石样品磨制成探针片，应用扫描电镜（Tescan-MIRA3）及配套能谱仪（EDAXElement 30）对其进行矿物含量、形态及交切关系等的确定。测试之前需用酒精擦拭表面，并在表面镀碳以消除电荷效应。

3.2.1 背散射电子图像观察

由于锑元素（Sb）在元素周期表中原子序数为51，较矿石矿物中主要矿物毒砂、黄铁矿、辉锑矿以及有可能的雄黄、雌黄的其他组成元素Fe（26）、As（33）、S（16）的原子序数高，根据背散射电子像的成像原理可以推知，样品中含锑矿物较不含锑的矿物亮。据此可将含锑矿物确定为背散射电子图像中较亮的区域，进而结合能谱含量特征确定锑化合物的元素分布、类型及共生组合等。

3.2.2 能谱仪分析条件

根据仪器本身的特点和样品的特征，本实验选择加速电压为25 keV，采用点模式为X射线采集，测得主要元素谱线及其能量。

4 结果与讨论

本次在百地金矿床发现的锑的化合物有辉锑矿、锑华/方锑矿以及Pb-Sb 系列的硫盐化物。在背散射（BSE）图像下，辉锑矿等比周围硫化物和透明矿物亮，并结合能谱图元素含量，可判断矿物的种类。辉锑矿、硫锑铜矿、方锑矿、硫锑铅矿、脆硫锑铅矿等矿物特征如下：

4.1 含锑化合物的矿物学特征

4.1.1 硫化物

辉锑矿（Sb2S3）：区内辉锑矿成分较单一，但多数硅化，以4号矿体Bd-4为例，呈长条状、针状等，大多数形状不规则。w（Sb）为53.55%～71.68%，平均值为65.45%，w（S）为21.16%～28.32%，平均值为25.86%，而w（Si）为0.93%～7.27%，平均值为3.52%，w（O）为1.06%～8.28%，平均值为4.07。跟理论值相比（Sb=71.38%，S=28.62%），Sb、S 均有一定的亏损，很重要一方面原因是由于辉锑矿的硅化现象十分严重，几乎所有的辉锑矿颗粒均有不同程度的硅化，矿物中还含有微量的Fe、As、Zn、Pb、Cu、Bi、Se、Co、Ni 等元素。

4.1.2 硫盐化物

（1）硫锑铜矿（Cu3SbS3）：区内多有出露，颗粒较小，且多数硅化，以4 号矿体Bd-8 为例，多呈他形粒状结构（图3）。由于颗粒较小，且硅化、粘土化严重，其元素含量在本次扫描电镜中未能进行多颗粒平均化测试，其中一较纯颗粒w（Cu）约为53.16%，w（Sb）约为18.65%，w（S）约为28.19%，与理论值（Cu=46.7%，Sb=29.8%，S=23.5%）相当。

图3 硫锑铜矿背散射图像及能谱图

（2）车轮矿（PbCuSbS3）：区内较少出露，且均硅化、白云石化，呈微细粒他形散点分布。主要共生矿物为石英、白云石。

（3）硫锑铅矿（Pb5Sb4S11）和脆硫锑铅矿（Pb4FeSb6S14）：它们常与石英、毒砂、黄铁矿等共生出现，主要呈他形粒状大量充填在石英晶隙中，还有部分以自形针状生长在矿物表面[14]。由于含量较少及后期破坏等原因，使手标本观察受限，但通过扫描电镜能谱分析结果及投点特征（图4），主量元素Pb、Sb、S、Fe 的含量范围分别是（35.33%～56.63%、23.45%～37.58%、16.77%～20.36%、0%～3.45%），这与硫锑铅矿（Pb=55.2%、Sb=26%、S=18.8%）、脆硫锑铅矿（Pb=40.1%、Sb=35.5%、S=21.7%、Fe=2.7%）的标准含量是基本一致的，由此可知矿床中是含有以这二者为代表的Pb-Sb硫盐矿物的[21，22]。

图4 Pb-Sb-S硫盐矿物体系三角图解[21，22]

4.1.3 次生氧化物

方锑矿（Sb2O3）：区内多有出露，且多数硅化。长柱状、不规则粒状。集合体多呈不规则状分布于辉锑矿边缘。w（Sb）为71.63%～84.32%，w（O）为9.38%～13.26%，平均值为10.77，而w（Si）为0.13%～4.25%，平均值为2.32%。跟理论值相比（Sb=83.54%，O=16.46%），Sb、O 均有一定的亏损。很重要一方面原因是由于辉锑矿的硅化现象十分严重，几乎所有的辉锑矿颗粒均有不同程度的硅化。

据上述含锑化合物矿物类型及组合特征可知，矿区内含锑化合物具有锑硫盐矿物—辉锑矿—锑的氧化物的生成顺序，并结合Sb 元素的价态特征（Sb5+—Sb3+），可推测出Sb的反应路径，这可能与百地金矿床所处的伸展环境有关，后期压力释放伴随着温度及氧逸度的降低，使Sb的不饱和程度逐渐降低，进而形成相应的含锑矿物。

4.2 金锑共生特征探讨

基于含锑化合物类型及其矿物共生组合特征，并结合前人在本地区有关矿物生成顺序的研究[1-5，23]，可知百地金矿具有石英、毒砂、黄铁矿→石英、锑的硫盐矿物、辉锑矿→锑的氧化物的矿物共生组合特征及生成顺序，主要的载金矿物是毒砂和黄铁矿，金、锑成矿是具有继承性的。另外从表1 和图5 可知，Au、As、Sb、Hg是属于高异常值，套合度高且相关性较强，另外分析金、锑矿床的位置特征，金矿体在异常值较高地段多有发现，某些锑矿化（点）在空间位置与金矿是重合的，表明二者有相同成矿物质来源的可能。