四川大渡河流域偏岩子金矿床地质特征及金的赋存状态

2022-03-30张燕李引尹鑫陈翠华王嘉欣杨玉龙邹发

矿产综合利用 2022年1期

张燕，李引，尹鑫，陈翠华，王嘉欣，杨玉龙，邹发

（1. 成都理工大学地球科学学院, 四川成都 610059；2. 贵州省黔南州福泉市工业和信息化局, 贵州福泉 550500）

大渡河成矿带地处康滇地轴北端，印度板块、华北板块和扬子地台的接合部位之间，研究程度高，是我国重要的金成矿富集区。该地区形成了以偏岩子金矿床、一柱香金矿床、二里沟金矿床、灯盏窝金矿床、黄金坪碲金矿床、狮子岩金矿床、韭菜坪金矿床、水堆窝金矿床等典型矿床为代表的大大小小60余处矿床（矿点），组成了有名的康定大渡河“金谷”[1-3]。偏岩子金矿床的最主要特征为含有大量氟镁石和硫盐矿物，这种规模大小的氟镁石型金矿床在国内外均属罕见。自发现以来不少学者该矿床进行了详细的研究，如矿物学特征[4-5]、沉淀机制、构造特征[6]、成矿机理[7]等。金的赋存状态研究一直是金矿床学研究的热点，其能够为成因矿物学提供重要的信息[8-9]，为研究矿床的来源提供直接或间接的证据[10]。

1 矿床地质特征

偏岩子金矿床地理上位于四川省康定市城南，距离市区4 km，大地构造位置处于康滇地轴北缘。区域内构造复杂，断层、褶皱广泛发育，构造运动控制着岩浆活动与成矿。主要矿体均分布在郭达山断裂两侧，在国内外均属罕见的氟镁石型金矿床[5-6]。

1.1 地层

矿区内主要出露前寒武系康定杂岩体和上三叠—下侏罗统地层。最主要的赋矿地层为震旦系灯影组（Z∈d），此外有部分矿体产出于泥盆系、志留系和上三叠—下侏罗统的寒风垭组（T3h）等地层中。

灯影组（Z∈d）：为一套灰至灰白色的浅海—潮坪相碳酸盐地层，主要由灰白色中—厚层状白云岩夹少量燧石层构成，其细晶白云岩以及富藻白云岩是矿区主要的赋矿层位。

寒风垭组（T3h）：分布在矿区南东侧，为一套灰至灰黑色的浅海碎屑岩地层，受到了较低程度的变质作用，主要岩性为碳质绢云千枚岩与碳质砂板岩互层[11]。

1.2 矿体特征

偏岩子金矿床受地层层位和断裂的双重控制，使得矿体在地表仅有少量出露，隐伏在地表之下的矿体占矿体总量的绝大部分。由于偏岩子金矿床独特的构造位置，矿体产状与地层产状基本一致，整体上呈带状近南北向分布。矿体走向约5～10°，整体为NNE-SSW向，倾角约35～65°。矿体宽度从北至南相差较大，北部矿体最大宽度大于100 m，南部矿体宽度最窄仅有15 m，南北之间的高度差为380 m。矿体主要产于震旦系灯影组白云岩中，形态主要呈脉状、网脉状。金的品位约为6.80～18.28 g/t[12]。区内发育了一系列断层和褶皱，主要矿体均分布在主大断裂和次级断裂的交汇部位，对成岩成矿起了主导性控制作用（图1）[13]。

图1 偏岩子金矿地质简图Fig.1 Simplified geological map of Pianyanzi Au deposit

含金矿体与围岩白云岩在空间上界限不清楚，不易在野外圈定矿体，在矿体的周围发现有基性的辉绿岩侵入。

1.3 矿石特征

偏岩子金矿床的矿石种类有5种，分别为氟镁石型、褐铁矿型、矿化蚀变型、多金属硫化物—石英—氟镁石型以及石英—黄铁矿型，其中氟镁石型是最主要的矿石类型。矿床中矿物种类多且复杂，前人已鉴定出的矿物种类就多达五十多种[14]。其中金属硫化物矿物主要为黄铁矿，硫盐矿物包括方铅矿、达硫锑铅矿、黝铜矿、车轮矿等，脉石矿物有氟镁石、石英、白云石、萤石等[15]，氧化物主要为受后期风化作用而形成的次生褐铁矿。矿化围岩主要由白云石和少量黄铁矿组成，其中黄铁矿化与矿化关系最为密切。

2 金的赋存状态

2.1 测试方法

本次测试的样品主要为富集黄铁矿、黝铜矿等金属矿物的矿石，通过对样品手标本及高倍显微镜下光薄片的观察，划分出不同类型的矿石类型，结合电子探针（EPMA）、扫描电镜（SEM）等现代测试分析方法，从而进一步确定偏岩子金矿床中金元素的赋存状态。电子探针测试和扫描电镜测试均在成都理工大学地球科学学院电子探针实验室完成，测试仪器型号为EPMA-1720型电子探针和Nova Nano SEM450型扫描电镜，电子束流范围 0.6 pA-200 nA，加速电压50 V-30 kV，该仪器具有成像立体感强、空间分辨率高、测试精度高的特点。

2.2 金的赋存状态

金元素的化学性质虽然稳定，但在自然界中却能以不同形式存在，因此，金矿床的类型多且在自然界的赋存状态也十分多样。前人按照金的化学状态将金的赋存形式划分为独立矿物、胶体、络合物和晶格金四种形式[13,16]。通过对偏岩子矿床多块光片进行电子探针及扫描电子测试得出偏岩子金矿床中金的赋存形式主要呈独立矿物、络合物和晶格金存在。

独立矿物形式：对矿石进行SEM扫描观察后发现了以独立矿物形式存在的粒状明金颗粒。颗粒多呈它形不规则状、椭圆状，粒度较小，多在5～20 µm范围内，不均匀的分散于黄铁矿、黝铜矿的颗粒内、裂隙间以及矿物边缘（图2）。

图2 黄铁矿（a）、黝铜矿（b）中Au颗粒扫描电镜图像及能谱分析Fig.2 SEM and energy spectrum analysis of Au particles in pyrite and tetrahedrite

络合物形式：电子探针数据分析结果（表1）表明As的范围为0.469%～8.566%，Au的变化区间为0.029%～0.11%。将黄铁矿的电子探针数据投入log As-log Au关系图中，结果显示投点均位于溶解度曲线下方，表明黄铁矿中的金以固溶体络合物的形式存在[17]（图3）。

图3 偏岩子金矿床黄铁矿的logAs-logAu关系[17]Fig.3 Relationship between logAs and logAu of pyrite

晶格金形式：电子探针测试结果表明（表1），矿物组成成分较复杂，除了Au、Ag、Fe、Cu等金属元素以外，还有少量Sb、As、S等元素。其中黄铁矿中Au的平均含量为0.050%，Ag的含量较低；黝铜矿中Au的平均含量为0.052%，Ag的平均含量为0.658%。与此同时偏岩子流体包裹体测试表明金的成矿温度主要为中低温（120～240℃）[18]。成矿热液在相对低温（＜300℃）条件下，快速形成的黄铁矿其表面具较多的空穴和缺陷，可以使Au以Au+形式进入到矿物中[19]，故推测晶格金的形成机理为黝铜矿中的部分Sb被As替代，然后Au通过类质同像形式取代As在黝铜矿晶格中的位置，从而形成晶格金。

表1 电子探针分析结果/%Table 1 EPMA results

2.3 金的嵌布形式

在扫描电镜下，对载金矿物及自然金的观察，发现金和载体矿物之间的嵌布形式有包裹金、裂隙金及晶隙金这三种形式。

包裹金：成矿早期，金被包裹在黄铁矿、黝铜矿内部（图4a），多呈粒状规则的分布，颗粒较小。

粒间金：主要呈它形不规则状或不连续脉状分布在黝铜矿、黄铁矿等载金矿物颗粒之间（图4b），也被称为晶隙金。粒间金的粒度是这三种自然金嵌布形式中最大的，最大粒度达2 mm，肉眼明显可见。

裂隙晶：在成矿中期，随着热液温度的降低开始出现黝铜矿，此时的金主要呈树枝状或脉状分布在结晶中的黝铜矿裂隙间，总体来说，裂隙金的粒径略大于包裹金的粒径（图4c）。

图4 金的嵌布特征Fig.4 Embedded characteristics of gold

2.4 金的形态及粒度

金的粒度在矿床中变化极大，根据金的颗粒粒度大小[20]划分出以下三种类别：明金（＞ 2 µm）、显微金（0.2～2 µm）、次显微金（＜ 0.2 µm）。在扫描电子显微镜下，针对载金矿物中金的形态、粒度进行了观察及统计（表2），发现金的颗粒粒度变化区间较大，从1.5～50 µm不等，主要集中在2～10 µm。其中黄铁矿中的金颗粒主要为粒状，大小2～6 µm为主，个别大于10 µm；黝铜矿中的金颗粒呈不规则状，粒度主要在7～15 µm之间。粒度统计结果该金矿床金的形态属显微金、明金的结论一致[20]。

表2 偏岩子矿床部分金的形态、粒度统计Table 2 Statistics of morphology and granularity of some gold in Pianyanzi Au deposit

3 载金矿物的特征

偏岩子矿床中的金非常分散，通过磨制矿石样品的光薄片并对其进行显微镜下观察鉴定，发现最主要的金属载金矿物为黄铁矿、黝铜矿，此外还有车轮矿、达硫锑铅矿等；非金属载金矿物包括石英、萤石、氟镁石等，其中以氟镁石为主；此外还有白铅矿、褐铁矿等氧化物载金矿物，但其金含量非常低。

黄铁矿：为该矿床中最主要的金属矿物，强金属光泽（受风化的黄铁矿金属光泽暗淡），多呈星散浸染状、团块状、星点状，多风化为褐铁矿，风化严重的矿石可呈蜂窝状构造（图5）。显微镜下反射色为亮黄色，粒径变化较大，主要集中在0.1～10 mm，自形—半自形结构，晶型可见立方体与八面体。黄铁矿在整个成矿热液期均有产出，在矿床中的分布最为广泛，常与其他脉石矿物、金属硫化物及硫盐矿物共生。按照矿物的共生组合关系可将成矿过程划分为多个时期，不同时期的黄铁矿含金性大不相同。在成矿早期，由于成矿热液温度较高，形成的黄铁矿颗粒最大，其含金性最好，而到了成矿晚期，成矿热液温度降低，生成的黄铁矿颗粒较小，金含量最低。