黔东南金井金矿床地质特征及金的赋存状态研究

陈学峥, 周 力, 江满容, 刘安璐, 刘文浩

(1.江苏省地质调查研究院,江苏 南京 210018; 2.中国地质大学(武汉) 资源学院,湖北 武汉 430074;3.中国地质大学(武汉) 逸夫博物馆,湖北 武汉 430074)

黔东南地区是重要的金矿集中分布区,区内金矿床(点)众多,勘查、开采历史悠久。自1939年以来,贵州、湖南、广西等地的地勘单位相继于该区进行过地质找矿工作;进入20世纪90年代后,黔东南地区找金采金热潮兴起,已发现的20余处金矿床(点)均得到不同程度的开发。随着勘查、开采程度的不断提高,黔东南地区金矿床(点)已达50多个,部分金矿床实际开采出来的黄金储量远超预期,同时多位学者对黔东南地区的金矿特征、矿石质量、矿床成因、成矿规律等进行过深入研究[1-5]。不断涌现的新矿床(点)和巨大的探采对比误差,无不昭示着黔东南地区良好的找矿前景。

金井金矿床是黔东南地区一个较为典型的贫硫化物石英脉型金矿床,位于天柱县下达—金井金矿田内。区内先后有多个单位开展过地质工作,积累了较为丰富的地质资料。前人对该矿床的研究主要集中于矿床地质特征、控矿因素、成矿时代、找矿思路等方面[6-9],对于矿床微观尺度的成矿特征尚缺少清晰认识。本文在野外地质观察基础上,详细介绍了金井金矿床矿石特征,并运用显微观察和电子探针分析,研究该矿床金的赋存状态,以期为深入研究矿床成因和提高矿石选冶技术提供依据。

1 地质概况

黔东南地区处于扬子板块与华夏板块的接合部位,雪峰山构造带的西南段[10-11]。区域上金矿床(点)分布受青白口系下江群浅变质碎屑岩、NE向褶皱—断裂系统、EW向基底断裂构造以及推测的隐伏断裂和隐伏岩体的控制[12-14],成群成带集中分布。金井金矿床即位于磨山—下达金矿带的下达—金井金矿田内(图1)。

图1 下达—金井金矿田地质简图(据陶平[15]修改)Fig.1 Geological sketch of Xiada-Jinjing gold field

矿区构造主要表现为褶皱和断裂(图2)。金井背斜是矿区主要褶皱构造,轴向NE,北西翼倾向NW,南东翼倾向SE,背斜轴部和两翼的层间滑动带是矿区(含金)石英脉的赋存空间,为容矿构造。矿区存在NE、NW和EW向3组断裂,其中EW向断裂F7是本区的主要导矿构造[6]。

图2 金井金矿区地质略图Fig.2 Geological outline of Jinjing gold mine area

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

矿体以含金石英脉的形式产出于金井背斜两翼层间滑动带中。区内共有石英脉20余条,脉体呈单脉或复脉产出,其中含金石英脉为M6、M7、M10、M11、M20、M21、M19等7条(图3)。下面以M6、M19号脉为例,介绍含金石英脉特征。

图3 金井金矿床59勘探线剖面图(据杨冲等[6]修改)Fig.3 59 exploration line profile of Jinjing gold deposit

M6号脉发现较早,于清朝时期已有开采,由老硐LD1控制。脉体呈似层状产出于金井背斜南东翼,倾向SE,倾角为20°～35°。脉体走向长>800 m,倾向延深>220 m,厚0.1～0.67 m,平均厚0.4 m。金品位为0.79～60 g/t,平均为7.43 g/t。该含金石英脉与背斜北西翼的M20脉体相对应,为同一条含金石英脉。

M19号脉为新发现的矿脉,主要由平硐PD1、PD2控制,控制标高介于350～500 m。脉体呈似层状赋存于金井背斜北西翼,走向NE,倾向NW,倾角为25°～40°。矿体走向长>500 m,倾向延深约200 m,厚0.5～1.1 m,平均厚0.87 m。金品位为0.51～21.8 g/t,平均为4.85 g/t。经对比可以发现,该脉体与背斜南东翼M8号脉为同一含金石英脉。

2.2 矿石特征

2.2.1 矿石组构

金井金矿床的矿石中金属硫化物含量较少,占比约5%,属于贫硫化物石英脉型金矿床。矿石中矿物组成简单,主要金属矿物为(含银)自然金和与金共生的毒砂、黄铁矿、方铅矿、黄铜矿和闪锌矿等硫化物;非金属矿物则主要为石英,少量为方解石、白云母、绿泥石等。

矿石结构主要有自形—半自形粒状、尖角状交代、脉状穿插、交代残余等结构。矿石构造较为简单,主要有块状、脉状和条带状构造。

由图17可知，faFM和waFM在Q方向和Lv方向的累积公差分别为0.6 mm和0.56 mm。将faFM和waFM的累积T-Map记的映射点记在Lv、Q方向的变动范围分别为-0.28 mm～0.28 mm和-0.3 mm～0.3 mm。同理可得，在Mv、P方向的变动范围分别为-0.28 mm～0.28 mm和-0.3 mm～0.3 mm。表3为图16中faFM和waFM极限映射点及图17图对应映射点的规范重心坐标。

2.2.2 成矿阶段

根据野外观察及镜下鉴定结果,确定金井金矿床的矿化过程仅存在热液成矿期,依据矿物组合及穿插关系(图4),又可进一步划分为3个成矿阶段(图5)。

a.S1阶段乳白色石英被S2阶段石英—毒砂胶结;b.S3阶段石英—多金属硫化物充填于S1和S2阶段脉体中图4 各阶段脉体穿插关系Fig.4 The interspersed relationship of vein in each stage

图5 矿物生成顺序Fig.5 Mineral generation sequence

第1阶段为石英—自然金阶段(S1),该阶段形成厚大的石英脉体,石英呈白色、乳白色,致密块状(图4-a,图6-a),硫化物极少,含少量自然金。自然金颗粒粗大,但分布不均匀,可构成贫矿体,是金矿化的先导阶段。

a.石英中的明金;b.石英中的裂隙金;c.毒砂粒间金;d.方铅矿中的包裹金;e.毒砂呈自形—半自形粒状结构;f.黄铜矿、方铅矿、闪锌矿交代黄铁矿形成交代残余结构;g.自然金呈尖角状交代方铅矿、黄铜矿;h.晚阶段黄铜矿呈细脉状穿切闪锌矿;i.闪锌矿呈尖角状交代方铅矿;Q.石英;Au.自然金;Apy.毒砂;Py.黄铁矿;Ccp.黄铜矿;Sph.闪锌矿;Gn.方铅矿图6 金矿物和主要硫化物显微特征Fig.6 Microscopic characteristics of gold mineral and main sulfide

第2阶段为石英—毒砂—自然金阶段(S2),该阶段表现为石英—毒砂脉充填于S1阶段石英大脉两侧与围岩接触部位或者充填于其内部裂隙中,局部可见S1阶段乳白色石英被S2阶段石英—毒砂胶结(图4-b,图6-b～e)。该阶段毒砂常呈自形—半自形粒状,自然金赋存于石英或者毒砂中,是主要的金矿化阶段。

第3阶段为石英—多金属硫化物—自然金阶段(S3),该阶段是金的重要富集阶段,硫化物相对大量出现,种类增多,出现毒砂、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿,石英则呈烟灰色。自然金与硫化物紧密共生,呈裂隙金、粒间金、包裹金形式产出(图6-f～i)。但该阶段分布局限,主要与S2阶段叠加构成矿化的局部富集地段。

2.2.3 主成矿阶段硫化物特征

毒砂:主要形成于S2阶段,呈星散状、脉状、团块状分布于石英脉两壁及内部裂隙中,以自形—半自形粒状结构为主(图6-e),粒径大小悬殊,介于0.1～3 mm。毒砂是含量最多的硫化物,可以分为2个世代,早世代者结晶程度较好,颗粒较大;晚世代者较为破碎,粒径相对较小。

黄铁矿:主要生成于S3阶段,呈他形与其他硫化物共生,少数呈自形—半自形粒状散布于石英中,含量较少。其晶出时间较早,常见被方铅矿、黄铜矿交代(图6-f)。

方铅矿:主要生成于S3阶段,呈他形不规则状分布于石英裂隙中,与黄铜矿、闪锌矿和自然金密切共生,是重要的载金矿物,可指示矿石的高品位。其晶出时间相对较早,晚于黄铁矿,早于其他硫化物(图6-d、i)。

闪锌矿:主要生成于S3阶段,呈他形不规则状与方铅矿、黄铜矿共生,是次要的载金矿物,含量少于方铅矿。其晶出时间晚于黄铁矿,略晚于方铅矿,早于黄铜矿和自然金,常可见被黄铜矿和自然金交代(图6-h、i)。

黄铜矿:主要生成于S3阶段,呈他形不规则状与其他硫化物共生,是重要的载金矿物,含量与闪锌矿相当。其晶出时间较晚,常见呈尖角状交代方铅矿和闪锌矿(图6-f、h)。

3 样品采集、测试方法及分析结果

3.1 光薄片鉴定

采集矿区围岩和不同类型矿石标本,制成光片9件、探针片8件。矿石的矿相学观察在中国地质大学(武汉)资源学院岩矿鉴定实验室完成,使用仪器为日本Olympus光学显微镜和美国Pixera数码显微摄像系统。

3.2 电子探针分析

对8件探针片进行了电子探针微区定量分析,测试矿物为主成矿阶段的黄铁矿、毒砂、金矿物以及围岩清水江组变余凝灰岩中的条带状黄铁矿。测试工作在武汉理工大学材料研究与测试中心完成,电子探针仪器型号为JXA-8230。

金井金矿床黄铁矿电子探针分析结果见表1。矿石中热液黄铁矿的11个测点中有2个测点的金含量大于检出限,分别为0.14%和0.04%。黄铁矿主元素成分稳定,ω(Fe)=45.9%～47.4%,平均为46.8%;ω(S)=49.8%～52.4%,平均为51.6%;S/Fe原子计数比为1.86～1.95。围岩中条带状黄铁矿的4个测点中有2个测点的金含量大于检出限,分别为0.14%和0.02%。ω(Fe)=46.9%～47.8%,平均为47.3%;ω(S)=51.8%～52.3%,平均为52.0%,S/Fe原子计数比为1.89～1.94。

表1 黄铁矿电子探针分析结果Table 1 Electronprobe analysis results of pyrite

金井金矿区金矿物电子探针分析结果见表2。矿区金矿物成分以Au、Ag为主,ω(Au)=94.3%～97.6%,平均为96.1%;ω(Ag)=2.26%～4.66%,平均为3.41%。

表2 金矿物电子探针分析结果Table 2 Electronprobe analysis results of gold minerals

4 金的赋存状态

4.1 可见金

通过镜下显微观察,发现矿石中可见金主要以肉眼可见的明金赋存于石英脉中(图6-a),或者以显微金的形式赋存于石英和硫化物中。矿石中明金多以粒状、细脉状、不规则状集合体的形式赋存于石英脉裂隙中,金矿物颗粒大小在0.5～3 mm,个别可达5 mm及以上。显微金则呈粒状、细脉状、蠕虫状、不规则状,其粒度大小主要集中于2～150 μm,主要载体矿物为石英、方铅矿、黄铜矿和毒砂,次为闪锌矿(图6-b～d、g、i)。根据金矿物与载金矿物之间的嵌布关系,可知金矿物主要以裂隙金(图6-b)、粒间金(图6-c)和包裹金(图6-d)的形式存在。裂隙金主要赋存于石英裂隙中,金矿物颗粒较大,常呈肉眼可见的明金。粒间金主要赋存于方铅矿、黄铜矿、毒砂等矿物晶体间,颗粒大小一般介于几微米到上百微米。包裹金则主要赋存于石英、方铅矿、黄铜矿、闪锌矿等矿物颗粒内部,金矿物粒度相对较小,一般为几微米到几十微米。

电子探针分析结果(表2)显示,研究区金矿物成分以Au、Ag为主,属于自然金—自然银系列矿物,其中Au含量为94.3%～97.6%,Ag含量为2.26%～4.66%。根据张振儒[17]的分类方案,本矿床的金矿物种类主要为自然金,少数为含银自然金。采用Boyle[18]的计算方法,金的成色变化于943～976之间,平均为961,金成色较高。王冰生[19]统计了国内金矿床金成色后,得出金的成色与成矿温度成正相关。因此,金井金矿床较高的金成色表明矿床形成时成矿温度较高。

4.2 不可见金

矿区两种类型的黄铁矿共有4个电子探针含金测点和11个不含金测点,证明矿区存在不可见金的同时亦说明其分布具有不均匀性。

不可见金通常具有2种存在形式,其一为超显微包裹的纳米金(又称胶体金),其二为类质同象金(又称固溶体金、晶格金)[20]。不同类型的金矿床,其黄铁矿中固溶体金(Au+1)的溶解度(单位为mol%)存在一个极限值,Reich et al.[21]和Deditius et al.[22]研究表明,该极限值可以用Au-As的溶解度关系式CAu=0.02CAs+4×10-5或者CAu=0.004CAs+2×10-7表达。当Au在黄铁矿中的含量低于上述Au-As关系式时,以固溶体金的形式存在;反之则会形成超显微包裹的纳米金。金井金矿床黄铁矿电子探针分析结果显示,矿区共有4个Au、As均检测出的测点,其中2个测点的Au含量高于上述Au-As关系式,另2个测点Au含量则低于上述Au-As关系式。因此,初步认为矿区黄铁矿中的不可见金以纳米金和固溶体金2种形式存在。

5 结论

(1) 金井金矿床属于贫硫化物石英脉型金矿,矿体以含金石英脉的形式产出于金井背斜两翼层间滑动带中,矿石的矿物组成简单,主要矿石矿物为(含银)自然金,与金共生的金属硫化物主要为毒砂、黄铁矿、方铅矿、黄铜矿和闪锌矿等。

(2) 金井金矿床热液成矿期可以划分为石英—自然金阶段、石英—毒砂—自然金阶段和石英—多金属硫化物—自然金阶段3个成矿阶段。

(3) 矿区的金可以分为可见金和不可见金,可见金主要为自然金,成色高,赋存形式主要为裂隙金、包裹金和粒间金,载金矿物为石英、黄铁矿、毒砂、黄铜矿、方铅矿和闪锌矿;不可见金则存在纳米金和固溶体金2种形式,主要赋存于黄铁矿等硫化物中。