西藏南木林縣浦桑果銅多金屬礦床礦石礦物特征及鈷、鎳元素賦存狀態研究

楊海銳, 鐘康惠*, 多 吉, 普布次仁, 高一鳴, 崔曉亮

1)成都理工大學, 四川成都 610059;2)西藏自治區地質礦產勘查開發局, 西藏拉薩 850000;3)西藏自治區地質礦產勘查開發局第六地質大隊, 西藏拉薩 850000;4)中國地質科學院礦產資源研究所, 國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室, 北京 100037

西藏南木林縣浦桑果銅多金屬礦床礦石礦物特征及鈷、鎳元素賦存狀態研究

楊海銳1), 鐘康惠1)*, 多 吉2), 普布次仁3), 高一鳴4), 崔曉亮1)

1)成都理工大學, 四川成都 610059;2)西藏自治區地質礦產勘查開發局, 西藏拉薩 850000;3)西藏自治區地質礦產勘查開發局第六地質大隊, 西藏拉薩 850000;4)中國地質科學院礦產資源研究所, 國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室, 北京 100037

西藏岡底斯成礦帶南木林縣浦桑果銅多金屬礦床是新發現的大型銅多金屬礦床, 該礦床以品位高,成礦元素復雜為其特征。本文應用野外地質編錄、顯微鏡鑒定、電子探針等手段對浦桑果礦床礦石礦物特征以及Co、Ni元素賦存狀態進行了研究。礦石礦物主要由黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、銅藍等組成。礦石中的有用元素除了銅、鉛鋅、銀外, 鈷、鎳元素是伴生有益組分, 礦石中主要Co-Ni元素獨立礦物為鎳輝砷鈷礦。通過電子探針分析, Co元素含量平均為17.87%, Ni元素含量平均12.66%, Co-Ni元素同時以類質同象置換鐵的形式賦存于金屬硫化物中, 黃銅礦平均含Co 0.04%、Ni 0.08%, 黃鐵礦平均含Co 0.40%、Ni 0.20%, 閃鋅礦平均含Co 0.14%、Ni 0.06%, 磁黃鐵礦平均含Co 0.79%、Ni 0.18%等。Co-Ni元素作為重要的伴生礦產,對提高礦床綜合利用價值, 豐富青藏高原礦床類型, 指導找礦工作部署具有重要的意義。

西藏; 岡底斯; 浦桑果; 礦石礦物特征; Co-Ni元素賦存狀態; 鎳輝砷鈷礦

Co、Ni元素都是重要的戰略金屬資源, 主要賦存在銅鎳硫化物礦床中, 如我國甘肅的金川銅鎳礦(賈恩環, 1986; 楊合群等, 1991; 劉民武等, 2003)、新疆哈密的黃山東銅鎳礦帶(毛景文等, 2002; 胡沛青等, 2010)。浦桑果銅多金屬礦區地處岡底斯成礦帶中段, 礦區南部為雅魯藏布江結合帶, 其成礦與區內花崗閃長巖密切相關(崔曉亮等, 2012)。西藏自治區地勘局地質六隊通過 4年的艱苦工作, 初步查明了該礦床的主成礦元素為銅、鉛鋅、銀, 是一個具有大型規模的銅多金屬礦床。在勘查過程中, 礦石中Co達到了伴生利用指標。但是, 對礦石特征的研究極為薄弱, Co、Ni等伴生組分的賦存狀態尚未查明, 為此作者對其礦石礦物、礦物組合、Co、Ni元素的賦存狀態進行了初步的研究, 這將有利于完善岡底斯成礦帶礦床類型, 有助于指導區域找礦。

1 礦床地質特征

浦桑果礦區位于岡底斯-念青唐古拉地體(Ⅱ)之岡底斯燕山-早喜馬拉雅期陸緣巖漿弧(Ⅱ1)西段, 南臨雅魯藏布江結合帶, 礦區出露地層為白堊系下統塔克那組(K1t)與古近紀之典中組(E1d), 地層總體傾向北, 走向近東西向。塔克那組(K1t)分為四個巖性段, 由下至上為灰-灰綠色安山巖、灰色灰巖、深灰色火山碎屑巖和灰-深灰色-黃褐色大理巖化, 矽卡巖化灰巖夾似層狀、條帶狀、透鏡狀矽卡巖及薄層狀安山質火山巖。典中組(E1d)巖性為火山碎屑巖、凝灰巖。第四系主要產出于山體坡角較緩處或山腳地帶(圖 1)。

礦區位于雅江深大斷裂北側, 礦區構造主要表現為斷層構造, 其主干構造由 F1逆斷層, F2平移斷層, F3逆斷層, F4、F5層間滑動斷層所組成。巖漿巖從中酸性至基性巖中均有產出, 主體是花崗閃長巖,其與礦區多金屬礦體的形成關系密切, 花崗閃長巖體(γδ62)大面積出露于礦區南西部, 該巖體產出時代為喜山期早期; 閃長玢巖(δμ62)產出于礦區中東部,侵入于塔克那組地層內, 為一侵入巖株; 輝石二長巖脈(ψη)有三條, 呈透鏡狀產出于典中組地層內。圍巖蝕變主要集中在巖體與地層接觸帶附近, 蝕變類型有矽卡巖化、硅化、綠泥石化、碳酸鹽化。其中以矽卡巖化與多金屬礦成礦關系最為密切。

圖1 浦桑果銅多金屬礦床地質略圖(據劉祖軍等, 2009簡化)Fig. 2 Geological map of the Pusangguo Copper Polymetallic Deposit (modified after LIU Zu-jun et al., 2009)

礦區產出有Ⅰ～Ⅵ號六個礦體, Ⅰ號礦體為本礦區的主礦體, 該礦體成礦元素多、 礦化集中、品位富、經濟價值高。 其產出于白堊系下統塔克那組第四巖性段(K1t4)矽卡巖化大理巖、灰巖層位中, 受該層位內的矽卡巖透鏡體控制, 產狀與矽卡巖一致;礦體傾向北, 傾角 30°～60°, 地表厚度變化較大, 礦體主要由平硐 PD01、PD02控制, 地球化學樣品分析數據表明(據劉祖軍等, 2010), PD01從30 m開始到109 m絕大部分樣品Co含量在200×10-6以上, 最高達到1441×10-6(圖1A, 數據引自劉祖軍等, 2010),PD02從 76 m開始到 100 m樣品 Co含量均在200 ×10-6以上, 最高達到 458×10-6(圖 1A, 數據引自劉祖軍等, 2010), 從西到東Ⅰ號礦體中普遍伴生Co元素, 含量較穩定, 因在普查階段為進行Ni元素地球化學樣品測試, 所以Ni元素在礦體中分布狀況不明, 但是考慮到 Co-Ni元素具有類似的地球化學特點, 推測區內Ni元素也達到伴生利用指標。Ⅱ號-Ⅵ號礦體規模較小, 其中Ⅱ號礦體、Ⅲ號礦體和Ⅴ號礦體為產出于礦區中部塔克那組(K1t4)灰巖地層內的矽卡巖小型透鏡體內, Ⅳ號礦體產出于礦區中部塔克那組(K1t4)灰巖與塔克那(K1t3)火山碎屑巖接觸部位, Ⅵ號礦體可能為Ⅰ號礦體向西的延伸?？傮w來說, 礦床礦石礦物分布較均勻, 礦物組合較簡單,為黃銅礦-方鉛礦-閃鋅礦組合或方鉛礦-閃鋅礦組合。

2 礦石礦物特征

浦桑果礦床以銅礦化、鉛鋅礦化為主, 銅礦化達到大型規模, 鉛鋅達到中型規模, 伴生鈷已達中型規模。本次采集礦區Ⅰ號主礦體礦石樣品表進行研究, 采樣位置為平硐PD01中66～70 m(圖1A)。礦石組成主要銅礦物有黃銅礦、銅藍等; 鉛礦物有方鉛礦; 鋅礦物為閃鋅礦。本次研究新發現獨立含Co-Ni礦物-輝砷鈷鎳礦, 其它常見金屬硫化物為黃鐵礦、磁黃鐵礦。脈石礦物主要有石榴子石、石英、方解石、綠泥石、綠簾石及粘土礦物等。

黃銅礦: 主要的銅礦物, 含量 3%～20%。呈稠密浸染狀(圖2a, b, c, d), 常充填于矽卡巖造巖礦物粒間或伴隨強硅化、矽卡巖化產出(圖2c,d)。鏡下見黃銅礦呈他形粒狀結構(圖2f), 粒度變化較大, 粗粒黃銅礦粒徑變化于 3.50～5.50 mm 之間(圖 2j);細粒黃銅礦呈固溶體分離乳滴狀結構定向或無定向產于閃鋅礦中, 粒徑變化于 20～30 μm 之間(圖 2f)。經電子探針分析(表 1), 黃銅礦成分中含 微 量 但 較 均 勻 的 Co(0.02%～0.04%)、Ni(0.09%～0.1%) 、 As(0.04%～0.27%) 、Se(0.09%～0.19%)、Sb(0.02%～0.19%)、Te(0.12%), 呈乳滴分布于閃鋅礦中的黃銅礦成分中還含有微量的Zn(1.81%)。黃銅礦計算所得分子式為: Cu0.99Fe0.99S2,接近標準分子式CuFeS2。

圖2 浦桑果銅多金屬礦床礦石礦物鏡下特征Fig. 2 Ore minerals in the Pusangguo copper polymetallic deposit

黃鐵礦: 含量在2%～5%之間, 黃鐵礦見兩種構造, 一為稠密浸染構造呈粗粒團塊集合體狀產出;二為脈狀構造, 呈細脈狀產出。鏡下見黃鐵礦呈半自形粒狀結構, 粗粒黃鐵礦粒徑在1.80～2.00 mm之間, 多發生碎裂(圖2e), 細粒黃鐵礦晶形不規則, 粒徑在50～110 μm之間(圖2f)。兩種黃鐵礦的電子探針測試結果列于表 1中, 成分差別不大, 均含有微量的Co(0.3%～0.49%)和Ni(0.06%～0.33%), Zn(0.19%)和 Se(0.01%～0.04%), 經過計算, 黃鐵礦分子式為Fe1.03S2, 與標準分子式FeS2接近。

方鉛礦: 主要的鉛礦物,含量在 10%～30%之間,與黃銅礦伴生的方鉛礦及閃鋅礦多成稠密浸染狀(圖 2a), 局部集中發育的方鉛礦與閃鋅礦呈條帶狀構造(圖 2b), 鏡下方鉛礦呈自形粒狀結構, 純白色反射色, 礦物粒徑范圍一般變化于 5～10 mm之間, 偶見最大顆粒可以達到粒徑1.5 cm(圖2g-i)。電子探針分析結果顯示(表 1), 方鉛礦中普遍含微量的Fe(0.07%～0.18%)和 Se(0.11%～0.26%) , 部分含 Co(0.07%), Ni(0.03%～0.13%)和 As(0.05%～0.07%)等元素(表 1), 分子式為 Pb1.06S, 接近標準分子式PbS。

鐵閃鋅礦: 礦石中含量為10%～30%, 與方鉛礦共生, 呈稠密浸染狀構造和條帶狀構造, 鏡下見閃鋅礦大多呈半自形-它形晶粒狀結構, 與方鉛礦共生,與黃鐵礦黃銅礦伴生(圖2g-j), 或和黃銅礦形成固溶體分離乳滴狀結構, 閃鋅礦是主晶, 乳滴狀黃銅礦是客晶(圖 2j)。電子探針分析結果顯示(表 1), 閃鋅礦中微量元素有 Co(0.1%～0.2%)、Ni(0.03%～0.08%)、Cu(0.11%～0.52%)、As(0.33%～0.49%)、Se(0.27%～0.31%)、Sb(0.08%～0.14%)、Te(0.06%～0.14%)等, 分子式為Fe0.11Zn0.88S, 屬于鐵閃鋅礦。

磁黃鐵礦: 礦石中含量為1%～5%, 呈稀疏浸染狀構造, 鏡下見磁黃鐵礦呈乳黃色微帶粉褐色反射色, 在黃銅礦中呈粒徑為 20～120 μm 的礦物包體,為固溶體分離結構(圖 2k)。電子探針分析結果顯示(表 1), 磁黃鐵礦主要微量元素有 Co(0.79%)、Ni(0.18%)、Cu(1.14%)、Se(0.08%)等, 分子式為Fe0.87S。

銅藍: 次要含銅礦物, 含量在 1%～5%, 呈浸染狀, 鏡下呈淺藍色反射色, 為半自形粒狀結構, 粒度較細, 為 10～50 μm(圖 2i)。電子探針分析結果顯示(表1) ,分子式為: Cu0.98S。

鎳輝砷鈷礦: 含量一般為1%～5%。主要以星點狀或分散狀礦物包體分布于黃銅礦中, 為固溶體分離結構, 由于礦物細小, 光性與黃銅礦相近, 所以鏡下觀察沒有發現。在BSE圖像上, 輝鈷礦呈亮度較高的半自形小顆粒, 一般粒徑為 2～5 μm, 最大可達25 μm(圖4a, b, f), 電子探針分析顯示(表1), 其主要 由 S(19.68%～21.72%)、 Fe(3.51%～6.91%)、Co(15.05%～21.55%) 、 Ni(10.49%～14.43%) 、As(39.63%～42.64%)等元素組成, 同時含有微量的Cu(0.38%～1.99%)、Zn(0.04%～0.27%)、Se(0.57%～0.84%)、Sb(0.11%～0.36%)、Te(0.06%～0.08%)等元素,經過計算其分子式為: (Fe0.15Co0.47Ni0.34)0.96As0.87S。

3 Co-Ni元素的賦存狀態討論

3.1 Co-Ni元素的地球化學特點及主要賦存狀態

3.1.1 Co-Ni元素的地球化學特點

Co, Ni均是鐵族元素, 原子半徑相近, Fe的原子半徑為140 pm, Co的原子半徑為135 pm, Ni的原子半徑為135 pm(Slater, 1964)。Co2+, Ni2+的離子交換指數與Fe2+相同(表2), 所以與鐵能在較大范圍內形成類質同像物質, 包括各類鐵氧化物和含鐵的鹽類礦物(劉英俊等, 1984)。另外, Co2+、Ni2+的離子交換指數與Cu2+、Mg2+、Mn2+等也相同或相近似(表2)。因此, Co、Ni都可能以類質同象代換形式進入各類銅、鎂和錳的礦物中, 只是Co2+、Ni2+與Cu2+、Mg2+和 Mn2+的類質同象能力較弱(劉英俊等,1984)。

3.1.2 Co, Ni元素在自然界的賦存狀態

世界鈷資源絕大部分來自于硫化物和類硫化物中呈分散態的鈷, 鈷多作為伴生金屬礦產, 以鈷獨立礦物產出或者以鈷為主工業礦床非常少見, 此類內生含鈷礦床的礦床類型主要為硫化銅鎳礦床; 矽卡巖或熱液多金屬親硫元素礦床; 黃鐵礦礦床和鎳鈷砷化物礦床(鐘漢, 1987)。在這些礦床中鈷礦物和含鈷礦物主要以兩種形式產出, 一是以硫化物和類硫元素(As、Se、Te) 化合物形式產出, 如硫鈷礦、砷鈷礦、輝砷鈷礦等; 二是鈷元素以類質同象代換的形式進入鹽類礦物和氧化物礦物及各類鐵和含鐵的硫化物中乃至砷、硒和碲化物的礦物晶格中, 如黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、毒砂、砷鐵礦、硒鐵礦和碲鐵礦等。載鈷的鐵和含鐵硫化物及類硫化物是提取鈷的重要原料(陳彪等, 2001); 鈷元素在表生帶中形成含鐵硫酸鹽、砷酸鹽、碳酸鹽、鐵氧化物及氫氧化物, 在這些礦物中鈷仍以類質同像狀態代替鐵, 鐵的氧化物和氫氧化物中的鈷元素難以分選,所以不能作為鈷的資源(陳彪等, 2001)。

表2 鈷元素與相似元素的離子交換指數(劉英俊等, 1984)Table 2 Ion exchange indexes of cobalt and similar elements(LIU Ying-jun et al., 1984)

目前已知含鎳礦物約50余種, 與Co元素類似,Ni元素也是作為伴生金屬產出于銅鎳硫化物礦床,在礦床中 Ni元素亦多以類質同象代換形式進入鐵硫化物及含鐵硫化物中, 如磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、紫硫鎳鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦等, 或形成含 Ni的獨立礦物如針鎳礦、紅砷鎳礦、砷鎳礦、鎳輝砷鈷礦等; Ni元素在表生帶中的產狀, 是其在內生礦物中狀態的繼承和演化, 在表生條件下, 超基性巖風化形成鎳紅土礦, 鎳主要以鎳褐鐵礦形式存在。

3.2 Co-Ni元素的賦存狀態

3.2.1 Co-Ni元素獨立礦物

筆者在顯微鏡下仔細觀察了浦桑果礦區金屬礦物光片, 并沒有發現明顯的鈷的獨立礦物, 在 BSE圖像上, 把礦物放大 1000～5000倍, 發現在黃銅礦和穿插黃銅礦的黃鐵礦細脈中有顏色較淺的細粒礦物, 呈半自形-他形粒狀, 一般直徑約2～5 μm, 最大可達25 μm(圖3a, b, f), 通過電子探針分析(表1), 證明為Co-Ni元素的獨立礦物鎳輝砷鈷礦, 主要由Fe、Co、Ni、As四種元素組成, 計算得到其化學式為Fe0.15Co0.47Ni0.34)0.96As0.87S。鎳輝砷鈷礦的Fe、Co、Ni三種元素總和含量穩定在 35.23%～36.16%之間(圖 4c-e), 其中 Fe元素含量變化相對較小(3.51%～6.91%, 圖4a), 而Co元素與Ni元素在總和含量相對穩定的前提下含量互補(圖 4a～e), 說明三種元素占據相似的晶格位置, 近15%的Co元素以類質同象被Fe和Ni元素替代了。

圖3 浦桑果銅多金屬礦床鎳輝砷鈷礦的背散射電子圖像、元素面掃描圖像Fig. 3 Back-scattered electron images and X-ray scanning images of cobaltite in the Pusangguo copper polymetallic deposit

圖4 浦桑果銅多金屬礦床鎳輝砷鈷礦中Co, Ni含量與Fe含量的關系Fig. 4 Relatioship between Co-Ni content and Fe content of cobaltite in the Pusangguo copper polymetallic deposit

為了進一步研究這種礦物在黃銅礦和黃鐵礦細脈中的分布情況, 對光片分別進行了 Co-Ka-X射線面掃描、Ni-Ka-X射線面掃描和As-Ka-X射線面掃描, 掃描結果發現了比較明顯且廣泛分布的Co元素、Ni元素、As元素的集中點, 這些集中點和 BSE圖像上呈亮色粒狀的礦物位置套合, 均為鈷的獨立礦物鎳輝砷鈷礦, 可以看出鎳輝砷鈷礦主要以細粒包裹體的形式賦存于黃銅礦中, 分布廣泛(圖 3a～i)。

3.2.2 Co-Ni元素在區內金屬礦物中的賦存狀態和分布特征

Co-Ni元素在各礦石礦物中分布特點變化關系見圖(圖5a, b), 可以看出Co-Ni元素在黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦等礦物中的含量遠低于鎳輝砷鈷礦中 Co-Ni的含量。除了鎳輝砷鈷礦, 相對而言, Co-Ni元素在黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、閃鋅礦等含鐵礦物中的含量較高(圖 5b),Fe、Co、Ni三種元素總含量比較穩定, Co、Ni兩種元素總量與Fe元素含量呈反比(圖5c～e), 說明兩種元素是以類質同象置換 Fe元素的形式賦存于礦物中。在勘察伴生 Co-Ni資源時除了鈷獨立礦物鎳輝砷鈷礦之外, 這些載 Co-Ni礦物也是不容忽視的。而在方鉛礦中Co-Ni元素并沒有互補的關系(圖5f)。

圖5 浦桑果銅多金屬礦床礦石礦物中Co, Ni含量與Fe含量的關系Fig. 5 Relatioship between Co-Ni content and Fe content of ore minerals in the Pusangguo copper polymetallic deposit

4 結論

通過以上研究及討論得出以下結論:

1)浦桑果礦床礦石礦物以一套中低溫熱液礦物組合為特征, 礦石礦物主要有黃銅礦、銅藍、方鉛礦、鐵閃鋅礦、鎳輝砷鈷礦等, 在鎳輝砷鈷礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦中含有大量 Co-Ni元素, 可以作為伴生礦產。

2)礦石中載Co-Ni礦物主要為Co-Ni獨立礦物-鎳輝砷鈷礦, 同時Co、Ni元素還以類質同象置換鐵的形式, 微量賦存于黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、閃鋅礦等礦物中。礦石含礦元素為Cu-Pb-Zn-Co-Ni組合, 這在岡底斯成礦帶是獨一無二的, 礦石既可以綜合開發利用, 又為我們提供了新的礦床類型。致謝: 本文在寫作過程中得到了中國地質大學(北京)科學研究院實驗中心郝金華副教授的幫助, 在此表示感謝！

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A Study of the Characteristics of Ore Minerals and the Modes of Occurrence of Co-Ni in the Pusangguo Copper Polymetallic Deposit, Namling County, Tibet

YANG Hai-rui1), ZHONG Kang-hui1), Dorji2), Phurbu Tsering3), GAO Yi-ming4), CUI Xiao-liang1)
1)Chengdu University of technology, Chengdu, Sichuan610059;2)Tibet Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration, Lhasa, Tibet850000;3)No. 6 Geological Party, Tibet Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration, Lhasa, Tibet850000;4)MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037

Located in the Namling Country of Tibet, the Pusangguo copper polymetallic deposit is a skarn-hydrothermal vein type deposit and lies in the eastern part of the Gangdise belt. The ore mineral compositions and the modes of occurrence of Co-Ni were systematically studied in this paper. The ores are made up of some complex medium-low temperature hydrothermal minerals, such as chalcopyrite, pyrite, galena,marmatite, pyrrhotite and covellite. The modes of occurrence of Co-Ni revealed by means of microscope and scanning electron microprobe indicate that Co-Ni are mainly present as cobaltite (Co 17.87%, Ni 12.66%); and are also scattered in ferrous sulfides, such as chalcopyrite (Co 0.04%, Ni 0.08%), pyrite (Co 0.40%, Ni 0.20%),sphalerite (Co 0.14%, Ni 0.06%), and pyrrhotite (Co 0.79%, Ni 0.18%), in which Co-Ni exist in the form of isomorphous replacement of Fe. The results indicate that there exists a new type of mineralization in the Gangdise belt, and this discovery supplies important information for further exploration.

Tibet; Gangdise; Pusangguo; ore mineral composition; modes of occurrence of Co-Ni; cobaltite

P618.4; P618.62; P618.63

A

10.3975/cagsb.2012.04.22

本文由國家973項目(編號: 2011CB403103)和青藏專項(編號: 1212011085529)聯合資助。

2012-06-08; 改回日期: 2012-07-05。責任編輯: 閆立娟。

楊海銳, 女, 1987年生。碩士研究生。主要從事區域成礦學、礦物學方向研究。通訊地址: 100037, 北京市西城區百萬莊大街26號中國地質科學院礦產資源研究所。E-mail: 381517255@qq.com。

*通訊作者: 鐘康惠, 男, 1964年生。博士, 教授。主要從事構造地質學、礦床學研究。