滇東北火德紅鉛鋅礦床鉈超常富集的發現及其意義

周家喜, 楊智謀, 肖 嵩, 安蕓林, 羅 開

滇東北火德紅鉛鋅礦床鉈超常富集的發現及其意義

周家喜1, 2, 楊智謀1, 肖 嵩1, 安蕓林1, 羅 開1, 2

(1.云南大學 地球科學學院, 云南 昆明 650500; 2.云南省高校關鍵礦產成礦學重點實驗室, 云南 昆明 650500)

稀散元素也稱分散元素, 是指在地殼中豐度很低(多為10?9級)、且在巖石中極為分散的元素, 包括鎘(Cd)、鍺(Ge)、鎵(Ga)、銦(In)、鉈(Tl)、硒(Se)、碲(Te)和錸(Re)等八種元素(涂光熾等, 2003)。鉈(Tl)是一種典型稀散元素, 也是一種劇毒元素。鉈的地殼豐度為0.45×10?6(溫漢捷等, 2020), 主要以“稀”、“伴”、“細”特征共伴生于其他礦床中(陳駿, 2019; 溫漢捷等, 2019; 翟明國等, 2019; 侯增謙等, 2020; 胡瑞忠等, 2020)。

鉈獨立形成礦床的實例很少見, 目前我國報道的僅有云南南華砷鉈礦床(張興茂, 1998)、貴州濫木廠汞鉈礦床(張忠等, 1999)和安徽香泉鉈礦床(范裕, 2005)。一直以來, 鉈主要以共伴生組分從銅礦床和鉛鋅硫化物中作為綜合利用對象而被回收(涂光熾等, 2003; 溫漢捷等, 2020)。盡管鉈的毒性使其工業應用越來越受到限制, 但是鉈在光導纖維、輻射閃爍器、輻射屏蔽材料、光電透位、催化劑和超導材料等方面具有不可替代性(溫漢捷等, 2020), 屬于有毒但稀缺的戰略性關鍵礦產資源。

西南地區是我國低溫熱液礦床最集中發育的區域, 是華南大面積低溫成礦域的重要組成部分(黃智龍等, 2011; 胡瑞忠等, 2016), 也是我國主要的稀散金屬資源基地, 如云南的鉈儲量占全國鉈總儲量的94%(陶琰等, 2019)。除南華砷鉈礦床(張興茂, 1998)和濫木廠汞鉈礦床(張忠等, 1999)外, 西南地區的鉈主要伴生在以沉積巖為容礦圍巖的鉛鋅礦床中, 其中金頂礦床是目前最大的鉈礦床, 已知鉈儲量為9702 t(陶琰等, 2019)。對金頂鉛鋅礦床各類礦石(姜凱等, 2014)及黃鐵礦和白鐵礦(Wang et al., 2017)中Tl成礦規律的研究表明, 該礦床礦石中Tl的平均含量為(7.00~139)× 10?6, 黃鐵礦中Tl含量為(36.0~3660)×10?6, 而白鐵礦中Tl含量為(18.0~101)×10?6(Wang et al., 2017)。

最近, 筆者在研究滇東北火德紅鉛鋅礦床時, 發現該礦床硫化物礦石中Tl的含量為(19.0~98.9)× 10?6, 平均56.3×10?6, 黃鐵礦中Tl含量為(31.5~479)× 10?6, 而白鐵礦中Tl含量為(711~1410)×10?6, 顯著高于Tl的地殼豐度(0.45×10?6)和滇東北地區其他鉛鋅礦床中Tl的含量(如富樂鉛鋅礦床Tl相對最富集, 黃鐵礦Tl含量為(0.12~87.5)×10?6, 李珍立等, 2019)。硫化物礦石中Tl的富集程度相對地殼豐度超出200倍, 而白鐵礦中Tl的富集程度則超出3000倍。無論是硫化物礦石還是硫化物中Tl的富集程度, 均與金頂礦床Tl的富集程度在一個數量級上。這是繼云南大學周家喜研究員團隊發現鍺(楊德智等, 2020; 周家喜等, 2020a, 2020b)和硒(周家喜等2020c, 2021)超常富集(相對地殼豐度高達1000倍)以來的又一稀散元素超常富集重要發現。

根據Tl的一般工業指標, 鉛鋅礦石中Tl含量達到0.001%~0.01%, 即(10~100)×10?6, 白鐵礦和黃鐵礦中Tl含量達到0.1%~0.2%, 即(1000~2000)×10?6, 就達到了Tl的工業品位和綜合利用要求。因此, 火德紅鉛鋅礦床中的Tl達到了工業利用要求。

火德紅硫化物礦床賦存于中泥盆統曲靖組沉積巖中(圖1), 曲靖組主要由粗晶白云巖、泥質白云巖、泥巖夾碳質頁巖組成, 在礦區可分為三段: 下段為泥質白云巖、泥巖; 中段為砂質泥巖; 上段為粗晶白云巖、泥巖夾碳質頁巖。硫化物的直接賦礦圍巖為白云巖。火德紅硫化物礦床的礦石礦物主要有黃鐵礦、白鐵礦、閃鋅礦和方鉛礦等, 脈石礦物主要有白云石、方解石、石英等。目前, 火德紅硫化物礦床累計探明硫化物礦石量超過400萬t, 估算Tl資源量為225 t, 達到了中型共伴生Tl礦床規模(100~500 t), 遠景有望達到大型?超大型共伴生Tl礦床規模(>500 t)。

滇東北地區是我國重要的鉛鋅和稀散元素資源基地之一, 以往報道過本區鉛鋅礦床中鍺、鎘和鎵等稀散元素的超常富集, 本次火德紅鉛鋅礦床Tl超常富集的發現, 豐富了對研究區稀散元素共生分異與超常富集成礦的認識, 提煉稀散元素蘊含的成礦信息, 將更加完善對本區鉛鋅礦床成因的理解。此外, 不難發現, 金頂鉛鋅礦床中黃鐵礦中Tl的含量明顯比白鐵礦高, 而火德紅鉛鋅礦床中則相反, 是何原因導致不同礦床中黃鐵礦和白鐵礦中Tl含量的差異, 值得深入探究。因此, 建議開展研究區稀散元素超常富集機制和資源綜合利用研究, 解決制約稀散金屬資源利用技術瓶頸背后的核心科學問題。

圖1 火德紅鉛鋅礦床地質略圖(a)、剖面圖(b)和綜合柱狀圖(c)

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2021-03-17

國家自然科學基金項目(41872095、42002086)、國家重點研發計劃項目(2017YFC0602502)、云南大學引進人才科研啟動項目(YJRC4201804)、國家杰出(優秀)青年培育項目(2018YDJQ009)和云南省科技廳重點項目(2019FY003029)聯合資助。

周家喜(1982–), 男, 研究員, 主要從事戰略性關鍵礦產成礦理論與找礦預測研究。Email: zhoujiaxi@ynu.edu.cn

10.16539/j.ddgzyckx.2021.02.014