陳學崢, 周 力, 江滿容, 劉安璐, 劉文浩

(1.江蘇省地質調查研究院,江蘇 南京 210018; 2.中國地質大學(武漢) 資源學院,湖北 武漢 430074;3.中國地質大學(武漢) 逸夫博物館,湖北 武漢 430074)

黔東南地區是重要的金礦集中分布區,區內金礦床(點)眾多,勘查、開采歷史悠久。自1939年以來,貴州、湖南、廣西等地的地勘單位相繼于該區進行過地質找礦工作;進入20世紀90年代后,黔東南地區找金采金熱潮興起,已發現的20余處金礦床(點)均得到不同程度的開發。隨著勘查、開采程度的不斷提高,黔東南地區金礦床(點)已達50多個,部分金礦床實際開采出來的黃金儲量遠超預期,同時多位學者對黔東南地區的金礦特征、礦石質量、礦床成因、成礦規律等進行過深入研究[1-5]。不斷涌現的新礦床(點)和巨大的探采對比誤差,無不昭示著黔東南地區良好的找礦前景。

金井金礦床是黔東南地區一個較為典型的貧硫化物石英脈型金礦床,位于天柱縣下達—金井金礦田內。區內先后有多個單位開展過地質工作,積累了較為豐富的地質資料。前人對該礦床的研究主要集中于礦床地質特征、控礦因素、成礦時代、找礦思路等方面[6-9],對于礦床微觀尺度的成礦特征尚缺少清晰認識。本文在野外地質觀察基礎上,詳細介紹了金井金礦床礦石特征,并運用顯微觀察和電子探針分析,研究該礦床金的賦存狀態,以期為深入研究礦床成因和提高礦石選冶技術提供依據。

1 地質概況

黔東南地區處于揚子板塊與華夏板塊的接合部位,雪峰山構造帶的西南段[10-11]。區域上金礦床(點)分布受青白口系下江群淺變質碎屑巖、NE向褶皺—斷裂系統、EW向基底斷裂構造以及推測的隱伏斷裂和隱伏巖體的控制[12-14],成群成帶集中分布。金井金礦床即位于磨山—下達金礦帶的下達—金井金礦田內(圖1)。

圖1 下達—金井金礦田地質簡圖(據陶平[15]修改)Fig.1 Geological sketch of Xiada-Jinjing gold field

礦區構造主要表現為褶皺和斷裂(圖2)。金井背斜是礦區主要褶皺構造,軸向NE,北西翼傾向NW,南東翼傾向SE,背斜軸部和兩翼的層間滑動帶是礦區(含金)石英脈的賦存空間,為容礦構造。礦區存在NE、NW和EW向3組斷裂,其中EW向斷裂F7是本區的主要導礦構造[6]。

圖2 金井金礦區地質略圖Fig.2 Geological outline of Jinjing gold mine area

2 礦床地質特征

2.1 礦體特征

礦體以含金石英脈的形式產出于金井背斜兩翼層間滑動帶中。區內共有石英脈20余條,脈體呈單脈或復脈產出,其中含金石英脈為M6、M7、M10、M11、M20、M21、M19等7條(圖3)。下面以M6、M19號脈為例,介紹含金石英脈特征。

圖3 金井金礦床59勘探線剖面圖(據楊沖等[6]修改)Fig.3 59 exploration line profile of Jinjing gold deposit

M6號脈發現較早,于清朝時期已有開采,由老硐LD1控制。脈體呈似層狀產出于金井背斜南東翼,傾向SE,傾角為20°～35°。脈體走向長>800 m,傾向延深>220 m,厚0.1～0.67 m,平均厚0.4 m。金品位為0.79～60 g/t,平均為7.43 g/t。該含金石英脈與背斜北西翼的M20脈體相對應,為同一條含金石英脈。

M19號脈為新發現的礦脈,主要由平硐PD1、PD2控制,控制標高介于350～500 m。脈體呈似層狀賦存于金井背斜北西翼,走向NE,傾向NW,傾角為25°～40°。礦體走向長>500 m,傾向延深約200 m,厚0.5～1.1 m,平均厚0.87 m。金品位為0.51～21.8 g/t,平均為4.85 g/t。經對比可以發現,該脈體與背斜南東翼M8號脈為同一含金石英脈。

2.2 礦石特征

2.2.1 礦石組構

金井金礦床的礦石中金屬硫化物含量較少,占比約5%,屬于貧硫化物石英脈型金礦床。礦石中礦物組成簡單,主要金屬礦物為(含銀)自然金和與金共生的毒砂、黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦和閃鋅礦等硫化物;非金屬礦物則主要為石英,少量為方解石、白云母、綠泥石等。

礦石結構主要有自形—半自形粒狀、尖角狀交代、脈狀穿插、交代殘余等結構。礦石構造較為簡單,主要有塊狀、脈狀和條帶狀構造。

由圖17可知，faFM和waFM在Q方向和Lv方向的累積公差分別為0.6 mm和0.56 mm。將faFM和waFM的累積T-Map記的映射點記在Lv、Q方向的變動范圍分別為-0.28 mm～0.28 mm和-0.3 mm～0.3 mm。同理可得，在Mv、P方向的變動范圍分別為-0.28 mm～0.28 mm和-0.3 mm～0.3 mm。表3為圖16中faFM和waFM極限映射點及圖17圖對應映射點的規范重心坐標。

2.2.2 成礦階段

根據野外觀察及鏡下鑒定結果,確定金井金礦床的礦化過程僅存在熱液成礦期,依據礦物組合及穿插關系(圖4),又可進一步劃分為3個成礦階段(圖5)。

a.S1階段乳白色石英被S2階段石英—毒砂膠結;b.S3階段石英—多金屬硫化物充填于S1和S2階段脈體中圖4 各階段脈體穿插關系Fig.4 The interspersed relationship of vein in each stage

圖5 礦物生成順序Fig.5 Mineral generation sequence

第1階段為石英—自然金階段(S1),該階段形成厚大的石英脈體,石英呈白色、乳白色,致密塊狀(圖4-a,圖6-a),硫化物極少,含少量自然金。自然金顆粒粗大,但分布不均勻,可構成貧礦體,是金礦化的先導階段。

a.石英中的明金;b.石英中的裂隙金;c.毒砂粒間金;d.方鉛礦中的包裹金;e.毒砂呈自形—半自形粒狀結構;f.黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦交代黃鐵礦形成交代殘余結構;g.自然金呈尖角狀交代方鉛礦、黃銅礦;h.晚階段黃銅礦呈細脈狀穿切閃鋅礦;i.閃鋅礦呈尖角狀交代方鉛礦;Q.石英;Au.自然金;Apy.毒砂;Py.黃鐵礦;Ccp.黃銅礦;Sph.閃鋅礦;Gn.方鉛礦圖6 金礦物和主要硫化物顯微特征Fig.6 Microscopic characteristics of gold mineral and main sulfide

第2階段為石英—毒砂—自然金階段(S2),該階段表現為石英—毒砂脈充填于S1階段石英大脈兩側與圍巖接觸部位或者充填于其內部裂隙中,局部可見S1階段乳白色石英被S2階段石英—毒砂膠結(圖4-b,圖6-b～e)。該階段毒砂常呈自形—半自形粒狀,自然金賦存于石英或者毒砂中,是主要的金礦化階段。

第3階段為石英—多金屬硫化物—自然金階段(S3),該階段是金的重要富集階段,硫化物相對大量出現,種類增多,出現毒砂、黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦,石英則呈煙灰色。自然金與硫化物緊密共生,呈裂隙金、粒間金、包裹金形式產出(圖6-f～i)。但該階段分布局限,主要與S2階段疊加構成礦化的局部富集地段。

2.2.3 主成礦階段硫化物特征

毒砂:主要形成于S2階段,呈星散狀、脈狀、團塊狀分布于石英脈兩壁及內部裂隙中,以自形—半自形粒狀結構為主(圖6-e),粒徑大小懸殊,介于0.1～3 mm。毒砂是含量最多的硫化物,可以分為2個世代,早世代者結晶程度較好,顆粒較大;晚世代者較為破碎,粒徑相對較小。

黃鐵礦:主要生成于S3階段,呈他形與其他硫化物共生,少數呈自形—半自形粒狀散布于石英中,含量較少。其晶出時間較早,常見被方鉛礦、黃銅礦交代(圖6-f)。

方鉛礦:主要生成于S3階段,呈他形不規則狀分布于石英裂隙中,與黃銅礦、閃鋅礦和自然金密切共生,是重要的載金礦物,可指示礦石的高品位。其晶出時間相對較早,晚于黃鐵礦,早于其他硫化物(圖6-d、i)。

閃鋅礦:主要生成于S3階段,呈他形不規則狀與方鉛礦、黃銅礦共生,是次要的載金礦物,含量少于方鉛礦。其晶出時間晚于黃鐵礦,略晚于方鉛礦,早于黃銅礦和自然金,常可見被黃銅礦和自然金交代(圖6-h、i)。

黃銅礦:主要生成于S3階段,呈他形不規則狀與其他硫化物共生,是重要的載金礦物,含量與閃鋅礦相當。其晶出時間較晚,常見呈尖角狀交代方鉛礦和閃鋅礦(圖6-f、h)。

3 樣品采集、測試方法及分析結果

3.1 光薄片鑒定

采集礦區圍巖和不同類型礦石標本,制成光片9件、探針片8件。礦石的礦相學觀察在中國地質大學(武漢)資源學院巖礦鑒定實驗室完成,使用儀器為日本Olympus光學顯微鏡和美國Pixera數碼顯微攝像系統。

3.2 電子探針分析

對8件探針片進行了電子探針微區定量分析,測試礦物為主成礦階段的黃鐵礦、毒砂、金礦物以及圍巖清水江組變余凝灰巖中的條帶狀黃鐵礦。測試工作在武漢理工大學材料研究與測試中心完成,電子探針儀器型號為JXA-8230。

金井金礦床黃鐵礦電子探針分析結果見表1。礦石中熱液黃鐵礦的11個測點中有2個測點的金含量大于檢出限,分別為0.14%和0.04%。黃鐵礦主元素成分穩定,ω(Fe)=45.9%～47.4%,平均為46.8%;ω(S)=49.8%～52.4%,平均為51.6%;S/Fe原子計數比為1.86～1.95。圍巖中條帶狀黃鐵礦的4個測點中有2個測點的金含量大于檢出限,分別為0.14%和0.02%。ω(Fe)=46.9%～47.8%,平均為47.3%;ω(S)=51.8%～52.3%,平均為52.0%,S/Fe原子計數比為1.89～1.94。

表1 黃鐵礦電子探針分析結果Table 1 Electronprobe analysis results of pyrite

金井金礦區金礦物電子探針分析結果見表2。礦區金礦物成分以Au、Ag為主,ω(Au)=94.3%～97.6%,平均為96.1%;ω(Ag)=2.26%～4.66%,平均為3.41%。

表2 金礦物電子探針分析結果Table 2 Electronprobe analysis results of gold minerals

4 金的賦存狀態

4.1 可見金

通過鏡下顯微觀察,發現礦石中可見金主要以肉眼可見的明金賦存于石英脈中(圖6-a),或者以顯微金的形式賦存于石英和硫化物中。礦石中明金多以粒狀、細脈狀、不規則狀集合體的形式賦存于石英脈裂隙中,金礦物顆粒大小在0.5～3 mm,個別可達5 mm及以上。顯微金則呈粒狀、細脈狀、蠕蟲狀、不規則狀,其粒度大小主要集中于2～150 μm,主要載體礦物為石英、方鉛礦、黃銅礦和毒砂,次為閃鋅礦(圖6-b～d、g、i)。根據金礦物與載金礦物之間的嵌布關系,可知金礦物主要以裂隙金(圖6-b)、粒間金(圖6-c)和包裹金(圖6-d)的形式存在。裂隙金主要賦存于石英裂隙中,金礦物顆粒較大,常呈肉眼可見的明金。粒間金主要賦存于方鉛礦、黃銅礦、毒砂等礦物晶體間,顆粒大小一般介于幾微米到上百微米。包裹金則主要賦存于石英、方鉛礦、黃銅礦、閃鋅礦等礦物顆粒內部,金礦物粒度相對較小,一般為幾微米到幾十微米。

電子探針分析結果(表2)顯示,研究區金礦物成分以Au、Ag為主,屬于自然金—自然銀系列礦物,其中Au含量為94.3%～97.6%,Ag含量為2.26%～4.66%。根據張振儒[17]的分類方案,本礦床的金礦物種類主要為自然金,少數為含銀自然金。采用Boyle[18]的計算方法,金的成色變化于943～976之間,平均為961,金成色較高。王冰生[19]統計了國內金礦床金成色后,得出金的成色與成礦溫度成正相關。因此,金井金礦床較高的金成色表明礦床形成時成礦溫度較高。

4.2 不可見金

礦區兩種類型的黃鐵礦共有4個電子探針含金測點和11個不含金測點,證明礦區存在不可見金的同時亦說明其分布具有不均勻性。

不可見金通常具有2種存在形式,其一為超顯微包裹的納米金(又稱膠體金),其二為類質同象金(又稱固溶體金、晶格金)[20]。不同類型的金礦床,其黃鐵礦中固溶體金(Au+1)的溶解度(單位為mol%)存在一個極限值,Reich et al.[21]和Deditius et al.[22]研究表明,該極限值可以用Au-As的溶解度關系式CAu=0.02CAs+4×10-5或者CAu=0.004CAs+2×10-7表達。當Au在黃鐵礦中的含量低于上述Au-As關系式時,以固溶體金的形式存在;反之則會形成超顯微包裹的納米金。金井金礦床黃鐵礦電子探針分析結果顯示,礦區共有4個Au、As均檢測出的測點,其中2個測點的Au含量高于上述Au-As關系式,另2個測點Au含量則低于上述Au-As關系式。因此,初步認為礦區黃鐵礦中的不可見金以納米金和固溶體金2種形式存在。

5 結論

(1) 金井金礦床屬于貧硫化物石英脈型金礦,礦體以含金石英脈的形式產出于金井背斜兩翼層間滑動帶中,礦石的礦物組成簡單,主要礦石礦物為(含銀)自然金,與金共生的金屬硫化物主要為毒砂、黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦和閃鋅礦等。

(2) 金井金礦床熱液成礦期可以劃分為石英—自然金階段、石英—毒砂—自然金階段和石英—多金屬硫化物—自然金階段3個成礦階段。

(3) 礦區的金可以分為可見金和不可見金,可見金主要為自然金,成色高,賦存形式主要為裂隙金、包裹金和粒間金,載金礦物為石英、黃鐵礦、毒砂、黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦;不可見金則存在納米金和固溶體金2種形式,主要賦存于黃鐵礦等硫化物中。