菲律賓達沃砂金礦中金汞礦物研究及其找礦意義

黃紹鋒

(中國黃金集團公司，北京 100011)

0 引言

巴西亞馬遜流域成功的砂金找礦經(jīng)驗，即通過砂金找礦推動整個原生金礦找礦經(jīng)驗是值得借鑒的。用成因礦物學的思想方法和理論體系來研究認識礦物特征，進而了解礦物的形成條件與環(huán)境，并用找礦礦物學的思維觀念來指導找礦工作將有力地促進地質(zhì)找礦工作取得進展，也有利于提高找礦效率(陳光遠等，1987)。本文試圖通過對菲律賓群島達沃砂金礦的金汞礦物特征研究，進而分析金汞礦物形成的條件和環(huán)境，來探求達沃地區(qū)的金、鉑、汞等礦產(chǎn)的找礦信息，以便為該地區(qū)的找礦提供有益幫助和啟示。

1 達沃砂金礦床地質(zhì)背景

達沃砂金礦床位于菲律賓棉蘭老島南部達沃灣海濱，是一個以金品位高、所含有用元素多為特征的砂金礦床。在區(qū)域上，達沃砂金礦位于菲律賓大斷裂的最南端，與東部(達沃灣東部)的馬斯拉石英脈型火山一次火山巖金礦相鄰(圖1)。該地區(qū)出露地層主要是中侏羅－上新世的火山沉積巖層及海相沉積巖系，其巖性主要為各種成分的火山碎屑巖及海相砂巖、頁巖及少量礁灰?guī)r和煤系沉積。從時間上來看，火山碎屑成分具有由老至新由超基性向酸性演化過渡的特點。此外還有第四紀沉積層，這與達沃砂金礦深切相關。中新代巖漿活動具有東部強，西部弱的特點，從蘇里高到達沃灣火山碎屑成分具有由老至新由超基性向酸性演化過渡的特點。此外還有第四紀沉積層，這與達沃砂金礦深切相關。如圖1所示，棉蘭老島地區(qū)的斷裂構(gòu)造活動具有東部強烈而西部較弱的特點，這與菲律賓大斷裂關系非常密切。從總體上看，該地區(qū)，主要發(fā)育兩組方向的高角度斷層，即北北東和北西向兩組，顯然與的構(gòu)造線方向，性質(zhì)是一致的。中新代巖漿活動具有東部強，西部弱的特點，從蘇里高到達沃灣形成了一個火山活動帶，巖漿侵入活動也非常強烈，且侵入體的形態(tài)，明顯受到斷裂構(gòu)造的控制(肖振民，1985)。

該地區(qū)的礦產(chǎn)目前主要有斑巖銅礦、金礦、鉑、鎳等，以及砂金礦。

圖1 棉蘭老島區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional Geological Map of Mindanao Islands，Philippines1－島弧系中的增生洋殼;2－島弧系的沉積盆地;3－前侏羅紀變質(zhì)巖;4－新生代沉積區(qū);5－中酸性侵入巖;6－高角度斷層;7－金礦床;8－達沃砂金礦1－accreted ocean crust of island arc－system;2－sedimentary basin in island arc－system;3－pre－Jurassic metamorphic rocks; 4－Cenozoic sedimentary area;5－intermediate－acid intrusive rocks;6－h(huán)igh－angle faults;7－Gold Placer;8－Davao Gold Placer

2 達沃砂金礦重礦物組合

通過重砂礦物鑒定和化學分析發(fā)現(xiàn)，菲律賓達沃砂金礦重礦物主要由磁鐵礦、鉻鐵礦、鈦赤鐵礦、赤鐵礦、貴橄欖石、鋯石、石英、金紅石、黃鐵礦等組成(表1)。礦石礦物除自然金等外，尚有鉑族元素礦物粗鉑礦和等軸鋨銥礦。以上三種礦物在該重礦物樣品所占重量百分含量依次為 0.05wt%、0.03wt%及0.01wt%。鉑族元素礦物、鉻鐵礦和貴橄欖石是達沃砂金礦重砂礦物組合的標型礦物，這些礦物的出現(xiàn)反映了達沃地區(qū)的幔源巖漿活動特點以及該地區(qū)的成礦地質(zhì)條件(J.M.Boirat，1986)，并提供了該地區(qū)可能存在源幔物質(zhì)活動的信息。

金紅石、鋯石、黃鐵礦和石英的化學成分份，尤其是微量元素含量及其在礦物中的分布與我國砂金礦也有明顯差異(潘兆櫓等，1979):

金紅石(Rutile)含 TiO2為 97.72wt%，V2O50.58%，Ta2O5為 0.38wt%，Nb2O5為 0.16wt%，Ce2O3為0.35wt%，Y2O5為0，而且具有 Ta2O5＞Y2O5的特點;

鋯石(Zircon)含 ZrO2為 4.29%，H5O2為1.49%，MgO為0.04%，Cr2O3為0.07%，V2O5為0.04%，TiO2為0.04%，UO2為0.22%，ThO20.04%。

上面兩種礦物都含有Ti、Mg、Gr、Fe、V、U＞Th，是超基性－基性巖漿活動的特征。

黃鐵礦(Pyrite)含Au為0.086%(0～0.17%)，Ag為0.150%(0.13%～0.17%)，Se為0.03%，Bi為0.277%。顯然，其成分特點不同于我國膠東半島中的金礦床中的黃鐵礦;

石英(Quartz)含Au為0.14%，Cr2O3為0.17% (最大值 0.34wt%)，TiO2為 0.165%(最大值0.33wt%)，Ce2O3為 0.335%，Ca2O3為0.100%，Y2O3為0.91%，Ce2O3+Ca2O3＞Y2O3。

此外，鋯石顆粒中Hf含量分布不均勻，中間富而在邊部減少，這與礦化作用有關。

綜上所述，達沃砂金礦中的重礦物組成及其特點是與該地區(qū)的地質(zhì)背景緊密相連的。

3 達沃砂金礦中金汞礦物標型特征

汞是自然界中一種常見的金屬元素，它不僅在地殼的各類巖石中有著廣泛的分布，而且在地殼外部的水圈、大氣圈和生物圈中也普遍存在。但與其他賤金屬元素相比，其含量相對是少量或微量的。地殼中99.8wt%的汞均呈分散狀態(tài)賦存于各類巖石之中，而僅有0.02%的汞才集中富集成為礦床。汞在自然界呈自然元素或Hg2+的離子化合物存在，具有強烈的親硫性和親銅性。目前，已發(fā)現(xiàn)的汞礦物和含汞礦物約有20多種。其中，大部分是汞的硫化物，其次是少量的自然汞、硒化物、碲化物、硫鹽、鹵化物及氧化物等。常見的礦物主要有:自然汞(Hg)、辰砂(HgS)、黑辰砂(HgS為辰砂的同質(zhì)多象變體)、灰硒汞礦(HgSe)、輝汞礦(Hg(S，Se))、碲汞礦(HgTe)、甘汞(Hg2Cl2)、氯汞礦(Hg4Cl2O)、硫汞銻礦(HgSb4S7)和汞的金銀礦物等。

表1 達沃砂金礦重礦物組合Table 1 Combination of heavy minerals from the Davao Gold Placer

汞作為常溫下唯一的液態(tài)金屬，其熔點是最低的，熔點為 －38.87℃，沸點 356.6℃，比重13.595，蒸氣比重6.9。汞溶于硝酸和熱濃硫酸，但與稀硫酸、鹽酸、堿都不起作用。很多金屬能溶于汞形成汞齊。形成汞齊的難易程度，與金屬在汞中的溶解度有關。一般說來，與汞性質(zhì)相近的金屬易于溶解。元素周期表中的同族元素，隨原子序數(shù)的增加，在汞中的溶解度也增加。鉈在汞中的溶解度最大，鐵在汞中的溶解度最小，鐵是最典型的不能形成汞齊的金屬，除此之外，幾乎所有的金屬都能形成汞齊。

自然界中，金與汞結(jié)合形成金屬互化物，即包括金汞齊在內(nèi)的金汞礦物。汞的最重要用途之一就是利用金溶于汞的特性而用于金礦選礦即混汞提金。

早在1929年Pabst就對Au－Hg系列礦物進行了人工合成實驗和研究，N.H.普拉克西思也作了許多工作。他們合成的礦物有:r－Au5Hg、Au3Hg、Au2Hg、Au-Hg、Au2Hg3等。與它們成分相當?shù)奶烊坏V物基本都已找到，相反對圍山礦(Au3Hg2)還缺少人工合成資料(陳克樵等，1981，E.Z.Pabst，1929)(表2)。

3.1 形態(tài)特征

本次研究在達沃砂金中發(fā)現(xiàn)了上述系列中的四種金－汞系列礦物，即自然金(Non－mercurous native gold)、含汞自然金(Mercurous native gold)、金汞齊(Goldmalgam)及 r－汞金礦(r－Goldmalgamite)，其中前兩者是以單獨的礦物顆粒存在，而后兩者是以前兩者的顆粒鑲邊而存在。其形態(tài)多呈圓粒狀，可見有不規(guī)則粒狀。顆料大小一般在0.01～0.1mm范圍的變化，最大者粒徑達1mm，在整個重砂樣品未發(fā)現(xiàn)自然金晶體。其顏色為金黃色，強金屬光澤，黃色條痕，延展性強，硬度低，在礦物顆粒表面可見有許多凹坑。

3.2 物理性質(zhì)

在反光顯微鏡中自然金為淺金黃色，帶紅色色調(diào)，而含Hg的礦物則略帶淺綠色色調(diào)，反射多色性不明顯，它們的反色率值如表2。綜合前人資料(王濮，1982;徐國風，1982)，金－汞系列礦物反射光譜如表3、圖2。總體上金－汞系列礦物反射力具有隨波長增加而增強的特點。與此同時，隨著礦物中汞含量成份由少至多，金－汞系列礦物反射力具有由強－弱－強的變化特征。

表2 Au－Hg礦物礦物學特征Table 2 Mineralogical characteristics of Au－Hg minerals

圖2 Au－Hg礦物反射率光譜曲線(★據(jù)田澍章，1989;其它數(shù)據(jù)由地礦部煤測中心測試)Fig.2 Reflectivity Spectrum Curve of Au－Hg Minerals(★According to Tian Shuzhang，1989;other data is tested by Coal Measurement Center，Ministry)of Geology and Mineral Resources.1－自然金;2－含汞自然金;3－汞自然金★;4－益陽礦★;5－金汞齊(Ra);6－金汞齊(Rc);7－r－汞金礦(Ra);8－r－汞金礦(Rc);9－圍山礦★1－native gold;2－mercurous native gold;3－mercury native gold★;4－yiyangite★;5－goldmalgam(Ra);6－goldmalgam(Rc);7－r－goldmalgamite(Ra);8－r－goldmalgamite(Rc);9－weishanite★

表3 Au－Hg系列礦物反射率值Table 3 Reflectivity Spectrum of Au－Hg Minerals

達沃砂金礦金－汞系列礦物硬度測試結(jié)果如表2。根據(jù)表2做出的硬度變化曲線(圖3)反映，自然金硬度較大，隨著汞含量增加，硬度也隨著減少。但是，當汞含量增加到相當比例時，尤其是晶體結(jié)構(gòu)為等軸晶系時，其硬度卻逐漸變大。

3.3 化學成分

表3列出了4種金礦物的電子探針分析結(jié)果。

根據(jù)這些結(jié)果計算出4種礦物的晶體化學式為:

表3 達沃砂金礦金汞礦物化學成份分析結(jié)果Table 3 Analysis Results of Chemical Compositions in Gold－mercury Mineral of the Davao Gold Placer

圖3 金—汞礦物硬度變化曲線Fig.3 Curve showing hardness variation of goldmercury Minerals

自然金:(Au0.828Ag0.136Os0.10Ru0.009Cu0.007Fe0.005Cr0.0041.00)

含汞自然金:(Au0.848Ag0.108Pt0.012Hg0.010Cu0.004Rh0.004Os0.003Cr0.003Ni0.002Fe0.002Co0.001)1.002

金汞 齊:(Au0.602Ag0.098Ir0.004Rh0.004Ru0.003Co0.001)0.712Hg0.288(Au:Hg=0.29:1)

r－ 汞金礦:(Au0.468Ag0.121Ru0.032Rh0.005Ir0.005

圖4 金汞兩相平衡圖(據(jù)Hansen，1958)Fig.4 diagram of Gold and Mercury two－phase Equilibrium(Hansen，1958)

從主要元素Au、Hg的含量變化來看，從自然金→含汞自然金→金汞齊→r－汞金礦Hg的含量由0增加到47.4wt%，而Au的含量由由90.13wt%降低到48.01wt%。結(jié)合我國益陽礦、圍山礦、r－汞金礦的資料來看，目前自然界發(fā)現(xiàn)的含汞最高的Au－Hg礦物中Hg含量達60.57wt%，而且隨著Hg的含量增高，其結(jié)構(gòu)也發(fā)生相應的有規(guī)律的改變:晶系由等軸過渡到六方(Hg含量界線大概20wt%)再過渡到等軸晶系(汞含量界線不清)，晶胞大小也由大→小→大的變化趨勢。

如前所述，達沃砂金礦物主要是自然金和含汞自然金，金的成色在900左右，即礦物中Au的含量約為90%，Ag在上述兩種礦物中的含量分別達到8.13%和6.28%，Hg只在汞自然金出現(xiàn)，其含量為1.05%。

金汞齊和r－汞金礦只是作為自然金或含汞自然金的礦物鑲邊而存在。這種賦存特點與汞、金兩種元素的化學性質(zhì)有關。在常溫條件下，金即可溶于汞形成金汞齊。通常情況汞是從自然金顆粒表面向中心逐漸溶合，先在金粒表面生成AuHg2，再逐漸向金粒深部擴散生成Au2Hg，直到生成Au3Hg的固溶體。

對于金汞固溶體的相平衡，M.漢森(Hansen，1958)(Avraham Be’er，Yossi Lereah，et al.，2002)認為(圖4)，汞在20℃時能溶解0.06%的金，隨著溫度的增高，汞的流動性增大，金的溶解度也增大。金在20℃時能和15%的汞組成固溶體。這是金汞化合物能形成固溶體的最大比值。但在混汞實踐中，金與汞是不可能達到平衡的。因為汞膏常常是由表面覆蓋汞的金粒、汞金化合物和含少量金的(包括過剩的)液態(tài)汞組成。汞齊含金小于10%的為液態(tài)，而含金達12.5%的為致密體。當將汞齊加熱至400℃時，汞即升華呈元素狀態(tài)由汞齊中分離出來。

圖5 汞在金礦物顆粒中的分布特征Fig.5 Diagram showing distribution characteristics of mercury in Gold mineral particles

且汞齊易在低于熔點的溫度下分解而析出過量的汞。金粒必須同汞接觸約1.5～2h后才能完全汞齊化，因此在混汞作業(yè)中，汞的含量從金粒邊緣向中心是逐漸減少的。但是，如圖5所示，在達沃砂金礦，汞的含量金粒邊緣比中間低，這與混汞作業(yè)的情況是不相同的。筆者認為，形成這種特征的原因是由于砂金在搬遷過程中，汞與金汞會因為溫度的升高而蒸發(fā)，導粒結(jié)合形成金汞齊，但由于金礦物在搬運過程中，致金粒邊緣汞的含量減少，從而形成了礦物中間出現(xiàn)汞的含量最高的現(xiàn)象。此外，達沃砂金礦中金汞礦物的出現(xiàn)反映出達沃流域汞的含量很高，有可能有大型的汞礦存在。

3.4 微量元素

從表3及晶體化學式可以看，達沃砂金礦中金礦物的化學成分明顯不同于我國目前類似礦物的化學成分(鄭巧榮，1983，田澍章等，1989)，其最明顯的一個特點是:地幔物質(zhì)成分含量很富集，自然金含Pt為0.11%，Os為0.09 wt%，Rh為0.52%，Ru為0.03 wt%;含汞金自然金含Pt為1.31 wt%(最高達到2.62wt%)，Cr為0.08 wt%，Os為0.32wt%，Ir為0.31wt%，Rn為0.24wt%。

金汞齊含Ir為0.35wt%，Rh為0.24wt%，Ru為0.17wt%，Co為0.31wt%。r－汞金礦含Pt為0.02wt%，Cr為 0.06wt%(0～0.14%)，Os為0.23wt%(0～1.15%)，Ir為 0.45wt%(0～1.81%)，Pd為0.72wt%(0.57%～0.98%)，Rh為0.24wt%(0.17% ～0.35%)，Ru為 1.69wt% (1.33%～2.28%)。

圖6表明，銀的含量自礦物中心至邊緣分布具有由高至低再增高的特點，而銠則相反，在礦物中間最高，而在中心和邊緣則較低，這與主要元素金的分布特征是一致的。

圖6 Ag，Ru在金礦物顆粒中的分布特征Fig.6 Diagram showing distributional Characteristics of Ag and Ru in Gold Mineral Particles

4 討論與結(jié)論

菲律賓群島位于太平洋板塊與歐亞板塊、印度－澳大利亞板塊縫合部的北端，處在全球重要的成礦帶之中，并以斑巖型礦床著稱，其中就單位面積而言，黃金資源量僅次于南非，占據(jù)世界排名第二的位置。在構(gòu)造上，菲律賓大斷裂貫串整個菲律賓群島，在該斷裂的北端大量斑巖型銅鉬礦床及原生金礦明顯受其控制。南端也發(fā)現(xiàn)有斑巖銅礦及金礦床存在，同樣受該斷裂的控制。

從達沃砂金的重礦物研究表明，地幔物質(zhì)相當豐富，Pt和Ru在金礦物中的富集，尤其是粗鉑礦等鉑族礦物在重砂中出現(xiàn)，反映在歐亞板塊與太平洋板塊碰撞導致大量幔源物質(zhì)的侵入。因此，菲律賓應該有可能存在伴隨超基性－基性巖漿活動形成的鉑、鉻等幔源礦床(戴自希，1986)。

在濱海砂礦中金汞礦物的礦物學特征顯示，達沃灣可能是一個大型或特大型貴金屬或鉑族元素砂礦。與此同時，汞在棉蘭老島的現(xiàn)代地質(zhì)作用中是非?；钴S的元素，說明該地區(qū)汞的含量非常高，極有可能存在大型或特大型汞礦床或金、鉑濱海砂礦床。

筆者建議在菲律賓金礦找礦地質(zhì)工作中必須注意和明確以下幾個問題及找礦方向:

(1)首先必須加強基礎地質(zhì)工作，從地層構(gòu)造，巖漿巖等方面的基礎工作中了解一個地區(qū)的成礦背景;

(2)重視典型礦床研究，例如對碧瑤地區(qū)金礦的專題研究無疑會對菲律賓金礦找礦提供范例;

(3)加強理論找礦的指導作用，必須不斷用新的成礦理論和新的找礦方法來進行金礦找礦工作。例如新西蘭的熱泉型金礦在現(xiàn)代熱液活動頻繁的菲律賓群島是很有找礦前景的;

(4)從達沃砂金礦的重砂樣分析結(jié)果來看，綜合找礦以及礦床的綜合開發(fā)利用是一個值得花大力氣進行研究的重大課題。很明顯達沃砂礦中除了金可供利用外，鉑也是一個品位較高的可供利用的元素，此外尚有Fe、Cr、Ti也應該注意綜合利用(欒世偉等，1987);

(5)在找礦方向上，菲律賓大斷裂及其附近地區(qū)是最有遠景的地區(qū)，尤其在其南端，不僅金礦、原生金礦及次生砂金礦很有找礦遠景，而且Pt、Os、Ir等也是很有找礦潛力的，Cr也很有可能找到諸如北部三描禮士地區(qū)類似的鉻鐵礦礦床(H.Hock等，1987)。

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