雞冠咀銅金礦床Ⅰ號(hào)礦體金銅鐵、金鐵型礦石成因研究?

肖光富，董意群

(1.湖北三鑫金銅股份有限公司，湖北大冶 435100;2.湖北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，湖北武漢 430022)

雞冠咀銅金礦床Ⅰ號(hào)礦體金銅鐵、金鐵型礦石成因研究?

肖光富1，董意群2

(1.湖北三鑫金銅股份有限公司，湖北大冶 435100;2.湖北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，湖北武漢 430022)

湖北大冶雞冠咀銅金礦床Ⅰ號(hào)礦體金銅鐵、金鐵型礦石中銅的遷移、富集在兩種環(huán)境中進(jìn)行，一種環(huán)境是在氧化帶以硫酸銅形式遷移，在接觸碳酸鹽時(shí)一部分以碳酸銅形式沉淀成礦，另一部分則在深部形成硫化次生富集帶;另一種是在還原條件下，也是以硫酸銅形式遷移，在介質(zhì)和圍巖性質(zhì)適宜時(shí)，以次生輝銅礦形式沉淀成礦。

湖北大冶;礦床;礦體;礦石類型

0 引言

湖北大冶雞冠咀銅金礦床包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 四個(gè)礦體??國家黃金管理局長春黃金研究所，湖北省大冶縣雞冠咀礦區(qū)金銅型礦石選礦試驗(yàn)簡報(bào)，1988。，其中Ⅰ號(hào)礦體埋藏最淺，具有氧化程度高、礦石類型復(fù)雜、礦體形態(tài)、產(chǎn)狀變化大的特點(diǎn)。本文通過金鐵、金銅鐵型礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、物質(zhì)組分的對(duì)比，對(duì)銅的富集規(guī)律進(jìn)行分析，進(jìn)而深入探討這兩種主要礦石類型的成因。

1 地質(zhì)概況［1］

礦區(qū)內(nèi)出露地層:第四系以湖積、沖積層沉積為主，缺失第三系，白堊系以火山角礫、中基性安玄巖沉積為主。區(qū)內(nèi)主要賦礦圍巖為下三疊統(tǒng)大冶群第七巖性段第一亞段的白云質(zhì)大理石;細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造。

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖巖石類型主要有石英正長閃長玢巖、石英閃長巖、閃長巖和安山玢巖。其中石英正長閃長玢巖和石英閃長巖為燕山早期第三次侵入活動(dòng)的產(chǎn)物，兩者呈相變關(guān)系;燕山晚期第一次侵入活動(dòng)形成閃長巖，第二次侵入活動(dòng)形成安山玢巖。

礦區(qū)內(nèi)次級(jí)構(gòu)造比較發(fā)育由于巖漿活動(dòng)是多期次的，致使區(qū)內(nèi)的構(gòu)造形態(tài)遭受破壞。褶皺構(gòu)造主要是以一條隱伏背斜(4)為主體，以兩個(gè)隱伏背斜(1)、(3)和一個(gè)隱伏向斜(2)組成其西翼裙帶為特征，斷裂構(gòu)造則是由一條斷裂破碎帶(Sb)和礦區(qū)邊緣發(fā)育的四條斷層F1－F4所組成。

Ⅰ號(hào)礦體主要分布在 016～023線間，長約400 m，傾向延伸35～325 m，賦存標(biāo)高－5～－195 m;礦體走向北東15°～80°，傾向北西傾角8°～27°。礦石類型以金銅鐵、金鐵型為主，同時(shí)出現(xiàn)有的還有單銅、銅鐵、單鐵和單金等類型。

2 礦石礦物成分、類型及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

2.1 礦石的礦物成分

礦石中常見的金屬礦物16種，脈石礦物34種，按礦物成因可分內(nèi)生礦物、表生礦物和成礦前原巖殘留礦物。其中大部分礦物是內(nèi)生階段形成的，如硫化物、石英、碳酸鹽和自然元素等。其礦物組合含量關(guān)系為黃鐵礦＞黃銅礦＞班銅礦＞輝銅礦＞自然金。在Ⅰ號(hào)礦體中，銅的硫化物以次生輝銅礦為主，現(xiàn)將主要金屬礦物分述如下。

2.1.1 赤鐵礦

為礦床內(nèi)鐵礦石，金鐵礦石中主要含鐵礦物赤鐵礦的產(chǎn)生主要有二種形式:一是磁鐵礦赤鐵礦化;另一種硫化物遭受氧化作用形成赤鐵礦，這種赤鐵礦多呈他形粒狀，少數(shù)呈片狀、板狀、針狀自形晶，有時(shí)見顯微鱗片狀或膠狀體，大部分顆粒與針鐵礦相連，在赤鐵礦顆粒間隙和顆粒中可見到自然金。

2.1.2 褐鐵礦

為礦床內(nèi)黃鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦風(fēng)(水)化產(chǎn)物，常呈疏松塊狀和膠體狀產(chǎn)出，色調(diào)多變，常為褐黃、褐紅、土黃色，主要成分為針鐵礦，其次為含水氧化物、粘土等。局部還可見方解石細(xì)脈穿插其間，在褐鐵礦粒間和脈石礦物中可見自然金。

2.1.3 黃鐵礦

是礦床內(nèi)常見的礦石礦物，在Ⅰ 號(hào)礦體中，黃鐵礦多為較粗的半自形—自形晶狀，晶形以立方體為主，有時(shí)見煙粉狀(砂狀)半自形—他形晶粒，該礦物常被黃銅礦、輝銅礦及斑銅礦交代。

2.1.4 輝銅礦

是Ⅰ號(hào)礦體內(nèi)主要含銅礦物之一，其產(chǎn)出形式主要有兩種，一種是在接觸帶附近大理巖中，呈脈狀、網(wǎng)脈狀產(chǎn)出的原生礦，輝銅礦另一種是在金銅鐵礦石中呈細(xì)小針柱狀或他形粒狀、浸染狀分布的次生輝銅礦;該礦物是Ⅰ號(hào)礦體中很重要的一種組分，它的分布特點(diǎn)將直接影響著金鐵、金銅鐵兩種礦石類型分采的難易程度。

2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

Ⅰ號(hào)礦體礦石結(jié)構(gòu)主要有自形、半自形結(jié)構(gòu)、它形粒狀結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)、交織結(jié)構(gòu)及蠕蟲狀結(jié)構(gòu)等。

礦石構(gòu)造主要為細(xì)脈狀、網(wǎng)狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、致密塊狀構(gòu)造等。

表1 金銅鐵礦石多元素分析成果表

表2 金銅鐵礦石銅物相分析表

表3 金銅鐵礦石鐵物相分析表

2.3 礦石類型［2］

通過－100 m中段，－70 m中段的工程揭露，Ⅰ號(hào)礦體的主要礦石類型有兩種，一種是含自然金褐鐵礦赤鐵礦礦石，簡稱金鐵礦石;另一種是含自然金赤鐵礦輝銅礦礦石簡稱金銅鐵石。二者均為氧化程度較高的氧化類礦石，另在局部地段還可見含自然金斑銅礦黃銅礦礦石、含自然金黃鐵礦黃銅礦礦石的原生銅金硫礦石類型，簡稱原生金銅礦石。

2.3.1 金銅鐵礦石類型

該類型是Ⅰ號(hào)礦體主要礦石類型，約占總儲(chǔ)量的80%左右，它主要分布于礦體中間靠近下盤或側(cè)伏下盤部位。金屬礦物主要為赤鐵礦、輝銅礦，次為自然金、黃銅礦等;脈石礦物主要為方解石、高嶺石等。

2.3.2 金鐵礦石類型

該類型礦石是僅次于金銅鐵礦石的第二大礦石類型，它主要分布在礦體中間靠上的部位。礦石礦物主要為赤鐵礦，次為自然金、褐鐵礦、磁鐵礦等;脈石礦物以石英、方解石為主。

金銅鐵礦石與金鐵礦石的區(qū)別在于金銅鐵礦礦石中銅的含量均已超過開采的最低工業(yè)品位，而且平均含量也多在2%以上，見表6。

可以看出，兩種礦石類型具有相同的鐵的背景值，即組分中鐵含量較高，但在金銅鐵礦石中，銅主要以次生硫化物形成存在，這充分說明了礦床最終是處在一個(gè)位于潛水面之下的還原環(huán)境。

3 金銅鐵、金鐵型礦石成因探討

3.1 金銅鐵、金鐵類型礦石的成生機(jī)理

雞冠咀銅金礦床按成因類型劃分屬接觸交代型礦床，原生礦石以銅金硫化物為主。晚白堊世—第三紀(jì)鄂東南地區(qū)斷裂構(gòu)造活動(dòng)比較強(qiáng)烈，礦床所在的斷陷盆地發(fā)展成形。在斷陷盆地發(fā)展過程中，各斷塊有升有降，形成了高低起伏的地勢。隆升斷塊遭受剝蝕，沉降斷塊發(fā)生同生沉積作用，接受了一套紫紅色砂礫巖沉積;第三紀(jì)—第四紀(jì)斷裂活動(dòng)趨于平穩(wěn)，在礦區(qū)接受了一套湖積粘土層沉積。根據(jù)礦床內(nèi)礦石氧化率高，次生硫化物發(fā)育這一特征分析，礦床形成后經(jīng)歷了由隆起向沉降演變的過程。

表4 金鐵礦石多元素分析結(jié)果表

表5 金鐵礦石鐵物相分析表

處于隆升斷塊的金屬硫化物礦石，受物化條件的影響發(fā)生表生變化和次生富集。在表生作用下，銅被溶解為硫酸銅溶液，鐵被溶解為硫酸亞鐵溶液，二者通過滲透作用進(jìn)入潛水面以下，隨地下水運(yùn)移，并最終生成穩(wěn)定的化合物沉淀下來。鐵最終氧化為赤鐵礦、褐鐵礦，銅轉(zhuǎn)變?yōu)榭兹甘?、藍(lán)銅礦。反應(yīng)如下:

在氧和酸的條件下，硫酸亞鐵繼續(xù)氧化為硫酸鐵。

高價(jià)鐵的硫酸鹽在中性或弱酸性溶液中，常發(fā)生水解作用，最終轉(zhuǎn)變?yōu)闅溲趸F。

氫氧化鐵是易于凝集的溶膠，脫水可轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦。

硫酸銅溶液只有在遇到碳酸鹽介質(zhì)時(shí)，才在氧化帶中形成穩(wěn)定的碳酸銅礦物，即孔雀石和藍(lán)銅礦。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料，各種硫酸鹽在水中的溶解度由大到小的順序?yàn)?Zn、Mn、Ni、Cu、Fe2+、Cu、Ag、Pb。

因此硫酸亞鐵比硫酸銅具有更大的溶解度，這也是礦床的背景為赤鐵礦的原因之一。

表6 金鐵、金銅鐵礦石組分差異表

在第三紀(jì)—第四紀(jì)期間，礦床所處位置開始下沉，地下潛水面上升，礦床接受還原。在還原條件下，赤鐵礦、褐鐵礦因其化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，基本不發(fā)生變化?？兹甘退{(lán)銅礦則不穩(wěn)定，在經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)后，最終以次生輝銅礦形式沉淀下來，反應(yīng)原理如下。

孔雀石和藍(lán)銅礦在硫化氫和堿性條件下被溶解為硫酸銅溶液，當(dāng)介質(zhì)中硫化氫的含量低于被溶解銅的含量時(shí)，銅就從溶液中沉淀下來，即生成次生輝銅礦;另一方面硫酸銅與其它硫化物接觸后，按修曼(schurman)序列進(jìn)行置換反應(yīng);修曼序列按元素排列為:Hg－Ag－Cu－Bi－Cd－Pb－Zn－Ni－Co－Fe－Mn;在還原條件下，硫酸銅溶液與未氧化的黃鐵礦發(fā)生置換反應(yīng)，生成次生輝銅礦，反應(yīng)式為:5FeS2+14CuSO4+12H2O→2Cu2S+5FeSO4+12H2SO4。

從上述討論中可以得出，含金硫化物礦石在表生氧化階段生成含金赤鐵礦礦石、孔雀石、銅藍(lán)等，在深部還原階段，鐵保持穩(wěn)定狀態(tài)不發(fā)生化學(xué)變化，銅則被還原，最終以次生輝銅礦形式疊加在金鐵礦石之上，形成金銅鐵礦石。

3.2 銅的富集規(guī)律及影響因素分析［3－4］

銅的遷移、富集并不是受單一因素控制，它同時(shí)受到地下水、成礦元素本身的氧化—還原電位、圍巖性質(zhì)、構(gòu)造等多種因素的綜合影響。

3.2.1 地下水的影響

地下水中影響硫酸銅沉淀成礦的主要因素是H2S、CO2、O2等的含量和酸堿度，在堿性和H2S條件下，硫酸銅易轉(zhuǎn)變?yōu)榇紊妮x銅礦而沉淀，相反在酸性和O2條件下，則易轉(zhuǎn)變銅的氧化物，雞冠咀礦區(qū)地表水與地下水連通性較好，在礦床的頂板裂隙水比較發(fā)育，這些決定了地下水的運(yùn)動(dòng)是頻繁的比較強(qiáng)烈的，自然地影響銅富集的組分(H2S、O2、H+、OH－)的含量也在不斷發(fā)生變化，致使銅的富集復(fù)雜化。

3.2.2 構(gòu)造的影響

礦區(qū)由于受構(gòu)造和巖漿的多期作用，巖石支離破碎，次級(jí)構(gòu)造發(fā)育。早期形成的構(gòu)造常常被晚期形成的構(gòu)造，迭加形成多方位、多產(chǎn)狀構(gòu)造體系(主要為斷裂構(gòu)造)，這就導(dǎo)致了含銅流體在沿裂隙充填時(shí)的非定向性和非均一性。

3.2.3 圍巖的影響

圍巖中黃鐵礦的含量和特征也會(huì)對(duì)銅的富集產(chǎn)生影響，它可以與可溶性銅鹽發(fā)生置換反應(yīng)而生成次生硫化物。但圍巖中黃鐵礦的分布在氧化階段時(shí)就存在氧化的不均一性，而分布不均勻。所以反應(yīng)生成的次生硫化物的分布也不具有層位性。

4 結(jié)語

從上述分析可以看出，銅的遷移、富集是在兩種環(huán)境下進(jìn)行，一是在氧化帶以硫酸銅形式遷移，在接觸碳酸鹽時(shí)一部分以碳酸銅形式沉淀成礦，另一部分則在深部形成硫化次生富集帶;一是在還原條件下，也是以硫酸銅形式遷移，在介質(zhì)和圍巖性質(zhì)適宜時(shí)，以次生輝銅礦形式沉淀成礦。次生輝銅礦是迭加在鐵的背景之上的，表現(xiàn)為對(duì)金鐵、單鐵礦石的包圍吞噬和穿插，礦石類型相應(yīng)地轉(zhuǎn)變?yōu)榻疸~鐵、銅鐵等。

影響銅富集的因素的多元性和變化性決定了銅富集的規(guī)律的復(fù)雜性。它可以是含銅流體沿構(gòu)造裂隙穿插金鐵礦石之中富集成礦，也可以是含銅硫體對(duì)松散的金鐵礦石的全面改造(轉(zhuǎn)變?yōu)榻疸~鐵礦石)，另外含銅流體在適當(dāng)?shù)臈l件也可以單獨(dú)成礦，所有這些都說明了銅的富集不具有層位性。

［1］ 鄂東南地質(zhì)大隊(duì).湖北省大冶縣雞冠咀礦區(qū)金礦勘探地質(zhì)報(bào)告［R］.大冶:鄂東南地質(zhì)大隊(duì)，1990.

［2］ 陳武，季素元.礦物學(xué)導(dǎo)論［M］.2版.北京:地質(zhì)出版社，1992.

［3］ 劉本培.地史學(xué)教程［M］.北京:地質(zhì)出版社，1985.

［4］ 朱上慶，翟裕生.礦床學(xué)［M］.北京:地質(zhì)出版社，1985.

(責(zé)任編輯:陳文寶)

P618.2;P618.41;P618.51

A

1671－1211(2013)S1－0047－04

2013－11－11

肖光富 (1967－)，男，高級(jí)工程師，礦山地質(zhì)專業(yè)，從事技術(shù)管理工作。E－mail:xiaogf@126.com?該文曾刊載于《資源環(huán)境與工程》2003年3期。