湘西后坪沉積型鎳鉬多金屬礦床地球化學(xué)特征研究及礦床成因探討

周云，段其發(fā)，曹亮，甘金木，向?qū)W敏

（1.武漢地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，武漢430205；2.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，成都610059；3.湖南省地質(zhì)勘查局416地質(zhì)隊(duì)，湖南株洲412007）

湘西后坪沉積型鎳鉬多金屬礦床地球化學(xué)特征研究及礦床成因探討

周云1，2，段其發(fā)1，曹亮1，甘金木1，向?qū)W敏3

（1.武漢地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，武漢430205；2.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，成都610059；3.湖南省地質(zhì)勘查局416地質(zhì)隊(duì)，湖南株洲412007）

對湘西后坪鎳鉬礦床富集層中的鉬鎳礦石進(jìn)行了鏡下鑒定、化學(xué)分析和電子探針分析，結(jié)果顯示，含礦巖系中的伴生元素組合較為復(fù)雜，伴生富集Cu、Pb、Zn、Ag、U、Ge、In、Cd、Se、Tl等多種有色金屬元素、貴金屬元素、放射性元素和分散元素。樣品均出現(xiàn)Ce的弱負(fù)異常和Eu的負(fù)異常，LREE富集，較明顯的HREE虧損。鎳鉬礦床中鎳的硫化物有硫鎳礦與硫鐵鎳礦，鉬的獨(dú)立礦物主要為輝鉬礦，絕大部分鉬賦存在碳質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、黏土礦物中，可能主要以硫鉬礦集合體的形式存在，即碳硫鉬礦或膠硫鉬礦。研究結(jié)果認(rèn)為湘西下寒武統(tǒng)黑色巖系中的后坪鎳鉬多金屬礦床應(yīng)屬海水噴流沉積成因。

沉積型鎳鉬礦；賦存狀態(tài)；黑色巖系；湘西后坪

湘西下寒武統(tǒng)黑色巖系，以順層整合產(chǎn)出鎳鉬釩礦為顯著特點(diǎn)，礦床中伴生富集Cu、Pb、Zn、Ag、U、Ge、In、Cd、Se、Tl等多種有色金屬元素、貴金屬元素、放射性元素和分散元素［1］。該套黑色巖系經(jīng)歷了晚震旦世—早寒武世早期揚(yáng)子陸塊由拉張向熱沉降轉(zhuǎn)換，以及早寒武世早期—早奧陶世被動大陸邊緣的演化。這種下寒武統(tǒng)黑色巖系沿懷化—吉首—張家界呈NNE向的帶狀分布，礦帶長達(dá)180 km，已成為湘西地區(qū)礦業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展支柱性礦產(chǎn)資源［1－2］。對該地區(qū)鉬鎳多金屬礦床形成的地質(zhì)背景、成礦元素賦存狀態(tài)、伴生元素組合的研究，以及礦床成因的探討，可為不同地區(qū)不同時(shí)代黑色巖系中的鉬鎳礦床研究對比提供依據(jù)，進(jìn)一步開展研究工作和找礦分析具有一定的找礦指示意義。

1 礦床地質(zhì)特征

湘西下寒武統(tǒng)黑色巖系中的鉬鎳礦床位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺東南緣的上揚(yáng)子臺褶帶與江南地軸的結(jié)合部位，區(qū)域構(gòu)造位置上屬古丈復(fù)背斜北東端次一級構(gòu)造［3］。區(qū)內(nèi)花垣－慈利深大斷裂是區(qū)內(nèi)重要控巖控礦構(gòu)造，容礦的黑色巖系受NEE—SWW向古丈－慈利斷陷盆地控制，斷陷盆地內(nèi)沉積了一套下寒武統(tǒng)黑色巖系，湘西北鎳鉬礦床即賦存于其中的木昌組底部含磷巖性序列中［4］。區(qū)內(nèi)鉬鎳硫化物層主要集中分布于湖南張家界一帶，以形成鉬鎳多金屬礦床為特征，如張家界的后坪、柑子坪、三岔、大滸等地的鉬鎳多金屬礦床［5］。

后坪鎳鉬礦床屬沉積型鎳鉬礦床，賦存層位為下寒武統(tǒng)牛蹄塘組，與下伏燈影組呈假整合接觸。礦床地層從老至新依次為磷塊巖及硅巖、含磷結(jié)核層、鎳鉬層、碳質(zhì)頁巖（貧礦層）、粉砂質(zhì)碳質(zhì)頁巖夾薄層泥質(zhì)硅巖［6］。礦層整合產(chǎn)于下寒武統(tǒng)牛蹄塘組（∈1n）底部含礦巖系內(nèi)，直接底板為磷塊巖或白云巖，頂板為白云質(zhì)碳質(zhì)或硅質(zhì)碳質(zhì)頁巖。含礦黑色頁巖為鱗片狀結(jié)構(gòu)（圖1A、B），磷片多具亮黑色，富含磷質(zhì)硅泥質(zhì)、黃鐵礦等結(jié)核和金屬硫化物條帶。巖石的主要成分為水云母，次為碳質(zhì)、有機(jī)質(zhì)及黃鐵礦［7－8］。

礦石主要礦物為輝鉬礦、黃鐵礦、硫鎳礦等，次要礦物有方鉛礦與閃鋅礦等。非金屬礦物主要為黏土礦物、碳泥質(zhì)、膠磷礦、白云石、石英粉砂等。礦石主要由鎳礦物、鉬礦物、黃鐵礦、碳泥質(zhì)、白云石、方解石加石英組成［8］。

區(qū)內(nèi)鎳鉬礦石類型多，根據(jù)礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造可劃分為如下3種，即：

1）竹葉狀（角礫狀）礦石：為礦床主要的礦石類型之一，磷結(jié)核、輝鉬礦和硫化物主要呈竹葉狀、橢圓的角礫狀，硫化物與輝鉬礦、硫鉬礦互相混雜，具有定向性（圖1C、D）。

2）條帶—條紋狀礦石：礦石中的條紋為黃鐵礦與硫鉬礦的條紋，或由＜0.01mm的黃鐵礦小球體堆積而成。

3）浸染狀礦石：由鎳、鉬硫化物細(xì)碎屑散布于基質(zhì)中，成分以硫化鉬為主，此類型礦石較貧［1，9］。

圖1 湖南后坪鎳鉬礦石及鏡下礦物照片F(xiàn)ig.1 Photos of Ni－Mo ore and minerals in microscope from Houping Deposit in Hunan Province

2 含礦巖系地球化學(xué)特征

2.1 微量元素地球化學(xué)特征

根據(jù)對典型沉積型鉬鎳礦床湖南張家界后坪鉬鎳多金屬礦床的研究結(jié)果顯示含礦巖系中鎳鉬礦層中的伴生元素組合較為復(fù)雜，Ni、Mo、Ba、V元素含量較高，Ni含量范圍為11 500×10－6～37 000× 10－6，平均為22 575×10－6，為陸殼豐度的1 129倍［10］；Mo含量變化范圍為10 400×10－6～46 000 ×10－6，平均為25 225×10－6，為陸殼豐度的21 021倍；Ba含量范圍為334×10－6～1 380×10－6，平均為616×10－6；V含量范圍為379×10－6～592× 10－6，平均為503×10－6，為陸殼豐度的4.2倍［11］。

親銅元素Cu、Pb、Zn、Ag含量較高，呈一定程度的富集［11］，分別為472×10－6～1 460×10－6、36.9×10－6～44.6×10－6、1470×10－6～4 940× 10－6、4.16×10－6～21.2×10－6；鐵族元素Co含量為陸殼豐度的3.8倍；放射性元素U含量較高，范圍為293×10－6～584×10－6，為陸殼豐度的234.3倍。

含礦黑色巖系碳質(zhì)白云巖的分散元素含量部分相對較高，Ge含量為1.45×10－6～2.50×10－6，Ga含量為14.8×10－6～33.6×10－6，In含量為0.69× 10－6～1.40×10－6，Cd含量范圍為54.2×10－6～134×10－6，平均為陸殼豐度的610.5倍；Se含量非常高，含量范圍為503×10－6～2 050×10－6，平均為陸殼豐度的13 821.9倍；Tl含量較高，含量范圍為14.0×10－6～27.5×10－6，平均為陸殼豐度的43.8倍［8，10］。

本礦床Ba含量范圍為334×10－6～1 380× 10－6，這表明黑色巖系中具熱水沉積組分。Mo是現(xiàn)代海洋中最易富集的元素，樣品中Mo的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陸殼豐度，樣品Ni/Co值為257～336，均大于7，δU值為1.88～1.94均大于1，表明本區(qū)黑色巖系的沉積環(huán)境為極厭氧環(huán)境，屬于較強(qiáng)的還原環(huán)境。正常沉積物U/Th＜1，熱水沉積巖U/Th＞1［12－13］，本區(qū)樣品U/Th值為184～371，表明本區(qū)主要為熱水沉積。

2.2 稀土元素地球化學(xué)特征

稀土對于礦床的沉積環(huán)境以及具有海相熱液噴發(fā)成因的礦床來說，是個(gè)有效的指標(biāo)［14］。湘西張家界后坪鎳鉬礦床鉬鎳礦石稀土總量（ΣREE）含量范圍大，為386.84×10－6～976.43×10－6，平均為676.88×10－6，本區(qū)所有鉬鎳礦石樣品為LREE富集型，鉬鎳礦石均出現(xiàn)較明顯的HREE虧損，LREE/HREE的變化范圍為6.19～6.80，稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖右傾。從圖2中可見，本文所分析的所有樣品均出現(xiàn)Ce的弱負(fù)異常，δCe＝0.63～0.76，表明礦化是在陸緣海環(huán)境下形成的。樣品的Eu異常系數(shù)δEu＝［EuN/（Sm＋Gd）N］，介于0.61～0.65。δEu和δCe均小于1，屬銪和鈰虧損型。LaN/YbN為8.77～13.63，數(shù)據(jù)表明張家界寒武系牛蹄塘組底部鎳鉬礦石具有明顯的負(fù)Eu異常，且輕稀土富集的特征，與熱液來源的現(xiàn)代深海硫化物具有相似的稀土元素配分模式特征。Y/Ho值為49.55～55.11，明顯地偏離28，且δCe＝0.63～0.76也非常小，表明明顯受到海水的“稀釋”混合。

圖2 湘西張家界后坪鉬鎳礦石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖Fig.2 Chondrite－normalized REE patterns of Ni－Mo ores from Houping Deposit in Zhangjiajie，Western Hunan

3 鎳鉬賦存狀態(tài)分析

3.1 鎳的賦存狀態(tài)

鎳鉬礦石中含鎳的獨(dú)立礦物較多，主要為鎳的硫化物，鎳的硫化物有黃鐵礦、硫鐵鎳礦、硫鎳礦（表1）。

1）黃鐵礦

黃鐵礦是鎳鉬礦石中最主要的硫化物，黃鐵礦按其形態(tài)特征可以分為重結(jié)晶明顯的晶粒狀黃鐵礦和顆粒很細(xì)的膠狀黃鐵礦，晶粒狀黃鐵礦晶型好，顆粒大小不一［15］（圖1C）。膠狀黃鐵礦，聚集在一起成黃鐵礦條帶或結(jié)核（圖1D）。黃鐵礦的理論組分S 53.45%，F(xiàn)e 46.55%［13］，本礦床黃鐵礦S為52.05%～53.25%，F(xiàn)e為42.26%～45.94%，n（S）/n（Fe）比值為1.98～2.21，屬于正常沉積作用或者重結(jié)晶作用形成的黃鐵礦的值。膠狀黃鐵礦一般鎳含量相對較高，電子探針結(jié)果表明，其中含Ni為1.52%～3.04%。

2）硫（鐵）鎳礦

硫鎳礦與硫鐵鎳礦在礦石中不常見，硫鎳礦多呈膠狀條帶、脈狀分布于膠狀黃鐵礦與膠狀碳硫鉬礦中［15］。硫鎳礦中Ni的含量為38.82%～39.9%，硫鐵鎳礦中Ni的含量為33.17%～33.65%，F(xiàn)e的含量為33.23%～33.59%（表1）。

3.2 鉬的賦存狀態(tài)

根據(jù)鏡下鑒定結(jié)果，并結(jié)合電子探針測試結(jié)果（表1），認(rèn)為鉬的獨(dú)立礦物主要為輝鉬礦（MoS2），輝鉬礦含量＜1%，呈片狀集合體，分散狀分布于脈石中。偶見黃鐵礦、黃銅礦分布在輝鉬礦晶體邊部。

鉬除輝鉬礦外，絕大部分鉬賦存在碳質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、黏土礦物中，可能主要以硫鉬礦集合體的形式存在。潘家永等［15］研究了本區(qū)的鎳鉬賦存狀態(tài)，認(rèn)為鎳鉬礦石中的鉬是一種膠狀集合體，這種集合體除了硫與鉬外，碳也是主要元素，把這種集合體稱為硫碳鉬礦。游先軍［1］經(jīng)研究認(rèn)為，Mo與Ni在這種膠狀集合體中大量富集，而這種膠狀集合體成分極其復(fù)雜，大部分非獨(dú)立礦物，Ni、Mo部分以獨(dú)立礦物形式存在，Mo的絕大部分應(yīng)以其離子吸附狀態(tài)存在于泥碳質(zhì)和黏土礦物質(zhì)中。韓善楚經(jīng)對張家界三岔鎳鉬礦床研究發(fā)現(xiàn)這種鉬礦物集合體主要與硫化物呈橢球形結(jié)核體或呈他形產(chǎn)出，其內(nèi)部孔隙分布有大量莓球狀黃鐵礦［16］。根據(jù)前人研究結(jié)果這種集合體暫定為碳硫鉬礦或膠硫鉬礦。

表1 湘西張家界后坪鉬鎳礦石電子探針分析結(jié)果Table 1 EPMA analysis result of Ni－Mo ores from Houping Deposit in Zhangjiajie，Western Hunan/%

4 礦床成因探討

湘西后坪鎳鉬礦床呈層狀產(chǎn)于下寒武統(tǒng)黑色巖系牛蹄塘組底部碳硅質(zhì)沉積巖中，含礦巖系的主要巖石類型為磷塊巖、硅質(zhì)磷質(zhì)白云巖以及含有機(jī)質(zhì)、碳質(zhì)的黏土巖（頁巖）等。后坪鉬鎳礦床的主要礦物成分為鉬鎳的硫化物。硫化物呈膠狀產(chǎn)出，圍繞核心形成各種碎屑結(jié)構(gòu)，顯示其快速堆積特征。礦石在礦體下部主要呈碎屑狀層狀分布，碎屑及角礫的長軸也沿礦層中的微層面呈定向排列，顯示出因熱水噴流帶動深層海水流動所形成的特征，也可見明顯的結(jié)核狀、透鏡狀等一系列熱水沉積的構(gòu)造標(biāo)志，表明該鉬鎳礦的形成與海底熱水噴流沉積有密切關(guān)系［17－18］。

該區(qū)有較多的重晶石、膠磷礦等礦物成分，礦石中Ba含量高達(dá)1 380×10－6，海底火山噴流與海底熱鹵水被認(rèn)為是Ba2＋的一個(gè)重要來源。上文中后坪鉬鎳礦床礦石微量元素結(jié)果顯示，本區(qū)具有低能、厭氧、還原環(huán)境、熱水沉積的特點(diǎn)，常受淺水有機(jī)質(zhì)的補(bǔ)給，礦層與圍巖呈連續(xù)沉積關(guān)系。礦體富含Cu、V、Ba等，分散元素富含Se、Cd、Ga、Ge、In、Tl，貴金屬元素Ag含量高。微量元素的特殊組合，特別是高Ba含量，似與基性超基性巖有特殊聯(lián)系，應(yīng)屬深源型。Se的富集僅僅和基性超基性巖石中硫化物熔體的分離作用有關(guān)，Se在區(qū)內(nèi)鎳鉬多元素富集層中的超常富集，說明與基性、超基性巖漿活動關(guān)系密切，Se可能來自較深的構(gòu)造環(huán)境［19］。

區(qū)內(nèi)“多元素富集層”底部普遍分布的條帶狀硅質(zhì)巖以及條紋狀重晶石巖等熱水沉積巖，是熱水噴流沉積成因的直接證據(jù)［5］。黑色巖系中金屬元素的富集是同生沉積作用的結(jié)果，其中較高的Ni、Mo應(yīng)來自當(dāng)時(shí)的沉積物［1］。王康年［5］認(rèn)為，湖南張家界地區(qū)可能是海底熱水噴流噴口，在火山爆發(fā)和熱水噴流時(shí)，富集大量有益元素，同時(shí)帶出深部成礦物質(zhì)，在低能、缺氧的環(huán)境下沉積富集成礦，從而形成了鎳鉬的超常富集礦體。

因此，多種巖石學(xué)及地球化學(xué)證據(jù)表明，湘西后坪下寒武統(tǒng)黑色巖系中的鎳鉬多金屬礦床應(yīng)為海水噴流沉積成因。

5 結(jié)論

1）湘西后坪鎳鉬礦床含礦巖系中的伴生元素組合較為復(fù)雜，Ni、Mo、Ba、V、Cu、Pb、Zn、Ag元素，分散元素Ge、Ga、In、Cd、Se、Tl等含量較高。

2）后坪鎳鉬礦床鎳的硫化物有含鎳黃鐵礦、硫鎳礦與硫鐵鎳礦，鉬的獨(dú)立礦物主要為輝鉬礦，絕大部分鉬賦存在碳質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、黏土礦物中，可能主要以硫鉬礦集合體的形式存在，即碳硫鉬礦或膠硫鉬礦。

3）湘西后坪下寒武統(tǒng)黑色巖系中的鎳鉬多金屬礦床屬海水噴流沉積成因。

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Study on geochemistry characteristics and genesis of Houping Sedimentary Type Polymetallic Ni－Mo Deposit，Western Hunan

ZHOU Yun1，2，DUAN Qifa1，CAO Liang1，GAN Jinmu1，XIANG Xuemin3
（1.Wuhan Institute of Geology and Minerals Resources，Wuhan 430205，China；2.College of Earth Science，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；3.416Geological Team，Hunan Provincial Geological Prospecting Bureau，Zhuzhou Hunan 412007，China）

Microscopic identification，chemical analysis and EPMA analysis on Ni－Mo ores from Houping Deposit in Western Hunan，showing that associated elements in ore－bearing rocks is very complex，enrich many kinds of non－ferrous metals elements，noble metal elements，radioactive elements and dispersed elements，such as Cu、Pb、Zn、Ag、U、Ge、In、Cd、Se、Tl.Ce and Eu is weekly negative abnormal，LREE enriched，HREE deficit apparently in all samples.Nickel sulphide is bravoite，the independent molybdenum mineral is molybdenite，most molybdenum occurred in carbonaceous，organic clay mineral，may be exist with molybdenum sulphide aggregation，that is jordisite.The study shows that Houping Polymetallic Ni－Mo Deposit in lower Cambrian black rock series in Western Hunan is seawater jet genesis.

sedimentary type Ni－Mo deposit；occurrence；black rock series；Houping Deposit in Western Hunan

TD15

Α

1671－4172（2015）02－0027－05

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.02.007

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目（2011CB403103）；中國地質(zhì)調(diào)查局“揚(yáng)子型鉛鋅礦成礦規(guī)律研究與選區(qū)評價(jià)”項(xiàng)目（1212011120790）

周云（1984－），女，實(shí)習(xí)研究員，博士研究生，礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)，主要研究方向?yàn)閰^(qū)域成礦學(xué)。