四川敘永兩河口硫鐵礦礦石特征及成礦作用分析

李昱臻，徐長(zhǎng)昊，吳小艷（.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 60059；2.成都地奧礦業(yè)能源有限公司，四川 成都 6004）

四川敘永兩河口硫鐵礦礦石特征及成礦作用分析

李昱臻1,2，徐長(zhǎng)昊1，吳小艷1
（1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059；2.成都地奧礦業(yè)能源有限公司，四川 成都 610041）

【摘 要】敘永兩河口硫鐵礦位于巨型火山—沉積型硫鐵礦礦床之中，礦石礦物以黃鐵礦為主，脈石礦物以高嶺石為主。礦石以結(jié)晶粒狀、板柱狀結(jié)構(gòu)為主，次為豆?fàn)?、鮞狀、放射狀結(jié)構(gòu)，具有樹枝狀、似脈狀、結(jié)核狀、星點(diǎn)狀構(gòu)造四種主要構(gòu)造。成礦作用主要包括陸源碎屑作用、生物碎屑作用、膠體化學(xué)作用、交代作用、重結(jié)晶作用、次生淋濾作用及氧化水解作用等。

【關(guān)鍵詞】硫鐵礦；礦石特征；成礦作用；敘永

1　引言

我國硫資源主要是硫鐵礦。截止目前，已探明礦產(chǎn)地達(dá)800處，硫礦石量約50億t，品位達(dá)35%以上的富礦1.7億t[1]。硫鐵礦主要的分布地區(qū)有粵北—湘南、粵西、川滇黔三省相鄰地區(qū)、長(zhǎng)江中下游以及浙中、膠東、豫西北—晉東南、晉東、川北龍門山區(qū)和遼東半島北部至長(zhǎng)春一帶等[2-3]。其中，川滇黔邊界的數(shù)萬平方公里范圍內(nèi)硫鐵礦資源豐富，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量在400億t以上，占全國硫總量的20%。該硫鐵礦分布區(qū)域內(nèi)的上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M底部，廣泛發(fā)育一層硫鐵礦鋁質(zhì)粘土巖的沉積，礦層層位穩(wěn)定，屬火山碎屑與風(fēng)化殘余型的沉積礦床[4]。在西南硫鐵礦分布地區(qū)，以四川瀘州敘永境內(nèi)發(fā)育最好，儲(chǔ)量豐富，稱之為敘永式硫鐵礦。

敘永硫鐵礦礦床由五角山、渡船坡、大樹、六一壩等4個(gè)礦區(qū)組成，目前共探明硫鐵礦礦石儲(chǔ)量2.6 億t，前兩個(gè)礦區(qū)的儲(chǔ)量分別占總儲(chǔ)量的63%和23.5%[5]。含礦層為一套淺灰—灰白色含硫鐵礦的高嶺石粘土巖及硅質(zhì)巖，賦存于上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M煤系底部，假整合于下二疊統(tǒng)茅口組灰?guī)r古侵蝕面上。礦層呈層狀、似層狀，沿層位可追索數(shù)千米，但礦層厚度因受底板茅口組灰?guī)r巖溶地形控制，變化較大，一般厚2～3m，含硫14%～18%[6]。深入研究敘永上二疊統(tǒng)的硫鐵礦的特征及成因，對(duì)于硫鐵礦的勘探開發(fā)有指導(dǎo)意義。二疊系是西南地區(qū)煤、硫、鐵、鋁、鉛、鋅等重要礦產(chǎn)的賦存層位，因此硫鐵礦成礦規(guī)律研究也是該地區(qū)二疊系成礦譜系研究的重要內(nèi)容之一[7]。本文以敘永兩河口硫鐵礦為例，研究了該地硫鐵礦礦石特征并分析了其成因。

2　地質(zhì)背景

四川南部晚二疊世火山—沉積型硫鐵礦廣泛出露于宜賓地區(qū)，并向滇黔兩省延伸(見圖1)[5]。根據(jù)成礦條件差異，可分為興文、敘永和古藺3個(gè)富集區(qū)，其大地構(gòu)造位置屬四川東部地臺(tái)區(qū)婁山關(guān)復(fù)式褶皺帶。礦區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，以開闊褶皺為主，斷裂少見。含礦層沿背、向斜構(gòu)造剝蝕部位呈半環(huán)形山露，總面積達(dá)數(shù)百平方公里，為巨型火山—沉積型硫鐵礦礦床。

兩河口礦區(qū)位于敘永富集區(qū)。根據(jù)區(qū)域資料，此類礦床在區(qū)域上的展布規(guī)律，根據(jù)西南硫礦帶含礦巖系演化分布特點(diǎn)，由峨眉山玄武巖的東緣起，含礦巖系從西至東，依次為淬碎玄武巖區(qū)—粘土化玄武巖區(qū)—火山碎屑粘土巖區(qū)—粘土巖區(qū)。環(huán)火山巖體組成一套噴發(fā)沉積的火山—沉積巖含硫鐵礦建造。本礦床即產(chǎn)于龍?zhí)督M煤系底部的含有玄武巖火山碎屑的粘土巖中。含礦層在約40km2范圍內(nèi)穩(wěn)定延伸，硫鐵礦體呈層狀產(chǎn)出。礦石為中低品位，可選性良好。礦層厚度因底板凹凸不平發(fā)生一定變化。礦層產(chǎn)狀受圍巖構(gòu)造形態(tài)控制，隨平緩褶皺起伏變化，總體為緩傾斜中厚層狀礦體。

圖1　西南地區(qū)硫鐵礦與玄武巖分布示意

3　礦石特征

3.1 礦石物相及化學(xué)成分分析

硫鐵礦XRD圖譜見圖2。由圖2分析得知，原礦中主要礦物物相為高嶺石和硫鐵礦，含有少量白鐵礦、膠硫鐵礦、地開石、多水高嶺石、石膏等。經(jīng)XRF分析可知，原礦的化學(xué)成分為TFe 14%～17%，TS 16%～18%，SiO225%～30%，Al2O322%～28%，TiO23%～4%，占硫鐵礦總量的97%以上，其他組分含量不多。由XRD和XRF可推斷該硫鐵礦中約有60%～65%的高嶺石，12%～20%的硫鐵礦。礦石中有害組分Pb、Zn、As、F均低于0.05%，因此，對(duì)選別尾礦進(jìn)行回收利用不僅能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值還能保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

圖2　硫鐵礦的XRD圖譜

3.2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)比較單一，以結(jié)晶粒度結(jié)構(gòu)、板柱狀結(jié)構(gòu)為主，次為豆?fàn)?、鮞狀、放射狀結(jié)構(gòu)，局部見有層紋狀、壓碎狀、膠狀及細(xì)菌結(jié)構(gòu)、生物碎屑結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、粘土質(zhì)泥質(zhì)結(jié)構(gòu)等。

(1) 結(jié)晶粒狀結(jié)構(gòu)。

硫鐵礦石最主要的結(jié)構(gòu)類型，由他形、半自形、自形黃鐵礦晶粒組成，晶粒由礦層下部到上部逐漸變細(xì)，單晶一般0.4～4mm不等，最小0.01mm，最大可達(dá)7mm以上。礦物呈無規(guī)律排列。

(2) 板狀柱狀結(jié)構(gòu)。

由具有白鐵礦晶型的黃鐵礦和白鐵礦組成。白鐵礦晶型一般為板柱狀、柱狀，單晶寬度為0.1～0.3mm，長(zhǎng)度0.3～0.6mm，最長(zhǎng)3mm。在集晶體中單晶按一定方向排列，但集晶體則無一定的排列方向。

(3) 豆?fàn)睢b狀結(jié)構(gòu)。

黃鐵礦呈假鮞粒或菱形變鮞粒、膠狀鮞粒、豆粒。鮞、豆直徑一般0.5～2mm，最大可達(dá)4mm。其他成分不純，黃鐵礦一般組成鮞粒的核心或環(huán)帶，鮞粒間多為高嶺石或菱鐵質(zhì)、地開石、有機(jī)質(zhì)，少數(shù)鮞粒為生物遺骸。黃鐵礦和白鐵礦常與鮞粒、豆粒共生。

(4) 放射狀結(jié)構(gòu)。

常見于結(jié)核狀硫鐵礦礦石中。由板狀、纖維狀、針狀的硫鐵礦或白鐵礦晶體組成長(zhǎng)軸呈放射狀排列的集晶體，單晶寬0.05～0.15mm，長(zhǎng)0.2～5mm。放射狀核心多為高嶺石等粘土質(zhì)，少數(shù)為硫鐵礦，一般為一個(gè)核心，少數(shù)無核心或有兩個(gè)核心。

(5) 細(xì)菌結(jié)構(gòu)和生物結(jié)構(gòu)。

細(xì)菌結(jié)構(gòu)多見于鮞狀硫鐵礦石中。硫鐵礦呈膠狀沿巖石中的細(xì)菌充填、細(xì)菌結(jié)構(gòu)的中心體及包裹體物均被硫鐵礦置換，并且重結(jié)晶再生加大。生物結(jié)構(gòu)多見于礦層下部的樹枝狀硫鐵礦石中。硫鐵礦置換微體古生物、化石保存完整，可見苔蘚、蜓蝌等生物碎屑。

3.3 礦石構(gòu)造

(1) 樹枝狀構(gòu)造。

由粒徑(0.07～0.3mm)較小的具矛頭狀、板柱狀的黃鐵礦、白鐵礦組成大小不等、形態(tài)各異的集合體，常見形態(tài)有樹枝狀、矛頭狀、雪花狀等，樹枝主干一般近于垂直層面。均向上分支，雪花狀者呈放射狀排列。集合體長(zhǎng)2～10cm，與基質(zhì)界線清晰。礦石品位偏低，含硫一般12%～16%。

(2) 似脈狀構(gòu)造。

由細(xì)粒黃鐵礦組成或由具板柱狀、針狀黃鐵礦緊密排列而成。多沿高嶺石粘土巖中不規(guī)則的裂隙分布，具分枝、復(fù)合現(xiàn)象，少數(shù)呈網(wǎng)脈狀。脈寬0.4～8mm不等，最寬可達(dá)20mm以上，脈長(zhǎng)1～20cm不等。礦脈有穿插切割現(xiàn)象，礦脈與基質(zhì)界線清晰，礦脈邊緣多具長(zhǎng)軸垂直脈壁的纖維狀地開石。礦石品位較高，多為16%～20%。

(3) 結(jié)核狀構(gòu)造。

(4) 星點(diǎn)狀構(gòu)造。

由自形、半自形粒狀(0.05～1mm)的黃鐵礦呈星點(diǎn)狀—膠團(tuán)狀散布于高嶺石粘土巖中，礦石品位低，多在8%～14%之間，有時(shí)可過渡為含星點(diǎn)狀硫鐵礦高嶺石粘土巖。

以上4種結(jié)構(gòu)是該礦床中礦石的主要4種構(gòu)造，此外還有星云狀、具晶團(tuán)粒狀構(gòu)造等。但是在礦層中往往不是單獨(dú)存在的，而是以一種或者兩種為主，間夾有其他構(gòu)造組合類型，尤其星點(diǎn)狀貫通類型。

3.4 礦物組成

該礦區(qū)礦石中的主要礦物包括：黃鐵礦、白鐵礦、水硫鐵礦、硫金銅礦，脈石礦物有高嶺石、地開石、多水高嶺石和石膏。各礦物的產(chǎn)狀和形態(tài)如下：

(1) 礦石礦物。

黃鐵礦：結(jié)晶黃鐵礦呈淡黃色、淡黃銅色、黃白色，含量15%～80%。以自形晶粒為主，膠黃鐵礦淡黃白色或淡黃白色反射色，為隱晶質(zhì)黃鐵礦，無一定晶形，具膠狀結(jié)構(gòu)。

為提高師生參與的積極性，學(xué)校應(yīng)制定一系列規(guī)章制度，保證學(xué)生課外科技活動(dòng)的有效性與延續(xù)性。對(duì)學(xué)生來說，提高他們積極性的最好辦法就是將課外科技活動(dòng)與綜合測(cè)評(píng)聯(lián)系起來，將課外科技活動(dòng)的參與度與成果以高權(quán)重納入綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)。另一方面，對(duì)于學(xué)生在課外科技活動(dòng)中所獲得的成績(jī)，應(yīng)給予適度經(jīng)濟(jì)或者精神獎(jiǎng)勵(lì)。如學(xué)生發(fā)表科研論文可報(bào)銷版面費(fèi)；對(duì)于競(jìng)賽所獲成績(jī)者，給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)，適時(shí)在校園宣傳平臺(tái)上進(jìn)行宣傳。對(duì)于教師來說，為了保證他們參與導(dǎo)師制的積極性，可以以職稱評(píng)審條件為杠桿，將指導(dǎo)學(xué)生參加課外科技活動(dòng)作為職稱評(píng)聘的必要條件；還可以根據(jù)實(shí)際情況，將這種工作量折算成一定的分?jǐn)?shù)，納入績(jī)效考核體系。

白鐵礦：淡黃銅色，硬度大于黃鐵礦，強(qiáng)非均性。含量0～20%，最高可達(dá)30%以上。產(chǎn)狀特征：呈生物碎屑礦化集合體、靜邊結(jié)構(gòu)和環(huán)帶結(jié)構(gòu)、纖維狀集合體、微細(xì)脈狀。

水硫鐵礦：黃白色，含量微少，無一定晶形，多呈不規(guī)則的團(tuán)粒狀、豆?fàn)?、纖維狀，局部可見少硫鐵礦從膠黃鐵礦中呈出溶的自形晶粒結(jié)構(gòu)；呈纖維細(xì)脈狀、馬尾絲狀或羽狀。

硫金銅礦：亮金黃銅礦反射色，反射率55%，均質(zhì)。僅產(chǎn)樹枝狀硫鐵礦礦石中。在黃鐵礦、膠黃鐵礦團(tuán)粒的核心或水硫鐵礦條帶的端部，有不規(guī)則的粒狀、條帶狀硫金銅礦。

(2) 脈石礦物。

高嶺石：為本礦段最主要的脈石礦物。巖石呈白色、淡黃色，外貌呈致密狀或土狀，具貝殼狀斷口，具可塑性，耐火度高。多呈隱晶泥狀、碎屑泥質(zhì)粘土結(jié)構(gòu)和顯微鱗片結(jié)構(gòu)。

地開石：圍繞黃鐵礦的邊緣交代充填，形成樹狀、放射狀、扇狀集合體。脈狀地開石肉眼可見纖維，呈絲絹光澤，片狀地開石透明，呈玻璃光澤，顯微鏡下可見纖維狀集合體。

多水高嶺石：呈白色、淡土黃褐色、淡綠、淺藍(lán)色，斷口呈土狀或貝殼狀，含量少。呈疏松狀、致密狀、瓷狀集合體。在電鏡下多呈細(xì)的棒狀、針狀、管狀集合體或單體。

石膏：無色透明，呈板狀、針狀或毛氈狀、纖維狀生于黃鐵礦、白鐵礦附近高嶺石粘土質(zhì)的基質(zhì)中，沿后生粘土巖次生裂隙交代充填。

4　成礦作用分析

4.1 成礦的物質(zhì)來源

本區(qū)產(chǎn)于層狀粘土化玄武巖和粘土火山灰碎屑的黃鐵礦，其含鐵量接近或高于玄武巖，但如從樣品中扣除黃鐵礦的含鐵量后，鐵的含量則大大低于玄武巖，由此玄武巖粘土過程中是在介質(zhì)條件由堿性、中性向酸性轉(zhuǎn)變過程中進(jìn)行的。在玄武巖風(fēng)化為高嶺石的同時(shí)，不斷釋放出鐵、鎂、鈣、鈦等元素，這也從黃鐵礦微量元素分析含鈦及礦相鑒定硫鐵礦化生物碎屑中含有超顯微粒狀或毛氈狀金紅石得到證實(shí)。因此，高嶺石是玄武巖及凝灰?guī)r粘土化產(chǎn)物，硫鐵礦中的鐵主要來源于玄武巖及凝灰?guī)r風(fēng)化后的可溶性鐵?？烧f明本區(qū)硫鐵礦床的鐵是玄武巖粘土化過程中析出的[8-10]。圖3是玄武巖粘土化過程示意圖[11]。

圖3　玄武巖粘土化過程圖

礦石中的硫主要來源于玄武巖的噴發(fā)、噴氣作用所提供的硫。它們?nèi)苡诤Ｋ行纬蒆2S或HS-、SO42-、S2-、HSO4-、KSO4-等形式為各種生物吸收，在沉積過程中通過生物和化學(xué)作用形成硫酸鹽，再經(jīng)硫細(xì)菌的還原作用而形成硫鐵礦[12]。此外，生物死后分解、海水補(bǔ)給、剝蝕區(qū)硫和硫化物的膠體溶液均可能是硫的來源途徑[11]。因此，該礦中硫和可溶性鐵來源豐富，足以形成大型硫鐵礦礦床。

4.2 成礦作用

(1) 陸源碎屑、生物碎屑成礦作用。

主要是以各種陸源碎屑(如粉砂質(zhì)粘土巖、泥質(zhì)粉砂巖、高嶺石粘土巖、玄武巖碎屑和角礫)以及各種形態(tài)的生物碎屑(如含高嶺石和硫鐵礦化的各種藻類、蜓蝌、珊瑚、腕足、海綿骨針等)集合體形式沉積成礦[13]。以陸源沉積的礦物有：高嶺石、鋯石、石英以及玄武巖角礫形式存在的斜長(zhǎng)石、磁鐵礦等。生物在硫鐵礦成礦過程中起著十分重要的作用，以生物碎屑沉積的礦物有：高嶺石、膠黃鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦、水硫鐵礦、硫金銅礦、毒砂、菱鐵礦、方解石、金紅石、磷灰石等形成不同形態(tài)的生物碎屑集合體，構(gòu)成豆粒、鮞粒、草莓狀、鮞核、鮞環(huán)等生物碎屑結(jié)構(gòu)，這表明在還原性水體中，厭氧細(xì)菌引起的還原作用提供了充足的S2-沉淀劑，正是這種作用控制著同生硫化物相的形成[11]。

(2) 生物膠體化學(xué)凝膠作用和膠體化學(xué)成礦作用。

膠體化學(xué)沉積是硫鐵礦形成的重要時(shí)期，膠體化學(xué)沉積成礦作用是生物碎屑沉積成礦作用的繼續(xù)和發(fā)展，當(dāng)沉積成礦作用進(jìn)入膠體化學(xué)沉積成礦階段時(shí)，有機(jī)體吸收各種金屬便形成具生物膠體結(jié)構(gòu)和礦物組合。大量的含有機(jī)質(zhì)的高嶺石和膠黃鐵礦、黃鐵礦、白鐵礦等主要礦石礦物以及少量的閃鋅礦、黃銅礦、硫金銅礦、水硫鐵礦、毒砂、金紅石等組成的具有生物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的膠狀礦物集合體，是以膠體化學(xué)作用為主的沉積成礦作用產(chǎn)物；而不是具有生物結(jié)構(gòu)特征的結(jié)核狀、團(tuán)塊狀粘土質(zhì)硫鐵礦石以及絮狀等高嶺石集合體則是膠體化學(xué)沉積。

(3) 交代作用和重結(jié)晶作用。

成巖作用中期，隨著埋藏深度增加，上覆新的沉積物不斷沉淀堆積和壓實(shí)，使之與底層水隔絕，變?yōu)榉忾]體系，沉積物中大量厭氧細(xì)菌等有機(jī)質(zhì)作用、氧逸度降低、介質(zhì)條件改變?yōu)閴A性及還原環(huán)境，引起物質(zhì)的重新分配組合，建立新的平衡，逐漸使松散的沉積物變?yōu)閳F(tuán)結(jié)的巖礦石。這一階段其主要作用為膠結(jié)作用、交代作用和重結(jié)晶作用。它主要使玄武巖角礫綠簾石化、粘土化；白鐵礦交代黃鐵礦和膠黃鐵礦；高嶺石結(jié)晶為鱗片狀；黃鐵礦晶粒變粗、聚合連生為立方體和五角十二面體；并生成多水高嶺石、石膏等礦物，形成不同結(jié)構(gòu)構(gòu)造的硫鐵礦石。

(4) 次生淋濾作用和氧化水解作用。

沉積礦床形成以后，礦體經(jīng)地表氧化、分解及地表水的淋濾滲透，在改造原巖體的物質(zhì)基礎(chǔ)上，在不同的地理、氣候條件下，形成不同的表生、次生礦物，出現(xiàn)不同的次生礦物組合；次生高嶺石、白鐵礦、地開石、多水高嶺石、褐鐵礦、水針鐵礦等具有皮殼粘土結(jié)構(gòu)，膠狀結(jié)構(gòu)的礦物。

5　結(jié)語

敘永兩河口硫鐵礦位于川南巨型火山—沉積型硫鐵礦礦床之中，礦石礦物以黃鐵礦為主，脈石礦物以高嶺石為主，含有少量白鐵礦、膠硫鐵礦、地開石、多水高嶺石、石膏等，TFe 14%～17%，TS 16%～18%，屬于中低品位硫鐵礦。以結(jié)晶粒度結(jié)構(gòu)、板柱狀結(jié)構(gòu)為主，次為豆?fàn)?、鮞狀、放射狀結(jié)構(gòu)，具有樹枝狀、似脈狀、結(jié)核狀、星點(diǎn)狀構(gòu)造四種主要構(gòu)造，可選性好。成礦物質(zhì)硫和可溶性鐵來源豐富，足以形成巨大硫鐵礦礦床。經(jīng)還原細(xì)菌作用在還原、弱堿性、富H2S條件與可溶性鐵形成硫化礦集合體。經(jīng)陸源碎屑、生物碎屑成礦作用，生物膠體化學(xué)凝膠作用和膠體化學(xué)成礦作用，交代作用，重結(jié)晶作用，次生淋濾作用及氧化水解作用形成沉積礦床。

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【礦產(chǎn)資源】

Research on Ore Characteristics and Mineral Genesis for Sichuan Xuyong Lianghekou Pyrite District

LI Yu-zhen1, 2, XU Chang-hao1, WU Xiao-yan1
(1.Geoscience Institute, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China; 2.Chengdu Diao Mining Industry Energy Resource Co., Ltd., Chengdu 610041, China)

Abstract:Xuyong Lianghekou pyrite is located in the giant volcano-sedimentary pyrite deposit. Ore minerals are mainly pyrite, gangue minerals are dominated by kaolinite. Ore structure mainly include crystalline granular and plate column, a few lenticular, oolitic, radial. Ore construction includes dendritic, like a vein, concretionary, star. Mineral genesis consists of terrigenous clastic, bioclastic, colloid chemistry, metasomatism, recrystallization, secondary leaching and oxidation hydrolysis etc.

Key words:pyrite; ore characteristics; mineral genesis; Xuyong

【收稿日期】2014-09-22

【文章編號(hào)】1007-9386(2015)01-0046-04

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【中圖分類號(hào)】P578.292