相山鈾礦田牛頭山地區(qū)多金屬礦石礦物特征及成礦期次

王建國，馬英英，湯國平，張運(yùn)濤，龐文靜，姚亦軍，邱林飛，郭 娟

（1.江西省核工業(yè)地質(zhì)局261大隊(duì)，江西 鷹潭335001；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源與評價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

相山礦田具有良好的鈾多金屬成礦地質(zhì)條件及找礦前景［1-4］。近幾年，隨著勘查程度的深入，在相山礦田牛頭山地區(qū)鈾礦化下部發(fā)現(xiàn)了多段的鉛鋅銀礦化，多金屬礦規(guī)模較大，表明此地區(qū)除了鈾礦產(chǎn)外，還存在其它金屬礦產(chǎn)的找礦前景。由于該地區(qū)以往多金屬相關(guān)的研究工作較少。筆者在詳細(xì)分析牛頭山地區(qū)多金屬礦礦物組成的基礎(chǔ)上，結(jié)合成礦地質(zhì)特征及礦物之間穿插關(guān)系，研究了多金屬成礦期次，為多金屬成礦類型的確定及找礦工作提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

相山礦田是我國著名的火山巖型熱液鈾礦田，位于北東向贛杭火山巖鈾成礦帶與北北東向大王山－于山花崗巖型鈾成礦帶的復(fù)合疊加部位［5］。贛杭構(gòu)造帶是我國鈾、銅、鉛、鋅、銀等礦床重要產(chǎn)出地。贛杭構(gòu)造帶經(jīng)歷了長期復(fù)雜構(gòu)造活動，從加里東期開始形成，到燕山期構(gòu)造活動最為強(qiáng)烈。燕山早期，在贛杭構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)生大規(guī)模的巖漿侵位和火山噴發(fā)活動，形成了一系列北東向展布的壓扭性斷裂構(gòu)造［6］。燕山中、晚期，我國東南部區(qū)域應(yīng)力改變，發(fā)生大規(guī)模的地殼伸展減薄活動，其地球動力學(xué)可能是華南地幔柱活動引起的［7］。地幔柱活動引發(fā)區(qū)域性的多期次成分復(fù)雜的巖漿活動、火山作用和流體活動，同時(shí)還產(chǎn)生了一系列伸張構(gòu)造及基性巖脈群。伸張構(gòu)造活動能形成有利的流體活動空間以及成礦空間［8］，同時(shí)形成一系列拉張斷陷盆地。鈾礦床及多金屬礦往往分布于這種斷陷盆地的周邊，與之空間關(guān)系密切。

相山礦田，由于經(jīng)受強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動的影響，斷裂比較發(fā)育。在其西部，發(fā)育的北東向壓扭性斷裂和北西向張扭性斷裂之間的次級北北西向河元背—小陂斷裂構(gòu)造是多金屬礦化主要控礦和容礦構(gòu)造。

圖1 牛頭山地區(qū)鈾多金屬礦地質(zhì)圖 （據(jù)王建國等修改，2014）Fig.1 Geological map of uranium-polymetallic deposit in Niutoushan area（Modified after WANG Jianguo et al.， 2014）

牛頭山地區(qū)位于相山鈾礦田西部，處于北北西向河元背—小陂斷裂與東西向戴坊—相山基底斷陷帶的交匯部位，東側(cè)緊鄰湖港礦床和河元背礦床（圖1）［9］。牛頭山地區(qū)發(fā)育基底和蓋層地層?；字饕雎队诘V區(qū)北部，為震旦系（Z）淺變質(zhì)巖，其巖性主要為石英云母片巖、絹云母千枚巖等；蓋層主要為下白堊統(tǒng)火山巖，包括打鼓頂組上段（K1d2）、下段（K1d1）、 鵝湖嶺組上段 （K1e2） 和次火山巖（γπK1e2）；打鼓頂組下段巖性主要為紫紅色（粉）砂巖，底部為含礫砂巖或砂礫巖，角度不整合于基底地層之上；打鼓頂組上段流紋英安巖僅見于深部而未出露地表，產(chǎn)于距頂面標(biāo)高－500 m以下的深部地段。礦區(qū)內(nèi)大面積出露鵝湖嶺組上段碎斑熔巖，呈灰略帶淺紅色，常見少量粉砂質(zhì)泥巖巖屑、細(xì)小片巖、角巖化砂巖及黑云母角巖巖屑。次火山巖巖性有斑狀花崗巖和花崗斑巖，呈不規(guī)則的零星的巖盤、巖脈或巖瘤狀，侵入于碎斑熔巖中。

2 多金屬礦化、礦石礦物組分特征

2.1 礦化分布

牛頭山地區(qū)鉛鋅銀多金屬礦化主要控礦和容礦構(gòu)造是河元背—小陂斷裂。該斷裂為張扭性，呈近北北西走向340°～350°，傾角為65°～82°，從北至南，從河元背以北向南經(jīng)過小陂南，至石洞附近尖滅。構(gòu)造帶內(nèi)常見構(gòu)造角礫和構(gòu)造泥等，局部地段被硅質(zhì)脈膠結(jié)或穿插形成硅化破碎帶。

牛頭山地區(qū)鉆孔ZKX-1發(fā)現(xiàn)礦化幅度達(dá)330 m的鉛鋅銀礦體，其深度自876.49 m到1 206.40 m，但仍未揭穿鉛鋅銀礦體，其中有5段約20 m為大脈型鉛鋅銀礦，沿X號線走向方向的24號線和30號線碎斑熔巖與流紋英安巖的界面兩側(cè)也均發(fā)現(xiàn)有較好的多金屬礦化，尤其是深部鉛鋅銀礦化往西可能延伸至相山賀山—王龍斷裂，具有形成大型多金屬礦床的地質(zhì)條件。鉛鋅銀礦化產(chǎn)狀大致與河元背—小陂斷裂平行，走向一般為340°～350°，傾角為60°～65°，如圖2所示。礦化常呈脈狀、網(wǎng)脈狀或浸染狀充填于構(gòu)造裂隙帶內(nèi)，礦石礦物種類比較復(fù)雜，主要有黃鐵礦、（鐵）閃鋅礦、黃銅礦、方鉛礦、毒砂、輝銀礦等（圖3）。脈石礦物主要有石英、方解石、磷灰石、絹云母、綠泥石等。礦石結(jié)構(gòu)主要為團(tuán)粒狀、自形粒狀和它形粒狀結(jié)構(gòu)，少部分礦石發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu)。

2.2 礦石礦物組分特征

對牛頭山地區(qū)ZKX-1鉆孔礦石有益元素進(jìn)行了分析，分析結(jié)果如表1所示。

圖2 牛頭山X線多金屬礦體剖面示意圖Fig.2 Geological section of polymetallic ore body in Line X of Niutoushan area

圖3 牛頭山多金屬礦石照片F(xiàn)ig.3 Photos of polymetallic ore in Niutoushan area

表1 牛頭山地區(qū)多金屬礦石有益元素含量Table 1 Beneficial element content of polymetallic ore in Niutoushan area

測試結(jié)果表明，高于硫化物鉛礦工業(yè)品位（＞0.7%）的鉛礦體（段）最大視厚度約17 m，最高品位7.540%，平均品位4.791%，是硫化物鉛礦工業(yè)品位的近7倍。高于硫化物鋅礦工業(yè)品位（＞1%）的鋅礦體（段）最大視厚度約16 m、最高品位5.405%，平均品位2.519%，是硫化物鋅礦工業(yè)品位的2.5倍。高于銀礦工業(yè)品位（＞100×10-6）的銀礦體（段）最大視厚度 12 m、最高品位 1 060×10-6，平均品位265×10-6，是銀礦工業(yè)品位2.6倍。從金屬含量與深度變化圖看出（圖4），牛頭山地區(qū)ZKX-1鉆孔在1 000 m左右和1 100 m左右發(fā)育2段集中礦化，Cu、Pb、Zn、Ag含量較兩側(cè)圍巖都明顯升高，而且深部地段具有明顯升高的趨勢，表明牛頭山地區(qū)具有形成富大鉛鋅銀礦的良好前景。

圖4 牛頭山地區(qū)ZKX-1鉆孔多金屬含量與深度關(guān)系Fig.4 Relationship of polymetal content and depth of drill ZK26-101 in Niutoushan area

3 多金屬礦石礦物顯微特征

通過光薄片鑒定和電子探針測試，查明了礦石中存在10多種金屬礦物，發(fā)現(xiàn)牛頭山地區(qū)鉛鋅銀多金屬礦化為一套中-低溫?zé)嵋撼梢虻膹?fù)雜礦物組合，主要發(fā)育的金屬硫化物有黃鐵礦、（鐵）閃鋅礦、黃銅礦及方鉛礦、毒砂等（圖5 A-E），局部發(fā)現(xiàn)輝銀礦、黝錫礦等礦物存在于黃鐵礦或閃鋅礦的微裂縫或微縫隙中（圖5 F）。薄片鑒定使用的儀器為Olympus BX53型偏光-反射光顯微鏡，電子探針分析使用的儀器為JXA-8100型電子探針，實(shí)驗(yàn)均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心完成。

圖5 牛頭山地區(qū)多金屬礦礦石顯微特征Fig.5 Microphotographs of polymetallic mineral in Niutoushan area

在各類圍巖和礦石中，黃鐵礦是較為常見的金屬礦物，礦石中肉眼清晰可見，大小從0.1 mm至數(shù)毫米不等，常呈細(xì)脈狀或者團(tuán)塊狀產(chǎn)出，呈亮黃白色，鏡下觀察反射光為黃白色（圖5 A）。以不規(guī)則狀或中、細(xì)粒晶體與石英、方解石等脈石礦物共生。礦石中的黃鐵礦多呈中粗粒半自形-自形晶體呈浸染狀嵌布于脈石礦物中，其晶形以立方體為主，粒徑較大（圖5 A、B）。

（鐵）閃鋅礦在牛頭山地區(qū)多金屬礦石中十分常見，礦石中肉眼清晰可見，大小從0.1 mm至數(shù)毫米不等，多呈灰褐色、棕褐色，鏡下觀察反射色為（弱）亮灰色。常呈細(xì)脈狀或者團(tuán)塊狀產(chǎn)出半自形或它形粒狀結(jié)構(gòu)，呈團(tuán)塊狀和浸染狀產(chǎn)出，與較大顆粒石英礦物緊密共生（圖5 A、D、E）。電子探針分析結(jié)果表明，該閃鋅礦中鐵含量普遍大于5%，應(yīng)屬鐵閃鋅礦范圍。（鐵）閃鋅礦與黃銅礦和方鉛礦共生，其中廣泛存在黃銅礦、方鉛礦固溶體出溶結(jié)構(gòu)（圖5 A、D、E），大量的固溶體出溶表明鐵閃鋅礦形成溫度較高［10］。

黃銅礦為牛頭山地區(qū)多金屬礦石中常見的硫化物，礦石中肉眼難以觀察，分布不均勻。顏色為銅黃色，金屬光澤，鏡下觀察反射色為亮黃色。黃銅礦有2種產(chǎn)出方式：第1是以乳滴狀、固溶體結(jié)構(gòu)與方鉛礦共同分布于（鐵）閃鋅礦內(nèi)，與（鐵）閃鋅礦的形成密切相關(guān)，根據(jù)其分布形態(tài)，認(rèn)為可能是三者出溶分離的結(jié)果。黃銅礦不均勻、半自形或它形結(jié)構(gòu)分布于（鐵）閃鋅礦內(nèi)，粒徑大小一般變化于0.005～0.300 mm之間（圖 5A）；第2是以浸染狀或細(xì)脈狀、它形粒狀結(jié)構(gòu)充填于脈石礦物之間，粒徑較大，大小一般變化于0.01～0.50 mm之間，和方鉛礦、毒砂等緊密共生（圖5C、D）。根據(jù)黃銅礦的產(chǎn)出關(guān)系，認(rèn)為黃銅礦的形成至少可分為兩期：第1期形成溫度較高，其依據(jù)是黃銅礦和閃鋅礦呈強(qiáng)烈的出溶結(jié)構(gòu)，以固溶體的形式緊密共生；第2期形成溫度可能較低，其依據(jù)是黃銅礦與方鉛礦、毒砂等緊密共生，以團(tuán)塊狀或浸染狀充填于脈石礦物中。

方鉛礦是牛頭山地區(qū)多金屬礦石中最為普遍的礦石礦物之一，礦石中肉眼清晰可見，大小從0.1 mm至數(shù)毫米不等，呈鉛灰色，強(qiáng)金屬光澤，鏡下觀察反射色為強(qiáng)亮白色。方鉛礦有2種產(chǎn)出方式：第1種為以乳滴狀、固溶體結(jié)構(gòu)與黃銅礦共同分布于（鐵）閃鋅礦內(nèi)，與（鐵）閃鋅礦的形成關(guān)系密切，為三者固溶體分離產(chǎn)物。方鉛礦在閃鋅礦內(nèi)分布不均勻，粒徑一般較小，在0.005～0.020 mm之間，呈半自形-它形結(jié)構(gòu)（圖5A）。第2種以細(xì)（網(wǎng)）脈狀和浸染狀形式充填于脈石礦物顆粒以及閃鋅礦等金屬礦物微裂隙或微空隙中，大部分呈它形結(jié)構(gòu)，部分晶形較好，與細(xì)脈狀黃銅礦緊密共生，形成略晚于閃鋅礦（圖5E）。根據(jù)方鉛礦的產(chǎn)出關(guān)系，認(rèn)為方鉛礦的形成至少可分為2期：第1期形成溫度較高，其依據(jù)是方鉛礦與黃銅礦緊密共生，并同時(shí)與閃鋅礦呈強(qiáng)烈的出溶結(jié)構(gòu)，以固溶體的形式緊密共生；第2期形成溫度可能較低，其依據(jù)是方鉛礦與黃銅礦、毒砂等緊密共生，以團(tuán)塊狀或浸染狀充填于脈石礦物中。

4 多金屬成礦期次

成礦期次的劃分是依據(jù)成礦流體（成礦物質(zhì)）物理化學(xué)條件變化較大的成礦作用過程，而成礦階段則是成礦期中次一級的成礦過程，是代表較短的時(shí)間間隔內(nèi)，物理化學(xué)條件變化不大的一次成礦作用。根據(jù)礦物共生組合及礦物間的穿插關(guān)系等的研究，結(jié)合礦床的成礦地質(zhì)背景和成礦地質(zhì)特征，表明該礦床經(jīng)歷了多期多階段礦化作用，研究認(rèn)為牛頭山多金屬礦化分為3期，其中第2期包括兩個(gè)成礦階段。

第1期為粒狀石英-黃鐵礦期，其明顯的特征是石英與團(tuán)粒狀黃鐵礦呈鑲嵌結(jié)構(gòu)發(fā)育，團(tuán)粒狀黃鐵礦的粒間空隙或裂縫中充填晚期硫化物，金屬硫化物主要有閃鋅礦、黃銅礦、方鉛礦、輝銀礦、黝錫礦等，Ag、Sn等元素以類質(zhì)同象形式進(jìn)入早期硫化物晶格中，隨著溫度下降，部分被捕獲的礦物元素被排出而形成出溶的獨(dú)立礦物或混合物。

第2期為石英-閃鋅礦-黃銅礦-方鉛礦-毒砂-菱鐵礦期，該期又可分為兩個(gè)成礦階段：第1成礦階段的特征是石英與團(tuán)塊狀或浸染狀閃鋅礦呈鑲嵌結(jié)構(gòu)發(fā)育，乳滴狀黃銅礦和方鉛礦呈固溶體結(jié)構(gòu)發(fā)育于（鐵）閃鋅礦內(nèi)（圖5 A、D、E）；第2成礦階段的特征是細(xì)脈狀、團(tuán)塊狀、浸染狀黃銅礦、方鉛礦、毒砂等硫化物沿早期礦物的微裂隙或空隙中充填或膠結(jié)。

第3期為方鉛礦-輝銀礦-黝錫礦-方解石期，其明顯的特征是方鉛礦、輝銀礦、黝錫礦等硫化物呈顆粒狀、分散狀充填于早期的金屬硫化物中，方鉛礦和方解石等礦物呈較好的自形結(jié)構(gòu)。

第1期粒狀石英、粒狀黃鐵礦被第2期早階段閃鋅礦（含乳滴狀黃銅礦）和方鉛礦所膠結(jié)，并被充填或第2期晚階段黃銅礦-方鉛礦細(xì)脈所切割，第3期方鉛礦和方解石等呈完整的自形晶，明顯切割第1期和第2期硫化物。

5 結(jié)論

牛頭山地區(qū)鈾多金屬礦主要金屬礦物有黃鐵礦、（鐵）閃鋅礦、黃銅礦、方鉛礦、輝銀礦以及黝錫礦等，礦石結(jié)構(gòu)主要有自形粒狀結(jié)構(gòu)、它形結(jié)構(gòu)、固溶體分解結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、脈狀穿插結(jié)構(gòu)等；礦石構(gòu)造主要有浸染狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造等。

（鐵）閃鋅礦、黃銅礦和方鉛礦呈固溶體分解結(jié)構(gòu)，出溶強(qiáng)烈，說明閃鋅礦-黃銅礦-方鉛礦具有較高的形成溫度。其成因是早期較高的溫度在下降過程中，成礦流體分離為互不混溶的三類礦物。

牛頭山地區(qū)鈾多金屬礦經(jīng)歷了多期多階段礦化作用，可分為3期4階段：第1期為粒狀石英-黃鐵礦期；第2期為石英-閃鋅礦-黃銅礦-方鉛礦-毒砂-菱鐵礦期（含2階段）；第3期為方鉛礦-輝銀礦-黝錫礦-方解石期。