新疆哈密市大紅山銅（金）多金屬礦床礦相學(xué)特征及成因分析

陳貴民 韓飛 賈紅旭

（①新疆寶地礦業(yè)股份有限公司 烏魯木齊 830000②新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第六地質(zhì)大隊(duì) 哈密 839000）

礦相學(xué)是以礦石為研究對象的一門基礎(chǔ)學(xué)科，其任務(wù)是在礦相顯微鏡下研究礦石礦物的光學(xué)、物理和化學(xué)性質(zhì)特征，研究礦石的組構(gòu)以及礦石在時(shí)間和空間上發(fā)育的規(guī)律性[1]。礦相學(xué)在礦床學(xué)科發(fā)展、資源勘查、選礦與冶煉中發(fā)揮了重要作用,因此地質(zhì)與礦冶部門更加注重礦相學(xué)科的發(fā)展[2]。本文主要介紹新疆哈密市大紅山銅（金）多金屬礦床礦相學(xué)特征，初步探討其礦床成因。

1 地質(zhì)背景

新疆哈密市大紅山銅（金）多金屬礦床在成礦帶上屬北山鐵、銅、鎳、金、磷、釩、鈾、錳、鈷等成礦帶的東段，位于紅柳河大斷裂以南的北山古生代裂陷盆地內(nèi),受到紅柳河斷裂控制。

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為新太古界-古元古界天湖巖群a 巖組[3]，長城系白沙溝巖組[4]，薊縣系平頭山組，第四系沖積物及沖洪積物。新太古界-古元古界天湖巖群a 巖組，分布在礦區(qū)西北部，紅柳河大斷裂北側(cè)，其巖性主要有黑云斜長片麻巖、石英片巖、斜長角閃片巖。長城系白沙溝巖組，主要出露于大紅山一帶，分布于紅柳河大斷裂南側(cè)，巖性主要為泥質(zhì)板巖，硅質(zhì)-泥質(zhì)板巖，炭質(zhì)板巖，變質(zhì)砂巖，與薊縣系平頭山巖組呈斷層接觸。薊縣系平頭山組分布在礦區(qū)南東部，巖性較為簡單，以灰?guī)r為主，還見少量砂礫巖、長石石英砂巖。

2 礦相學(xué)特征

2.1 礦石物質(zhì)組成

通過野外觀察及室內(nèi)詳細(xì)巖礦鑒定，礦石中金屬硫化物有黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦、輝鉬礦，金屬氧化物有磁鐵礦，次生氧化物有針鐵礦、纖鐵礦，黑銅礦、藍(lán)銅礦、孔雀石（表1）。脈石礦物為絹云母、石英、碳酸鹽、鐵白云石、斜長石等。

表1 金屬礦物分類一覽表

黃銅礦：黃銅礦在礦區(qū)內(nèi)分布較為廣泛，反射光下為黃色、目估R=47、目估pe=0.25，磨光好（硬度低，鋼針可以刻劃，表面多擦痕），呈群聚狀分布于脈石礦物中，多包裹黃鐵礦、閃鋅礦，也見呈乳滴狀分布于閃鋅礦中，乳滴大小約5μm，呈群聚狀分布的黃銅礦形成時(shí)間較晚，粒徑約0.6mm。通過電子探針分析乳滴狀黃銅礦化學(xué)式為（Cu0.9894Zn0.0239Au0.0001Sb0.0009Pb0.0016）1.016（Fe0.9732Co0.0009Ni0.0003）0.9744S2，群聚狀黃銅礦化學(xué)式為Cu1.0213Zn0.0001Sb0.0007Bi0.0007Pb0.0006）1.0235（Fe1.0009Co0.0011）1.002S，兩者都含Cu、Zn、Sb、Pb、Fe、Co、S 元素，群聚狀黃銅礦為大紅山銅礦主成礦期，從化學(xué)式中可以看出鋅含量較少，在選礦時(shí)銅鋅分離難度較低。

黃鐵礦：反射光下為黃白色、目估R=54±、均質(zhì)、無內(nèi)反射、磨光差多麻點(diǎn)（硬度高、鋼針不能刻劃）、多見為六面體自形晶呈群狀分布，也見呈脈狀它形晶分布，未見五角十二面體黃鐵礦，黃鐵礦呈自形晶表明其結(jié)晶能力強(qiáng)，在氣液或溶漿中能自由結(jié)晶，粒徑0.4mm左右。出現(xiàn)自形程度不同的黃鐵礦，表明成礦熱液不止一期。通過電子探針分析六面體狀黃鐵礦化學(xué)式為（Fe0.9903Co0.012Ni0.0006Zn0.0005Sb0.0001Au0.0001）1.0035（S1.9998Te0.0002）2，它形黃鐵礦化學(xué)式為（Fe1.0298Co0.0017Ni0.0008Zn0.0001Pb0.0009Au0.0004）1.0338（S1.9995Se0.0005）2，二者都含F(xiàn)e、Co、Ni、Zn、Au元素。

閃鋅礦：反射光下為灰色、目估R=17±、均質(zhì)、紅色-無內(nèi)反射，含鐵高，形成溫度較高。硬度低，鋼針可以刻劃，多呈脈狀、群聚狀分布，也呈自形板狀分布于黃銅礦中，形成包晶結(jié)構(gòu)。閃鋅礦粒徑0.04mm左右。

通過電子探針測試，礦區(qū)閃鋅礦為含鐵稍高的高溫閃鋅礦（表2），與巖礦鑒定結(jié)果一致。通過對比不同成因閃鋅礦元素分布規(guī)律，大紅山銅礦中閃鋅礦Fe 元素含量6.995，幾乎與巖漿熱液型閃鋅礦Fe元素含量一致，而與沉積改造型Fe 的含量相差甚遠(yuǎn)（表2）。大紅山銅礦中閃鋅礦Cd 元素含量0.386，也與巖漿熱液型的較為接近（表2）。In 元素含量0.019，與沉積改造型的0.0004 相差甚遠(yuǎn)。通過對比Zn/Fe、Zn/Cd 比值，都與巖漿熱液型的比值結(jié)果較為接近（表2）。大紅山銅礦區(qū)閃鋅礦Zn/Fe=8.42＜10，In元素含量0.019，介于0.015-0.05之間，鏡下具有紅色-無內(nèi)反射，通過研究不同成因溫度下，閃鋅礦的化學(xué)標(biāo)型特征及光性標(biāo)型特征，可以看出該閃鋅礦形成于中偏高溫環(huán)境，成礦溫度在250-300℃（表3）。通過計(jì)算，大紅山銅礦中閃鋅礦化學(xué)式為（Zn0.8692Fe0.1209Pb0.0002Cd0.0033In0.0002）0.9938S。

表2 閃鋅礦成因類型元素分類表[5]

表3 不同溫度下閃鋅礦化學(xué)標(biāo)型特征及光性標(biāo)型特征[6]

2.2 礦石結(jié)構(gòu)

礦石結(jié)構(gòu)主要有交代結(jié)構(gòu)、固溶體分離結(jié)構(gòu)、包晶結(jié)構(gòu)。其中交代結(jié)構(gòu)為斑銅礦交代早期形成的黃銅礦（圖1）。包晶結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為早期較為自形的閃鋅礦被后期黃銅礦包裹。交代結(jié)構(gòu)與包晶結(jié)構(gòu)表明成礦是多期次熱液的結(jié)果。固溶體分離結(jié)構(gòu)主要出現(xiàn)在閃鋅礦與黃銅礦中，表現(xiàn)為黃銅礦呈乳滴狀分布于閃鋅礦中，該現(xiàn)象為成礦介質(zhì)的溫度驟然降低至共析點(diǎn)時(shí)，固溶體開始分離。由于分離不夠完全，分解出的黃銅礦沒有聚集，伴隨著溫度的繼續(xù)下降，分散的黃銅礦呈乳滴狀固結(jié)在閃鋅礦中形成乳濁狀結(jié)構(gòu)（圖2），固溶體分離結(jié)構(gòu)表明礦床經(jīng)過驟變而后趨穩(wěn)的成礦作用[4]。以上礦物組構(gòu)表明，金屬礦物的形成較為復(fù)雜，成礦熱液不止一期。

圖1 交代結(jié)構(gòu)

圖2 固溶體分離結(jié)構(gòu)

2.3 礦石的構(gòu)造

礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造、稠密浸染狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、星散狀構(gòu)造。其中脈狀構(gòu)造主要表現(xiàn)為黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦等金屬硫化物與石英形成復(fù)合脈體。金屬礦物的形成與后期熱液活動關(guān)系密切。

2.4 礦物生成順序

通過野外觀察及室內(nèi)鑒定，大紅山銅（金）多金屬礦床礦物生成順序?yàn)辄S鐵礦→黃鐵礦+閃鋅礦+黃銅礦→黃銅礦+斑銅礦→孔雀石+針鐵礦+纖鐵礦。因此將新疆哈密市大紅山銅（金）多金屬礦床劃分出三個成礦期，分別為成巖期、熱液成礦期和表生氧化期，其中熱液成礦期也為三個階段，即黃鐵礦階段、閃鋅礦-黃銅礦階段以及石英-黃銅礦-斑銅礦階段。

3 礦床成因討論

北山地區(qū)大地構(gòu)造環(huán)境屬被動大陸邊緣，薊縣紀(jì)時(shí)北山陸塊已由活動逐漸變?yōu)榉€(wěn)定。寒武紀(jì)北山地區(qū)為臺型凹陷，沉積了硅質(zhì)含磷建造的西雙鷹山組。志留紀(jì)北山地塊向北俯沖。

白山梁蛇綠巖是紅柳河蛇綠構(gòu)造混雜巖帶的西延部分，位于礦區(qū)北側(cè)。其巖石組合主要由上洋殼的拉斑玄武巖、硅質(zhì)巖組成，還有部分下洋殼的輝長巖、斜長花崗巖。奧陶紀(jì)晚期-志留紀(jì)洋盆開始向北側(cè)的中天山地塊及南側(cè)北山地塊雙向俯沖。

在大洋板塊和大陸板塊的接觸地帶，富含有用金屬組分的大洋殼俯沖到大陸板塊之下，并從消失帶插入地幔，致使大洋地殼發(fā)生部分熔融，這種熔融作用可以從洋底沉積物中釋放出大量富含金屬的含鹽流體。當(dāng)這些富含金屬的含鹽流體隨同鈣堿性巖漿一起上升到地殼淺部，巖漿冷凝結(jié)晶時(shí)，它們便運(yùn)移到侵入巖體頂部，通過交代巖體本身或附件圍巖而形成斑巖銅礦。晚石炭世末期到早二疊世大洋已閉合，大紅山銅礦已基本形成。此后的地質(zhì)發(fā)展演化，主要以隆升和快速剝蝕為主，內(nèi)、外應(yīng)力共同作用塑造了現(xiàn)今的地質(zhì)地貌。

4 結(jié)論

（1）通過礦相學(xué)分析，大紅山銅（金）多金屬礦床中金屬硫化物有黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦、輝鉬礦，金屬氧化物有磁鐵礦，次生氧化物有針鐵礦、纖鐵礦，黑銅礦、藍(lán)銅礦、孔雀石。礦物種類多樣，共伴生情況復(fù)雜，顯示多期次成礦特征。

（2）閃鋅礦與黃銅礦出現(xiàn)的固溶體分離結(jié)構(gòu)表明，成礦經(jīng)過驟變而后趨穩(wěn)的成礦作用。礦石組構(gòu)共同表明存在多期成礦特征。

（3）大紅山銅（金）多金屬礦床劃分出三個成礦期，分別為成巖期、熱液成礦期和表生氧化期。熱液成礦期為三個階段，即黃鐵礦階段、閃鋅礦-黃銅礦階段以及石英-黃銅礦-斑銅礦階段。

（4）通過研究閃鋅礦化學(xué)標(biāo)型特征及光性標(biāo)型特征，可以得出礦床經(jīng)歷過中偏高溫環(huán)境，閃鋅礦及共生礦物成礦溫度在250-300℃。閃鋅礦化學(xué)標(biāo)型特征表明形成于巖漿熱液型而非沉積改造型，因此與地層中的區(qū)域變質(zhì)作用關(guān)系不大。

（5）礦區(qū)位于被動大陸邊緣，具有形成斑巖型銅礦的大地構(gòu)造條件。

（6）綜上，大紅山銅（金）多金屬礦床成因上屬于巖漿熱液-斑巖型銅礦。