贵州省晴隆锑矿共(伴)生硫铁矿地质特征朱俊宾1,2,方维萱1,2,胡煜昭3,刘家军1,汤睿3,魏宁1,2(11中国地质大学,北京100083;21有色金属矿产地质调查中心北京资源勘查技术中心,北京100012;31昆明理工大学,云南昆明650093) 贵州省晴隆大厂锑矿是我国大型锑矿床。
前人对有关锑矿床的成因、控矿规律和成矿流体性质等方面进行了较为深入的研究(陈豫等,1984;廖善友和胡涛,1990;叶造军,1996;陈代演, 1992),但对其共(伴)生的硫铁矿研究较少。
70年代,贵州地质局对锑矿床研究的同时,曾对大厂、西舍、固路、后坡和水井湾等锑矿床中普遍发育的硫铁矿进行了初步的研究,并将发育于“大厂层”中上部的硫铁矿体圈出了资源量。
对固路南、三望坪和大厂等矿区勘查后,初步估算晴隆锑矿硫铁矿资源量达到了500万吨以上,具有较大的工业利用前景,值得高度重视。
尤其是有些硫铁矿矿体与锑矿共生,可以在开发过程中利用,在锑矿冶炼系统中回收硫酸可以直接实现废气“零”排放,可实现客观经济效益和生态环境效益。
1 硫铁矿分布特征硫铁矿在矿田中分布广泛。
横向上:大厂、后坡、固路、西舍等地区均有一定的规模;垂向上,除第四纪和底部茅口组灰岩外,其余地层均有发育。
111 硫铁矿横向分布特征从晴隆锑矿整个矿田范围来看,黄铁矿在大厂、后坡、固路、西舍、水井湾等锑矿区均有发育,且每个矿区都达到工业矿床规模。
如后坡南矿区,硫铁矿矿体一般长百至数百米,宽数十至数百米,矿体的平均厚约2～3m,矿石平均含硫量10123%～13190%。
112 硫铁矿垂向分布特征虽然在晴隆锑矿矿区各地层均有硫铁矿发育,但主要含矿层是“大厂层”三段弱硅化角砾凝灰岩、角砾凝灰岩、变余玄武岩和玄武质砾岩,其次为“大厂层”二段中等硅化角砾凝灰岩。
龙潭组除煤系外,其它层位硫铁矿含量极少。
而玄武岩中也可见细颗粒黄铁矿不均匀分布。
由上至下各地层硫铁矿分布情况如下:龙潭组不含煤层位中黄铁矿呈细颗粒状零星分布,发育不均。
龙潭组煤层中黄铁矿呈脉状、团斑状、散点状分布,发育不均。
构不成工业矿体。
峨眉山玄武岩中黄铁矿呈细颗粒散点状分布,粒径多小于1mm。
分布不均。
“大厂层”三段弱硅化角砾凝灰岩、蚀变玄武岩和玄武质砾岩:为硫铁矿矿体主要出露层位,可构成独立矿层(体)。
黄铁矿呈细颗粒散点状、浸染状、层状、似层状和网脉状产出。
矿体规模较大。
锑矿2硫铁矿共生矿层主要赋存在“大厂层”二段中等硅化角砾凝灰岩。
黄铁矿呈团斑状、散点状和网脉状等不规则状分布,极不稳定。
矿体规模较小,一般长100m左右,延深不定,矿体厚多为1m左右。
与萤石、石英、石膏和方解石等矿物共生。
“大厂层”一段强硅化角砾凝灰岩中黄铁矿呈团块状、星散状不均匀分布。
构不成工业矿体。
但本层位具有含金黄铁矿找矿信息,属金矿化层位。
2 硫铁矿矿体特征大厂矿田具有工业意义的硫铁矿分布于“大厂层”,其余地层硫铁矿构不成工业矿体。
211 含矿岩石特征“大厂层”由下二叠统茅口组生物碎屑灰岩的顶部、上二叠统峨眉山玄武岩的底部以及其间的火山角砾岩组成,该套岩石以强烈硅化和粘土化为特征。
产状较平缓,倾角一般在5°～10°左右,其厚度随古喀斯特面起伏而变化。
“大厂层”二段为浅灰色2灰色中2弱硅化火山角砾凝灰岩。
角砾成分为凝灰质,大小不等,多为5c m×3c m,呈棱角状、次棱角状。
它以绿石英、萤石发育以及中2弱硅化为特征。
辉锑矿发育,呈团块状、放射状和柱状等。
共生黄铁矿呈团斑状、星点状、脉状。
粗晶方解石也十分发育。
“大厂层”三段为浅绿色蚀变玄武岩与灰色玄武质凝灰岩、凝灰岩。
上部蚀变玄武岩:岩石呈灰白色致密块状。
蚀变强烈,蚀变产物与玄武质砾岩相同。
它以浅绿色、结构较均一、铁质粘土、有较多细长针状磷灰石和少许残留的长石板状轮廓等特征而与凝灰岩相区别;下部灰色玄武质凝灰岩、角砾凝灰岩:岩石普遍有弱硅化、粘土化现象,仅保留部分残余火山结构。
微至细粒黄铁矿呈散点状、浸染状、网脉状分布。
岩石中石英辉锑矿脉、石英脉、粗晶碳酸盐脉、硅质高岭石脉较多。
本层厚度为0～4m,变化较大。
212 独立富集硫铁矿矿体独立硫铁矿矿层主要赋存在“大厂层”三段弱硅化角砾凝灰岩、蚀变玄武岩和玄武质砾岩:为硫铁矿矿体主要出露层位。
硫铁矿多呈层状、似层状、浸染状和网脉状产出,形态规则,产状较缓,稳定分布。
矿体规模较大,长一般100m至数百米。
矿体厚度变化大,单工程最大厚度可达6167 m。
硫品位一般10%～15%之间,最高达22165%(后坡南矿床74号矿体)。
个别地段产于断层带附近的硫铁矿厚度显著增大,如后坡南ZK80222号钻孔,矿体厚达22157m。
213 硫铁矿2锑同体共生富集锑矿2硫铁矿共生矿层主要赋存在“大厂层”二段中2弱硅化火山角砾凝灰岩。
硫铁矿呈脉状、囊状、不规则状分布,极不稳定。
矿体规模较小,一般长100m左右,延深不定,矿体厚多为1m左右,并随下部古喀斯特面起伏变化。
矿体硫品位较低,一般8%～11%。
与萤石、石膏、绿石英等矿物共生。
硫铁矿在该层位中与辉锑矿呈负相关性,硫铁矿发育区,辉锑矿产出较少,反之亦然。
3 硫铁矿矿石特征311 矿物成分 矿石中的矿石矿物主要为黄铁矿和辉锑矿,局部地段还可见黄铜矿。
脉石矿物有石英、高岭石、萤石、石膏和方解石等。
不同矿体,黄铁矿产出状态略有不同:独立富集硫铁矿矿体:矿石矿物主要为黄铁矿,呈自形晶立方体,少许八面体,次为半自形2它形晶,粒径多在0101～0105mm。
硫铁矿2锑同体共生富集矿体:矿石矿物主要为黄铁矿和辉锑矿,黄铁矿含量相对上层较少,以辉锑矿的伴生矿物形式产出,且分布极为不均。
脉石矿物为石英、方解石、石膏、萤石等。
黄铁矿颜色较深,呈半自形2它形晶,粒径多在011mm以上。
312 结构构造矿石的构造主要有3种:①浸染状构造,黄铁矿呈浸染状产于凝灰岩中;②网脉2脉状构造,黄铁矿呈细脉或网脉状穿插于变余玄武岩和凝灰岩中,显示后期形成的特征;③块状构造,黄铁矿密布,含量达80%以上,围岩成分少许。
矿石结构主要有5种:①自形结构,于凝灰岩和变余玄武岩中的黄铁矿呈自形晶星散状或密集状分布于矿石中;②半自形结构,于凝灰岩或变余玄武岩中的黄铁矿呈半自形晶;③它形结构:于凝灰岩或变余玄武岩中的黄铁矿呈它形、圆粒状结构,黄铁矿聚集成较大团粒不均匀分布于强硅化岩中;④碎裂结构,强硅化岩中黄铁矿被纵横穿切;⑤溶蚀结构,早期生成的黄铁矿受后期硅化热液影响,边部发生溶蚀。
4 硫铁矿和辉锑矿的共生分异机制按成因来分,矿床中所见黄铁矿主要有2种。
一是呈细粒星散状密集分布在浅灰色2灰色凝灰岩中,颜色较浅,由火山喷气作用沉积形成;二是由热液蚀变生成的黄铁矿,呈深黄色粗晶六面体、立方体或它形粒状,主要发育在硅化角砾凝灰岩的上部,其次发育于强硅化角砾岩中,多被第二期梳状石英脉穿切。
411 玄武岩喷发与岩性控制硫铁矿成矿海西期峨眉山玄武岩的喷发,造成大量凝灰质沉积成岩,形成该区“大厂层”的雏形。
同时,玄武岩的喷发也带来了丰富的铁质和硫份(聂爱国等,2007),当富含铁质和硫的火山气液进入凝灰岩时,下进速度受阻,气液便在“大厂层”上部聚集,并沿岩石孔隙度稍大的地区迁移,最终在空间较大部位(如断层、节理和裂隙等)沉积形成硫铁矿(姜冬冬等,2009;夏勇等,1993)。
黄铁矿的结晶在凝灰岩未完全凝结成岩前尤其发育,所以多以浸染状、网脉状的形式产出(图1b 、d 、f )。
玄武质砾岩中较大空隙度和空隙连通性好,为后期盆地流体运移提供了通道和黄铁矿沉淀空间。
黄铁矿多呈胶结物充填在玄武质砾石之间,如大厂矿区一车间玄武质砾岩中,黄铁矿多(图1a 、c )。
黄铁矿在硫铁含量充足及有较大的结晶空间下,就会形成粗粒黄铁矿。
另外,沉积过程中因包裹了大量杂质,所以后期热液形成的黄铁矿颜色较深。
412 硅化蚀变控制锑2硫铁矿富集共生“大厂层”受盆地流体影响,主要经历了三期硅化(陈豫等,1984):第一期硅化使凝灰岩、蚀变玄武岩和一部分灰岩蚀变成为强硅化岩石,同时锑硫化矿物沉积,形成浸染状的稀疏粒状、针状辉锑矿和细粒状萤石;第二期硅化与辉锑矿的改造富集关系极为密切,其强度与锑成矿相关。
硅胶溶液充填于构造裂隙空间和角砾之间。
由于硅胶溶液含有不同的微量元素,故形成绿色、浅蓝色、黄色、乳白色的石英,与辉锑矿、萤石共同产出。
第三期硅化为白色显微粒状石英细脉穿插。
实验表明,辉锑矿在300℃左右,易发生溶蚀分解(夏勇等,1993)。
图1e 中也可以看出,辉锑矿在形成后还经历了热液蚀变作用。
也就是说,在高硫热液从断裂进入大厂层的过程中,除形成辉锑矿外,还对辉锑矿产生了蚀变作用,把辉锑矿中的硫重新萃取汇集到热液中。
随着挤压应力的作用,高硫热液会向低应力区,即裂隙发育区运移沉积。
伴随硅化蚀变强烈的蚀变体中,常形成锑2硫铁矿共生矿体,属于同体共生富集成矿。
413 流体反应面处对硫铁矿形成有利“大厂层”上覆的峨眉山玄武岩在构造应力的作用下,发育了较多断层和裂隙。
当大气降水流经玄武岩时,顺着玄武岩中的裂隙以及柱状节理等岩石空隙往下渗透,并萃取其中的铁质。
钻孔中裂隙发育区可发现破碎岩石多具有铁质浸染现象。
当富含铁质的大气降水下渗到凝灰岩层,由于凝灰岩的不透水性,会对大气降水产生阻隔作用,下渗速度减缓。
同时,该流体会沿空隙度较大的地区运移,并富集。
因此,角砾发育区多发育脉状硫铁矿。
a 玄武质砾岩中黄铁矿;b 似层状黄铁矿;c 黄铁矿沿裂隙分布;d 角砾发育区浸染状黄铁矿;e 辉锑矿溶蚀结构;f 角砾发育区浸染状黄铁矿图1 黄铁矿和辉锑矿产出特征5 讨论与结论层控型硫铁矿矿床从与火山活动的角度来看,可将其划分为两大类,即与火山活动无明显关系的层控型硫铁矿矿床和与火山活动有关的层控硫铁矿矿床。
同火山活动有关的硫铁矿矿床主要与海相火山作用有关,其分布受到一定地层层位控制,在火山沉积作用的基础上又受到一定程度的改造、变质或热液蚀变作用。
因此,与火山活动有关的矿床又可分别划分出:火山沉积(+火山热液)2改造型矿床(如白银厂),火山沉积2变质2混合岩化矿床(如红透山)(涂光炽等,1987)。
我国与海相火山活动有关的层控型硫铁矿矿床主要分布于活动带,如西北祁连山加里东褶皱带内,从东向西分布着许多硫铁矿或硫铁矿型多金属矿床,如白矾沟、石居里、柏树台子、白银厂、南华山及蛟龙掌等。
时间上,该类型矿床主要产出在早古生代(涂光炽等,1987)。
从晴隆锑矿硫铁矿地质特征来看,它与上述类型硫铁矿矿床特别相似。
如:硫铁矿形成于古生代,和峨眉山玄武岩离不开,硫铁矿经沉积2改造形成等。
但也有一下几点区别:(1)峨眉山玄武岩性质:峨眉山玄武岩上覆于“大厂层”,但“大厂层”和下伏茅口组灰岩之间为一不整合面,坑道中可以很明显看出,两者之间存在古风化壳。