甘肃天水李子金矿床物质组分及金银赋存状态研究

刘云华， 刘怀礼， 高洪兴， 李志国， 庄 晓， 张永强， 郑绪忠， 魏均启

(1.长安大学地球科学与资源学院，陕西西安 710054;2.甘肃省天水李子金矿有限公司，甘肃天水 741000; 3.中国黄金集团公司，北京 100011)

李子金矿地处甘肃省天水市南约60 km的娘娘坝镇。大地构造分区属于西秦岭造山带，主要受控于秦岭造山带沿分隔华北板块与扬子板块之间的主要构造结合带(张国伟，2004)。该造山带主要由北秦岭弧盆构造带、李子园－关子镇俯冲碰撞杂岩构造带、中秦岭晚古生代沉积盆地构造带等组成(裴先治等，2009)。李子金矿位于北秦岭弧盆碰撞带的南侧(图1)，元龙－李子园区域性反“S”型构造的李子园背斜转折端，天子山岩体及宽沟石英正长斑岩岩珠与围岩接触带附近(康亚龙等，2003)。

区域矿产勘查工作主要始于20世纪80年代，2000年以来，区内的矿产勘查工作取得了较大突破，已发现李子园、柴家庄、沈家沟、吊坝子、大店沟、庞家河、银铜山等一批大中型金矿床和矿化带(宋忠宝等，2004;杨根生，2008;史明亮等，2010)。李子金矿为该区具有代表性的矿区之一，包含有碎石子、宽沟、尖草湾3个矿区，累计查明金资源量数十吨，矿山拥有采矿、探矿权面积总计达110 km2。区域矿石类型复杂，目前对该区矿床的研究资料还较少，作者在对矿区坑道进行详细编录及矿石光薄片观察基础上，结合大量的测试分析，对该区的矿石物质组成有了更深入的了解，为提高金矿的选矿回收率及对矿产进行综合利用提供了详实资料。

1 矿床地质概况

区域内出露的地层主要有中下元古界秦岭群、下古生界寒武系－奥陶系李子园群、中泥盆统舒家坝群及第四系。其中宽沟、尖草湾矿区成矿围岩地层主要为李子园群(图1)，为一套岛弧型中基性火山－沉积岩系(裴先治等，2006)，主要岩石类型为灰绿色绿泥斜长角闪片岩、绿泥绿帘斜长角闪片岩。区内岩浆岩分布广泛，岩浆活动时间长(李永军等，2008)，成矿作用主要与印支期二长花岗岩和印支末期闪长玢岩有关。碎石子金矿床成矿围岩为天子山二长花岗岩，矿体产于二长花岗岩体中的闪长玢岩脉内部及其附近的构造破碎带中。区域存在两期两种类型的金矿床，早期为形成于宽沟、尖草湾等矿区的韧脆性剪切带型金矿，晚期为形成于碎石子矿区的斑岩型－蚀变岩型金矿(另文讨论)，在区域还未发现有该类型金矿报道(王顺仁，2008)。两期成矿作用在不同位置存在不同程度的叠加，其中第二期与闪长玢岩有关的斑岩型金矿床地质特征与区域其它类型斑岩型或改造型金矿床地质特征相似(韩海涛等，2008;程瑜等，2001)。

图1 甘肃天水李子金矿床地质图Fig.1 Geological map of the Liziyuan gold deposit in the Tianshui areaA1－华北克拉通地块;A2－北秦岭弧盆碰撞带;A3－祁连山加里东造山带;B1－西秦岭北缘被动陆缘带;B2－西秦岭微板块裂陷沉积盆地;B3－西秦岭微板块台地沉积带;1－第四系;2－中泥盆统舒家坝群;3－早古生代李子园群中岩组;4－早古生代李子园群下岩组上段;5－早古生代李子园群下岩组中段;6－早古生代李子园群下岩组下段;7－古元古界秦岭岩群;8－糜棱岩带/构造角砾岩;9－印支期黑云母花岗岩; 10－印支期二长花岗岩;11－印支期花岗斑岩;12－金矿床;13－铜、铅矿床;14－金、银、铅矿床;15－钼矿床(点);16－逆断层;17－正断层A1－North China craton terrane;A2－North Qinling arc－basin collision zone;A3－Qilian Caledonian orogenic belt;B1－passive continental margin on northern edge of the West Qinling;B2－West Qinling microplate rifted sedimentary basin;B3－West Qinling microplate platform depositional zone;1－Quaternary;2－middle Devonian Shu－jiaba Group;3－Early Palaeozoic Lizivuan Group;4－upper section of lower rock group of Early Palaeozoic Lizivuan Group;5－middle section of lower rock group of Early Palaeozoic Lizivuan Group;6－lower section of the lower rock group of Early Palaeozoic Lizivuan Group;7－Paleoproterozoic Qinling rock group;8－mylonite zone/tectonic breccia;9－Indosinian biotite granite;10－Indosinian monzonitic granite;11－Indosinian granite－porphyry;12－gold deposit;13－copper and lead deposits;14－gold，silver，and lead deposits;15－molybdenum deposit;16－reverse fault;17－normal fault.

区域主要控矿构造方向为北西向，宽沟、尖草湾矿区矿体主要受北西向韧－脆性剪切带的控制，碎石子矿区矿体主要产于次级北东向张性断裂中。矿床整体呈北西向分布，与区域构造线一致(陈衍景等，2004)。

2 矿石的结构构造

矿石类型主要为黄铁绢英岩型、绢英岩化二长花岗岩型、蚀变闪长玢岩型、石英脉型、石英硫化物脉型、黄铁矿绿泥石片岩型等，相对于区域其它矿床，其矿石类型较为复杂(李通国等，2000;肖力等，2008;李永琴等，2006)。

黄铁绢英岩型、绢英岩化二长花岗岩型、蚀变闪长玢岩型金矿石主要产于碎石子矿区，矿体围岩为二长花岗岩和闪长玢岩，为两种岩性岩石不同程度遭受含矿热液交代蚀变的结果，矿体主要受北东向次级张性断裂的控制，主要蚀变类型有黄铁绢英岩化，其次有钾化、硅化、绿泥石化、碳酸盐化及少量的绿帘石化，其中金矿化主要与黄铁绢英岩化有着密切的关系;石英硫化物脉型、石英脉型、黄铁矿绿泥石片岩型金矿石产于宽沟、尖草湾矿区，围岩为李子园群地层。蚀变类型主要为绿泥石化和硅化，主要受北西向韧脆性剪切带的控制。矿石构造主要有脉状构造、网脉状构造、浸染状构造、斑点状构造、条带状构造、块状构造等。矿石结构主要有交代残余结构、它形粒状结构、交代网格状结构、骸晶结构等。

脉状构造矿石主要见于宽沟、尖草湾矿区，表现为沿韧脆性剪切带分布的石英脉、石英硫化物脉;网脉状构造主要为石英硫化物细脉呈网脉状分布与绿泥石片岩或蚀变闪长玢岩、破碎蚀变二长花岗岩中;浸染状构造主要表现在黄铁矿或其它金属硫化物呈浸染状分布于蚀变闪长玢岩、蚀变二长花岗岩、蚀变斜长角闪片岩中;块状构造主要是致密块状的多金属硫化物矿石;条带状构造主要是石英及硫化物呈条带状分布于韧脆性剪切带中。交代残余结构、交代网格状结构、骸晶结构主要是晚期硫化物交代黄铁矿及早期硫化物所致。

3 矿石物质组成

3.1 矿石的化学组成

不同矿区不同矿石类型样品主要化学分析结果见表1。从表中可以看出，本矿区矿石中金银品位变化较大，蚀变岩型矿石中金含量范围为3.24～9.92g/t，银含量范围为83.26～305.34g/t，石英脉型矿石金含量较高，而蚀变岩型矿石中的银含量较高。矿石中有害元素As的含量较低，对金银选矿影响较小。

表1 矿石化学成分分析结果Table 1 Analysis results of chemical composition in ores

表2 黄铁矿电子探针成分分析结果(%)Table 2 Electronic probe microanalysis results of pyrites(%)

3.2 矿石矿物组成

根据对矿石光片、薄片观察、人工重砂鉴定及电子探针分析结果发现，本区矿石矿物组成较为复杂，已查明矿物种类达35种，其中矿石矿物种类25种，脉石矿物10种;矿石矿物中包括金银矿物及含金银矿物9种。金银矿物及含金银矿物有自然金、银金矿、金银矿、碲金银矿、碲银矿、含银黝铜矿、银辉铋铅矿、辉银矿、自然银;其它金属矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、黝铜矿、毒砂，其次为辉铜矿、蓝辉铜矿、辉铅铋矿、磁黄铁矿、辉铋矿、碲铋矿、自然铋、碲铅矿、铜蓝、白铁矿等;脉石矿物主要有石英、钾长石、绢云母、高岭石、方解石、绿泥石、绿帘石、白云母、阳起石、角闪石等，在矿物组合上较其它金银矿床要复杂(黄小娥等，2006;郭奎城等，2009)。

主要金属矿物含量:黄铁矿5%～20%，磁黄铁矿0.5%～1.5%，方铅矿0.3%～1.2%，黄铜矿0.1%～0.4%，闪锌矿0.1%～0.5%，其余金属矿物均在0.01%以下。脉石矿物中主要为石英，其中蚀变岩型矿石石英含量在25%～40%，绢云母15%～30%，长石10%～18%，局部含有方解石、绿泥石等;石英硫化物脉型矿石主要脉石矿物为石英，含量60%～80%，绿泥石含量5%～15%，角闪石2%～3%，绿帘石1%～2%，矿化及硅化强度不同其矿物成分变化较大。总体上看，矿物成分与矿石化学成分分析结果较为吻合。

3.3 矿石中主要金属矿物特征

3.3.1 黄铁矿

黄铁矿多呈自形晶、半自形晶、骸晶、交代残余等结构，主要以粒状或粒状集合体形式浸染分布于脉石矿物中。不同矿石类型中的黄铁矿粒度变化较大，石英脉型金矿和黄铁绢英岩化蚀变二长花岗岩中黄铁矿粒度一般较粗，粒度大多集中于0.050～3.000 mm，而蚀变闪长玢岩中呈浸染状分布的黄铁矿粒度主要集中于0.020～0.500 mm，显示闪长玢岩中黄铁矿与岩石快速冷却结晶的特征。黄铁矿主要晶形为立方体和五角十二面体，少量为立方体和五角十二面体聚形。黄铁矿的裂隙较为发育，常见黄铜矿、方铅矿、闪锌矿及金银矿物单独或共生沿裂隙充填交代。矿石中黄铁矿是金的主要载体矿物，金银矿物多呈细粒状和细脉状充填在黄铁矿的裂隙和间隙中，或嵌布在黄铁矿与其它硫化物矿物或脉石矿物的界面处，少量金银矿物呈细粒状、细脉状、不规则状包裹在黄铁矿晶体之中。本区黄铁矿电子探针结果见表4。从电子探针分析结果可以看出，大部分黄铁矿中均含有金，表明黄铁矿中有一些细分散状态的金存在，而细分散状态的银含量很少，此外还含有一些其它微量元素，黄铁矿中的Co/Ni比值均大于1，显示其物质来源于岩浆热液的特征(陈光远等，1987)。

3.3.2 铜矿物

铜矿物见有黄铜矿、黝铜矿、辉铜矿、蓝辉铜矿、铜蓝，后三种矿物为黄铜矿的表生产物。黄铜矿主要呈它形粒状结构，粒度主要集中于0.040～0.400 mm，该粒度范围约占总量的80%，多以脉状单独或与方铅矿紧密共生充填于黄铁矿裂隙中，部分呈不规则状浸染于脉石矿物或包裹于黄铁矿中，偶呈乳滴状嵌布于闪锌矿中，为固溶体出融产物。蓝辉铜矿、铜蓝主要分布于黄铜矿裂隙中或颗粒边缘交代黄铜矿。黄铜矿(表3中1－3号测点)是除黄铁矿外的金的主要载体矿物，金矿物多呈细粒状嵌布在黄铜矿与黄铁矿或黄铜矿与脉石矿物的界面处，还有一部分金矿物呈细粒状包裹在黄铜矿中。本区黝铜矿(表3中4－9号测点)主要为富含砷、锌、银的黝铜矿，其中含As 5.97%～19.38%、Zn 2.03%～6.16%、Ag 0.23%～2.39%，此外大部分含有Au，表明部分金以微细粒浸染形式存在于黝铜矿中。

3.3.3 闪锌矿

闪锌矿常与方铅矿紧密共生，主要以不规则粒状浸染在脉石矿物中，有时呈乳滴状、不规则状固溶体物出熔物包含于黄铜矿中，偶见闪锌矿与金矿物连晶嵌布于黄铁矿裂隙。闪锌矿中普遍含有金和银(表4)，但因闪锌矿在本区总量较低，因而Au在闪锌矿中含量比例较少。此外，闪锌矿中含有少量类质同像的铁，一般认为，黄铁矿中铁含量是其形成温度压力的函数(陈光远等，1987)，温度越高压力越低，闪锌矿中铁含量越高。本区流体包裹体测温结果显示矿床成矿温度主要集中于120～300℃，为中低温热液矿床，闪锌矿中类质同像铁含量较低预示着其形成压力较高，这一结果与流体压力测定所给出的矿床形成于1.8～2.5 km的深度吻合，表明本区矿床剥蚀深度已较深。

表3 黄铜矿、黝铜矿电子探针成分分析结果(%)Table 3 Electronic probe microanalysis results of chalcopyrite and tetrahedrite(%)

表4 闪锌矿电子探针成分分析结果(%)Table 4 Electronic probe microanalysis results of sphalerite(%)

表5 方铅矿电子探针成分分析结果Table 5 Electronic probe microanalysis results of galena

3.3.4 方铅矿

方铅矿多呈它形粒状浸染分布于矿石中，与黝铜矿、辉铅铋矿、辉银矿、闪锌矿等共生关系较为密切，呈不规则状、脉状交代黄铁矿，使黄铁矿呈孤岛状包含于方铅矿中，或方铅矿嵌布在黄铁矿的边缘或裂隙，呈粒状或与金呈连晶包裹于黄铁矿中。可见铅矾沿方铅矿边缘交代呈镶边结构。方铅矿在本区与银矿化关系密切，主要与银矿物呈连晶共生，包裹于方铅矿中呈分散状态存在的银较少(见表5)，方铅矿还是主要的载金矿物之一，普遍含有细分散状态存在的金。

4 金的赋存状态

4.1 金的化学物相分析

本区矿石金的化学物相分析结果见表6，在磨细度为－200目70%的条件下，两种类型矿石96%以上的金已解离为单体金，包裹金及连生金总计小于4%，对－200目以下精矿样品进行观察，确有少量的连生金存在，同时，从硫化物电子探针结果也证实，少量金以微细粒细分散状态包裹于硫化物中。由此可确定矿石中的金主要是以独立的金、银独立矿物形式存在。

从本区金矿石的磨细度试验还可以发现，当磨细粒度增加的情况下，单体金的数量会显著降低，硫化物包裹金及连生金大幅增加。因此，只有将矿石研磨到一定粒度，才能提高单体金的含量。

4.2 金银矿物的化学成分

通过矿石光片及金精矿中金银矿物观察，金银矿物的电子探针成分分析(波谱)，发现本矿区主要金银矿物有自然金、含银自然金、银金矿、金银矿、含金自然银，碲金银矿、含银黝铜矿、银辉铋铅矿、辉银矿。其电子探针成分分析结果见表7。

表6 金的化学物相分析结果Table 6 Analysis results of chemical phases for gold element

表7 金银矿物电子探针成分分析结果Table 7 Electronic microprobe analysis of composition in Au－Ag minerals

金银矿物电子探针成分分析结果显示，本矿区主要金银矿物为含银自然金和银金矿，据刘英俊(1982)研究认为，金的成色是金矿床成矿温度的重要标志，中低温热液型金矿床中含银自然金和银金矿形成温度为100℃～250℃，形成深度为2～3 km，这一结果与流体测温、流体压力计算结果以及闪锌矿类质同像分析结果完全吻合。

4.3 金银矿物的嵌布特征

金矿物主要呈单颗粒状或者与黄铜矿、方铅矿连生在一起，呈细粒或细脉状嵌布在黄铁矿的裂隙与粒间间隙中(图2)，或者嵌布于黄铁矿与黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、毒砂、石英等矿物的接触界面处，该种形式存在的金约占金总量的80%左右;少部分呈浸染状分布于石英、长石、绢云母等脉石矿物接触界面及脉石矿物中，与同一成矿带金矿床中金的嵌布特征一致(辛存林等，2003);碲金银矿呈粒状或不规则状嵌布于黄铜矿、黝铜矿与脉石矿物的界面处，或包裹于上述矿物中，表明其形成与上述矿物关系密切。主要载金矿物黄铁矿、黄铜矿、方铅矿的电子特征结果显示，细分散状态存在的金、银含量较少，金主要以独立矿物形式存在，与化学物相分析结果一致。

图2 自然金呈粒状充填于黄铁矿裂隙中Fig.2 Natural gold filling in pyrite cracks in the granular form1－自然金;2－黄铁矿1－Natural gold;2－Pyrite

通过对金精矿及光片中金的形态观察，金的形态主要为浑圆粒状，其次为不规则状、片状、角砾状等等。对近千粒金粒度统计结果表明，金颗粒粒度变化较大，主要集中于0.074～0.010 mm之间(图3，纵坐标为粒度百分含量)，粒度呈正态分布，大于0.100 mm及小于0.005 mm粒度金含量均较少。金粒度与秦岭地区其它金矿中金的粒度相当(黄由岳，1998;刘新会，2010)，据镜下观察，大部分金矿物表面光亮洁净，少部分金粒表面具有麻点和凹坑，个别金粒表面有锈色，片状金晶面弯曲。

图3 金矿物粒度分布直方图Fig.3 Histograms for granularity of gold mineral

银矿物大多与方铅矿、黄铜矿、碲金银矿等共生，与方铅矿关系尤为密切。银矿物主要呈细粒或细脉状嵌布在黄铁矿的裂隙与粒间间隙中，或者黄铁矿与黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、脉石等的界面处;少部分浸染于脉石矿物中;此外，还有一些呈粒状或树枝状与黄铜矿、方铅矿呈连晶形式包裹于黄铁矿中。银矿物主要呈粒状、片状、针状和树枝状产出，微细粒的自然银常呈圆粒状和角粒状，颗粒边界较圆滑，银白色，氧化后为铅灰色，低硬度，具良好的延展性。自然银粒度较细，大部分小于0.074 mm，精矿中有少量粗粒自然银，粒度达0.150～0.450 mm。矿物电子探针结果显示，银主要以独立矿物形式出现，其次以类质同像形式存在，细分散状态存在的银含量较少。

4.4 金的赋存状态

在碎矿粒度－200目占70%条件下分析结果见表8，原矿中65.99%～68.32%的金已解离为单体金，说明大部分金已解离，虽然增加磨细度能够提高单体金的百分比，但同时会增加能耗，加大选矿难度和成本。在该磨细度条件下金选矿综合回收率可达到93.50%以上，表明其回收率较高，但同时也看到精矿产率较高，富集率不是太高，加大了下游黄金冶炼的成本。

5 结论

(1)该区具有蚀变岩型和石英脉型两种金矿石类型，矿石主要以脉状－网脉状构造、浸染状构造、斑点状构造、块状构造为主。

表8 金的赋存状态分析结果Table 8 Analysis results of occurrence states for gold

(2)矿石中有工业意义的元素为金、银，伴生元素铜、铅、硫具有综合利用价值;有害元素砷等含量较低。

(3)矿石中金矿物以独立矿物形式存在，主要以裂隙金及粒间金为主产出，其次为硫化物或脉石包裹金;银主要以独立矿物形式存在，少部分以类质同像存在于黝铜矿、银辉铋铅矿中。少量金银呈分散相存在，无吸附状态的金和银。

(4)金矿物粒度主要集中于0.074～0.010 mm之间，具有正态分布特征，大于0.1 mm及小于0.005 mm粒度金含量较少。

(5)本区矿石矿物种类较多，黄铁矿为主要的金、银的载体矿物，其次为黄铜矿、方铅矿;黄铁矿粒度较粗，嵌布单一易解离，黄铜矿、方铅矿嵌布相对复杂，在细磨条件下大部分金矿物易于解离呈单体金，矿石总体利于选矿，综合回收率93.5%以上。

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