西藏甲玛铜多金属矿床主要矿石矿物特征

王 焕 唐菊兴 应立娟 王立强 秦志鹏

(1.中国地质科学院矿产资源研究所,北京100037;2.成都理工大学地球科学学院,成都610059)

西藏甲玛铜多金属矿床位于西藏拉萨市以东墨竹工卡县境内,矿区距拉萨市区约90 km。甲玛铜多金属矿床构造上位于西藏特提斯构造域冈底斯-念青唐古拉(地体)板片中南部。2008～2010年勘探成果表明,甲玛铜多金属矿床具储量大、品位高、伴生有益组分多等特点,因此成为西藏目前最具有经济价值的矿床之一。然而,对于甲玛铜多金属矿床成因问题,尚存在“海底喷流成因”和“岩浆热液成因”之争[1～7]。本文以甲玛矿区矿石露头及钻孔岩心中矿石矿物即主要金属硫化物为研究对象,通过详细、系统的宏观和微观鉴定分析以及电子探针成分分析等研究工作,重点对矿石类型、矿石矿物成分、组构、生成顺序等进行研究,以期为矿床成因提供矿物学依据。

1 矿床地质特征

甲玛矿区出露地层主要为被动陆缘环境形成的一套碎屑岩-碳酸岩系,包括上侏罗统多底沟组(d),下白垩统林布宗组(l)以及第四系(Q)。其中,多底沟组是夕卡岩矿体的底板,主要为一套灰黑色中厚层灰岩,在矿区内大理岩化强烈。林布宗组是夕卡岩型矿体的顶板角岩型矿体的赋矿岩石,上部为灰、暗灰色砂岩和板岩互层,夹有安山质凝灰岩及凝灰质砂岩;下部为灰黑色粉砂岩夹碳质泥页岩、黑色斑点板岩及灰白色绢云母板岩,在矿区范围内普遍发育较强的角岩化。第四系主要为沿缓坡分布的残坡积物和沿沟谷分布的冰水冲、洪积物(图1)。矿区的夕卡岩型主矿体就位于林布宗组岩体与多底沟组接触带以及岩浆热液导通的多底沟组和林布宗组的层间扩容空间;角岩型矿体主要产于林布宗组角岩中。

甲玛铜多金属矿区主要由夕卡岩型铜钼多金属矿体和角岩型钼铜多金属矿体组成。夕卡岩型矿体由1个主矿体和8个透镜状小矿体组成,其中主矿体形态以层状、似层状为主;角岩型矿体为厚大的“筒状”矿体(在16号勘探线上矿体分布尤为典型,包括主矿体和5个小矿体,图2)。矿区主矿体受多底沟组与林布宗组的层间构造及甲玛-卡军果推覆构造体系的控制,其他小矿体受滑覆构造控制。矿区蚀变发育,主要蚀变类型包括夕卡岩化、角岩化、绢云母化、硅化、大理岩化、绿帘石化、绿泥石化、碳酸盐化及泥化等,其中以夕卡岩化、角岩化、绢云母化、硅化、大理岩化为主;碳酸盐化和泥化为后期蚀变,不同程度叠加于其他蚀变之上。详细的野外露头观察及钻孔编录资料表明,矿床蚀变分带较为明显,垂向上由上向下蚀变分带依次为：绢云母化→角岩化→硅化→夕卡岩化→大理岩化,其中夕卡岩化、硅化与成矿关系最为密切。

图1 甲玛铜多金属矿床地质简图Fig.1 Simplified geological map of the Jiama Cu-polymetallic ore deposit

图2 甲玛铜多金属矿床16号勘探线剖面图Fig.2 Profile along No.16 exploration line in the Jiama Cu-polymetallic ore deposit

2 矿石类型

根据矿床主要赋矿岩石可将矿石类型划分为夕卡岩型和角岩型。按照主要有用金属矿物及组合对矿石进行分类,主要类型有：黄铜矿矿石、方铅矿-闪锌矿矿石和黄铜矿-辉钼矿矿石;次要类型为：黄铜矿-斑铜矿-黝铜矿矿石、黄铜矿-黄铁矿矿石、辉钼矿矿石等。上述各种矿石类型在矿床中的分布关系见图3。

方铅矿-闪锌矿矿石以方铅矿、闪锌矿为主要金属矿物,铅、锌品位很高,铜矿物含量较少。二者常呈共(伴)生关系,主要呈致密块状、稀疏浸染状等产于角岩矿体中(图4-A),集中分布于整个矿床的上部。

黄铜矿-黄铁矿矿石以黄铜矿、黄铁矿为主要金属矿物,铜品位一般。主要分布在硅化角岩矿体中,不均匀分布。黄铜矿以细粒星散状、团斑状或细脉状形式产于硅化石英脉及角岩裂隙中;黄铁矿主要产于硅化石英脉中,呈脉状或者小团斑状。

黄铜矿-辉钼矿矿石以黄铜矿、辉钼矿为主要金属矿物,铜、钼品位较高。主要分布在夕卡岩矿体的上部,黄铜矿多以团斑状(图4-B)、浸染状等形式产出;辉钼矿呈稠密浸染状、密集鳞片状等不均匀产于夕卡岩中。

辉钼矿矿石以辉钼矿为主要金属矿物,其他金属矿物含量极少,钼品位高。辉钼矿在硅化角岩和夕卡岩中均有产出,而以硅化角岩中辉钼矿含量较高。硅化角岩中辉钼矿主要产出形式为硅化石英脉中的细粒脉状(图4-C)、星散状及沿角岩裂隙面和层间薄弱面产出的粒度较粗的浸染状、鳞片团斑状;夕卡岩矿石中主要为细粒团斑状和浸染状辉钼矿,偶见鳞片状辉钼矿。

黄铜矿矿石以黄铜矿为主要金属矿物,铜品位最高。主要产于夕卡岩矿体中,而以石榴子石夕卡岩中黄铜矿含量较高。黄铜矿呈块状、稀疏浸染状和稠密浸染状产出,即夕卡岩中部石榴子石夕卡岩为最主要的黄铜矿矿体。其所含主要矿石矿物除黄铜矿之外,还含有少量斑铜矿、黝铜矿、黄铁矿等。

黄铜矿-斑铜矿-黝铜矿矿石以黄铜矿、斑铜矿、黝铜矿为主,铜品位高。主要分布在夕卡岩矿体中下部,集中产于硅灰石夕卡岩中。三者相互为共生关系(图4-D),更多的是两两矿物共生,呈团块状、稀疏浸染状、脉状等。

以上6种矿石类型在矿床垂向上显示出矿化分带规律,由顶部至底部呈渐变关系,没有明显的界线,有过渡阶段,进而形成角岩型-夕卡岩型矿体。

图3 甲玛铜多金属矿床矿石类型分布示意图Fig.3 Distribution of the ore types in the Jiama Cu-polymetallic ore deposit

图4 甲玛铜多金属矿床矿石矿物特征Fig.4 Characteristics of the ore minerals in the Jiama Cu-polymetallic ore deposit

3 主要金属矿物特征

3.1 主要金属硫化物

矿区金属硫化物以原生硫化物为主,主要为黄铜矿、斑铜矿、黝铜矿、辉钼矿、方铅矿和闪锌矿等;其次为辉铜矿、蓝辉铜矿、辉砷铜矿、铜蓝、硫钴矿、硫铋铜矿等。夕卡岩矿石中常见黄铜矿、斑铜矿、黝铜矿、辉钼矿、辉铜矿、铜蓝等,其次可见硫钴矿、硫铋铜矿;角岩型矿石中以辉钼矿、黄铜矿、方铅矿和闪锌矿为主。

黄铜矿：为主要的矿石矿物,多呈不规则粒状和粒状集合体。在夕卡岩中多呈浸染状,少量呈致密块状,充填于夕卡岩造岩矿物粒间或伴随强硅化、夕卡岩化产出;在角岩型矿石中多呈细脉浸染状或与斑铜矿、辉铜矿、黝铜矿、方铅矿、闪锌矿等呈团斑状、不规则状、星散状产出。黄铜矿粒径大小不等,以中细粒为主,粒径一般为0.01～0.12 mm。镜下观察,黄铜矿多为他形粒状,可分为3个世代。第一世代黄铜矿与磁黄铁矿、辉钼矿等近于同时形成;第二世代黄铜矿呈固溶体分离结构产于斑铜矿、黝铜矿中;第三世代黄铜矿主要以乳滴状形式定向或无定向产于闪锌矿中。可见第二世代黄铜矿内部发育细粒自形-他形辉砷钴矿、硫钴矿小包体;氧化物矿石中可见到黄铜矿裂隙及边缘被铜蓝交代。经电子探针分析,黄铜矿化学成分中大多含Ag、Zn、Co,其次为As、Au、Se,且镜下呈现较深黄色的黄铜矿中Co与As含量较高(表1)。

斑铜矿：为主要的矿石矿物,局部含量高于黄铜矿,主要见于夕卡岩中。斑铜矿常与黄铜矿、黝铜矿、辉铜矿、硫铋铜矿共生,沿岩石裂隙面或硅化石英脉呈细脉状,或直接以团斑状和稀疏浸染状产于硅灰石夕卡岩中;也有较自形的斑铜矿包于石英中(图4-E)。镜下斑铜矿多为他形,与黄铜矿呈明显共生关系,粒度细,粒径一般0.01～0.3 mm。斑铜矿可交代透辉石、阳起石等脉石矿物。斑铜矿可见2个世代,第一世代斑铜矿与第一世代黄铜矿近于同时产出,与黄铜矿呈明显共生关系;第二世代斑铜矿呈细脉状或稀疏浸染状产于石英脉中。斑铜矿内部常发育有自然金(图4-F)、碲银矿、辉砷钴矿等的细小包体及出溶的硫铋铜矿细叶片;矿物的微裂隙中,可见被方解石细脉充填现象。常见斑铜矿中乳滴状、叶片状、格状黄铜矿、硫铋铜矿等出溶物(图4-G);个别斑铜矿被辉铜矿(图4-H)、铜蓝交代。斑铜矿颜色多变,锖紫色、锖蓝色(图4-I)、棕红色、暗棕红色均有。究其原因,主要是由于矿物中Fe含量不同,从而导致其反射色发生差异。经电子探针分析,斑铜矿中普遍含 Ag,部分含 Au、Zn 、Te、Se 和 Co,不含Pb(表2);镜下干净斑铜矿中Ag含量较高。

表1 甲玛铜多金属矿床黄铜矿电子探针分析结果(w/%)Table 1 Electron probe analysis of the chalcopyrite in the Jiama Cu-polymetallic ore deposit

辉钼矿：呈细脉浸染状分布在夕卡岩、角岩型矿石中,在花岗斑岩脉中也可见。形态上,辉钼矿多呈鳞片状、叶片状集合体和细粒状,有时也见以针状产出。镜下见菊花状单独产出的辉钼矿集合体(图4-J),也可见黄铜矿细脉穿插辉钼矿板状晶体现象。总体上,辉钼矿在岩石中分布较不均匀,在夕卡岩中与角岩中均有产出。其电子探针分析结果表明,辉钼矿中主要微量元素为 Fe、Ni、Cu、Se、Zn、Co、Te和 Au,不含 Pb 和 Bi。

方铅矿：矿床中分布较为普遍,矿体在近地表部位较富集,铅山和铜山海拔高的位置常见。晶形较好,常呈致密块状;与闪锌矿共生,或与黄铜矿、斑铜矿连生、或单独产于脉石矿物内。方铅矿多呈粒状集合体、细脉状产出,常见边缘被辉铜矿、铜蓝交代形成反应边结构。电子探针分析结果显示,方铅矿中普遍含 Ag、Fe、Se和 Te,部分含Ni、Co和 Bi等元素(表3)。

闪锌矿：主要与方铅矿共生产出,多呈浸染状、粒状集合体与方铅矿、黄铜矿、黄铁矿等一起产出,或者在块状夕卡岩中产于矿物粒间和石榴子石微裂隙中。主要有2种闪锌矿,分别为黑褐色闪锌矿和红棕色闪锌矿,以红棕色闪锌矿为主,其中黑褐色闪锌矿Fe含量较高,质量分数可达10.09%(表4)。镜下观察,矿物粒度变化较大(0.01～4 mm),有时还包裹有细小(＜0.001 mm)的辉石等脉石矿物。由于固溶体分离作用,在闪锌矿中常见有粒径为0.001～0.01 mm的乳滴状黄铜矿。总体看来,闪锌矿在甲玛多金属矿床中含量较低。

表2 甲玛铜多金属矿床斑铜矿电子探针分析结果(w/%)Table 2 Electron probe analysis of the bornite in the Jiama Cu-polymetallic ore deposit

表3 甲玛铜多金属矿床方铅矿电子探针分析结果(w/%)Table 3 Electron probe analysis of the galena in the Jiama Cu-polymetallic ore deposit

表4 甲玛铜多金属矿床闪锌矿电子探针分析结果(w/%)Table 4 Electron probe analysis of the sphalerite in the Jiama Cu-polymetallic ore deposit

3.2 其他铜金属矿物

黝铜矿：常呈团块状、脉状及稀疏浸染状不均匀分布于夕卡岩中。矿物粒度介于0.01～0.2 mm之间,有的与黄铜矿、斑铜矿连生,或沿黄铜矿边缘分布,或分布于闪锌矿等矿物边缘形成反应边结构。尽管其分布较为普遍,但是含量较少,仅占金属总量1%～5%。据电子探针分析结果,还含 Zn、As、Sb和 Te(表 5)。

辉铜矿：多呈他形粒状、脉状分布于黄铜矿边缘或与斑铜矿共生产出。镜下见矿物粒度大小不等,内部裂隙发育,有交代斑铜矿边缘形成反应边结构,辉铜矿产出较少。经电子探针分析,普遍含Ag、Fe、Zn,其次为Ni、Te 、Au 等(表 5)。

硫铋铜矿：常见与斑铜矿连生于夕卡岩中,肉眼不易观察,镜下观察见其以出溶物形式呈定向乳滴状、叶片状产于斑铜矿中,系固溶体分离结构。经电子探针分析,普遍含 Ag、Fe、Sb、Te等(表 5)。

3.3 矿石矿物组构特征

甲玛铜多金属矿床矿石结构以结晶结构(图5-A)、交代结构(图5-B)、固溶体分离结构(图 5-C)和表生结构(图5-D)为主,其中结晶结构包括自形粒状结构、半自形粒状结构和他形粒状结构;交代结构最为普遍,主要有交代残余结构、交代熔蚀结构、充填交代结构、交代骸晶结构、反应边结构;固溶体分解结构在甲玛铜多金属矿床中比较常见,主要见乳滴状结构和叶片状、格状结构,表现为黄铜矿、斑铜矿、闪锌矿、辉铜矿互为主客晶,形成乳滴状、格状、叶片状结构;表生结构包括变生结构、隐晶结构和胶结结构。

矿石构造按其成因分类,主要为气-水热液矿石构造且以交代矿石构造为主;其次可见部分岩浆矿石构造和变质矿石构造。交代矿石构造以浸染状(图5-E)和细脉-网脉状构造(图5-F)为主,团块状构造(图 5-G)和角砾状构造(图5-H)次之;岩浆矿石构造可见斑杂状构造、角砾状构造、脉状构造;表生矿石构造可见胶状构造等。

表5 甲玛铜多金属矿床其他金属矿物电子探针分析结果(w/%)Table 5 Electron probe analysis of the other metallic minerals in the Jiama Cu-polymetallic ore deposit

图5 甲玛铜多金属矿床矿石组构特征Fig.5 Fabric characteristics of the ore minerals in the Jiama Cu-polymetallic ore deposit

4 讨论

根据电子探针数据对斑铜矿、黄铜矿进行Cu-Fe-S三元系投图(图6),斑铜矿落在结晶温度之上,而黄铜矿落在结晶温度以下,温度在500℃以下,说明甲玛铜多金属矿床的斑铜矿、黄铜矿的成矿压力条件可能低于60 kPa。斑铜矿与黄铜矿均为三组分有限固溶体矿物。在这些矿物中,伊达矿(铁铜蓝)为二组分有限固溶体矿物,其余都是固定成分矿物。

图6 甲玛铜多金属矿床中斑铜矿、黄铜矿Cu-Fe-S投影图Fig.6 The Cu-Fe-S projection print of the bornite and chalcopyrite in the Jiama Cu-polymetallic ore deposit

根据矿石组构、矿物共生组合和矿物成分等特征,可将甲玛铜多金属矿床成矿期划分为岩浆期、夕卡岩期、热液成矿期和表生期。其中热液期是矿床最主要的成矿期次。根据上述甲玛铜多金属矿床详尽的金属硫化物标本和矿相学特征研究,可将该成矿期划分为如下阶段：(1)铁铜钼硫化物阶段,(2)铜硫化物-硫盐矿物阶段,(3)铜铅锌硫化物阶段,(4)金成矿阶段。在此基础上,本文较为粗略地厘定了甲玛铜多金属矿床主要金属矿物的生成顺序(表6)。各成矿阶段的典型矿物组合分别为：黄铜矿-辉钼矿-磁黄铁矿,黄铜矿-斑铜矿-黝铜矿,黄铜矿-方铅矿-闪锌矿,自然金,辉铜矿-蓝辉铜矿-孔雀石-硅孔雀石-蓝铜矿。

表6 甲玛铜多金属矿主要矿石矿物生成顺序表Table 6 Genetic sequence of the main ore minerals in the Jiama Cu-polymetallic ore deposit

5 结论

a.西藏甲玛铜多金属矿床矿石类型主要为黄铜矿矿石、方铅矿-闪锌矿矿石和黄铜矿-辉钼矿矿石、黄铜矿-斑铜矿-黝铜矿矿石、黄铜矿-黄铁矿矿石、辉钼矿矿石等。矿石结构主要有结晶结构、交代结构、固溶体分解结构和表生结构;矿石构造主要是浸染状构造、团块状构造、角砾状构造,还有脉状构造和斑点状构造等。

b.矿床形成严格受冈底斯-念青唐古拉地体南缘构造演化控制,矿石矿物发育一套中温热液矿物组合,如黄铜矿、斑铜矿、辉钼矿、方铅矿、闪锌矿等。围岩蚀变有夕卡岩化、角岩化、绢云母化、硅化和碳酸盐化等,属于中温蚀变组合。

c.矿体主要赋存于上侏罗统多底沟组灰岩和下白垩统林布宗组砂板岩接触部位的夕卡岩中,主要为原生硫化物矿体,其次为次生硫化物矿体,少量氧化矿。矿石中Cu、Mo是主要有用元素,主要的伴生有用元素是Pb、Zn、Au、Ag。

综上所述,作者认为甲玛铜多金属矿床成因类型为岩浆热液型,工业类型为角岩型-夕卡岩型铜多金属矿床。与矿化密切相关的蚀变作用为夕卡岩化、硅化、角岩化等。矿床以 Cu 、Mo、Pb、Zn矿化为主,典型矿石构造为细脉-浸染状构造,主要伴生元素为 Au、Ag、Pb、Zn、W,有害元素砷、铋、锑、汞含量较低。

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