西藏南木林县浦桑果铜多金属矿床矿石矿物特征及钴、镍元素赋存状态研究

杨海锐, 钟康惠*, 多 吉, 普布次仁, 高一鸣, 崔晓亮

1)成都理工大学, 四川成都 610059;2)西藏自治区地质矿产勘查开发局, 西藏拉萨 850000;3)西藏自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队, 西藏拉萨 850000;4)中国地质科学院矿产资源研究所, 国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037

西藏南木林县浦桑果铜多金属矿床矿石矿物特征及钴、镍元素赋存状态研究

杨海锐1), 钟康惠1)*, 多 吉2), 普布次仁3), 高一鸣4), 崔晓亮1)

1)成都理工大学, 四川成都 610059;2)西藏自治区地质矿产勘查开发局, 西藏拉萨 850000;3)西藏自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队, 西藏拉萨 850000;4)中国地质科学院矿产资源研究所, 国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037

西藏冈底斯成矿带南木林县浦桑果铜多金属矿床是新发现的大型铜多金属矿床, 该矿床以品位高,成矿元素复杂为其特征。本文应用野外地质编录、显微镜鉴定、电子探针等手段对浦桑果矿床矿石矿物特征以及Co、Ni元素赋存状态进行了研究。矿石矿物主要由黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、铜蓝等组成。矿石中的有用元素除了铜、铅锌、银外, 钴、镍元素是伴生有益组分, 矿石中主要Co-Ni元素独立矿物为镍辉砷钴矿。通过电子探针分析, Co元素含量平均为17.87%, Ni元素含量平均12.66%, Co-Ni元素同时以类质同象置换铁的形式赋存于金属硫化物中, 黄铜矿平均含Co 0.04%、Ni 0.08%, 黄铁矿平均含Co 0.40%、Ni 0.20%, 闪锌矿平均含Co 0.14%、Ni 0.06%, 磁黄铁矿平均含Co 0.79%、Ni 0.18%等。Co-Ni元素作为重要的伴生矿产,对提高矿床综合利用价值, 丰富青藏高原矿床类型, 指导找矿工作部署具有重要的意义。

西藏; 冈底斯; 浦桑果; 矿石矿物特征; Co-Ni元素赋存状态; 镍辉砷钴矿

Co、Ni元素都是重要的战略金属资源, 主要赋存在铜镍硫化物矿床中, 如我国甘肃的金川铜镍矿(贾恩环, 1986; 杨合群等, 1991; 刘民武等, 2003)、新疆哈密的黄山东铜镍矿带(毛景文等, 2002; 胡沛青等, 2010)。浦桑果铜多金属矿区地处冈底斯成矿带中段, 矿区南部为雅鲁藏布江结合带, 其成矿与区内花岗闪长岩密切相关(崔晓亮等, 2012)。西藏自治区地勘局地质六队通过 4年的艰苦工作, 初步查明了该矿床的主成矿元素为铜、铅锌、银, 是一个具有大型规模的铜多金属矿床。在勘查过程中, 矿石中Co达到了伴生利用指标。但是, 对矿石特征的研究极为薄弱, Co、Ni等伴生组分的赋存状态尚未查明, 为此作者对其矿石矿物、矿物组合、Co、Ni元素的赋存状态进行了初步的研究, 这将有利于完善冈底斯成矿带矿床类型, 有助于指导区域找矿。

1 矿床地质特征

浦桑果矿区位于冈底斯-念青唐古拉地体(Ⅱ)之冈底斯燕山-早喜马拉雅期陆缘岩浆弧(Ⅱ1)西段, 南临雅鲁藏布江结合带, 矿区出露地层为白垩系下统塔克那组(K1t)与古近纪之典中组(E1d), 地层总体倾向北, 走向近东西向。塔克那组(K1t)分为四个岩性段, 由下至上为灰-灰绿色安山岩、灰色灰岩、深灰色火山碎屑岩和灰-深灰色-黄褐色大理岩化, 矽卡岩化灰岩夹似层状、条带状、透镜状矽卡岩及薄层状安山质火山岩。典中组(E1d)岩性为火山碎屑岩、凝灰岩。第四系主要产出于山体坡角较缓处或山脚地带(图 1)。

矿区位于雅江深大断裂北侧, 矿区构造主要表现为断层构造, 其主干构造由 F1逆断层, F2平移断层, F3逆断层, F4、F5层间滑动断层所组成。岩浆岩从中酸性至基性岩中均有产出, 主体是花岗闪长岩,其与矿区多金属矿体的形成关系密切, 花岗闪长岩体(γδ62)大面积出露于矿区南西部, 该岩体产出时代为喜山期早期; 闪长玢岩(δμ62)产出于矿区中东部,侵入于塔克那组地层内, 为一侵入岩株; 辉石二长岩脉(ψη)有三条, 呈透镜状产出于典中组地层内。围岩蚀变主要集中在岩体与地层接触带附近, 蚀变类型有矽卡岩化、硅化、绿泥石化、碳酸盐化。其中以矽卡岩化与多金属矿成矿关系最为密切。

图1 浦桑果铜多金属矿床地质略图(据刘祖军等, 2009简化)Fig. 2 Geological map of the Pusangguo Copper Polymetallic Deposit (modified after LIU Zu-jun et al., 2009)

矿区产出有Ⅰ～Ⅵ号六个矿体, Ⅰ号矿体为本矿区的主矿体, 该矿体成矿元素多、 矿化集中、品位富、经济价值高。 其产出于白垩系下统塔克那组第四岩性段(K1t4)矽卡岩化大理岩、灰岩层位中, 受该层位内的矽卡岩透镜体控制, 产状与矽卡岩一致;矿体倾向北, 倾角 30°～60°, 地表厚度变化较大, 矿体主要由平硐 PD01、PD02控制, 地球化学样品分析数据表明(据刘祖军等, 2010), PD01从30 m开始到109 m绝大部分样品Co含量在200×10-6以上, 最高达到1441×10-6(图1A, 数据引自刘祖军等, 2010),PD02从 76 m开始到 100 m样品 Co含量均在200 ×10-6以上, 最高达到 458×10-6(图 1A, 数据引自刘祖军等, 2010), 从西到东Ⅰ号矿体中普遍伴生Co元素, 含量较稳定, 因在普查阶段为进行Ni元素地球化学样品测试, 所以Ni元素在矿体中分布状况不明, 但是考虑到 Co-Ni元素具有类似的地球化学特点, 推测区内Ni元素也达到伴生利用指标。Ⅱ号-Ⅵ号矿体规模较小, 其中Ⅱ号矿体、Ⅲ号矿体和Ⅴ号矿体为产出于矿区中部塔克那组(K1t4)灰岩地层内的矽卡岩小型透镜体内, Ⅳ号矿体产出于矿区中部塔克那组(K1t4)灰岩与塔克那(K1t3)火山碎屑岩接触部位, Ⅵ号矿体可能为Ⅰ号矿体向西的延伸。总体来说, 矿床矿石矿物分布较均匀, 矿物组合较简单,为黄铜矿-方铅矿-闪锌矿组合或方铅矿-闪锌矿组合。

2 矿石矿物特征

浦桑果矿床以铜矿化、铅锌矿化为主, 铜矿化达到大型规模, 铅锌达到中型规模, 伴生钴已达中型规模。本次采集矿区Ⅰ号主矿体矿石样品表进行研究, 采样位置为平硐PD01中66～70 m(图1A)。矿石组成主要铜矿物有黄铜矿、铜蓝等; 铅矿物有方铅矿; 锌矿物为闪锌矿。本次研究新发现独立含Co-Ni矿物-辉砷钴镍矿, 其它常见金属硫化物为黄铁矿、磁黄铁矿。脉石矿物主要有石榴子石、石英、方解石、绿泥石、绿帘石及粘土矿物等。

黄铜矿: 主要的铜矿物, 含量 3%～20%。呈稠密浸染状(图2a, b, c, d), 常充填于矽卡岩造岩矿物粒间或伴随强硅化、矽卡岩化产出(图2c,d)。镜下见黄铜矿呈他形粒状结构(图2f), 粒度变化较大, 粗粒黄铜矿粒径变化于 3.50～5.50 mm 之间(图 2j);细粒黄铜矿呈固溶体分离乳滴状结构定向或无定向产于闪锌矿中, 粒径变化于 20～30 μm 之间(图 2f)。经电子探针分析(表 1), 黄铜矿成分中含 微 量 但 较 均 匀 的 Co(0.02%～0.04%)、Ni(0.09%～0.1%) 、 As(0.04%～0.27%) 、Se(0.09%～0.19%)、Sb(0.02%～0.19%)、Te(0.12%), 呈乳滴分布于闪锌矿中的黄铜矿成分中还含有微量的Zn(1.81%)。黄铜矿计算所得分子式为: Cu0.99Fe0.99S2,接近标准分子式CuFeS2。

图2 浦桑果铜多金属矿床矿石矿物镜下特征Fig. 2 Ore minerals in the Pusangguo copper polymetallic deposit

黄铁矿: 含量在2%～5%之间, 黄铁矿见两种构造, 一为稠密浸染构造呈粗粒团块集合体状产出;二为脉状构造, 呈细脉状产出。镜下见黄铁矿呈半自形粒状结构, 粗粒黄铁矿粒径在1.80～2.00 mm之间, 多发生碎裂(图2e), 细粒黄铁矿晶形不规则, 粒径在50～110 μm之间(图2f)。两种黄铁矿的电子探针测试结果列于表 1中, 成分差别不大, 均含有微量的Co(0.3%～0.49%)和Ni(0.06%～0.33%), Zn(0.19%)和 Se(0.01%～0.04%), 经过计算, 黄铁矿分子式为Fe1.03S2, 与标准分子式FeS2接近。

方铅矿: 主要的铅矿物,含量在 10%～30%之间,与黄铜矿伴生的方铅矿及闪锌矿多成稠密浸染状(图 2a), 局部集中发育的方铅矿与闪锌矿呈条带状构造(图 2b), 镜下方铅矿呈自形粒状结构, 纯白色反射色, 矿物粒径范围一般变化于 5～10 mm之间, 偶见最大颗粒可以达到粒径1.5 cm(图2g-i)。电子探针分析结果显示(表 1), 方铅矿中普遍含微量的Fe(0.07%～0.18%)和 Se(0.11%～0.26%) , 部分含 Co(0.07%), Ni(0.03%～0.13%)和 As(0.05%～0.07%)等元素(表 1), 分子式为 Pb1.06S, 接近标准分子式PbS。

铁闪锌矿: 矿石中含量为10%～30%, 与方铅矿共生, 呈稠密浸染状构造和条带状构造, 镜下见闪锌矿大多呈半自形-它形晶粒状结构, 与方铅矿共生,与黄铁矿黄铜矿伴生(图2g-j), 或和黄铜矿形成固溶体分离乳滴状结构, 闪锌矿是主晶, 乳滴状黄铜矿是客晶(图 2j)。电子探针分析结果显示(表 1), 闪锌矿中微量元素有 Co(0.1%～0.2%)、Ni(0.03%～0.08%)、Cu(0.11%～0.52%)、As(0.33%～0.49%)、Se(0.27%～0.31%)、Sb(0.08%～0.14%)、Te(0.06%～0.14%)等, 分子式为Fe0.11Zn0.88S, 属于铁闪锌矿。

磁黄铁矿: 矿石中含量为1%～5%, 呈稀疏浸染状构造, 镜下见磁黄铁矿呈乳黄色微带粉褐色反射色, 在黄铜矿中呈粒径为 20～120 μm 的矿物包体,为固溶体分离结构(图 2k)。电子探针分析结果显示(表 1), 磁黄铁矿主要微量元素有 Co(0.79%)、Ni(0.18%)、Cu(1.14%)、Se(0.08%)等, 分子式为Fe0.87S。

铜蓝: 次要含铜矿物, 含量在 1%～5%, 呈浸染状, 镜下呈浅蓝色反射色, 为半自形粒状结构, 粒度较细, 为 10～50 μm(图 2i)。电子探针分析结果显示(表1) ,分子式为: Cu0.98S。

镍辉砷钴矿: 含量一般为1%～5%。主要以星点状或分散状矿物包体分布于黄铜矿中, 为固溶体分离结构, 由于矿物细小, 光性与黄铜矿相近, 所以镜下观察没有发现。在BSE图像上, 辉钴矿呈亮度较高的半自形小颗粒, 一般粒径为 2～5 μm, 最大可达25 μm(图4a, b, f), 电子探针分析显示(表1), 其主要 由 S(19.68%～21.72%)、 Fe(3.51%～6.91%)、Co(15.05%～21.55%) 、 Ni(10.49%～14.43%) 、As(39.63%～42.64%)等元素组成, 同时含有微量的Cu(0.38%～1.99%)、Zn(0.04%～0.27%)、Se(0.57%～0.84%)、Sb(0.11%～0.36%)、Te(0.06%～0.08%)等元素,经过计算其分子式为: (Fe0.15Co0.47Ni0.34)0.96As0.87S。

3 Co-Ni元素的赋存状态讨论

3.1 Co-Ni元素的地球化学特点及主要赋存状态

3.1.1 Co-Ni元素的地球化学特点

Co, Ni均是铁族元素, 原子半径相近, Fe的原子半径为140 pm, Co的原子半径为135 pm, Ni的原子半径为135 pm(Slater, 1964)。Co2+, Ni2+的离子交换指数与Fe2+相同(表2), 所以与铁能在较大范围内形成类质同像物质, 包括各类铁氧化物和含铁的盐类矿物(刘英俊等, 1984)。另外, Co2+、Ni2+的离子交换指数与Cu2+、Mg2+、Mn2+等也相同或相近似(表2)。因此, Co、Ni都可能以类质同象代换形式进入各类铜、镁和锰的矿物中, 只是Co2+、Ni2+与Cu2+、Mg2+和 Mn2+的类质同象能力较弱(刘英俊等,1984)。

3.1.2 Co, Ni元素在自然界的赋存状态

世界钴资源绝大部分来自于硫化物和类硫化物中呈分散态的钴, 钴多作为伴生金属矿产, 以钴独立矿物产出或者以钴为主工业矿床非常少见, 此类内生含钴矿床的矿床类型主要为硫化铜镍矿床; 矽卡岩或热液多金属亲硫元素矿床; 黄铁矿矿床和镍钴砷化物矿床(钟汉, 1987)。在这些矿床中钴矿物和含钴矿物主要以两种形式产出, 一是以硫化物和类硫元素(As、Se、Te) 化合物形式产出, 如硫钴矿、砷钴矿、辉砷钴矿等; 二是钴元素以类质同象代换的形式进入盐类矿物和氧化物矿物及各类铁和含铁的硫化物中乃至砷、硒和碲化物的矿物晶格中, 如黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、毒砂、砷铁矿、硒铁矿和碲铁矿等。载钴的铁和含铁硫化物及类硫化物是提取钴的重要原料(陈彪等, 2001); 钴元素在表生带中形成含铁硫酸盐、砷酸盐、碳酸盐、铁氧化物及氢氧化物, 在这些矿物中钴仍以类质同像状态代替铁, 铁的氧化物和氢氧化物中的钴元素难以分选,所以不能作为钴的资源(陈彪等, 2001)。

表2 钴元素与相似元素的离子交换指数(刘英俊等, 1984)Table 2 Ion exchange indexes of cobalt and similar elements(LIU Ying-jun et al., 1984)

目前已知含镍矿物约50余种, 与Co元素类似,Ni元素也是作为伴生金属产出于铜镍硫化物矿床,在矿床中 Ni元素亦多以类质同象代换形式进入铁硫化物及含铁硫化物中, 如磁黄铁矿、镍黄铁矿、紫硫镍铁矿、黄铜矿、磁铁矿等, 或形成含 Ni的独立矿物如针镍矿、红砷镍矿、砷镍矿、镍辉砷钴矿等; Ni元素在表生带中的产状, 是其在内生矿物中状态的继承和演化, 在表生条件下, 超基性岩风化形成镍红土矿, 镍主要以镍褐铁矿形式存在。

3.2 Co-Ni元素的赋存状态

3.2.1 Co-Ni元素独立矿物

笔者在显微镜下仔细观察了浦桑果矿区金属矿物光片, 并没有发现明显的钴的独立矿物, 在 BSE图像上, 把矿物放大 1000～5000倍, 发现在黄铜矿和穿插黄铜矿的黄铁矿细脉中有颜色较浅的细粒矿物, 呈半自形-他形粒状, 一般直径约2～5 μm, 最大可达25 μm(图3a, b, f), 通过电子探针分析(表1), 证明为Co-Ni元素的独立矿物镍辉砷钴矿, 主要由Fe、Co、Ni、As四种元素组成, 计算得到其化学式为Fe0.15Co0.47Ni0.34)0.96As0.87S。镍辉砷钴矿的Fe、Co、Ni三种元素总和含量稳定在 35.23%～36.16%之间(图 4c-e), 其中 Fe元素含量变化相对较小(3.51%～6.91%, 图4a), 而Co元素与Ni元素在总和含量相对稳定的前提下含量互补(图 4a～e), 说明三种元素占据相似的晶格位置, 近15%的Co元素以类质同象被Fe和Ni元素替代了。

图3 浦桑果铜多金属矿床镍辉砷钴矿的背散射电子图像、元素面扫描图像Fig. 3 Back-scattered electron images and X-ray scanning images of cobaltite in the Pusangguo copper polymetallic deposit

图4 浦桑果铜多金属矿床镍辉砷钴矿中Co, Ni含量与Fe含量的关系Fig. 4 Relatioship between Co-Ni content and Fe content of cobaltite in the Pusangguo copper polymetallic deposit

为了进一步研究这种矿物在黄铜矿和黄铁矿细脉中的分布情况, 对光片分别进行了 Co-Ka-X射线面扫描、Ni-Ka-X射线面扫描和As-Ka-X射线面扫描, 扫描结果发现了比较明显且广泛分布的Co元素、Ni元素、As元素的集中点, 这些集中点和 BSE图像上呈亮色粒状的矿物位置套合, 均为钴的独立矿物镍辉砷钴矿, 可以看出镍辉砷钴矿主要以细粒包裹体的形式赋存于黄铜矿中, 分布广泛(图 3a～i)。

3.2.2 Co-Ni元素在区内金属矿物中的赋存状态和分布特征

Co-Ni元素在各矿石矿物中分布特点变化关系见图(图5a, b), 可以看出Co-Ni元素在黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等矿物中的含量远低于镍辉砷钴矿中 Co-Ni的含量。除了镍辉砷钴矿, 相对而言, Co-Ni元素在黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿等含铁矿物中的含量较高(图 5b),Fe、Co、Ni三种元素总含量比较稳定, Co、Ni两种元素总量与Fe元素含量呈反比(图5c～e), 说明两种元素是以类质同象置换 Fe元素的形式赋存于矿物中。在勘察伴生 Co-Ni资源时除了钴独立矿物镍辉砷钴矿之外, 这些载 Co-Ni矿物也是不容忽视的。而在方铅矿中Co-Ni元素并没有互补的关系(图5f)。

图5 浦桑果铜多金属矿床矿石矿物中Co, Ni含量与Fe含量的关系Fig. 5 Relatioship between Co-Ni content and Fe content of ore minerals in the Pusangguo copper polymetallic deposit

4 结论

通过以上研究及讨论得出以下结论:

1)浦桑果矿床矿石矿物以一套中低温热液矿物组合为特征, 矿石矿物主要有黄铜矿、铜蓝、方铅矿、铁闪锌矿、镍辉砷钴矿等, 在镍辉砷钴矿、黄铁矿、磁黄铁矿中含有大量 Co-Ni元素, 可以作为伴生矿产。

2)矿石中载Co-Ni矿物主要为Co-Ni独立矿物-镍辉砷钴矿, 同时Co、Ni元素还以类质同象置换铁的形式, 微量赋存于黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿等矿物中。矿石含矿元素为Cu-Pb-Zn-Co-Ni组合, 这在冈底斯成矿带是独一无二的, 矿石既可以综合开发利用, 又为我们提供了新的矿床类型。致谢: 本文在写作过程中得到了中国地质大学(北京)科学研究院实验中心郝金华副教授的帮助, 在此表示感谢！

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A Study of the Characteristics of Ore Minerals and the Modes of Occurrence of Co-Ni in the Pusangguo Copper Polymetallic Deposit, Namling County, Tibet

YANG Hai-rui1), ZHONG Kang-hui1), Dorji2), Phurbu Tsering3), GAO Yi-ming4), CUI Xiao-liang1)
1)Chengdu University of technology, Chengdu, Sichuan610059;2)Tibet Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration, Lhasa, Tibet850000;3)No. 6 Geological Party, Tibet Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration, Lhasa, Tibet850000;4)MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037

Located in the Namling Country of Tibet, the Pusangguo copper polymetallic deposit is a skarn-hydrothermal vein type deposit and lies in the eastern part of the Gangdise belt. The ore mineral compositions and the modes of occurrence of Co-Ni were systematically studied in this paper. The ores are made up of some complex medium-low temperature hydrothermal minerals, such as chalcopyrite, pyrite, galena,marmatite, pyrrhotite and covellite. The modes of occurrence of Co-Ni revealed by means of microscope and scanning electron microprobe indicate that Co-Ni are mainly present as cobaltite (Co 17.87%, Ni 12.66%); and are also scattered in ferrous sulfides, such as chalcopyrite (Co 0.04%, Ni 0.08%), pyrite (Co 0.40%, Ni 0.20%),sphalerite (Co 0.14%, Ni 0.06%), and pyrrhotite (Co 0.79%, Ni 0.18%), in which Co-Ni exist in the form of isomorphous replacement of Fe. The results indicate that there exists a new type of mineralization in the Gangdise belt, and this discovery supplies important information for further exploration.

Tibet; Gangdise; Pusangguo; ore mineral composition; modes of occurrence of Co-Ni; cobaltite

P618.4; P618.62; P618.63

A

10.3975/cagsb.2012.04.22

本文由国家973项目(编号: 2011CB403103)和青藏专项(编号: 1212011085529)联合资助。

2012-06-08; 改回日期: 2012-07-05。责任编辑: 闫立娟。

杨海锐, 女, 1987年生。硕士研究生。主要从事区域成矿学、矿物学方向研究。通讯地址: 100037, 北京市西城区百万庄大街26号中国地质科学院矿产资源研究所。E-mail: 381517255@qq.com。

*通讯作者: 钟康惠, 男, 1964年生。博士, 教授。主要从事构造地质学、矿床学研究。