鸡冠咀铜金矿床Ⅰ号矿体金铜铁、金铁型矿石成因研究❶

肖光富，董意群

(1.湖北三鑫金铜股份有限公司，湖北大冶 435100;2.湖北省地质矿产勘查开发局，湖北武汉 430022)

鸡冠咀铜金矿床Ⅰ号矿体金铜铁、金铁型矿石成因研究❶

肖光富1，董意群2

(1.湖北三鑫金铜股份有限公司，湖北大冶 435100;2.湖北省地质矿产勘查开发局，湖北武汉 430022)

湖北大冶鸡冠咀铜金矿床Ⅰ号矿体金铜铁、金铁型矿石中铜的迁移、富集在两种环境中进行，一种环境是在氧化带以硫酸铜形式迁移，在接触碳酸盐时一部分以碳酸铜形式沉淀成矿，另一部分则在深部形成硫化次生富集带;另一种是在还原条件下，也是以硫酸铜形式迁移，在介质和围岩性质适宜时，以次生辉铜矿形式沉淀成矿。

湖北大冶;矿床;矿体;矿石类型

0 引言

湖北大冶鸡冠咀铜金矿床包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 四个矿体❷❷国家黄金管理局长春黄金研究所，湖北省大冶县鸡冠咀矿区金铜型矿石选矿试验简报，1988。，其中Ⅰ号矿体埋藏最浅，具有氧化程度高、矿石类型复杂、矿体形态、产状变化大的特点。本文通过金铁、金铜铁型矿石的结构构造、物质组分的对比，对铜的富集规律进行分析，进而深入探讨这两种主要矿石类型的成因。

1 地质概况［1］

矿区内出露地层:第四系以湖积、冲积层沉积为主，缺失第三系，白垩系以火山角砾、中基性安玄岩沉积为主。区内主要赋矿围岩为下三叠统大冶群第七岩性段第一亚段的白云质大理石;细粒变晶结构，薄层状构造。

矿区内岩浆岩岩石类型主要有石英正长闪长玢岩、石英闪长岩、闪长岩和安山玢岩。其中石英正长闪长玢岩和石英闪长岩为燕山早期第三次侵入活动的产物，两者呈相变关系;燕山晚期第一次侵入活动形成闪长岩，第二次侵入活动形成安山玢岩。

矿区内次级构造比较发育由于岩浆活动是多期次的，致使区内的构造形态遭受破坏。褶皱构造主要是以一条隐伏背斜(4)为主体，以两个隐伏背斜(1)、(3)和一个隐伏向斜(2)组成其西翼裙带为特征，断裂构造则是由一条断裂破碎带(Sb)和矿区边缘发育的四条断层F1－F4所组成。

Ⅰ号矿体主要分布在 016～023线间，长约400 m，倾向延伸35～325 m，赋存标高－5～－195 m;矿体走向北东15°～80°，倾向北西倾角8°～27°。矿石类型以金铜铁、金铁型为主，同时出现有的还有单铜、铜铁、单铁和单金等类型。

2 矿石矿物成分、类型及结构构造

2.1 矿石的矿物成分

矿石中常见的金属矿物16种，脉石矿物34种，按矿物成因可分内生矿物、表生矿物和成矿前原岩残留矿物。其中大部分矿物是内生阶段形成的，如硫化物、石英、碳酸盐和自然元素等。其矿物组合含量关系为黄铁矿＞黄铜矿＞班铜矿＞辉铜矿＞自然金。在Ⅰ号矿体中，铜的硫化物以次生辉铜矿为主，现将主要金属矿物分述如下。

2.1.1 赤铁矿

为矿床内铁矿石，金铁矿石中主要含铁矿物赤铁矿的产生主要有二种形式:一是磁铁矿赤铁矿化;另一种硫化物遭受氧化作用形成赤铁矿，这种赤铁矿多呈他形粒状，少数呈片状、板状、针状自形晶，有时见显微鳞片状或胶状体，大部分颗粒与针铁矿相连，在赤铁矿颗粒间隙和颗粒中可见到自然金。

2.1.2 褐铁矿

为矿床内黄铁矿、磁铁矿、赤铁矿风(水)化产物，常呈疏松块状和胶体状产出，色调多变，常为褐黄、褐红、土黄色，主要成分为针铁矿，其次为含水氧化物、粘土等。局部还可见方解石细脉穿插其间，在褐铁矿粒间和脉石矿物中可见自然金。

2.1.3 黄铁矿

是矿床内常见的矿石矿物，在Ⅰ 号矿体中，黄铁矿多为较粗的半自形—自形晶状，晶形以立方体为主，有时见烟粉状(砂状)半自形—他形晶粒，该矿物常被黄铜矿、辉铜矿及斑铜矿交代。

2.1.4 辉铜矿

是Ⅰ号矿体内主要含铜矿物之一，其产出形式主要有两种，一种是在接触带附近大理岩中，呈脉状、网脉状产出的原生矿，辉铜矿另一种是在金铜铁矿石中呈细小针柱状或他形粒状、浸染状分布的次生辉铜矿;该矿物是Ⅰ号矿体中很重要的一种组分，它的分布特点将直接影响着金铁、金铜铁两种矿石类型分采的难易程度。

2.2 结构构造

Ⅰ号矿体矿石结构主要有自形、半自形结构、它形粒状结构、交代残余结构、压碎结构、交织结构及蠕虫状结构等。

矿石构造主要为细脉状、网状构造、浸染状构造、条带状构造、致密块状构造等。

表1 金铜铁矿石多元素分析成果表

表2 金铜铁矿石铜物相分析表

表3 金铜铁矿石铁物相分析表

2.3 矿石类型［2］

通过－100 m中段，－70 m中段的工程揭露，Ⅰ号矿体的主要矿石类型有两种，一种是含自然金褐铁矿赤铁矿矿石，简称金铁矿石;另一种是含自然金赤铁矿辉铜矿矿石简称金铜铁石。二者均为氧化程度较高的氧化类矿石，另在局部地段还可见含自然金斑铜矿黄铜矿矿石、含自然金黄铁矿黄铜矿矿石的原生铜金硫矿石类型，简称原生金铜矿石。

2.3.1 金铜铁矿石类型

该类型是Ⅰ号矿体主要矿石类型，约占总储量的80%左右，它主要分布于矿体中间靠近下盘或侧伏下盘部位。金属矿物主要为赤铁矿、辉铜矿，次为自然金、黄铜矿等;脉石矿物主要为方解石、高岭石等。

2.3.2 金铁矿石类型

该类型矿石是仅次于金铜铁矿石的第二大矿石类型，它主要分布在矿体中间靠上的部位。矿石矿物主要为赤铁矿，次为自然金、褐铁矿、磁铁矿等;脉石矿物以石英、方解石为主。

金铜铁矿石与金铁矿石的区别在于金铜铁矿矿石中铜的含量均已超过开采的最低工业品位，而且平均含量也多在2%以上，见表6。

可以看出，两种矿石类型具有相同的铁的背景值，即组分中铁含量较高，但在金铜铁矿石中，铜主要以次生硫化物形成存在，这充分说明了矿床最终是处在一个位于潜水面之下的还原环境。

3 金铜铁、金铁型矿石成因探讨

3.1 金铜铁、金铁类型矿石的成生机理

鸡冠咀铜金矿床按成因类型划分属接触交代型矿床，原生矿石以铜金硫化物为主。晚白垩世—第三纪鄂东南地区断裂构造活动比较强烈，矿床所在的断陷盆地发展成形。在断陷盆地发展过程中，各断块有升有降，形成了高低起伏的地势。隆升断块遭受剥蚀，沉降断块发生同生沉积作用，接受了一套紫红色砂砾岩沉积;第三纪—第四纪断裂活动趋于平稳，在矿区接受了一套湖积粘土层沉积。根据矿床内矿石氧化率高，次生硫化物发育这一特征分析，矿床形成后经历了由隆起向沉降演变的过程。

表4 金铁矿石多元素分析结果表

表5 金铁矿石铁物相分析表

处于隆升断块的金属硫化物矿石，受物化条件的影响发生表生变化和次生富集。在表生作用下，铜被溶解为硫酸铜溶液，铁被溶解为硫酸亚铁溶液，二者通过渗透作用进入潜水面以下，随地下水运移，并最终生成稳定的化合物沉淀下来。铁最终氧化为赤铁矿、褐铁矿，铜转变为孔雀石、蓝铜矿。反应如下:

在氧和酸的条件下，硫酸亚铁继续氧化为硫酸铁。

高价铁的硫酸盐在中性或弱酸性溶液中，常发生水解作用，最终转变为氢氧化铁。

氢氧化铁是易于凝集的溶胶，脱水可转变为赤铁矿。

硫酸铜溶液只有在遇到碳酸盐介质时，才在氧化带中形成稳定的碳酸铜矿物，即孔雀石和蓝铜矿。

根据实验资料，各种硫酸盐在水中的溶解度由大到小的顺序为:Zn、Mn、Ni、Cu、Fe2+、Cu、Ag、Pb。

因此硫酸亚铁比硫酸铜具有更大的溶解度，这也是矿床的背景为赤铁矿的原因之一。

表6 金铁、金铜铁矿石组分差异表

在第三纪—第四纪期间，矿床所处位置开始下沉，地下潜水面上升，矿床接受还原。在还原条件下，赤铁矿、褐铁矿因其化学性质比较稳定，基本不发生变化。孔雀石和蓝铜矿则不稳定，在经过复杂的化学反应后，最终以次生辉铜矿形式沉淀下来，反应原理如下。

孔雀石和蓝铜矿在硫化氢和碱性条件下被溶解为硫酸铜溶液，当介质中硫化氢的含量低于被溶解铜的含量时，铜就从溶液中沉淀下来，即生成次生辉铜矿;另一方面硫酸铜与其它硫化物接触后，按修曼(schurman)序列进行置换反应;修曼序列按元素排列为:Hg－Ag－Cu－Bi－Cd－Pb－Zn－Ni－Co－Fe－Mn;在还原条件下，硫酸铜溶液与未氧化的黄铁矿发生置换反应，生成次生辉铜矿，反应式为:5FeS2+14CuSO4+12H2O→2Cu2S+5FeSO4+12H2SO4。

从上述讨论中可以得出，含金硫化物矿石在表生氧化阶段生成含金赤铁矿矿石、孔雀石、铜蓝等，在深部还原阶段，铁保持稳定状态不发生化学变化，铜则被还原，最终以次生辉铜矿形式叠加在金铁矿石之上，形成金铜铁矿石。

3.2 铜的富集规律及影响因素分析［3－4］

铜的迁移、富集并不是受单一因素控制，它同时受到地下水、成矿元素本身的氧化—还原电位、围岩性质、构造等多种因素的综合影响。

3.2.1 地下水的影响

地下水中影响硫酸铜沉淀成矿的主要因素是H2S、CO2、O2等的含量和酸碱度，在碱性和H2S条件下，硫酸铜易转变为次生的辉铜矿而沉淀，相反在酸性和O2条件下，则易转变铜的氧化物，鸡冠咀矿区地表水与地下水连通性较好，在矿床的顶板裂隙水比较发育，这些决定了地下水的运动是频繁的比较强烈的，自然地影响铜富集的组分(H2S、O2、H+、OH－)的含量也在不断发生变化，致使铜的富集复杂化。

3.2.2 构造的影响

矿区由于受构造和岩浆的多期作用，岩石支离破碎，次级构造发育。早期形成的构造常常被晚期形成的构造，迭加形成多方位、多产状构造体系(主要为断裂构造)，这就导致了含铜流体在沿裂隙充填时的非定向性和非均一性。

3.2.3 围岩的影响

围岩中黄铁矿的含量和特征也会对铜的富集产生影响，它可以与可溶性铜盐发生置换反应而生成次生硫化物。但围岩中黄铁矿的分布在氧化阶段时就存在氧化的不均一性，而分布不均匀。所以反应生成的次生硫化物的分布也不具有层位性。

4 结语

从上述分析可以看出，铜的迁移、富集是在两种环境下进行，一是在氧化带以硫酸铜形式迁移，在接触碳酸盐时一部分以碳酸铜形式沉淀成矿，另一部分则在深部形成硫化次生富集带;一是在还原条件下，也是以硫酸铜形式迁移，在介质和围岩性质适宜时，以次生辉铜矿形式沉淀成矿。次生辉铜矿是迭加在铁的背景之上的，表现为对金铁、单铁矿石的包围吞噬和穿插，矿石类型相应地转变为金铜铁、铜铁等。

影响铜富集的因素的多元性和变化性决定了铜富集的规律的复杂性。它可以是含铜流体沿构造裂隙穿插金铁矿石之中富集成矿，也可以是含铜硫体对松散的金铁矿石的全面改造(转变为金铜铁矿石)，另外含铜流体在适当的条件也可以单独成矿，所有这些都说明了铜的富集不具有层位性。

［1］ 鄂东南地质大队.湖北省大冶县鸡冠咀矿区金矿勘探地质报告［R］.大冶:鄂东南地质大队，1990.

［2］ 陈武，季素元.矿物学导论［M］.2版.北京:地质出版社，1992.

［3］ 刘本培.地史学教程［M］.北京:地质出版社，1985.

［4］ 朱上庆，翟裕生.矿床学［M］.北京:地质出版社，1985.

(责任编辑:陈文宝)

P618.2;P618.41;P618.51

A

1671－1211(2013)S1－0047－04

2013－11－11

肖光富 (1967－)，男，高级工程师，矿山地质专业，从事技术管理工作。E－mail:xiaogf@126.com❶该文曾刊载于《资源环境与工程》2003年3期。