福建武夷山上西坑钼矿矿石学特征

王翠芝，傅树超

(1.福州大学紫金矿业学院，福建福州 350108;2.福建省矿产资源重点实验室，福建福州 350108;3.中国地质大学，湖北武汉 430074)

上西坑钼矿床位于福建武夷山五夫镇境内，距武夷山市区东南27 km(直距)。福建省地质调查研究院(2005)已对上西坑钼矿进行了详查工作①，目前，本矿段已由天宝矿业集团公司开采。本区的区域地层、构造、岩浆岩、变质作用、成矿作用及矿床地质特征，前人已有大量论述(袁忠信等，1991;赵国春等，1996;刘乃忠，2005;傅树超等，1994，2005，2008，2011;石礼炎，2009;刘诗光等，2003a，2003b，2005;马金清，2006;张克尧等，2009;王文兵，2010;金华，2010)，但对矿石学没有系统研究，从而影响到对矿床成因以及矿产开发利用的深刻认识。为此，本课题组在上西坑钼矿矿床地质特征研究的基础上，对矿石学进行了系统研究，以便对矿床成因、伴生组分综合利用提供更详实的地质依据。

1 区域地质背景

矿区位于闽西北隆起带北缘，浦城－建阳多金属成矿带与浦城－宁德钼多金属成矿带的交汇部位。这两个成矿带分别受区域断裂浦城－永泰嵩口南北向断裂和浦城－宁德北西向断裂控制。由于经历长期的构造变动，岩浆活动频繁，南北向、北西向和北东向三组断裂构造发育且成带分布，具有良好的热液成矿地质条件，是铜、钼、铅锌多金属成矿的有利部位(图1)。矿区处在浦城－建阳南北向多金属成矿带中段。中段矿化特征是中部坪地－上西坑以钼钨组合为主要特征的中高温矿物组合，南北则以铅锌、银多金属组合为主要特征的中低温矿物组合，具有良好的分带性。区域成矿与区域地层、侵入岩及断裂构造带均有密切关系，大金山岩组、长林组地层为主要的赋矿围岩，晚侏罗世花岗岩是重要的成矿母岩，南北向和北西向二组断裂构造是重要的导矿、容矿构造，矿(床)点、蚀变带及异常均不同程度受其控制，而且绝大多数都是受到多重控制。

2 矿床地质特征

图1 武夷山上西坑钼矿区域成矿带地质矿产略图(据福建省地质调查研究院改编，2005)Fig.1 Simplified geological map showing geology and mineral resources of the Shangxikeng molybdenum deposit in Wuyishan，Fujian Province(modified from Institute of Geological Survey，Fujian Province，2005)

上西坑钼矿属于中温岩浆热液充填交代型钼矿床(傅树超，2005，2011)。矿区内下元古界大金山组变质岩、晚侏罗世中细粒钾长花岗岩和南北向断裂构造为主要的控矿因素(图2)。矿区内出露地层主要有下元古界大金山组、下元古界南山岩组和侏罗系长林组、南园组。其中大金山组为省内古老变质基底层位，呈南北向带状展布于上西坑－坪地一带。据岩性特征，可分上、下2个岩性段。下段以二云石英片岩为主夹斜长角闪岩，上段则以黑云斜长变粒岩为主，其原岩属海相火山复理石建造。该组变质岩铅、锌、银、钼含量明显高于克拉克值，区内钼矿化黄铁绢英岩脉(带)发育，是钼矿(化)主要赋存层位及近矿围岩。矿区内侵入岩分布广泛，主要为晚元古代梅坝单元片麻状黑云母二长花岗岩、晚侏罗世古竹超单元陈屋楼单元钾长花岗岩、晚白垩世石牌前单元花岗斑岩等，其中晚侏罗世古竹超单元陈屋楼单元钾长花岗岩与本区钼矿成矿密切，是本区钼矿的重要矿源(傅树超，2011)。矿区内构造以断裂为主，以北东向、南北向、北西向等3组断裂成带分布，矿区内侵入岩、蚀变矿化带及物化探异常大多数受其控制。其中北东向为本区的控岩、控矿断裂。南北向断裂是本区钼矿成矿的容矿断裂。北西向断裂形成最晚，断裂带内黄铁绢英岩、黄铁硅化岩多数有辉钼矿化，但迄今尚未发现工业矿体。上西坑钼矿主要受F6、F8、F9和F15等4条南北向断裂破碎带控制(图2)。其中F8控制的Ⅳ1钼矿体规模较大，控制程度最高。其它矿(化)体规模小，只进行地表追索和少量槽探揭露。Ⅳ1钼矿体呈脉状赋存于大金山组地层中(图3、图4－a)，出露标高750～900 m。矿体总体走向南北，但受北西向断裂影响平面上呈“之”字形，即北端走向为北西340°，南端走向为南东140°～160°、中部走向近南北，倾向总体向东，倾角65°～80°。矿体厚度2.09～8.46 m，矿石品位沿走向和倾向略有变化，Mo品位0.037% ～0.487%，平均0.160%。其总趋势是矿体南段厚度薄，品位较低;矿体北段厚度较大，品位较高且稳定，顶底板均为硅化黄铁矿化构造角砾岩，普遍具辉钼矿化，与矿体没有明显界线。

3 矿石特征

3.1 矿石的自然类型

矿石自然类型按容矿岩石分为构造角砾岩型、石英脉型和少量黄铁绢英岩型。构造角砾岩型，占70%，硅化、黄铁矿化、黄铜矿化、绿泥石化强烈，呈浅灰黑色，岩石普遍碎裂，矿石多呈浸染状、角砾状、团块状。石英脉型，约占27%左右，硅化、黄铁矿化强烈，颜色多为浅灰色，呈细脉状、细脉浸染状。

矿石中金属矿物量较少，一般只占矿石体积的5%，金属矿物以黄铁矿为主，其次是辉钼矿，含有少量方铅矿、黄铜矿、钛铁矿、褐铁矿、闪锌矿、钼铅矿，氧化矿物有钼华、褐铁矿等。辉钼矿为本区唯一有用的金属矿物。

3.2 矿石构造特征

矿石构造主要有角砾状构造、浸染状构造、细脉状构造、薄膜状构造等。

角砾状构造:岩石受动力作用影响，产生破碎(脆性破碎)，形成角砾。角砾间充填有被碾碎的矿物和绢云母、黄铁矿、辉钼矿，构成角砾状构造(图4－b)。这类矿石构造多是构造角砾岩型矿石所具有。

浸染状构造:自形、半自形、它形细粒辉钼矿、黄铁矿嵌布于石英聚晶隙中，组成浸染状构造(图4－c)。这类矿石构造一般在石英脉型矿石中。

图2 上西坑钼矿矿区地质略图(据福建省区域地质调查队改编，2003)Fig.2 Geological sketch map of the Shangxikeng molybdenum deposits(modified from Institute of Geological Survey，Fujian Province，2003)

细脉状构造:辉钼矿、黄铁矿、绢云母等各自组成单一细脉或两种矿物组成集合体的细脉，充填于黄铁矿、石英裂隙中或大金山组围岩微裂隙中(图4－d)。

图3 上西坑钼矿3勘探线地质剖面图(据福建省地质调查研究院改编，2005)Fig.3 Geological profile of the Shangxikeng molybdenum deposit along the prospecting line No.3(modified from Institute of Geological Survey，Fujian Province，2005)

薄膜状构造:由片状、鳞片状的辉钼矿呈薄膜状贴附在其较硬、平整的岩石面上。

3.3 矿石结构特征

矿石结构主要有自形－半自形片状、聚粒状、自形－半自形鳞片状结构、碎裂结构及包含结构等。辉钼矿单个晶体为片状、鳞片状或叶片状(图4－e)。常为集合体，呈玫瑰花状、放射状、束状或致密团块状、板状、条带状(局部弯曲，解理明显，图4－f、g、h)。辉钼矿粒度以细 － 中细粒为主，粒径0.02～0.5mm。经统计，辉钼矿粒度从750～620m不同标高往下粒度增粗、品位增高(福建省地质调查研究院，2005)。辉钼矿有三个世代，第一世代辉钼矿主要分布于石英颗粒间，第二世代多与辉钼矿与黄铁矿连生，沿黄铁矿与石英脉石矿物裂隙、间隙充填，呈细脉状、稀疏浸染状。第三世代辉钼矿沿各类岩矿石裂隙充填，呈细脉状、薄膜状形式存在。

3.4 矿石矿物学特征

3.4.1 辉钼矿的形貌

辉钼矿多呈铅灰色，细小鳞片状，晶形完整，晶面较均一，很少有花斑(图5－a)，常有生长纹(图5－b)，局部自形程度差(图5－c)。辉钼矿呈玫瑰花状(图5－d)、束状、带状或团块集合体，常发生挠曲或被错断，一组完全解理(图5－e)。但产于黑云变粒岩中细脉状辉钼矿结晶较好，常呈长条状，晶面常常弯曲(图5－f)。

3.4.2 辉钼矿的多型

将辉钼矿的X粉晶衍射图中峰的位置及峰值与标准2H型和3R型辉钼矿的X粉晶衍射图中峰的位置及峰值对比(图6，2θ在30°到60°范围内，Jade5软件作图，标准卡片中2H型PDF#为37－1492;3R型PDF#为17－0744)，发现本矿辉钼矿的多型几乎全部为2H型，峰值位置与标准2H辉钼矿完全对应，只是个别样品在局部位置有3R型辉钼矿的峰迹，但出现的峰值比较小，(如5号样2θ在45°、58°附近)。另外，辉钼矿样品中或多或少带有石英物相(2θ在30°附近)，但并不影响对辉钼矿多型的判断。

3.4.3 辉钼矿的矿物成分

电子探针结果显示(图7、表1)，上西坑钼矿中辉钼矿主要成分Mo、S接近理论值。微量元素富含W、Se、Re、Cu、Sn、Fe、Mn，As 等。这些微量元素含量在Ⅳ1矿体中有一定的变化规律。矿体中部W、Se含量相对较高，而As、Bi、Sn相对较低。矿体南北两端W、Se相对较低，As、Bi、Sn相对较高。Re、Fe在整个矿体中变化不大。北段相对富集Cu、Mn(中段Mn也较高)。

3.4.4 伴生铼资源

为对上西坑钼矿的铼资源进行综合评价，分别对三个世代的辉钼矿中铼的含量进行了测试分析。第一世代石英脉型中细脉状的辉钼矿多呈小的鳞片状，结晶度较低，这类矿石中辉钼矿Re含量为29.6 μg/g;第二世代为上西坑主矿体中角砾状的钼矿石，黄铁矿与之共生，常呈团状、浸染状、带状分布于角砾岩中，Re含量34.35 μg/g;第三世代是各类岩石微裂隙中的细脉状、薄膜状的辉钼矿，径片相对较大，鳞片晶形较好，相对前两类，Re含量变化较大，且相对含量较低，三个样中Re含量分别为1.479 μg/g、31.2 μg/g、1.616 μg/g。

图4 a－Ⅳ1矿体;b－Ⅳ1矿体中团块状与黄铁矿、黄铜矿共生的辉钼矿;c－Ⅳ1浸染状矿石，辉钼矿产于硅化岩中;d－黑云斜长变粒岩中细脉状辉钼矿;e－细小鳞片状辉钼矿;f－板状的辉钼矿;g－弯曲的条带状辉钼矿;h－细脉状分布的片状辉钼矿Fig.4 a－Ⅳ1ore body;b－agglomerate pyrite and copper pyrite ofⅣ1ore body;c－disseminated ore in the silicified rock ofⅣ1ore body;d－veinlet molybdenite in biotite-plagioclase leptynite;e－fine flaky molybdenite;f－plate molyb denite;g－bent banding molybdenite;h－schistose molybdenite in veinlet

4 讨论

4.1 矿石组构与矿床成因类型的关系

矿相学研究一直以来是矿床学家研究矿床成因的得力工具。矿石的结构、构造与矿床成因类型有一定的对应关系。气水热液型矿床中的金属矿石往往具有脉状、条带状、细脉状等充填矿石构造，角砾状、团块状、斑点状、浸染状等交代矿石构造，自形－半自形粒状结构，受动力作用后，还出现定向压碎结构、揉皱结构等动力结构(尚浚等，2007)。本矿的矿石具有这些组构特征，这与本矿形成与岩浆期后热液沿南北向断裂充填交代的成因是一致的。

本矿辉钼矿的多型类型几乎均为2H型，这种特征与本矿处于中温热液条件有关。因为矿床形成时的温度条件对辉钼矿晶型的类型起决定性作用。辉钼矿有六方晶系二层型的2H型以及三方晶系三层型的3R型，此外，还见有2H+3R混合型。毛兴莉等(1988)研究了福建沿海多种类型钼矿床，认为高中温热液矿床大部分都是2H型。2H型主要分布于毫米级细脉中，与高温矿物钾长石、石英、黄铁矿和萤石共生;而2H+3R型主要分布于厘米级中粗脉内，与中低温方解石、钡天青石、方铅矿、闪锌矿、绿帘石和绿泥石等矿物伴生。

图5 a－Ⅳ1矿体中鳞片状辉钼矿;b－具有生长纹的辉钼矿;c－Ⅳ1矿体中细晶辉钼矿;d－呈花瓣集合体的辉钼矿;e－黑云斜长变粒岩中的被错断的辉钼矿;f－黑云斜长变粒岩中弯曲的辉钼矿(注:本图为扫描电子显微镜照片，均为二次电子图)Fig.5 a－flaky molybdenite ofⅣ1ore body;b－molybdenite with growth lines;c－aplitic molybdenite in the silicified rock ofⅣ1ore body;d－molybdenite in petals collection;e－disconnected molybdenite in biotite-plagioclase granulite;f－crooked molybdenite in biotite-plagioclase granulite(note:all photographs are scanning electron microscope photographs in this figure，all are Secondary electronic photographs)

上西坑钼矿中辉钼矿常呈片状、鳞片状，结晶度高，表面均匀，少有花斑，多色性明显，辉钼矿的这些特征，与前人研究的2H型辉钼矿的一般特征是一致的。2H型辉钼矿一般为中粗鳞片结构，表面少见花斑，多色性、非均性特别明显，强金属光泽;2H+3R型的辉钼矿表面常见大量“花斑”，球形鳞片状、菱形鳞片状，灰白色－暗灰色多色性，非均质明显，金属光泽(陈福根等，1984)。毛兴莉等(1988)也认为2H型辉钼矿一般结晶较好，颗粒较粗大，多呈片状或菊花状、团块状集合体等;2H+3R型辉钼矿一般结晶较差，颗粒较细小，多呈鳞片状或粉末状，光泽较暗。实验亦证明(邵洁涟，1984)，2H型一般在900～1300℃，形成漂亮的鳞片状的辉钼矿;2H+3R型一般为700～800℃，形成针状、细板状、鳞片状的辉钼矿;3R型为700℃ ～400℃辉钼矿以下形成呈现似球型和细晶状分泌物的辉钼矿;400℃以下为非晶质的辉钼矿，呈致密或疏松的黑色粉末状。本矿几乎均为2H型辉钼矿，矿物形态相对比较单一，以片状、鳞片状为主，局部有厚板状，结晶度较高，多色性、非均性都比较明显，这与前人研究的2H型辉钼矿的一般形态特征是一致的。因而，可以认为结晶较好的2H型辉钼矿多形成于温度较高的矿床类型中，如中高温热液型、斑岩型等矿床类型。

图6 上西坑钼矿辉钼矿的X光衍射图谱与标准辉钼矿多型的峰型对比Fig.6 Comparison of X-ray diffraction patterns between molybdenite from the Shangxikeng molybdenum deposit and the standard molybdenite polymorph

4.2 矿石矿物成分与矿石矿物多型的关系

上西坑钼矿中的辉钼矿电子探针结果显示，矿石的主量元素Mo、S含量都接近理论值。微量元素含一定的 W、Se、Re、Cu、Sn、Fe、Mn，少量 As。但与其他类型的辉钼矿中微量元素总量相比并不算高(表2)，这也与一般的2H型辉钼矿含杂质少、3R型的辉钼矿含杂质高的特征相稳合。

图7 上西坑钼矿辉钼矿中微量元素曲线图Fig.7 Trace element curves of molybdenite from the Shangxikeng molybdenum deposit

2H型和3R型属同质多象变体，是辉钼矿在不同热力学条件下的产物。2H型二层结构中，每个分子二个Mo、四个S，Mo与上下层中各一个S离子结合，配位数为6;3R型三层结构中，每个分子三个Mo、六个S，每个Mo只能与上层(反向为下层)中各一个S离子结合，配位数为3，这种结构差异导致2H型晶体处于稳定状态，而3R处于亚稳定状态。因而，2H型广泛，但在中低温区多为2H+3R。螺旋位错理论认为，晶体生长初期是无缺陷的，但随离子的不断沿晶芽的点棱面按格子构造堆积时，因杂质元素(内应力)和热应力分布的不均匀，晶体内会产生新的特殊定向内应力，在其达到某一极限时，受该力作用的晶格沿一定剪切面位错，元素离子间存在的内应力作用，产生“螺旋状力”，进而导致3R形成。一般而言，从高温到低温，由于与围岩不断物质交换，热液中杂质元素的含量和种类增多，因而，2H含杂质少，3R含杂质多(陈福根等，1984)。另外，构造运动也会引起晶格的滑动，造成螺旋位错，导致3R的形成(毛兴莉等，1988)，还会影响晶体的形态，使晶体发生弯曲。

相对其他地区的2H型辉钼矿，尽管上西坑辉钼矿中微量元素总含量不是太高，但还是具有一定量的 W、As、Se、Re、Bi、Cu、Sn、Fe、Mn 等元素，这一特征与上西坑矿段围岩是含多种微量元素的大金山组变质岩地层有关。刘诗光等(2003)研究福建建阳大金山铅锌矿成因时，对大金山组、南园组地层进行了地球化学研究，认为大金山组、南园组地层富含Cu、Pb、Zn、Mn、As、Ag、W、Bi、Sn、Mo 等成矿元素和伴生元素，为区域成矿提供了部分成矿物质。另外，上西坑钼矿体主要受南北向断裂控制，随着构造应力场的消除，成矿溶液的温度会快速下降，从而促进晶体的结晶速度加快，容易发生多中心的螺旋式生长，促成2H型辉钼矿向3R型辉钼矿发展。因而，上西坑矿体中的辉钼矿颗粒较小，主要是中细粒结构，因有一定的杂质含量，某些晶面上可能出现3R型辉钼矿的峰迹(如图6中的5号样)。从Ⅳ1号矿体中部与南、北段微量元素含量变化特征看，矿体中部 W、Se含量较高，而 As、Bi、Sn相对较低;矿体南北两端，W、Se相对较低，As、Bi、Sn 相对较高，从地球化学晕的角度看，可推测矿液是从中部向南、北两个方向运移的。

表1 上西坑钼矿辉钼矿矿物电子探针结果表(wt%)Table 1 Chemical composition of molybdenite from the Shangxikeng molybdenum deposit(wt%)

表2 不同多型的辉钼矿中化学成分对比Table 2 Comparison of chemical composition of different polytype molybdenite

4.3 Re含量与成矿的关系

铼是高度相容元素，锇是中等不相容元素，在地幔熔融过程中，导致地幔与地壳中铼/锇比值发生很大变化，因此，铼－锇同位素体系不仅用于进行成矿年代测定，还可以对岩石的成因、地幔演化、成矿过程进行示踪(刘桂建等，2006)。Mao等(1999)对中国各类型钼矿床中辉钼矿的铼含量进行了对比性研究，认为辉钼矿中铼含量可能指示着成矿物质的幔源、壳幔混源和壳源的属性。碳酸岩型钼矿和斑岩铜矿的成矿物质有相当一部分来自地幔，其中的铼较高，形成的辉钼矿的铼也较高(王奖臻，2004)。反之，主要由壳源热液形成的辉钼矿的铼质量分数很低(黄典豪，1992)。统计结果显示，从幔源到壳幔混源再到壳源，矿石中辉钼矿的铼含量呈10倍级数下降，从与幔源到与I型花岗岩，再到与S型花岗岩有关的钼矿床，其铼含量具有从n×10－4到n×10－5，再到 n ×10－6的变化趋势(周珂等，2009)。

上西坑钼矿辉钼矿中铼含量区间为1.479～34.35μg/g，这个数据区间，与其他类型钼矿相比，显示出一般热液矿床的特征，且区间范围较大，其跨度含盖了福建省内与中生代晚期岩浆活动有关的赤路斑岩型钼矿、砺山(浆期后热液)钼矿(图8)的Re的分布范围，预示出本区的含矿热液经历从高温降低的演化过程。尽管上西坑钼矿的成矿理论研究还处初步阶段，缺少流体包裹体研究数据，但从区域地质(矿产)背景、矿床地质特征、岩(矿)相学、矿石矿物辉钼矿的矿物学特征、Re含量、Re-Os同位素数据(另文讨论)等，可以推测上西坑钼矿的成矿物质来源可能是壳幔混源，且以壳源为主。

图8 上西坑钼矿辉钼矿的铼含量与其他类型钼矿中的对比Fig.8 Comparison of Re content from molybdenite in the Shangxikeng molybdenum deposit with others

铼的地球化学质与钼十分相似，地壳中的铼资源主要是以类质同象的形式存在辉钼矿中，其含量与辉钼矿的成矿条件、矿床类型和辉钼矿结晶体的类型等有关，随辉钼矿的成矿温度的升高而减少。辉钼矿在成矿过程中，某些与钼离子半径、电荷相近的离子，如 Re4+、W4+、Ti4+、Nb4+、Ta5+、Sn4+、V4+、Zr4+、Fe3+可取代辉钼矿中的 Mo4+，其中 Re4+、W4+最有可能(马晶等，2008)。这也说明了上西坑钼矿辉钼矿矿物中Re、W含量较高的原因。

自然系中Re丰度极低，辉钼矿主要是2H型。研究表明，2H型辉钼矿中Fe的含量较宽，不可能对结构产生重大影响，故与黄铁矿共生的辉钼矿仍具2H型结构(韩吟文，1988)。即，与2H型辉钼矿共生的矿物中往往有黄铁矿。上西坑钼矿矿石中金属矿物除辉钼矿外，主要是黄铁矿，这也体现了本区2H型辉钼矿的矿石特征与一般2H型辉钼矿常与黄铁矿共生的特征是一致的。

从矿产综合利用的角度看，本矿的Re含量相比其他类型的钼矿而言是比较低的，虽已达综合利用的工业品位(地质矿产部，1987)，但不是太高，且分布不均匀，因此，从经济的角度来看，如果要综合利用，收益不会太大。但本区矿石矿物单一，选矿工艺简单，还是具有一定的综合利用价值。另外，从目前辉钼矿的选矿工艺来看，没有对有害组分Mn进行特殊处理，但从Mn的地球化学性质来看，则不可忽视，要进行一定处理。

5 结论

(1)福建武夷山上西坑钼矿属中温热液型钼矿床，受南北向断裂控制，矿石的自然类型主要有构造角砾岩型、石英脉型。

(2)上西坑钼矿的矿石构造特征为角砾状、浸染状构造、细脉状构造。矿石结构以中细粒鳞片结构为主，多色性明显，局部呈现厚板状、带状分布，常常弯曲。矿石矿物辉钼矿的多型主要为2H型，只是个别样品局部呈现3R的峰迹。

(3)上西坑钼矿矿石矿物(辉钼矿)中杂质含量与其他类型的辉钼矿相比相对较低，但有害组分Mn含量较高，建议选矿工艺中要进行一定处理。

(4)上西坑钼矿相对斑岩型铜(钼)矿、碳酸岩型钼矿等幔源组分多的矿床其含铼较低，显示其矿源为壳幔混源，但以壳源为主。虽然铼含量相比其他幔源成分较高的钼矿较低，但其已达矿产工业伴生矿产要求，且钼矿矿石成分相对单一，选矿工艺相对简单，还是有一定的综合利用价值。

致谢野外工作期间得到天宝矿业集团公司的柯鼎光总经理、陈长治科长、林建东工程师的大力支持，在此一并感谢!

［注释］

① 福建省地质调查研究院.2005.武夷山市东坑－上西坑矿区上西坑矿段钼矿详查报告［R］.

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