东升庙硫多金属矿床有机质与成矿关系

胡 乖 曹建劲

(1.中山大学地球科学系，广东 广州 510275；2.广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室，广东 广州 510275)

·地质与测量·

东升庙硫多金属矿床有机质与成矿关系

胡 乖1,2曹建劲1,2

(1.中山大学地球科学系，广东 广州 510275；2.广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室，广东 广州 510275)

将东升庙矿床矿井下采得矿石制成薄片后进行电子探针测试，主要关注测试点内元素碳的含量及存在形式。测试结果显示在闪锌矿、磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿的矿物本身能检测到含量不等的碳元素，方铅矿中未检测到碳元素，分析其与成矿性质有关。此外，在这些矿物周围的脉石矿物内则检测到了白云石、菱镁矿、铁的碳酸盐化物与氢氧化物的混合物质，元素C多以碳酸盐形式出现。在金属矿物周围交界处及矿物包裹体内检测到有高含碳物质(碳元素含量75%以上)，结合矿床本身特性，推测为有机质。通过对测试结果的对比分析，从微观的角度说明有机质与金属矿物存在空间上的密切联系，并参与了成矿过程。

有机质 成矿研究 东升庙矿床 电子探针测试

有机成矿研究由一开始的分析有机质与某个或某些元素关系[1]，到与层控矿床成矿关系[2]，再到与低温热液矿床成矿关系[3-4]，然后到有机质在多金属和贵金属元素迁移和富集中的作用[5-6]，逐渐成为矿床成因理论研究的新领域。至此，有机质成矿研究已经初具基础，但与物理成矿作用和化学成矿作用相比，尚有较大的发展空间。本研究选取东升庙硫多金属矿床作为工作区域，以井下采得的矿石磨片进行电子探针测试，选取与前人不同的视角，试图从微观的角度揭示有机质与矿物的空间位置关系，证实有机质在成矿中的参与度，肯定有机质对于矿床形成的重要意义。

1 地质特征

东升庙硫多金属矿床是内蒙古狼山渣尔泰山多金属成矿带内一个大型硫、铜、铅、锌、银多金属矿床，是典型的中晚元古代 SEDEX型(沉积喷流型) 矿床[7]。含矿层主要产于狼山群内，从上到下可以分为互层的碳质千枚岩和碳质大理岩，白云石化大理岩以及石英岩[8-9]。矿区内主要金属矿物有黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、磁铁矿、菱铁矿，是 S、Cu、Pb、Zn、Ag 的载体矿物；脉石矿物主要为白云石、方解石、石英、云母、绿泥石[7]。

2 测试方法

本次实验挑选了5块东升庙矿床矿井下采得的矿石，制成薄片后，在电子显微镜下找到矿物特征比较明显的矿物，后送往中山大学测试中心用型号为JXA-8800R的电子探针测试仪进行测试。考虑到样本中的碳元素含量是主要信息来源，选择将薄片镀金膜后进行能谱测试。

3 测试结果及分析

3.1 矿物本身含碳

电子探针测试数据显示很多矿物本身就能检测到元素碳，其中包括闪锌矿、磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿，见图1～图6。图1中闪锌矿内可检测到的元素包括 C(40.36%)、S(27.48%)，Zn(27.22%)；图2中闪锌矿内测得结果显示主要含有C(67.96%)、S(11.98%)、Zn(13.7%)；图3中磁黄铁矿测试结果显示含C(16%)、S(40.26%)、Fe(43.74%)；图4中磁黄铁矿内可检测到4种元素：C(65.35%)、S(17.07%)、Fe(17.49% )、Cr(0.08%)；图5中黄铁矿可检测到的元素包括C(17.98%)、S(50.81%)、Fe(31.21%)；图6中黄铜矿内能检测到的元素只有4种：C(18.52%)、S(32.15%)、Fe(21.66%)、Cu(27.67%)。从这些结果中可以看到这些金属矿物除了自身的元素组成之外，基本都只含有元素C，说明C元素是存在于比较纯净的金属矿物内部。此外，这些矿物的电子显微照片中表面都能看到明显的麻点，而包含麻点越多的矿物碳元素的含量也相对越高：以同类矿物比较为例，图2中的闪锌矿含碳量远高于图1，图4中磁黄铁矿的含碳量也远高于图3；不同类矿物比较而言，本次实验中也检测到了较多的方铅矿，但该类矿物表面干净平滑，颜色均一，能谱数据则显示方铅矿中能检测到的元素只有S(49.93%)、Pb(50.07%)，不含碳元素，推测与方铅矿本身的成矿特性以及铅元素的性质有关，见图7。方铅矿的测试结果一方面可以有力地证明其他金属矿物中检测到的碳含量是其本身所有，而非后期样品处理所致。另一方面，可以在一定程度上说明麻点和凹凸的分布与金属矿物含碳量有密切关系。

3.2 金属矿物内高含碳包裹体

图1 含碳闪锌矿

图2 高含碳闪锌矿

图3 含碳磁黄铁矿

图4 高含碳磁黄铁矿

图5 含碳黄铁矿

图6 含碳黄铜矿

图7 不含碳方铅矿

图8 闪锌矿中包裹体

图9 磁黄铁矿中包裹体

图10 黄铁矿中包裹体

图11 方铅矿中包裹体

很多矿物内部中都包含有黑色不透明、形状不规则、大小为10～100 μm的包裹体，对这些包裹体进行点测试，发现大多数都为高含碳物质，包括闪锌矿、磁黄铁矿、黄铁矿以及方铅矿，表明方铅矿与含碳物质也有关系，见图8～图11。考虑到电子探针有一定的测试范围，粒径较小的包裹体测试出来的数据可能会受到其周围矿物的影响,尽量选择一些粒径偏大一点的包裹体进行测试。从测试结果中可以看到，这些包裹体的含碳量多在80%以上，含氧量为4%～11%:图8中闪锌矿包裹体含碳91.84%，含氧7.29%；图9中磁黄铁矿包裹体含碳87.89%，含氧10.95%；图10中黄铁矿包裹体含碳80.9%，含氧10.35%；图11中方铅矿包裹粒含碳80.28%，含氧4.23%。考虑到东升庙矿床是沉积喷流型矿床，沉积过程中储存有大量的有机物，推测这些高含碳物质是在有机质演化阶段[10]中保存下来的不同形式的有机质。对比以上提到的麻点，发现这两者十分相似：黑色不透明，形状不规则，含碳量高，赋存于矿物内部，只是粒径上存在差距，据此，推测麻点其实质也是有机质包裹体。有机质在成矿过程中未被消耗完全而直接残存在矿物中，形成大小不一的包裹体，这也可以解释为什么金属矿物本身存在碳，碳元素应该来自于已参与反应的有机质，这一解释也与麻点和凹凸的分布与金属矿物含碳量呈正相关的现象相互吻合。所有现象的彼此辅证，有力地说明有机质参与了金属元素的成矿过程。

3.3 脉石矿物含碳

矿物周围的脉石矿物中也检测到了含碳物质，包括白云石、菱镁矿、铁的混合物，见图12～图14。这类矿物里碳元素含量多小于20%。图12中测试结果显示该矿物主要包括元素C(18.43%)、O(60.64%)、Mg(9%)、Ca(9.65%)、Mn(1.11%)、Fe(0.64%),其中，w(Ca)/w(Mg+Mn+Fe)值大约等于1，推测为白云石。图13中，测试后得知该矿物主要有C(18.83%)、 O(58.15%)、Mg(17.57%)和少量其他元素(Mn、Fe、Zn),推测都为菱镁矿。图14细脉中测试数据显示该矿物质含有C(18.15%)、O(55.08%)、Fe(26.77%),考虑各元素的比例关系，推测为铁的碳酸盐化物与氢氧化物的混合物质。说明金属矿物周围脉石矿物中的碳元素主要以碳酸盐形式存在，可能是有机质参与硫酸盐还原反应的后期产物[11]，这一点从侧面说明有机质参与了金属元素的成矿过程。

图12 白云石

图13 菱镁矿

图14 铁的化合物

3.4 金属矿物周围富碳

在薄片中发现，黄铁矿的周围有一圈明显的黑色不透明物质，宽度不等，见图15。对黄铁矿外围一圈黑色物质选择了5个点进行检测。检测结果显示，黑色物质含碳量很高，基本在77%以上，氧元素含量为7%～14%：点1处，测试结果显示含碳80.18%，含氧13.09%；点2处，测试结果显示含碳77.48%，含氧14.79%；点3处，测试结果显示含碳85.08%，含氧9.77%；点4处，测试结果显示含碳81.36%，含氧8.34%；点5处，测试结果显示含碳78.67%，含氧7.65%。考虑到高比率的元素C和少量O元素，推测黄铁矿周围与磁黄铁矿交界处黑色物质主要是有机质。闪锌矿薄片中显示的矿物主要是闪锌矿和石英，中部闪锌矿与石英之间也有一个明显的边界，见图16。在该边界选取2个点进行测试，结果显示：边界处黑色物质含碳量多在75%以上，氧含量为14%～18%：点1处，检测到含碳79.35%，含氧14.92%；点2处，检测到含碳74.91%，含氧18.02%，推测闪锌矿与石英边界处的黑色物质以有机质为主。这一点说明矿物与有机质存在特殊的位置关系，从微观的角度有力地证明了有机质与金属矿物空间上的紧密联系。

图15 黄铁矿边界

图16 闪锌矿边界

4 结 论

用东升庙矿井下矿石制成的薄片进行电子探针测试，检测到了闪锌矿、黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿和黄铜矿，与矿床本身金属矿物种类相符。测试结果表明：在这些金属矿物本身(方铅矿除外)能检测到碳元素，存在形式不详；在金属矿物内包裹体中和不同矿物的交界处能检测到高含碳物质，推测为有机质；金属矿物附近的脉石矿物以碳酸盐为主。不仅表明了在东升庙矿床中有机质与金属矿物存在空间上的紧密联系，而且有力地证明了有机质参与成矿过程，在矿床的形成中扮演了重要角色。从微观角度有效地验证了前人关于有机质与矿床密切关系的推论。

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(责任编辑 邓永前)

Relationship between Organic Matters and Mineralization in Dongshengmiao Sulfide Polymetallic Deposit

Hu Guai1,2Cao Jianjin1，2

(1.DepartmentofEarthSciences,SunYat-SenUniversity,Guangzhou510275China;2.GuangdongKeyLaboratoryofGeologicalProcessandMineralResourcesExploration,Guangzhou510275,China)

Electron probe micro-analyser (EPMA) has been used to analyze the content and existence form of element C among the thin slices of metallic ore from Dongshengmiao sulfide polymetallic deposit.The results showed that different content of carbon are detected from metallic minerals such as sphalerite,pyrrhotite,pyrite and chalcopyrite,but the there is no element C existed in galena which may be related to the nature of Pb mineralization.In addition,dolomite,magnesite and the compound of hybrid materials of carbonate and hydroxide of Fe are detected in the gangue minerals around these metallic minerals,and in most cases,element C is existed in the gangue minerals in the form of carbonate.The high carbon content of material is detected in the surrounding junction area of different metallic minerals and the metallic minerals inclusions (the content of C more than 75%),which is speculated to be the organic matter combing with the characteristics of the sulfide polymetallic deposit.The contrast analysis on test results indicated that the organic matter has a close relationship with metallic minerals and participates in the mineralizing process from the microcosmic view.

Organic matter,Investigation of mineralization,Dongshengmiao deposit,Electron probe micro-analyser

2014-05-19

国家自然科学基金(编号：41030425；40773037；41072263)，国家高技术研究发展计划(863计划)项目(编号：2008AA06Z101)。

胡 乖(1992—)，女，硕士研究生。通讯作者 曹建劲(—)，男，博士，教授，博士生导师。

P593

A

1001-1250(2014)-09-090-05