湘西后坪沉积型镍钼多金属矿床地球化学特征研究及矿床成因探讨

周云，段其发，曹亮，甘金木，向学敏

（1.武汉地质矿产研究所，武汉430205；2.成都理工大学地球科学学院，成都610059；3.湖南省地质勘查局416地质队，湖南株洲412007）

湘西后坪沉积型镍钼多金属矿床地球化学特征研究及矿床成因探讨

周云1，2，段其发1，曹亮1，甘金木1，向学敏3

（1.武汉地质矿产研究所，武汉430205；2.成都理工大学地球科学学院，成都610059；3.湖南省地质勘查局416地质队，湖南株洲412007）

对湘西后坪镍钼矿床富集层中的钼镍矿石进行了镜下鉴定、化学分析和电子探针分析，结果显示，含矿岩系中的伴生元素组合较为复杂，伴生富集Cu、Pb、Zn、Ag、U、Ge、In、Cd、Se、Tl等多种有色金属元素、贵金属元素、放射性元素和分散元素。样品均出现Ce的弱负异常和Eu的负异常，LREE富集，较明显的HREE亏损。镍钼矿床中镍的硫化物有硫镍矿与硫铁镍矿，钼的独立矿物主要为辉钼矿，绝大部分钼赋存在碳质、有机质、黏土矿物中，可能主要以硫钼矿集合体的形式存在，即碳硫钼矿或胶硫钼矿。研究结果认为湘西下寒武统黑色岩系中的后坪镍钼多金属矿床应属海水喷流沉积成因。

沉积型镍钼矿；赋存状态；黑色岩系；湘西后坪

湘西下寒武统黑色岩系，以顺层整合产出镍钼钒矿为显著特点，矿床中伴生富集Cu、Pb、Zn、Ag、U、Ge、In、Cd、Se、Tl等多种有色金属元素、贵金属元素、放射性元素和分散元素［1］。该套黑色岩系经历了晚震旦世—早寒武世早期扬子陆块由拉张向热沉降转换，以及早寒武世早期—早奥陶世被动大陆边缘的演化。这种下寒武统黑色岩系沿怀化—吉首—张家界呈NNE向的带状分布，矿带长达180 km，已成为湘西地区矿业经济发展支柱性矿产资源［1－2］。对该地区钼镍多金属矿床形成的地质背景、成矿元素赋存状态、伴生元素组合的研究，以及矿床成因的探讨，可为不同地区不同时代黑色岩系中的钼镍矿床研究对比提供依据，进一步开展研究工作和找矿分析具有一定的找矿指示意义。

1 矿床地质特征

湘西下寒武统黑色岩系中的钼镍矿床位于扬子准地台东南缘的上扬子台褶带与江南地轴的结合部位，区域构造位置上属古丈复背斜北东端次一级构造［3］。区内花垣－慈利深大断裂是区内重要控岩控矿构造，容矿的黑色岩系受NEE—SWW向古丈－慈利断陷盆地控制，断陷盆地内沉积了一套下寒武统黑色岩系，湘西北镍钼矿床即赋存于其中的木昌组底部含磷岩性序列中［4］。区内钼镍硫化物层主要集中分布于湖南张家界一带，以形成钼镍多金属矿床为特征，如张家界的后坪、柑子坪、三岔、大浒等地的钼镍多金属矿床［5］。

后坪镍钼矿床属沉积型镍钼矿床，赋存层位为下寒武统牛蹄塘组，与下伏灯影组呈假整合接触。矿床地层从老至新依次为磷块岩及硅岩、含磷结核层、镍钼层、碳质页岩（贫矿层）、粉砂质碳质页岩夹薄层泥质硅岩［6］。矿层整合产于下寒武统牛蹄塘组（∈1n）底部含矿岩系内，直接底板为磷块岩或白云岩，顶板为白云质碳质或硅质碳质页岩。含矿黑色页岩为鳞片状结构（图1A、B），磷片多具亮黑色，富含磷质硅泥质、黄铁矿等结核和金属硫化物条带。岩石的主要成分为水云母，次为碳质、有机质及黄铁矿［7－8］。

矿石主要矿物为辉钼矿、黄铁矿、硫镍矿等，次要矿物有方铅矿与闪锌矿等。非金属矿物主要为黏土矿物、碳泥质、胶磷矿、白云石、石英粉砂等。矿石主要由镍矿物、钼矿物、黄铁矿、碳泥质、白云石、方解石加石英组成［8］。

区内镍钼矿石类型多，根据矿石结构构造可划分为如下3种，即：

1）竹叶状（角砾状）矿石：为矿床主要的矿石类型之一，磷结核、辉钼矿和硫化物主要呈竹叶状、椭圆的角砾状，硫化物与辉钼矿、硫钼矿互相混杂，具有定向性（图1C、D）。

2）条带—条纹状矿石：矿石中的条纹为黄铁矿与硫钼矿的条纹，或由＜0.01mm的黄铁矿小球体堆积而成。

3）浸染状矿石：由镍、钼硫化物细碎屑散布于基质中，成分以硫化钼为主，此类型矿石较贫［1，9］。

图1 湖南后坪镍钼矿石及镜下矿物照片Fig.1 Photos of Ni－Mo ore and minerals in microscope from Houping Deposit in Hunan Province

2 含矿岩系地球化学特征

2.1 微量元素地球化学特征

根据对典型沉积型钼镍矿床湖南张家界后坪钼镍多金属矿床的研究结果显示含矿岩系中镍钼矿层中的伴生元素组合较为复杂，Ni、Mo、Ba、V元素含量较高，Ni含量范围为11 500×10－6～37 000× 10－6，平均为22 575×10－6，为陆壳丰度的1 129倍［10］；Mo含量变化范围为10 400×10－6～46 000 ×10－6，平均为25 225×10－6，为陆壳丰度的21 021倍；Ba含量范围为334×10－6～1 380×10－6，平均为616×10－6；V含量范围为379×10－6～592× 10－6，平均为503×10－6，为陆壳丰度的4.2倍［11］。

亲铜元素Cu、Pb、Zn、Ag含量较高，呈一定程度的富集［11］，分别为472×10－6～1 460×10－6、36.9×10－6～44.6×10－6、1470×10－6～4 940× 10－6、4.16×10－6～21.2×10－6；铁族元素Co含量为陆壳丰度的3.8倍；放射性元素U含量较高，范围为293×10－6～584×10－6，为陆壳丰度的234.3倍。

含矿黑色岩系碳质白云岩的分散元素含量部分相对较高，Ge含量为1.45×10－6～2.50×10－6，Ga含量为14.8×10－6～33.6×10－6，In含量为0.69× 10－6～1.40×10－6，Cd含量范围为54.2×10－6～134×10－6，平均为陆壳丰度的610.5倍；Se含量非常高，含量范围为503×10－6～2 050×10－6，平均为陆壳丰度的13 821.9倍；Tl含量较高，含量范围为14.0×10－6～27.5×10－6，平均为陆壳丰度的43.8倍［8，10］。

本矿床Ba含量范围为334×10－6～1 380× 10－6，这表明黑色岩系中具热水沉积组分。Mo是现代海洋中最易富集的元素，样品中Mo的含量远远高于陆壳丰度，样品Ni/Co值为257～336，均大于7，δU值为1.88～1.94均大于1，表明本区黑色岩系的沉积环境为极厌氧环境，属于较强的还原环境。正常沉积物U/Th＜1，热水沉积岩U/Th＞1［12－13］，本区样品U/Th值为184～371，表明本区主要为热水沉积。

2.2 稀土元素地球化学特征

稀土对于矿床的沉积环境以及具有海相热液喷发成因的矿床来说，是个有效的指标［14］。湘西张家界后坪镍钼矿床钼镍矿石稀土总量（ΣREE）含量范围大，为386.84×10－6～976.43×10－6，平均为676.88×10－6，本区所有钼镍矿石样品为LREE富集型，钼镍矿石均出现较明显的HREE亏损，LREE/HREE的变化范围为6.19～6.80，稀土元素球粒陨石标准化分布型式图右倾。从图2中可见，本文所分析的所有样品均出现Ce的弱负异常，δCe＝0.63～0.76，表明矿化是在陆缘海环境下形成的。样品的Eu异常系数δEu＝［EuN/（Sm＋Gd）N］，介于0.61～0.65。δEu和δCe均小于1，属铕和铈亏损型。LaN/YbN为8.77～13.63，数据表明张家界寒武系牛蹄塘组底部镍钼矿石具有明显的负Eu异常，且轻稀土富集的特征，与热液来源的现代深海硫化物具有相似的稀土元素配分模式特征。Y/Ho值为49.55～55.11，明显地偏离28，且δCe＝0.63～0.76也非常小，表明明显受到海水的“稀释”混合。

图2 湘西张家界后坪钼镍矿石稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig.2 Chondrite－normalized REE patterns of Ni－Mo ores from Houping Deposit in Zhangjiajie，Western Hunan

3 镍钼赋存状态分析

3.1 镍的赋存状态

镍钼矿石中含镍的独立矿物较多，主要为镍的硫化物，镍的硫化物有黄铁矿、硫铁镍矿、硫镍矿（表1）。

1）黄铁矿

黄铁矿是镍钼矿石中最主要的硫化物，黄铁矿按其形态特征可以分为重结晶明显的晶粒状黄铁矿和颗粒很细的胶状黄铁矿，晶粒状黄铁矿晶型好，颗粒大小不一［15］（图1C）。胶状黄铁矿，聚集在一起成黄铁矿条带或结核（图1D）。黄铁矿的理论组分S 53.45%，Fe 46.55%［13］，本矿床黄铁矿S为52.05%～53.25%，Fe为42.26%～45.94%，n（S）/n（Fe）比值为1.98～2.21，属于正常沉积作用或者重结晶作用形成的黄铁矿的值。胶状黄铁矿一般镍含量相对较高，电子探针结果表明，其中含Ni为1.52%～3.04%。

2）硫（铁）镍矿

硫镍矿与硫铁镍矿在矿石中不常见，硫镍矿多呈胶状条带、脉状分布于胶状黄铁矿与胶状碳硫钼矿中［15］。硫镍矿中Ni的含量为38.82%～39.9%，硫铁镍矿中Ni的含量为33.17%～33.65%，Fe的含量为33.23%～33.59%（表1）。

3.2 钼的赋存状态

根据镜下鉴定结果，并结合电子探针测试结果（表1），认为钼的独立矿物主要为辉钼矿（MoS2），辉钼矿含量＜1%，呈片状集合体，分散状分布于脉石中。偶见黄铁矿、黄铜矿分布在辉钼矿晶体边部。

钼除辉钼矿外，绝大部分钼赋存在碳质、有机质、黏土矿物中，可能主要以硫钼矿集合体的形式存在。潘家永等［15］研究了本区的镍钼赋存状态，认为镍钼矿石中的钼是一种胶状集合体，这种集合体除了硫与钼外，碳也是主要元素，把这种集合体称为硫碳钼矿。游先军［1］经研究认为，Mo与Ni在这种胶状集合体中大量富集，而这种胶状集合体成分极其复杂，大部分非独立矿物，Ni、Mo部分以独立矿物形式存在，Mo的绝大部分应以其离子吸附状态存在于泥碳质和黏土矿物质中。韩善楚经对张家界三岔镍钼矿床研究发现这种钼矿物集合体主要与硫化物呈椭球形结核体或呈他形产出，其内部孔隙分布有大量莓球状黄铁矿［16］。根据前人研究结果这种集合体暂定为碳硫钼矿或胶硫钼矿。

表1 湘西张家界后坪钼镍矿石电子探针分析结果Table 1 EPMA analysis result of Ni－Mo ores from Houping Deposit in Zhangjiajie，Western Hunan/%

4 矿床成因探讨

湘西后坪镍钼矿床呈层状产于下寒武统黑色岩系牛蹄塘组底部碳硅质沉积岩中，含矿岩系的主要岩石类型为磷块岩、硅质磷质白云岩以及含有机质、碳质的黏土岩（页岩）等。后坪钼镍矿床的主要矿物成分为钼镍的硫化物。硫化物呈胶状产出，围绕核心形成各种碎屑结构，显示其快速堆积特征。矿石在矿体下部主要呈碎屑状层状分布，碎屑及角砾的长轴也沿矿层中的微层面呈定向排列，显示出因热水喷流带动深层海水流动所形成的特征，也可见明显的结核状、透镜状等一系列热水沉积的构造标志，表明该钼镍矿的形成与海底热水喷流沉积有密切关系［17－18］。

该区有较多的重晶石、胶磷矿等矿物成分，矿石中Ba含量高达1 380×10－6，海底火山喷流与海底热卤水被认为是Ba2＋的一个重要来源。上文中后坪钼镍矿床矿石微量元素结果显示，本区具有低能、厌氧、还原环境、热水沉积的特点，常受浅水有机质的补给，矿层与围岩呈连续沉积关系。矿体富含Cu、V、Ba等，分散元素富含Se、Cd、Ga、Ge、In、Tl，贵金属元素Ag含量高。微量元素的特殊组合，特别是高Ba含量，似与基性超基性岩有特殊联系，应属深源型。Se的富集仅仅和基性超基性岩石中硫化物熔体的分离作用有关，Se在区内镍钼多元素富集层中的超常富集，说明与基性、超基性岩浆活动关系密切，Se可能来自较深的构造环境［19］。

区内“多元素富集层”底部普遍分布的条带状硅质岩以及条纹状重晶石岩等热水沉积岩，是热水喷流沉积成因的直接证据［5］。黑色岩系中金属元素的富集是同生沉积作用的结果，其中较高的Ni、Mo应来自当时的沉积物［1］。王康年［5］认为，湖南张家界地区可能是海底热水喷流喷口，在火山爆发和热水喷流时，富集大量有益元素，同时带出深部成矿物质，在低能、缺氧的环境下沉积富集成矿，从而形成了镍钼的超常富集矿体。

因此，多种岩石学及地球化学证据表明，湘西后坪下寒武统黑色岩系中的镍钼多金属矿床应为海水喷流沉积成因。

5 结论

1）湘西后坪镍钼矿床含矿岩系中的伴生元素组合较为复杂，Ni、Mo、Ba、V、Cu、Pb、Zn、Ag元素，分散元素Ge、Ga、In、Cd、Se、Tl等含量较高。

2）后坪镍钼矿床镍的硫化物有含镍黄铁矿、硫镍矿与硫铁镍矿，钼的独立矿物主要为辉钼矿，绝大部分钼赋存在碳质、有机质、黏土矿物中，可能主要以硫钼矿集合体的形式存在，即碳硫钼矿或胶硫钼矿。

3）湘西后坪下寒武统黑色岩系中的镍钼多金属矿床属海水喷流沉积成因。

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Study on geochemistry characteristics and genesis of Houping Sedimentary Type Polymetallic Ni－Mo Deposit，Western Hunan

ZHOU Yun1，2，DUAN Qifa1，CAO Liang1，GAN Jinmu1，XIANG Xuemin3
（1.Wuhan Institute of Geology and Minerals Resources，Wuhan 430205，China；2.College of Earth Science，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；3.416Geological Team，Hunan Provincial Geological Prospecting Bureau，Zhuzhou Hunan 412007，China）

Microscopic identification，chemical analysis and EPMA analysis on Ni－Mo ores from Houping Deposit in Western Hunan，showing that associated elements in ore－bearing rocks is very complex，enrich many kinds of non－ferrous metals elements，noble metal elements，radioactive elements and dispersed elements，such as Cu、Pb、Zn、Ag、U、Ge、In、Cd、Se、Tl.Ce and Eu is weekly negative abnormal，LREE enriched，HREE deficit apparently in all samples.Nickel sulphide is bravoite，the independent molybdenum mineral is molybdenite，most molybdenum occurred in carbonaceous，organic clay mineral，may be exist with molybdenum sulphide aggregation，that is jordisite.The study shows that Houping Polymetallic Ni－Mo Deposit in lower Cambrian black rock series in Western Hunan is seawater jet genesis.

sedimentary type Ni－Mo deposit；occurrence；black rock series；Houping Deposit in Western Hunan

TD15

Α

1671－4172（2015）02－0027－05

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.02.007

国家重点基础研究计划（973计划）项目（2011CB403103）；中国地质调查局“扬子型铅锌矿成矿规律研究与选区评价”项目（1212011120790）

周云（1984－），女，实习研究员，博士研究生，矿物学、岩石学、矿床学专业，主要研究方向为区域成矿学。