新疆东天山东戈壁钼矿床辉钼矿的矿物学特征及地质意义

张永 ，辛后田 ，叶龙翔，位鸥祥，张达玉，3

（1.中国地质调查局天津地质调查中心，天津，300170；2.合肥工业大学资源与环境工程学院，合肥230009；3.中国科学院新疆生态与地理研究所新疆矿产资源研究中心，乌鲁木齐830011)

新疆东天山东戈壁钼矿床辉钼矿的矿物学特征及地质意义

张永1，辛后田1，叶龙翔2，位鸥祥2，张达玉2，3

（1.中国地质调查局天津地质调查中心，天津，300170；2.合肥工业大学资源与环境工程学院，合肥230009；3.中国科学院新疆生态与地理研究所新疆矿产资源研究中心，乌鲁木齐830011)

东戈壁钼矿处于东天山-北山成矿带的西部，是该地区三叠纪钼成矿带代表性矿床之一。该矿床赋存于石炭系干墩组一套浅变质碎屑岩中，隐伏于矿体下部的花岗斑岩为其成矿岩体。本文对钼矿和成矿岩体进行了地质特征、岩相学和辉钼矿的显微构造和粉晶衍射等分析，结果显示矿石可分为黄铁矿-石英脉型和黄铜矿-黄铁矿-石英细脉型辉钼矿矿石，这两种类型矿石中的辉钼矿均为2H型。辉钼矿较大变化范围的Re含量主要受成矿流体Re含量控制，与晶形关系不大。综合分析认为形成于三叠纪的东戈壁钼矿床是东天山-北山地区后碰撞背景下岩浆热液作用的产物。

辉钼矿；扫描电镜；X射线衍射；东戈壁；东天山

新疆东天山地区是我国重要的铜、铁、金等有色多金属矿产集中区之一[1，2]，发育了早石炭世土屋-延东Cu多金属成矿带[3]、阿奇山-雅满苏Fe成矿带[4]、早二叠世黄山-镜儿泉Cu-Ni成矿带[5，6]和康古尔Au成矿带[7]。近年来，随着该区找矿勘探的深入，东天山地区发现了以白山和东戈壁两个大型钼矿床为代表的多个三叠纪Mo多金属矿床（矿化点）[8，9]，与东部北山地区的小狐狸山、花黑滩等三叠纪钼矿床构成的东天山-北山三叠纪钼矿带[10]。东戈壁钼矿位于该钼矿带的最西端。前人对东戈壁钼矿床的地质特征[11，12]、成岩成矿年代[9]、地球化学特征[13]等综合研究显示，矿床形成时期为中三叠世[14]，与成矿相关的花岗斑岩体为壳源的I型花岗岩[15，16]，然而，关于东戈壁钼矿床的形成机制还有待深入研究。基于此，本次工作在对东戈壁钼矿床主要金属矿物辉钼矿开展岩相学观察的基础上，对其进一步开展了电子显微镜观察、粉晶衍射等研究，并据此探讨了辉钼矿的成因。本次工作不仅对东戈壁钼矿床的成因提供了证据，也为深入研究东天山-北山地区三叠纪钼成矿作用提供了依据。

1 地质特征

1.1 区域背景

新疆东天山地区处于准噶尔洋壳板块与塔里木陆壳板块的聚合部位，是中亚造山带的重要组成部分（图1a）。出露的地层是以晚古生代火山-沉积地层为主，构造以近东西方向区域性的深断裂为主，自北向南分别为：大草滩断裂、康古尔塔格断裂、雅满苏断裂、阿其克库都克断裂（图1b），以上深大断裂带将该区进一步划分为小热泉子-大南湖岛弧带、康古尔韧性剪切岩带、阿奇山-雅满苏岛弧带3个次级单元。东天山地区晚古生代岩浆作用强烈，基性-中酸性岩浆岩均有出露，其中石炭-二叠纪岩浆作用最为强烈。区内与岩浆作用相关的矿化分布广泛，主要矿产地约100多处，是我国重要的有色金属矿产分布区[17-19]。

1.2 矿床地质特征

东戈壁钼矿床位于觉罗塔格地区中部，地处库姆塔格沙陇东侧，南面紧邻雅满苏深大断裂（图1c）。矿区内出露的主要地层有石炭系下统干墩组（C1gd1）、另外还有少量的石炭系下统雅满苏组（C1y）、南部零星分布石炭系上统坎底尔组（C2dk），第四系地层在中南部覆盖。下石炭统干墩组是一套陆源碎屑-火山沉积岩的建造,岩性为褐黄色灰黑色变质含砾砂岩-砂岩-泥质砂岩-砂质泥岩-泥岩-凝灰岩-安山岩。东戈壁矿区的南部被雅满苏深大断裂控制，发育近东西和北东向的次级断裂；该区岩浆岩大量发育，西北侧可看到陇东岩体呈岩基状出露；东部石炭系干墩组被华力西中期辉绿岩脉侵入，呈长条带状岩株产出。勘探工作显示[20]，东戈壁钼矿床产在石炭系干墩组浅变质碎屑岩与隐伏斑状花岗岩东西两侧外接触带上,为隐伏矿体，可分东、西两个矿段（图1c），以东矿段为主矿体。根据矿化品位圈出的矿体呈近似层状-透镜状，围绕花岗斑岩体产出。矿化有关的蚀变以硅化、绢云母化、钾长石化、黑云母化等为主。受到花岗斑岩体控制，矿化蚀变由岩体中心向四周减弱（图1d）。蚀变可分为钾硅酸盐化带→绢英岩化带→青磐岩化带，其中矿体主要赋存在绢英岩化带中，在地表氧化带有褐铁矿、钼华、孔雀石等氧化物。

图1 研究区地质图Fig.1 The geological map of the study area

2 岩相学特征

岩相学观察显示，东戈壁钼矿床的矿石矿物以辉钼矿为主，黄铜矿、闪锌矿等次之，脉石矿物以石英、黑云母、钾长石、斜长石和少量角闪石等为主。矿石中有用组分为辉钼矿，辉钼矿赋存于石英中，多呈自型叶片状结构，部分呈细粒集合体状分布，矿石的构造以细脉浸染状、细脉状、脉状构造为特征。按照矿物共生组合，辉钼矿矿石可分为黄铁矿-石英脉型和黄铜矿-黄铁矿-石英细脉型两种类型。

黄铁矿-石英脉型矿石：一般产在矿体中上部，矿化石英脉大多穿插于干墩组地层中，脉体较粗，在1～5 cm之间，辉钼矿总体分布在石英脉两壁，部分星点状分布于石英脉体内。辉钼矿多呈铅灰色，形态多不规则，有自形六方板片状、半自形-他形鳞片状、片状等。辉钼矿的粒径一般0.01～0.5 mm之间，个别可达5 mm以上（图2a，2b），除了辉钼矿外，还可见有少量黄铁矿发育。

黄铜矿-黄铁矿-石英细脉型辉钼矿矿石：主要赋存于矿体下部，靠近岩体部位发育，大多呈细脉状、细脉浸染状分布，脉体宽度一般小于1 cm，分布密集。除了辉钼矿外，还分布有黄铜矿、黄铁矿等硫化物与辉钼矿共生，辉钼矿呈半自形-他形，分布于黄铜矿等硫化物之间，也有少量分布在石英脉两侧，粒径在0.1～5 mm之间（图2c，2d）。

3 辉钼矿矿物学分析

在岩相学分析基础上，进一步对两种矿石中的辉钼矿进行扫描电镜、粉晶衍射等分析测试。

3.1 扫描电镜分析（SEM）

分析方法：分析测试工作在合肥工业大学分析测试中心扫描电镜实验室完成。具体操作步骤为：在进行扫描电镜前，制备2 mm×2 mm×2 mm样品颗粒，通过导电胶带将其粘连线状排布于栓柱上，并进行喷金，增加其导电性能。样品测试的扫描电镜为JSM-6490LV型钨丝灯扫描电镜和X射线能谱分析仪。扫描电镜的分辨率3 nm，加速电压为0.5～30 kV，放大率X5～300 000；INCA能谱仪分辨率为：133 eV，分析元素5B～92U。

分析结果：东戈壁钼矿床两种类型矿石的辉钼矿扫描电镜如图3所示。在扫描电镜下，黄铜矿-黄铁矿-石英细脉型矿石中辉钼矿结晶程度高（图3a），多呈自形片状、六方板片状、粒径在20 μm左右，具有较好的层次性与规则性。黄铁矿-石英脉型辉钼矿矿石中辉钼矿结晶程度低（图3b），辉钼矿大多呈半自形-他形片状，粒径大多小于5 μm，呈细小鳞片状集合体分布，无层次性与规则性。扫描电镜的能谱图像（SEM-EDS）能谱显示（图3），两种类型矿石的辉钼矿较纯净，均为S和Mo组成，无其他元素峰值出现。

3.2 辉钼矿的粉晶衍射

分析方法：分析测试工作在合肥工业大学分析测试中心扫描电镜实验室完成。具体操作步骤为：选取纯辉钼矿样品，将其在玛瑙研钵中研磨至200目以下，放入玻片载体上放入X射线衍射仪器中，该仪器为X′Pert PROMPD型X射线衍射仪，参数为1.6 kW的台式高频X射线发生器，管电压40 kV，电流40 mA。将分析数据用Jade6软件作图，标准卡片中2H 型 PDF#为 65-7025；3R 型 PDF#为 77-0341，强度峰的位置及强度6个强度峰位置分别代表6组面网（100）、（101）、（102）、（103）、（006）和（105）的特征峰位置。将所测辉钼矿X射线粉晶衍射图的衍射峰位置及强度与标准2H型和3R型辉钼矿的X射线粉晶衍射图的衍射峰位置及强度对比分析（图4）。

分析结果如下：

黄铁矿-石英脉型辉钼矿矿石（DGB-11）和黄铜矿-黄铁矿-石英细脉型辉钼矿矿石（DGB-09和DG B-10）的粉晶衍射（XRD）结果如图4所示。可见两种类型辉钼矿的XRD谱线基本一致，2θ在30～60°范围内，所测辉钼矿X射线粉晶衍射图的衍射峰位置及强度波谱线与与标准2H辉钼矿完全对应，指示东戈壁钼矿床两种类型的辉钼矿均为2H型。

4 讨论

4.1 辉钼矿的晶形

辉钼矿具有六方晶系二层型（2H型）和三方晶系三层型（3R型）以及二者的混合型（2H+3R型）的多型特征。其中，2H型辉钼矿属二层结构，每个分子中4个S、两个Mo，Mo原子的配位数为6；3R型属三层结构，每个分子中6个S、3个Mo，每个Mo原子的配位数为3。螺旋位错理论显示[21]，晶体生长初期无缺陷，但随离子的不断沿晶芽的点棱面按格子构造生长时，由于内应力和热应力分布不均匀，产生“螺旋状力”，并影响晶体生长的晶格沿一定剪切面位错，对于辉钼矿矿物，即发生螺旋位错和棱位错之后，3R型的结构模式变成2H型。因此，2H型晶体处于稳定状态，而3R处于亚稳定状态。在岩相学上，2H型辉钼矿呈亮白—灰白色多色性，六方鳞片状，表面局部有交织图案，强金属光泽，浅灰色条痕。3R型辉钼矿多呈灰白色-暗灰色多色性，菱形鳞片状、球形鳞片状，表面常见大量“花斑”，金属光泽，深灰色条痕。

图4 东戈壁钼矿床粉晶衍射图谱与辉钼矿多型的峰型对比图Fig.4 The XRD spectral diagrams of the different Mo ore samples from Donggebi Mo deposits

东戈壁辉钼矿床中，两种类型的辉钼矿均呈六方鳞片状，且与石英、黄铁矿、黄铜矿等中高温矿物共生，符合2H型辉钼矿的特点[22]，且扫描电镜和粉晶衍射（XRD）结果显示它们都为2H型辉钼矿。

4.2 辉钼矿晶形与成矿温度

辉钼矿形成过程中，其晶型、形态等特征受形成温度制约[23]，总体具有2H型→2H+3R型→3R型变化过程，辉钼矿的形成温度逐渐降低的特点[24]。一般而言，成矿热液从高温到低温演化，由于与围岩不断物质交换，杂质元素的含量和种类增多，指示2H含杂质少，3R含杂质多。此外，构造运动也会引起晶格的滑动，造成螺旋位错，使晶体发生弯曲，导致3R型辉钼矿的形成[25，26]。研究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[27]。

东戈壁钼矿床的岩相学和XRD衍射波谱（图4）分析均显示，该矿床中两种类型辉钼矿矿石均为2H型辉钼矿，且辉钼矿杂质含量少，纯净度高，指示其成矿温度较高，一般大于350℃[24]。

4.3 辉钼矿晶形与铼含量关系

Re是极度分散元素，在自然界很少形成独立矿物。辉钼矿是金属铼的主要载体矿物，也是工业上用来提炼铼的主要原材料，金属铼在自然界中以类质同像形式置换钼、赋存于辉钼矿晶格中[28]。辉钼矿中铼的含量变化在n×10-9～n×10-3[29]，其聚铼能力受到辉钼矿晶形[30]、共生矿物组合[31]、成矿流体[32,33]及成矿岩浆岩[34]等因素影响。其中，关于辉钼矿晶形与其聚铼作用的关系，认为主要产于岩浆熔离型、伟晶岩型、接触交代气成等高温热液型矿床中的2H型辉钼矿Re含量相对较低；而主要分布于中低温热液矿床中，与方解石、钡天青石、方铅矿、闪锌矿、绿帘石和绿泥石等矿物伴生3R（+2H）型的辉钼矿Re含量相对较高，并得出成矿流体中Re的增高，有利用于2H型向3R型转换的认识[13]。然而，其他研究研究显示Re在辉钼矿中含量的高低主要受到成矿流体中Re的浓度影响，与辉钼矿多型之间的转变没有明显的成因联系[35-36]。与辉钼矿共生的黄铁矿能容纳的Mo较少，不足于影响成矿溶液的Re/Mo比值[37-38]。

本次研究显示东戈壁钼矿床的辉钼矿主要是2H型。该矿床辉钼矿中Re 25.4×10-6～384.77×10-6之间[16，38-39]，变化范围较大（图5），指示了辉钼矿Re含量与晶形关系不大，其较低的Re含量主要受到Re浓度的成矿流体控制。

4.4 东戈壁钼矿床形成背景

东戈壁钼矿床位于东天山-北山钼成矿带中，该成矿带岩浆活动强烈，铜、钼、金等金属成矿作用广泛[10，40-42]。该区钼矿化均形成于三叠纪，且钼矿规模较大，如东戈壁和白山钼矿分别探明钼资源量50.4万吨和40万吨。对东天山-北山地区三叠纪中期（232～220 Ma）钼成矿岩浆岩研究认为，钼成矿岩浆岩可能是由于这一地区在早二叠纪洋盆闭合，随后进入陆内演化阶段发展的过渡背景中形成的[10]。Wu Y S等认为东戈壁钼矿床形成于后碰撞环境[9]，Wang Y H等研究白山钼成矿斑岩体认为是形成于陆内环境[14]，叶龙翔等对东戈壁成矿岩浆岩研究得到起源于后碰撞挤压背景[15]。综上所述，东戈壁钼矿床是东天山-北山地区三叠纪后碰撞背景下岩浆-热液作用的产物。

图5 东戈壁及相关典型钼矿床中辉钼矿的Re含量变化图Fig.5 Re concentrations in molybdenite in Donggebi and related typical molybdenum deposits

5 结论

（1）东戈壁钼矿床中辉钼矿矿石主要可分为黄铁矿-石英脉型和黄铜矿-黄铁矿-石英脉型。

（2）东戈壁钼矿床中辉钼矿均为2H型辉钼矿，指示形成温度较高。

（3）东戈壁钼矿床中辉钼矿较低的Re含量主要受成矿流体Re含量较低所致，与晶形关系不大。

（4）东戈壁钼矿床是东天山-北山地区三叠纪后碰撞背景下岩浆作用的产物。

致谢：本文的研究工作得到了新疆“305”项目办公室、合肥工业大学资源与环境工程学院、新疆地矿局第六地质大队的支持，野外工作得到了哈密第六地质大队田吉山工程师的协助，室内研究过程得到了合肥工业大学陈彤老师、张强老师的帮助，文章修改过程中得到了审稿人的悉心指导，在此一并表示诚挚的谢意。

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P618.65

A

1672－4135（2017）03－0189-08

2017-06-14

中国地质调查项目“阴山成矿带小狐狸山和雅布赖地区地质矿产调查（DD20160039）”；博士后科学基金第56批面上项目“新疆北部地区古生代中酸性侵入岩的铜金成矿潜力研究（2014M562488）”

张永（1984-），男，硕士，工程师，2010年毕业于中国科学院地质与地球物理研究所矿物学、岩石学、矿床学专业，现从事区域地质矿产调查工作，Email：yzhang027@163.com。