云南者桑金矿床富金矿石类型与地球化学特征研究

李国,皮桥辉,韦朝文,吴建标,杨雄,李林威

(桂林理工大学地球科学学院，广西 桂林 541004)

0 引言

卡林型金矿是20世纪60年代初在美国内华达州卡林镇发现而命名的一种金矿类型，基于历史文献资料，R. J. 罗伯茨对其地质构造与矿化分带特征进行了全面分析，在此基础上提出了有利于金矿化的部位为构造窗(沿断层分布)的观点。主要是以沉积岩为容矿岩石的微细浸染型金矿，主要载金矿物为含砷黄铁矿及毒砂，金通常以“不可见金”存在[1]。矿床多集中在裂谷带及弧后盆地，且具有储量规模大、品位低、埋藏浅、易采选等特征。卡林型金矿床的发现为美国贡献了超过2000t的黄金资源[2]，为我国贡献超过1000t的黄金资源[3]。迄今为止，仅美国内华达州就已发现了近50个卡林型金矿床。

除美国之外，世界上其他国家如俄罗斯，澳大利亚，秘鲁和东南亚也发现了很多类似的金矿。卡林型金矿找矿理论在20世纪70年代传入我国后，大量卡林型金矿陆续被发现，特别是甘肃文县阳山金矿床，是亚太地区发现的最大(类)卡林金矿床，储量超过300t[4]。矿产资源作为一个国家或地区经济发展的重要储备资源，对推动城市建设、基础设施建设以及国防安全起着重要作用[5]。

云南富宁者桑金矿床地处滇、黔、桂“金三角”成矿带，成矿特征与卡林型金矿尤为相似，随着找矿勘查技术的不断发展，目前该矿床已经达到大型金矿床规模[6-7]。但是由于该矿床发现时间较晚，以及矿区的区域地质背景较为复杂，该矿区的基础地质研究程度相对较低。该矿床关于金的赋存状态、矿床成因及成矿物质来源诸如此类的问题仍然存在着一些争议。综合前人有关资料，该文通过赋金矿石辉绿岩型矿石、泥质板岩或粉砂岩型矿石、泥灰岩型矿石中黄铁矿和毒砂的矿物特征、EMPA数据进行地球化学特征研究，对了解金赋存位置和状态、以及对揭示矿床成因和指导外围找矿提供有用的信息。

1 地质概况

云南富宁县者桑金矿是中国典型卡林型金矿之一。矿区(图1)大地构造位置处于扬子板块西南缘，属华南加里东褶皱系西缘，文山-富宁褶断束东部。区域总体构造线为NW向，局部构造线呈NE向。使得以构造控制的热液改造局部富集, 总体表现为较强烈的挤压褶皱和沿侵蚀面、断裂带发育有不同程度的蚀变型金矿化带[6]。

1—百逢组四段；2—百逢组三段；3—百逢组二段；4—百逢组一段；5—斑状安山玄武岩；6—罗楼组；7—吴家坪组；8—坡折落组； 9—芭蕉箐组；10—坡脚组；11—印支期辉绿岩；12—断层；13—整合地质界线；14—不整合地质界线；15—地层产状图1 者桑金矿区域地质简图(据章永梅等, 2013修编)[8]

1—百逢组；2—罗楼组；3—吴家坪组；4—晚二叠世玄武岩；5—印支期辉绿岩；6—矿体及编号；7—断层及编号图2 者桑金矿床矿体地表出露分布简图

如图2所示，区域出露地层由老至新分别是P3w(上二叠统吴家坪组)，T1l(下三叠统罗楼组)，T2b(中三叠统百逢组)。P3w：上部为硅质泥岩、凝灰质粉砂岩夹凝灰岩，下部为灰岩与碎屑岩互层，碎屑岩主要是凝灰质粉砂岩夹凝灰岩，为该矿区主要含矿层位之一，平行不整合接触上覆罗楼组。T1l：底部岩性：白色薄层状石英细砂岩夹薄层状土(紫)红色泥岩；下部岩性：泥岩(薄层)夹中—厚层状灰黄色细砂岩，局部可见基性凝灰岩；上部岩性：中—厚层状黄灰色细砂岩夹灰、灰绿色钙质粉砂岩(薄—中层状)和灰岩(薄层)，属矿区含金层位之一，与下伏地层呈平行不整合接触。T2b：灰绿、黄、紫红色泥岩(薄层状)为其岩性主体，夹细砂岩(中—厚层状)夹凝灰岩，与下伏地层整合接触，属重要含矿地层[6]。岩浆活动以碱质基性、基性侵入岩为主，可划分辉长辉绿岩、辉绿岩2个岩相带，岩浆岩表现多期次、多旋回，产出状态从喷发、浅成到深成均有。

该区区域构造近EW走向，属向东倾状短轴背斜即者桑背斜。矿区在者桑背斜南翼区。背斜轴向发育：断裂(近EW向)、NE向断裂(派生)、NW向断裂(后期形成)，加之岩浆岩侵位，区内出现剧烈构造变形，部分地层缺失，使得多数地层呈断块形式产出，局部地层形成尖棱、直立、平卧、倒转褶皱的背向斜，矿化与NE向断裂密切联系，总体来看，基性岩浆岩也基本沿NE向断裂侵位[6]。大规模的岩浆活动及断裂侵位为该矿区金矿的形成提供了必要的构造环境和成矿条件[6]。

者桑金矿区内矿体出露较多，8个主矿体出露于该矿区，即Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ,Ⅷ号矿体;其中规模最大矿体分别为Ⅵ,Ⅶ号。矿体近平行、NE向排列，在系列NE向断裂构造控制下，矿体通常沿向斜核部与次级背斜产出[8]。矿体长度变化在50～1000m，地表出露宽度在3～40m，矿石中金品位在(1.5～2.5)×10-6，高者可达9×10-6[9]。F2断裂褶皱带中有Ⅵ号矿体，矿体赋存于吴家坪组凝灰质粉砂岩、粉砂岩内，矿体在断裂褶皱影响下主要位于次级褶皱核部，在断裂带中以似层状产出。位于F2断裂揉皱带中的Ⅶ号矿体，与Ⅵ号矿体大致呈平行排列，矿体赋存于吴家坪组凝灰质粉砂岩、粉砂岩中，受到断裂褶皱控制位于次级褶皱核部，断裂带内以似层状产出。Ⅲ号矿体赋存于印支期基性辉绿岩与罗楼组细砂岩接触带附近，受基性岩脉控制，多与岩体中捕掳体(灰岩和粉砂岩)关系密切，矿体多呈透镜状、似层状产出。Ⅳ号矿体赋存于凝灰质粉砂岩中，受构造控制，沿破碎带零星出露，矿体呈透镜状产出。Ⅴ号矿体位于F2断裂褶皱带以南次级断裂带中，矿体赋存于吴家坪组粉砂岩、凝灰质粉砂岩内，受断裂褶皱的控制，矿体呈似层状产于断裂带中。矿区蚀变及金矿化，主要沿NW向背斜核部的断裂带两侧发育，矿区矿化特征主要有黄铁矿化、毒砂化、褐铁矿化和硅化等[10]。

2 矿石特征和测试分析

2.1 矿石特征

该区矿石根据其围岩类型，其赋金矿石可以分为辉绿岩型、泥质板岩型或粉砂岩型、泥灰岩型矿石3种矿石类型。对各采回的岩矿石样品综合其他文献分析，Au是可利用的有益元素，碳、硫、银达不到伴生元素利用指标，有害元素砷含量较高，导致选矿更加困难[6]。矿石矿物中毒砂、黄铁矿占比最高，闪锌矿、褐铁矿、针铁矿少许。其中，黄铁矿比例超过75%，黄铁矿-毒砂集合体占比15%左右，次生氧化黄铁矿的产物为褐铁矿、纤铁矿。石英(玉髓少许，主体为石英脉)和碳酸盐矿物为脉石矿物的主体，炭质物(碎片状和泥状)、白云母、绢云母少许[6-7，11]。

2.2 测试方法

将岩石样品经切割打磨制作成抛光光片，首先在普通光学显微镜下观察来确定待测矿物。而后再将光片送至电子探针显微分析仪实验室，对待测矿物进行EMPA测试。采用JXA-8230测试仪器，在桂林理工大学实验室完成电子探针分析测试，绢云母测试条件：束斑直径13 μm，电流20 mA，电压15 kV；毒砂、黄铁矿测试条件：束斑直径13 μm，电流20 mA，电压20 kV。电子探针分析结果数据见表1和表2。其部分元素检测限：Au为0.001%；Se,Ni,Co均为0.01%。

表1 不同类型矿石中黄铁矿(Py)电子探针数据

3 成矿期次与载金矿物特征

代鸿章等[5]认为者桑金矿床的形成主要经历了3个时期，依次为沉积成岩期、热液成矿期和表生氧化期，热液成矿期又可分为成矿Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ三阶段。(Ⅰ)石英-黄铁矿-毒砂阶段，以粗粒黄铁矿和毒砂、细小石英为特征；(Ⅱ)石英-黄体矿-毒砂-绢云母阶段，黄铁矿和毒砂较Ⅰ阶段以细粒状产出；(Ⅲ)黝铜矿-黄铜矿-辉铜矿-闪锌矿-石英-方解石阶段，石英则相对于Ⅰ阶段更粗，多呈脉状产出，以形成Sb-Cu-Zn-S系列矿物[12]，方解石多以脉状产出。

表2 不同矿石类型中毒砂(Apy)电子探针数据

沉积成岩期：胶状黄铁矿主要以胶体形式产出，常见于矿化泥灰岩型矿石中，具有皮壳状等外形，多发生重结晶，围岩多炭化，绢云母化、粘土化强烈。矿化粉砂岩中，黄铁矿以胶状形式形成黄铁矿脉；在辉绿岩型矿石中发现草莓状黄铁矿多呈锥体、圆形—椭圆形集合体分布，单个莓粒直径在(1～20)μm之间，少数颗粒边界不清晰，大多数颗粒已经发生重结晶，呈自形—半自形结构。本期矿物组合特征见(图3a-e)。

a、b—沉积成岩期黄铁矿呈胶状，中粒菱形毒砂产出于鳞片状绢云母中；c、d—沉积成岩期黄铁矿脉产出于硅化带中，在硅化带边缘为炭化带；e—沉积成岩期黄铁矿呈草莓状，多数已经发生重结晶呈粗粒自形—半自形黄铁矿；f—热液成矿Ⅰ阶段辉绿岩中粗粒五角十二面黄铁矿晶形较为完整，毒砂呈粗柱状及菱面状；g—热液成矿Ⅰ阶段泥质板岩中粗粒五角十二面黄铁矿呈碎裂结构，菱形毒砂沿黄铁矿边缘穿插；h—热液成矿Ⅰ阶段粗粒毒砂交代早期自形黄铁矿，局部多见形成骸晶结构，可见热液成矿Ⅱ阶段细粒针柱状毒砂穿插于黄铁矿中。Pl—斜长石；Ser—绢云母;Py—黄铁矿;Apy—毒砂;Cal—方解石;C—炭(化);Ka—粘土化 b是a对应正交偏光照片，d是以c中心域放大照片，e为电子探针背闪射照片图3 者桑金矿床沉积成岩期、热液成矿Ⅰ阶段矿物组合

a—热液成矿Ⅱ阶段矿化辉绿岩中部分中—细粒五角十二面体黄铁矿被后期热液活动交代或破碎。e—热液成矿Ⅱ阶段矿化泥灰岩中细粒拉长菱形毒砂产出于方解石石英脉旁，细粒黄铁矿保存有相对完好晶形；c—热液成矿Ⅱ阶段矿化泥质板岩中部分中—细粒五角十二面黄铁矿背后期热液交代或破碎，毒砂多表现针柱状；d—热液成矿Ⅱ阶段，在经历了前期成矿作用后，多以黄铁矿—毒砂集合体产出于硅化带附近；e—热液成矿Ⅱ阶段毒砂则以细小针状产出于方解石、石英附近，围岩多粘土化；f—热液成矿Ⅲ阶段，亮铁黄色毒砂无内反色，闪锌矿以偏灰色产出；g—表生氧化期，自形黄铁矿被氧化为褐铁矿；h—五角十二面黄铁矿在表生氧化期被氧化，形成纤铁矿同时还保留着黄铁矿原生五角十二面假象；i—表生氧化期黄铁矿为破碎状，零星分布，闪锌矿以灰色反射色不规则形态产出;Q—石英(脉);Si—硅(化);Sp—闪锌矿;Lm—褐铁矿;Lep—纤铁矿;除e为正交偏光照片，其余均为显微镜单偏光照片图4 者桑金矿床热液成矿Ⅱ、Ⅲ阶段及表生氧化期矿物组合

热液成矿Ⅰ阶段：主要有粗粒自形黄铁矿，多为五角十二面，在辉绿岩矿石中保存着较为完整的五角十二面晶形，而在泥质板岩、泥灰岩中则多表现为破碎状，粒径在100～2000μm不等，毒砂多呈粗粒柱状、菱形状产出，少量毒砂穿插或者交代粗粒黄铁矿，围岩整体粘土化、绢云母化。本阶段矿物组合见(图3f-h)。

热液成矿Ⅱ阶段：主要为破碎及细粒自形黄铁矿，主要为立方体、少量中-细粒五角十二面结构，2～100μm，多存在于辉绿岩型矿石中，泥灰岩及泥质板岩中多见细粒破碎五角十二面晶形，毒砂则呈细小针状及破碎状，围岩多硅化、绢云母化、粘土化。该阶段矿物组合见图4a-e。

热液成矿Ⅲ阶段：随着温度降低，系列矿物(Sb-Cu-Zn-S等)发育[12]，如闪锌矿；该阶段矿物组合见图4f、图4i。

表生氧化期：主要表现为黄铁矿被氧化蚀变为褐铁矿及纤铁矿，纤铁矿依然保留着原生黄铁矿五角十二面假象，该期矿物组合见图4g、图4h。

毒砂、黄铁矿晶形特征能够指示成矿时代温度[11]。黄铁矿在中—低温热液矿床、高温热液矿床中通常表现为立方体和五角十二面体、八面体聚形；毒砂在中—高温成矿中通常表现为板柱状、柱状，锲形、菱形横切面，粒径较大，低温矿床时毒砂以细小针柱状较为常见[7]。

4 分析结果及讨论

4.1 载金矿物含金性特征

综合前人有关者桑金矿研究资料及电子探针数据。辉绿岩型矿石中炭化强烈细粒毒砂(表2 ZSH-81-1 Apy-1)、杏仁状绢云母中产出的细粒菱形毒砂(表2 ZSH-81-1 Apy-2)、经历表生氧化期形成的褐铁矿(表1 ZSH-81-1Lm-1)均检测到金含量；(表1、表2 ZSH-82-1)部分强硅化以及绢云母化边缘的黄铁矿、毒砂检测到金含量；(表2 ZSH-82-3)拉长菱形毒砂检测到含金。其中细粒菱形毒砂(Apy-2)和被氧化的黄铁矿相比其他的矿物含金量要高，暗示着断裂带的成矿热液可能是金的主要来源。“粒金效应”产生的必要条件是金在矿石中是不均匀、不连续性分布[13]。综合潘勇飞等人的观点，者桑金矿区矿石也应该遵循“粒金效应”。该次研究的几种不同样品中Au均为不可见金，研究结果表明：不同样品金含量不同，同一样品中不同点位金含量也不相同，甚至同一黄铁矿或者毒砂上不同点位含金量也不同，因此认为不可见形式金也可能遵循“粒金效应”。

泥质板岩或粉砂岩中，如表1 ZSC-1-1，随机电子探针点检测到部分含金，特点是强炭化，脉状黄铁矿集合体、粗粒自形五角十二面体含金性较优，与炭化、硅化密切相关。这也表明热液蚀变的黄铁矿也是含金的可能位置。

泥灰岩型矿石普遍含金。中细粒菱形毒砂(表2 ZSH-6-2)的含金性尤为显著，而黄铁矿(表1)的含金性则存在较大差异。含金矿物普遍粘土化、硅化和炭化，可以推测泥灰岩型矿石的含金性多与硅化、炭化有关。

4.2 载金矿物黄铁矿的地球化学特征

原明考[14]认为：黄铁矿的标型特征与金矿的含金性密切相关，不同成矿阶段和成矿世代的黄铁矿标型特征存在较大差异。从表1可以得出：黄铁矿共有8个检测点高出检出限，含金黄铁矿所占比例为40%，20个检测点的金平均含量为0.034%；不同成矿期次黄铁矿含金性有明显差异，具体表现为：沉积成岩期草莓状黄铁矿未发现有高出检测限的点；热液Ⅱ阶段黄铁矿含金量最高，Au平均含量为0.023%；该文研究的成矿Ⅰ阶段的7个黄铁矿测点均未发现有高出检出限的点；沉积成岩期胶状黄铁矿2个检测点1个高出金检出限，Au平均含量较小为0.007%；在样品ZSC-14-1中，粗粒黄铁矿经过表生氧化阶段已部分被蚀变为纤铁矿，并保留原有黄铁矿五角十二面体自形假象，这与代鸿章[6]研究者桑金矿床黄铁矿得出结论基本一致。特别值得指出的是表1 ZSH-81-1Lm-1，是自形黄铁矿经历多期成矿作用，在表生氧化期被氧化而形成褐铁矿，同时还保留着黄铁矿原生晶形假象，其含金量是该次测试点中最高的，达到0.457%，相对于其他含金点高出1～2个数量级，推断这应该是由Au本身的化学性质所决定，其他杂质元素在被氧化蚀变时，金由于其稳定性、不易被氧化而继续富集的结果。

据徐国风等[15]研究，沉积成因的黄铁矿ω(Fe)、ω(S)含量理论值(46.55%、53.45%)相近或者S含量有所增加，富铁亏硫特征存在于卡林型金矿、岩浆热液型金矿、中—低温浅层热液型金矿中[15]。如表1草莓状黄铁矿ω(Fe)和ω(S)值为47.1%和53.53%，胶状黄铁矿ω(Fe)和ω(S)平均值为46.8%和52.21%，均与沉积成因黄铁矿理想理论值相近，表现为沉积成因特征；成矿Ⅰ阶段黄铁矿ω(Fe)和ω(S)平均值为49.35%和49.46%，成矿Ⅱ阶段ω(Fe)和ω(S)分别为46.91%和50.39%，成矿Ⅰ、Ⅱ阶段均表现为亏S富Fe，但是Ⅱ阶段表现出的富铁程度没有成矿Ⅰ阶段明显。亏S富Fe特征则表明者桑金矿床的热液成因。

Bralia等报道称，不同成因的黄铁矿中Co、Ni含量及其比值存在着较大区别，王奎仁等[16]通过研究黄铁矿Co/Ni比值特征得出：沉积成因Co/Ni值远小于1，变质热液成因Co/Ni比值接近1，岩浆热液成因Co/Ni值在1～5之间，火山热液型其Co/Ni变化范围较大，在5～22之间。赵洁心等[17-18]同样指出，黄铁矿内的Co / Ni值可以对矿床成因做出良好的指标，通常认为Co/Ni<1为外生成因和Co/Ni>1为内生成因。该次研究者桑金矿床黄铁矿的Co / Ni特征值在1.45～3.37间，平均值为2.64。综合前人观点，结合李晓敏等[11]关于黄铁矿、毒砂晶形特征，推导者桑金矿床主要为中—低温热液成因矿床；同时黄铁矿的多期次成因及其主微量变化特征，暗示者桑金矿床成因复杂性。

4.3 载金矿物毒砂的地球化学特征

通过表2数据结合前人关于者桑金矿床研究，金在毒砂中的分布率相当高，该次电子探针检测毒砂(Apy)点位中，一半以上点高出Au检出限，这也表明：毒砂可能是金的重要载体矿物和最佳标型矿物，毒砂的发育则表明有金矿化。该文研究毒砂涉及2个成矿阶段，具体表现为：成矿Ⅰ阶段10个点位中仅有2个点未检测到含金，其平均ω(Au)为0.065%，含金性明显优于成矿Ⅱ阶段毒砂(金平均含量为0.018%，7个点中仅有2个点高出检出限)。毒砂、黄铁矿总体表现：成矿Ⅰ阶段，毒砂为主要载金矿物，含金性优于黄铁矿。成矿Ⅱ阶段则黄铁矿为主要载金矿物，含金性优于毒砂，指示热液成矿Ⅰ、Ⅱ阶段为该区金矿化最主要阶段。值得注意的是，黄铁矿和毒砂中，Au含量高的点相对应As含量也高，揭示As、Au具有良好的正相关性。

4.4 金的赋存状态浅析

金在矿物中的存在形式可以划分为独立矿物、包裹金、晶格金、胶体金和离子金5种形式[18]。通过该文数据，综合前人有关金的赋存状态资料，者桑金矿床中金的富集与含砷黄铁矿、毒砂等硫化物关系密切[19]，Au+和As+进入黄铁矿、毒砂遵循一定规律[20]。金在H2O-NaCl-CO2成矿流体中可能以Au(HS)2-的形式存在[21]，一般认为载金络合物的解耦作用为金提供沉淀机制[22],金以类质同象等形式存在于硫化物的晶格中[9]。

卡林型金矿普遍存在“不可见金”这一现象，许多学者都对此展开了研究。通过镜下观察及探针分析均未发现可见金，者桑金矿的“不可见金”是以晶格金存在，还是以显微金存在，一直存在争议。据Reich等人研究[22]，As和Au存在着密切关系，并且Au和As的特定溶解曲线CAu=0.02CAs+4×10-5可以推测金是以晶格金(Au+)的形式存在，还是显微金(纳米级Au)的形式存在。根据毒砂、黄铁矿电子探针Au,As含量作关系图(图5)。由图5可认为：在辉绿岩型矿石内，金基本是以晶格金(Au+)形式赋存于黄铁矿和毒砂中；在泥灰岩型矿石和泥质板岩型矿石中，黄铁矿内金主要以晶格金(Au+)赋存于黄铁矿内，见少许显微金。泥灰岩型毒砂少见含金，均以晶格金(Au+)形式赋存，该次检测泥质板岩型毒砂中，未见有高出Au检出限的点。

总体来说：在者桑金矿床载金黄铁矿和毒砂中，金大多以晶格金(Au+)存在，少数以纳米级金赋存。这与代鸿章从成矿期次讨论金的赋存状态得出结论相一致。代鸿章等学者还指出，金主要在成矿热液阶段产生，并且温度较高，发育大量自形含砷黄铁矿和毒砂，含砷较高，期间Au+取代Fe+，金以类质同象[6]的形式存在于矿物中。三种主要赋金矿石围岩都发生不同程度的蚀变矿化，其中辉绿岩型矿石多与基性岩的蚀变有关；而在泥灰岩中充填杏仁状产出的绢云母、石英(或石英方解石)较为普遍。

a代表代鸿章,2012的数据，其中黄铁矿a红色标志为沉积成岩期胶状黄铁矿、黄色为热液成矿期Ⅰ阶粗粒自形黄铁矿、黑色为热液成矿期Ⅰ阶破碎状黄铁矿、蓝色为热液成矿期Ⅱ阶细粒自形黄铁矿、青色为热液成矿期Ⅱ阶细粒破碎状黄铁矿。纳米级与Au+的赋存状态划分线，参考于Reich et al.2005图5 者桑金矿As-Au关系图(数据来自于滕建青,2015、代鸿章,2012以及该文的测试数据[6，19])

5 结论

(1)通过载金矿物特征分析推导出：辉绿岩型矿石中，破碎状毒砂、细粒自形毒砂、拉长菱形毒砂的尖端含金性较优，多与硅化、绢云母化有关；泥质板岩或粉砂岩中，脉状黄铁矿集合体、粗粒自形五角十二面体含金性较优，与炭化、硅化密切相关；泥灰岩型矿石普遍含金，其中细粒菱形毒砂的含金性尤为显著，泥灰岩型矿石的含金性多与碳酸盐化、硅化、炭化有关。

(2)结合载金黄铁矿主量元素ω(S)、ω(Fe)含量特征、微量元素Co / Ni比值特征分析、以及黄铁矿和毒砂晶形特征，指示者桑金矿床的中—低温热液成因。

(3)赋金矿石中黄铁矿、毒砂As-Au关系特征，表明者桑金矿床中金主要是以晶格金存在、少量以纳米级金赋存。