河南银洞坡金矿黄铁矿微量元素特征及对矿床成因的指示意义

唐相伟,杨文涛,严育通,郭跃闪,张 洋,杨 柳

(1. 河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院, 河南 郑州 450000;2.河南理工大学 资源环境学院, 河南 焦作 454000; 3.信阳师范大学 地理科学学院, 河南 信阳 464000;4.湖南工程职业技术学院 自然资源学院, 湖南 长沙 410151)

0 引言

河南省桐柏县围山城矿集区位于秦岭造山带东延部分,是我国重要金银铅锌等多金属矿集区之一。矿集区已探明主要矿床包括大型破山银矿、大型银洞坡金矿和中型银洞岭银铅锌矿等多个矿床。2010年至今,河南省地矿局地矿三院在围山城一带老矿山深部及外围相继开展了省地勘基金、中国地调局发展研究中心深部预测等项目,在银洞坡金矿深部及外围取得较好找矿效果,初步估算金属量30 t左右,共生铅锌金属量20万t左右。

已有研究者对银洞坡金矿的矿床成因、成矿时代、成矿流体等方面进行了研究和总结,但对矿床成因问题存在较大争议。张静等[1]认为银洞坡金矿床为层控造山型金矿;万守全等[2]认为银洞坡金矿床是沉积成因与热液成因混合型。自2018年,中国地调局发展研究中心找矿预测项目在该区开展以来,原碳质层位以外变粒岩中圈出多条厚大矿体,结合矿石特征、1∶5万重力测量、地球化学等研究,认为矿床成因可能与燕山期作用的岩浆热液矿床有关[3]。黄铁矿是金矿床中普遍且重要的载金矿物,微量成分是其最本质的特征,也是信息量最大的特征。对微量元素进行分析,不仅能反映成矿作用过程,而且能指示矿床成因类型,如微量元素蛛网图、Au/Ag、As-Co-Ni三角图、Co/Ni等[4-5]。黄铁矿微量元素LA-ICP-MS微区原位分析已被广泛应用于矿床成因示踪、精细成矿过程等找矿研究,近年来成为研究的热点[6-7]。

在已有的研究基础上,本文首次对银洞坡金矿黄铁矿采用LA-ICP-MS微区原位分析,示踪矿床成因,以期为下一步勘查工作,提供依据。

1 区域地质及矿床地质

1.1 区域地质背景

矿集区属于秦岭-大别造山带,桐柏北麓(图1a),夹持于区域性瓦穴子-邢集断裂和朱阳关-大河断裂之间。出露地层属于秦岭地层大区,以松扒-龟梅断裂为界,北侧属北秦岭地层分区,南侧属南秦岭地层分区。矿集区位于北秦岭地层分区,出露地层为下古生界二郎坪群和寒武系歪头山组。侵入岩主要为北东侧的加里东期中酸性杂岩体(431～470 Ma)及燕山期梁湾岩体(132 Ma)[8]。褶皱构造主要为在加里东期和海西期北东-南西向水平侧向主压应力作用下,形成北西向的朱庄背形,控制了矿集区矿床产出。

注:1.下部第九岩性段;2.中部第一岩性段;3.中部第二岩性段;4.中部第三岩性段;5.中部第四岩性段;6.金矿体位置及编号;7.勘探线位置及编号。图1 银洞坡金矿矿床地质简图Fig. 1 Geological diagram of the Yindongpo gold deposit

1.2 矿床地质特征

矿区出露地层主要为寒武系歪头山组,原岩为一套深水复理石碎屑岩夹基性火山岩、碳酸盐岩沉积建造,划分为下部、中部、上部,共17个岩性段,中部第二岩性段为银洞坡金矿赋矿层位。褶皱构造主要为北西向的朱庄背形,在朱庄背形两翼碳质片岩、变粒岩中形成一系列的脆性共轭逆冲剪切带、韧-脆性层间剪切带及派生的羽裂、拖曳褶曲和旁侧左行或右行的张性断裂为主要容矿构造,为成矿期前构造。

矿体形态基本和背斜形态一致(图1b),上陡下缓,北翼陡南翼缓,在平面、剖面上均呈平行排列。在背斜轴面两侧共圈定矿体36个金矿体,其中1、3-1、55、54、52为主要工业矿体。矿体总体走向300°～310°,与倾伏背斜走向一致。目前控制矿体长2 km左右。矿体单工程厚度0.47～34.00 m,平均1.00～4.42 m,金品位1.43×10-6～16.50×10-6,共伴生银铅锌。通过近年的普查工作发现,碳质层原1、3-1、55、54、52工业矿体沿走向及倾向均未封闭,深部找矿潜力较好。

根据野外地质穿插关系和矿物结构关系,将银洞坡金矿床成矿期划分为5个阶段:(1)钾化阶段,分布在矿体外围,大面积出露,在矿体中以石英-钾长石脉出现;(2)绢英岩化阶段,强绢云岩化,偶见少量黄铁矿呈浸染状或顺片理,无矿化,分布于矿体顶底板;(3)石英黄铁矿阶段,黄铁矿与石英共生呈脉状或网脉状;(4)多金属硫化物阶段,矿物组合为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等,与石英呈脉状或块状,穿插石英黄铁矿阶段;(5)石英碳酸盐化阶段,主要为方解石,沿石英脉边部见铁白云石,呈细脉状穿插围岩和矿石中。

1.3 黄铁矿世代划分

根据黄铁矿的形态特征及矿物共生关系等,银洞坡金矿床中黄铁矿划分为3个明显的生成世代:

(1)Py1形成早期沉积期,与地层时代同期。该期黄铁矿颗粒较小,呈立方体,结晶完好,和炭质、石墨呈条带状、浸染状零星散布于各类变质岩的片理面上,形成他形粒状集合体。晶体内部整体比较干净,局部裂隙、边部偶见少量铅锌矿,内部见少量包体(图2a、b)。

图2 银洞坡金矿矿石特征及显微照片Fig. 2 Ore characteristics and micrographs of Yindongpo gold mine

(2)Py2形成石英黄铁矿阶段,多呈压碎结构,呈浅黄-黄色、中-细粒他形粒状结构,细脉状构造,被晚期硫化物交代充填,晶体内部可见少量方铅矿,沿裂隙见自然金(图2c、d)。

(3)Py3形成多金属硫化物阶段,以自形-半自形中粗粒为主,部分呈他形粒状,主要为立方体、十二面体,局部见八面体及其聚形,与其他硫化物形成块状矿石。多金属硫化物与金银矿、银金矿密切共生,交代早期黄铁矿(图2c、f)。

2 分析方法及分析结果

2.1 分析方法

采用AnalytikJena PQMS Elite型ICP-MS和RESOlution 193 nm准分子激光剥蚀系统进行LA-ICP-MS原位微区微量元素分析。激光剥蚀所用斑束直径为50 μm,频率为6 Hz,能量密度约2 J/cm2,高纯度氦气为载气。采用单点剥蚀的方式进行采样,单点测试分析时间为85 s,每10个剥蚀点插入一组NIST 610、NIST 612、MASS-1,采用软件ICPMSData Cal对元素含量进行计算[9]。

2.2 分析结果

测试结果表明,Py1黄铁矿的Co、Ni、As、Cu、Zn、Ag含量变化较大,Te、Bi、Au含量变化小(表1)。Py2和Py3黄铁矿微量元素组合特征相近,Co、Ni、As含量变化较大,Cu、Zn、Ag、Te、Bi、Au元素含量较稳定,Te、Bi、Au含量较低。结合测得的32组数据,Au含量均在检测范围左右,含量不高,为贫金黄铁矿。

表1 银洞坡金矿床不同世代黄铁矿LA-ICP-MS微量元素分析结果(×10-6)Tab. 1 LA-ICP -MS trace element analysis results of different generations of pyrite in Yindongpo gold deposit (×10-6)

3 讨论

3.1 黄铁矿的微量元素赋存状态

LA-ICP-MS剥蚀信号曲线图可用来判断微量元素在黄铁矿中微米级的矿物包裹体、固溶体等赋存形式[4-5]。LA-ICP-MS剥蚀信号曲线(图3)显示,Co、Ni、As信号峰平坦,与Fe的分配形式一致,表明3种元素在不同世代黄铁矿中以类质同象的形式存在。成矿元素Cu、Zn、Ag、Au以及Te、Bi变化较大,其中Py1元素Zn、Au、Te峰尖、峰谷交替出现,推测可能富含次显微Te-Au的方铅矿包裹体;Py2、Py3元素Cu、Zn、Ag、Au、Te、Bi峰尖、峰谷交替出现,分配形式基本一致,Py2峰尖、峰谷交替出现较强,Py3峰尖、峰谷交替出现较弱。推测Cu、Zn、Ag、Au、Te、Bi元素在Py2、Py3黄铁矿中可能以次显微Ag-Te-Bi-Au等包裹体存在,而非晶格金、吸附金的形式存在。

图3 不同世代黄铁矿激光剥蚀曲线Fig. 3 Typical pyrite laser ablation curves of different generations

3.2 金的赋存形式

按金与黄铁矿之间的关系,可分为包体金、裂隙金、间隙金、表面吸附金、晶格金5种类型[10]。黄铁矿中“可见”金,在光学显微镜下主要为裂隙金、间隙金(图2g)和包体金(图2h)。黄铁矿中“不可见”金,根据剥蚀信号推测,Py1、Py2、Py3黄铁矿中金主要以次显微Ag-Te-Bi-Au和Te-Au包裹体、非晶格金、吸附金的形式存在。综上可知,Py1黄铁矿形成与金矿形成无关。主要理由有:Py1电子显微镜下,晶体内部整体比较干净,未见裂隙金、包体金、间隙金;Py1存在的少量次显微Te-Au包裹体存在,Te-Au包裹体为后期岩浆热液产物[11],与Py1沉积成因特征不吻合。Py2、 Py3在电子显微镜下明显见裂隙金、包体金、间隙金、硫化物包裹体存在,为成矿期黄铁矿。

3.3 金的富集机制

与Te或者Bi矿物有关的金矿床在世界各地均有报道[11],由于Te的迁移、沉淀对成矿流体物理化学条件非常敏感,因此对碲化物的研究可为判别金矿床成矿机制提供重要信息。小秦岭东桐峪、樊岔、桐沟等金矿床,在含金石英脉中富含大量的碲化物,认为Te-Bi成矿热液对金的沉淀、富集起到了关键作用[12]。银洞坡金矿矿石中含少量针碲金银矿,针碲金银矿作为另一种重要的金矿物种类,LA-ICP-MS剥蚀信号推测3个世代黄铁矿中均含次显微Ag-Te-Bi-Au包裹体,Ag-Au 与Te-Bi相关性分析Au+Ag与Te+Bi存在显著的正相关(图4),表明Te、Bi对银洞坡金矿床形成过程中金的搬运和富集具有积极作用。

图4 不同世代黄铁矿微量元素相关图解Fig. 4 Related diagrams of trace elements in different generations of pyrite

3.4 矿床成因

黄铁矿主微量元素是示踪矿床成因的有效手段。其中Co、Ni的质量含量和比值(记作Co/Ni)标型意义比较突出[13]。银洞坡金矿Py1黄铁矿中Co/Ni比值为0.01～0.47,中位数0.22,Co、Ni含量关系图落于沉积和沉积改造区(图5)[14]。

图5 黄铁矿Co、Ni成因图解Fig. 5 Diagram of the origin of Co and Ni in pyrite

由图5可知,Py1黄铁矿具有较高的Ni、As、Se值,结合其光学显微镜下沉积特征,说明Py1黄铁矿为海底沉积或喷流沉积环境形成,与地层形成时期相吻合。Py2黄铁矿的Co/Ni比值为0.53～90.40,中位数1.18,Co、Ni含量关系图落于1附近,说明Py2黄铁矿成矿早-中阶段,温度变化比较大,可能造成Co/Ni比值变化比较大。Py3黄铁矿的Co/Ni比值为1.53～28.91,中位数2.69,Co、Ni含量关系图落于岩浆和热液区。在岩浆体系形成的黄铁矿通常富Co、Se,贫Sb、As,Py2、Py3黄铁矿具较高Co、相对贫As,Co/Sb、Se/As比值较高, Co-Ni-As三角图特征除1个点在岩浆热液区域外,其他均在岩浆热液区内(图6)。综上,结合岩相学特征,Py2、Py3黄铁矿为岩浆热液成因黄铁矿。结合1∶5万重力测量,推测银洞坡深部存在隐伏酸性岩体、大面积W(Mo)异常及圈出绿帘透辉矽卡岩化带等,银洞坡金矿为岩浆热液型矿床。

图6 不同世代黄铁矿Co-Ni-As 三角图Fig. 6 Co-Ni-As ratio diagram of different generations of pyrite in Yindongpo gold deposit

4 结论

(1)银洞坡金矿发育3个世代黄铁矿:Py1、Py2、Py3。黄铁矿微量元素LA-ICP-MS原位测定表明,Py1、Py2、Py3不同世代黄铁矿中Co、Ni、As以类质同象的形式存在,且含少量次显微Ag-Te-Bi-Au包裹体。

(2)在电子显微镜观察下,银洞坡金矿中“可见金”主要为包体金、裂隙金、间隙金等。“不可见金”主要以次显微包裹体存在。Py1黄铁矿形成与金形成无关,Py2、 Py3为成矿期黄铁矿。相关性分析表明,Te、Bi对金的搬运和富集具有积极作用。

(3)黄铁矿微量元素表明,Py1为沉积成因黄铁矿,Py2、Py3为岩浆热液成因黄铁矿。初步厘定银洞坡金矿为岩浆热液型矿床。