四川里伍銅礦床磁黃鐵礦成因礦物學(xué)研究

陳道前，孫傳敏，吳 逍，侯蘭杰，鮮海洋

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059；2.西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽 621010)

四川里伍銅礦床磁黃鐵礦成因礦物學(xué)研究

陳道前1，孫傳敏1，吳 逍2，侯蘭杰2，鮮海洋2

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059；2.西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽 621010)

里伍銅礦床是產(chǎn)于江浪穹窿的中型富銅礦床，其磁黃鐵礦的成分和結(jié)構(gòu)對礦床成因有重要的指示意義?；趯ΦV床地質(zhì)特征的認(rèn)識，采用偏光顯微鏡、掃描電鏡能譜分析、X射線衍射等方法，對主礦體內(nèi)不同構(gòu)造類型礦石中的磁黃鐵礦的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)進行了分析。結(jié)果表明，礦體內(nèi)部只產(chǎn)出六方磁黃鐵礦，F(xiàn)e原子含量百分比為48.63%～47.99%，其成礦溫度高于304℃；礦體邊部同時存在六方和單斜磁黃鐵礦，F(xiàn)e原子百分比為45.97%～47.54%，成礦溫度迅速降低至254℃以下。結(jié)合磁黃鐵礦標(biāo)型特征和礦床地質(zhì)特征，推斷里伍銅礦床是在原始礦胚發(fā)生變形變質(zhì)活化的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷了燕山期中高溫?zé)嵋函B加改造而富集成礦。

成因礦物學(xué)；磁黃鐵礦；里伍銅礦床；四川

里伍銅礦床位于四川省甘孜藏族自治州九龍縣魁多鄉(xiāng)、煙袋鄉(xiāng)，自20世紀(jì)60～70年代勘查開采至今已有近50年歷史，是西南地區(qū)為數(shù)不多的中型富銅鋅多金屬礦床。里伍、黑牛洞、挖金溝、上海底等礦床均賦存于江浪變質(zhì)穹窿的里伍巖群中。前人曾對里伍銅礦床地質(zhì)特征[1-3]、地球化學(xué)特征[4，5]和成礦規(guī)律[1，6-8]進行了研究，但因其含礦巖系與海相火山巖有關(guān)，且變形、變質(zhì)作用復(fù)雜強烈，又遭受燕山期花崗巖漿熱液作用，成礦過程具有多期次、多成因的特點，礦床成因一直存在爭議。

通過前期礦區(qū)現(xiàn)場勘查和礦石組構(gòu)特征的鏡下研究，發(fā)現(xiàn)黃銅礦和磁黃鐵礦是里伍銅礦床產(chǎn)出的主要金屬礦物，常見二者共生和熱液交代的現(xiàn)象。磁黃鐵礦的標(biāo)型特征可反映豐富的成礦信息[9-12]，為礦床成因提供有力依據(jù)。本文以磁黃鐵礦為研究對象，結(jié)合礦床地質(zhì)特征，詳細(xì)分析其成分和晶體結(jié)構(gòu)，探討里伍銅礦床在熱液疊加改造階段的成礦化學(xué)環(huán)境和溫度，明析燕山期成礦的就位模式，這對于指導(dǎo)江浪銅礦田內(nèi)其他礦床(點)的勘查工作有重要意義。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

江浪變質(zhì)穹窿位于揚子地臺西緣，康滇地軸西側(cè)，木里-錦屏山弧形推覆構(gòu)造帶內(nèi)緣，環(huán)繞分布有里伍、黑牛洞、挖金溝、上海底等銅礦床(圖1)。里伍銅礦位于其南東翼近軸部的傾沒部位，是穹窿中規(guī)模最大的銅礦體。

穹隆構(gòu)造是區(qū)域內(nèi)重要的控礦構(gòu)造，江浪穹隆經(jīng)歷多期變形、變質(zhì)作用，原始層理已經(jīng)被多次置換，地層系統(tǒng)內(nèi)多次雜序重復(fù)和無序堆垛，并受印支期和燕山期雙向收縮[1，2]。核部有燕山期酸性花崗巖體侵入，穹窿地層中發(fā)育有環(huán)狀剝離斷裂和多條韌性剪切帶，形成有利的導(dǎo)礦和容礦空間。

礦區(qū)內(nèi)出露地層從穹窿核部向外依次為前震旦系里伍巖群(Pt2L.)、奧陶系江浪巖組(Oj.)、下志留統(tǒng)甲壩巖組(S1j.)、二疊系烏拉溪巖組(Pw.)和三疊系西康群板巖帶(TX)[1-2]。里伍銅礦床主要賦存于中元古界里伍巖群，該巖群是一套變質(zhì)核雜巖，巖性以云母片巖、云母石英片巖、片狀石英巖為主，夾斜長角閃巖及變基性巖。原巖主要為一套含火山凝灰質(zhì)的砂、泥質(zhì)濁流沉積巖。富銅礦體產(chǎn)于含礦蝕變帶內(nèi)，其空間分布特征與礦化蝕變帶關(guān)系密切，礦體在蝕變帶中成群成帶產(chǎn)出，礦體形態(tài)以扁豆?fàn)睢⑺茖訝?、透鏡狀為主，在垂向上呈交錯重疊或平行重疊。

圖1 江浪變質(zhì)核雜巖穹窿地質(zhì)圖

Fig.1 Simplified geological map of the Jianglang metamorphic core complex dome in Jiulong， western Sichuan

里伍銅礦床的礦石構(gòu)造類型主要有致密塊狀、角礫狀、條帶狀、浸染狀。礦石中主要金屬礦物有黃銅礦、磁黃鐵礦、閃鋅礦，致密塊狀礦石內(nèi)常出現(xiàn)石英和云母，而條帶狀礦石中多見陽起石。圖2是里伍銅礦床中礦石礦物的顯微照片，磁黃鐵礦沿邊緣交代早期黃銅礦的現(xiàn)象較為普遍(圖2A)，條帶狀礦石中常見金屬硫化物被晚期陽起石穿插(圖2B)。

圖2 兩種典型礦石顯微照片

Fig.2 Photomicrographs of the representative minerals from the Liwu copper deposit

Ccp.黃銅礦；Po.磁黃鐵礦；Act.陽起石

2 實驗方法

挑選磁黃鐵礦單礦物樣品進行X射線衍射分析，在掃描電子顯微鏡下對礦石光片進行觀察，并采用X射線能譜探針成分分析，均在西南科技大學(xué)分析測試中心完成。X射線衍射采用荷蘭PANalytical公司X’Pert PRO型X射線衍射儀，Cu靶，管電壓40kV，管流40mA，狹縫系統(tǒng)：DS1/2°，SS0.04rad，AAS5.5mm，連續(xù)掃描；成分分析在場發(fā)射掃描電鏡下進行，采用Oxford IE450X-Max80能譜儀(EDS)對磁黃鐵礦的化學(xué)成分進行測試。

3 磁黃鐵礦標(biāo)型特征

不同構(gòu)造類型礦石中磁黃鐵礦的化學(xué)組成詳見表1。LW1～4樣品來自礦體內(nèi)部的致密塊狀礦石，F(xiàn)e原子百分比為48.63%～47.99%；LW5～10樣品是礦體上、下盤的條帶狀礦石，F(xiàn)e原子百分比為45.97%～47.54%?？梢园l(fā)現(xiàn)，致密塊狀礦石中磁黃鐵礦Fe含量略高于條帶狀礦石。由不同構(gòu)造類型礦石中磁黃鐵礦化學(xué)組成及晶體化學(xué)式(表1)可知，條帶狀礦石中磁黃鐵礦缺席構(gòu)造程度更高。根據(jù)其異種的化學(xué)成分標(biāo)型特征[13]，致密塊狀礦石中磁黃鐵礦均屬六方晶系，而條帶狀礦石中同時存在單斜和六方磁黃鐵礦。

隨兩相磁黃鐵礦組成比例不同，在102(hpo)峰和202(mpo)峰疊加處的X射線圖譜發(fā)生連續(xù)規(guī)律的變化。根據(jù)Arnold測定的X射線衍射強度系數(shù)與成分的線性關(guān)系，可定量分析磁黃鐵礦的兩相組成。以102(hpo)峰和202(mpo)峰的衍射強度值計算強度系數(shù)(IH102/IH102+IM202)，純六方相的理想比值為1.0，純單斜相理想比值則為0.5，計算結(jié)果見表2。

將X射線衍射的強度系數(shù)值投影到關(guān)系直線上，得到六方磁黃鐵礦含量(圖4)。由圖可見，條帶狀礦石的樣品hpo重量百分比主要集中在20%～30%，這表明條帶狀礦石中單斜磁黃鐵礦占主要部分，對應(yīng)的峰形曲線表現(xiàn)為102(hpo)+202(mpo)峰稍高于(mpo)峰，與樣品實際X射線衍射圖譜曲線一致。

表1 不同構(gòu)造類型礦石中磁黃鐵礦化學(xué)組成及晶體化學(xué)式(%)

Table 1 Chemical compositions(%) and chemical formulas of the crystals for pyrrhotite in the ores from the Liwu copper deposit

樣品編號致密塊狀礦石條帶狀礦石LW1LW2LW3LW4LW5LW6LW7LW8LW9LW10Fe48．6347．9947．6247．9845．9747．4446．8947．5447．3047．50S51．3752．0152．3852．0254．0352．5653．1152．4652．7052．50化學(xué)式Fe1?xS1(x=0 0534～0 0909)Fe1?xS1(x=0 0938～0 1492)

表2 兩相磁黃鐵礦的X射線衍射強度系數(shù)

圖3 條帶狀礦石磁黃鐵礦X射線粉晶衍射曲線

Fig.3 X-ray diffraction charts for banded pyrrhotite from the Liwu copper deposit

圖4 X射線衍射強度系數(shù)與六方磁黃鐵礦含量線性關(guān)系圖[14]

Fig.4 Plot showing the relationship between the X-ray diffraction intensity coefficients and hexagonal pyrrhotite contents (after Arnold， 1966)

4 討論

在里伍銅礦床成礦過程中，礦體不同部位的物理化學(xué)條件存在差異，其礦石構(gòu)造類型不同，磁黃鐵礦的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)也有差別，這與成礦化學(xué)環(huán)境、溫度密切相關(guān)。

穹窿核部受花崗巖體加熱[16]，中高溫含礦熱液運移至退色蝕變帶處，不斷從圍巖內(nèi)富鐵鋁硅酸巖交代萃取Fe質(zhì)。補充的Fe質(zhì)與熱液中因磁黃鐵礦、黃銅礦出溶多余的S絡(luò)合，這為大量磁黃鐵礦的形成提供了充裕的化學(xué)環(huán)境。由戴婕等[17]測試的里伍礦區(qū)中黃銅礦的數(shù)據(jù)分析得到Fe/Cu >1(原子百分比)，這也表明熱液中Fe質(zhì)相對充裕。

韌性剪切帶是江浪變質(zhì)核雜巖體在成穹過程中形成的構(gòu)造裂隙，是里伍銅礦床主要的控礦構(gòu)造和容礦空間[1-2，5，7]。含礦熱液運移至這一低壓空間，熱液中的H2S、CO2等揮發(fā)分釋放，成礦物質(zhì)開始沉淀，形成黃銅礦、磁黃鐵礦等金屬礦物。主要金屬礦物結(jié)晶特點表現(xiàn)為：黃銅礦從高溫到低溫均可出現(xiàn)，而磁黃鐵礦在高溫和低溫下生成兩個異種[15]。這期間，高溫?zé)嵋毫黧w與圍巖發(fā)生熱傳遞，在礦體邊部經(jīng)歷了快速降溫的過程，而礦體內(nèi)部則處于緩慢降溫的狀態(tài)。由于溫度差異，磁黃鐵礦在礦體不同部位的產(chǎn)出特征有明顯區(qū)別。參照Arnold[18]的Fe-S體系礦物相平衡簡圖(圖5)，礦體內(nèi)部的致密塊狀礦石中只生成有六方磁黃鐵礦，這表明成礦溫度處于304℃以上，且下降速率較為緩慢；而礦體上、下盤形成的條帶狀礦石中同時存在六方磁黃鐵礦和單斜磁黃鐵礦，表明礦體邊部溫度迅速從高溫降至254℃以下，礦體內(nèi)外溫差至少大于50℃。

黑牛洞礦床和里伍礦床分別位于江浪穹窿的西側(cè)和南東翼，均產(chǎn)于里伍巖群堆垛層中層帶[1]，二者的礦床地質(zhì)特征總體上較為相似，都具有熱液礦床的特點，但其成礦溫度存在差異。磁黃鐵礦在穹窿內(nèi)的產(chǎn)出特征表現(xiàn)為：黑牛洞礦床內(nèi)磁黃鐵礦均為六方晶系[10]，里伍礦床有單斜磁黃鐵礦出現(xiàn)。而燕山期酸性花崗巖體侵入部位處于穹窿核部，從礦床在穹窿中的賦存位置與核部熱源的空間距離來看，黑牛洞礦床更靠近核部熱源，這表明銅礦床在江浪銅礦田內(nèi)具有一定的分帶性。分帶樣式可能表現(xiàn)為環(huán)狀分帶，這與成礦溫度密切相關(guān)。需要進行類似福建丁家山鉛鋅礦區(qū)磁黃鐵礦的礦物場填圖工作[12]，補充上海底、挖金溝和筍葉林相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖5 Fe-S體系礦物相平衡簡圖[14]

Fig.5 Phase equilibrium diagram for the Fe-S system (after Arnold， 1962)

hpo.六方磁黃鐵礦；mpo.單斜磁黃鐵礦；Py.黃鐵礦；tro.隕硫鐵

5 結(jié)論

成因礦物學(xué)研究表明磁黃鐵礦與礦石構(gòu)造類型有關(guān)。致密塊狀礦石中磁黃鐵礦屬六方晶系，F(xiàn)e原子含量百分比為48.63%～47.99%；條帶狀礦石中主要為單斜磁黃鐵礦，含有少量六方磁黃鐵礦，F(xiàn)e原子百分比為45.97%～47.54%。

磁黃鐵礦的標(biāo)型特征指示，在礦床燕山期成礦過程中，韌性剪切帶附近的圍巖遭受熱液交代作用，向熱液補充了Fe質(zhì)，支持磁黃鐵礦形成的化學(xué)環(huán)境。在礦體內(nèi)部的成礦溫度高于304℃，處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。礦體邊部則迅速從高溫降低至254℃以下。

綜合礦床地質(zhì)特征和磁黃鐵礦標(biāo)型特征，推斷里伍銅礦床在原始礦胚發(fā)生變質(zhì)活化的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷燕山期熱液疊加改造富集成礦，這與相鄰的黑牛洞礦床存在成礦溫度的差異，礦床(點)在江浪銅礦田的分布可能具有分帶性。

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Genetic mineralogy of pyrrhotite from the Liwu copper deposit in western Sichuan

CHEN Dao-qian1， SUN Chuan-min1， WU Xiao2， HOU Lan-jie2， XIAN Hai-yang2

(1.CollegeofEarthSciences，ChengduUniversityofTechnology，Chengdu610059，Sichuan，China; 2.SchoolofEnvironmentsandResources，SouthwestUniversityofScienceandTechnology，Mianyang621010，Sichuan，China)

The Liwu copper deposit is a medium-sized copper-rich copper deposit hosted in the Jianglang metamorphic core complex dome in Jiulong， western Sichuan. The present paper deals with the chemical compositions and structural types of pyrrhotite from the Liwu copper deposit based on the microscopic examination， energy spectrum analysis and X-ray diffractional analysis. The analytical results show that there occurs only hexagonal pyrrhotite in the inner part of the copper deposit， with the Fe atomic percentages ranging between 48.63% and 47.99% and metallogenic temperatures higher than 304℃. On the contrary， both the hexagonal and monoclinic pyrrhotite are observed in the outer part of the copper deposit， with the Fe atomic percentages ranging between 45.97% and 47.54% and metallogenic temperatures lower than 254℃. It is inferred from the typomorphic characteristics of pyrrhotite and geological characteristics of the copper deposit that the Liwu copper deposit resulted from the activation caused by deformation and metamorphism in original source beds， and superimposed reworking of moderate- to high-temperature hydrothermal solutions during the Yanshanian.

genetic mineralogy; pyrrhotite; Liwu copper deposit; western Sichuan

1009-3850(2015)03-0075-06

2015-06-06； 改回日期： 2015-07-08

陳道前(1965-)，男，在讀博士生，副教授，碩士。專業(yè)：地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)。E-mail： lwty2009@163.com

四川省九龍縣里伍銅礦接替資源勘查(200851022)

P578.2+4

A