文山都龍礦區(qū)銅街—曼家寨礦段伴生元素鐵硫砷的分布規(guī)律研究

黃亞虎, 羅愛(ài)國(guó)

(云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司,云南 文山 663700)

文山都龍礦區(qū)為云南重要的礦區(qū)之一,主要以錫、鋅、銅、鎢礦為主[1-4]。以老君山花崗巖體為核心,各類多金屬礦星羅棋布。銅街—曼家寨礦段的微量元素非常豐富,查明礦石中銅、銀、銦、鎘、砷、硫、磁鐵礦、鍺、鎵、金、硒、鉬、鉛、鎳、鉻、鈷、鉍、鎢、鈮、鉭20余種伴生組分含量范圍[5],其中銦、鎘、銀、砷、銅、硫、磁鐵礦等7種組分經(jīng)過(guò)多年生產(chǎn)實(shí)踐,均具有了不同程度的綜合回收利用價(jià)值?，F(xiàn)查明鐵金屬量418 596 t?云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司,銅街—曼家寨礦段2017年生產(chǎn)勘探報(bào)告,2017。,有效硫資源量442 303 t,砷金屬量29 314 t,由于鐵、硫、砷三種元素在實(shí)際開(kāi)采的礦體中其品位高低對(duì)現(xiàn)有選礦工藝及選礦質(zhì)量也有較大的影響,要仔細(xì)研究它們賦存狀態(tài)和分布特征,以便采用合理的選礦、冶煉工藝流程,加以回收和綜合利用。鑒于目前的供礦情況,筆者對(duì)礦石中的這三種伴生元素的分布作出了更深入更具體的調(diào)查工作,從巖石類型、礦種以及所在采區(qū)的標(biāo)高范圍進(jìn)行了研究分析,并得到與實(shí)際生產(chǎn)相符合的結(jié)論。突破了本公司以往傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí),對(duì)本公司供礦及選礦工藝提供了較好的指導(dǎo)意義。

1 礦區(qū)地質(zhì)

本區(qū)所在構(gòu)造單元地處華南褶皺系與揚(yáng)子地塊、印支地塊、三江褶皺系等構(gòu)造單元交接部位,地質(zhì)演化歷史較為復(fù)雜,區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)以加里東、印支、燕山運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)最為顯著(圖1)。

加里東期:本區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)前緣海盆,沉積了寒武系及下奧陶統(tǒng)濱?！獪\海相碎屑巖、碳酸鹽巖地層,中、下寒武世地層具錫、鎢、鋅等礦源層建造特征,為本區(qū)爾后多金屬成礦奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

華力西期:本區(qū)轉(zhuǎn)化為弧后盆地,沉積了以碳酸鹽巖為主體的淺海相砂泥質(zhì)—碳酸鹽巖沉積。

印支期:本區(qū)發(fā)生了強(qiáng)烈的褶皺和斷裂活動(dòng),形成了一系列北西或近東西向褶皺、斷裂,并缺失上三疊統(tǒng)、侏羅系、白堊系沉積,在溫度、壓力梯度影響下,使加里東以來(lái)形成的基底構(gòu)造層進(jìn)一步發(fā)生變質(zhì)作用,局部發(fā)生混合巖化作用,形成具半原地性質(zhì)的混合花崗巖系列。

燕山期:區(qū)內(nèi)基底斷裂構(gòu)造活動(dòng)加劇,南北向、東西向的基底隱伏斷裂及北西向文山—麻栗坡大斷裂、馬關(guān)—都龍斷裂均有繼承活動(dòng),以老君山為中心產(chǎn)生一系列縱橫交錯(cuò)的南北、東西向控巖、控礦褶皺和斷裂,導(dǎo)致混合巖化作用加強(qiáng)和擴(kuò)大,交代花崗巖生成及重熔花崗巖侵位,形成老君山花崗巖穹隆和不同類型多金屬礦床。

喜山期:區(qū)內(nèi)主要為斷塊活動(dòng),沿北北東向、北西向?yàn)橹鞯幕顒?dòng)斷裂帶形成一系列小型山間盆地,并有基性、酸性巖侵入及酸性、堿性巖噴出。

圖1 老君山都龍成礦區(qū)構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structure outline map of Doulong metallogenic area in Laojun Mountain1.張性斷裂;2.壓性斷裂;3.性質(zhì)不明斷裂;4.方解石大理巖;5.背斜;6.向斜;7.礦區(qū)范圍及位置;8.石英云母片巖。

都龍礦區(qū)位于老君山花崗巖復(fù)式背斜西南部外接觸帶中寒武統(tǒng)田蓬組地層,該成礦帶的主要地層為寒武系,其西側(cè)外圍出露泥盆系下統(tǒng)地層,缺失奧陶系地層。礦區(qū)總體為單斜構(gòu)造,地層走向南北,向西傾斜,傾角一般10°～35°。區(qū)內(nèi)出露地層為中寒武統(tǒng)田蓬組區(qū)域變質(zhì)巖,變質(zhì)程度中等,田蓬組中下部地層錫、鋅、銅、鉛礦化背景值較高,具礦源層特征,也是錫鋅銅多金屬礦的主要賦礦層位。本區(qū)褶皺構(gòu)造發(fā)育,最為醒目的是以燕山晚期老君山花崗巖為核心的老君山復(fù)式背斜。燕山期巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,花崗巖體侵位及巖漿熱液活動(dòng),使先期形成的簡(jiǎn)單矽卡巖進(jìn)一步蝕變、礦化疊加,形成錫石硫化物矽卡巖型多金屬礦床[6-9]。

1.1 礦區(qū)地層

中寒武統(tǒng)田蓬組(∈2t)地層在礦區(qū)廣泛出露,其下部(∈2t1)以碎屑巖為主夾少量碳酸鹽巖扁豆體;中部(∈2t2-∈2t4)為碎屑巖與碳酸鹽巖互層;上部(∈2t5)以碎屑巖為主。結(jié)合礦區(qū)巖類特點(diǎn),田蓬組分為五個(gè)巖性段,自上而下如下。

(1) ∈2t5:淺灰、灰綠色石英云母片巖、綠泥石石英片巖,夾薄—中厚層狀含云母白云石大理巖扁豆體。厚度170～700 m。

(2) ∈2t4:深灰色薄—中厚層狀細(xì)—粗晶方解石大理巖,夾鈣質(zhì)片巖、云母石英片巖,在大理巖與片巖接觸面,部分地段具鉛鋅礦化。本段厚215～356 m。

(3) ∈2t3:灰綠色石英云母片巖,夾方解石大理巖、矽卡巖扁豆體,在矽卡巖中有鉛、鋅、銀、錫礦化,部分地段下部富集呈扁豆?fàn)?、囊狀工業(yè)礦體。厚度450～630 m。

(4) ∈2t2:石英云母片巖、大理巖、矽卡巖、變粒巖及少量片麻巖組成的復(fù)合巖性段,巖相變化頻繁,巖類組合復(fù)雜,矽卡巖地質(zhì)體成群成帶出現(xiàn),是礦區(qū)錫鋅工業(yè)礦體最主要的賦存層位。根據(jù)巖性特征又可劃分上、下亞段。

① ∈2t2-2:灰—淺灰色薄—中厚層狀細(xì)晶白云質(zhì)、泥質(zhì)大理巖,夾石英云母片巖,及似層狀矽卡巖扁豆體,是錫鋅工業(yè)礦體賦存層位,與下亞段∈2t2-1為層間斷層(F1)接觸。厚度90～190 m。

② ∈2t2-1:淺部為灰綠色石英云母片巖,夾少量薄層矽卡巖透鏡體,向深部過(guò)渡為灰白色中厚層狀細(xì)—粗晶方解石大理巖夾片巖,在大理巖與片巖接觸部位,形成厚大似層狀矽卡巖地質(zhì)體,富厚錫鋅礦體賦存于矽卡巖中?！?t2-1與下伏層位∈2t1為斷層(F0)接觸。厚度110～330 m。

(5) ∈2t1:頂部為鈣泥質(zhì)斷層泥,含透鏡狀大理巖角礫;上部為大理巖透鏡體及深灰色黑云母斜長(zhǎng)片麻巖、黑云斜長(zhǎng)角閃片麻巖、斜長(zhǎng)變粒巖,夾少量石榴石矽卡巖、硅質(zhì)大理巖扁豆體;下部為花崗片麻巖。本層未見(jiàn)底,厚度>440 m。

1.2 礦體空間分布特征

礦區(qū)內(nèi)銅錫鎢礦體受地層、巖相、構(gòu)造、巖體等多種地質(zhì)因素控制,具有以下空間分布特征:

(1) 銅錫礦體賦存于中寒武統(tǒng)田蓬組下部巖層內(nèi)矽卡巖透鏡體及片巖層間的破碎帶內(nèi)。所圈定的礦體分布標(biāo)高在750～1 340 m范圍內(nèi)。

(2) 鎢礦體賦存于礦區(qū)59號(hào)勘探線以南及隱伏花崗巖體頂部0～400 m范圍內(nèi)。

曼家寨東礦段礦體總體分布具向西錫銅礦化變強(qiáng),向南部、深部鎢礦化變強(qiáng)的特點(diǎn)(圖2)。

圖2 銅街—曼家寨礦段礦體空間分布Fig.2 The orebody distribution of Tongjie-Manjiazhai ore section1.片巖;2.大理巖;3.片麻巖;4.花崗斑巖;5.花崗巖;6.矽卡巖;7.礦體;8.斷層。

1.3 伴生組分

通過(guò)光譜全分析、電子探針?lè)治?、單礦物多元素分析,查定銅街—曼家寨礦段礦石中銅、銀、銦、鎘、砷、硫、磁鐵礦、鍺、鎵、金、硒、鉬、鉛、鎳、鉻、鈷、鉍、鎢、鈮、鉭等20種伴生組分的含量范圍,其中銦、鎘、銀、砷、銅、硫、鍺、鎵、磁鐵礦等均達(dá)伴生組分評(píng)價(jià)參考指標(biāo)。礦山經(jīng)過(guò)多年生產(chǎn)實(shí)踐,除鍺、鎵因賦存于矽卡巖礦物中,目前尚不能回收利用外,其余銦、鎘、銀、砷、銅、硫、磁鐵礦等7種組分均不同程度具有綜合回收利用價(jià)值。

2 銅街—曼家寨伴生組分的賦存狀態(tài)

礦石中含量較高、有回收利用價(jià)值的伴生組分有銅、銀、銦、鎘、砷、硫、磁鐵礦,鍺、鎵含量雖達(dá)到綜合回收指標(biāo),但主要賦存于矽卡巖礦物中,目前無(wú)法回收利用。測(cè)定了采區(qū)內(nèi)田蓬組地層礦石中的砷、硫含量,測(cè)驗(yàn)結(jié)果如下。

砷:含砷礦物為毒砂,與黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦共生,礦石中毒砂普遍存在,單礦物及電子探針?lè)治鼋Y(jié)果見(jiàn)表1。

表1 伴生砷查定結(jié)果表Table 1 The assessment results of As

注:北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院,2014年。

硫:主要礦物為磁黃鐵礦、黃鐵礦,廣泛分布于各類礦石中。單礦物及電子探針?lè)治鼋Y(jié)果見(jiàn)表2。

表2 伴生硫查定結(jié)果表Table 2 The assessment results of S

注:北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院,2014年。

銅街—曼家寨礦區(qū)大小礦體共有1 000多個(gè),伴生元素幾乎在所有礦體中都有分布,而不同的礦體和礦種伴生元素的種類及含量又會(huì)略有差別,以下是筆者對(duì)鐵、硫、砷三種元素在不同的巖石、礦種以及標(biāo)高范圍的分布特征作出的分析。

2.1 伴生元素在不同巖石類型中的分布特征

礦區(qū)位于揚(yáng)子地臺(tái)前緣海盆深坳陷區(qū),沉積原巖為碎屑巖、鈣泥質(zhì)巖、碳酸鹽巖互層的復(fù)合巖性,在多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加過(guò)程中,形成種類繁多的區(qū)域變質(zhì)巖,有片巖類、大理巖類、矽卡巖類、片麻巖類、混合巖類等,經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)礦區(qū)內(nèi)與工業(yè)礦體具有親緣關(guān)系的巖石為矽卡巖類巖石。

另外礦區(qū)內(nèi)矽卡巖的礦物組成十分復(fù)雜,按其中各成分含量的不同,根據(jù)巖石命名原則,筆者將它分為綠泥石化矽卡巖、陽(yáng)起石矽卡巖、鈣鐵輝石透輝石矽卡巖、石榴石矽卡巖、綠簾石矽卡巖、透閃石矽卡巖、斜黝簾石矽卡巖等7種,通過(guò)從地質(zhì)編錄取樣化驗(yàn)來(lái)看,以綠泥石化矽卡巖含礦性能最佳,其次是陽(yáng)起石矽卡巖,其它五種矽卡巖錫鋅含量相對(duì)較低,一般只達(dá)到邊界品位,屬于低品位錫鋅礦。

通過(guò)整理銅街—曼家寨礦段近一年來(lái)的地質(zhì)編錄工作資料,共編錄長(zhǎng)度達(dá)6 986 m,統(tǒng)計(jì)樣品767件,其中包含礦區(qū)各條勘探線探槽及掌子面的編錄數(shù)據(jù),整理得出鐵、硫、砷平均品位在矽卡巖、片巖和大理巖中的平均值(表3和圖3)。

表3 銅街—曼家寨礦段伴生元素在不同巖石類型中的品位分布特征Table 3 The distribution characteristics of the associated elementsin different rock types in the Tongjie-Manjiazhai ore section

圖中反映出鐵、硫伴生元素在矽卡巖中是最為富集的,其次是片巖,含量最少的是大理巖;砷元素含量差別不大,基本維持在一個(gè)較小的范圍。

在都龍礦區(qū),變質(zhì)作用以區(qū)域動(dòng)熱變質(zhì)為主,晚期發(fā)生一定程度的混合巖化作用。據(jù)鉛同位素年齡樣測(cè)定結(jié)果:綠片巖相帶為207.8～312.3 Ma,角閃巖相帶為204.39～224.82 Ma,混合巖相帶為183.47～215.92 Ma,表明區(qū)域變質(zhì)作用時(shí)間始于加里東期,定型于印支晚期;混合巖化作用始于印支晚期,定型于燕山早期?云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司,2014年銅街—曼家寨核實(shí)報(bào)告,2014。。

圖3 銅街—曼家寨礦段伴生元素在不同巖石類型中的品位分布特征Fig.3 The distribution characteristics of the associated elements indifferent rock types in the Tongjie-Manjiazhai ore section

區(qū)域變質(zhì)巖按變質(zhì)程度、礦物巖石組合及空間分布特征,自上而下劃分為綠片巖相、角閃巖相、混合巖相(圖4),具有定向遞增變質(zhì)規(guī)律,顯示出巖石變質(zhì)程度由淺至深、變質(zhì)作用方向自上而下、變質(zhì)年代由老至新的演化。

受區(qū)域變質(zhì)作用的影響,巖石和礦物中各種形式的水及其揮發(fā)組分受熱、壓影響發(fā)生活化轉(zhuǎn)移,形成變質(zhì)熱液,它們從流經(jīng)的礦源層中、圍巖中淋濾汲取成礦組分,沿著礦區(qū)內(nèi)的構(gòu)造裂隙向溫度、壓力降低的地段轉(zhuǎn)移,與復(fù)合巖性段的鈣、鎂、鋁、鐵等組分進(jìn)行置換,形成與圍巖整合的簡(jiǎn)單矽卡巖,構(gòu)成成礦元素富集帶,與此同時(shí)所帶來(lái)的伴生元素也富集在矽卡巖中。

圖4 礦區(qū)變質(zhì)相帶分布圖Fig.4 Distribution of metamorphic belts in mining areas1.角閃石變粒巖;2.角閃斜長(zhǎng)片麻巖;3.花崗片麻巖;4.花崗斑巖;5.第二亞期白云母花崗巖;6.第一亞期二云母花崗巖;7.綠片巖相帶;8.角閃巖相帶;9.混合巖相帶。

2.2 伴生元素在不同礦種類型中的分布特征

通過(guò)顯微鏡鑒定,礦區(qū)內(nèi)組成礦石的礦物有30余種,主要金屬礦物有鐵閃鋅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、錫石、黃銅礦,其次為毒砂、磁鐵礦、銅蘭、輝銅礦、菱鐵礦等。脈石礦物有透輝石、綠泥石、陽(yáng)起石、石榴石、鈣鐵輝石、透閃石、綠納閃石、綠簾石、斜黝簾石、白云母、金云母、石英、白云石、方解石。

在銅街—曼家寨礦段按主要金屬元素錫、鋅、銅共生組合情況來(lái)分類,主要類型有銅礦、鋅礦及其共生礦。

通過(guò)對(duì)銅街—曼家寨礦段近一年所采出的不同礦種中鐵、硫、砷三種伴生元素含量的調(diào)查研究,在統(tǒng)計(jì)的767件樣品中得出單鋅礦、單銅礦以及組合共生礦種的平均品位值,其結(jié)果見(jiàn)表4和圖5。

表4 銅街—曼家寨礦段伴生元素在不同礦種中的品位分布特征Table 4 The distribution characteristics of the associated elementsin different minerals in the Tonegjie-Manjiazhai ore section

圖5 銅街—曼家寨礦段伴生元素在不同礦種中的品位分布特征Fig.5 The distribution characteristics of the associated elements indifferent minerals in the Tongjie-Manjiazhai ore section

從表中可以看出,基本上鐵、硫元素的品位在單銅礦里是相對(duì)最低的,而在共生礦中則相對(duì)最高,單鋅礦中的鐵、硫含量介于兩者之間,砷元素差別不大,基本維持在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。

經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)勘探,發(fā)現(xiàn)銅街—曼家寨礦段的單銅礦幾乎分布在了采場(chǎng)東部靠近花崗斑巖的地層區(qū)域(∈2t1),根據(jù)區(qū)域構(gòu)造研究發(fā)現(xiàn)該區(qū)域斷裂F1-2:走向長(zhǎng)2 112 m,走向北東,傾向東,傾角55°,屬壓扭性逆斷層。斷層破碎帶寬0.8～4 m,破碎帶中充填物主要為石英,局部見(jiàn)花崗斑巖脈,具銅礦化[10](圖6)。受后期構(gòu)造作用影響石英脈穿插富含單銅元素成礦,伴生元素含量稀少。

事實(shí)上在銅街—曼家寨礦段中,單銅礦更多的是靠近礦段東部的片巖、片麻巖地層中(∈2t1),頂部為鈣泥質(zhì)斷層泥,中部為深灰色黑云母斜長(zhǎng)片麻巖、黑云斜長(zhǎng)角閃片麻巖、斜長(zhǎng)變粒巖,下部為花崗片麻巖。至于單鋅礦和共生礦則更多地分布于礦段西部大理巖、矽卡巖、片巖互層的地層中(∈2t2),為石英云母片巖、大理巖、矽卡巖、變粒巖及少量片麻巖組成的復(fù)合巖性段,巖相變化頻繁,巖類組合復(fù)雜,矽卡巖地質(zhì)體成群成帶出現(xiàn),是礦區(qū)錫鋅工業(yè)礦體最主要的賦存層位。

圖6 石英脈中的銅礦Fig.6 The copper mine in quartz veins

2.3 伴生元素在不同標(biāo)高范圍內(nèi)的分布特征

礦區(qū)內(nèi)不同標(biāo)高內(nèi)地溫、壓力、變質(zhì)程度、巖石性質(zhì)等存在差異,筆者將銅街—曼家寨礦段按標(biāo)高分為三個(gè)區(qū)域進(jìn)行研究,分別是900～1 000 m、1 000～1 200 m、1 200～1 320 m,最下部地層屬于深成變質(zhì)區(qū),地溫最高,同時(shí)離花崗斑巖礦源層最近;越往上部的地層溫度、壓力、變質(zhì)程度都降低,并且遠(yuǎn)離礦源層,從統(tǒng)計(jì)樣品的數(shù)據(jù)中礦區(qū)內(nèi)近一年中三個(gè)區(qū)域的若干礦體的伴生元素平均值見(jiàn)表5和圖7。

表5 銅街—曼家寨礦段伴生元素在不同標(biāo)高的品位分布特征Table 5 The distribution characteristics of the associated elementsin different level in the Tonegjie-Manjiazhai ore section

礦區(qū)內(nèi)的鐵、硫元素的品位,基本上自上部往下部是逐漸增高的,也就是說(shuō)銅街—曼家寨礦段礦體的鐵、硫品位越往下品位越高,同時(shí)也說(shuō)明礦區(qū)內(nèi)的含鐵礦物大多是以硫化物形式富集的,鐵硫含量呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢(shì)。而砷元素的分布則相對(duì)沒(méi)有特別明顯的區(qū)域特征,品位也維持在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。

圖7 銅街—曼家寨礦段伴生元素在不同標(biāo)高的品位分布特征Fig.7 The distribution characteristics of the associated elementsin different level in the Tongjie-Manjiazhai ore section

由鉆孔編錄和探槽取樣分析,發(fā)現(xiàn)在銅街—曼家寨礦段越靠近富含花崗巖、花崗斑巖區(qū)域的礦體,其鐵、硫、砷含量越高,而采場(chǎng)內(nèi)花崗巖體位于中寒武統(tǒng)田蓬組地層下部(∈2t1),總體鐵硫含量都較高;巖漿熱液受構(gòu)造作用的影響沿著構(gòu)造裂隙在中、上部的一些區(qū)域也形成了不少的花崗巖透鏡體,其范圍內(nèi)礦體的鐵、硫含量呈現(xiàn)增高趨勢(shì)。

3 結(jié)論

文山都龍礦區(qū)銅街—曼家寨礦段伴生元素種類豐富,其中鐵、硫、砷的分布特征如下:

(1) 礦區(qū)內(nèi)相較于其他巖石類型,矽卡巖(尤其是綠泥石矽卡巖)最有利于伴生元素富集,鐵、硫品位較高;

(2) 相較于單銅礦種,礦區(qū)內(nèi)的共生礦更有利于伴生元素富集,鐵、硫品位較高;

(3) 受花崗巖體的影響,銅街—曼家寨礦段礦體的鐵、硫品位按高程越往下部品位越高,同時(shí)反映了礦區(qū)內(nèi)的含鐵礦物大多是以硫化物形式富集的,鐵硫含量呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢(shì),而砷元素的分布則相對(duì)沒(méi)有特別明顯的特征,品位也維持在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。

根據(jù)銅街—曼家寨現(xiàn)有的選礦指標(biāo)產(chǎn)品雜質(zhì)要求:錫精礦含硫+砷<6%;鋅精礦含砷<0.6%;銅精礦含砷<0.5%。在供礦上可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇,例如要選錫精礦,可以選擇相對(duì)應(yīng)的共生礦種,從上文中筆者發(fā)現(xiàn)整個(gè)礦段共生礦硫+砷平均值>6%,這時(shí)候可以在標(biāo)高較高的區(qū)域選擇相對(duì)應(yīng)的共生礦進(jìn)行配礦,達(dá)到降低硫、砷含量的目的,因銅街—曼家寨礦段的各個(gè)礦種在不同標(biāo)高范圍均有所分布,這就加大了供礦的選擇面。