雞冠咀銅金礦床Ⅰ號礦體金銅鐵、金鐵型礦石成因研究?

肖光富，董意群

(1.湖北三鑫金銅股份有限公司，湖北大冶 435100;2.湖北省地質礦產勘查開發局，湖北武漢 430022)

雞冠咀銅金礦床Ⅰ號礦體金銅鐵、金鐵型礦石成因研究?

肖光富1，董意群2

(1.湖北三鑫金銅股份有限公司，湖北大冶 435100;2.湖北省地質礦產勘查開發局，湖北武漢 430022)

湖北大冶雞冠咀銅金礦床Ⅰ號礦體金銅鐵、金鐵型礦石中銅的遷移、富集在兩種環境中進行，一種環境是在氧化帶以硫酸銅形式遷移，在接觸碳酸鹽時一部分以碳酸銅形式沉淀成礦，另一部分則在深部形成硫化次生富集帶;另一種是在還原條件下，也是以硫酸銅形式遷移，在介質和圍巖性質適宜時，以次生輝銅礦形式沉淀成礦。

湖北大冶;礦床;礦體;礦石類型

0 引言

湖北大冶雞冠咀銅金礦床包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 四個礦體??國家黃金管理局長春黃金研究所，湖北省大冶縣雞冠咀礦區金銅型礦石選礦試驗簡報，1988。，其中Ⅰ號礦體埋藏最淺，具有氧化程度高、礦石類型復雜、礦體形態、產狀變化大的特點。本文通過金鐵、金銅鐵型礦石的結構構造、物質組分的對比，對銅的富集規律進行分析，進而深入探討這兩種主要礦石類型的成因。

1 地質概況［1］

礦區內出露地層:第四系以湖積、沖積層沉積為主，缺失第三系，白堊系以火山角礫、中基性安玄巖沉積為主。區內主要賦礦圍巖為下三疊統大冶群第七巖性段第一亞段的白云質大理石;細粒變晶結構，薄層狀構造。

礦區內巖漿巖巖石類型主要有石英正長閃長玢巖、石英閃長巖、閃長巖和安山玢巖。其中石英正長閃長玢巖和石英閃長巖為燕山早期第三次侵入活動的產物，兩者呈相變關系;燕山晚期第一次侵入活動形成閃長巖，第二次侵入活動形成安山玢巖。

礦區內次級構造比較發育由于巖漿活動是多期次的，致使區內的構造形態遭受破壞。褶皺構造主要是以一條隱伏背斜(4)為主體，以兩個隱伏背斜(1)、(3)和一個隱伏向斜(2)組成其西翼裙帶為特征，斷裂構造則是由一條斷裂破碎帶(Sb)和礦區邊緣發育的四條斷層F1－F4所組成。

Ⅰ號礦體主要分布在 016～023線間，長約400 m，傾向延伸35～325 m，賦存標高－5～－195 m;礦體走向北東15°～80°，傾向北西傾角8°～27°。礦石類型以金銅鐵、金鐵型為主，同時出現有的還有單銅、銅鐵、單鐵和單金等類型。

2 礦石礦物成分、類型及結構構造

2.1 礦石的礦物成分

礦石中常見的金屬礦物16種，脈石礦物34種，按礦物成因可分內生礦物、表生礦物和成礦前原巖殘留礦物。其中大部分礦物是內生階段形成的，如硫化物、石英、碳酸鹽和自然元素等。其礦物組合含量關系為黃鐵礦＞黃銅礦＞班銅礦＞輝銅礦＞自然金。在Ⅰ號礦體中，銅的硫化物以次生輝銅礦為主，現將主要金屬礦物分述如下。

2.1.1 赤鐵礦

為礦床內鐵礦石，金鐵礦石中主要含鐵礦物赤鐵礦的產生主要有二種形式:一是磁鐵礦赤鐵礦化;另一種硫化物遭受氧化作用形成赤鐵礦，這種赤鐵礦多呈他形粒狀，少數呈片狀、板狀、針狀自形晶，有時見顯微鱗片狀或膠狀體，大部分顆粒與針鐵礦相連，在赤鐵礦顆粒間隙和顆粒中可見到自然金。

2.1.2 褐鐵礦

為礦床內黃鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦風(水)化產物，常呈疏松塊狀和膠體狀產出，色調多變，常為褐黃、褐紅、土黃色，主要成分為針鐵礦，其次為含水氧化物、粘土等。局部還可見方解石細脈穿插其間，在褐鐵礦粒間和脈石礦物中可見自然金。

2.1.3 黃鐵礦

是礦床內常見的礦石礦物，在Ⅰ 號礦體中，黃鐵礦多為較粗的半自形—自形晶狀，晶形以立方體為主，有時見煙粉狀(砂狀)半自形—他形晶粒，該礦物常被黃銅礦、輝銅礦及斑銅礦交代。

2.1.4 輝銅礦

是Ⅰ號礦體內主要含銅礦物之一，其產出形式主要有兩種，一種是在接觸帶附近大理巖中，呈脈狀、網脈狀產出的原生礦，輝銅礦另一種是在金銅鐵礦石中呈細小針柱狀或他形粒狀、浸染狀分布的次生輝銅礦;該礦物是Ⅰ號礦體中很重要的一種組分，它的分布特點將直接影響著金鐵、金銅鐵兩種礦石類型分采的難易程度。

2.2 結構構造

Ⅰ號礦體礦石結構主要有自形、半自形結構、它形粒狀結構、交代殘余結構、壓碎結構、交織結構及蠕蟲狀結構等。

礦石構造主要為細脈狀、網狀構造、浸染狀構造、條帶狀構造、致密塊狀構造等。

表1 金銅鐵礦石多元素分析成果表

表2 金銅鐵礦石銅物相分析表

表3 金銅鐵礦石鐵物相分析表

2.3 礦石類型［2］

通過－100 m中段，－70 m中段的工程揭露，Ⅰ號礦體的主要礦石類型有兩種，一種是含自然金褐鐵礦赤鐵礦礦石，簡稱金鐵礦石;另一種是含自然金赤鐵礦輝銅礦礦石簡稱金銅鐵石。二者均為氧化程度較高的氧化類礦石，另在局部地段還可見含自然金斑銅礦黃銅礦礦石、含自然金黃鐵礦黃銅礦礦石的原生銅金硫礦石類型，簡稱原生金銅礦石。

2.3.1 金銅鐵礦石類型

該類型是Ⅰ號礦體主要礦石類型，約占總儲量的80%左右，它主要分布于礦體中間靠近下盤或側伏下盤部位。金屬礦物主要為赤鐵礦、輝銅礦，次為自然金、黃銅礦等;脈石礦物主要為方解石、高嶺石等。

2.3.2 金鐵礦石類型

該類型礦石是僅次于金銅鐵礦石的第二大礦石類型，它主要分布在礦體中間靠上的部位。礦石礦物主要為赤鐵礦，次為自然金、褐鐵礦、磁鐵礦等;脈石礦物以石英、方解石為主。

金銅鐵礦石與金鐵礦石的區別在于金銅鐵礦礦石中銅的含量均已超過開采的最低工業品位，而且平均含量也多在2%以上，見表6。

可以看出，兩種礦石類型具有相同的鐵的背景值，即組分中鐵含量較高，但在金銅鐵礦石中，銅主要以次生硫化物形成存在，這充分說明了礦床最終是處在一個位于潛水面之下的還原環境。

3 金銅鐵、金鐵型礦石成因探討

3.1 金銅鐵、金鐵類型礦石的成生機理

雞冠咀銅金礦床按成因類型劃分屬接觸交代型礦床，原生礦石以銅金硫化物為主。晚白堊世—第三紀鄂東南地區斷裂構造活動比較強烈，礦床所在的斷陷盆地發展成形。在斷陷盆地發展過程中，各斷塊有升有降，形成了高低起伏的地勢。隆升斷塊遭受剝蝕，沉降斷塊發生同生沉積作用，接受了一套紫紅色砂礫巖沉積;第三紀—第四紀斷裂活動趨于平穩，在礦區接受了一套湖積粘土層沉積。根據礦床內礦石氧化率高，次生硫化物發育這一特征分析，礦床形成后經歷了由隆起向沉降演變的過程。

表4 金鐵礦石多元素分析結果表

表5 金鐵礦石鐵物相分析表

處于隆升斷塊的金屬硫化物礦石，受物化條件的影響發生表生變化和次生富集。在表生作用下，銅被溶解為硫酸銅溶液，鐵被溶解為硫酸亞鐵溶液，二者通過滲透作用進入潛水面以下，隨地下水運移，并最終生成穩定的化合物沉淀下來。鐵最終氧化為赤鐵礦、褐鐵礦，銅轉變為孔雀石、藍銅礦。反應如下:

在氧和酸的條件下，硫酸亞鐵繼續氧化為硫酸鐵。

高價鐵的硫酸鹽在中性或弱酸性溶液中，常發生水解作用，最終轉變為氫氧化鐵。

氫氧化鐵是易于凝集的溶膠，脫水可轉變為赤鐵礦。

硫酸銅溶液只有在遇到碳酸鹽介質時，才在氧化帶中形成穩定的碳酸銅礦物，即孔雀石和藍銅礦。

根據實驗資料，各種硫酸鹽在水中的溶解度由大到小的順序為:Zn、Mn、Ni、Cu、Fe2+、Cu、Ag、Pb。

因此硫酸亞鐵比硫酸銅具有更大的溶解度，這也是礦床的背景為赤鐵礦的原因之一。

表6 金鐵、金銅鐵礦石組分差異表

在第三紀—第四紀期間，礦床所處位置開始下沉，地下潛水面上升，礦床接受還原。在還原條件下，赤鐵礦、褐鐵礦因其化學性質比較穩定，基本不發生變化。孔雀石和藍銅礦則不穩定，在經過復雜的化學反應后，最終以次生輝銅礦形式沉淀下來，反應原理如下。

孔雀石和藍銅礦在硫化氫和堿性條件下被溶解為硫酸銅溶液，當介質中硫化氫的含量低于被溶解銅的含量時，銅就從溶液中沉淀下來，即生成次生輝銅礦;另一方面硫酸銅與其它硫化物接觸后，按修曼(schurman)序列進行置換反應;修曼序列按元素排列為:Hg－Ag－Cu－Bi－Cd－Pb－Zn－Ni－Co－Fe－Mn;在還原條件下，硫酸銅溶液與未氧化的黃鐵礦發生置換反應，生成次生輝銅礦，反應式為:5FeS2+14CuSO4+12H2O→2Cu2S+5FeSO4+12H2SO4。

從上述討論中可以得出，含金硫化物礦石在表生氧化階段生成含金赤鐵礦礦石、孔雀石、銅藍等，在深部還原階段，鐵保持穩定狀態不發生化學變化，銅則被還原，最終以次生輝銅礦形式疊加在金鐵礦石之上，形成金銅鐵礦石。

3.2 銅的富集規律及影響因素分析［3－4］

銅的遷移、富集并不是受單一因素控制，它同時受到地下水、成礦元素本身的氧化—還原電位、圍巖性質、構造等多種因素的綜合影響。

3.2.1 地下水的影響

地下水中影響硫酸銅沉淀成礦的主要因素是H2S、CO2、O2等的含量和酸堿度，在堿性和H2S條件下，硫酸銅易轉變為次生的輝銅礦而沉淀，相反在酸性和O2條件下，則易轉變銅的氧化物，雞冠咀礦區地表水與地下水連通性較好，在礦床的頂板裂隙水比較發育，這些決定了地下水的運動是頻繁的比較強烈的，自然地影響銅富集的組分(H2S、O2、H+、OH－)的含量也在不斷發生變化，致使銅的富集復雜化。

3.2.2 構造的影響

礦區由于受構造和巖漿的多期作用，巖石支離破碎，次級構造發育。早期形成的構造常常被晚期形成的構造，迭加形成多方位、多產狀構造體系(主要為斷裂構造)，這就導致了含銅流體在沿裂隙充填時的非定向性和非均一性。

3.2.3 圍巖的影響

圍巖中黃鐵礦的含量和特征也會對銅的富集產生影響，它可以與可溶性銅鹽發生置換反應而生成次生硫化物。但圍巖中黃鐵礦的分布在氧化階段時就存在氧化的不均一性，而分布不均勻。所以反應生成的次生硫化物的分布也不具有層位性。

4 結語

從上述分析可以看出，銅的遷移、富集是在兩種環境下進行，一是在氧化帶以硫酸銅形式遷移，在接觸碳酸鹽時一部分以碳酸銅形式沉淀成礦，另一部分則在深部形成硫化次生富集帶;一是在還原條件下，也是以硫酸銅形式遷移，在介質和圍巖性質適宜時，以次生輝銅礦形式沉淀成礦。次生輝銅礦是迭加在鐵的背景之上的，表現為對金鐵、單鐵礦石的包圍吞噬和穿插，礦石類型相應地轉變為金銅鐵、銅鐵等。

影響銅富集的因素的多元性和變化性決定了銅富集的規律的復雜性。它可以是含銅流體沿構造裂隙穿插金鐵礦石之中富集成礦，也可以是含銅硫體對松散的金鐵礦石的全面改造(轉變為金銅鐵礦石)，另外含銅流體在適當的條件也可以單獨成礦，所有這些都說明了銅的富集不具有層位性。

［1］ 鄂東南地質大隊.湖北省大冶縣雞冠咀礦區金礦勘探地質報告［R］.大冶:鄂東南地質大隊，1990.

［2］ 陳武，季素元.礦物學導論［M］.2版.北京:地質出版社，1992.

［3］ 劉本培.地史學教程［M］.北京:地質出版社，1985.

［4］ 朱上慶，翟裕生.礦床學［M］.北京:地質出版社，1985.

(責任編輯:陳文寶)

P618.2;P618.41;P618.51

A

1671－1211(2013)S1－0047－04

2013－11－11

肖光富 (1967－)，男，高級工程師，礦山地質專業，從事技術管理工作。E－mail:xiaogf@126.com?該文曾刊載于《資源環境與工程》2003年3期。