蘭坪金頂鉛鋅礦床天青石出溶現(xiàn)象的研究及意義

劉思彤LIU Si-tong；劉星LIU Xing；高慧文GAO Hui-wen

（昆明理工大學(xué)，昆明 650093）

（Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China）

0 引言

云南蘭坪金頂超大型鉛鋅礦，同時(shí)也是大型黃鐵礦、大型石膏和天青石礦。它是一個(gè)獨(dú)特的、不可多得的礦床，很多不同領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者都對(duì)其進(jìn)行了深入的研究。

經(jīng)廣泛的資料檢索，天青石出溶現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中均未見(jiàn)報(bào)道。國(guó)外文獻(xiàn)有較多人工合成硫酸鹽礦物及其固溶體的研究，比如：Malinin,S.等(1983)發(fā)表了從熱水溶液（35℃-185℃）中人工合成（Ba,Sr）[SO4]固溶體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果等，但是這些研究都沒(méi)有涉及到固溶體的出溶現(xiàn)象。國(guó)內(nèi)的主要礦物學(xué)教科書(shū)普遍認(rèn)為，在天青石-重晶石族中，Ba 與Sr 為完全類(lèi)質(zhì)同像。但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的出溶體（圖5），具有明顯不同的物理光學(xué)性質(zhì)和化學(xué)組成，顯然是從一種固溶體中出溶而成的兩種不同晶體相的礦物。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

蘭坪金頂鉛鋅礦大地構(gòu)造位置處于唐古拉-昌都-蘭坪-思茅褶皺系蘭坪-思茅褶皺帶云龍-江城褶皺束向北緊密收斂部位的北端，挾持于彌沙河斷裂帶與瀾滄江斷裂帶之間。由北廠、跑馬坪、架崖山、西坡、南廠、白草坪、峰子山等多個(gè)礦段組成。區(qū)內(nèi)斷裂、褶皺構(gòu)造較為發(fā)育，并具有多期活動(dòng)的特點(diǎn)。其中較為典型的斷裂構(gòu)造為沘江大斷層（F33）和水平推覆斷層（F2），如上構(gòu)造格局，區(qū)域地層可分為兩大套：即原地系統(tǒng)和外來(lái)系統(tǒng)。原地系由中上侏羅統(tǒng)、白堊系、第三系等組成；外來(lái)系主要為上三疊統(tǒng)及中侏羅統(tǒng)等。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

其中北廠-架崖山段礦區(qū)位于近南北向的沘江大斷裂西側(cè)高坪-老母井復(fù)式向斜東翼弧形轉(zhuǎn)折端南部略呈北北東向延長(zhǎng)的鳳凰山穹窿上，出露地層主要為中生代地（紅）層。穹窿上部及翼部主要由已倒轉(zhuǎn)的外來(lái)系統(tǒng)的中生代地層組成。自下而上分別為：上三疊統(tǒng)歪古村組（T3w）紫紅色厚層狀泥質(zhì)粉砂巖；三合洞組（T3s）深灰色白云質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r，淺灰色灰?guī)r夾少量紫紅色泥巖，深灰色泥巖；麥初箐組（T3m）粉砂質(zhì)泥巖；中侏羅統(tǒng)花開(kāi)左組（J2h）紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)粒石英砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖；上侏羅統(tǒng)壩注路組（J3b）紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖互層及下白堊統(tǒng)景新組（K1j）淺灰色細(xì)粒石英砂巖、含灰?guī)r角礫細(xì)粒石英砂巖。穹窿下部及核部由原地系統(tǒng)地層組成。自上而下分別為：下第三系古新統(tǒng)果郎組（Eg）紫紅、棕紅色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖；云龍組（Ey）泥礫巖、角礫巖、砂礫巖、含角礫細(xì)砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖；上白堊統(tǒng)虎頭寺組（K2h）灰紫色含長(zhǎng)石英細(xì)砂巖及南新組（K2n）紫紅色礫巖、砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。外來(lái)系統(tǒng)與原地系統(tǒng)之間為水平推覆構(gòu)造的主要斷層F2所分隔。（圖1）

區(qū)內(nèi)斷裂也以南北向，北北東向及北北西向?yàn)橹鳌Ｆ渲袞|側(cè)的南北向的沘江斷裂（F33）為礦區(qū)的主要導(dǎo)礦構(gòu)造，穹窿體及水平推覆斷層（F2）的斷裂破碎帶為主要的容礦構(gòu)造。F2斷層之上的景新組（K1j）及之下的云龍組（Ey）的有利巖性地段是鉛鋅礦體的主要賦存部位，并由此分別形成上、下兩個(gè)含礦帶。上含礦帶為白堊系底部景新組（K1j）砂巖的一部分，礦化強(qiáng)烈，有用組分分布均勻，構(gòu)成厚大的“砂巖型”層狀鉛鋅礦體；下含礦帶為下第三系古新統(tǒng)云龍組（Ey）一套含膏鹽的陸屑沉積，巖相變化很大，局部地段見(jiàn)有石膏巖、硬石膏及天青石夾層，其下部以淺灰色鈣泥膠結(jié)細(xì)砂巖、粉砂巖為主，上部為河床沖積和混雜堆積物，巖相變化劇烈，為“灰?guī)r型”鉛鋅礦體的主要含礦層位。

樣品從可以代表主成礦階段的樣品并兼顧到其空間位置分不同的中段選取。磨制探針片50 件，選取其中的26 件于北京核工業(yè)地質(zhì)研究院進(jìn)行電子探針?lè)治鰷y(cè)試。樣品磨制成100×100×50mm 尺寸，采用JXA-8600 電子探針，分析范圍90×90mm；工作距離11mm，探測(cè)靈敏度10ppm，定量準(zhǔn)確度1%。

3 天青石出溶體

在對(duì)云南省蘭坪縣金頂鉛鋅礦區(qū)北廠-架崖山礦段開(kāi)展的構(gòu)造-巖相-礦物填圖和室內(nèi)礦物-巖相學(xué)研究中，發(fā)現(xiàn)礦床內(nèi)的天青石晶體中普偏存在葉片狀出溶（或離溶）現(xiàn)象。如圖2 為天青石脈體以及大量的葉片狀出溶體，且其出溶體具有較強(qiáng)的定向性，特別是圖片左下角處，形成較標(biāo)準(zhǔn)的放射狀，大多數(shù)呈葉片狀，局部呈放射束狀。

圖1 金頂鉛鋅礦區(qū)地質(zhì)圖

圖2 葉片狀出溶天青石的背散射電子探針圖像

放大350 倍（圖3），可較清晰的觀察到葉片狀出溶體光學(xué)性質(zhì)的差異，再經(jīng)放大后可見(jiàn)疑似雙晶（圖4：圖3 白框位置）。

圖3 背散射電子探針圖像×350

圖4 白框位置

現(xiàn)對(duì)葉片狀出溶物進(jìn)行一系列的化學(xué)物理性質(zhì)及光學(xué)性質(zhì)測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1、表2、表3 以及表4。

表1 樣品RJD109-4 部分物理性質(zhì)

表2 葉片狀出溶天青石的化學(xué)成分（wB%）及晶體化學(xué)式

表3 葉片狀出溶天青石的化學(xué)成分（wB%）及晶體化學(xué)式

表4 樣品RJD109-4 主要光學(xué)性質(zhì)

由表2 與表3 計(jì)算可知，出溶物質(zhì)的晶體化學(xué)式為（Sr0.8917Ba0.0872Ca0.0085Na0.0022K0.0006）0.9902S1.0037O4，初步分析天青石晶體基底上的（主晶）成分為(Sr0.61Ba0.39)[SO4]，葉片狀出溶體（客晶）成分為(Sr0.89Ba0.09)[SO4]。

4 討論

對(duì)樣品RJD109-4 切片后使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行測(cè)試觀察，得其光學(xué)性質(zhì)（表4）。觀察發(fā)現(xiàn)兩者皆屬正交晶體mmm（2/m2/m2/m)-Dipyramidal，二軸晶正延性，天青石晶形呈(001)發(fā)育成板狀，解理沿{001}完全、平行{110}中等、平行{010}不完全。鋇天青石解理近似沿{001}完全、{210}中等、平行{010}不完全。

葉片狀出溶的鋇天青石具有較強(qiáng)的定向性，其結(jié)晶方位垂直于雙晶面（圖4，圖4 位于圖3 白框位置）。結(jié)合其單晶體結(jié)構(gòu)（圖5），可知其雙晶結(jié)合面為圖中所示面m（210），故而定向方位基本平行于c（001）。

圖5 晶體結(jié)構(gòu)圖(據(jù)王璞等，1987)[5，6]

從折射率與成分的關(guān)系上來(lái)說(shuō)，隨著B(niǎo)a 含量增加，會(huì)導(dǎo)致雙折射率增大。

出溶葉片均勻分布于基底上，多見(jiàn)雙晶，定向性強(qiáng)，結(jié)晶方位基本平行于(001)面。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，可得出溶體與基底物質(zhì)面積比近于1:1。現(xiàn)利用出溶體與基底的面積比代替體積比，結(jié)合化學(xué)分析數(shù)值表中Sr、Ba 質(zhì)量百分比，可計(jì)算該區(qū)Sr、Ba 總體含量的質(zhì)量百分比，進(jìn)而可計(jì)算原子百分比。具體結(jié)果如下：

Sr/Ba=2.22:1（質(zhì)量百分比）

Sr/Ba=3.48:1（原子百分比）

由此可見(jiàn)，以深入研究出溶體新現(xiàn)象為切入點(diǎn)，進(jìn)而推廣到對(duì)天青石-重晶石族礦物進(jìn)行搜索式的化學(xué)組成的研究，發(fā)現(xiàn)盡可能多的組分區(qū)間，查明其化學(xué)組成和物理性質(zhì)，填補(bǔ)該族礦物的空白，豐富該族礦物的資料，完善該族礦物的分類(lèi)，具有極重要的理論意義。

針對(duì)初步研究成果，對(duì)樣品進(jìn)行了進(jìn)一步的測(cè)試，選取18 個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行晶體化學(xué)計(jì)算，位置如5 所示，精簡(jiǎn)結(jié)果如表5 所示。

通過(guò)上述數(shù)據(jù)反應(yīng)，這類(lèi)礦物含Sr 為主，含Ba 為輔，Sr 質(zhì)量百分比區(qū)間為[37.6340,50.9680]，Sr 質(zhì)量百分比區(qū)間為[5.5360,19.7190],Sr、Ba 的質(zhì)量百分比區(qū)間為[1.7192,9.1230]，Sr、Ba 的原子百分比區(qū)間為[2.5439,13.4997]，存在(Sr0.92Ba0.08)[SO4]至(Sr0.74Ba0.26)[SO4]的一系列重晶石族礦物。

同理，針對(duì)其他測(cè)試區(qū)間測(cè)試，整理得到重晶石族礦物：(Sr0.92Ba0.08)[SO4]Sr91Ba9至(Sr0.61Ba0.39)[SO4]系列。因此，就目前研究成果顯示，其組分區(qū)間為(Sr0.92Ba0.08)[SO4]Sr91Ba9至(Sr0.61Ba0.39)[SO4]。

表5 化學(xué)成分（wB%）及晶體化學(xué)式

5 結(jié)論

在天青石-重晶石族礦物中發(fā)現(xiàn)了葉片狀出溶體，出溶體組分區(qū)間為(Sr0.92Ba0.08)[SO4]至(Sr0.61Ba0.39)[SO4]，這個(gè)現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中均未見(jiàn)報(bào)道，具有明顯的創(chuàng)新意義。對(duì)天青石出溶體的深入研究，將大大豐富對(duì)蘭坪金頂鉛鋅礦床成礦作用過(guò)程的理解。

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