新疆哈密市大紅山銅（金）多金屬礦床礦相學特征及成因分析

陳貴民 韓飛 賈紅旭

（①新疆寶地礦業股份有限公司 烏魯木齊 830000②新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第六地質大隊 哈密 839000）

礦相學是以礦石為研究對象的一門基礎學科，其任務是在礦相顯微鏡下研究礦石礦物的光學、物理和化學性質特征，研究礦石的組構以及礦石在時間和空間上發育的規律性[1]。礦相學在礦床學科發展、資源勘查、選礦與冶煉中發揮了重要作用,因此地質與礦冶部門更加注重礦相學科的發展[2]。本文主要介紹新疆哈密市大紅山銅（金）多金屬礦床礦相學特征，初步探討其礦床成因。

1 地質背景

新疆哈密市大紅山銅（金）多金屬礦床在成礦帶上屬北山鐵、銅、鎳、金、磷、釩、鈾、錳、鈷等成礦帶的東段，位于紅柳河大斷裂以南的北山古生代裂陷盆地內,受到紅柳河斷裂控制。

礦區內出露地層主要為新太古界-古元古界天湖巖群a 巖組[3]，長城系白沙溝巖組[4]，薊縣系平頭山組，第四系沖積物及沖洪積物。新太古界-古元古界天湖巖群a 巖組，分布在礦區西北部，紅柳河大斷裂北側，其巖性主要有黑云斜長片麻巖、石英片巖、斜長角閃片巖。長城系白沙溝巖組，主要出露于大紅山一帶，分布于紅柳河大斷裂南側，巖性主要為泥質板巖，硅質-泥質板巖，炭質板巖，變質砂巖，與薊縣系平頭山巖組呈斷層接觸。薊縣系平頭山組分布在礦區南東部，巖性較為簡單，以灰巖為主，還見少量砂礫巖、長石石英砂巖。

2 礦相學特征

2.1 礦石物質組成

通過野外觀察及室內詳細巖礦鑒定，礦石中金屬硫化物有黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦、輝鉬礦，金屬氧化物有磁鐵礦，次生氧化物有針鐵礦、纖鐵礦，黑銅礦、藍銅礦、孔雀石（表1）。脈石礦物為絹云母、石英、碳酸鹽、鐵白云石、斜長石等。

表1 金屬礦物分類一覽表

黃銅礦：黃銅礦在礦區內分布較為廣泛，反射光下為黃色、目估R=47、目估pe=0.25，磨光好（硬度低，鋼針可以刻劃，表面多擦痕），呈群聚狀分布于脈石礦物中，多包裹黃鐵礦、閃鋅礦，也見呈乳滴狀分布于閃鋅礦中，乳滴大小約5μm，呈群聚狀分布的黃銅礦形成時間較晚，粒徑約0.6mm。通過電子探針分析乳滴狀黃銅礦化學式為（Cu0.9894Zn0.0239Au0.0001Sb0.0009Pb0.0016）1.016（Fe0.9732Co0.0009Ni0.0003）0.9744S2，群聚狀黃銅礦化學式為Cu1.0213Zn0.0001Sb0.0007Bi0.0007Pb0.0006）1.0235（Fe1.0009Co0.0011）1.002S，兩者都含Cu、Zn、Sb、Pb、Fe、Co、S 元素，群聚狀黃銅礦為大紅山銅礦主成礦期，從化學式中可以看出鋅含量較少，在選礦時銅鋅分離難度較低。

黃鐵礦：反射光下為黃白色、目估R=54±、均質、無內反射、磨光差多麻點（硬度高、鋼針不能刻劃）、多見為六面體自形晶呈群狀分布，也見呈脈狀它形晶分布，未見五角十二面體黃鐵礦，黃鐵礦呈自形晶表明其結晶能力強，在氣液或溶漿中能自由結晶，粒徑0.4mm左右。出現自形程度不同的黃鐵礦，表明成礦熱液不止一期。通過電子探針分析六面體狀黃鐵礦化學式為（Fe0.9903Co0.012Ni0.0006Zn0.0005Sb0.0001Au0.0001）1.0035（S1.9998Te0.0002）2，它形黃鐵礦化學式為（Fe1.0298Co0.0017Ni0.0008Zn0.0001Pb0.0009Au0.0004）1.0338（S1.9995Se0.0005）2，二者都含Fe、Co、Ni、Zn、Au元素。

閃鋅礦：反射光下為灰色、目估R=17±、均質、紅色-無內反射，含鐵高，形成溫度較高。硬度低，鋼針可以刻劃，多呈脈狀、群聚狀分布，也呈自形板狀分布于黃銅礦中，形成包晶結構。閃鋅礦粒徑0.04mm左右。

通過電子探針測試，礦區閃鋅礦為含鐵稍高的高溫閃鋅礦（表2），與巖礦鑒定結果一致。通過對比不同成因閃鋅礦元素分布規律，大紅山銅礦中閃鋅礦Fe 元素含量6.995，幾乎與巖漿熱液型閃鋅礦Fe元素含量一致，而與沉積改造型Fe 的含量相差甚遠（表2）。大紅山銅礦中閃鋅礦Cd 元素含量0.386，也與巖漿熱液型的較為接近（表2）。In 元素含量0.019，與沉積改造型的0.0004 相差甚遠。通過對比Zn/Fe、Zn/Cd 比值，都與巖漿熱液型的比值結果較為接近（表2）。大紅山銅礦區閃鋅礦Zn/Fe=8.42＜10，In元素含量0.019，介于0.015-0.05之間，鏡下具有紅色-無內反射，通過研究不同成因溫度下，閃鋅礦的化學標型特征及光性標型特征，可以看出該閃鋅礦形成于中偏高溫環境，成礦溫度在250-300℃（表3）。通過計算，大紅山銅礦中閃鋅礦化學式為（Zn0.8692Fe0.1209Pb0.0002Cd0.0033In0.0002）0.9938S。

表2 閃鋅礦成因類型元素分類表[5]

表3 不同溫度下閃鋅礦化學標型特征及光性標型特征[6]

2.2 礦石結構

礦石結構主要有交代結構、固溶體分離結構、包晶結構。其中交代結構為斑銅礦交代早期形成的黃銅礦（圖1）。包晶結構主要表現為早期較為自形的閃鋅礦被后期黃銅礦包裹。交代結構與包晶結構表明成礦是多期次熱液的結果。固溶體分離結構主要出現在閃鋅礦與黃銅礦中，表現為黃銅礦呈乳滴狀分布于閃鋅礦中，該現象為成礦介質的溫度驟然降低至共析點時，固溶體開始分離。由于分離不夠完全，分解出的黃銅礦沒有聚集，伴隨著溫度的繼續下降，分散的黃銅礦呈乳滴狀固結在閃鋅礦中形成乳濁狀結構（圖2），固溶體分離結構表明礦床經過驟變而后趨穩的成礦作用[4]。以上礦物組構表明，金屬礦物的形成較為復雜，成礦熱液不止一期。

圖1 交代結構

圖2 固溶體分離結構

2.3 礦石的構造

礦石構造主要為塊狀構造、稠密浸染狀構造、脈狀構造、星散狀構造。其中脈狀構造主要表現為黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦等金屬硫化物與石英形成復合脈體。金屬礦物的形成與后期熱液活動關系密切。

2.4 礦物生成順序

通過野外觀察及室內鑒定，大紅山銅（金）多金屬礦床礦物生成順序為黃鐵礦→黃鐵礦+閃鋅礦+黃銅礦→黃銅礦+斑銅礦→孔雀石+針鐵礦+纖鐵礦。因此將新疆哈密市大紅山銅（金）多金屬礦床劃分出三個成礦期，分別為成巖期、熱液成礦期和表生氧化期，其中熱液成礦期也為三個階段，即黃鐵礦階段、閃鋅礦-黃銅礦階段以及石英-黃銅礦-斑銅礦階段。

3 礦床成因討論

北山地區大地構造環境屬被動大陸邊緣，薊縣紀時北山陸塊已由活動逐漸變為穩定。寒武紀北山地區為臺型凹陷，沉積了硅質含磷建造的西雙鷹山組。志留紀北山地塊向北俯沖。

白山梁蛇綠巖是紅柳河蛇綠構造混雜巖帶的西延部分，位于礦區北側。其巖石組合主要由上洋殼的拉斑玄武巖、硅質巖組成，還有部分下洋殼的輝長巖、斜長花崗巖。奧陶紀晚期-志留紀洋盆開始向北側的中天山地塊及南側北山地塊雙向俯沖。

在大洋板塊和大陸板塊的接觸地帶，富含有用金屬組分的大洋殼俯沖到大陸板塊之下，并從消失帶插入地幔，致使大洋地殼發生部分熔融，這種熔融作用可以從洋底沉積物中釋放出大量富含金屬的含鹽流體。當這些富含金屬的含鹽流體隨同鈣堿性巖漿一起上升到地殼淺部，巖漿冷凝結晶時，它們便運移到侵入巖體頂部，通過交代巖體本身或附件圍巖而形成斑巖銅礦。晚石炭世末期到早二疊世大洋已閉合，大紅山銅礦已基本形成。此后的地質發展演化，主要以隆升和快速剝蝕為主，內、外應力共同作用塑造了現今的地質地貌。

4 結論

（1）通過礦相學分析，大紅山銅（金）多金屬礦床中金屬硫化物有黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦、輝鉬礦，金屬氧化物有磁鐵礦，次生氧化物有針鐵礦、纖鐵礦，黑銅礦、藍銅礦、孔雀石。礦物種類多樣，共伴生情況復雜，顯示多期次成礦特征。

（2）閃鋅礦與黃銅礦出現的固溶體分離結構表明，成礦經過驟變而后趨穩的成礦作用。礦石組構共同表明存在多期成礦特征。

（3）大紅山銅（金）多金屬礦床劃分出三個成礦期，分別為成巖期、熱液成礦期和表生氧化期。熱液成礦期為三個階段，即黃鐵礦階段、閃鋅礦-黃銅礦階段以及石英-黃銅礦-斑銅礦階段。

（4）通過研究閃鋅礦化學標型特征及光性標型特征，可以得出礦床經歷過中偏高溫環境，閃鋅礦及共生礦物成礦溫度在250-300℃。閃鋅礦化學標型特征表明形成于巖漿熱液型而非沉積改造型，因此與地層中的區域變質作用關系不大。

（5）礦區位于被動大陸邊緣，具有形成斑巖型銅礦的大地構造條件。

（6）綜上，大紅山銅（金）多金屬礦床成因上屬于巖漿熱液-斑巖型銅礦。