利用电子探针研究甘肃陇南赵家庄金矿载金矿物特征_荆国强.pdf

2018 年 9 月 September 2018 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 37，No． 5 490 －498 收稿日期 2017 －07 －17; 修回日期 2018 －03 －12; 接受日期 2018 －06 －13 基金项目 中国核工业地质局铀多金属矿普查项目 201564 作者简介 荆国强， 硕士， 工程师， 从事铀多金属勘查研究。E- mail 276185772 qq． com。 荆国强，廉康，胡菲菲， 等． 利用电子探针研究甘肃陇南赵家庄金矿载金矿物特征［ J］ ． 岩矿测试， 2018， 37 5 490 －498． JING Guo- qiang，LIAN Kang，HU Fei- fei，et al． Application of EPMA to Study the Characteristics of Gold- bearing Minerals in the Zhaojiazhuang Gold Deposit in Longnan，Gansu Province［ J］ ． Rock and Mineral Analysis， 2018， 37 5 490 －498． 【DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 201707170119】 利用电子探针研究甘肃陇南赵家庄金矿载金矿物特征 荆国强，廉康，胡菲菲，李磊，杜亚龙 核工业二〇三研究所，陕西 咸阳 712000 摘要 应用偏光显微镜与电子探针相结合的手段是研究载金矿物的主要方法。本文采用镜下鉴定和电子探 针分析技术， 对赵家庄金矿中载金矿物含量、 形态特征及其与其他矿物的空间关系开展研究， 并对载金矿物 进行定性和定量分析， 探寻具有找矿意义的载金矿物和总结标志矿物特征。结果表明 研究区金矿石中主要 载金矿物为黄铁矿， 少量为黄铜矿、 闪锌矿， 这些载金矿物中 Au 含量依次为 细晶黄铁矿 ＞ 粗晶黄铁矿 ＞ 草 莓状黄铁矿 ＞ 黄铜矿。不同时期的黄铁矿 粗晶黄铁矿、 细晶黄铁矿、 草莓状黄铁矿 中 Au 的分布均匀， 但 存在差异性， 主要表现为细晶黄铁矿和草莓状黄铁矿中的 Au 含量较高 平均含量0． 14 ～0． 18 ， 这种现 象表明此类矿物为构造热液期形成， 金易富集。Au 以两种形式存在， 一种是“可见金” 包裹于脉石矿物中， 或以裂隙金的形式嵌布在矿物晶隙及裂隙中; 另一种是 “不可见金” 以纳米级颗粒金的形式存在于载金矿物 中， 也是 Au 的主要存在形式。本研究为后期矿床的成因、 成矿过程和成矿机理研究提供了佐证， 同时易于 根据含金矿物的特征选择合适的选冶方法。 关键词 电子探针; 金; 赋存状态; 载金矿物; 黄铁矿 要点 1 选取赵家庄金矿石进行镜下鉴定和电子探针分析。 2 研究区主要载金矿物 黄铁矿和黄铜矿等 中的金含量有所不同， 与载金矿物形成阶段有关。 3 载金矿物中细晶黄铁矿和草莓状黄铁矿的金含量较高， 且金有两种存在形式。 中图分类号 P575． 1; O614． 123文献标识码 A 以沉积岩为主要容矿岩石的卡林型金矿是目前 世界上储量最大的金矿类型之一， 其中的金以“不 可见金” 或颗粒极细状 纳米级 存在是该类型金矿 最重要的特点之一。主要载金矿物有黄铁矿、 毒砂 和黏土矿物， 尤以黄铁矿最为重要。氧化矿石中主 要载金矿物是褐铁矿和黏土矿， 自然金粒度很细， 大 多为次显微金 ［1 ］。国内外对该类型金矿载金矿物 开展了较系统的电子探针分析， 结合 X 射线光电子 能谱对黄铁矿和毒砂进行了表面元素的定性和定量 分析， 对探讨矿床的成矿条件、 成矿过程及成矿机理 具有重要的依据和信息［2 －4 ］。 甘肃省陇南赵家庄金矿是近年来在西秦岭南部 地区发现的此类型金矿之一， 该地区卡林型金矿又有 与国内外同类型矿床不同的特点， 受构造破碎带控 制。从已研究的资料来看， 前人对该地区金的成矿模 式与机理研究较多， 积累了很多含矿层位、 控矿构造、 地球化学等成果， 但是对含金矿物的组分和赋存状态 研究较少， 加之该地区的矿山开采较少， 限制了矿石 的综合开发利用。故本文应用偏光显微镜与电子探 针相结合的手段， 对该地区含金矿物的含量、 矿物种 类、 赋存状态及其嵌布特征进行研究， 并利用电子探 针进行微粒金定性和定量测定， 拟为研究矿床的成 因、 成矿过程和成矿机理提供依据， 也为金矿床的选 矿提供理论指导， 具有重要的经济意义。 094 ChaoXing 1地质背景 研究区地处西秦岭褶皱带南秦岭被动陆缘褶皱 带南侧， 位于扬子板块西北缘的次一级大地构造单 元， 夹持于文县康县大断裂和枫相铜钱区域韧 性剪切带之间， 碧口古陆西北缘大断裂通过本区， 区 域构造线呈 NEE 向展布 ［2， 5 －6 ］。 1全新统; 2更新统; 3石炭系泥盆系益洼沟组; 4泥盆系羊汤寨组上岩段; 5泥盆系羊汤寨组下岩段; 6泥盆系屯寨组上岩段; 7泥 盆系屯寨组中岩段; 8泥盆系屯寨组下岩段; 9泥盆系桥头组; 10寒武震旦系临江组; 11震旦系关家沟组上岩段; 12震旦系关家沟组 中岩段; 13震旦系关家沟组下岩性段; 14长城系白杨岩组下岩段; 15花岗闪长斑岩; 16黑云母闪长岩脉; 17石英脉; 18逆断层; 19性质不明断层; 20韧性剪切带。 图 1赵家庄金矿区域地质简图 Fig． 1Regional geology sketch map of Zhaojiazhuang gold deposit 研究区东西长 8 km， 南北宽 7 km， 面积约 55 km2， 主要包括昌河坝、 馍馍山及巩家山三个矿段。 地层主要为古生界中泥盆统三河口群， 由老至 新依次为桥头组 Dq 、 屯寨组下、 中、 上段 Dt1、 Dt2、 Dt3 和羊汤寨组下岩段 Dy1 ， 岩性为含碳微粒 灰岩、 中厚层灰岩夹绢云石英千枚岩、 含碳千枚岩及 含铁石英岩、 片理化不等粒斜长石英砂岩、 中基性火 山岩、 含白云质灰岩、 绢云石英灰质片岩等。矿化产 于屯寨组， 含矿岩性以片岩、 千枚岩、 板岩为主， 个别 为石英碳酸盐化韧性变形含碳白云母构造片岩。 区内断裂构造发育 图 1 ， 总体构造形态表现 为一北西倾斜的单斜构造， 受韧性剪切带及 F5 断裂 的影响， 局部表现为背斜， 按照走向大致可划分为近 东西向和北东向两组， 其中东西向 F5 断裂为主要的 导矿断裂， 其旁侧的次级断裂为主要的控矿断裂， 如 F2、 F6 及 F9 等。 194 第 5 期荆国强， 等 利用电子探针研究甘肃陇南赵家庄金矿载金矿物特征第 37 卷 ChaoXing 区域上岩浆活动强烈， 研究区内主要以规模较 小的岩脉产出， 在巩家山、 馍馍山及昌河坝矿段均发 育有长 10 余米、 宽 2 ～5 m 不等的花岗斑岩脉及闪 长玢岩脉， 且在部分见矿钻孔中发现了花岗斑岩， 发 育粗粒 － 细粒黄铁矿， 部分钻孔花岗斑岩具有金异 常， 由此可见区内岩浆活动与金矿化关系密切。 a平行构造片理排列的他形粒状黄铁矿; b重结晶黄铁矿; c次生草莓状黄铁矿; d重结晶的黄铁矿包裹的黄铜矿。 图 2矿石矿物特征 Fig． 2Characteristics of ore minerals 围岩蚀变较发育， 常见有黄铁矿化、 硅化、 碳酸 盐化、 赤铁矿化、 褐铁矿化、 高岭土化、 绢云母化等， 多沿断裂或构造裂隙面呈带状分布。其中， 硅化、 黄 铁矿化、 褐铁矿化、 碳酸盐化与金矿化呈正相关; 高 岭土化、 绢云母化与金矿化关系不明显。 研究区分别在昌河坝、 馍馍山、 巩家山三个地段 圈定出金矿 化 体数十条， 矿体一般长 68 ～ 85 m， 厚度 1． 03 ～7． 51 m， 金品位 3． 04 ～8． 04 g/t。矿体 产状与地产产状一致， 走向近东西向， 矿体顶底板以 结晶灰岩为主。 2实验部分 2． 1样品的采集 电子探针分析技术是微束分析中的常规测试技 术之一。电子探针因其分析区域小、 绝对及相对灵 敏度高、 分析元素范围广等优点， 为地质科学研究提 供了重要的研究手段， 目前已经成为地学领域中矿 物学、 岩石学、 矿床学及相关学科的重要研究工 具 ［7 ］。本次研究的样品均是采自赵家庄金矿的钻 孔中矿石样品， 电子探针和能谱分析样品均为含有 黄铁矿的金矿石， 样品的显微照片如图 2 所示。 2． 2测量仪器与测量条件 本次研究共分析 166 点， 黄铁矿的电子探针分 析在长安大学电子探针实验室完成， 仪器型号为 JXA －8100 电子探针分析仪 日本电子公司 ， 在几 百到上千的放大倍数下重点寻找粒径小的金银矿 物、 硫化物矿物， 同时对其成分进行测定， 补缺显微 镜的局限性， 更准确地探讨其赋存状态。仪器分析 条件为 加速电压 15 kV 硫化物 ; 束流 1 10 －8 A; 束斑直径 5 μm; 检出角 40; 校正 ZAF; 温度 25℃， 湿度 55 ～ 60。分析方法依据国家标准 GB/T 156172002硅酸盐矿物的电子探针定量分析方 法 和 GB/T 152462002硫化物矿物的电子探针 定量分析方法 。 3结果与讨论 3． 1主要载金矿物及成分特征 通过大量岩石光薄片的镜下观察， 初步判断金 294 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2018 年 ChaoXing 银矿物的赋存状态， 为下一步电子探针分析做准备。 对样品进行显微镜下鉴定， 根据矿物组成， 矿石中金 属矿物成分主要为黄铁矿、 褐铁矿， 少量黄铜矿及自 然金， 含量约 2; 非金属矿物主要有石英、 方解石、 白云母， 少量碳质成分等， 含量约 95。 a黄铁矿; b黄铜矿; c闪锌矿 2， 3 探针点 ; d毒砂 2 探针点 。 图 3载金矿物特征 Fig． 3Characteristics of gold- bearing minerals 金属矿物中含金矿物主要为黄铁矿。黄铁矿具 有三种成因 第一种为早期的破碎黄铁矿 图 2a ， 主要分布于变形带中， 粒径小于 0． 02 mm， 大多数以 碎粒结构为主， 分布比较均匀; 第二种为变形后重结 晶的黄铁矿 图 2b ， 粒径 0． 1 ～0． 25 mm， 全部呈重 结晶结构， 具有半自形特征， 其中可见包裹的黄铜 矿， 粒径 0． 02 mm; 第三种为次生黄铁矿 图 2c ， 具 有生物结构， 以草莓状集合体为主， 粒径小于 0． 002 mm。其中第一种及第三种黄铁矿与成矿作用密切， 是金矿物的主要载体。黄铜矿 图 2d 较少， 主要被 粗粒黄铁矿包裹， 粒径 0． 02 mm， 他形粒状结构， 包 裹黄铁矿平行片理分布。 通过对赵家庄金矿载金矿物开展较为系统的显 微照相和电子探针分析， 矿石中金属矿物主要为黄 铁矿、 黄铜矿、 毒砂， 其次为闪锌矿、 方铅矿， 并见有 少量银金矿。电子探针分析结果表明， 赵家庄金矿 自然金主要呈 “不可见” 超显微包裹金形式存在， 载 金矿物主要为黄 铁 矿 图 3a ， 其 次 为 黄 铜 矿 图 3b 、 闪锌矿 图 3c 。自然金具有较高的成色， 颜色为红黄色， 包裹于脉石矿物中， 粒径 0． 005 mm; 裂隙金显微微细粒嵌布在黄铁矿、 黄铜矿、 绢云母、 石英晶隙及裂隙中， 主要赋存于黄铁矿、 黄铜矿中， 少量赋存于绢云母等黏土矿物之中。 赵家庄金矿主要载金矿物黄铁矿和黄铜矿中 Au、 Fe、 S、 Cu、 As 等元素的电子探针波谱分析结果 列于表 1， 数据表明赵家庄金矿各类载金矿物中除 了主含量元素外， 还有一些微量元素。 黄铜矿中 Au 的含量为 0． 11， Pb 和 Ag 含量 分别为 0． 11、 0． 02; 闪锌矿中 Au 平均含量为 0． 20，As 和 Pb 平均含量分别为 0． 05、 0． 10; 粗晶黄铁矿中 Au 平均含量为 0． 15， As、 Pb、 Zn、 Ag、 Cu 平均含量分别为 0． 05、 0． 26、 0． 04、 0． 04、 0． 03; 细晶黄铁矿中 Au 平均含量为 0． 18， As、 Pb、 Zn、 Ag、 Cu 平均含量分别为 0． 02、 0． 18、 0． 03、 0． 02、 0． 02; 草莓黄铁矿中 Au 平均含量为 0． 14， As、 Pb、 Zn、 Ag、 Cu 平均含量分 别为 2． 07、 0． 20、 0． 08、 0． 02、 0． 01。 394 第 5 期荆国强， 等 利用电子探针研究甘肃陇南赵家庄金矿载金矿物特征第 37 卷 ChaoXing 载金矿物中存在金的富集点， 如闪锌矿中 67 － 1b1 －4 点 Au 含量为 0． 26; 粗晶黄铁矿 67 － 1b2 －6 点 Au 含量为 0． 175; 细晶黄铁矿中 67 － 1b4 －3、 67 －1b4 －4 点 Au 含量为 0． 23; 草莓状黄铁 矿中 71 － 2b2 － 3 点 Au 含量为 0． 19。在 500 倍 显微镜下， 几乎未发现显微可见金， 显示金矿中 Au 以机械混入的“不可见” 显微 － 超显微包体金形式 存在于载金矿物中 ［8 －12 ］。赵家庄金矿各主要载金 矿物中 Au 含量依次为 闪锌矿 ＞ 细晶黄铁矿 ＞ 粗 晶黄铁矿 ＞ 草莓状黄铁矿 ＞ 黄铜矿， 但由于闪锌矿 较少， 电子探针点少， 数据出现偶然较高的现象， 不 具有普遍性， 总体金含量依次为 细晶黄铁矿 ＞ 粗晶 黄铁矿 ＞ 草莓状黄铁矿 ＞ 黄铜矿。 表 1主要载金矿物元素含量分析结果 Table 1Analytical results of elements in gold- bearing minerals 测试对象点号 含量 AsSFePbZnAgCuAu总计 黄铜矿67 －1b3 －3－25． 449．980．11－0．0262．650．1198． 31 71 －2b1 －4－33． 560．580．1064．21－－0．1598．62 闪锌矿67 －1b1 －40． 0533． 033．230．0961．75－－0．2698．42 平均值0． 0533． 301．910．1062．98－－0．2098．52 67 －1b2 －50． 0349． 4544．310．63－－0．040．1394． 59 67 －1b2 －50． 0052． 9544．490．210．01－0．080．1697．89 67 －1b2 －50． 0151． 9145．680．24－－0．000．1097．94 67 －1b2 －60． 1851． 0345．050．220．020．060．020．1296．70 67 －1b2 －60． 1351． 1143．480．300．010．090．040．2395．39 71 －2b1 －10． 0653． 8145．060．21－－－0．2199．35 粗晶黄铁矿 100 ～200 μm 71 －2b1 －30． 0455． 2745．150．170．070．00－0．18100．87 71 －1b1 －3－51． 0345．590．200．010．020．020．1296．98 71 －1b1 －40． 0250． 9645．490．280．04－0．000．1396．92 67 －1b1 －20． 0053． 4946．340．230．11－0．040．11100．31 67 －1b1 －30． 0153． 3445．810．180．04－－0．1499．52 67 －1b1 －4－53． 1845．640．20－－－0．1599．17 平均值0． 0552． 2945．170．260．040．040．030．1597．97 67 －1b4 －4－53． 2045．940．150．03－－0．2299．54 67 －1b4 －4－53． 0045．570．17－0．020．010．2399．00 67 －1b4 －3－53． 3145．490．240．030．03－0．2399．33 67 －1b4 －2－52． 4145．690．120．02－－0．1198．35 67 －1b4 －10． 0253． 3145．930．190．07－－0．1499．67 67 －1b4 －10． 0252． 9645．950．16－0．020．030．1999．32 细晶黄铁矿 20 ～50 μm67 －1b4 －10． 0153． 1245．710．14－0．01－0．1299．11 71 －2b3 －10． 0252． 6846．780．180．02－0．030．1199．82 71 －2b3 －3－51． 3146．020．240．040．01－0．2197．84 67 －1b1 －3－53． 3345．910．19－0．04－0．2299．69 平均值0． 0252． 8645．900．180．030．020．020．1899．17 71 －2b2 －32． 9950． 1144．100．20－0．030．010．1997．62 71 －2b2 －41． 1049． 8645．850．21－0．010．010．1097．14 草莓状黄铁矿 15 ～30 μm 71 －2b2 －42． 1250． 9145．400．120．04－－0．1498．73 71 －2b2 －52． 0651． 5246．150．260．120．03－0．15100．27 平均值2． 0750． 6045．380．200．080．020．010．1498．44 3． 2面扫描分析 根据各脉体及矿物之间的穿切关系， 矿石标本、 光薄片观察到的矿石组构、 矿物组合及其特征， 结合 前人的数据， 赵家庄金矿的成矿作用可分为沉积成 岩期、 热液期和表生氧化阶段［3 ］。沉积成岩期主要 以少量草莓状黄铁矿为主 图 2b ， 零星分布于含矿 地层中; 热液期黄铁矿大多数以细晶黄铁矿为主， 少 量为草莓状、 粗晶黄铁矿， 热液阶段的黄铁矿主要呈 自形 图 4a 和半自形的晶型 图 4b ， 赋金黄铁矿 又以细粒自形为主， 莓球状、 粗粒以及条带状次之。 这些黄铁矿成因复杂， 并且可能普遍受到热液蚀变 作用影响， 产于石英脉裂隙中; 表生氧化期主要是沉 积成岩期和热液阶段的黄铁矿在表生条件下发生氧 494 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2018 年 ChaoXing 图 4热液期呈自形 a 和半自形 b 黄铁矿 Fig． 4Automorphic a and subhedral b crystal pyrites of hydrothermal stage 化， 形成褐铁矿等， 可产生金的次生富集［3 ］。 本次研究主要对赵家庄金矿 12 件探针片中的 粗晶黄铁矿 100 ～ 200 μm 、 细晶黄铁矿 20 ～ 50 μm 、 草莓状黄铁矿 15 ～ 30 μm 及黄铜矿等主要 载金矿物进行了电子探针面扫描图像及元素定量分 析。在黄铁矿和黄铜矿等载金矿物中， Fe、 S、 Cu 等 主要组成元素较均匀地分布， 清楚地显示了黄铁矿 中主要组成元素 Fe、 S 以及黄铜矿中 Fe、 S、 Cu 的分 布状态。在粗晶黄铁矿、 细晶黄铁矿以及黄铜矿中 均可见到 Au 的分布， 并且 Au 的含量比其周边非金 属矿物要高出许多。但在这些金属硫化物的内部， Au 分布并不均匀 ［3， 13 －15 ］。不同时期的黄铁矿 粗 晶黄铁矿、 细晶黄铁矿、 草莓状黄铁矿 中 Au 的分 布也不均匀， 存在差异性， 主要表现为在细晶黄铁矿 和草莓状黄铁矿中的 Au 含量有增加趋势， 这种现 象说明此类黄铁矿为后期构造热液阶段形成， 金含 量更高 ［4， 16 －17 ］。 3． 3金的存在形式 显微镜下和电子探针分析显示， 研究区矿石中 金的存在形式主要有两种 一种为“可见金” ， 另一 种为 “不可见金” ［6， 18 ］。其中， 可见金 一般扫描电 镜下可见， 粒度 ＞0． 001 mm 包裹于脉石矿物中， 或 者以裂隙金的形式嵌布在黄铁矿、 黄铜矿、 绢云母、 石英晶隙及裂隙中， 主要赋存于黄铁矿、 黄铜矿中， 少量赋存于绢云母等黏土矿物之中， 颗粒粒径为 0． 002 ～0． 005 mm。 “不可见金” 指的是在一般扫描电镜下不能检 出的次显微金 ＜ 0． 001 mm ［18 ］， 国内外研究者对 此开展了大量工作， 大多数学者认为金主要以 Au 和 Au0的价态存在， 少数学者认为金的价态是 Au3 和 Au － 。近年来许多光谱技术及高分辨率分析研 究结果都表明， 金在含砷黄铁矿中以两种形式存在 Au 和 Au0 ［3， 18 －21 ］， Reich 2005 将美国多个低温热 液型和卡林型金矿黄铁矿分析数据投入 logAu － logAs 图中， 总结出一条被称为“溶解度限度线” CAu0． 02CAs4 10 －5 ， 并以此来判断含砷黄铁 矿中金的存在形式 ［18 ］; 溶解度线以上的含砷黄铁矿 中的金为纳米级自然金 Au0 ， 溶解度线以下的含 砷黄铁矿中的金主要以固溶体 Au 形式存在。如 图 5 所示， 研究区金矿含砷黄铁矿分析数据点全都 位于溶解度线以上， 表明含砷黄铁矿中的金主要以 纳米级颗粒金形式存在。 图 5含砷黄铁矿金溶解度曲线 Fig． 5Gold solubility curve of arsenic- bearing pyrite 综上， 研究区金主要有两种存在形式 “可见 金” 包裹于脉石矿物中， 或以裂隙金的形式嵌布在 矿物晶隙及裂隙中 ; “不可见金” 以纳米级颗粒金的 形式存在于载金矿物中。 594 第 5 期荆国强， 等 利用电子探针研究甘肃陇南赵家庄金矿载金矿物特征第 37 卷 ChaoXing 4结论 通过电子探针面扫描图像及元素定量分析技 术， 对赵家庄金矿床主要载金矿物黄铁矿的元素含 量、 形态特征及矿物之间的空间分布关系进行研究， 分析显示主要载金矿物为黄铁矿、 黄铜矿、 毒砂、 闪 锌矿等， 主要载金矿物中 Au 含量依次为 细晶黄铁 矿 ＞ 粗晶黄铁矿 ＞ 草莓状黄铁矿 ＞ 黄铜矿。不同时 期的黄铁矿 粗晶黄铁矿、 细晶黄铁矿、 草莓状黄铁 矿 中 Au 的分布均匀， 但也存在差异性， 主要表现 为在细晶黄铁矿和草莓状黄铁矿中 Au 的含量有增 加趋势， 这种现象表明此类黄铁矿的金含量更高， 为 后期构造热液阶段形成。金主要有两种存在形式， “可见金” 包裹于脉石矿物中， 或以裂隙金的形式嵌 布在矿物晶隙及裂隙中 ; “不可见金” 以纳米级颗粒 金的形式存在于载金矿物中。 通过本次研究， 为研究矿床成因、 成矿过程及成 矿机理提供了佐证， 且该技术为一些微细矿物分布、 组合规律及其与非矿石的关系研究提供了一套方 法， 同时对后期矿石的选冶提供了技术基础， 易于根 据含金矿物的特征选择合适的选冶方法。 5参考文献 ［ 1］喻光明， 郭华． 川陕甘地区卡林型金矿对比研究［J］ ． 地质学报， 2010， 30 2 163 －169． YuGM，GuoH． Comparisonofgeologicaland geochemical features of Carlin- type audeposits in the SichuanShannxiGansuborderregion ［J］ ． Acta Geologica Sinica， 2010， 30 2 163 －169． ［ 2］郭俊华， 齐金忠， 孙彬， 等． 甘肃阳山特大型金矿床地 质特征及成因［ J］ ． 黄金地质， 2002， 8 2 16 －19． Guo J H， Qi J 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