胡 乖 曹建勁

(1.中山大學(xué)地球科學(xué)系，廣東 廣州 510275；2.廣東省地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源探查重點實驗室，廣東 廣州 510275)

·地質(zhì)與測量·

東升廟硫多金屬礦床有機質(zhì)與成礦關(guān)系

胡 乖1,2曹建勁1,2

(1.中山大學(xué)地球科學(xué)系，廣東 廣州 510275；2.廣東省地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源探查重點實驗室，廣東 廣州 510275)

將東升廟礦床礦井下采得礦石制成薄片后進行電子探針測試，主要關(guān)注測試點內(nèi)元素碳的含量及存在形式。測試結(jié)果顯示在閃鋅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦的礦物本身能檢測到含量不等的碳元素，方鉛礦中未檢測到碳元素，分析其與成礦性質(zhì)有關(guān)。此外，在這些礦物周圍的脈石礦物內(nèi)則檢測到了白云石、菱鎂礦、鐵的碳酸鹽化物與氫氧化物的混合物質(zhì)，元素C多以碳酸鹽形式出現(xiàn)。在金屬礦物周圍交界處及礦物包裹體內(nèi)檢測到有高含碳物質(zhì)(碳元素含量75%以上)，結(jié)合礦床本身特性，推測為有機質(zhì)。通過對測試結(jié)果的對比分析，從微觀的角度說明有機質(zhì)與金屬礦物存在空間上的密切聯(lián)系，并參與了成礦過程。

有機質(zhì) 成礦研究 東升廟礦床 電子探針測試

有機成礦研究由一開始的分析有機質(zhì)與某個或某些元素關(guān)系[1]，到與層控礦床成礦關(guān)系[2]，再到與低溫熱液礦床成礦關(guān)系[3-4]，然后到有機質(zhì)在多金屬和貴金屬元素遷移和富集中的作用[5-6]，逐漸成為礦床成因理論研究的新領(lǐng)域。至此，有機質(zhì)成礦研究已經(jīng)初具基礎(chǔ)，但與物理成礦作用和化學(xué)成礦作用相比，尚有較大的發(fā)展空間。本研究選取東升廟硫多金屬礦床作為工作區(qū)域，以井下采得的礦石磨片進行電子探針測試，選取與前人不同的視角，試圖從微觀的角度揭示有機質(zhì)與礦物的空間位置關(guān)系，證實有機質(zhì)在成礦中的參與度，肯定有機質(zhì)對于礦床形成的重要意義。

1 地質(zhì)特征

東升廟硫多金屬礦床是內(nèi)蒙古狼山渣爾泰山多金屬成礦帶內(nèi)一個大型硫、銅、鉛、鋅、銀多金屬礦床，是典型的中晚元古代 SEDEX型(沉積噴流型) 礦床[7]。含礦層主要產(chǎn)于狼山群內(nèi)，從上到下可以分為互層的碳質(zhì)千枚巖和碳質(zhì)大理巖，白云石化大理巖以及石英巖[8-9]。礦區(qū)內(nèi)主要金屬礦物有黃鐵礦、磁黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦、磁鐵礦、菱鐵礦，是 S、Cu、Pb、Zn、Ag 的載體礦物；脈石礦物主要為白云石、方解石、石英、云母、綠泥石[7]。

2 測試方法

本次實驗挑選了5塊東升廟礦床礦井下采得的礦石，制成薄片后，在電子顯微鏡下找到礦物特征比較明顯的礦物，后送往中山大學(xué)測試中心用型號為JXA-8800R的電子探針測試儀進行測試?？紤]到樣本中的碳元素含量是主要信息來源，選擇將薄片鍍金膜后進行能譜測試。

3 測試結(jié)果及分析

3.1 礦物本身含碳

電子探針測試數(shù)據(jù)顯示很多礦物本身就能檢測到元素碳，其中包括閃鋅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦，見圖1～圖6。圖1中閃鋅礦內(nèi)可檢測到的元素包括 C(40.36%)、S(27.48%)，Zn(27.22%)；圖2中閃鋅礦內(nèi)測得結(jié)果顯示主要含有C(67.96%)、S(11.98%)、Zn(13.7%)；圖3中磁黃鐵礦測試結(jié)果顯示含C(16%)、S(40.26%)、Fe(43.74%)；圖4中磁黃鐵礦內(nèi)可檢測到4種元素：C(65.35%)、S(17.07%)、Fe(17.49% )、Cr(0.08%)；圖5中黃鐵礦可檢測到的元素包括C(17.98%)、S(50.81%)、Fe(31.21%)；圖6中黃銅礦內(nèi)能檢測到的元素只有4種：C(18.52%)、S(32.15%)、Fe(21.66%)、Cu(27.67%)。從這些結(jié)果中可以看到這些金屬礦物除了自身的元素組成之外，基本都只含有元素C，說明C元素是存在于比較純凈的金屬礦物內(nèi)部。此外，這些礦物的電子顯微照片中表面都能看到明顯的麻點，而包含麻點越多的礦物碳元素的含量也相對越高：以同類礦物比較為例，圖2中的閃鋅礦含碳量遠高于圖1，圖4中磁黃鐵礦的含碳量也遠高于圖3；不同類礦物比較而言，本次實驗中也檢測到了較多的方鉛礦，但該類礦物表面干凈平滑，顏色均一，能譜數(shù)據(jù)則顯示方鉛礦中能檢測到的元素只有S(49.93%)、Pb(50.07%)，不含碳元素，推測與方鉛礦本身的成礦特性以及鉛元素的性質(zhì)有關(guān)，見圖7。方鉛礦的測試結(jié)果一方面可以有力地證明其他金屬礦物中檢測到的碳含量是其本身所有，而非后期樣品處理所致。另一方面，可以在一定程度上說明麻點和凹凸的分布與金屬礦物含碳量有密切關(guān)系。

3.2 金屬礦物內(nèi)高含碳包裹體

圖1 含碳閃鋅礦

圖2 高含碳閃鋅礦

圖3 含碳磁黃鐵礦

圖4 高含碳磁黃鐵礦

圖5 含碳黃鐵礦

圖6 含碳黃銅礦

圖7 不含碳方鉛礦

圖8 閃鋅礦中包裹體

圖9 磁黃鐵礦中包裹體

圖10 黃鐵礦中包裹體

圖11 方鉛礦中包裹體

很多礦物內(nèi)部中都包含有黑色不透明、形狀不規(guī)則、大小為10～100 μm的包裹體，對這些包裹體進行點測試，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)都為高含碳物質(zhì)，包括閃鋅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦以及方鉛礦，表明方鉛礦與含碳物質(zhì)也有關(guān)系，見圖8～圖11?？紤]到電子探針有一定的測試范圍，粒徑較小的包裹體測試出來的數(shù)據(jù)可能會受到其周圍礦物的影響,盡量選擇一些粒徑偏大一點的包裹體進行測試。從測試結(jié)果中可以看到，這些包裹體的含碳量多在80%以上，含氧量為4%～11%:圖8中閃鋅礦包裹體含碳91.84%，含氧7.29%；圖9中磁黃鐵礦包裹體含碳87.89%，含氧10.95%；圖10中黃鐵礦包裹體含碳80.9%，含氧10.35%；圖11中方鉛礦包裹粒含碳80.28%，含氧4.23%。考慮到東升廟礦床是沉積噴流型礦床，沉積過程中儲存有大量的有機物，推測這些高含碳物質(zhì)是在有機質(zhì)演化階段[10]中保存下來的不同形式的有機質(zhì)。對比以上提到的麻點，發(fā)現(xiàn)這兩者十分相似：黑色不透明，形狀不規(guī)則，含碳量高，賦存于礦物內(nèi)部，只是粒徑上存在差距，據(jù)此，推測麻點其實質(zhì)也是有機質(zhì)包裹體。有機質(zhì)在成礦過程中未被消耗完全而直接殘存在礦物中，形成大小不一的包裹體，這也可以解釋為什么金屬礦物本身存在碳，碳元素應(yīng)該來自于已參與反應(yīng)的有機質(zhì)，這一解釋也與麻點和凹凸的分布與金屬礦物含碳量呈正相關(guān)的現(xiàn)象相互吻合。所有現(xiàn)象的彼此輔證，有力地說明有機質(zhì)參與了金屬元素的成礦過程。

3.3 脈石礦物含碳

礦物周圍的脈石礦物中也檢測到了含碳物質(zhì)，包括白云石、菱鎂礦、鐵的混合物，見圖12～圖14。這類礦物里碳元素含量多小于20%。圖12中測試結(jié)果顯示該礦物主要包括元素C(18.43%)、O(60.64%)、Mg(9%)、Ca(9.65%)、Mn(1.11%)、Fe(0.64%),其中，w(Ca)/w(Mg+Mn+Fe)值大約等于1，推測為白云石。圖13中，測試后得知該礦物主要有C(18.83%)、 O(58.15%)、Mg(17.57%)和少量其他元素(Mn、Fe、Zn),推測都為菱鎂礦。圖14細脈中測試數(shù)據(jù)顯示該礦物質(zhì)含有C(18.15%)、O(55.08%)、Fe(26.77%),考慮各元素的比例關(guān)系，推測為鐵的碳酸鹽化物與氫氧化物的混合物質(zhì)。說明金屬礦物周圍脈石礦物中的碳元素主要以碳酸鹽形式存在，可能是有機質(zhì)參與硫酸鹽還原反應(yīng)的后期產(chǎn)物[11]，這一點從側(cè)面說明有機質(zhì)參與了金屬元素的成礦過程。

圖12 白云石

圖13 菱鎂礦

圖14 鐵的化合物

3.4 金屬礦物周圍富碳

在薄片中發(fā)現(xiàn)，黃鐵礦的周圍有一圈明顯的黑色不透明物質(zhì)，寬度不等，見圖15。對黃鐵礦外圍一圈黑色物質(zhì)選擇了5個點進行檢測。檢測結(jié)果顯示，黑色物質(zhì)含碳量很高，基本在77%以上，氧元素含量為7%～14%：點1處，測試結(jié)果顯示含碳80.18%，含氧13.09%；點2處，測試結(jié)果顯示含碳77.48%，含氧14.79%；點3處，測試結(jié)果顯示含碳85.08%，含氧9.77%；點4處，測試結(jié)果顯示含碳81.36%，含氧8.34%；點5處，測試結(jié)果顯示含碳78.67%，含氧7.65%?？紤]到高比率的元素C和少量O元素，推測黃鐵礦周圍與磁黃鐵礦交界處黑色物質(zhì)主要是有機質(zhì)。閃鋅礦薄片中顯示的礦物主要是閃鋅礦和石英，中部閃鋅礦與石英之間也有一個明顯的邊界，見圖16。在該邊界選取2個點進行測試，結(jié)果顯示：邊界處黑色物質(zhì)含碳量多在75%以上，氧含量為14%～18%：點1處，檢測到含碳79.35%，含氧14.92%；點2處，檢測到含碳74.91%，含氧18.02%，推測閃鋅礦與石英邊界處的黑色物質(zhì)以有機質(zhì)為主。這一點說明礦物與有機質(zhì)存在特殊的位置關(guān)系，從微觀的角度有力地證明了有機質(zhì)與金屬礦物空間上的緊密聯(lián)系。

圖15 黃鐵礦邊界

圖16 閃鋅礦邊界

4 結(jié) 論

用東升廟礦井下礦石制成的薄片進行電子探針測試，檢測到了閃鋅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、方鉛礦和黃銅礦，與礦床本身金屬礦物種類相符。測試結(jié)果表明：在這些金屬礦物本身(方鉛礦除外)能檢測到碳元素，存在形式不詳；在金屬礦物內(nèi)包裹體中和不同礦物的交界處能檢測到高含碳物質(zhì)，推測為有機質(zhì)；金屬礦物附近的脈石礦物以碳酸鹽為主。不僅表明了在東升廟礦床中有機質(zhì)與金屬礦物存在空間上的緊密聯(lián)系，而且有力地證明了有機質(zhì)參與成礦過程，在礦床的形成中扮演了重要角色。從微觀角度有效地驗證了前人關(guān)于有機質(zhì)與礦床密切關(guān)系的推論。

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(責任編輯 鄧永前)

Relationship between Organic Matters and Mineralization in Dongshengmiao Sulfide Polymetallic Deposit

Hu Guai1,2Cao Jianjin1，2

(1.DepartmentofEarthSciences,SunYat-SenUniversity,Guangzhou510275China;2.GuangdongKeyLaboratoryofGeologicalProcessandMineralResourcesExploration,Guangzhou510275,China)

Electron probe micro-analyser (EPMA) has been used to analyze the content and existence form of element C among the thin slices of metallic ore from Dongshengmiao sulfide polymetallic deposit.The results showed that different content of carbon are detected from metallic minerals such as sphalerite,pyrrhotite,pyrite and chalcopyrite,but the there is no element C existed in galena which may be related to the nature of Pb mineralization.In addition,dolomite,magnesite and the compound of hybrid materials of carbonate and hydroxide of Fe are detected in the gangue minerals around these metallic minerals,and in most cases,element C is existed in the gangue minerals in the form of carbonate.The high carbon content of material is detected in the surrounding junction area of different metallic minerals and the metallic minerals inclusions (the content of C more than 75%),which is speculated to be the organic matter combing with the characteristics of the sulfide polymetallic deposit.The contrast analysis on test results indicated that the organic matter has a close relationship with metallic minerals and participates in the mineralizing process from the microcosmic view.

Organic matter,Investigation of mineralization,Dongshengmiao deposit,Electron probe micro-analyser

2014-05-19

國家自然科學(xué)基金(編號：41030425；40773037；41072263)，國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)項目(編號：2008AA06Z101)。

胡 乖(1992—)，女，碩士研究生。通訊作者 曹建勁(—)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師。

P593

A

1001-1250(2014)-09-090-05