葉紫楓

（廣州華立科技職業(yè)學(xué)院 廣東廣州 511300）

0 引言

我國硫資源包括硫鐵礦、伴生硫鐵礦、天然硫磺礦以及冶煉煙氣中回收的硫和從石油、天然氣中回收的硫磺，其中硫鐵礦和伴生硫鐵礦是我國硫資源的主要來源，也是化學(xué)工業(yè)的基本原料，主要用于提煉硫磺、制造硫酸，尤其是發(fā)展磷化工的重要配套原料礦產(chǎn)［1-2］。該類礦床在我國儲量巨大，空間分布廣泛，礦石礦物以黃鐵礦為主，次為黃銅礦、磁鐵礦等，是一個以硫為主，并伴生和共生有Cu、As、Pb、Mo、Ag、Au 等多種元素的多金屬礦床［3-4］，主要集中于我國的長江中下游地區(qū)，華北克拉通中部、揚子板塊與華夏板塊結(jié)合部位的西南方向。因此，進(jìn)一步加強對我國硫鐵礦的研究，對提高我國硫磺和硫酸的生產(chǎn)具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

云浮大降坪硫鐵礦位于揚子板塊與華夏板塊結(jié)合部位的欽杭成礦帶南段的云開地區(qū)，是亞洲最大、世界第二的硫鐵礦礦床［5］。該成礦帶向西南延伸至廣西欽州灣，經(jīng)湘東和贛中向東延伸至浙江杭州地區(qū)（圖1），包括了桂中東、粵西北、湘東南、贛中-浙北地區(qū)。燕山期是該成礦帶最活躍時期，全長近2 000 km，寬100 km～150 km，總體呈反S 狀弧形展布，帶中發(fā)育一系列銅多金屬和鎢錫多金屬礦產(chǎn)，構(gòu)成了一個罕見的板內(nèi)多金屬成礦帶［6-7］，是我國重要的礦產(chǎn)資源基地［8-9］。周永章等［8］根據(jù)三分法將該成礦帶分為：北東段（浙西段）以Cu-Pb-Zn-Au-Ag-Mo-Fe 礦為優(yōu)勢礦種；中段（南嶺段）則以W-Sn-Sb-Bi 礦為礦種；南段的優(yōu)勢礦種有Ag、Au、多金屬等。由于受到加里東、印支以及燕山期造山運動的影響，區(qū)內(nèi)構(gòu)造-巖漿活動強烈，形成了多期花崗巖，主要有加里東期片麻狀黑云母花崗巖、燕山一期中粒黑云母花崗巖、中粗粒斑狀黑云母花崗巖和燕山四期細(xì)粒黑云母花崗巖［10-11］。

圖1 欽杭成礦帶大地構(gòu)造位置圖（據(jù)參考文獻(xiàn)［12］修編）

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，表現(xiàn)為北東向突出、西北向撒開并向南收斂的褶皺及縱斷裂。受控于區(qū)域內(nèi)的F3、F4斷層控制，其中F3斷層位于水源坑頂-竹高山向斜軸部偏東側(cè)，基本貫穿于整個礦區(qū)，走向由SN 向逐漸轉(zhuǎn)為NW 向及NWW 向；傾向NE，淺部傾角緩而深部較陡，最大可達(dá)為50°～80°，斷層兩側(cè)地層受構(gòu)造活動擠壓揉皺強烈，斷層破碎帶內(nèi)可見石英充填和硅化現(xiàn)象。F4斷層位于723 背斜西翼與水源坑頂—竹高山向斜交界處，南段走向由NNE 變?yōu)镾N 向，北段則由NNE 轉(zhuǎn)為N 向及NWW 向，傾向E 及SE，傾角46°～74°，斷層帶下盤富集有致密塊狀硫鐵礦礦體，且沿斷層破碎帶可見炭質(zhì)粉砂巖及晶型發(fā)育較好的黃鐵礦結(jié)晶顆粒，晶粒大小均一，平均粒度約1 mm，可能為礦液的運移通道［13］。

2.2 地層

區(qū)內(nèi)出露的地層主要是震旦系大紺山組（Zd）（圖2），為一套富含黑色條帶狀云母千枚巖夾火山碎屑巖、凝灰?guī)r、黃鐵礦層、硅質(zhì)巖的碎屑沉積建造。其次，還出露有元古界沙灣坪組、泥盆系、侏羅系和第四系，各地層呈整合接觸。震旦系依其巖性組合，自下而上可劃分為3 個巖性段。

圖2 云浮大降坪硫鐵礦Ⅲ、Ⅳ號礦體區(qū)域地質(zhì)簡圖（據(jù)參考文獻(xiàn)［14］）

（1）大紺山組a 段（Zda）：該段在區(qū)內(nèi)分布最廣，分布在云浮硫鐵礦采場東側(cè)。巖性自下而上可分2 層：上層為云母石英片巖、含黑云母石英巖等組成，中部夾少量結(jié)晶灰?guī)r、斜長石角巖，相互之間呈互層狀；下層主要由深灰色紋層狀泥質(zhì)結(jié)晶灰?guī)r、黑云母結(jié)晶灰?guī)r以及斜長石、角巖等組成，局部夾少量云母片巖、石英巖等。

（2）大紺山組b 段（Zdb）：分布于采場西側(cè)一帶，巖性自下而上可分為3 層。

第一層（Zdb-1）：由變質(zhì)炭質(zhì)粉砂巖、炭質(zhì)千枚巖、泥質(zhì)結(jié)晶灰?guī)r、含鈣質(zhì)石英巖及條帶狀黃鐵礦層組成，厚8 m～60 m。

第二層（Zdb-2）：主要由黃鐵礦、炭質(zhì)粉砂巖或炭質(zhì)千枚巖構(gòu)成的韻律層，并見有高度變質(zhì)現(xiàn)象，厚24 m～60 m。

第三層（Zdb-3）：是區(qū)內(nèi)黃鐵礦賦礦層位之一，主要由厚層炭質(zhì)千枚巖，炭質(zhì)粉砂巖夾鈣質(zhì)石英巖、泥質(zhì)結(jié)晶灰?guī)r及少數(shù)層狀黃鐵礦、鐵閃鋅礦組成，厚20 m～35 m。

（3）大紺山組c 段（Zdc）：分布于尖山以東和礦區(qū)的外圍處。下部為變質(zhì)炭質(zhì)粉砂巖夾細(xì)粒石英巖、條帶狀赤鐵礦以及泥質(zhì)結(jié)晶灰?guī)r等，厚度約30 m；中部為變質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)結(jié)晶灰?guī)r夾含錳粉砂巖，厚112 m；上部為絹云母石英片巖，含錳粉砂巖、炭質(zhì)千枚巖，灰白色細(xì)粒石英巖夾炭質(zhì)粉砂巖、層凝灰?guī)r等，厚約386 m。

2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿作用不發(fā)育，僅見有少部分的花崗巖株侵入于礦區(qū)東南方向以及外圍的中泥盆系地層中。區(qū)內(nèi)賦礦圍巖主要為炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)粉砂巖、硅質(zhì)巖、炭質(zhì)千枚巖以及變質(zhì)砂巖等，圍巖蝕變主要有碳酸鹽化、綠泥石化、角巖化和硅化等。

3 礦體及礦石礦物特征

3.1 礦體特征

礦體走向自南往北，與圍巖大體一致，傾向則由SE 東漸變?yōu)镋、NEE、SW、SSW，傾角變化較大（30°～45°），總長約4 160 m，礦體形態(tài)多呈層狀、似層狀、浸染狀，條帶狀、透鏡狀、脈狀等，已探明儲量2.08 億t，規(guī)模大，品位高，有害雜質(zhì)低［14-15］。礦區(qū)內(nèi)由5個礦體組成，Ⅰ、Ⅲ、V 號礦體位于F3斷層以西，Ⅱ、Ⅳ號礦體位于F3斷層以東，其中Ⅲ、Ⅳ號為區(qū)內(nèi)的主要礦體，占礦區(qū)總儲量的90%［16］，兩者在深部為相連的同一礦體。礦體圍巖以千枚巖、變質(zhì)炭質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)結(jié)晶灰?guī)r以及鈣質(zhì)石英巖為主［圖3（a）］。礦區(qū)內(nèi)Ⅳ號礦體規(guī)模最大，最大厚度可達(dá)160 m，品位較高，主要為致密塊狀礦石，沿石英—方解石脈分布，礦體中還見有含炭質(zhì)粉砂巖塊狀黃鐵礦［圖3（d）（g）］，向南過渡為浸染狀黃鐵礦［圖3（f）］，可見清晰的層狀和殘余條帶狀構(gòu)造，沿斷層帶可見粗粒的黃鐵礦晶粒，品位高，晶型發(fā)育好［圖3（b）（c）］；Ⅲ號礦體規(guī)模較Ⅳ號礦體小，主要為條帶狀礦石，圍巖主要為變質(zhì)炭質(zhì)粉砂巖，被石英-方解石細(xì)脈穿插，礦體表面見有千枚巖化現(xiàn)象［圖3（h）（i）］，說明Ⅲ、Ⅳ號礦體均為熱水沉積作用形成，而Ⅳ號礦體明顯受到了后期熱液疊加改造作用的影響。

3.2 礦石礦物特征

區(qū)內(nèi)礦石組成簡單，金屬礦物主要為黃鐵礦、磁鐵礦、磁黃鐵礦，并伴生有方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦等硫化物礦物，脈石礦物主要有石英、方解石、絹云母等。礦石構(gòu)造主要有致密塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造和脈狀構(gòu)造，還可見擠壓形成的揉皺構(gòu)造。致密塊狀礦石幾乎全由黃鐵礦組成，顆粒之間緊密相連，肉眼不易分辨，常呈他形—半自形出現(xiàn)，并被石英細(xì)脈和石英—方解石細(xì)脈穿插，沿脈體周圍的黃鐵礦呈粗粒狀，礦體裂隙中見有晚期方鉛礦充填的現(xiàn)象［圖3（d）（e）］。條帶狀礦石中黃鐵礦呈中—細(xì)粒，可見自形粒狀結(jié)構(gòu)，被石英—方解石細(xì)脈穿插［圖3（h）（i）］，與石英、方解石、絹云母等礦物構(gòu)成的非礦條帶互層，具沉積韻律結(jié)構(gòu)，可見揉皺構(gòu)造，即含礦條帶與非礦條帶發(fā)生同步褶曲［17］［圖3（f）］。浸染狀礦石主要由細(xì)粒結(jié)構(gòu)黃鐵礦組成，偶見磁鐵礦［圖3（f）］，出露于Ⅳ號礦帶至Ⅲ號石帶的過渡部位，可見立方體自形晶結(jié)構(gòu)。

圖3 云浮大降坪硫鐵礦礦床F4 斷層帶與礦石礦物地質(zhì)特征圖

4 礦體微量元素特征

本文通過對Ⅲ、Ⅳ號條帶狀黃鐵礦和塊狀黃鐵礦體進(jìn)行微量元素測定（表1），并結(jié)合前人研究，從表1 可見，塊狀樣品YLⅣ-3 的微量元素明顯高于條帶狀樣品YLⅢ-2，尤其是樣品YLⅢ-2 缺乏Ba、Cs、Cr、Hf、Rb、Sc、Th、U、Y、Zr 多種微量元素；此外，樣品YLⅢ-2 微量元素Au、Se 低于圍巖，而Ag、As、Co、Ni 含量高于圍巖，Zn 含量大于塊狀灰?guī)r而低于條帶泥巖；樣品YLⅣ-3 的微量元素Ba、Co、Cs、Hf、Rb、Sc、Se、Th、U、Y、Zr低于圍巖，而Au、Ag、As、Cr 高于圍巖，Zn 高于炭質(zhì)板巖而低于硅化巖，Cr、Ni 含量高于硅化巖而低于炭質(zhì)板巖，表明黃鐵礦的形成遭受到了不同程度熱液的影響，后期成礦流體有利于Ag、Au、Zn 等元素進(jìn)入到礦體中，不斷加大黃鐵礦顆粒的生長層中去［19］。

表1 云浮大降坪硫鐵礦不同礦體微量元素結(jié)果 ω（B）／10 -6

研究證明［20-21］，Co/Ni 比值<1 為沉積或沉積改造的黃鐵礦，反之則為熱液作用礦床。Co、Ni 具有較強的親銅性，可優(yōu)先進(jìn)入到黃鐵礦的晶體結(jié)構(gòu)中，與Fe 存在廣泛的類質(zhì)同像，As 也能以類質(zhì)同像形式替代S 而進(jìn)入到黃鐵礦的晶格中，塊狀黃鐵礦和條帶狀黃鐵礦的Co/Ni 比值分別為0.04 和0.59，表明兩者均存在沉積改造型黃鐵礦，且Ⅲ號條帶狀礦體更接近1，表明該期的黃鐵礦可能存在熱液作用的影響，Ⅲ號條帶狀礦體的As、Co、Ni 含量均高于Ⅳ號塊狀礦體。此外，在Ⅳ號礦體的F4斷層帶中出現(xiàn)的條帶狀和浸染狀礦石證明了Ⅳ號礦體除熱液成礦作用外，同樣也存在著熱水噴流沉積作用，只是熱水沉積作用在Ⅲ號礦體表現(xiàn)的更明顯，而Ⅳ號則以熱液成礦作用為主，表明了不同類型的黃鐵礦存在類質(zhì)同像替代的現(xiàn)象。

研究證明［5，14，22］，條帶狀礦石的Pb同位素以及REE特征與賦礦圍巖近似，表現(xiàn)為熱水噴流沉積產(chǎn)物的特點，具有同源性，礦體與圍巖呈漸變過渡的關(guān)系，屬同生沉積礦體，而塊狀礦石的Pb 同位素以及REE 特征明顯不同于圍巖，且Pb 含量低于條帶狀礦石，可能由于后期熱液對圍巖的淋濾作用或外部帶來的鉛與礦石鉛的混合作用。此外，條帶狀黃鐵礦δ34S 為較大的負(fù)值（-25.55%～-9.35%），有機碳含量高，塊狀黃鐵礦δ34S 以正值為主（+12.60%～+21.07%），有機碳含量低［5，22］，顯然條帶狀礦體的成礦硫源具有生物成因硫的特點，而塊狀礦體受到后期熱液改造作用，加之區(qū)域動力變質(zhì)作用的影響是使礦體發(fā)生重結(jié)晶，局部硫源向有利成礦的環(huán)境運移、沉積，并對主巖進(jìn)行交代以及對圍巖進(jìn)行淋濾而形成了大規(guī)模的黃鐵礦礦體，表現(xiàn)出封閉—半封閉的海水硫酸鹽的還原作用，但也可能存在生物成因作用的硫源。

綜上可見，大降坪黃鐵礦存在有沉積特征的黃鐵礦（條帶狀）、受熱液改造型黃鐵礦（條帶狀、浸染狀和塊狀）和熱液成因型黃鐵礦（塊狀、條帶狀），成礦物質(zhì)來源具有多樣性，但都以上地殼來源為主，成礦物質(zhì)早期以生物還原為主，后期主要來源于海水硫酸鹽的分解作用。通過礦石礦物野外、手標(biāo)本以及微量元素特征，大降坪硫鐵礦至少存在三期成礦作用，早期熱水噴流沉積期是礦區(qū)的主要成礦期，形成了礦區(qū)的主要礦源層，并出現(xiàn)有石英—方解石—絹云母的非礦層互層和大量石英—方解石細(xì)脈穿插的現(xiàn)象；后期為熱液改造期，在該期還存在著短暫的熱水噴流沉積期—熱液成礦期的過渡階段，同時出現(xiàn)有浸染狀、條帶狀和塊狀的黃鐵礦，熱液流體對條帶狀、浸染狀和脈狀礦石進(jìn)行改造，發(fā)生重結(jié)晶，使其顆粒增大，并出現(xiàn)了石英—方解石細(xì)脈以及炭質(zhì)粉砂巖等圍巖黃鐵礦富集的現(xiàn)象。加之優(yōu)越的構(gòu)造條件下，成礦物質(zhì)隨著熱液沿斷層運移，在合適的沉積場所富集成礦，逐漸形成了塊狀磁鐵礦礦體；表生氧化期，地表的礦體被氧化，形成了褐鐵礦、孔雀石等礦物。

5 礦床展望

在對大降坪硫鐵礦的研究中，早期熱水噴流沉積期是礦床的主要成礦階段，但后期的熱液成礦期造就了高品位的礦體。因此，可著重對熱液期的黃鐵礦礦體以及熱水噴流沉積-熱液期的浸染狀、條帶狀黃鐵礦礦體進(jìn)行研究，相應(yīng)地可通過礦體賦礦圍巖的主微量和稀土元素、脈狀礦物的H、O 同位素、塊狀礦體以及F4斷裂帶過渡礦體中廣泛穿插的石英—方解石細(xì)脈進(jìn)行流體包裹體研究，深入了解礦床的成礦流體示蹤和成礦物質(zhì)來源，進(jìn)一步探尋礦床的潛在資源。

6 結(jié)論

（1）大降坪硫鐵礦礦體具有多樣性，主要為塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造以及部分脈狀構(gòu)造。礦體的形成與熱水噴流沉積作用有關(guān)，且Ⅲ號、Ⅳ號礦體均受到了熱液改造作用的影響，而Ⅳ號礦體受熱液改造的程度要大于Ⅲ號礦體，是復(fù)合疊加改造作用的結(jié)果。

（2）大降坪硫鐵礦礦床早期為熱水噴流期，形成主要的礦源層，為后期成礦提供成礦物質(zhì)來源，是礦體的主要成礦階段；晚期為熱液改造期，對早期的條帶狀和浸染狀礦體進(jìn)行改造，使其富集成品位更高的塊狀硫鐵礦礦體，F(xiàn)4斷層帶中存在著熱水沉積礦體到熱液型礦體的過渡型，可能為一熱液運移通道，該階段是否可劃分為一期，還有待更多的研究。

（3）熱液成礦期是礦床的重要成礦階段，不僅形成了高品位的黃鐵礦，還形成了多種微量元素，因此，可重點對熱液期礦體的賦礦圍巖、脈狀礦物、熱液石英-方解石細(xì)脈等進(jìn)行研究，探尋深部找礦，再次提高礦床規(guī)模。