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夏哲藤1
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迷路的豆豆

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罗小洪1 余忠珍1 丁少辉1 林黎1 吴光明2

(1.江西省地质调查研究院,向塘330201;2.江西省赣西地质调查大队,向塘330201)

摘要:罗城铜矿区处于九岭南缘大型推(滑)覆构造往南突出的前锋与北北东向走滑冲断带复合部位。经大比例尺土壤地球化学和激电剖面测量,圈定出Cu-Zu异常与激电异常多处,经深部工程验证,已控制Ⅰ号铜矿带东段4条铜矿体,铜资源量可达中型,矿体均产于中元古代宜丰(岩)组含Cu古火山岩矿源层中,并受强烈韧性剪切带内滑脱断裂带控制。Ⅰ号铜矿带西部Cu-Zu异常更为广泛,南部Ⅱ号铜矿带存在Cu-Zu异常与激电异常多处,具有形成大型矿床的资源潜力。

关键词:铜矿;地质特征;找矿前景;江西

研究区位于万载县罗城镇北西方向7km处,地理坐标:东经114°30′04″~114°33′45″、北纬28°17′30″~28°19′32″,面积约24km2。

地表铜矿体为1976年原江西省地质局区测大队二分队进行1:20万铜鼓幅区域地质调查时发现。1981年江西省地质局赣西地质调查大队对地表矿体周边进行了激电剖面和磁法测量,并施工了少量钻孔(如ZK001、ZK1604、ZK1606等),认为是寻找铜多金属矿的远景区[1]。

近年来地质大调查项目,首先通过1:万土壤地球化学测量、1:1万激电剖面测量圈定异常,再进行地表探槽揭露追索,根据地表见矿情况进行深部验证,完成钻孔4个,见矿情况较理想。初步认为有两条铜矿带,其中Ⅰ号铜矿带地表发现铜矿体3个,深部钻孔验证见铜矿体4层,并与地表铜矿体可对应连接,其规模较大,可作为进一步普查基地。

1 矿区地质特征

矿区地处九岭南缘大型推(滑)覆构造带前锋中段,慈化—宜丰(深)断裂带北侧,南邻萍—乐大型裂陷带;东侧为北北东向走滑冲断带通过部位[2],造成慈化—宜丰北东东向断裂带发生近南北向大角度弧形转曲,其南西部有晚石炭世灰岩构造窗出现[3](图1)。

矿区地层

区内出露地层主要为中元古代宜丰(岩)组,属一套沉积变质火山岩系,由老至新可划分为下、上两段。宜丰(岩)组下段(Jxy1)为片状变质石英砂岩、粉砂质绢云母千枚岩夹绿泥绢云千枚岩;宜丰(岩)组上段下部(Jxy2-1)为绢云绿泥石片岩、绿泥石英片岩夹钠长玢岩、变质石英砂岩及透镜状次闪石片岩组合,其次闪石片岩由细碧岩或细碧质玄武岩变质而成。宜丰(岩)组上段上部(Jxy2-2)为绢云绿泥石片岩、绿泥石英片岩与二云石英片岩、钠长二云母石英片岩互层,夹微层状(1~11mm)大理岩、变质石英砂岩,其钠长二云母石英片岩、二云石英片岩多由石英角斑岩变质而成。

矿区构造

区内褶皱构造总体为-近东西向并往东倾伏的不对称背斜,岩层动热变质变形较为普遍,达绿片岩相,片理以北东、东西向为主,岩层或片理扭曲强烈。

图1 罗城铜矿地质略图

断裂构造主要有东西向、北东向和北西向3组。东西向断裂规模较大,断续横贯矿区中部,单条断裂长1200~1500m,宽数米至数十米,多数南倾,倾角48°~60°,由碎裂蚀变和硅化破碎带构成,硅化、绿泥石化、黄铁矿化较为普遍,属次级滑脱破碎带,为主要控矿构造。北东向断裂主要出现于矿区中东部,长200~1000m,宽2~5m,倾向北西或南东,倾角45°~76°,呈侧列式分布,由碎裂蚀变二云母石英片岩和硅化碎裂岩构成,绿泥石化、黄铁矿化普遍。北西向断裂,倾向北东,倾角55°左右,常见硅化或石英脉充填,在矿区南、西部最发育,构成一系列沟谷,右行切错东西向断裂,与东西向断裂交汇处出现有Cu异常峰值区及脉状铜矿化。

矿区岩浆岩

除宜丰(岩)组古火山岩外,矿区南东部见有2处钠长斑岩株出露,与宜丰(岩)组呈侵入关系,岩株蚀变强烈,主要为黄铁矿化、黄铁绢英岩化、硅化、绿泥石化、绢云母化、菱铁矿化,局部碎裂泥化,岩株外侧蚀变绢云母绿泥石片岩中Cu含量%~%。其岩株形成时代,有的认为属宜丰(岩)组古火山岩最终演化的次火山岩相;但从岩株强烈蚀变(矿化)特征,结合矿区磁、电测量资料和宜丰、上山里、村前等燕山期中酸性斑岩构造-岩浆岩带分析,也有可能属隐伏成矿岩体的顶部显示,有待证实。

此外,与隐伏热源体有关的斑点云母角岩、含董青石斑点绢云母千枚岩等,在背斜核部(Jxy1)和西南翼(Jxy2-1)岩层中呈近东西向断续分布,并见有花岗细晶岩脉。

地球物理、地球化学异常特征

地球物理异常特征

矿区中东部大部分地段已开展了1:1万磁法、激电剖面测量。在中部△Z50r圈定的等值线几乎连成一体,其中△Z100r圈定的高值区8处,最高值△Z150r以上。

激电中梯剖面测量资料表明,电性异常具低阻高激化特征,ηs背景值为5%。区内有多处激电异常,部分异常已被钻孔验证并打到了铜矿体,尚未验证的异常主要在南部,其中JD1激电异常处于东南部(图2),呈北东东向展布,长大于800m,宽300m,ηs=10%~38%,地表ηs梯度北缓南陡;深部异常断面以ηs=10%圈定的形态呈苹果状,宽约160m、埋深70~250m,倾向北,倾角65°,η=10%~23%(技术参数:AB/2=500m、测量极距120m、点距20m),地表绢云母片岩ηs=%、矿化蚀变岩ηs=%。分析认为,此激电异常为矿化蚀变带中低阻高极化体(铜矿体)引起。

地球化学异常特征

1:万土壤地球化学测量成果,矿区Cu背景值为×10-6,均方差,Cu异常下限70×10-6(计算值为67×10-6),全区Cu异常平均值×10-6,衬值;Zn异常下限值110×10-6,以此圈定出2个较大范围的Cu-Zn综合异常(图3)。

Ⅰ号Cu-Zn综合异常处于中东部,由CuⅠ、CuⅢ和ZnⅠ异常组成,东西长1800m、南北宽200~400m,与Ⅰ号铜矿带东段大致吻合。

Ⅱ号Cu-Zn综合异常分布在矿区南西部,由CuⅡ、CuⅣ、CuⅤ、CuⅥ和ZnⅡ异常组成。东西长近3000m、南北宽500~800m,往西尚未封闭。各Cu异常基本特征列于表1。

Ⅱ号Cu-Zn综合异常中CuⅡ与CuⅣ异常,沿综合异常北部呈北东东向长轴状大体连续出现,长大于2200m、宽300~450m,峰值Cu(411~612)×10-6,恰与Ⅰ号铜矿带西延部位相当,并在CuⅣ异常西段(尚未封闭)已发现铜、锌矿化,拣块取样%、%,异常中心一带常见硅化、黄铁矿化、菱铁矿化等。

Ⅱ号Cu-Zn综合异常中CuⅤ与CuⅥ异常沿综合异常南部呈北东东向长轴断续出现,长大于2000m,宽200~600m,其东部、南部尚有低异常区存在,大体相当Ⅱ号铜矿带往西延续部位。

图2 JD1、JD2激电异常平面图

图3 罗城铜矿化探综合异常图

表1 罗城铜矿Cu异常特征数值表

2 矿床地质特征

矿体(带)特征

区内已圈定铜矿化带2条(图1)。Ⅰ号铜矿化带位于矿区中北部,产于宜丰(岩)组上段下部含细碧质火山岩较多的岩层内,受近东西向滑脱硅化破碎带的控制,总长度大于5000m,宽150~200m,地表主要为含铜黄铁矿化蚀变带,绝大部分为隐伏矿体,仅在中部水坝旁发现有工业矿体出露;矿带东段钻探工程控制矿体走向长度940m,控制倾斜最大延深560m,共发现铜(工业)矿体4条、矿化体4条,各矿体或矿化体沿矿带内呈脉带状大致平行产出,多受韧性变形带旁侧的脆性断裂直接控制,矿体走向60°~70°、倾向南东、倾角30°~57°,沿走向或倾向形态变化较稳定;矿体长度500~1000m、倾向延深300~600m,矿体铅直厚度~、总厚度,厚度变化系数%~%。矿带西段地表发现矿化体厚~,Cu含量%,Zn含量%~%;验证孔深~,~,~见铜矿体,铜品位分别为%、%、%,同时在孔深~,Zn平均品位%。

Ⅱ号铜矿化带位于矿区南部,产于宜丰(岩)组上段上部含石英角斑质火山岩较多的地层中,呈北东东向延伸,带长大于3000m,地表仅发现矿化蚀变带,含铜黄铁矿化、绿泥石化、绢云母化、硅化发育,沿此带激电异常多个,并有钠长斑岩株出露,其JDI等激电异常推断与矿化蚀变带(铜矿体)有关,矿带西延地段出现较大范围的土壤地球化学Cu高异常区。

矿石质量

矿石矿物以黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿为主,次为斑铜矿、方铜矿、闪锌矿、方铅矿、菱铁矿等。脉石矿物为石英、绢云母、白云母、绿泥石、铁白云石等。

矿石有益组分以Cu为主,Ⅰ矿带东段Cu品位%~%,个别Cu品位高达%,Cu平均品位%,Cu品位变化系数%~%,局部Zn含量可达%~%。Ⅰ矿带西段Cu-Zn异常区发现脉状铜矿化,拣块取样%、%。

矿石呈半自形-他形粒状结构,浸染状或细脉浸染状构造为主,局部为硅化角砾状构造,3种矿石构造常相伴出现,含黄铜矿化角砾或石英细脉发育部位,铜矿化相对富集。

黄铜矿为半自形-他形晶,粒径~,早期黄铜矿与菱铁矿、石英共生呈细脉状与脉石矿物同期变形;晚期(主要成矿期)黄铜矿为他形晶,交代闪锌矿和磁黄铁矿。矿石矿物生成顺序为:磁黄铁矿——(黄铁矿)——黄铜矿——闪锌矿——(方铅矿)——黄铜矿——黄铁矿。

围岩蚀变

矿体围岩主要为绿泥石英片岩和绿泥绢云千枚岩,均有不同程度的蚀变,以黄铁矿化、硅化、绿泥石化、绿帘石化、绢云母化较为多见,次为磁黄铁矿化、菱铁矿化、铁白云石化。磁黄铁矿、黄铁矿、菱铁矿有时在硅化石英集合体呈斑点状产出。

矿床类型

矿区已控制的Ⅰ号铜矿带东段的铜矿体,均产于宜丰(岩)组上段下部含细碧质火山岩较多的含Cu矿源层岩石组合中,矿体出现于强烈韧性变形带旁侧的脆性(滑脱)断裂内,结合矿石矿物组合、结构、构造分析,属层控变质热液叠加改造型,并可能受到岩浆热液的一定影响[4]。

3 找矿前景分析及找矿标志

找矿前景分析

此区处于九岭南缘多层次大型构造叠置成矿地质环境的中段,大型推(滑)覆构造往南弧形突出的前锋与北北东向走滑冲断带复合部位,区内广泛出露宜丰(岩)组的一套古火山含Cu-Au岩石组合,南部见有晚石炭世灰岩地层构造窗。矿区南、西部更接近推覆构造往南弧形转曲与北北东向走滑冲断带复合地段,宜丰(岩)组矿源层内动热变质现象较为普遍,岩石扭曲强烈,次级滑覆构造发育,已发现有中酸性斑岩瘤(脉)和角岩化发育,其南侧为重力低异常区,推测深部存在岩浆热原体[5];经大比例尺土壤地球化学测量及激电剖面测量,圈定出Cu-Zn元素组合异常与激电异常多处,具有形成规模大类型多复合叠加矿床的有利地质条件。

矿区Ⅰ号铜矿带4条铜矿体,已估算铜资源量达中型。

矿区南部,Ⅱ号铜矿带工作程度低,但所处地质构造部位更接近于九岭南缘大型推(滑)覆构造带的前缘及慈化-宜丰(深)断裂带弧形大转折部位,其地表已见强烈的蚀变矿化和强蚀变的钠长斑岩株,并已圈定出JDI等较强的激电异常和大范围的高Cu异常区,其资源远景可超过Ⅰ号铜矿带。

矿区西部土壤地球化学异常并没有封闭,存在相同的成矿地质条件,具有很大的找矿潜力。

找矿标志

多因复成层控叠加改造型是区内形成铜多金属矿床的最佳类型,其综合找矿预测标志如下:

控矿地层标志:中元古代宜丰(岩)组古火山岩集中发育的岩石组合与晚古生代碳酸盐岩层相间或混杂出现的地段。

控矿岩浆岩标志:晚侏罗世—早白垩世Ⅰ型中酸性斑岩体(瘤)及其脉岩发育部位。

控矿构造标志:推(滑)覆构造带前锋往南弧形突出并发生大角度急剧转折地段,构造滑脱带或层间滑脱面以及滑覆残片和构造窗分布区,北北东向走滑冲断带复合出现轴向北东或北西褶皱(倒转)以及岩层混杂或异向定位的地段。

矿化蚀变标志:硅化角砾状与细脉浸染状或浸染状铜矿化相间或组合出现;绿泥石化、黄铁绢英岩化、绢云母化、硅化、蛇纹石化、矽卡岩化、铁白云石化发育。

物、化、遥标志:“二高”(磁力高、激发极化率高)和“二低”(重力低、视电阻率低)的地球物理异常;Cu局部高异常,并伴有Pb、Zn、Au、Ag等异常;遥感影像上,线形构造弧形转弯,套环、连环或寄生套环重叠。

致谢:本文内容为《江西北部九岭成矿带锡铜金多金属矿评价》项目组集体成果,参加该项目工作的人员还有:曾书明、李勤林、黄雷、刘金元、李跃鹏等,在此谨致谢意。

参考文献

[1]杨明桂,王发宁,曾勇等.江西北部金属成矿地质.北京:中国大地出版社,2004

[2]钟南昌,黄金喜,诸宝森等.江西宜丰—乐平推覆构造及找矿研究.江西地质,1991(5),增刊

[3]梅勇文.江西南部推(滑)覆构造系统研究.江西地质,1997,11(3):51~59

[4]余忠珍,罗小洪.江西北部成矿地质环境与成矿特征.资源调查与环境,2002,23(4):257~265

[5]丁少辉,余忠珍,罗小洪.江西九岭南缘铜多金属矿预测.资源调查与环境,2004,25(3):178~183

The Geological Characteristics and Prospecting Symbols of Cu Deposit in Luocheng of Wanzai County,Jiangxi Province

Luo Xiaohong1, Yu Zhongzhen1, Ding Shaohui1, Lin Li1, Wu Guangming2

(1. Jiangxi Institute of Geological Survey, Xiangtan 330201 ;2. West Jiangxi Geological Survey Party, Xiangtang 330201)

Abstract: Luocheng ore-field locates in the mulriple part of the southern foreside of mappe tectonica and strike-slip thrusting belt. By means of the large-scale edaphic geochemistry and activized electronic section, the paper confirms many Cu-Zn abnormities and laser or electricity ones. After the validation of deep engineering, we have controlled four Cu orebodies in the east of Ⅰ ore strip, which has medium-sized resources amount and lies in the volcanic ledge including Cu of Mesoproterozoic Yi-feng Formation and must be controlled by the strong surge zone of fracture of ductile shearing zone. There are more comprehensive Cu-Zn abnormity in the west of Cu ore strip, but southern Cu ore strip (Ⅱ) has a few Cu-Zn and activized electronic abnormity, which has prodigious potential resources to form a large-scale ore.

Key words: Cu deposit; Geological characteristics; Ore searching perspective; Jiangxi Province

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陈达文文

微生物冶金技术及其应用 摘要:综述微生物冶金技术及冶金过程的机理,并介绍了该技术的历史沿革和发展现状。 关键词:微生物;冶金;机理;应用 0 引言 随着人类社会的快速发展,人类对自然资源的需求量 与日俱增,而自然矿产资源的枯竭,对矿冶工作提出了更 高的要求。微生物冶金技术是近代学科交叉发展生物工程 技术和传统矿物加工技术相结合的工业上的一种新工艺, 其能耗少、成本低、工艺流程简单、无污染等优点,在矿 物加工、三废治理等领域展示了广阔的应用前景,并取得 了较好的经济效益。 1 微生物冶金技术[1] 按照微生物在矿物加工中的作用可将生物冶金技术分 为:生物浸出、生物氧化、生物分解。 1·1 生物浸出 硫化矿的细菌浸出的实质是使难溶的金属硫化物氧化, 使其金属阳离子溶入浸出液,浸出过程是硫化物中S2-的 氧化过程。其浸出机理是: ———直接作用:指细菌吸附于矿物表面,对硫化矿直 接氧化分解的作用。可用反应方程式表示为: 2MS+O2+4H+细菌参与2M2++2S0+2H2O 式中M———Zn、Pb、Co、Ni等金属。 ———间接作用:指金属硫化物被溶液中Fe3+氧化,可 用以下反应式表示: MS+2Fe3+M2++2Fe2++S0 所生成的Fe2+在细菌的参与下氧化成Fe3+: 4Fe2++O2+H+细菌参与4Fe3++2H2 ———原电池效应。两种或两种以上的固相相互接触并同 时浸没在电解质溶液中时各自有其电位,组成了原电池,发 生电子从电位低的地方向高的地方转移并产生电流。例如, 对于由黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿组成的矿物体系,在浸出过 程中静电位高的矿物充当阴极,低的矿物则充当阳极: 阳极反应: ZnS Zn2++S0+2e CuFeS2Cu2++ Fe2++2S0+4e 阴极反应: O2+4H++4e 2H2O 原电池的形成会加速阳极矿物的氧化,同时细菌的存 在会强化原电池效应。 1·2 生物氧化 对于难处理金矿,金常以固-液体或次显微形态被包裹 于砷黄铁矿(FeAsS)、黄铁矿(FeS2)等载体硫化矿物 中,应用传统的方法难以提取,很不经济。应用生物技术 可预氧化载体矿物,使载金矿体发生某种变化,使包裹在 其中的金解离出来,为下一步的氰化浸出创造条件,从而 使金易于提取。在溶液pH值2~6范围内,细菌对载体矿 物砷黄铁矿的氧化作用可用下式表示: 4FeAsS+12·75O2+6·5H2O 3Fe3++Fe2++ 2H3AsO4+2H2AsO-4+H2SO4+3SO2-4+H++4e 生物预氧化方法其投资少、成本低、无污染等优点, 在处理难处理金矿过程中体现了理想的效果,并取得了较 好的经济效益。 1·3 生物分解[2] 铝土矿存在许多细菌,该类微生物可分解碳酸盐和磷 酸盐矿物。例如: Bacillus mucilaginous分泌出的多糖可和 铝土矿中的硅酸盐、铁、钙氧化物作用,应用Aspergillus niger、Bacillus circulans、Bacillus polymyxa和 Pseudomonus aeroginosa可从低品位铝土矿中选择性浸出 铁和钙。微生物分解碳酸盐矿物可用如下反应过程表示: 微生物代谢产生的酸使碳酸盐分解: CaCO3+H+Ca2++HCO-3 呼吸产生的CO2溶解产生H2CO3,从而加速碳酸盐的 分解: CaCO3+H2CO3Ca2++2HCO-3 2 生物冶金技术应用现状 2·1 微生物冶金技术的历史沿革[1,3] 1687年,在瑞典中部的Falun矿,人们使用微生物技 术已经至少浸出了2 000 000吨铜,但当时人们对其反应机 理并不清楚,细菌浸矿技术的发展十分缓慢。直到1947 年, Colmer与Hinkel首次从酸性矿坑水中分离出一种可以 将Fe2+氧化为Fe3+的细菌即氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)[3]。1954年, L·C·Bryner和J·V·Beck等人 开始利用该菌种进行硫化铜矿石的实验室浸出试验研究, 并发现该细菌对硫化矿具有明显的氧化作用。1955年10 月24日S·R·Zimmerley, D·Gwilson与J·D·Prater首次申 请了生物堆浸的专利并委托给美国Kennecott铜矿公司, 开始了生物湿法冶金的现代工业应用。 2·2 微生物冶金技术的应用现状[4] 2·2·1 微生物冶金技术在金、银矿石中的应用[5~12] 微生物湿法冶金技术在金、银矿中主要应用于氧化预 处理阶段,近年来已有6个生物氧化预处理厂分别在美国、 南非、巴西、澳大利亚和加纳投产。南非的Fairvirw金矿 厂采用细菌浸出,金的浸出率达95%以上;美国内华达州 的Tomkin Spytins金矿于1989年建成生物浸出厂,日处理 1 500 t矿石,金的回收率为90%;澳大利亚于1992年建 成Harbour Lights细菌氧化提金厂,处理规模为40 t/d。 巴西一家工厂于1991年投产,处理量为150 t/d。我国陕 西省地矿局1994年进行了2 000 t级黄铁矿类型贫金矿的细 菌堆浸现场试验,原矿的含金只有0·54 g/t,经细菌氧化 预处理后金的回收率达58%,未经处理的只有22%; 1995 年云南镇源金矿难浸金矿细菌氧化预处理项目启动,建起 我国第一个微生物浸金工厂。新疆包古图金矿经细菌氧化 预处理后,金浸出率高达92%~97%。 2·2·2 微生物冶金技术在铜矿石中的应用[13~17] 最初生物浸出铜主要用于从废石和低品位硫化矿中回 收铜,细菌是自然生长的,近年来这种方法已用来处理含 铜品位大于1%的次生硫化铜矿,称为生物浸出。现在, 美国和智利用SX-EW法生产的铜中约有50%以上是采用 生物堆浸技术生产的,如世界上海拔最高4 400 m的湿法炼 铜厂位于智利北部的奎布瑞达布兰卡,该厂处理的铜矿石 含Cu 1·3%,主要铜矿物为辉铜矿和蓝铜矿,采用生物堆 浸,铜的浸出率可以达到82%。生产能力为年产7·5万t 阴极铜。我国已开采的铜矿中85%属于硫化矿,在开采过 程中受当时选矿技术和经济成本的限制产生了大量的表外 矿和废石,废石含铜通常为0·05%~0·3%。德兴铜矿采 用细菌堆浸技术处理含铜0·09%~0·25%的废石,建成了 生产能力2 000 t/a的湿法铜厂,萃取箱的处理能力达到了 320 m3/h,已接近了国外萃取箱的水平。该厂1997年5月 投产,已正常运转了几年,生产的阴极铜质量达到A级。 福建紫金山铜矿已探明的铜金属储量253万t,属低品位含 砷铜矿,铜的平均品位0·45%,含As 0·37%,主要铜矿 物为蓝辉铜矿、辉铜矿和铜蓝。该矿采用生物堆浸技术已 建立了年产300 t阴极铜的试验厂,“十五”期间计划建立 更大的生产厂。 2·2·3 微生物冶金技术在铀矿石中的应用[18~20] 细菌浸铀也已有多年历史。葡萄牙1953年开始试验细 菌浸铀,到1959年时某铀矿用细菌浸铀浸出率达60%~ 80%。在60年代,加拿大就开始用细菌浸出ElliotLake铀 矿中的铀。在该区的3个铀矿公司都有细菌生产厂, 1986 年U3O8年产量达3 600 t。1983年成功地以原位浸出的方 式从Dension矿中回收了大约250 t U3O8。到目前为止,美 国、前苏联和南非、法国、葡萄牙等国都有工厂在用生物 堆浸法回收铀。1966年加拿大研究成功了细菌浸铀的工业 应用,用细菌浸铀生产的铀占加拿大总产量的10% ~ 20%,而西班牙几乎所有的铀都是通过细菌浸出获得的, 印度、南非、法国、前南斯拉夫、塔吉克斯坦、日本等国 也广泛应用细菌法溶浸铀矿。我国在20世纪70年代初, 也曾在湖南711铀矿作了处理量为700 t贫铀矿石的细菌堆 浸扩大试验,而在柏坊铜矿则将堆积在地表的含铀0·02% ~0·03%的2万多吨尾砂历经8年用细菌浸出铀浓缩物2 t 多。进入20世纪90年代后,新疆某矿山利用细菌地浸浸 出铀取得了良好的经济效益。此外,北京化工冶金研究院 在细菌浸矿方面做过许多研究工作,他们曾在相山铀矿进 行过细菌堆浸半工业试验研究,而赣州铀矿原地爆破浸出 试验及在草桃背矿石堆浸试验中也都应用了细菌技术。 2·2·4 微生物冶金技术在其它金属矿中的应用[21~24] 据报道,锑、镉、钴、钼、镍和锌等硫化物的生物浸 出试验比较成功。由此可知,氧化铁硫杆菌和喜温性微生 物可从纯硫化物或复杂的多金属硫化物中将上述重金属有 效地溶解出来。金属提取速度取决于其溶度积,因而溶度 积最高的金属硫化物具有最高的浸出速度。这些金属硫化 物可用细菌直接或间接浸出。除上述金属硫化物外,铅和 锰的硫化物、二价铜的硒化物、稀土元素以及镓和锗也可 以用微生物浸出。硅酸铝的生物降解曾被广泛研究,特别 是采用在生长过程中能释放出有机酸的异养微生物的生物 降解,这些酸对岩石和矿物有侵蚀作用。另外,它还应用 在贵金属和稀有金属的生物吸附锰、大洋多金属结核、难 选铜-锌混合矿、大型铜-镍硫化矿、含金硫化矿石、稀 有金属钼和钪的细菌浸取等众多方面。 3 结语 随着社会的发展,人类对自然资源的需求量与日俱增, 而自然矿产资源的枯竭,环境污染日益严重影响着人类的 生存与发展。为了解决这一问题,微生物冶金技术在矿产 资源中的应用愈来愈受到人们的重视。微生物冶金技术具 有工艺简单、投资少、环境污染少等许多优点,正发挥着 巨大的作用,显示出巨大的潜力和广阔的前景,将对人类 产生深远的影响。 参考文献: [1] 杨显万,沈庆峰,郭玉霞·微生物湿法冶金[M]·北京: 冶金工业出版社, 2003-09· [2] EhrlichH L·Manganese oxide reduction as a form of anaerobicrespiration [J]·Geomicrobiology Journal, 1987, 5 (4): 423~431· [3] A·R·Colmer, M·E·Hinkel·Theroleofmicroorganismin acid mine drainage·A preliminary report·Science, 1947, 106: 253~256· [4] 邱木清,张卫民·微生物技术在矿产资源利用与环保中的应 用[J]·《矿产保护与利用》, 2003 (6)· [5] J·Needham, L·Gwei—Djen·Science and civilization in China [J]·Chenistry and Chemical Technology, 1974 (5): 25, 250· [6] 徐家振,金哲男·重金属冶金中的微生物技术[J]·《有色 矿冶》, 2001 (2): 31~34· [7] 钟宏·生物药剂在矿物加工和冶金中的应用[J]·《矿产 保护与利用》, 2002 (3): 28~32· [8] 肖松文·《黄金》[J]·1995, 16 (4): 31· [9] Dutrizac, J·E·eta1·Miner·Sci·Ere·[J]·1974 (6) 2: 50· [10] Souraitro Nagpal eta1·Biohydrometallurgical Technologies, VolumeI [z]·ed·by Torma, A·E·eta1·A Pub~eafion of TMS, 1993·49· [11] J·盖维尔·生物预处理在菱镁矿尾渣浮选回收上的应用 [J]·《国外金属矿选矿》, 1999 (3)· [12] G·Rossi·Biohydrometallurgy [J], 1990: 1~7· [13] 刘大星,蒋开喜,王成彦·铜湿法冶金技术的国内外现状 及发展趋势[J]·《湿法冶金》, 1997 (6)· [14] 孙业志,吴爱祥,黎建华·微生物在铜矿溶浸开采中的应 用[J]·《金属矿山》, 2001·

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余味无穷aa

摘要本文通过深入研究,概述了太古宙地体中硫化铜镍矿床在时间、空间与物质组分上的分布规律,阐述了成岩成矿物质来源,成矿作用以及矿床在地球化学、岩石化学、矿物学等方面的规律性特点和控制成矿的内在、外在因素等,以供成矿预测或普查找矿工作参考。

关键词吉林省太古代地体铜镍矿床成矿规律

1 太古宙地体与铜镍矿床有关的地球物理与地球化学特征

吉林省地台区太古宙地体的地球物理学研究表明,重力场上的线状梯度带是壳幔物质密度沿一定水平方向发生的变异带,其变异原因往往与深断裂构造有关。因此,重力异常的线状梯度带可用以判断或推测与深断裂密切相关的基性、超基性岩体存在的可能性,借以指导找矿工作。如海龙—辉南—桦甸这一线状梯度带,是辉发河深大断裂存在的反映,辉发河深断裂的次一级断裂不仅控制了其北侧的红旗岭、漂河川等含镍岩体及矿床,而且还控制了其南侧地台区的大荒沟、野猪沟、隐贤等岩体群中的基性岩体(图1,图5)。

图1 赤峰-开源-和龙超岩石圈断裂重力异常特征

地台区太古宙地体磁场特征亦较为突出,表现出大片范围的、低缓、宽波动的或正或负的异常,以此为衬度,一般基性-超基性岩体群分布区,在1∶20万航磁图上均有不同程度的反映,如岩群展布方向,岩体与围岩的磁性差别等等。特别是赤柏松地区的含镍暗色橄榄辉长苏长岩,其地磁γ值竟达1000γ左右。

据区域地球化学测量资料,地台区太古宙地体中的16个基性-超基性岩区均有不同程度的铜、镍异常显示。如通化赤柏松地区基性岩体中Cu,Ni,Co的富集系数分别为,和2,异常系数分别为,和2。显而易见,区域化探异常是直接找矿标志,是有效的成矿预测参数。总之,地台区太古宙地体中Cu,Ni,Co含量变化规律是,基-超基性岩体中的平均含量大于中性岩,而中性岩中的平均含量大于地层中的,且基-超基性岩体中的Cu,Ni,Co的平均含量均高于区域背景值。

2 成矿时代

着眼于全球的多数岩浆硫化铜镍矿床的成矿时代,主要有26亿~28亿年的太古宙绿岩带型镍矿(如坎姆巴尔达(kambalda)、曼尼托巴(Manitoba)等)和以17亿~19亿年为主的基-超基性岩体型硫化铜镍矿床(如萨德贝里(Sudebury),贝辰加(Печенга)、布什维尔德(Busheveld)以及阿拉列琴(Аралечен)、蒙切高尔斯克(Мончегорск)等)。二者分别隶属于北美Kenoran与非洲Limpopo或欧洲卡列里构造热事件产物。其次是华力西晚期与燕山期成矿时期,如格陵兰斯凯尔加德(Skaergaad),亚洲力马河,红旗岭与诺林斯克(норилъск),非洲因西兹瓦(lnsizwa)等。

我省地台区完全可以同上述世界上镍矿成矿时代相对比(表1)。按王书丹等,和龙荏田、海龙范家堡与通化大荒沟等具镍矿化的岩体属太古巨旋回绿岩型镍矿化,不过,迄今尚未发现矿体。而赤柏松1号岩体含矿岩相由中国科学院地质研究所测得的同位素年龄数据为亿~亿年,显然是早元古代产物,它可代表赤柏松矿田主要成矿时代,其中包括新安、金斗及下排岩体在内,属五台运动产物。

四棚甸子矿化辉长岩侵入中生代地层,属燕山期,二道沟含镍苏长岩体年龄为亿年,是华力西期形成的。

此外,旺文川辉绿岩体,用钾氩稀释法测定的斜长石年龄数据为亿年,相当于9亿~<14亿年的河北大庙斜长-苏长岩体,即为承德热事件同期产物,可与北美Grenville事件对比[1],应当指出,该期岩体中尚不见矿化显示。除旺文川外,这期岩体在金斗、会全、台上,凉水等地均有所见,它们的年龄分别为亿年,亿年,亿年与亿年。

3 岩体大地构造位置

如果说世界上主要含镍基-超基性岩体或含镍区的产出规律是分布在稳定大陆块边缘活动带中(А.П.Лихачеб,1982)或分布在地台、地盾与其边缘活动带的衔接处,那么,我省地台区镍矿或含镍岩体亦不例外(图2)。即产在华北地台东端龙岗陆核南缘与元古代活动带相毗邻地区。

表 1 太古宙地体中基性-超基性岩体时代分期表

表中同位素年龄均系钾氩稀释法测定结果。

此外,亦有些矿化岩体(群)受槽台边界深大断裂的次一级断裂控制,如大荒沟、野猪沟,隐贤、大肚川等岩群。因其位居次要,不拟详述。

4成岩成矿物质来源及其特征

通过示踪硫、锶、氧同位素及REE等方面的研究确定,成岩成矿物质来源上地幔,并在矿石矿物组合、含量及分配情况研究的基础上,通过与地幔硫化物对比[2]得知,成矿物质并非地幔硫化物直接产物,而是经过熔融后与硅酸盐一道侵位、冷凝而形成的。本区铜-镍矿物的分配特点(图3)与苏联西伯利亚地台上的镍矿(Норильск)相似。

根据MacDonnald(1969)指数及Lrvlne(1971)AFM图解(图4)结合REE及同位素数据等资料,判断赤柏松矿田含镍岩浆为大陆型拉斑玄武岩系列岩浆。其物质成分的突出特点是SiO2含量变化在~之间,既有SiO2>44%的,也有SiO2<44%的[3],故为过渡型基性-超基性岩浆。(1979)[4]认为,铜镍矿化是此类过渡型岩浆的典型特征矿化。按照A.П.Лихачев(1982)根据MgO含量对含镍岩浆的分类,上述原始含矿岩浆属于MgO=8%~30%的中温含硫化物中等镁铁质岩浆,是含铜-镍矿床最佳的岩浆类型。近年来,国际上称其为科马提型岩浆[5],看来,科马提的内涵有了新的外延,有了广、狭二义之别。

图 2 世界主要硫化铜镍矿床大地构造位置

图 3 赤柏松Ⅰ号岩体各岩相硫化物组合分配图

5 岩体的空间分布规律

研究区不同的基性-超基性岩体破控制在不同的构造空间部位,表现出一定的规律性 ( 图 5) 。

如前所述,太古宙地体中的超基性岩体,诸如隐贤、野猪沟、大肚川、荏田、青头、官地等地的蛇纹岩体、滑石岩体等,一部分分布在绿岩带底部,一部分侵入到上部岩群中,它们均受太古宙控制,成为所谓的层控型岩体。

图 4 Mac Donnald 指教 ( AFM) 图解

太古宙晚期的阜平运动热事件造就的基性岩墙(脉)群(如大荒沟、靖宇、龙泉镇、兴参等岩体群),主要分布在龙岗陆核中的穹隆构造内,并且沿穹隆晚期冷缩张裂隙侵位。其原始分布成放射状,复经后期构造改造多变为北东向,但部分穹隆(赤柏松,野猪沟)尚保留有原始放射状构造的残迹。目前所见及的岩墙(脉)边部多已片理化,岩体的展布方向与围岩片麻理一致,部分岩体核部的原始火成结构尚依稀可见。

五台期基-超基性岩体分布于通化赤柏松一带,位于龙岗陆核南缘与元古代活动带相毗邻地带,显然受集安元古活动带控制。岩体侵位于赤柏松—下排一带太古代穹隆构造中的张裂隙内。穹隆核部的冷缩张裂隙,在多旋回构造运动作用下,形成了岩体侵位的良好空间,故产出了延长、延伸较大的赤柏松I号复式含镍基-超基性岩体。

中条期辉绿岩体分布于旺文川太古宙绿岩带中,岩体受北西向构造控制,斜切绿岩带地层,K-Ar稀释法同位素年龄为亿年,相当格林维尔期热事件产物。

华力西晚期—燕山期基-超基性岩体零星分布,见于桦甸老金厂、苇沙河一带。产在龙岗陆核北缘,受辉发河深大断裂次级构造控制。柳河凉水一带的基性岩体受北东向断裂控制,通化四棚甸子一带三源浦中生代断陷盆地中的辉长岩体,明显切割中生代地层,受继承中生代火山通道的构造控制,使岩体分布局限于断陷盆地的四周。

6 围岩

赤柏松矿田含矿岩体的直接围岩是斜长角闪片麻岩、混合岩化斜长片麻岩、磁铁石英岩等含SiO2,Al2O3,及CaO的岩石,含矿岩浆无论是对接触带上的围岩、抑或捕虏进入岩浆内部的围岩,均进行了程度不同的同化-混染作用,结果使SiO2,A12O3,与CaO等组分在岩浆中增加,促进中硫化物的熔离和成矿。

7 岩体类型

台区太古宙地体中的岩体分为变质超镁铁岩、辉绿-辉长辉绿岩与橄榄辉长苏长岩岩体3类,就目前所知,后者几乎是唯一的含矿岩体类型。

8 岩相

查明赤柏松矿田主要有5次岩浆侵入活动,分别形成了辉长辉绿岩、中色橄榄辉长苏长岩、暗色橄榄辉长苏长岩、细粒辉长苏长岩与辉长玢岩岩相,由它们构成单式与复式岩体。其中主要含矿岩相是暗色橄榄辉长苏长岩与细粒辉长苏长岩。中色橄榄辉长苏长岩仅有矿化显示,是含矿岩浆的指示岩相。基于上述,在赤柏松矿田有中色橄榄辉长苏长岩出现就可以进一步找矿,有暗色橄榄辉长苏长岩存在就可能找到矿。该岩浆偏超基性 ( MgO8% ~ 30% ) ,富含铁镁质成分,可以容纳较多的镍。因为据晶体场理论它含有较多的二价阳离子的八面体配位位置,而在过渡族元素中镍的八面体位置择位能 ( OSPE) 最高,故优先大量进入其中,此时 αS 高,可形成硫化物,何况其中的 FeO 通过反应:

图5 吉林省太古宙地体中基性、超基性岩区分布图

傅德彬地质学论文选集

可以增加岩浆中硫化物的溶解度。

9 复式岩体

与单式岩体比较,复式岩体含矿性好,特别是复式岩体中晚期侵入岩相的含矿性相对更好,如暗色橄榄辉长苏长岩、细粒辉长苏长岩等岩相。在赤柏松矿区它们镍平均品位分别为与,致密块状硫化物中Ni=,此类岩相在空间上多位于岩体底部与围岩的接触带中。矿化、尤其纯硫化物矿浆贯入阶段的矿化,常常波及到围岩中,如萨德贝里,金川、力马河、红旗岭等镍矿均有此规律。

10 岩浆混合作用

不同次岩浆侵入在一起,发生岩浆混合作用,构成隐蔽侵入接触关系。在混熔带上硫化物异常富集,形成富矿体,此规律日益引起中外人士的注目。

11 岩体产状

含矿岩体的产状并非等轴状大岩盆、岩盘、岩茎等,而是规模不大的单向延伸的岩墙或岩脉。

12 深渊液态不混熔作用

这一作用是赤柏松复式岩体成矿的前提。即晚期侵入或贯入的富镁铁质与铜镍硫化物的矿浆,是原始含镍熔浆在深渊中间岩浆库发生液态不混熔的产物。因其比重较大,在重力作用下往往沉淀在岩浆库底部,后期贯入成矿,此乃中外小岩体含大矿的根本原因所在。

13 岩化学规律

(1)SiO2含量。赤柏松矿田含镍岩体SiO2含量在41%~区间,其中以SiO2<44%者含矿性好。岩石化学类型主要是SiO2不饱和的与弱饱和的两类(按А.Н.Заварццкий,1953年)。

(2)MgO含量:当前MgO的含量(wt%)是衡量岩浆含镍性的重要准则,因为镍与MgO的含量有一定的函数关系。换言之,只有MgO在一定含量界限内才能形成镍矿,故国外出现不少按MgO划分含镍岩石类型及作为镍矿成矿预测准则的著作[6~8]。经过研究,MgO15%~30%都可能是含矿岩浆,其中22%~30%者含矿性最好,因为它已是矿浆。

(3)m/f与m/s比值:含矿岩相在2~6区间,主要集中在3~4之间。m/f变化在~之间。m/f与m/s之间为典型线性相关关系。

(4)含矿岩相的扎氏值:b,m,n,a/c的变化:b=~;m=~;n=~;a/c=~,这些扎氏数值特征均大于戴里相应岩石平均成分的数值特征。

14矿物化学

(1)含矿岩相均以含数量不等的斜长石为特征:斜长石牌号偏低,一般为中长石,很少是拉长石。这与岩相的基性度非常不协调,研究表明,这与岩浆混染、混合作用密切相关。

(2)橄榄石:多为贵橄榄石,少量为透铁橄榄石,其牌号Fo=62~81,以70~77居多数。Fo=75~81者,是岩体潜在含矿性的指示[9]。

(3)辉石:岩体存在着两个成分系列,即顽透辉石-普通辉石系列与透辉石—次透辉石系列的辉石。而且辉石有两个世代,一个是>1000℃结晶的,一个是<1000℃结晶的。含矿岩相中的斜方辉石En=65~80,非含矿的中色橄榄辉长苏长岩中斜方辉石En=55~92,显然后者中斜方辉石成分变化较大。另外,单斜辉石中CaSiO4含量偏高,一般Wo=36~44,Fs<10,En一般在50左右。

造岩矿物中有益元素Ni含量为:橄榄石中,斜方辉石中,单斜辉石斜长石中。

15 地球化学

赤柏松矿田中赤柏松I号、新安与金斗Ⅶ号含矿岩体主要岩相内Cu,Ni,Co,S,REE及87Sr/86Sr的平均含量列表2中。

表 2 赤柏松含矿田矿体中 Cu,Ni,Co,S 等平均含量表

由表2可知:3个含矿岩体各侵入岩相造矿元素的含量均随岩浆由早到晚演化不同阶段形成的岩相基性程度的增加而增加,并且是以一个数量级的级差的规律增加。其中钴相对稳定(变化幅度小),硫变化最大,铜与镍适中。此外,∑REE则随岩浆演化而渐次降低。

16 成矿作用

矿床的成矿作用以深成矿浆贯入为主,就地结晶熔离为次。成矿作用以多次、多阶段为特征,有越接近晚期矿石越富、铜量越增加的趋势。主要矿石矿物为磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿及针镍矿。成矿温度300~400℃。矿石中主要伴生有金、银等贵金属和铂族元素,且铜镍钴与硫、铂族元素同(Ni+Cu)均为正相关关系。

17矿体位置

富矿体在空间上主要分布于岩体底部和接触带的围岩中,其次是二岩相混合部位及构造裂隙内。

最后应当指出,成矿规律是成矿现象中同一的东西,是成矿预测的基础。大凡规律都是狭隘的、不完全的和近似的。因为,“只要科学在思维着,它的发展形式就是假说”。

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[7] Годлевский M H,Лихачев А П. Условия образования ц зволюция рудоносных ультраосновых магма,запвсесоюзмин обше,1981,( 6)[8] Годлевский М Г, Лихачев А П. Зкспериментальные и фпзико хпмические данные. О форировании медво-никелеаых месторождений. проблемы петрологни всвязи с сулбфидным медно-никелевым рудообразо ванием излнаука,1979

[9] 甘肃省地矿局第六地质队. 白家嘴子硫化铜镍矿床. 北京: 地质出版社,1984

Ore-Forming Regularity of the Copperand Nickel Sulphide Deposits in theArchean Terrain in Jilin Province

Abstract

Through further research,the distributional regularity of copper-nickel sulphide deposits of theArchean terrain on time,space and material components are summarized. The following severial as-pects described,i. e. ①source for diagenetic material sources,②mineralizing process,③the char-acteristics of geochemistry,lithochemistry mineralogy as well as the different ore-control factors.

Key words Jilin province Archean terrain Copper-nickel deposit Metallogenic reqularity

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