林元鑫

（福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院，福州350108）

0 引言

福建紫金山銅金礦是我國(guó)第一大金礦，并創(chuàng)下了我國(guó)金礦六大指標(biāo)之最：采選規(guī)模最大、黃金產(chǎn)量最大、金礦儲(chǔ)量最大、礦石入選品位最低、單位礦石成本最低和經(jīng)濟(jì)效益最好。銅礦也達(dá)到了特大型，約200×104t，并正在興建年產(chǎn)20×104t的銅冶煉廠。該礦床是典型的高硫化型淺成低溫?zé)嵋旱V床，發(fā)育有厚大的熱液蝕變帶，多孔狀石英和高級(jí)泥化蝕變帶等標(biāo)志性特征。更值得關(guān)注的是以藍(lán)輝銅礦為主要銅礦石的銅礦帶從海拔＋928～－400m，鉆探工程還沒(méi)有打穿該礦體。如此巨厚的藍(lán)輝銅礦帶在世界上是罕見(jiàn)的。對(duì)于紫金山藍(lán)輝銅礦是次生還是熱液成因［1－2］，至今還沒(méi)有得到一致的認(rèn)識(shí)。本文通過(guò)對(duì)藍(lán)輝銅礦及其他銅硫化物進(jìn)行礦相顯微鏡觀察，試圖總結(jié)其生成順序及分布特征，以期對(duì)進(jìn)一步探究其成因有所幫助。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

紫金山銅金礦田地處閩西南拗陷之西南，NE向宣和復(fù)背斜與云霄—上杭NW向深斷裂帶交匯部位，上杭白堊紀(jì)火山－沉積盆地東北緣［3］。自晚侏羅世開(kāi)始，礦田內(nèi)經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造作用、巖漿活動(dòng)及其熱液蝕變，致使紫金山礦田形成多期次的成礦作用，它們相互疊加、富集以及空間上側(cè)向排列的特點(diǎn)，構(gòu)成“構(gòu)造的構(gòu)造”、“體中體”、“蝕變的蝕變”、“礦化的礦化”等特征的復(fù)雜多樣構(gòu)造－流體－成礦系統(tǒng)［4］。

2 紫金山銅礦地質(zhì)特征

礦床位于燕山早期紫金山復(fù)式花崗巖體中部，NE向斷裂與NW向斷裂交匯部位，受紫金山火山機(jī)構(gòu)控制，與燕山晚期的次火山－英安玢巖關(guān)系密切。600多米標(biāo)高潛水面以上的氧化帶為金礦體， 與強(qiáng)硅化密切相關(guān)；氧化帶以下的還原帶以下為銅礦體，與強(qiáng)烈的明礬石化關(guān)系密切，形成“上金下銅”的礦化模式［5］。

2．1 紫金山銅礦體地質(zhì)特征

銅礦體總長(zhǎng)1 500m，寬1 600m，面積2．4 km2。標(biāo)高從＋928～－400m，垂直深度1 328m。走向320°，傾向NE向。整個(gè)礦體呈“疊瓦狀”斜列，側(cè)伏角15°～35°。賦礦巖石主要為中細(xì)?；◢弾r，占80%，也有些賦存于隱爆角礫巖和英安玢巖中。主要銅礦物為藍(lán)輝銅礦、硫砷銅礦和銅藍(lán)。

2．2 銅礦石特征

礦石結(jié)構(gòu)繁多，主要有他形－半自形晶粒狀結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)（圖1a）、固溶體分離結(jié)構(gòu)（圖1b）、交代殘余結(jié)構(gòu)（圖1c）、交代環(huán)圈結(jié)構(gòu)（圖1d，圖1e）等，是典型的熱液交代金屬硫化物礦石結(jié)構(gòu)特征。

礦石構(gòu)造主要為脈狀、網(wǎng)脈狀、細(xì)脈浸染狀構(gòu)造，其次有角礫狀構(gòu)造、斑點(diǎn)－斑雜狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造等，是典型的氣－水熱液礦石構(gòu)造。

礦石的金屬礦物以硫化物為主。金屬硫化物除黃鐵礦外，主要為銅的硫化物：藍(lán)輝銅礦、銅藍(lán)、硫砷銅礦，其次為黝銅礦、輝銅礦、斑銅礦等，其他銅金屬硫化物極少。

藍(lán)輝銅礦為致密塊狀，含量約占75%，其交代早期脈石礦物、黃鐵礦、硫砷銅礦等礦物。部分銅藍(lán)呈葉片狀形態(tài)，主要粒級(jí)為0．01～0．5mm，由藍(lán)輝銅礦岀溶形成，與藍(lán)輝銅礦同時(shí)生成，含量約占3%；部分銅藍(lán)則呈片狀交代藍(lán)輝銅礦，晚于藍(lán)輝銅礦生成，含量約占5%。其他礦物含量少。礦物生成順序：脈石礦物→黃鐵礦→硫砷銅礦→藍(lán)輝銅礦→銅藍(lán)。

3 銅硫化物微結(jié)構(gòu)及成分

3．1 Cu－S體系

由于這些礦物種之間成分相差不大，在外貌上又很相似，因而相互之間的鑒別是比較困難的。不過(guò)由于Cu＋和Cu2＋的含量不同，對(duì)于端元和接近端元的礦物也有一定的鑒別規(guī)律：Cu2＋呈藍(lán)色，Cu＋呈灰紫色，因而從輝銅礦到銅藍(lán)隨著Cu2＋含量的增加，藍(lán)色色調(diào)越發(fā)濃重。輝銅礦為灰白色微帶淺藍(lán)色，藍(lán)輝銅礦為淺灰藍(lán)色，銅藍(lán)為淺藍(lán)－深藍(lán)色，系列中的其他礦物也均帶藍(lán)色色調(diào)。

3．2 紫金山Cu－S體系特征

目前，紫金山的銅硫化物已經(jīng)鑒定出的有Cu－S體系中的銅藍(lán)、輝銅礦、藍(lán)輝銅礦、斜方藍(lán)輝銅礦［6］，其他的銅硫化物有硫砷銅礦、塊硫砷銅礦（呂宋礦，luzonite）、黝銅礦、砷黝銅礦、斑銅礦、藍(lán)銅礦、孔雀石等。還有一些未知礦物需要進(jìn)一步研究。

3．2．1 銅硫化物生成順序

紫金山銅礦物光片在反光顯微鏡下可見(jiàn)：

（1）硫砷銅礦交代黃鐵礦成孤島狀，藍(lán)輝銅礦、銅藍(lán)交代硫砷銅礦，部分銅藍(lán)又交代藍(lán)輝銅礦，形成以黃鐵礦為中心的交代環(huán)圈結(jié)構(gòu)（圖1e：黃鐵礦→硫砷銅礦→藍(lán)輝銅礦→銅藍(lán)）。

（2）黃銅礦出溶于斑銅礦，斑銅礦又被藍(lán)輝銅礦浸蝕交代（圖1f：黃銅礦、斑銅礦→藍(lán)輝銅礦）。

（3）硫砷銅礦充填在黃鐵礦裂隙當(dāng)中；斑銅礦呈環(huán)狀交代黃鐵礦和沿邊沿交代硫砷銅礦；輝銅礦出溶于斑銅礦（圖1g：黃鐵礦→硫砷銅礦→斑銅礦，輝銅礦）。

通過(guò)大量的光片觀察，可以得出紫金山銅礦石金屬硫化物的先后生成順序總體上為：黃鐵礦→硫砷銅礦、塊硫砷銅礦→黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦→藍(lán)輝銅礦→銅藍(lán)。

對(duì)于上述從顯微鏡下觀察的結(jié)果，需要做幾點(diǎn)補(bǔ)充說(shuō)明：

（1）藍(lán)輝銅礦和硫砷銅礦的關(guān)系：可見(jiàn)藍(lán)輝銅礦包含（圖1a）和交代（圖1d）硫砷銅礦，也可見(jiàn)硫砷銅礦交代藍(lán)輝銅礦（圖1h）。

（2）藍(lán)輝銅礦和銅藍(lán)的關(guān)系：很多紫金山銅礦石光片中都能見(jiàn)到銅藍(lán)葉片出溶于藍(lán)輝銅礦（圖1a：藍(lán)輝銅礦和銅藍(lán)同時(shí)生成）和銅藍(lán)沿邊沿交代藍(lán)輝銅礦，但在藍(lán)輝銅礦中心也可見(jiàn)自形的銅藍(lán)被藍(lán)輝銅礦所包含或交代（圖1a）。

圖1 紫金山銅礦銅礦物光片顯微照片F(xiàn)ig．1 Microscopic photo of Cu mineral from Zijinshan Cu deposit

（3）硫砷銅礦與銅藍(lán)的關(guān)系。常見(jiàn)銅藍(lán)交代硫砷銅礦（圖1e），少見(jiàn)硫砷銅礦交代銅藍(lán)（圖1d）。

（4）對(duì)于以上個(gè)例，進(jìn)一步研究還需要結(jié)合光片的采集位置及周邊地質(zhì)環(huán)境。這些情況有可能只是形成于局部比較特別的環(huán)境中。

3．2．2 銅硫化物礦化亞階段

根據(jù)金屬硫化物的生成順序和物化條件，特別是氧逸度、硫逸度和溫度，可以將紫金山硫化物分成2個(gè)成礦階段［7］：

Ⅰ：黃鐵礦－硫砷銅礦亞階段（包括黃銅礦和斑銅礦），可見(jiàn)五角十二面體黃鐵礦，說(shuō)明形成于比較深的地方；也可見(jiàn)斑銅礦中有黃銅礦出溶，說(shuō)明形成溫度較高，約400℃（圖1f）。以上觀察結(jié)果均與王少懷［8］對(duì)蝕變帶包裹體的研究結(jié)果吻合，即早期流體具有深源性和高溫性。

Ⅱ：藍(lán)輝銅礦－銅藍(lán)亞階段，形成溫度較低，銅藍(lán)多數(shù)屬于次生。反映了流體的氧逸度和硫逸度在逐漸升高，溫度從高溫向低溫演化。出現(xiàn)的黃鐵礦－斑銅礦和藍(lán)輝銅礦－銅藍(lán)組成的環(huán)帶，可能只是成礦過(guò)程中某個(gè)階段快速冷卻的條件［9］。

3．2．3 紫金山藍(lán)輝銅礦分布特征

靠近紫金山東南火山機(jī)構(gòu)的藍(lán)輝銅礦樣品，平均Cu∶S 原子數(shù)比值為1．804（Cu1．804S），非常接近標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)輝銅礦分子；而遠(yuǎn)離火山機(jī)構(gòu)的樣品，平均Cu∶S 原子數(shù)比值為1．690（Cu1．690S），接近斜方藍(lán)輝銅礦的成分［10］。這可能與形成的溫度有關(guān)系。

隨著取樣點(diǎn)高程的降低，Cu∶S原子數(shù)比值反而降低；暗示隨著深度的增加，銅硫化合物形成氧逸度反而升高。

4 討論

對(duì)于紫金山藍(lán)輝銅礦的成因，阮詩(shī)昆等［1］認(rèn)為紫金山藍(lán)輝銅礦是次生成因，其形成過(guò)程為：①早期的熱液攜帶大量鐵、銅、硫、砷等礦化物質(zhì)，沿節(jié)理裂隙帶充填沉淀，形成黃鐵礦與較自形的銅礦物（主要是硫砷銅礦及少量的塊硫砷銅礦和黝銅礦類）礦物組合；②晚期的地面抬升且經(jīng)剝蝕，礦石在近地表處氧化，其中的硫被氧化成硫酸根；原生銅礦在氧化帶和次生富集帶形成輝銅礦、藍(lán)輝銅礦、銅藍(lán)等，酸性溶液對(duì)圍巖滲濾交代，形成地開(kāi)石化、明礬石化、銅礦化等蝕變礦化組合。

而邱小平等［2］提出2個(gè)論據(jù)來(lái)證明紫金山藍(lán)輝銅礦是原生的：①在通常情況下，藍(lán)輝銅礦－銅藍(lán)－硫砷銅礦－明礬石礦物組合的銅礦石屬于氧化－次生富集帶的產(chǎn)物，但紫金山垂直厚度超過(guò)1 000m的高硫化銅礦體，礦石呈脈狀、浸染狀或塊狀構(gòu)造，顯然不符合傳統(tǒng)意義上的氧化次生富集帶礦床特征，而屬于在強(qiáng)酸性、高氧逸度環(huán)境下形成的典型的高硫化淺成低溫?zé)嵋旱V床；②從銅硫（砷）化物礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征判斷，銅硫（砷）化物的形成晚于黃鐵礦，但不符合傳統(tǒng)意義上的表生氧化淋濾次生富集帶礦床特征，而屬于典型的高硫化淺成低溫?zé)嵋旱V床。

從礦相學(xué)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和反光顯微鏡看到的現(xiàn)象雖然比較支持藍(lán)輝銅礦的熱液成因觀點(diǎn)，但是單一的礦相學(xué)研究似乎沒(méi)有太大的說(shuō)服力，還需要通過(guò)各種先進(jìn)的技術(shù)分析手段來(lái)作進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

紫金山藍(lán)輝銅礦成因的探討具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值，不僅對(duì)紫金山礦集區(qū)“攻深找盲”具有現(xiàn)實(shí)意義，而且對(duì)區(qū)域資源潛力評(píng)價(jià)具有極大的示范作用，但同時(shí)又是一個(gè)很難攻克的難題。因此，除了靠不同礦床特征的區(qū)別和成礦模型的分析，關(guān)鍵還要靠精密的儀器、先進(jìn)的技術(shù)和縝密的研究思路。

對(duì)于研究思路，可以詳細(xì)編錄鉆孔巖心，鉆孔要從靠近火山機(jī)構(gòu)到遠(yuǎn)離火山機(jī)構(gòu)分布。建立從氧化帶→次生富集帶→還原帶的精細(xì)柱狀剖面圖，精細(xì)描述藍(lán)輝銅礦及其他銅硫化物的垂直與水平分帶特征。還應(yīng)該結(jié)合電子探針、X射線粉末衍射、同位素測(cè)年（對(duì)比氧化開(kāi)始的年齡與藍(lán)輝銅礦形成的年齡）、流體包裹體分析等手段，達(dá)到多項(xiàng)結(jié)果的耦合，才有說(shuō)服力。

致謝：在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，紫金礦業(yè)集團(tuán)礦冶院和博物館分別提供了光片和礦石，王翠芝博士為礦相學(xué)研究提出寶貴的意見(jiàn)，在此一并感謝。

［1］阮詩(shī)昆，張定才，龔建生．紫金山金礦露采銅礦石賦存形態(tài)及成因初探［J］．資源環(huán)境與工程，2009，23（2）：100－103．

［2］邱小平，藍(lán)岳彰，劉羽．紫金山銅金礦床深部成礦作用研究和找礦前景評(píng)價(jià)的關(guān)鍵［J］．地球化學(xué)，2010，31（2）：209－215．

［3］馮宗幟．福建中生代火山作用與構(gòu)造環(huán)境［J］．中國(guó)區(qū)域地質(zhì)，1993，15（4）：131－316．

［4］王少懷，裴榮富，曾憲輝，等．再論紫金山礦田成礦系列與成礦模式［J］．地質(zhì)學(xué)報(bào)，2009，83（2）：145－157．

［5］陳景河．紫金山銅金礦床成礦模式［J］．黃金，1999，20（7）：6－11．

［6］薛紀(jì)越，孫濤，張文蘭，等．斜方藍(lán)輝銅礦在我國(guó)的發(fā)現(xiàn)及其微結(jié)構(gòu)［J］．礦物學(xué)報(bào)，2000，20（1）：9－12．

［7］黃仁生．福建紫金山銅金礦區(qū)成礦物理化學(xué)條件的研究［J］．福建地質(zhì)，1994，13（3）：159－173．

［8］王少懷．初論紫金山銅金礦床超臨界成礦流體系統(tǒng)［J］．地質(zhì)找礦論叢，2006，21（增刊）：5－9．

［9］薛紀(jì)越，孫濤，張文蘭，等．江西東鄉(xiāng)銅礦中含銅硫化物的幾種微結(jié)構(gòu)及其地質(zhì)意義［J］．高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，2000，6（2）：149－155．

［10］張德全，李大新，趙一鳴，等．紫金山銅金礦床蝕變和礦化分帶［M］．北京：地質(zhì)出版社，1992：1－77．