李 新，李香資，權(quán)知心，岑朝正，彭志陽，白 龍

(1.烏蘭察布市地質(zhì)勘查項(xiàng)目管理中心，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000；2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450000)

0 引言

稀散金屬元素Cd、Ga等因其獨(dú)特的性能，廣泛應(yīng)用于當(dāng)代高科技新材料中，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)、國防安全及科技發(fā)展具有重要的意義，越來越受當(dāng)代科學(xué)界的重視，并被發(fā)達(dá)國家和經(jīng)濟(jì)體列為關(guān)鍵性礦產(chǎn)資源之一。研究表明，通常情況下稀散金屬很難獨(dú)立成礦，在特定的地質(zhì)-地球化學(xué)條件下也可出現(xiàn)超常富集的大型礦床，但大多數(shù)分散元素多以類質(zhì)同象、機(jī)械混入及吸附等方式賦存于閃鋅礦等其他載體礦物中[1-3]，其中鉛鋅礦或富錫鉛鋅礦中的閃鋅礦是稀散元素中 Ga、Cd 等元素的主要載體礦物[4]。稀散元素作為金屬硫化物礦床的伴生礦產(chǎn)，往往缺乏綜合勘查和綜合研究，目前國內(nèi)外對(duì)稀散元素賦存狀態(tài)和富集規(guī)律的研究還較少，如Ga、Cd 的富集與鉛鋅礦類型之間的關(guān)系尚不明缺，在綜合回收利用方面也不夠重視，造成資源的極大浪費(fèi)。其次分散元素如Cd等毒性強(qiáng)，易對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。故加強(qiáng)礦床中伴生分散元素的富集規(guī)律研究具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及社會(huì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)意義。

內(nèi)蒙古索家溝銀鉛鋅礦床是近年來在內(nèi)蒙古中部玄武巖覆蓋區(qū)發(fā)現(xiàn)的隱伏大型礦床，當(dāng)前普查階段共估算銀金屬量1400 t，鉛+鋅金屬量28萬噸，且該礦床尚有較大的深部找礦前景。其銀鉛鋅礦石中含Cd、Ga等分散元素，其中w(Cd)=(1～1048)×10-6、w(Ga)=(6～32)×10-6，達(dá)到了銀鉛鋅礦床伴生綜合利用指標(biāo)。故本次通過對(duì)Cd、Ga含量與主成礦元素Ag、Pb、Zn含量進(jìn)行相關(guān)性分析及縱向不同高程含量對(duì)比，擬對(duì)索家溝礦床中伴生的Cd、Ga等稀散金屬元素分布規(guī)律進(jìn)行研究，為今后礦產(chǎn)資源綜合開發(fā)利用提供依據(jù)，提高礦床綜合經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)具有建設(shè)性意義，同時(shí)對(duì)豐富區(qū)域成礦學(xué)和金屬礦床研究內(nèi)容具有重要意義。

1 地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

索家溝隱伏銀鉛鋅礦床大地構(gòu)造位置位于華北陸塊北緣陰山隆起東部，臨河—集寧—尚義EW向深大斷裂以南，大同—尚義NW向斷裂以西，開花山—隆盛莊—曹四夭NE向區(qū)域性斷裂與永善莊斷陷交匯部位。區(qū)域上太古宙—古元古代克拉通結(jié)晶基底發(fā)育，新生代沉積蓋層、玄武巖分布面積較廣，中生代中酸性火山-侵入巖較發(fā)育，不同方向構(gòu)造-巖漿活化斷裂帶交匯部位成礦最有利，形成了豐富的礦產(chǎn)資源(圖1)，已發(fā)現(xiàn)曹四夭超大型斑巖型鉬礦[5-6]、大蘇計(jì)大型斑巖型鉬礦[7-8]、李清地大型鉛鋅銀礦[9]、九龍灣中型銀礦[10]、開花山中型銀多金屬礦[11]、豆角山小型鉛鋅礦[12]等。

1.2 礦床地質(zhì)特征

索家溝礦床隱伏于新生界蓋層之下，地表為新近系中新統(tǒng)漢諾壩組(N1h)玄武巖、上新統(tǒng)寶格達(dá)烏拉組(N2b)砂質(zhì)泥巖；礦床西北出露晚侏羅世石英正長巖(J3ξο)，在鉆孔深部見早白堊世細(xì)?；◢弾r(K1γ)、花崗細(xì)晶巖(K1γl)、花崗斑巖(K1γπ)等；因新生代地層覆蓋嚴(yán)重，地表斷裂構(gòu)造不出露(圖2)。通過鉆孔控制，礦體主要賦存于新生界覆蓋層下集寧巖群—太古界黃土嘴巖組(Ar2ht)黑云斜長(二長)片麻巖及斜長淺粒巖中的構(gòu)造破碎帶及破碎帶兩側(cè)強(qiáng)蝕變圍巖中，整體上受NW向天寶屯—紅土窯隱伏斷裂F7控制。

礦體呈雁行式排列分布于黃土嘴巖組破碎蝕變帶內(nèi)(圖3)，總體走向NW280°～300°，傾向NE10°～30°，礦體長100～1100 m，斜深100～600 m，埋深47～704 m，賦礦高程722～1365 m；厚度為1.02～6.72 m；平均品位：銀232.99×10-6、鉛1.57%、鋅3.13%。礦石結(jié)構(gòu)主要有半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)、自形粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、固熔體分離結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造多為塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、細(xì)脈狀構(gòu)造、細(xì)脈—網(wǎng)脈浸染狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造等。

礦石類型以輝銀礦、閃鋅礦、方鉛礦共生的硫化礦石為主，淺部為氧化礦石，兩者之間有少量混合礦石。礦石礦物主要有輝銀礦、硫銻銀礦、硫砷銀礦、方鉛礦、閃鋅礦，其次為黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、白鐵礦、褐鐵礦等。脈石礦物主要有長石、石英、黑云母及次生碳酸鹽、次生微粒狀石英、綠泥石等。

圍巖蝕變以硅化、絹云母化(兩者疊加成絹英巖化)、高嶺土化、綠泥石化及碳酸鹽化為主，次為綠簾石化等。礦床成因?qū)倥c燕山期酸性火山-侵入活動(dòng)有關(guān)的中低溫?zé)嵋好}狀充填型礦床[13-15]，礦床深部鉆孔ZK083已揭露有早白堊世酸性巖體，且?guī)r體附近礦化帶厚達(dá)70 m。

2 稀散金屬鎘鎵富集特征

2.1 賦存狀態(tài)分析

索家溝礦床中伴生的鎘、鎵等稀散金屬元素相對(duì)富集，采用 Optam2100 DV 型等離子發(fā)射光譜儀和 XSERIES2 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀對(duì)157件樣品進(jìn)行了分析，w(Cd)=(1～1048)×10-6，w(Ga)=(6～32)×10-6，其中Cd高于綜合利用指標(biāo) (≥50×10-6)的樣品70件，最大值為1048×10-6，平均值為231×10-6；Ga高于綜合利用指標(biāo) (≥10×10-6) 的樣品118件，最大值為32×10-6，平均值為19×10-6。

將Cd、Ga含量與主成礦元素Ag、Pb、Zn含量進(jìn)行相關(guān)性分析，由圖4可見，其中Ga與Ag、Pb相關(guān)性不高，整體上略顯負(fù)相關(guān)的特征；Ga與Zn的相關(guān)活躍性要高于Pb、Ag，總體上略顯正相關(guān)的趨勢(shì)，即表現(xiàn)出Ga與Zn更易于伴生的特點(diǎn)。Cd與Ag、Pb均無明顯相關(guān)規(guī)律可循，而Cd與Zn表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)性，即Cd與Zn表現(xiàn)出強(qiáng)烈的伴生關(guān)系。綜上可見,區(qū)內(nèi)礦石中Zn與Cd、Ga具有較好的共生關(guān)系，而區(qū)內(nèi)礦石類型中鋅主要以閃鋅礦的形式存在，推測(cè)區(qū)內(nèi)閃鋅礦是Cd、Ga的主要富存載體。

區(qū)內(nèi)閃鋅礦直觀上可分為淺色、深色兩類，淺色(淺黃、褐、棕色)閃鋅礦多呈半自形晶集合體，粒徑較大，常與半自形粗粒方鉛礦共生，且方鉛礦多呈連續(xù)島狀包裹在閃鋅礦內(nèi)；深色(褐黑、棕黑色)閃鋅礦呈細(xì)脈狀、斷續(xù)脈狀分布，常被方鉛礦交代，兩者界線平直，少數(shù)呈港灣狀，島嶼狀(圖5)。結(jié)合國內(nèi)多數(shù)礦床的研究成果表明，Cd、Ga在淺色閃鋅礦中富集程度要明顯高于深色鉛鋅礦[17-19]，整體上區(qū)內(nèi)以淺色閃鋅礦為主，故索家溝礦床表現(xiàn)出較好的富Cd、Ga稀散金屬的特點(diǎn)。

2.2 鎘鎵富集規(guī)律

以礦體劃分為基礎(chǔ)，礦床自上而下按20 m高程間距對(duì)Ag、Pb、Zn、Cd、Ga含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì) (表1)，可見區(qū)內(nèi)礦石表現(xiàn)為由上部銀-鉛-鋅礦石、中部鉛-銀-鋅礦石向下部鋅(鉛銀)礦石的過度轉(zhuǎn)變，即深部鋅相對(duì)更加富集，同時(shí)鋅含量高時(shí)，鎘含量正相關(guān)性也較為突出。以Cd/Zn和Ga/Zn兩個(gè)比值來對(duì)鎘、鎵富集規(guī)律進(jìn)行研究，其相關(guān)關(guān)系詳見圖6，Cd和Zn含量比值在1120 m往上跳躍性較高，推測(cè)與礦床上部氧化有關(guān)，1120 m往下硫化物中的Cd和Zn含量比值相對(duì)穩(wěn)定；同樣Ga和Zn含量比值也表現(xiàn)出上部不穩(wěn)定，中下部1200～800 m相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，局部也表現(xiàn)出一定的跳躍性，說明Ga在類質(zhì)同象置換Zn時(shí)的活躍程度更高?？傮w上礦床中稀散金屬Cd、Ga分布相對(duì)均勻，尤其在深部硫化礦中，呈現(xiàn)穩(wěn)定富集的特征。

3 勘查應(yīng)用與科學(xué)研究指示意義

目前索家溝礦床普查階段初步估算伴生資源量Cd 1298 t、Ga 104.6 t，且經(jīng)前述研究顯示礦床越往深部，鎘、鎵稀散金屬越加穩(wěn)定富集的特征，預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)稀散金屬鎘、鎵資源潛力較大。另外在礦床深部M29號(hào)礦體中In綜合含量也達(dá)綜合利用指標(biāo) (≥10×10-6) 要求，其平均值為13×10-6，顯示出礦床深部具有富含其他稀散金屬元素的前景。

周邊已知礦床九龍灣銀礦、豆角山鉛鋅礦、開花山銀多金屬礦等，包括著名的李清地鉛鋅礦均未對(duì)Cd、Ga等稀散金屬元素進(jìn)行深入研究。對(duì)比李清地鉛鋅礦，索家溝礦床成因及礦石類型與其較為類似，其在礦石成分研究方面缺乏對(duì)稀散金屬元素的重視，在礦產(chǎn)回收方面也主要針對(duì)Pb、Zn、Au、Ag、S進(jìn)行了回收，本次研究有助于在索家溝礦床開發(fā)過程中對(duì)伴生Cd、Ga等稀散金屬元素的回收引起重視，提高礦產(chǎn)資源綜合利用率及經(jīng)濟(jì)價(jià)值，如在進(jìn)行還原浸酸法破壞載體礦物晶格提煉吸附態(tài)銀與類質(zhì)同象銀[20]的同時(shí)回收類似賦存狀態(tài)下的Cd、Ga等稀散金屬。同時(shí)對(duì)Cd、Ga等元素的回收利用也極大地減少了污染危害，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

經(jīng)研究，索家溝礦床中Cd、Ga富集分布相對(duì)均勻，尤其在深部硫化礦中，而稀散金屬元素因其特殊性，不同的元素比值具有特殊的指示意義，如有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)Zn/Cd比值可作為熱液礦床形成的溫度及其物理化學(xué)條件標(biāo)志[21-22]，Zn/Cd比值>500時(shí)，指示高溫條件；Zn/Cd比值在250左右時(shí)，指示中溫條件；Zn/Cd比值<100時(shí)，指示低溫條件。索家溝礦床Zn/Cd比值在99～278之間，表示該礦床屬中低溫礦床，與前述礦床成因研究結(jié)論一致，故研究礦床稀散金屬富集規(guī)律有助于分析礦床成因及區(qū)域成礦地質(zhì)條件。

4 結(jié)論

1)通過研究，索家溝銀鉛鋅礦床礦石中Zn與Cd、Ga具有較好的共生關(guān)系，而區(qū)內(nèi)礦石類型中鋅主要以閃鋅礦的形式存在，推測(cè)區(qū)內(nèi)閃鋅礦是Cd、Ga的主要賦存載體。

2)索家溝礦床中Cd、Ga富集分布相對(duì)均勻，尤其在1120 m高程往下深部硫化礦中。Zn/Cd比值在99～278之間，指示該礦床屬中低溫?zé)嵋旱V床，有助于礦床成因的研究。

3)稀散金屬元素具有極高的經(jīng)濟(jì)與科技價(jià)值，區(qū)域上多處類似礦床包括李清地鉛鋅礦均尚未對(duì)稀散金屬進(jìn)行研究及回收利用，本次對(duì)索家溝礦床中稀散金屬Cd、Ga的富集研究，為周邊類似礦床提供了參考，有助于提高礦產(chǎn)資源綜合利用價(jià)值。在加強(qiáng)對(duì)Cd、Ga等的回收利用的同時(shí)也減少了對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染危害。