滇東北火德紅鉛鋅礦床鉈超常富集的發(fā)現(xiàn)及其意義

周家喜, 楊智謀, 肖 嵩, 安蕓林, 羅 開

滇東北火德紅鉛鋅礦床鉈超常富集的發(fā)現(xiàn)及其意義

周家喜1, 2, 楊智謀1, 肖 嵩1, 安蕓林1, 羅 開1, 2

(1.云南大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 云南 昆明 650500; 2.云南省高校關(guān)鍵礦產(chǎn)成礦學(xué)重點實驗室, 云南 昆明 650500)

稀散元素也稱分散元素, 是指在地殼中豐度很低(多為10?9級)、且在巖石中極為分散的元素, 包括鎘(Cd)、鍺(Ge)、鎵(Ga)、銦(In)、鉈(Tl)、硒(Se)、碲(Te)和錸(Re)等八種元素(涂光熾等, 2003)。鉈(Tl)是一種典型稀散元素, 也是一種劇毒元素。鉈的地殼豐度為0.45×10?6(溫漢捷等, 2020), 主要以“稀”、“伴”、“細”特征共伴生于其他礦床中(陳駿, 2019; 溫漢捷等, 2019; 翟明國等, 2019; 侯增謙等, 2020; 胡瑞忠等, 2020)。

鉈獨立形成礦床的實例很少見, 目前我國報道的僅有云南南華砷鉈礦床(張興茂, 1998)、貴州濫木廠汞鉈礦床(張忠等, 1999)和安徽香泉鉈礦床(范裕, 2005)。一直以來, 鉈主要以共伴生組分從銅礦床和鉛鋅硫化物中作為綜合利用對象而被回收(涂光熾等, 2003; 溫漢捷等, 2020)。盡管鉈的毒性使其工業(yè)應(yīng)用越來越受到限制, 但是鉈在光導(dǎo)纖維、輻射閃爍器、輻射屏蔽材料、光電透位、催化劑和超導(dǎo)材料等方面具有不可替代性(溫漢捷等, 2020), 屬于有毒但稀缺的戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源。

西南地區(qū)是我國低溫?zé)嵋旱V床最集中發(fā)育的區(qū)域, 是華南大面積低溫成礦域的重要組成部分(黃智龍等, 2011; 胡瑞忠等, 2016), 也是我國主要的稀散金屬資源基地, 如云南的鉈儲量占全國鉈總儲量的94%(陶琰等, 2019)。除南華砷鉈礦床(張興茂, 1998)和濫木廠汞鉈礦床(張忠等, 1999)外, 西南地區(qū)的鉈主要伴生在以沉積巖為容礦圍巖的鉛鋅礦床中, 其中金頂?shù)V床是目前最大的鉈礦床, 已知鉈儲量為9702 t(陶琰等, 2019)。對金頂鉛鋅礦床各類礦石(姜凱等, 2014)及黃鐵礦和白鐵礦(Wang et al., 2017)中Tl成礦規(guī)律的研究表明, 該礦床礦石中Tl的平均含量為(7.00~139)× 10?6, 黃鐵礦中Tl含量為(36.0~3660)×10?6, 而白鐵礦中Tl含量為(18.0~101)×10?6(Wang et al., 2017)。

最近, 筆者在研究滇東北火德紅鉛鋅礦床時, 發(fā)現(xiàn)該礦床硫化物礦石中Tl的含量為(19.0~98.9)× 10?6, 平均56.3×10?6, 黃鐵礦中Tl含量為(31.5~479)× 10?6, 而白鐵礦中Tl含量為(711~1410)×10?6, 顯著高于Tl的地殼豐度(0.45×10?6)和滇東北地區(qū)其他鉛鋅礦床中Tl的含量(如富樂鉛鋅礦床Tl相對最富集, 黃鐵礦Tl含量為(0.12~87.5)×10?6, 李珍立等, 2019)。硫化物礦石中Tl的富集程度相對地殼豐度超出200倍, 而白鐵礦中Tl的富集程度則超出3000倍。無論是硫化物礦石還是硫化物中Tl的富集程度, 均與金頂?shù)V床Tl的富集程度在一個數(shù)量級上。這是繼云南大學(xué)周家喜研究員團隊發(fā)現(xiàn)鍺(楊德智等, 2020; 周家喜等, 2020a, 2020b)和硒(周家喜等2020c, 2021)超常富集(相對地殼豐度高達1000倍)以來的又一稀散元素超常富集重要發(fā)現(xiàn)。

根據(jù)Tl的一般工業(yè)指標, 鉛鋅礦石中Tl含量達到0.001%~0.01%, 即(10~100)×10?6, 白鐵礦和黃鐵礦中Tl含量達到0.1%~0.2%, 即(1000~2000)×10?6, 就達到了Tl的工業(yè)品位和綜合利用要求。因此, 火德紅鉛鋅礦床中的Tl達到了工業(yè)利用要求。

火德紅硫化物礦床賦存于中泥盆統(tǒng)曲靖組沉積巖中(圖1), 曲靖組主要由粗晶白云巖、泥質(zhì)白云巖、泥巖夾碳質(zhì)頁巖組成, 在礦區(qū)可分為三段: 下段為泥質(zhì)白云巖、泥巖; 中段為砂質(zhì)泥巖; 上段為粗晶白云巖、泥巖夾碳質(zhì)頁巖。硫化物的直接賦礦圍巖為白云巖?；鸬录t硫化物礦床的礦石礦物主要有黃鐵礦、白鐵礦、閃鋅礦和方鉛礦等, 脈石礦物主要有白云石、方解石、石英等。目前, 火德紅硫化物礦床累計探明硫化物礦石量超過400萬t, 估算Tl資源量為225 t, 達到了中型共伴生Tl礦床規(guī)模(100~500 t), 遠景有望達到大型?超大型共伴生Tl礦床規(guī)模(>500 t)。

滇東北地區(qū)是我國重要的鉛鋅和稀散元素資源基地之一, 以往報道過本區(qū)鉛鋅礦床中鍺、鎘和鎵等稀散元素的超常富集, 本次火德紅鉛鋅礦床Tl超常富集的發(fā)現(xiàn), 豐富了對研究區(qū)稀散元素共生分異與超常富集成礦的認識, 提煉稀散元素蘊含的成礦信息, 將更加完善對本區(qū)鉛鋅礦床成因的理解。此外, 不難發(fā)現(xiàn), 金頂鉛鋅礦床中黃鐵礦中Tl的含量明顯比白鐵礦高, 而火德紅鉛鋅礦床中則相反, 是何原因?qū)е虏煌V床中黃鐵礦和白鐵礦中Tl含量的差異, 值得深入探究。因此, 建議開展研究區(qū)稀散元素超常富集機制和資源綜合利用研究, 解決制約稀散金屬資源利用技術(shù)瓶頸背后的核心科學(xué)問題。

圖1 火德紅鉛鋅礦床地質(zhì)略圖(a)、剖面圖(b)和綜合柱狀圖(c)

陳駿. 2019. 關(guān)鍵金屬超常富集成礦和高效利用. 科技導(dǎo)報, 37(24): 1.

范裕. 2005. 安徽和縣香泉獨立鉈礦床的成礦作用研究. 合肥: 合肥工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文.

侯增謙, 陳駿, 翟明國. 2020. 戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)研究現(xiàn)狀與科學(xué)前沿. 科學(xué)通報, 65(33): 3651–3652.

胡瑞忠, 付山嶺, 肖加飛. 2016. 華南大規(guī)模低溫成礦的主要科學(xué)問題. 巖石學(xué)報, 32(11): 3239–3251.

胡瑞忠, 溫漢捷, 葉霖, 陳偉, 夏勇, 樊海峰, 黃勇, 朱經(jīng)經(jīng), 付山嶺. 2020. 揚子地塊西南部關(guān)鍵金屬元素成礦作用. 科學(xué)通報, 65(33): 3700–3714.

黃智龍, 胡瑞忠, 蘇文超, 溫漢捷, 劉燊, 符亞洲. 2011. 西南大面積低溫成礦域: 研究意義、歷史及新進展. 礦物學(xué)報, 31(3): 309–314.

姜凱, 燕永鋒, 朱傳威, 張璐. 2014. 云南金頂鉛鋅礦床中鉈、鎘元素分布規(guī)律研究. 礦物巖石地球化學(xué)通報, 33(5): 753–758.

李珍立, 葉霖, 胡宇思, 韋晨, 黃智龍, 念紅良, 蔡金君. 2019. 云南富樂鉛鋅礦床黃鐵礦微量(稀散)元素組成及成因信息: LA-ICPMS研究. 巖石學(xué)報, 35(11): 3370–3384.

陶琰, 胡瑞忠, 唐永永, 葉霖, 戚華文, 樊海峰. 2019. 西南地區(qū)稀散元素伴生成礦的主要類型及伴生富集規(guī)律. 地質(zhì)學(xué)報, 93(6): 1210–1230.

涂光熾, 高振敏, 胡瑞忠, 張乾, 李朝陽, 趙振華, 張寶貴. 2003. 分散元素地球化學(xué)及成礦機制. 北京: 地質(zhì)出版社.

溫漢捷, 周正兵, 朱傳威, 羅重光, 王大釗, 杜勝江, 李曉峰, 陳懋弘, 李紅誼. 2019. 稀散金屬超常富集的主要科學(xué)問題. 巖石學(xué)報, 35(11): 3271–3291.

楊德智, 周家喜, 羅開, 余杰, 周祖虎. 2020. 貴州貴定竹林溝鋅礦床的新發(fā)現(xiàn)及其研究價值. 礦物巖石地球化學(xué)通報, 39(2): 344–345.

翟明國, 吳福元, 胡瑞忠, 蔣少涌, 李文昌, 王汝成, 王登紅, 齊濤, 秦克章, 溫漢捷. 2019. 戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)資源: 現(xiàn)狀與問題. 中國科學(xué)基金, 33(2): 106–111.

張興茂. 1998. 云南南華砷鉈礦床的礦床和環(huán)境地球化學(xué). 礦物巖石地球化學(xué)通報, 17(1): 46–47.

張忠, 陳國麗, 張寶貴, 陳業(yè)材, 張興茂. 1999. 濫木廠鉈礦床及其環(huán)境地球化學(xué)研究. 中國科學(xué)(D輯), 29(5): 433–440.

周家喜, 安蕓林, 楊智謀, 羅開, 孫國濤. 2020c. 貴州晴隆丁頭山鉛鋅礦床硒超常富集新發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義. 礦床地質(zhì), 39(4): 568–578.

周家喜, 羅開, 孫國濤. 2021. 貴州晴隆丁頭山鉛鋅礦床發(fā)現(xiàn)硒超常富集. 中國地質(zhì), 48(1): 339–340.

周家喜, 孟慶田, 任厚州, 孫國濤, 張忠俊, 安琦, 周昌祥. 2020a. 貴州黃絲背斜地區(qū)發(fā)現(xiàn)特大型共(伴)生鍺礦床. 大地構(gòu)造與成礦學(xué), 44(5): 1025–1026.

周家喜, 楊德智, 余杰, 周祖虎, 羅開, 徐陽東. 2020b. 貴州黃絲背斜地區(qū)實現(xiàn)大型共(伴)生鍺礦床找礦突破. 礦物學(xué)報, 40(6): 772.

Wang C M, Yang L F, Bagas L, Evans J N, Chen J Y and Du B. 2018. Mineralization processes at the giant Jinding Zn-Pb deposit, Lanping Basin, Sanjiang Tethys Orogen: Evidence from in situ trace element analysis of pyrite and marcasite., 53(4): 1279–1294.

2021-03-17

國家自然科學(xué)基金項目(41872095、42002086)、國家重點研發(fā)計劃項目(2017YFC0602502)、云南大學(xué)引進人才科研啟動項目(YJRC4201804)、國家杰出(優(yōu)秀)青年培育項目(2018YDJQ009)和云南省科技廳重點項目(2019FY003029)聯(lián)合資助。

周家喜(1982–), 男, 研究員, 主要從事戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)成礦理論與找礦預(yù)測研究。Email: zhoujiaxi@ynu.edu.cn

10.16539/j.ddgzyckx.2021.02.014