云南麻栗坡县杨万铜矿区黄铁矿电子探针研究

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地质勘探

云南麻栗坡县杨万铜矿区黄铁矿电子探针研究

童道达1，2，韩世礼1，3*，王 升1，3，冯志刚1，3，谢焱石1，3，贺海洋1，3

摘要：杨万铜矿赋存于中三叠统海相基性火山岩系，以往认为该矿床为火山喷流沉积—热液改造型矿床，但其矿化特征、矿床成因及成矿规律研究程度总体较低。现场地质调查、岩矿鉴定及测试分析研究表明，矿区存在层状含铜黄铁矿型铜矿体、断裂充填型黄铁矿黄铜矿矿体及层间破碎带辉铜矿斑铜矿型铜矿体等矿化特征差异显著的三类矿体，选择以黄铁矿为主和含较多黄铁矿的前两类矿体采集代表性矿石样品，以黄铁矿为研究对象，运用电子探针技术进行了较系统的微区成分及面扫描研究。结果表明，两类矿体的黄铁矿主元素、少量元素及出谱微量元素组合、含量及变化总体近似，Co/Ni质量比都明显大于1，说明它们的源区系统相同，都是热液成矿产物。

黄铁矿；电子探针；微区分析；面扫描；杨万铜矿关键词：

杨万铜矿位于麻栗坡县城60°方向，直距30千米，是滇东南地区赋存于三叠系基性海相火山岩系的代表性铜矿床。自上世纪60年代以来先后有云南冶金301队、云南省地矿局区调第二大队、西南有色地勘局306队及云南伟力达地球物理勘测有限公司等地质勘查队伍陆续进行过该矿区地质调查与矿产勘查工作，为矿区基础地质、矿床地质特征的认识提供了重要资料。由于矿区总体勘查与研究程度较低，矿床成因仍缺乏全面认识，尤其对层状含铜黄铁矿型铜矿体、层间破碎带辉铜矿斑铜矿型铜矿体及近年矿山开采所揭露的断裂充填型黄铁矿黄铜矿矿体的时空成因关系缺乏系统认识。本文试图选择黄铁矿进行电子探针分析，根据黄铁矿的形貌、微区成分及元素面分布特征，结合矿区地质成矿条件与实际矿化特征，为探讨该铜矿床的成因问题、矿区找矿前景评价及深边部找矿预测提供有效的矿物学信息。

南北向、东西向断裂控制盆地主体格局，北西向断裂在区内规模相对较小，控制着同期沉积体系和岩相的分布。北西向延伸的文山—麻栗坡断裂是具有长期间歇性活动的区域性断裂，明显控制杨万铜矿所处南盘江盆地内次级盆地—八布盆地的西南边界。

2 矿区地质

2.1 地层

除第四系残坡积物零散分布外，矿区内部出露地层主要为中三叠统杨万组（T2y），外围出露中三叠统法郎组（T2f）。（1）杨万组（T2y）。不整合覆盖于法郎组之上，根据岩性组成、接触关系及变质特征，可分为上段（T2yb）和下段（T2ya）。上段：主要分布在牛厂—老厂坡向斜核部，可分为2个亚段。第二亚段（T2yb-2）为灰至灰绿色玄武岩，厚度150m～250m。第一亚段（T2yb-1）为砖红色、灰绿色玄武质火山角砾岩、玄武质火山凝灰角砾岩、斜黝帘石化中基性钠质凝灰角砾岩，厚度15m～70m。下段为矿区主要地层，也是矿区铜矿体的主要赋存层位。以海相基性火山为主，岩性为细碧—玄武岩、玄武质角砾岩、凝灰岩及少量杂砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、凝灰质泥岩及硅质岩组成。第三亚段（T2ya-3）主要为褐黄色玄武岩夹薄层玄武质凝灰岩，局部夹泥岩、凝灰质泥岩，有辉绿岩零星出露，厚274m～310m。第二亚段（T2ya-2）主要由紫红色玄武质角砾岩、灰绿色玄武岩及凝灰岩组成，中上部常夹薄层状泥质粉砂岩及硅质岩，发育少量辉绿岩脉，厚18m～120m。第一亚段（T2ya-1）主要为灰绿色、深灰色玄武岩，局部为细碧质、凝灰质火山角砾岩及斑状细碧-玄武岩透镜体，在无底洞～头道河一线，断续出现枕状玄武岩，底部偶见硅质岩，中上部常有薄层状泥质粉砂岩夹层，辉绿岩等脉岩较发育，厚0m～580m。

（2）法郎组（T2f）。为遭受低绿片岩相区域变质作用形成的砂质泥质板岩、千枚岩。上部原岩为砖红色褐黄色半风化状砂页岩，以页岩为主；下部原岩为深灰色中厚层石英砂岩、泥质砂岩，夹薄层枚状页岩，厚1730m，分布在矿区外围南部、东部及北西部地区。2.2 构造

矿区经历印支期、燕山期及喜马拉雅期构造变形，尤以印支期构造变形较强，除常见劈理、片理等小型构造外，褶皱、断裂均较发育。

矿区位于区域上的炭山—铜厂向斜东段南翼，矿区内次级褶皱包括龙寿背斜和牛厂—老厂坡向斜：①龙寿背斜：位于矿区北部，轴向70°～80°，核部地层为T2ya-1，两翼地层依次为T2ya-2、T2ya-3、T2ya-4、T2ya-5，北翼地层总体向北倾，南翼地层总体向南倾。②牛厂—老厂坡向斜：位于矿区中部，轴向40°～60°，

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1 区域地质成矿背景

杨万矿区位于云南省东南部南盘江盆地西南缘，有地质历史记录以来，该区处于扬子板块、华夏板块及印支板块的结合部位，经历了新元古代扬子与华夏板块相互作用、加里东期板内造山、印支期的印支板块和古太平洋板块对华南板块共同推挤，以及燕山期挤压与伸展交替作用，地质面貌较复杂。

区域出露地层主要有泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系地层及新生界第四系，西南角出露寒武系。除第四系以外，其余地层都经历了不同程度的区域变质作用，受岩浆热液活动影响较大。

区内大中型断裂与盆地裂陷及发展演化紧密相关。根据断裂性质、活动程度、规模以及影响和盆地发生发展，可分为长期活动的深切地壳断裂（如红河断裂）和继承基底间歇性活动断裂（如文山—麻栗坡断裂、广南—富宁断裂）。按延伸方向可分为北东向或北东东向、北西向、南北向及东西向四组。北东向、

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内不规则裂隙充填，被石英、黄铜矿、闪锌矿等沿颗粒边缘及内部孔隙溶蚀交代，在闪锌矿、黄铜矿内孤岛状残留。

（2）黄铜矿：不规则粒状结构，呈乳浊状、不规则粒状、不规则脉状集合体、网脉状集合体。常与石英、绿泥石及方解石构成集合体沿围岩角砾及角砾间基质裂隙充填。在次火山热液成矿阶段以黄铜矿为主，变质热液成矿阶段则黄铜矿产出较少。（3）闪锌矿：它形粒状，多呈不规则粒状或不规则脉状集合体，常与黄铜矿沿凝灰质条带界面断续充填并溶蚀交代黄铁矿，其内常见乳浊状及不规则粒状、叶片状、短小脉状黄铜矿。（4）磁铁矿：具有两种形态类型：其一具赤铁矿假象，是磁铁矿的主要形态类型，为针柱状，部分弯曲变形，长径0.1mm～0.4mm，集合体呈束状，粒间及裂隙被磁黄铁矿、黄铜矿等充填交代；其二为多边粒状它形—半自形晶，个别为自形晶，多边粒状磁铁矿粒径0.03mm～0.05mm，从切面形态判断，主要为五角十二面体，部分为八面体，粒间可见针柱状磁4.2 矿石结构构造

矿区内矿石结构、构造类型繁多，喷流沉积成矿阶段多见微细粒自形—半自形晶粒结构，斑状变晶结构，交代残余结构；矿石构造以致密块状构造，条带块状构造，劈理构造为主。次火山热液成矿阶段多以细粒自形—半自形晶粒结构，它形晶粒结构，定向乳浊状、叶片状固溶体分离结构为常见；矿石构造以块状构造，脉状构造为主。变质热液成矿期以它形晶粒结构，文象交代结构，交代残余结构为主。4.2.1 矿石结构

（1）交代溶蚀结构：晶出较晚的矿物沿晶出较早的矿物边缘、粒间、孔隙充填交代。

（2）细脉-网脉交代结构：为常见矿石结构类型，大多数黄铜矿沿（碎裂）黄铁矿裂隙呈细脉、网脉状充填交代。

（3）交代残余结构：黄铁矿被黄铜矿沿粒间、裂隙、孔隙强烈交代，在黄铜矿内呈破布状、孤岛状残留体。

（4）微细粒自形—半自形晶粒结构：黄铁矿多呈自形—半自形晶粒状产出。

（5）斑状变晶结构：黄铁矿明显具有两个集中粒径：一为粒径0.2mm～0.4mm的自形、半自形黄铁矿，二为分布在较粗粒径黄铁矿之间、粒径0.05mm～0.15mm的自形、半自形黄铁矿，构成斑状结构。

（6）乳浊状固溶体分解结构：黄铜矿在闪锌矿脉状集合体的部分闪锌矿晶粒内部呈定向乳浊状分布，系固溶体分解产物。4.2.2 矿石构造

（1）致密块状构造：黄铁矿、黄铜矿等硫化物矿物集合体沿断裂呈厚大脉状充填，脉体内硫化物呈致密块状。

（2）不规则脉状构造：黄铁矿、黄铜矿集合体沿含矿岩石裂隙充填交代，呈不规则脉状产出。

（3）浸染状构造：自然铜、黄铁矿、黄铜矿呈稀疏浸染状、星散状不均匀分布。

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核部地层T2ya-5、T2yb-1，两翼地层依次为T2ya-4、T2ya-3、T2ya-2、T2ya-1，北翼地层总体倾向南，南翼地层总体倾向北，根据老厂坡矿段开采揭露，在T2ya-3下部～T2ya-1上部，沿地层岩性组构界面层间压剪破碎带较发育。

矿区断裂构造分为东西向、近南北向、北西向、北东向四组。①北东向断层：走向N40°～60°E，倾向NW，倾角50°～80°，与地层产状相近，多为层间压剪破碎带，是斑铜矿辉铜矿矿体重要容矿构造，在中铜厂及其北东侧的T2ya-1块状玄武岩地层内，辉绿岩脉沿该组断裂充填。②近南北向断层：走向N345°W～N15°E，倾向NNE或SEE，倾角65°～80°，局部反倾，主要发育在T2y

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～T2y层位，走向

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延伸300m～400m，为右旋压剪性断裂，多被黄铁矿黄铜矿型富铜矿体充填。③北西向组断层：是矿区规模较大的断层，在矿区内生成较晚，切错北东向、近南北向断层。④近东西向断层：近东西向组规模最大，延伸n·100m～n·1000m，走向N80°E～85°E，倾向N，倾角75°～82°，为破矿构造，常切割NW、NNE、NE向断裂。2.3 岩浆活动

区内除杨万组海相基性火山岩外，侵入岩主要为辉绿岩，少量闪长玢岩，主要呈岩脉、岩墙充填于杨万组下段T2y～T2y

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地层，尤其以T2y层位无论分布密度或脉体规模都更大。岩脉沿断裂破碎带或构造薄弱带侵位，较大规模者在中铜厂及其北东侧呈北东向产出。与沿近南北向断裂充填的脉状铜矿化关系密切。2.4 变质作用

矿区变质作用产物发育，是区域变质、接触变质及热液蚀变作用的综合产物。区域变质总体属低绿片岩相，法郎组细碎屑岩成为板岩、千枚岩，杨万组普遍具绿泥石化、蛇纹石化，局部具滑石化，但杨万组上段变质属高绿片岩相，为角闪片岩、绿泥石片岩、斜长角闪片麻岩。接触变质主要发育在辉绿岩脉及其旁侧，以绿帘石化、透闪石化、绿泥石化、蛇纹石化强度明显高于围岩为标志。

3 矿化特征

根据矿体的空间分布、形态产状、规模、赋矿层位、岩性组合、控矿构造、矿物组合、矿石组构及围岩蚀变，结合钻孔岩芯及剖面成果图件等研究，杨万铜矿床主要有三种硫化物型铜矿体产出类型：即层状（扁平透镜状）含铜黄铁矿型铜矿体，断裂充填型黄铁矿黄铜矿矿体，层间破碎带充填交代型辉铜矿斑铜矿矿体。

4 矿相学特征

4.1 矿石矿物组成

杨万矿区的金属矿物组成主要为黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、自然铜，其次为闪锌矿、磁铁矿。非金属矿物除部分浸染状、脉状矿石的赋矿变火山岩矿物外，常见石英、绿泥石、方解石等矿物。

（1）黄铁矿：半自形、自形、它形立方体晶粒，黄铁矿碎裂明显，其间常出现微细碎粒状黄铁矿，构成碎斑状结构；石英脉

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（4）浸染条带状构造：黄铁矿沿凝灰质纹层界面呈浸染条带状分布，其粒间主要为凝灰质及其蚀变矿物。

（5）劈理构造：此类构造主要发育在致密块状黄铁矿型铜矿体内的黄铁矿矿石内部，但该型矿体内黄铜矿高度富集部位则无劈理化现象。

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分布则随矿段及样品对象不同而存在明显差别：①在K6-25、K6-26样品中，没有黄铜矿伴生的黄铁矿，Co主要沿颗粒边部呈环带状及颗粒内部隐裂隙线状分布。②K1-13、K2-14样品中，没有黄铜矿等其他硫化物矿物伴生的黄铁矿，Co、Ni的面分布均匀；与黄铜矿等金属硫化物紧密伴生的黄铁矿，Co、Ni在黄铁矿颗粒内部分布均匀，但在颗粒边部则沿2个相对晶面方向有明显富集现象。③在PD2-3-3、XZ3-1样品中，没有黄铜矿等其他硫化物矿物伴生的黄铁矿，Co、Ni的面分布均匀。

5 黄铁矿电子探针研究5.1 样品特征

因层间角砾岩带充填交代型矿体极少见黄铁矿，故研究样品只采集层状（扁平透镜状）矿体、断裂充填型脉状矿体两种类型。所有研究样品均采自矿山生产坑道。采样对象包括那龙矿段K1、K2采坑，无底洞—头道河矿段K6采坑及新寨PD2、PD3采坑，样品编号分别为K1-13、K2-14，K6-25、K6-26，PD2-3-3、XZ3-1。5.2 测试分析条件

电子探针分析在中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室完成。仪器型号为Shimadzu󰀃EPMA-1720H。选择代表性样品的部分代表性黄铁矿颗粒，在能谱分析初步查明黄铁矿的少量、微量元素总体富集情况后，结合黄铁矿成因矿物学特点，选择代表性微区进行出谱元素Fe、S、As、Te、Co、Ni、Cu、Zn等元素波谱定量分析和S、As、Ni、Co波谱X射线面扫描。微区定量分析条件：加速电压15KV，电流20nA，束斑为1μm；X射线面扫描条件：加速电压15KV，电流60nA，束斑1μm。数据处理采用仪器自带数据处理软件，校正方法采用ZAF法。5.3 测试分析结果5.3.1 微区波谱分析

微区波谱定量分析样品6件，共选取22颗黄铁矿晶体颗粒，完成48个微区的出谱元素含量分析。其中，部分相对较粗的黄铁矿晶体颗粒分析3～4个微区，兼顾颗粒中心部位和边部不同方位，颗粒较小的黄铁矿颗粒分析1～2个微区。

从各矿段代表性矿化类型、不同产出特征样品的黄铁矿微区成分分析结果来看，无论主元素（Fe、S）、少量元素（As）及微量元素（Co、Ni、Te、Cu、Zn）的含量，都随样品及颗粒对象变化的范围较狭窄。总体表现为：①Te、Ni、Zn含量低，部分微区Te、Ni、Zn低于检测下限，As、Cu、Co含量较稳定；②在Ni出谱的前提下，黄铁矿的Co/Ni比值的样品平均值都大于1；③S/Fe原子比值接近理论值，PD2-3-3、XZ3-1、K6-25、K6-26样品为喷流沉积的层状（扁平透镜状）矿体及北北西向断裂充填型黄铁矿黄铜矿，其矿脉边缘劈理化带裂隙充填浸染的黄铁矿的平均值略高于理论值。5.3.2 面扫描分析

为查明黄铁矿部分元素的面分布特征，各样品均选择相对较粗的黄铁矿颗粒（对应微区分析颗粒A），分别进行主元素硫、少量元素As、微量元素Co及Ni进行面扫面分析。其中，Ni元素含量普遍较低，甚至不出谱，只对部分样品进行了波谱面扫描分析。

从S、As、Ni、Co等代表性元素的扫面图像来看，各样品黄铁矿的主元素S、少量元素As的面分布均匀，但Co、Ni的面

6 讨论与结论

（1）各代表样品矿化类型、不同产出特征的黄铁矿的主元素、少量元素及出谱微量元素组合、含量及变化总体近似，可能表明它们源自相同源区系统，结合矿区成矿地质条件及赋存环境特点，该物源系统应为中三叠统细碧—玄武质海相火山-次火山岩浆活动产物。结合矿区无论辉绿岩脉或各类铜矿体明显在T2ya-1～T2ya-3层位，充填脉状黄铜矿矿体的断裂构造也局限在上述层位，说明该物源系统受控于早期火山旋回火山—次火山岩浆活动。

（2）各代表样品矿化类型、不同产出特征样品的黄铁矿的As含量相对较低且面分布较均匀，除受源区物质组成制约外，黄铁矿的形成温度是重要制约因素，反映了矿区喷流沉积期及次火山热液期的黄铁矿应该形成于中温环境。

（3）与层状、扁平透镜状含铜黄铁矿型矿体比较，在没有黄铜矿伴生时，其下盘网脉状、不规则脉状黄铁矿无论化学成分或其面分布特征总体相似，可能反映它们属于喷流沉积成矿系统产物，充填黄铁矿的网脉状、不规则脉状裂隙为喷流沉积裂隙通道网络系统。

（4）PD2-3-3、XZ3-1代表层状、扁平透镜状含铜黄铁矿型矿体的块状黄铁矿矿石、块状黄铁矿黄铜矿矿石都表现为核部较边部As、Fe略高，Co、Cu略低，显示它们形成期间可能经历了低缓升温过程，是同源同期同阶段矿化产物；但Co的面分布特点显示后者因为黄铜矿矿化期间经历了动力变质、重结晶及成矿流体溶蚀交代，改变了其面分布状态。

（5）与层状、扁平透镜状含铜黄铁矿型矿体比较，在没有黄铜矿伴生时，其下盘网脉状、不规则脉状黄铁矿无论化学成分或其面分布特征总体相似，可能反映它们属于喷流沉积成矿系统产物，充填黄铁矿的网脉状、不规则脉状裂隙为喷流沉积裂隙通道网络系统。（6）在杨万矿区无论是喷流沉积期还是（次火山）热液期，其黄铁矿中Co、Ni的面分布形式，特别是Co的面分布形式，明显反映黄铜矿矿化期间成矿流体与黄铁矿相互作用，Co、Ni即向先成黄铁矿扩散，后又改变黄铁矿原有Co、Ni的面分布形式。

（作者单位：1.文山州润丰矿业有限公司；2.南华大学资源环境与安全工程学院；3.湖南省稀有金属矿产开发与废物地质

处置技术重点实验室）

基金项目：湖南省自然科学基金项目（2020JJ4524）。

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