1、书书书 （）：岩石学报 ：石磊，周涛发，肖鑫 安徽铜陵矿集区新桥矿床中钴 硒 碲等关键金属的分布规律、赋存状态和富集机制研究 岩石学报，（）：，：安徽铜陵矿集区新桥矿床中钴 硒 碲等关键金属的分布规律、赋存状态和富集机制研究石磊，周涛发，肖鑫，合肥工业大学资源与环境工程学院，矿床成因与勘查技术研究中心，合肥 安徽省矿产资源与矿山环境工程技术研究中心，合肥 安徽理工大学地球与环境学院，淮南 （），收稿，改回 ，（）：，：，（），（）（），（）（），（），（），（），；本文受国家自然科学基金项目（）和国家重点研发计划项目（）联合资助第一作者简介：石磊，男，年生，博士生，地质学专业，：通讯作者：周涛
2、发，男，年生，教授，博士生导师，矿物学、岩石学、矿床学专业，：摘要新桥矿床是长江中下游成矿带铜陵矿集区内典型的大型层控矽卡岩型铜金硫多金属矿床。矿床成矿过程中除了铜、金、铁、硫等主要成矿元素富集成矿以外，钴、硒、碲等关键金属元素也以伴生形式产生了不同程度的富集。前人对新桥矿床开展了大量研究工作，但对矿床中关键金属钴、硒、碲的分布规律、赋存状态和富集机制等方面系统研究尚未开展。本次研究在新桥矿床系统采集距离成矿岩体不同位置的两条代表性剖面（、）的岩矿石样品，通过光学显微镜观察、扫描电子显微镜、全岩主微量元素化学分析和矿物原位 微量成分测试等分析技术方法，查明了矿床中钴、硒、碲等关键金属的空间分布
3、规律和赋存状态，初步探讨了钴、硒、碲的富集机制。新桥矿床中估算伴生 、资源量分别为：、，达到大 中型规模。近成矿（热）中心 剖面 、含量自矿体底板顶板呈逐渐降低的趋势，含量变化没有明显规律，、均主要在黄铁矿矿石中产生富集；远成矿（热）中心 剖面上 、含量自矿体底板顶板均呈逐渐降低的趋势，且主要富集高品位黄铁矿矿石中。矿体走向上自成矿（热）中心远端，含量明显降低，、含量相对增高。矿床中 、主要以类质同象置换的形式赋存于黄铁矿中，的赋存状态以独立碲矿物为主，包括辉碲铋矿和碲银矿。主要在石英 硫化物阶段产生富集，成矿流体温度较高，流体中 大部分随黄铁矿沉淀富集于近成矿（热）中心的黄铁矿矿石中，至碳酸
4、盐 硫化物阶段，成矿流体温度降低，流体中 、大部分沉淀富集于远成矿（热）中心的高品位黄铁矿矿石中，其中 主要随黄铁矿大量沉淀富集，较少进入黄铁矿等硫化物中，主要以独立矿物的形式产出。关键词新桥矿床；关键金属；空间分布规律；赋存状态；富集机制中图法分类号 ；关键金属（）和关键矿产资源（）是国际上近年来提出的新概念，是指对战略性新兴产业的发展至关重要的一类金属元素及其矿床的总称（蒋少涌等，；毛景文等，；翟明国等，）。其中钴、硒、碲因具有良好的物理、化学和机械性能，被广泛应用于材料、冶金、电子、催化剂和半导体等领域（刘敏等，；杨卉秡和王威，）。前人研究表明，钴、硒、碲在地壳中的含量低（：，：，：），
5、且不易富集成矿，难以形成具有工业价值的独立矿床（温汉捷等，），多以共伴生形式产于斑岩 矽卡岩型矿床中（涂光炽等，）。长江中下游成矿带铜陵矿集区内发育多个大中型层控矽卡岩型矿床（常印佛等，），新桥矿床作为其代表性矿床，矿床成矿过程中除了铜、金、铁、硫等主要成矿元素富集成矿之外，钴、硒、碲等关键金属元素也以伴生形式产生了不同程度富集。前人对新桥矿床开展了大量研究工作，主要集中于成岩成矿时代（王彦斌等，；谢建成等，；周涛发等，）、成矿流体及成矿物质来源（刘心兵，；李红阳等，；王跃等，；王洋洋等，；陈一秀和杨丹，）和矿床成因（臧文拴等，；周涛发等，；谢巧勤等，；张宇等，）等方面。一些学者分析了新桥矿床
6、岩矿石样品和部分硫化物的钴、硒、碲的含量，并报道了若干独立矿物（王泽群，；李红阳等，；谢杰，；肖鑫等，；周涛发等，；张一帆等，；，），但矿床中钴、硒、碲的分布规律、赋存状态和富集机制等方面系统研究尚未开展。本次工作以新桥矿床为研究对象，选取了矿床中距离成矿岩体不同位置的两条代表性剖面，开展系统采样和矿床地质研究，对不同类型岩矿石开展全岩主微量元素分析，系统查明了钴、硒、碲关键金属元素的含量特征、空间变化规律及其与主成矿元素的相关性。利用 原位微区测试及扫描电子显微镜能谱分析，查明了矿石中钴、硒、碲的赋存状态和分布规律。在此基础上综合探讨了成矿过程中钴、硒、碲的富集机制。矿床地质特征新桥矿床位于
7、长江中下游成矿带铜陵矿集区内舒家店与大成山背斜倾伏端交汇部位（图 ）。矿区出露的地层主要有上泥盆统五通组石英砂岩和砂页岩，上石炭统黄龙组白云岩和灰岩、船山组灰岩，下二叠统栖霞组灰岩、孤峰组硅质岩。矿区内最主要的控矿构造是沿上泥盆统五通组砂页岩和上石炭统黄龙组白云岩段之间发育的层间滑脱构造。这一构造始生于印支期，在燕山期强烈的断块 褶皱变动中受到强化和改造，特别是近盛冲向斜核部，该滑脱构造带已波及下二叠统栖霞组，从而构成了巨大的层间（滑脱）破碎带，为区内岩浆岩体的侵位及与之有关的热（气）液成矿活动提供了空间（刘文灿等，；王跃等，）。矿区与成矿有关的侵入岩为矶头岩体，其主体沿盛冲向斜核部侵位于上古
8、生界地层中，地表形态为不规则椭圆形，长轴呈 向，出露面积约 ；岩体宏观分相特征明显，中部相为石英二长闪长岩，向外相继有过渡相闪长岩和边缘相闪长玢岩，并可见基性脉岩和煌斑岩呈脉状穿切早期石英二长闪长岩和相关地质体（谢杰，；，；肖鑫，）。前人通过锆石 年代学研究得出矶头岩体中石英二长闪长岩形成时代为 （王彦斌等，）。新桥矿床主矿体整体呈似层状产出，沿五通组与黄龙组之间的层间滑脱构造带稳定延伸，主要赋存于黄龙组白云岩段内，矿体顶板围岩主要为黄龙组或船山组灰岩和白云质灰岩，局部为栖霞组灰岩，底板为五通组砂岩（图 ）。主矿体沿走向长达 ，倾斜方向最宽亦达 ，平均厚度 。其矿石量约占矿床总矿石量的 ，铜金
9、属量的 （张宇等，），矿石类型以黄铁矿矿石为主（谢华光等，岩石学报 ，（）：图 新桥矿床位置示意图（）和地质略图（）（据唐永成等，修改）下三叠统（页岩 石灰岩）；二叠系大隆组、龙潭组、孤峰组、栖霞组（页岩 石灰岩）；中石炭统（白云岩 石灰岩）；上泥盆统五通组（砂岩 粉砂岩）；中、上志留统（砂岩 粉砂岩）；矶头岩体（石英二长闪长岩）；矽卡岩；矿体；大成山背斜；盛冲向斜；层间滑脱构造；断层；勘探线 （）（）（，）；，；（）；），主要呈粒状结构、胶状结构和变余胶状结构，致密块状、胶状、网脉状和浸染状构造等（王跃等，）。矿石矿物主要有黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿等，少量磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、赤褐铁矿及金
10、银类矿物。脉石矿物主要为石英、方解石、石榴子石、透辉石、绿泥石、绿帘石，次为透闪石和绢云母，还有少量的 硅 灰 石、高 岭 石 等（谢 杰，；马 宏，）。与成矿密切相关的蚀变作用主要是伴随岩浆热液活动而产生的矽卡岩化，主要发育在岩体与灰岩或白云质灰岩的接触部位，形成石榴石辉石矽卡岩、辉石 硅灰石 石榴石矽卡岩和矽卡岩化大理岩等（唐永成等，；王跃等，）。前人通过黄铁矿 等时线法和 同位素测年法获得似层状硫化物矿体的成矿时代为 左右（王彦斌等，；谢建成等，；，）。样品采集和样品特征本次研究样品采集自矶头岩体附近的 勘探线 中段 穿脉，和相对远离岩体的 勘探线 中段 穿脉（图 、图 ）。本次工作沿井
11、下穿脉巷道连续捡块取样，每件样品的取样长度为 ，每件样品重量约 。穿脉共采集样品 件，包括 件黄铁矿化石英二长闪长岩样品，件矽卡岩样品和 件矿石样品。穿脉共采集样品 件，均为矿石样品。采集的样品涵盖了新桥矿床的所有矿石类型，样品的主、微量元素含量为 岩矿石平均，减少以往分析单个手标本样品造成的分析误差，分析结果代表性强（图 ）。根据矿石的 和 含量，并结合手标本和镜下鉴定结果，将矿石划分为以下 种类型：（）黄铁矿矿石（：，图 ）；（）高品位黄铁矿矿石（：，图 ），两类矿石的主要矿物均为黄铁矿，区别在于随着 品位增高，矿石中石英和方解石等脉石矿物含量明显降低；（）黄铁矿磁铁矿矿石（：，图 ），主
12、要矿石矿物为黄铁矿和磁铁矿，但磁铁矿含量略高于黄铁矿；（）磁铁矿矿石（：；：，图 ），矿石矿物主要为磁铁矿。上述四类矿石样品中均含有铜（），样品石磊等：安徽铜陵矿集区新桥矿床中钴 硒 碲等关键金属的分布规律、赋存状态和富集机制研究图 新桥矿床联合剖面图（据唐永成等，）（，）薄片镜下可见黄铁矿和黄铜矿脉穿切磁铁矿（图 ），黄铜矿脉穿切黄铁矿（图 ），也可见闪锌矿局部交代黄铁矿（图 ）等现象，反映了矿石中的金属矿物生成顺序为磁铁矿黄铁矿黄铜矿 闪锌矿。此外，本次工作还采集了两类主要的岩石样品：石英二长闪长岩，主要矿物包括斜长石（）、钾长石（）、角闪石（）、石英（）等，浸染状黄铁矿化发育（图 、图
13、）；矽卡岩，主要矿物石榴石和透辉石，被后期绿帘石、绿泥石、透闪石、磁铁矿和黄铁矿等矿物交代（图 、图 ，）。分析方法 全岩主、微量元素分析样品全岩 、等元素的含量测试工作均在广州澳实矿物实验室中心完成。碳硫测定仪及红外线光谱总硫（）分析样品中 元素的含量，检测仪器：碳硫测定仪和天平，本方法采用 硫碳测定仪测定总硫含量，将试样在感应炉里于 下燃烧，硫的组分生成 气体，随载气进入红外检测系统，测定硫的含量；四酸消解法电感耦合等离子体发射光谱与质谱测定样品中 、等元素的含量，称取试样于 试管中，然后用硝酸、盐酸、高氯酸、氢氟酸分三个阶段进行消解。首先用硝酸和高氯酸进行预氧化，将砷转化成五价砷以减少挥
14、发。然后加入氢氟酸，于电热炉上加热反应，该阶段因硅酸盐和硅铝酸盐的消解而不至造成氢氟酸迅速挥发。再将溶液蒸发至近干，去除残留的氢氟酸。残液用盐酸稀释并定容，再用等离子体发射光谱与等离子体质谱进行分析，元素之间的光谱干扰得到矫正后，即是最后分析结果；火试金原子吸收光谱法测定 含量，往试样中加入由氧化铅、碳酸钠、硼砂、石英砂及其他试剂混合组成的熔剂，再加入不含金的银，然后高温熔融和灰吹至生成金银合珠。往金银合珠加入稀释的硝酸，置于微波炉中进行消解去银后，然后加入浓盐酸进行进一步的消解溶金。消解完并待溶液冷却后，用去离子水稀释定容，再用原子吸收光谱仪分析，仪器测试曲线由匹配母体标准溶液构成。矿物原位
15、 微量元素分析矿石中黄铁矿和黄铜矿原位微量元素含量分析在合肥工业大学资源与环境工程学院矿床成因与勘查技术研究中心（）矿物微区分析实验室利用 完成，重点关注 、等 元 素。激 光 剥 蚀 系 统 为 ，为 。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入 岩石学报 ，（）：图 新桥矿床 和 穿脉剖面地质素描图及取样位置 黄铁矿；磁铁矿；石榴石；透辉石；石英 ；之前通过一个 型接头混合。激光剥蚀点分析采用激光束班直径为 ，重复频率为 ，激光能量 。每个时间分辨分析数据包括 的空白信号和 的样品信号。对分析数据的离线处理（包括对样品和空白信号的选择、仪器 使用说明灵敏度漂移校正和
16、元素含量采用软件 （，）完成。详细的仪器操作条件和数据处理方法同文献（汪方跃等，；，）。矿物微量元素含量利用多个 参 考 玻 璃（、）作为多外标无内标的方法进行定量计算（，）。标准玻璃中元素含量的推荐值据 数据库。对分析数据的离线处理（包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量）采用 软件（，）。处理后输出最后分析结果，绝大多数元素的分析精度优于 。矿床中关键金属元素含量特征本次研究所采集的 件岩矿石样品的主、微量元素分析测试结果见表 ，从表中可见，岩矿石中 、和 等关键金属元素含量具有以下特征（图 ）：石磊等：安徽铜陵矿集区新桥矿床中钴 硒 碲等关键金属的分布规律、赋存状态和富集机制研究图 新桥矿床岩体、矽卡岩和矿石样品镜下显微照片（）黄铁矿化石英二长闪长岩；（）矽卡岩中绿泥石、绿帘石和黄铁矿交代石榴石；（）矽卡岩中磁铁矿交代石榴石；（）矿石中黄铁矿与黄铜矿呈脉状穿切磁铁矿；（）矿石中黄铜矿脉穿切黄铁矿；（）矿石中闪锌矿局部交代黄铁矿 角闪石；斜长石；钾长石；黑云母；方解石；绿泥石；绿帘石；黄铜矿；闪锌矿 ，（）；（），；（）；（）；（）；（）；表 新桥矿床岩矿石样品主
