云南潞西上芒岗金矿红色粘土化作用.pdf
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1、第 2 l 卷第 4期 2 0 01年 1 2月 矿 物学 报 ACr A M矾 A I DG】0 C A 咖cA 2 1 N o 4 D e e 2 0 0 1 文章编号:1 0 0 0-4 7 3 4(2 0 0 1)0 4 0 6 4 7-0 7 云南潞西上芒 岗金矿红色粘土化 作用 及 其环 境 效应 李红阳1,2 高振敏 杨竹森 罗泰义 饶文波 陶 琰 王立蜂(1中国科学皖 地球 化学 研究所 矿床 地球化学开放 室,贵州 贵 阳 5 5 0 0 0 2 2石 隶庄经济学 院 资源 与环境工程 系,河北 石家庄 0 5 0 t B1)摘要:上芒 岗卡林 型金矿床 的强烈红土化 作用,
2、形成 了上 部红 色粘土型 金矿 体,产生 了一 定 范围 的次 生地 球化学 异常。金矿 区红 色粘土剖 面可分 为表土带、坡积 带、钙华 沼泽 带、残积 带、腐泥 带和基 岩 带。在 原 生卡林 型金 矿 红土化 作用过程 中,黄铁 矿、毒砂、辉锑 矿、方铅 矿、闪锌矿 等硫 化物 矿物 发生 氧化 作用,S、A s、S b、P b等有 害 元素 将靛有效释 放进 地下水 和红 色粘土 中,进而造 成地 下水 和土 壤的污染。关键词:卡林 型金矿床;红色粘 土化作用;环境效 应;上 芒岗;云南 中囤分 类号:P 6 1 8 5 1 文献标识 码:A 作者简 介:李 红 阳,男,1 9 5
3、9年 生 教授,博士 后,主 要从事地球 化学研究 上 芒 岗金矿 床是滇西 南 卡林型 金矿 床 富集 区L l J 的典型金矿床之一,可与美国西部和我 国滇 黔桂“金三 角”地 区的卡林型金矿床相对 比 J。该 金矿床位于滇西南龙陵瑞 丽北东 向太 断裂 的南 东侧,沿北东 向上芒岗断裂展 布,包括羊石山、广岭 坡、麦窝坝和果园等四个矿段(图 1),由下部原生卡 林型和上部红色粘土型金 矿体所组成。其 中红色 粘土型金矿 主要为原生卡林型金矿体 或矿化体 的 晚新生代强烈红土化作用之氧化带或红土化风化 壳,与国外典型红土型金矿存在明显 的差异L 6 t o 。该矿床赋矿地层主要为侏罗系勐戛
4、组砂泥质岩、白 云质灰岩和二叠系沙子坡组 泥硅质灰岩、白云岩。伴生元素为、s b、T h等。金属矿物以黄铁矿 和毒砂为主,辉锑矿、辰砂、闪锌矿等次之。本文是“云南 潞西 上芒 岗金矿 及外 围成 矿预 测和找矿研究”专题研究 报告的部分成果,主要讨 论上芒 岗金矿红色粘土化作用及其环境效应。1 卡林 型金 矿 的红土 化作用 1 1 红色粘土 剖面特征 收稿 日期:2 o 0 1 4 g O 9 基盒硬 目:中国科 学院重大 项 目(编号:K Z-9 5 1 一 AL O a q Y 2);国家 自 拣科 学基金项 目(批 准 号:4 9 8 7 3 0 2 1)上芒 岗金矿区广泛 发育红土化
5、 风化壳,红色 粘土型金矿化主要沿上 芒 岗断裂分 布,明显受 原 生卡林 型金 矿化 的控 制(图 1)。在 上 芒 岗金 矿 区,红色粘土剖面 自上而下可划分 为表 土带、坡积 带、钙华 沼泽带、残积带、腐 泥岩 带、基岩带 6个 带。图 1 上芒 岗金矿 床矿 区地 质 略图 r ig 1 Ge 0 1 c a l ma p o f t h e a I 哪唱 I d t 龙瞳 瑞丽断裂F 2 恕江 断裂 澜 沿 江 断裂 盒 抄 江 红河断裂 上芒 岗断 裂1上 新 统2 白垩 系3 中 侏罗统尤海 组4挪湾组5勐 戛组6 上 三叠统 南梳 坝 组 7 下二叠统沙子 坡组8 辉 绿 岩9
6、 二 长 斑 岩1 0断 裂 1 1粘土化带(上芒岗断裂与卡林型金矿化带)维普资讯 http:/ 矿翱学报 2 0 0 1 (1)表土带:主要为灰棕 色高岭石质粘土和腐 殖土,含少量硅 质、迪 开石和褐铁矿结核,最大厚 度 2 m。(2)坡积带:主要为棕黄色、棕色粘土质砂土,发育灰白、白色高岭石质粘土组成的枝管状 体,含 混岩 和粉砂 岩质次 棱角 状砾 石,以及石英、斜 长 石、迪开石和热液蚀变硅质 岩构成 的砂 粒,厚 4 8 m0 (3)钙华一 沼泽带:在广岭坡矿段为 灰黑色碳 质亚粘土,并有 大量植物碎屑和少量硅藻、啮齿类 骨骼碎片;在麦窝坝 矿段 主要为 灰 白、灰 色粘土和 透镜状
7、钙华,含少量石英、斜长石砂粒;厚 0 4 m (4)残积带:主要为紫红色砂质亚粘土,厚 2 8 o残积带顶部含有 2 0 3 0 的网脉状、结核 状 赤铁矿和褐铁矿,以及 1 0 的石英砂。向下赤铁矿 逐渐消失,褐铁矿逐渐减少,石英砂逐渐增加。(5)腐泥岩带:主要为杂色含砾的粘土质亚砂 土,厚度 1 8 m。腐 殖质和砂粒均 在 4 0 左右,其中砂粒以棱 角状 石英 为 主,其次为热 液蚀变硅 质岩,井有少 量团块状 泥岩、迪 开石和球状、水滴 状、姜块状石膏集合体。(6)基岩带:主要 为沿 上芒 岗断裂破碎带分布 的热液蚀变矿化岩(矿)石 以及勐夏组和沙子坡组 赋矿围岩。1 2 红 土化作
8、用 1 2 1 残积一 坡积作用 残积一 坡积 作用是上芒 岗金矿红土化作用 的 前期一 初期 阶段,主要表现为原生卡林 型金矿蚀变 矿化岩(矿)石与 围岩破碎、风 化残留的岩(矿)石 碎屑、团块和矿物 的堆积。上 芒岗金矿 区残积作 用普遍发育,其堆积物呈现出原地风化堆积特征。残积 和坡积作 用使 原生 卡 林型 金矿蚀 变矿 化岩(矿)石与围岩 的岩块、碎 屑和残 留矿物 大量 聚积 于岩溶洼地 内 例如,在广岭坡矿段,残积作 用形 成紫红色砂质亚 粘土,并 向下过渡到粘 土质亚砂 土构成的腐泥岩带。而且,在紫红色砂 质亚牯土 的下部常含 次棱 角状的原生卡林型金矿蚀变矿化 岩(矿)石与
9、围岩 的团块。在果 园矿段,残积作用 形成紫红色亚 粘土充 填于岩溶洼地 内,并含有一 定数量的原生卡林型金矿化期石英晶洞 内的石英 晶体。坡积作用发生于钙华和碳质亚粘土堆积之 后,形成较厚 的含砾粘土质亚砂土堆积于低洼处。坡积物 中含有 大量 原生 卡林型 金 矿蚀变 矿 化 岩(矿)石与围岩的碎屑。残一 坡积物的矿 物成分 主要 为基 岩风化 残 留 的矿物。例如,各类蚀 变矿化岩(矿)石 和石英脉、迪开石 高岭 石细(网)脉、碳 酸盐 脉、重 晶石脉等 脉体风化残 留的不 同粒 度 的石英、迪 开石、白云 石、方解石 和少 量的黄铁 矿、辉 锑 矿、毒砂、闪锌 矿、伊利石、高岭石、重晶石
10、和辰砂等,赋矿围岩风 化残 留的砂 屑石 英、白云石、水 云母、燧石及 少量 长石和斜长 石等。其 中,石英是 基岩风化 残 留的 主要矿物,多组成红色粘土的砂砾部 分。1 2 2粘土化作 用 广泛 的粘土化作用是上芒岗金矿红土化作用 的主要表现形式。该金矿床 红土化作 用不彻底,仅属于红 土化作用 的初一 中级 阶段,即红色粘土化 阶段。矿区广泛 发育伊利石化、高 岭石化 以及蒙 脱石化等粘土化和 针铁 矿化,表现 为粘 土矿物含 量高且多种粘 土矿物并存 铁铝氧化物明显较少 在粘土化过程 中,基 岩矿物在 表层水 的 循环 下发 生化学风化而 分解,导致 K、N a、c a、M 等可 溶性
11、 组分大量淋失,s i 有一定程度 的淋失,、F e、M n、T i 等组 分则残 留富 集。在 矿物成 分上,伊利 石、高 岭石 大量出现,以及绿泥石、针铁 矿和少量 蒙脱 石、三水铝石的出现,形成粘土矿物组合。高峙石化是上芒 岗原生卡林型金矿蚀变矿化 岩(矿)石 与围岩发 生红色粘土化作用的主要表现 形式之一。高岭石是红色粘土化作用的典 型表生 成 因粘土矿物之一,多呈次显微 片状分 布于红色 粘土层上部的表土带和坡积带之中。而在 残积带 和腐泥岩带,多为半 自形和 自形的高岭石。伊利石化也是红色粘土化作用 的重要表 现形 式之一,伊利石亦是典型 的表 生成 因的粘土矿物 之一。伊利石多呈
12、次显微片状分布于红色粘土之 中 其中,在钙华 一 沼泽 带,伊利 石 的结 晶程度相 对较 高 针铁矿是上芒 岗原生卡林型金 矿中黄铁 矿等 矿物经红色粘土化作用 形成 的典型表生成 因铁矿 物,主要呈次 显微针状分布于红 色粘 土之中,或与 其它矿物组成褐铁矿 团块呈 结核状、豆状、皮壳状 和黄铁矿假象分散于红色粘土及所台砂砾 中。其 粒度极细,并含有一定的砷、锑、金、铅(表 1)。这 与广岭坡矿段残积带上部因含大量褐铁矿而金高 度 富集相吻合。维普资讯 http:/ 第 4期 李 红阳等:云南潞 西上芒 岗金矿红色 粘土化作用及 其环境教 应 1 2 3 硫化物的氧化作用 上芒 岗原生卡林
13、型金 矿中的黄铁矿、毒 砂、辉 锑矿、方铅矿等金 属硫化物矿物在近地表溶 有氧、二氧化碳等成分 的地下水 的作用与 影 响下,转 变 为硫 酸盐。其 中,易溶的硫酸盐进入水体而 流失,难溶的硫酸盐 则保 留在原地。硫酸盐又 可能进一 步氧化或与其 它无机酸反应 生成氧化物、氢 氧化 物、碳酸盐及少量的砷 酸盐等。黄铁矿、毒砂等硫 化物矿物的氧化作用导致上芒岗卡林型金矿床上 部近地表部分 产生次生富集而形成易采 的红色粘 土型金矿。与 此同时,也形 成一定范 围的表生 地 球化学异常,造成一定 程度的环境污染。黄铁矿(F )为上芒岗卡林型金矿床最常见 的载金 矿物之一。黄铁 矿的氧化作用主要表现
14、为 s 2 一 氧化为 S 0 4 2-,产生硫酸亚铁和硫酸。其 中硫 酸 亚铁将进一步 氧化为高 价铁的硫 酸盐 在 中性或 弱酸性溶液 中,高价铁 的硫 酸盐将发生水解作 用 最终转变为氢 氧化铁。氢氧化铁凝聚为分布最广 泛的水赤铁 矿、针铁 矿等各种表 生铁矿物。黄铁 矿的 氧化作 用反 应式 可 概括 为:F 一 嘲一 F e z(S O 4)3 F e(O H)3 一 F bo 3。n O。黄铁矿氧 化 作用所产生 的酸性溶液,又可 以促使 矿床 中毒砂、方铅矿、闪锌矿等硫化物进一步氧化【1 1 J,导致 A s、S、P b、C A等 有害元 素 更多 地被释 放而 污染 环境(大气
15、、水、土壤)。表 1 上 芒岗金矿 红色粘 土 中褐铁 矿的 电子探针分 析结果()T a b l e1 E l e c t ronm i c r o p rob e a n a l y s e s o f i l n o l ei nt e dda y o f t h e S lmn g a m a g g a n g g o l d d 印0 血(分析者:中国科学院地球化学研究所电子探针室,王明再 毒砂(F e A s S)是上芒 岗卡林 型金 矿床最 重要 的载金 矿物 之一。砷 亦是“五毒(汞、镉、铅、铬、砷)”元素之 一【一 。毒砂 只有在 强碱性 和还原 环境中稳定,富氧的表 生水
16、环境 必然引起 毒砂分 解。在卡林 型金矿床近地表氧化带 的酸性和氧化 环境下,毒砂的氧化速度 比黄铁矿大很 多_ l 毒 砂一旦 被氧化,就会 释放 F e、As、S等元 素。毒砂 被破坏 的速率与表生水体 的成分和酸碱 度密切相 关_ l。在上芒岗卡林型金矿床氧化带,由于硫化 物特 别 是 F e s 2的 普 遍 存 在 和 氧 化,产 生 了 以(s 0 4)主要成分的淋滤液 这类水酸度大(p H 一2),具有很强的氧化能力,能使毒砂迅速分 解。毒 砂 的 氧 化 作 用 主 要 反 应 式:F e As S+l 3 F e j +8 H 2 O十 l 4 F +S 饼+l 3 H +
17、H A s 0 4 (a q)。砷酸盐可被氢氧化铁、粘土矿物或其它的 含铁化台物吸附(表 1)。方 铅矿(P b s)是 上芒 岗卡林型金矿床 中的含 硫铅矿物。伴随 方铅矿 的氧化,部分铅溶解而 随 水迁移。然而,近地表 氧化带 中硫 酸铅 困其溶 解 度相对很小 而多残 留原地。在上芒岗金矿红土化作用过程中,卡林型金矿 原生硫 化物 发 生 氧 化释 放 出大 量 S 0 4 ,当其 与 c a 2 在潜水面附近相遇时,可能以石膏的形式沉淀 富集。例如,上芒岗金矿红色粘土剖面坡积带之下 的各个层位,均有似层状分布 的球状、水 滴状 和姜 块状石膏集台体。这些集台体多被褐铁矿浸染。2 矿区红
18、土化作用的环境效应 在上芒 岗原 生卡林型金矿蚀变矿化岩(矿)石 及赋矿围岩红土 化作用过程 中,伴 随高岭石、伊利 维普资讯 http:/ 矿橱学报 2 0 0 1 年 石等红色粘土 化 的广 泛发 育,p 及 主要 金属硫 化 物黄铁矿、毒砂、辉锑 矿、方铅矿、闪锌矿等矿物发 生氧 化作用,S i、A l、F e、M 、C a、M卧K、等 常 量元素和 A u、c u、P b、z n、A s、s b、H g、M 0、c r、c o、N i 等微量元素,特别 是 S、A s、s b、P b有害元素将 被有效释放进人红 色 粘土 中,形成上部红色粘 土 型金矿体,并产生一 定范围的土壤地球化学
19、异 常,即土壤污染,并 通过 污染 的土壤和水而危 害农 作 物、动物 及 当地 居 民的健 康。现主要从红 色粘 土剖面各带 中常量与微量元素含量变化和地球化 学异常的角度讨 论原生卡林型金矿 红土化作用所 产生 的环 境 效应。2 1 红色粘土 的常量元素地球化学异常特征 根据广岭坡矿段红色粘土剖面各带样品的化 学分析结 果 J,常量 元 素 以 s j 0 2、A l 2 0 F e 2 0 3为 主,三 者的总含 量达 8 0 左右。活动元素中 K 2 0 的含 量 最高,其次 为 N a 2 0,而 C a O和 F e O最 低。在红色粘土剖面中,常量 元素总体分布特征为(图 2)
20、。在坡积带 以上,C a O、Mg o、F e O和 n 0 2 含 量较 低;坡 积带 底 部 M n O含 量增高;在 钙华-沼泽 带,F e O含量达到最高值;在 残积带顶部,s i o z 明显降 低,而 0 3 和 F 0 3 含量则明显增高,并含有较 高的 K 2 0和 F e O;在腐泥岩 带,C a O和 r,k,o的含量 明显较 高。在垂 向上,从上 到 下,除残积 带顶 部 外,s i o g 和 A b 0 3基本 没有变化,F 色0 3 略有 增加;而在 残积 带顶 部,S l O g显著 减少,0 3和 F e 2 0 3 明显增加;F e O从上到 下总体逐渐增加;
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