泥潭冲金矿床中毒砂标型特征及金的赋存状态

泥潭冲金矿床中毒砂标型特征及金的赋存状态_追寻地质梦湖

孙际茂，李国银，荆亭山，鲍振襄，鲍珏敏

（湖南省有色地质勘查局二四五队，湖南 吉首 416007）[1]

摘 要：泥潭冲金矿床为主要受近EW向脆韧性剪切带控制的砷金矿床，是龙王江锑砷金成矿区最具代表性和经济意义的金矿床。文章阐述了矿床地质特征，探讨了载金矿物毒砂的标型特征和金的赋存状态，认为毒砂中的“不可见金”主要为纳米级微粒状的自然金。

关键词：泥潭冲金矿床；地质特征；毒砂；标型特征；纳米金；湖南省

地处湘西溆浦县东南的泥潭冲金矿床具有较独特的成矿地质特征。金以“不可见金”为主，少量显微金和次显微金。毒砂为金的最重要的载体矿物，分布广，含Au量高。因此，研究毒砂中金的赋存形式，对于找矿评价和选矿工艺研究都具有实际意义。

1 区域地质概况

龙王江锑砷金成矿区位于湘西雪峰弧形韧性剪切断裂带西南侧、湘中白马山 龙山 醴陵EW向构造 岩浆岩带西段。长约32km，宽6km，自北向南分布着淘金坪、江溪垄、江东湾、泥潭冲、白竹坪及雁鹅界等矿床（点）（图1），是近年来新发现的一处锑砷金成矿区，具有一定的找矿远景。

区域出露地层主要为新元古界板溪群五强溪组，岩性以含粉砂质板岩为主，次为砂质板岩、绢云母板岩及少量砂岩、细砂岩等，厚度大于1935m。矿床主要赋存于含粉砂质板岩、砂质板岩中。

区域构造主要为NE向淘金坪 龙鼻桥复式背斜，其间由一系列雁行状排列的次级背斜、倒转背斜、向斜组成。复背斜的两翼分别被同向的洞砰（Fl）和黑土坡（F2）两条区域性逆冲断裂所夹持。轴部地层挤压剧烈，褶皱频繁，地层倒转，并形成数十至数百米宽的陡倾斜劈（片）理化带[1]。由NE向区域断裂派生的EW向剪切断裂带控制区内主要金矿的产出。

矿区内未见岩浆岩出露。但在其东南约20km处，出露有以加里东期为主、并有印支—燕山期侵入的、呈同心圆状分布的白马山黑云母花岗闪长 二长岩复式岩体，在岩体的内外接触带见有铅锌、金和白钨矿化。另据区域物探资料，在矿区西南约20km的小横垄有隐伏花岗岩体存在，受大神山 中华山深大断裂控制，并可能通过区内洞坪断裂（Fl）与矿区相沟通。

图1 龙王江金矿区域构造与矿床分布图

Z1n.震旦系南沱冰碛岩；Z1j.震旦系江口组；Pt3bn.板溪群五强溪组；

1.复式背斜轴；2.陡倾斜劈（片）理化带；3.缓倾斜劈理化带；

4.断层及编号；5.矿脉及编号；6.金矿床（点）

2 矿床主要地质特征

泥潭冲金矿床主要产在淘金坪 龙鼻桥复背斜北西翼近轴部地段的次级倒转背斜北西倒转翼上，Fl断裂上盘陡倾斜与缓倾斜劈理化带过渡部分。控矿构造主要为区域F1、F2断裂派生的共轭剪切断裂，其中以近EW向的一组剪切断裂较发育（图2）。已知断裂破碎带及石英脉50余条，其中11条为含Au剪切带。矿体严格受剪切带控制，多呈脉状、透镜状及扁豆状产出，产状形态与断裂一致：走向80°～100°，倾向SE，倾角6°～35°；—般长97～295m，最大延深大于280m；厚0.42～1.99m；ω（Au）=1.77×10-6～40.97×10-6，最高162.73×10-6；ω（Sb）=0.03%～48.60%，ω（Au）=0.03%～4.47%。矿床内金砷矿化密切共生，锑矿化仅在地表或浅部呈小扁豆体出现，与金矿化若即若离。

图2 泥潭冲金矿床地质略图

Z1n.下震旦系南沱冰碛层；Z1j.下震旦系江口组；Ptw2.板溪群五强溪组上段

1.区域断层；2.地层产状；3.劈理产状；4.矿脉及编号

主要金属矿物为毒砂、辉锑矿、黄铁矿、自然金，少量或微量黝铜矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿等；非金属矿物以石英、绢云母为主，少量或微量方解石、白云石、绿泥石、黏土矿物及绿帘石、石榴石等。按矿物共生组合特点，可划分为3类矿石类型，即蚀变岩型、石英 毒砂（黄铁矿）自然金型和石英 辉锑矿 自然金型；后两者统称为硫（砷）化物 自然金型。矿石具自形、半自形粒状及他形粒状等结构，浸染状、块状、角砾状、脉状等构造。近矿围岩蚀变较弱，以绢云母化、硅化、毒砂化和黄铁矿化与金矿化关系密切。其成矿阶段可划分为早期变质（变形）热液期和晚期硫（砷）化物 热液期。此外，表生期见有局部性的氧化次生富集与贫化现象。

3 毒砂的标型特征

3.1 产状形态

本区毒砂的生成可分早、晚两期[2]。早期与板岩有关的毒砂为沉积成岩 变质（变形）热液作用期形成的，颗粒较粗，自形程度高，一般晶体为长柱状或柱板状，少数柱状，粒径一般0.2～1mm，最长10mm，横切面为长方形、菱形、三角形等，呈浸染状或密集浸染状，与岩石劈（片）理大致平行或微斜交产出，分布于近矿蚀变板岩或石英脉间蚀变岩中。镜下可见毒砂晶体两端或晶体周围有纤状石英垂直生长，形成房巢构造。此外，在毒砂内部常可见到碎屑矿物金红石分布。该期毒砂生成后，还经过了较强的变质（变形）作用，镜下清楚地见到经过变质（变形）作用形成的细片状白云母绕过毒砂晶体生长，并呈现一致性的弯曲状。

晚期即硫（砷）化物热液期生成的毒砂，为细粒半自形—自形晶体，也有柱状、板状晶体或他形粒状等。呈脉状或团块状集合体产于石英脉或构造岩内，颗粒较细，亦较均匀，一般为0.01～0.05mm，常与黄铁矿、辉锑矿等硫化物共生并交代黄铁矿，而其自身又被辉锑矿、黝铜矿、自然金等交代或被辉锑矿包裹。一般呈脉状产生，或呈基质分布于矿石中。

3.2 化学成分

经分析，不同产状毒砂的化学成分比较稳定，平均（5件）ω（Fe）=34.300%，ω（As）=45.072%， ω（S）=20.509%，化学式为Fe As0.98S1.04。其Fe、S、As质量分数变化均不超出其平均值的±0.95%， S/As原子量比值变化在1.06±0.03，Fe/（As+S）值变化在0.49左右，明显地表现出富硫亏砷特点，可以作为含Au毒砂的化学成分标型。

微量元素方面以富Sb（0.11%～0.24%）为主要特征，并含Co（40×10-6～160×10-6）、Ni（90× 10-6～100×10-6）、Se（1件，高达24.5×10-6）等。可见杂质元素Sb的高含量及Co、Ni、Se等的含量可能为本区含Au毒砂的微量元素特征，并可作为评价毒砂含Au性的辅助标志。

3.3 晶体结构特征

据同类型的黄金洞金矿床利用X射线衍射分行对含Au毒砂晶胞参数测量结果[3]，含Au毒砂的b0、C0、d131及β等晶胞参数较理论毒砂的小，而a0值则较大，这可能是由于As的共价半径较S大，毒砂的晶胞参数相对富S而贫As，从而导致其b0、C0、d131及β晶胞参数偏小，而a0的增大可能是含Au毒砂的晶体结构标型特征。

3.4 硫同位素组成特征

本区硫（砷）化物硫同位素组成的最大特点是较富集轻硫同位素，其δ（34S）值多在-5×10-3以内（表1），且δ（34S）值与Au含量之间存在对应关系，并自黄铁矿向毒砂、辉锑矿递减，可能是由于34S从S2-向（S2）2-的较高氧化态富集的缘故。研究表明，这种较富集轻硫的硫（砷）化物，是在氧化态硫达平衡时形成的[4]，金与毒砂（黄铁矿）是同时或稍后时形成的，二者之间必然存在时间和空间关系。所以，区内载金的硫（砷）化物富集轻硫同位素的特点，可以作为成矿预测和矿床评价有效的同位素地球化学标志。

表1 矿石硫同位素组成特征

4 毒砂的含金性及金的赋存状态

4.1 含金性

本区毒砂ω（Au）一般为120×10-6～240×10-6，最低86.2×10-6，最高332×10-6（表1），其平均值比共生的黄铁矿Au的平均值高4倍、比辉锑矿Au的平均值高6.8倍，这足以佐证毒砂为本区金的最重要的载体矿物。正如博伊尔所指出的那样[5]：金矿床中毒砂与金的共生关系比金与黄铁矿的共生关系密切得多，有的矿床黄铁矿中实际上不含Au或仅含少量的Au，而几乎所有矿床的毒砂中都含Au或都富含Au。

4.2 金的分配率

根据金的平衡配分计算结果表明[6]，毒砂中金的分配率是相当高的（表2），这就更进一步证实，在砷金类型的金矿床中，绝大部分的金是赋存于毒砂中的。毒砂含量产生0.1%的变化，即可引起3%～6%金的分配率的变化。因此，决定金的回收率关键在于毒砂的回收。

表2 金在毒砂中的分配率

5 毒砂中金的赋存状态

从毒砂的单矿物分析结果可知，本区毒砂尤其是产于蚀变板岩中的粗粒毒砂，其ω（Au）（180× 10-6）是非常高的，是石英脉中细粒毒砂ω（Au）（73×10-6）的2.5倍。然而，在光学显微镜下，赋存于毒砂中的显微金并不多见，即使在高倍电镜下进行金的特征X射线扫描亦未发现独立金矿物的富集区。同类型的黄金洞矿床，将ω（Au）=125×10-6的毒砂，置于JEM-2000EX型电子显微镜下进行大面积扫描，在Au-Ka特征X射线图像上也未发现金的富集区；再减薄制作，在该电镜透射系统下放大10万倍进行观察，亦未发现金的微粒存在[3]，显然，金在毒砂中的质点不会大于0.05μm（n×100Å）。毒砂中的金是呈机械混入物、或是显微—超显微粒[2，7]、还是以晶格金形式存在[3，8]？ 目前人们有不同的认识。笔者依据泥潭冲矿床中毒砂所作多项测试分析成果，结合相关金矿试验成果，对毒砂中金的赋存形式探讨如下。

5.1 化学物相分析

长沙矿冶研究所对杏枫山金矿石的光学显微镜观察及人工重砂电子探针分析，均未见到金矿物[9]。后将ω（Au）=2.56×10-6的矿石磨至40目进行化学物相分析，其游离Au为1.00×10-6，毒砂包裹Au为1.08×10-6，磁黄铁矿中的Au为0.30×10-6，硅酸盐中的Au为0.19×10-6。它表明金的嵌布粒度是极细的，且多包裹于毒砂中。

5.2 金的电子探针分析

贵州三都金矿对大量毒砂、黄铁矿进行成分像与X射线图像观察均未找到含Au的单矿物。进而对毒砂、黄铁矿作金的X射线强度分布轮廓图分析，每间隔17μm测l点，共测1000余点，也没发现小于1μm的独立金矿物[10]。但从中可以看出，毒砂中微量Au比黄铁矿多，且在这两种矿物中的分布都是不均匀的。因此，可以认为金是以矿物状态不均匀地分布于毒砂和黄铁矿中。这与其化学物相分析结果基本一致。由于颗粒太细，致使超出探针的可探极限。

5.3 X射线衍射分析

经对泥潭冲矿床4件含ω（Au）（166.67×10-6～196.67×10-6）毒砂、平桂锡矿1件ω（Au）仅1.25×10-6的毒砂及香花岭锡矿1件ω（Au）仅0.30×10-6的毒砂进行X射线衍射对比研究，选择对成分结构较敏感的（131）衍射峰作慢扫描发现，含Au毒砂中，其d131值与Au含量并无明显差异，在含Au毒砂中，其d131值与Au含量亦无明显的关系。这一方面说明X射线衍射难以反映其含Au量，另外也说明毒砂中可能没有或很少有晶格金。

5.4 电子顺磁共振（EPR）波谱分析

据易闻等利用日立JES-FEIXESR波谱仪，以低温（77K）和室温（300K）对沃溪、黄金洞矿床含ω（Au）（151×10-6～333×10-6）毒砂、石门雄黄矿和香花岭锡矿不含Au毒砂所作EPR波谱研究表明，含Au与不含Au毒砂的区别在于有些含Au毒砂在3400GS附近出现g因子约为2的标准吸收峰，而不含Au毒砂则无此峰出现[11]。这是由于含Au毒砂中Au+等不同电价的离子替换晶格中的Fe2+而引起，并认为该吸收谱的强度与毒砂的Au含量有关。从而证明少部分金呈Au+进入毒砂晶格。刘英俊等利用西德ER2000-D-SRC电子顺磁波谱仪实验则认为[3]，黄金洞矿床含Au毒砂的EPR谱具有一g因子为2.000～2.004的精细结构，其强度随含量的增高而增强。表明毒砂中的金系晶格金存在，并且是通过Au-As类质同象置换而进入毒砂中的。由EPR谱、Mossbaur谱分析表明，毒砂结构中的铁为低自旋Fe3+，而非Fe2+。

本次经JES-FEIXGESR波谱仪（温度300K）对泥潭冲金矿、香花岭锡矿10余件含Au与不含Au毒砂测定结果[2]，发现除某些样品出现上述EPR谱的吸收峰外，还有些样品并无此峰出现，而且此峰的强度与Au含量无关。说明晶格金可能只存在于部分毒砂中，且晶格金的含量可能与毒砂的Au含量并无一定的关系。可以认为，本区毒砂总体而言，其晶格金的含量是很低的，这与毒砂中金的溶解度很低的事实是相符的。

5.5 金的溶解度测定

对泥潭冲矿床ω（Au）=166.67×10-6的毒砂，以25ml HNO3（65%）+75ml H2O为溶剂，在100℃水温条件下，溶解1g样品，待完全溶解后滤出溶液，分析溶液的Au、Fe含量并计算毒砂和金的溶解度。结果可见溶解度近于100%，而且随毒砂的溶解而进入溶液的分散金（晶格金和吸附金）的比例是极低的。在光学显微镜下检验溶液未发现金粒，说明金以极细的颗粒存在。

5.6 透射电镜及能谱分析

张振儒等利用日立H-800型透射电子显微镜（附EDAX能谱仪），研究了泰国某锑金矿和我国龙山锑金矿毒砂中金的赋存状态[12]，发现毒砂中的金主要为“次显微金”，呈小的圆球状或链状分布，充填在毒砂的微裂隙中或沉淀在毒砂的晶面上，金的粒径大小不一，自0.00083～0.029μm，一般为0.005μm。这些小圆球状的金粒，经EDAX能谱仪分析具明显的Au La=9.712ke V峰及Au Lβ1=11.440ke V峰，而无Ag的能谱峰，故证实这些小圆球状的颗粒为自然金；同时该点的能谱上具有Feda1-2=6.398ke V峰和Aska1-2=10.530ke V峰，证实是在毒砂矿物中；亦为透射电镜的电子衍射环所证实。

5.7 溶解性试验及微束分析

通过对我国若干卡林型金矿中以毒砂为主要载金矿物所作溶解性试验结果表明[13]，残渣的含Au率远远高于溶液的含Au率，其中残渣内的Au代表单体金，溶液中的Au代表晶格金和吸附金（胶体金），说明金主要以独立矿物存在。经微束分析亦证明以独立矿物金存在，还有多晶聚合体。正如涂光炽教授（1991，1992）所指出的那样：卡林型金矿金的赋存状态至今仍未发现Au进入晶格代替其他物质，以类质同象产出，金主要是呈独立金和吸附金的形式存在[14]，这十分有利于金的提取。

5.8 选矿工艺试验研究

湖南康家湾大型—超大型铅锌银砷金矿床是个复杂的多金属矿，矿石有用元素多，品位富，具有很高的经济价值。原矿含Au较高，达2.3×10-6。由于金矿物的粒度很细，这对金矿物在磨矿过程中的单体解离有很大困难，只能用化学方法处理。为查明矿石中金的赋存分布情况，利用富集的黄铁矿、方铅矿和闪锌矿精矿，先测定其主要矿物含量，然后用0.3%Na CN溶液在室温下充气搅拌24h浸取Au，并化验残渣中的Au含量。据黄铁矿精矿、毒砂黄铁混合精矿的分析计算结果，矿石中77.02%的Au分布在黄铁矿和毒砂中，在常温常压条件下，这部分Au用氰化物溶液或碘加碘化钾溶液是很难浸出的，可能是以显微金和次显微金的形式存在，只能用焙烧 氰化或冶炼等方法提取[15]。

通过上述SEM、TFM、EPR、Mossbaur谱，微束等现代分析测试方法，和HNO3、Na CN等化学浸取法及选矿试验，一致证实了赋存于毒砂中的“不可见金”应是以微粒—超微粒形式存在的自然金，金的质点一般小于0.1μm。基于此，笔者尝试应用纳米科技（Nano ST）的观点，对本区赋存于毒砂中的“不可见金”存在形式作进一步探讨。

上述金矿床毒砂中Au的粒径大多小于10nm，正是纳米微粒研究范围。按照纳米科技的观点，这类金矿毒砂中的金应是介于颗粒Au与离子、原子Au之间的超微粒状态存在。诚如近年来随着高分辨率透射电镜（HRTEM）和离子探针（STMS）以及放射性同位素（195Au）示踪法的发展与应用，证明黄铁矿中的金既不呈微观的类质同象存在，也不呈体相的矿物颗粒存在，而是呈纳米级（0.1～100nm）颗粒出现在载金的黄铁矿中[16]。由于毒砂和黄铁矿的晶体结构非常相似，仅在As含量上有很大差别，可以认为，湖南锑砷金一类共生金矿床毒砂中的“不可见金”主要应是“纳米金”（矿物金），而非“晶格金”[17]。同时，由于纳米金均匀地分散在毒砂中，所以毒砂的X射线分析图像显示的质点分布相当均匀[3，8]。

总之，泥潭冲金矿床为与脆-韧性剪切带有关的金矿床。毒砂是“不可见金”（纳米金）的主要载体，且比与之共生的黄铁矿更偏向优先富集“不可见金”（纳米金）。

致谢：成文过程中，参考并引用了中国有色金属工业总公司矿产地质研究院矿山室、湖南省有色地质勘查局二四五队等有关资料，在此，谨向上述单位和作者本人表示深切的谢忱。基于纳米科技知之甚少，文章谬误难免，恳请专家学者及地质界同仁不吝点拨赐教。

参考文献

[1]鲍振襄，万溶江，鲍珏敏.湘西泥潭冲锑砷金矿地质地球化学及成矿机制[J].黄金地质，1999，5（4）：51-58.

[2]鲍振襄.湘西钨锑金矿床黄铁矿和毒砂含金性研究[J].黄金，1990，11（3）：1-6.

[3]刘英俊，孙承辕，马东升.湖南黄金洞金矿床毒砂中金赋存状态研究[J].地质找矿论丛，1989，4（1）：42-49.

[4]Eion M.Cameron等（周群辉译）.安大略赫姆洛金矿床地球化学、同位素研究[J].地质科技情报，1987，6（1）：94-101.

[5]博伊尔.金的地球化学及金矿床[M].马万钧，译.北京：地质出版社，1984：280-281.

[6]中国有色金属工业总公司矿产地质研究院矿山室，湖南省有色地质勘查局二四五队.湖南溆浦龙王江金锑矿田中金的赋存状态、富集规律、矿床成因及远景研究[R].吉首：湖南省有色地质勘查局二四五队，1990.

[7]鲍振襄.湖南共生与伴生金的赋存状态及分布规律[J]，地质找矿论丛，1989，4（4）：1-11.

[8]杨书桐.安徽省东南部东至地区金矿化作用的独特性[J].矿床地质，1992，11（4）：325-329.

[9]冶金工业部长沙矿冶研究所.隆回杏枫山矿区矿石选矿试验报告[R]，隆回：隆回县工业局，1987.

[10]吴秀群.三都锑砷金矿的物质组分及金赋存状态的初步研究[J].西南冶金地质，1983（3）：37-43.

[11]易闻，张振儒，蔡秀成.晶格金的电子顺磁共振研究[J].湖南地质，1986，5（1）：72-76.

[12]张振儒，王卿铎，廖凤英，等.次显微金在毒砂中赋存状态研究[J].桂林冶金地质学院学报，1991，11（2）：150-153.

[13]韦龙明，刘鸾玲.中国卡林型金矿床金的赋存状态研究[J].地质与勘探，1995，31（6）：31-35.

[14]涂光炽.关于金矿若干问题的探讨[M]//金的经济地质学.北京：科学出版社，1991：56-64.

[15]红钢.康家湾铅锌矿中伴生金银的性质对选矿工艺的影响[J].有色金属（选矿部分），1997（4）：1-5.

[16]魏富有.从黄铁矿中金的赋存状态谈纳米科技[J].黑龙江地质情报，1996（2）：21-22.

[17]鲍珏敏，万溶江，鲍振襄.湘西泥潭冲锑砷金矿地质特征及成因机制新探[J].湖北地矿，1999，13（2）：20-27.

[1]文章来源：《地质找矿论丛》，2005年第4期。作者简介：孙际茂（1962—），男，湖南澧县人，高级工程师，主要从事地质矿产勘查和技术管理工作。