大宝山次生富集带的形成机理

大宝山次生富集带的形成机理

李挺杰梁通

广东省大宝山矿业有限公司广东韶关512127

摘要：大宝山矿区位于粤北古生代坳陷带。吴川—四会深大断裂带内，北东向的北江断裂与东西向的大东山一贵东构造带交汇处。在地表残积形成大型褐铁矿床，同时由于水（含有矿物质）的渗透作用，在潜水面以下到静止带之间的地下水上部的流动带内形成次生硫化物富集带。本文章将主要讨论有关大宝山次生硫化物富集带的形成过程及其形成机理。

关键词：铜硫多金属矿床；次生硫化物富集带；铁帽

宝山矿区位于粤北古生代坳陷带，吴川—四会深大断裂带内，北东向的北江断裂与东西向的大东山一贵东构造带交汇处。该区在地史上经历过多次、复杂的地壳运动。在地表是一个大型褐铁矿床，在地下是一个大型的铜硫和铅锌矿床，更深层的底部为一钼矿床，同时由于水的渗透作用，在潜水面以下到静止带之间的地下水上部的流动带内形成次生硫化物富集带，形成了菱铁矿床。

1矿区地质特征

1.1矿区地质

大宝山多金属硫化矿床整体形态为一连续而完整的扁平矿化带，由于成因上的联系，所以其产状基本与围岩岩层一致，并随围岩空间上的局部变化而变化，而大多数情况下是形状稳定产状平缓的，总的趋势略倾向东。

在这一完整的矿化带中，由于矿化并不完全均匀，所以一经用规定指标圈定后，便出现了大大小小的许多工业矿体，矿床地表覆盖着一层具有工业价值的铁帽。

2成矿因素分析

地表岩石或品位较低的矿床，在风化过程中有一部分溶于水的组分渗入地下，因沉积作用或沿途与围岩发生交代作用所形成的矿床。例如某些含镍的超基性岩，在风化淋滤作用下可以使镍矿得到富集，形成镍矿床。特别是金属硫化物（黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等），在淋滤作用下往往使硫化矿床发生次生富集作用，大大提高矿床的品位和开采价值，因此这种淋滤成矿作用对于硫化物矿床具有重要的意义。水是风化作用的主要营力，风化作用大都发生在潜水面附近或其上部，分布范围与原生岩石出露的范围一致或相距不远。

2.1风化矿床的控矿因素

①原岩成分。风化的原岩是成矿物质来源，如基性和超基性岩中铁的含量较高，又易于风化，有利于形成铁的风化矿床，大宝山的原岩中含有丰富的铁，铜等元素。②气候条件。它对风化成矿作用有决定性影响。在各类气候条件中以热带与亚热带地区最有利于形成风化矿床，而大宝山刚好位于典型的亚热带地区。③地形。中低山区和丘陵地区有利于风化矿床的形成和保存。矿区位于南岭山脉中高山区。④潜水面。潜水面深度适中，岩石的分解速率和淋滤速率相适应，有利于矿质的富集。⑤地质构造条件。断层和裂隙发育带有利于地下水的大规模运动，因而能控制风化矿床的产出位置和形成深度。⑥时间因素。形成规模大、质量好的风化矿床，需要漫长时间，已知的风化矿床，多数是在第三纪、第四纪或中生代形成的。这么多有利条件最终形成了中国最大的风化淋积型铁矿[5]。

2.2矿床成因化学分析

大宝山原岩中硫化物的变化和次生富集作用，主要与潜水循环分带和各带的化学环境有关。图1-1是硫化物氧化还原带分布图。

3大宝山铁帽的类型

大宝山的铁帽与原生硫化矿床不仅表现在空间上重叠，并且成分上多含有铜、铅、锌、铋等组分，甚至不少的还可以看到其与原生硫化矿物或次生多金属矿物之间共生，所以铁帽是硫化矿体氧化而形成的。

3.1黄铁矿风化形成的铁帽

黄铁矿是这个地区铁帽形成的主要原生矿物。他的氧化过程如下：

2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO4

硫酸亚铁很不稳定，其二价铁离子继续氧化成三价铁离子形成硫酸铁：

4FeSO4+2H2SO4+O2→2Fe2（SO4）3+2H2O

同样的硫酸铁也很不稳定，容易在水中水解形成氢氧化铁和游离的硫酸：

Fe2（SO4）3+6H2O→2Fe（OH）3+3H2SO4

Fe（OH）3是一种比较稳定的易于凝聚的胶状物质，经过脱水后凝聚为褐铁矿，形成铁帽。

3.2铜硫矿物风化形成的铁帽

铜硫矿物中以黄铜矿为代表，下面是黄铜矿的氧化过程

首先，黄铜矿氧化为FeSO4和CuSO4：

CuFeS2＋4O2→FeSO4＋CUSO4

然后，硫酸亚铁FeSO4继续氧化形成褐铁矿，残留于地表，形成铁帽。

4FeSO4+2H2SO4+O2→2Fe2（SO4）3+2H2O

2Fe2（SO4）3+9H2O→2Fe2O3•3H2O+6H2SO4

至于CuSO2则溶于水向下渗透。

还原带的次生富集作用

下面是从氧化带渗入还原带的CuSO4溶液，在还原条件下与黄铜矿、黄铁矿发生交代作用的反应式：

5CuFeS2（黄铜矿）+11CuSO4+8H2O→8Cu2S（辉铜矿）+5FeSO2+8H2SO4

CuFeS2+CuSO4（黄铜矿）→2CuS（铜蓝矿）+FeSO4

2FeS2（黄铁矿）+10CuSO4+6H2O→2Cu5FeS4（斑铜矿）+6H2SO4+11O2

5FeS2（黄铁矿）+14CuSO4+12H2O→7Cu2S（辉铜矿）+5FeSO4+12H2SO4

此类矿床经过次生富集作用，常形成重要的（次生）铜矿床。次生富集的含意包括两个方面，一是从氧化带分散渗透下来的CuSO4溶液都集中在还原带；二是所产生的次生硫化物铜矿，普遍增加了Cu的含量。

4.结论

通过前面对矿区地质、环境、成矿因素的分析，我们可以得出如下结论：矿床形成后，在地台上升条件下，经长期的风化淋滤作用，矿体逐渐暴露地表，随着季节气候的急剧变化和长时间的作用，矿石及岩石受到的风化也加剧，因此，硫化矿物经氧化淋滤后，变成游离的硫酸亚铁，硫酸亚铁并不稳定，变成硫酸铁，硫酸铁在水中溶解而成胶状氢氧化铁，最后经脱水作用形成规模巨大，且具有工业价值的铁帽型褐铁矿床，通过次生富集作用，在潜水面以下到静止带之间的地下水上部的流动带内形成次生硫化物富集带。成矿模式如图1-2：

参考文献：

[1].刘妨群杨世义.粤北大宝山多金属矿床成因的初步探讨.地质学报.1985

[2].邱世强关于大宝山层状多金属矿床成因初步探讨.地质论评.1981

[3].姚德贤广东富铁矿的主要类型和分布规律.南方钢铁1997年10月