富钴黄铁矿中钴微-纳米尺度赋存状态:以大横路铜钴矿为例

黄铁矿是重要的载钴矿物,自然界钴矿床中富钴黄铁矿的Co含量可达10%~20%,明显超出实验岩石学和理论计算获得的黄铁矿溶解Co的能力。目前,这些富钴黄铁矿溶解过饱和Co的机制以及Co过饱和黄铁矿是否出溶方硫钴矿尚不清楚。为探讨以上问题,本文选取吉林大横路Cu-Co矿中富钴黄铁矿为研究对象。能谱元素面扫描和电子探针分析结果显示,大横路富钴黄铁矿中Co呈不均匀分布且无规律,单颗粒Co含量变化范围较大(Py108为4.31%~9.74%、Py110为4.54%~8.83%),Co的不均匀很可能与黄铁矿的生长过程和结晶环境有关。透射电镜和原子探针分析结果显示,纳米尺度富钴黄铁矿中Co呈均匀分布,未见富Co的包裹体和方硫钴矿出溶体,Co以类质同象的形式替换Fe存在于富钴黄铁矿中。根据以上结果,我们认为大横路富钴黄铁矿中溶解过饱和的Co很可能与微晶尺寸效应有关,亚稳态Co过饱和FeS_(2)-CoS_(2)固溶体可以长期保持不变。

大横路铜钴矿含矿地层的物源区属性和沉积环境:对钴富集的制约

大横路铜钴矿床位于胶-辽-吉古元古代构造带北段,是我国目前探明的以钴为主的大型变沉积岩容矿型铜钴矿床。然而,关于该矿床的含矿地层物源属性及沉积时的氧化还原条件,以及二者与钴成矿之间的联系尚不清楚。本次研究以采自钻孔的贫Co和富Co变碎屑岩以及老岭群地表出露的变质碎屑岩和碳酸盐岩作为研究对象,开展了详细的全岩地球化学以及C-O-S同位素研究,对比含矿与不含矿地层的物源属性、风化程度以及沉积时水体氧化还原环境的差异,进而探讨它们对Co(富Co硫化物)富集的制约。钻孔及地表的大栗子组变碎屑岩的地球化学特征表明含矿的大栗子组样品相对老岭群其他组样品更加富集Fe_(2)O_(3)^(T)和Sc且具有更低的Zr/Sc比值,这表明含矿地层中具有更多的镁铁质岩石来源的碎屑物质的输入。这与大栗子组中Hf含量小于8300×10^(-6)以及ε_(Hf)(t)值大于+2.3的碎屑锆石的比例更高是一致的。富Co的绢云千枚岩(变质页岩)相比贫Co样品具有更高的校正后化学蚀变指数CIA(大于83)、化学风化指数CIW(大于89)和斜长石蚀变指数PIA(大于85),这表明前者的母岩区经历了较高程度的化学风化,导致了含矿岩石中具有更高的黏土矿物含量。此外,富Co样品显示了更低的Fe^(3+)/Fe^(2+)比值,表明了其形成于相对较为还原的沉积环境。综上所述,在大横路铜钴矿的赋矿岩石大栗子组绢云千枚岩的原岩沉积时,其更高的基性源区组份、母岩区较高的化学风化程度以及相对较为还原的沉积环境为Co的初始富集提供了有利条件。这一研究结果为深入探讨该类型矿床的成矿机制提供了重要依据。

吉林省大横路铜钴矿复杂的沉积-变质变形-热液作用演化过程及其对钴的赋存状态和富集成矿的制约

吉林省白山市大横路铜钴矿为国内少有的沉积-变质变形-热液等多种成因叠加改造的大型钴矿床,是综合研究古元古代造山带钴复杂成矿作用过程的理想地区。目前,有关该矿床中钴的赋存状态、富集迁移规律及复杂的成矿过程等方面的研究十分薄弱。本文采集矿床内典型钻孔样品,通过精细的矿相结构观察、扫描电镜物相分析、X射线元素面扫描和矿物成分定量分析等综合研究,发现大横路铜钴矿床经历了多期多阶段复杂的沉积-变质变形-热液作用,钴主要以Co的独立矿物(硫镍钴矿和辉砷钴矿),类质同象进入富Co黄铁矿和在磁黄铁矿中发育钴镍黄铁矿出溶体等形式存在。该矿床成矿作用分为以下5个阶段:沉积阶段以黄铁矿-磁黄铁矿-黄铜矿呈极细粒包体零星分布为特点;变质变形阶段以硫镍钴矿-磁黄铁矿-黄铜矿组合沿绢云母-黑云母-石英变质千枚理定向分布为特点,变质程度达高绿片岩相;早期热液作用主要沉淀粗大脉状磁黄铁矿及其钴镍黄铁矿出溶体;中期热液作用以条带状自形富Co黄铁矿和硫镍钴矿为标志,该阶段为Co富集成矿的主成矿期;网脉状黄铜矿沉淀对应于最晚期热液作用,同时发育极少量细粒辉砷钴矿。矿体的蚀变类型以硅化、碳酸盐化、钠长石化和绿泥石化为主,次为钾长石化和绢云母化。其中,硅化、铁白云石化和钠长石化蚀变稍早于金属硫化物形成,为金属硫化物的沉淀与富集提供了有利条件;辉砷钴矿的沉淀与钠长石的绿泥石化、钾长石化和绢云母化等蚀变作用关系密切。由此可见,多期多阶段沉积-变质变形-热液事件对Co的迁移-富集起着关键的控制作用,不同的变质变形-热液演化阶段均存在富Co硫化物的沉淀,Co的赋存形式也存在明显差异。富Co黄铁矿和硫镍钴矿为大横路铜钴矿Co最主要的赋存形式。综上所述,在辽-吉古元古造山带形成演化过程中,大横路大型铜钴矿钴的富集成矿经历了沉积-变质变形-多期热液叠加改造的复杂演变过程,可称之为造山型铜钴矿床。原始的沉积作用为钴矿的预富集提供了重要的成矿条件,古元古代造山过程及其伴随的区域变质变形事件对钴的初始活化-迁移起着关键的控制作用,后期热液叠加改造事件主导了钴的迁移-超常富集成矿过程。