内蒙古索家沟银铅锌矿床伴生稀散金属镉、镓的富集特征研究

时间：2024-07-28

李新，李香资，权知心，岑朝正，彭志阳，白龙

(1.乌兰察布市地质勘查项目管理中心，内蒙古乌兰察布 012000；2.河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院，河南郑州 450000)

0 引言

稀散金属元素Cd、Ga等因其独特的性能，广泛应用于当代高科技新材料中，对国民经济、国防安全及科技发展具有重要的意义，越来越受当代科学界的重视，并被发达国家和经济体列为关键性矿产资源之一。研究表明，通常情况下稀散金属很难独立成矿，在特定的地质-地球化学条件下也可出现超常富集的大型矿床，但大多数分散元素多以类质同象、机械混入及吸附等方式赋存于闪锌矿等其他载体矿物中[1-3]，其中铅锌矿或富锡铅锌矿中的闪锌矿是稀散元素中 Ga、Cd 等元素的主要载体矿物[4]。稀散元素作为金属硫化物矿床的伴生矿产，往往缺乏综合勘查和综合研究，目前国内外对稀散元素赋存状态和富集规律的研究还较少，如Ga、Cd 的富集与铅锌矿类型之间的关系尚不明缺，在综合回收利用方面也不够重视，造成资源的极大浪费。其次分散元素如Cd等毒性强，易对生态环境造成严重危害。故加强矿床中伴生分散元素的富集规律研究具有重要的经济价值及社会生态环境保护意义。

内蒙古索家沟银铅锌矿床是近年来在内蒙古中部玄武岩覆盖区发现的隐伏大型矿床，当前普查阶段共估算银金属量1400 t，铅+锌金属量28万吨，且该矿床尚有较大的深部找矿前景。其银铅锌矿石中含Cd、Ga等分散元素，其中w(Cd)=(1～1048)×10-6、w(Ga)=(6～32)×10-6，达到了银铅锌矿床伴生综合利用指标。故本次通过对Cd、Ga含量与主成矿元素Ag、Pb、Zn含量进行相关性分析及纵向不同高程含量对比，拟对索家沟矿床中伴生的Cd、Ga等稀散金属元素分布规律进行研究，为今后矿产资源综合开发利用提供依据，提高矿床综合经济价值，并对当地生态环境保护具有建设性意义，同时对丰富区域成矿学和金属矿床研究内容具有重要意义。

1 地质概况

1.1 区域地质背景

索家沟隐伏银铅锌矿床大地构造位置位于华北陆块北缘阴山隆起东部，临河—集宁—尚义EW向深大断裂以南，大同—尚义NW向断裂以西，开花山—隆盛庄—曹四夭NE向区域性断裂与永善庄断陷交汇部位。区域上太古宙—古元古代克拉通结晶基底发育，新生代沉积盖层、玄武岩分布面积较广，中生代中酸性火山-侵入岩较发育，不同方向构造-岩浆活化断裂带交汇部位成矿最有利，形成了丰富的矿产资源(图1)，已发现曹四夭超大型斑岩型钼矿[5-6]、大苏计大型斑岩型钼矿[7-8]、李清地大型铅锌银矿[9]、九龙湾中型银矿[10]、开花山中型银多金属矿[11]、豆角山小型铅锌矿[12]等。

1.2 矿床地质特征

索家沟矿床隐伏于新生界盖层之下，地表为新近系中新统汉诺坝组(N1h)玄武岩、上新统宝格达乌拉组(N2b)砂质泥岩；矿床西北出露晚侏罗世石英正长岩(J3ξο)，在钻孔深部见早白垩世细粒花岗岩(K1γ)、花岗细晶岩(K1γl)、花岗斑岩(K1γπ)等；因新生代地层覆盖严重，地表断裂构造不出露(图2)。通过钻孔控制，矿体主要赋存于新生界覆盖层下集宁岩群—太古界黄土嘴岩组(Ar2ht)黑云斜长(二长)片麻岩及斜长浅粒岩中的构造破碎带及破碎带两侧强蚀变围岩中，整体上受NW向天宝屯—红土窑隐伏断裂F7控制。

矿体呈雁行式排列分布于黄土嘴岩组破碎蚀变带内(图3)，总体走向NW280°～300°，倾向NE10°～30°，矿体长100～1100 m，斜深100～600 m，埋深47～704 m，赋矿高程722～1365 m；厚度为1.02～6.72 m；平均品位：银232.99×10-6、铅1.57%、锌3.13%。矿石结构主要有半自形—他形粒状结构、自形粒状结构、交代结构、固熔体分离结构等。矿石构造多为块状构造、浸染状构造、细脉状构造、细脉—网脉浸染状构造、角砾状构造等。

矿石类型以辉银矿、闪锌矿、方铅矿共生的硫化矿石为主，浅部为氧化矿石，两者之间有少量混合矿石。矿石矿物主要有辉银矿、硫锑银矿、硫砷银矿、方铅矿、闪锌矿，其次为黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、白铁矿、褐铁矿等。脉石矿物主要有长石、石英、黑云母及次生碳酸盐、次生微粒状石英、绿泥石等。

围岩蚀变以硅化、绢云母化(两者叠加成绢英岩化)、高岭土化、绿泥石化及碳酸盐化为主，次为绿帘石化等。矿床成因属与燕山期酸性火山-侵入活动有关的中低温热液脉状充填型矿床[13-15]，矿床深部钻孔ZK083已揭露有早白垩世酸性岩体，且岩体附近矿化带厚达70 m。

2 稀散金属镉镓富集特征

2.1 赋存状态分析

索家沟矿床中伴生的镉、镓等稀散金属元素相对富集，采用 Optam2100 DV 型等离子发射光谱仪和 XSERIES2 电感耦合等离子体质谱仪对157件样品进行了分析，w(Cd)=(1～1048)×10-6，w(Ga)=(6～32)×10-6，其中Cd高于综合利用指标 (≥50×10-6)的样品70件，最大值为1048×10-6，平均值为231×10-6；Ga高于综合利用指标 (≥10×10-6) 的样品118件，最大值为32×10-6，平均值为19×10-6。

将Cd、Ga含量与主成矿元素Ag、Pb、Zn含量进行相关性分析，由图4可见，其中Ga与Ag、Pb相关性不高，整体上略显负相关的特征；Ga与Zn的相关活跃性要高于Pb、Ag，总体上略显正相关的趋势，即表现出Ga与Zn更易于伴生的特点。Cd与Ag、Pb均无明显相关规律可循，而Cd与Zn表现出明显的正相关性，即Cd与Zn表现出强烈的伴生关系。综上可见,区内矿石中Zn与Cd、Ga具有较好的共生关系，而区内矿石类型中锌主要以闪锌矿的形式存在，推测区内闪锌矿是Cd、Ga的主要富存载体。

区内闪锌矿直观上可分为浅色、深色两类，浅色(浅黄、褐、棕色)闪锌矿多呈半自形晶集合体，粒径较大，常与半自形粗粒方铅矿共生，且方铅矿多呈连续岛状包裹在闪锌矿内；深色(褐黑、棕黑色)闪锌矿呈细脉状、断续脉状分布，常被方铅矿交代，两者界线平直，少数呈港湾状，岛屿状(图5)。结合国内多数矿床的研究成果表明，Cd、Ga在浅色闪锌矿中富集程度要明显高于深色铅锌矿[17-19]，整体上区内以浅色闪锌矿为主，故索家沟矿床表现出较好的富Cd、Ga稀散金属的特点。

2.2 镉镓富集规律

以矿体划分为基础，矿床自上而下按20 m高程间距对Ag、Pb、Zn、Cd、Ga含量进行统计 (表1)，可见区内矿石表现为由上部银-铅-锌矿石、中部铅-银-锌矿石向下部锌(铅银)矿石的过度转变，即深部锌相对更加富集，同时锌含量高时，镉含量正相关性也较为突出。以Cd/Zn和Ga/Zn两个比值来对镉、镓富集规律进行研究，其相关关系详见图6，Cd和Zn含量比值在1120 m往上跳跃性较高，推测与矿床上部氧化有关，1120 m往下硫化物中的Cd和Zn含量比值相对稳定；同样Ga和Zn含量比值也表现出上部不稳定，中下部1200～800 m相对稳定的特点，局部也表现出一定的跳跃性，说明Ga在类质同象置换Zn时的活跃程度更高。总体上矿床中稀散金属Cd、Ga分布相对均匀，尤其在深部硫化矿中，呈现稳定富集的特征。

3 勘查应用与科学研究指示意义

目前索家沟矿床普查阶段初步估算伴生资源量Cd 1298 t、Ga 104.6 t，且经前述研究显示矿床越往深部，镉、镓稀散金属越加稳定富集的特征，预测区内稀散金属镉、镓资源潜力较大。另外在矿床深部M29号矿体中In综合含量也达综合利用指标 (≥10×10-6) 要求，其平均值为13×10-6，显示出矿床深部具有富含其他稀散金属元素的前景。

周边已知矿床九龙湾银矿、豆角山铅锌矿、开花山银多金属矿等，包括著名的李清地铅锌矿均未对Cd、Ga等稀散金属元素进行深入研究。对比李清地铅锌矿，索家沟矿床成因及矿石类型与其较为类似，其在矿石成分研究方面缺乏对稀散金属元素的重视，在矿产回收方面也主要针对Pb、Zn、Au、Ag、S进行了回收，本次研究有助于在索家沟矿床开发过程中对伴生Cd、Ga等稀散金属元素的回收引起重视，提高矿产资源综合利用率及经济价值，如在进行还原浸酸法破坏载体矿物晶格提炼吸附态银与类质同象银[20]的同时回收类似赋存状态下的Cd、Ga等稀散金属。同时对Cd、Ga等元素的回收利用也极大地减少了污染危害，保护了生态环境。

经研究，索家沟矿床中Cd、Ga富集分布相对均匀，尤其在深部硫化矿中，而稀散金属元素因其特殊性，不同的元素比值具有特殊的指示意义，如有学者研究发现Zn/Cd比值可作为热液矿床形成的温度及其物理化学条件标志[21-22]，Zn/Cd比值>500时，指示高温条件；Zn/Cd比值在250左右时，指示中温条件；Zn/Cd比值<100时，指示低温条件。索家沟矿床Zn/Cd比值在99～278之间，表示该矿床属中低温矿床，与前述矿床成因研究结论一致，故研究矿床稀散金属富集规律有助于分析矿床成因及区域成矿地质条件。