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非硫化锌矿:新类型抑或大忽悠? 精选

已有 6938 次阅读 2010-8-10 08:53 |个人分类:学场评论|系统分类:科研笔记| 大忽悠, 非硫化锌矿, 氧化锌矿, 新类型

非硫化锌矿:新类型抑或大忽悠?

刘继顺

2010-08-10

1、引言

2003年,Economic Geology 第四期以“A Special Issue devoted to Nonsulfide Zinc Deposits:A New Look"(非硫化锌矿床)为题,出版了专辑。收录的论文主要来自当年8月在雅典召开的SGA双年会上的“Nonsulfide Zinc Deposits”专题讨论会,部分论文来自2001年在波斯顿召开的SGA双年会上的“沉积岩容矿的铅锌矿床”专题讨论会。

2008年,Ore Geology Reviews 第二期又出版了专辑,以“A Special Issue devoted to Nonsulfide Zn-Pb Deposits”(非硫化铅锌矿床)为题。

这两个专辑的出版及近年日益增多的学术论文, 使“Nonsulfide Zinc Deposits”(非硫化锌矿床)一词,频繁地见著于学术文献与报道中,似乎国际上发现了一种新的矿床成因类型和勘探类型。


我国向来具有跟风的传统,而且往往不加思考与评判, 紧跟国际上的“大忽悠”,以为站在了国际学术前沿上。

曾从“层控矿床”风和“喷流沉积”风,刮到了“铁-氧化物-铜-金(IOCG)”风、“埃达克岩”风和“造山带金矿”风。可以预计,“非硫化锌矿”风即将在中国矿床学界刮起。

为了弄清“非硫化锌矿”的来源及研究现状,本人查阅了有关文献,特评述于下,供各位方家指正。

2、“非硫化锌矿”与“氧化锌矿”

顾名思义,“非硫化锌矿”,是相对于硫化锌(闪锌矿)而言的,系指矿石矿物不是硫化物的锌矿物,包括碳酸盐(菱锌矿、水锌矿)、硅酸盐(硅锌矿、异极矿、锌尖晶石、锌铁尖晶石、锌蒙脱石、富锌粘土)、磷酸盐(磷钙锌矿、三斜磷锌矿)、砷酸盐、硫酸盐(锌矾)、氧化物(红锌矿、锰锌矿)和氢氧化物(羟锌矿、水锌矿、异极矿、锰锌矿)。

就矿物组合而言,“非硫化锌”矿与过去所称的“氧化锌”矿大体一致。“氧化锌矿”英文名为“Oxidized Zinc Ores”或“Supergene Zinc Ores”,拉丁文为“Lapis Calaminarius”,法文为“Calamine”,德文为“Galmei”,波兰文为“Galman”。

 “氧化锌矿”系指表生作用下,硫化锌矿即闪锌矿,经氧化和次生富集作用而形成的锌矿床。

 相对于硫化锌矿而言,“氧化锌矿”的利用,在人类历史上要早得多。在中国,可溯及青铜器时代。在西方可追至罗马时代至18世纪,那时人们生产的黄铜器(锌铜合金)便是用的“氧化锌矿”。那时人们将氧化锌矿用木炭锻烧,即可得锌金属。这种原始的炼锌方法,在中国偏远的民采氧化锌矿区,至今还在沿用。目前人们用“酸浸-溶剂萃取-电积”技术来处理“氧化锌矿”,使得锌的回收更加便利,回收率更高,生产成本更低。

 最早认为“氧化锌矿”概念有问题的是Heyl和Bozion (1962),他们最先发现“氧化锌”矿物可以是内生形成的,首创“非硫化锌矿”名词(Nonsulfide Zinc deposits), 并将“非硫化锌矿”划分为表生和内生两大成因类型。但内生成因“非硫化锌矿”并没有得到矿床学界和勘查学界的公认。

 直到2001年,Large重新提出“非硫化锌矿”概念,根据矿化型式、形成环境及主要矿物组合,将非硫化锌矿分为3类:第一类为碳酸锌矿(Calamine)以菱锌矿为主,产于碳酸盐岩容矿的MVT型和其它层状硫化物矿区内,它们是原生锌矿的氧化形成的,保存于岩溶裂隙充填物内;第二类为硅酸锌矿,以硅锌矿为主,产于晚元古代至早寒武世沉积岩内,受断裂带的控制,可能是热液成因的,形成于低硫至高氧逸度的条件下;第三类为铁帽型锌矿,以含水的硅酸锌为代表,形成于原生硫化物的氧化残余的地表上,而以特殊的环境而保存下来(构造、气候等)。

 Large(2001)对非硫化锌是否产于内生环境中,并没有十分肯定。但Hitzman等(2003)却十分明确地赞同Heyl等(1962)将非硫化锌矿划分为表生和内生两大成因类型的分类方案,并强化了内生成因的概念,且将其细分为两大类五亚类。

表生成因非硫化锌矿细分为直接交代型、围岩交代型和残余-岩溶充填型,认为它们是原生锌硫化物(闪锌矿)表生氧化及次生富集而形成的。这些矿床的形成规模取决于先存锌矿床的规模和锌矿物学特征、潜水面的垂直变化、地壳隆起所致的潜水面下降的速率、气候条件、围岩的渗透性和中性水的沉淀环境。一般在碳酸盐容矿的锌矿化区最为发育,而富黄铁矿的火山成因块状硫化物锌矿化区,很少产有工业价值的表生成因的非硫化物锌矿。

内生成因的非硫化物锌矿床细分为两亚类:构造控制交代型和富锰喷流沉积(?)层状型。构造控制型矿体含有硅锌矿和不等量的闪锌矿,呈赤铁矿状,一般与热液白云石化有关。层状富锰的非硫化物锌矿系贱金属-贫锰层状矿与硫化物为主的Broken Hill型矿床的端员产物。内生非硫化物锌矿床形成于还原的、低至中温(80°–200°C)富锌贫硫的流体与氧化的贫硫流体混合而形成的。


Reynolds(2003)研究了泰国Mae Sod附近的超大型Padaeng矿床,产于中侏罗世碳酸盐-碎屑岩岩系中,处于Padaeng断层(一条主要的北西向构造,在白垩至第三纪构造作用和隆起过程中活动)的上盘。非硫化锌矿以异极矿为主,次为菱锌矿和水锌矿。层控矿带产于倾向北西的深度风化的白云质砂岩内,陡倾不规则岩溶带受南北向碎裂带的控制。

意大利SW Sardinia有数处“氧化锌矿”包括部分交代碳酸盐岩型和层控原生硫化物型及含铁的土状菱锌矿和富异极矿的粘土(Boni 等, 2003)。矿石矿物以菱锌矿、异极矿和水锌矿为主,锌品位高达20%以上。非硫化锌矿化的形成与保存,与隆起、风化和剥蚀有关,Moore (1972) 和Boni等(2003)均推测,原生硫化物的氧化,常常延伸到地表下数百米深,与现代潜水面没有明显的关系,可能与第三纪和中生代古地貌有关(古风化)。


Borg(2003)研究认为:纳米比亚西南部的超大型Skorpion锌矿床,发现隐伏的非硫化物矿和残余硫化物矿化的主岩为新元古代火山-沉积混合岩系。其中的非硫化矿物由锌蒙脱石组成,次为异极矿和菱锌矿,再次为磷钙锌矿、三斜磷锌矿、氯铜矿、水锌矿、锌锰矿。矿石矿物为自形晶和半自形晶,产于不规则气孔、裂隙和角砾岩的开放裂隙中,可交代长石和云母。非硫化矿容矿的变质沉积岩含有大量的氢氧化物,呈浸染状硫化物、细脉和半块状层状硫化物层假象。铁帽质、富铁锰氢氧化物的、硅质碎屑的变质沉积岩常见于非硫化矿体附近的西部和西北部。表生矿化主岩的蚀变,包括方解石胶结物的除去和富钠长石的斜长石和微量正长石碎屑的分解及硅化与重晶石化。原生硫化物有黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿和微量黄铜矿、方铅矿以及次生的辉铜矿和胶状闪锌矿,处于非硫化矿之下。非硫化物呈原地氧化和交代的先存原生硫化物和矿石假象,因而是表生作用形成的,原生硫化矿因循环的天水遭受氧化所致。


Daliran(2005)研究认为:特高品位的位于爱尔兰西北部的Angouran矿,其中的非硫化矿石1820万吨(锌品位28.1 %,铅品位4.2,银品位110 g/t),硫化矿石400万吨(含锌40.4 %,含铅1.9 %)。矿床产于Zagros造山带(新特提斯)Sanandaj-Sirjan微板块中基底变质岩中,下盘片岩和上盘大理岩界面上的非硫化矿体深部为硫化矿层,上覆硫化物和非硫化物矿的混合体,顶部为富菱锌矿非硫化矿帽。非硫化矿(菱锌矿)既可与硫化矿共生,又可为闪锌矿表生原地氧化物。


Harkins(2008)等用铅同位素研究了南澳北Adelaide地槽内Flinders山脉内与MVT矿床有关的非硫化物矿床,主要为硅锌矿和锌铁尖晶石矿,认为是内生成因的。


Coppola(2009)等研究了波兰Silesia–Cracow地区的主要非硫化锌矿区,将非硫化锌矿划分为三期含锌热液白云岩(OBD )。根据矿石的颜色划分为红色非硫化锌矿和白色非硫化锌矿。红色非硫化锌矿占绝对优势,主要由菱锌矿、含锌粘土、针铁矿和铁-锰氧化矿物、氢氧矿物所组成,次为异极矿和水锌矿,呈土状、隐晶集合体和孔穴充填物产出。白色非硫化锌矿由铁菱锌矿和锌白云石所组成,系矿化边缘的热液蚀变产物。Coppola(2009)着重强调了晚白垩世以来的多次古风化事件对于非硫化锌形成的重要作用。

Boni(2009)研究研究了秘鲁Accha-Yanque锌矿带的非硫化锌矿点和矿床,认为属于直接交代和围岩交代类型,菱锌矿和异极矿既交代原生硫化物,又交代碳酸盐主岩;水锌矿仅见于近地表;锰氧化物和氢氧化物和锌粘土及胶结物充填在灰岩裂隙中,认为是表生氧化和大规模次生富集事件所形成的。

3、"非硫化锌矿"-新类型抑或“氧化锌矿”的老类型?

从上述文献可知,绝大多数"非硫化锌矿"是表生成因的,即是原生硫化锌(闪锌矿为主)在表生风化作用下,经氧化后,在原地或异地沉淀形成的。“非硫化锌矿”之下,均有原生硫化锌矿的存在就是证明。

所谓“内生成因非硫化锌矿”,直接的地质证据是非硫化锌矿物如部分菱锌矿、硅锌矿可与原生硫化锌共生。这一点并不一定需要用热液作用来解释,而可以用次生富集作用来解释。当表生氧化作用而产生的硫酸锌向下部或侧向迁移时,可沉淀于原生硫化锌矿石的裂隙或可渗透的孔隙中,而呈现出充填特征,而不必有交代特征。这一点,在铜矿床的次生富集带中是极为常见的。

至于硫化锌矿的氧化深度,不同的矿区差别是非常大的;即使为同一个矿床,不同矿体的氧化深度差别也是非常大的;同一个矿体,不同的部位的氧化程度也不相同。影响因素有:黄铁矿的多少、围岩的性质及渗透性(碳酸盐岩常发生岩溶,因而氧化程度相对较高)、矿石结构构造、后期断裂及裂隙发生的程度、地壳的隆升速度、矿床所处纬度及海拔高程(实质上控制了气候和风化条件)、矿床所处的地形地貌条件、雨水的多少、潜水面的升降、干湿交替或超常淋滤等条件。矿体两侧易于发生断裂破碎,其边部的氧化深度往往可达百米甚至数百米深。

至于锌铁尖晶石和锌尖晶石类“非硫化锌”矿,它们本不是表生氧化的产物,而是岩浆结晶或变质交代成因的,从来没有人认为它们是表生产物。因此,不能将它们与菱锌矿、硅锌矿、水锌矿、异极矿等混为一谈。

由于地质历史上,硫化锌矿可形成于太古代至第三纪漫长的时间内,早先形成的原生硫化锌矿,可经历多次表生氧化而又被掩埋。早先由表生氧化和次生富集作用形成的“氧化锌矿”,可受到脱水、变质、还原、甚至被硫化物交代,而又退色、重结晶或变为闪锌矿,致使早先形成的“氧化锌矿”的矿物组合和特征复杂化,从而显示出貌似“内生成因”的特点来。

从已有文献来看,至今没有一例“菱锌矿或硅锌矿”矿床是内生成因的,其所例出的证据无一经得起推敲,均可用氧化-次生富集或古氧化-次生富集作用来解释。

有人认为:“氧化锌矿”的矿物组合,并不主要是锌的氧化物(红锌矿),而是以碳酸盐(菱锌矿、水锌矿)、硅酸盐(硅锌矿、异极矿)等矿物为主,不能称为“氧化锌矿”,而应称为“非硫化锌矿”。

这是极其偏面的,甚至于错误的观点。其错误在于,想当然地将“氧化锌矿”作为矿物组合分类,而不是矿床成因分类。难道这些矿石不是由表生氧化-次生富集作用形成的吗?

按这种观点,是不是要划分出“非硫化铜矿”、“非硫化银矿”、“非硫化镍矿”、“非硫化金矿”......将“氧化矿”这一名词彻底废弃,才能叫做创新呢?而这种创新,除了玩弄新名词、制造混乱外,又有任何意义上的进步吗?

根据从先律,这类锌矿还是应该称为“氧化锌矿”,完全没有必要称为“非硫化锌矿”。“新瓶装旧酒”,除了忽悠,没有意义。“内生成因非硫化锌矿”的观点,会极大地禁锢人们的思想,影响对“氧化锌矿”的来源--硫化锌矿的追索。这对于找矿勘探是极为有害的!

至于古氧化-次生富集的“氧化锌矿”是要进行研究的,这为寻找更大更富的先存原生的硫化锌矿床,是有极大的指导意义的。

 

4、氧化锌矿在中国的研究现状

 

也许中国的铅锌矿床中,特富的超大型矿床少,中国一向重视氧化锌矿的寻找与开发利用,特别是民间一直将氧化锌矿作为重点开采对象。在这一点上,国外是不所及的。

 

由于民间往往得不到好的铅锌资源开发,他们往往根据锌矿的氧化露头,首先开采氧化锌矿,并土法冶炼,进而发现了许多原生的硫化铅锌资源。在认识氧化锌矿并目估氧化锌品位上,我们有些矿床学者和勘查工作者,还不及祖传的民间土专家。

 

更重要的一点是,中国开展了全国性的1:20万区域化探扫面,部分地区开展了1:5万化探扫面,这对于浅表氧化锌矿的发现,起到了至关重要的作用。

 

目前的问题是:古表生氧化-次生富集锌矿的研究较为薄弱,因而制约了早先形成的原生硫化铅锌矿床的勘探进展。这是需要我们进一步努力的方向。

 

关于氧化锌矿的形成,我们要多多地温习一下化学课程,了解锌、铅、硅、铁、锰、银、铜等在氧化环境下的地球化学行为及分离迁移沉淀机制。

 

关于氧化作用形成的锌矿物的认识,要多加训练。

 

关于氧化锌矿石的特点,要多多地揣摩。不但要注意辨识褐红色的氧化锌矿,还要注意识别白色的氧化锌矿,不要将它们与皮壳状、豆状、土状的钙华、方解石、白云石相混,拿不准时,请取样化验。

 特别是发现古表生氧化-次生富集矿床时,应该大力加强古氧化锌矿的风化剥蚀氧化源--早先的硫化锌矿可能存在的位置与范围,那么取得新的找矿突破就指日可待了!

 

5、参考文献

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