浅谈紫金山铜矿区蓝辉铜矿及其他铜硫化物特征

林元鑫

（福州大学紫金矿业学院，福州350108）

0 引言

福建紫金山铜金矿是我国第一大金矿，并创下了我国金矿六大指标之最：采选规模最大、黄金产量最大、金矿储量最大、矿石入选品位最低、单位矿石成本最低和经济效益最好。铜矿也达到了特大型，约200×104t，并正在兴建年产20×104t的铜冶炼厂。该矿床是典型的高硫化型浅成低温热液矿床，发育有厚大的热液蚀变带，多孔状石英和高级泥化蚀变带等标志性特征。更值得关注的是以蓝辉铜矿为主要铜矿石的铜矿带从海拔＋928～－400m，钻探工程还没有打穿该矿体。如此巨厚的蓝辉铜矿带在世界上是罕见的。对于紫金山蓝辉铜矿是次生还是热液成因［1－2］，至今还没有得到一致的认识。本文通过对蓝辉铜矿及其他铜硫化物进行矿相显微镜观察，试图总结其生成顺序及分布特征，以期对进一步探究其成因有所帮助。

1 区域地质背景

紫金山铜金矿田地处闽西南拗陷之西南，NE向宣和复背斜与云霄—上杭NW向深断裂带交汇部位，上杭白垩纪火山－沉积盆地东北缘［3］。自晚侏罗世开始，矿田内经历了多期次的构造作用、岩浆活动及其热液蚀变，致使紫金山矿田形成多期次的成矿作用，它们相互叠加、富集以及空间上侧向排列的特点，构成“构造的构造”、“体中体”、“蚀变的蚀变”、“矿化的矿化”等特征的复杂多样构造－流体－成矿系统［4］。

2 紫金山铜矿地质特征

矿床位于燕山早期紫金山复式花岗岩体中部，NE向断裂与NW向断裂交汇部位，受紫金山火山机构控制，与燕山晚期的次火山－英安玢岩关系密切。600多米标高潜水面以上的氧化带为金矿体， 与强硅化密切相关；氧化带以下的还原带以下为铜矿体，与强烈的明矾石化关系密切，形成“上金下铜”的矿化模式［5］。

2．1 紫金山铜矿体地质特征

铜矿体总长1 500m，宽1 600m，面积2．4 km2。标高从＋928～－400m，垂直深度1 328m。走向320°，倾向NE向。整个矿体呈“叠瓦状”斜列，侧伏角15°～35°。赋矿岩石主要为中细粒花岗岩，占80%，也有些赋存于隐爆角砾岩和英安玢岩中。主要铜矿物为蓝辉铜矿、硫砷铜矿和铜蓝。

2．2 铜矿石特征

矿石结构繁多，主要有他形－半自形晶粒状结构、包含结构（图1a）、固溶体分离结构（图1b）、交代残余结构（图1c）、交代环圈结构（图1d，图1e）等，是典型的热液交代金属硫化物矿石结构特征。

矿石构造主要为脉状、网脉状、细脉浸染状构造，其次有角砾状构造、斑点－斑杂状构造、块状构造等，是典型的气－水热液矿石构造。

矿石的金属矿物以硫化物为主。金属硫化物除黄铁矿外，主要为铜的硫化物：蓝辉铜矿、铜蓝、硫砷铜矿，其次为黝铜矿、辉铜矿、斑铜矿等，其他铜金属硫化物极少。

蓝辉铜矿为致密块状，含量约占75%，其交代早期脉石矿物、黄铁矿、硫砷铜矿等矿物。部分铜蓝呈叶片状形态，主要粒级为0．01～0．5mm，由蓝辉铜矿岀溶形成，与蓝辉铜矿同时生成，含量约占3%；部分铜蓝则呈片状交代蓝辉铜矿，晚于蓝辉铜矿生成，含量约占5%。其他矿物含量少。矿物生成顺序：脉石矿物→黄铁矿→硫砷铜矿→蓝辉铜矿→铜蓝。

3 铜硫化物微结构及成分

3．1 Cu－S体系

由于这些矿物种之间成分相差不大，在外貌上又很相似，因而相互之间的鉴别是比较困难的。不过由于Cu＋和Cu2＋的含量不同，对于端元和接近端元的矿物也有一定的鉴别规律：Cu2＋呈蓝色，Cu＋呈灰紫色，因而从辉铜矿到铜蓝随着Cu2＋含量的增加，蓝色色调越发浓重。辉铜矿为灰白色微带浅蓝色，蓝辉铜矿为浅灰蓝色，铜蓝为浅蓝－深蓝色，系列中的其他矿物也均带蓝色色调。

3．2 紫金山Cu－S体系特征

目前，紫金山的铜硫化物已经鉴定出的有Cu－S体系中的铜蓝、辉铜矿、蓝辉铜矿、斜方蓝辉铜矿［6］，其他的铜硫化物有硫砷铜矿、块硫砷铜矿（吕宋矿，luzonite）、黝铜矿、砷黝铜矿、斑铜矿、蓝铜矿、孔雀石等。还有一些未知矿物需要进一步研究。

3．2．1 铜硫化物生成顺序

紫金山铜矿物光片在反光显微镜下可见：

（1）硫砷铜矿交代黄铁矿成孤岛状，蓝辉铜矿、铜蓝交代硫砷铜矿，部分铜蓝又交代蓝辉铜矿，形成以黄铁矿为中心的交代环圈结构（图1e：黄铁矿→硫砷铜矿→蓝辉铜矿→铜蓝）。

（2）黄铜矿出溶于斑铜矿，斑铜矿又被蓝辉铜矿浸蚀交代（图1f：黄铜矿、斑铜矿→蓝辉铜矿）。

（3）硫砷铜矿充填在黄铁矿裂隙当中；斑铜矿呈环状交代黄铁矿和沿边沿交代硫砷铜矿；辉铜矿出溶于斑铜矿（图1g：黄铁矿→硫砷铜矿→斑铜矿，辉铜矿）。

通过大量的光片观察，可以得出紫金山铜矿石金属硫化物的先后生成顺序总体上为：黄铁矿→硫砷铜矿、块硫砷铜矿→黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿→蓝辉铜矿→铜蓝。

对于上述从显微镜下观察的结果，需要做几点补充说明：

（1）蓝辉铜矿和硫砷铜矿的关系：可见蓝辉铜矿包含（图1a）和交代（图1d）硫砷铜矿，也可见硫砷铜矿交代蓝辉铜矿（图1h）。

（2）蓝辉铜矿和铜蓝的关系：很多紫金山铜矿石光片中都能见到铜蓝叶片出溶于蓝辉铜矿（图1a：蓝辉铜矿和铜蓝同时生成）和铜蓝沿边沿交代蓝辉铜矿，但在蓝辉铜矿中心也可见自形的铜蓝被蓝辉铜矿所包含或交代（图1a）。

图1 紫金山铜矿铜矿物光片显微照片Fig．1 Microscopic photo of Cu mineral from Zijinshan Cu deposit

（3）硫砷铜矿与铜蓝的关系。常见铜蓝交代硫砷铜矿（图1e），少见硫砷铜矿交代铜蓝（图1d）。

（4）对于以上个例，进一步研究还需要结合光片的采集位置及周边地质环境。这些情况有可能只是形成于局部比较特别的环境中。

3．2．2 铜硫化物矿化亚阶段

根据金属硫化物的生成顺序和物化条件，特别是氧逸度、硫逸度和温度，可以将紫金山硫化物分成2个成矿阶段［7］：

Ⅰ：黄铁矿－硫砷铜矿亚阶段（包括黄铜矿和斑铜矿），可见五角十二面体黄铁矿，说明形成于比较深的地方；也可见斑铜矿中有黄铜矿出溶，说明形成温度较高，约400℃（图1f）。以上观察结果均与王少怀［8］对蚀变带包裹体的研究结果吻合，即早期流体具有深源性和高温性。

Ⅱ：蓝辉铜矿－铜蓝亚阶段，形成温度较低，铜蓝多数属于次生。反映了流体的氧逸度和硫逸度在逐渐升高，温度从高温向低温演化。出现的黄铁矿－斑铜矿和蓝辉铜矿－铜蓝组成的环带，可能只是成矿过程中某个阶段快速冷却的条件［9］。

3．2．3 紫金山蓝辉铜矿分布特征

靠近紫金山东南火山机构的蓝辉铜矿样品，平均Cu∶S 原子数比值为1．804（Cu1．804S），非常接近标准的蓝辉铜矿分子；而远离火山机构的样品，平均Cu∶S 原子数比值为1．690（Cu1．690S），接近斜方蓝辉铜矿的成分［10］。这可能与形成的温度有关系。

随着取样点高程的降低，Cu∶S原子数比值反而降低；暗示随着深度的增加，铜硫化合物形成氧逸度反而升高。

4 讨论

对于紫金山蓝辉铜矿的成因，阮诗昆等［1］认为紫金山蓝辉铜矿是次生成因，其形成过程为：①早期的热液携带大量铁、铜、硫、砷等矿化物质，沿节理裂隙带充填沉淀，形成黄铁矿与较自形的铜矿物（主要是硫砷铜矿及少量的块硫砷铜矿和黝铜矿类）矿物组合；②晚期的地面抬升且经剥蚀，矿石在近地表处氧化，其中的硫被氧化成硫酸根；原生铜矿在氧化带和次生富集带形成辉铜矿、蓝辉铜矿、铜蓝等，酸性溶液对围岩渗滤交代，形成地开石化、明矾石化、铜矿化等蚀变矿化组合。

而邱小平等［2］提出2个论据来证明紫金山蓝辉铜矿是原生的：①在通常情况下，蓝辉铜矿－铜蓝－硫砷铜矿－明矾石矿物组合的铜矿石属于氧化－次生富集带的产物，但紫金山垂直厚度超过1 000m的高硫化铜矿体，矿石呈脉状、浸染状或块状构造，显然不符合传统意义上的氧化次生富集带矿床特征，而属于在强酸性、高氧逸度环境下形成的典型的高硫化浅成低温热液矿床；②从铜硫（砷）化物矿石的结构、构造特征判断，铜硫（砷）化物的形成晚于黄铁矿，但不符合传统意义上的表生氧化淋滤次生富集带矿床特征，而属于典型的高硫化浅成低温热液矿床。

从矿相学的结构构造和反光显微镜看到的现象虽然比较支持蓝辉铜矿的热液成因观点，但是单一的矿相学研究似乎没有太大的说服力，还需要通过各种先进的技术分析手段来作进一步研究。

5 结论

紫金山蓝辉铜矿成因的探讨具有重要的理论和应用价值，不仅对紫金山矿集区“攻深找盲”具有现实意义，而且对区域资源潜力评价具有极大的示范作用，但同时又是一个很难攻克的难题。因此，除了靠不同矿床特征的区别和成矿模型的分析，关键还要靠精密的仪器、先进的技术和缜密的研究思路。

对于研究思路，可以详细编录钻孔岩心，钻孔要从靠近火山机构到远离火山机构分布。建立从氧化带→次生富集带→还原带的精细柱状剖面图，精细描述蓝辉铜矿及其他铜硫化物的垂直与水平分带特征。还应该结合电子探针、X射线粉末衍射、同位素测年（对比氧化开始的年龄与蓝辉铜矿形成的年龄）、流体包裹体分析等手段，达到多项结果的耦合，才有说服力。

致谢：在项目的实施过程中，紫金矿业集团矿冶院和博物馆分别提供了光片和矿石，王翠芝博士为矿相学研究提出宝贵的意见，在此一并感谢。

［1］阮诗昆，张定才，龚建生．紫金山金矿露采铜矿石赋存形态及成因初探［J］．资源环境与工程，2009，23（2）：100－103．

［2］邱小平，蓝岳彰，刘羽．紫金山铜金矿床深部成矿作用研究和找矿前景评价的关键［J］．地球化学，2010，31（2）：209－215．

［3］冯宗帜．福建中生代火山作用与构造环境［J］．中国区域地质，1993，15（4）：131－316．

［4］王少怀，裴荣富，曾宪辉，等．再论紫金山矿田成矿系列与成矿模式［J］．地质学报，2009，83（2）：145－157．

［5］陈景河．紫金山铜金矿床成矿模式［J］．黄金，1999，20（7）：6－11．

［6］薛纪越，孙涛，张文兰，等．斜方蓝辉铜矿在我国的发现及其微结构［J］．矿物学报，2000，20（1）：9－12．

［7］黄仁生．福建紫金山铜金矿区成矿物理化学条件的研究［J］．福建地质，1994，13（3）：159－173．

［8］王少怀．初论紫金山铜金矿床超临界成矿流体系统［J］．地质找矿论丛，2006，21（增刊）：5－9．

［9］薛纪越，孙涛，张文兰，等．江西东乡铜矿中含铜硫化物的几种微结构及其地质意义［J］．高校地质学报，2000，6（2）：149－155．

［10］张德全，李大新，赵一鸣，等．紫金山铜金矿床蚀变和矿化分带［M］．北京：地质出版社，1992：1－77．