铜钴矿浸出实验及设计研究论文

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一、大地构造位置

德尔尼矿区位于巴颜喀拉褶皱系阿尼玛卿褶皱带东段，阿尼玛卿前缘大断裂北侧，阿尼玛卿超基性岩带东段的德尔尼超基性岩体中部（图2-24）。阿尼玛卿褶皱带为一裂谷系。

图2-24德尔尼地区区域地质略图 geological sketch of Dur'ngoi area

R—第三系红色砂砾岩、泥岩；1—白垩系紫红色砾岩、砂砾岩、砂岩；2—中、下侏罗统含煤碎屑岩；3—上二叠统石灰岩夹砂岩；4—下二叠统上组变质砂岩、板岩夹灰岩；5—下二叠统下组板岩、变砂岩夹火山岩；6—上石炭统结晶灰岩、大理岩夹角闪片岩；7—花岗岩；8—正长岩；9—闪长岩；10—超基性岩；11—地质界线；12—沉积不整合线；13—实测、推测逆断层；14—实测、推测性质不明断层；15—构造破碎带；16—德尔尼矿区

二、区域地质

（一）地层概况

区内地层以上古生界为主，其次有中下侏罗统、白垩系、第三系及第四系。由老到新简述如下：

上石炭统（C2）：出露于区域中部，呈NW—SE向条状分布。分为四层：即斜长角闪片岩夹大理岩、大理岩、生物灰岩和结晶灰岩。各岩层之间呈渐变关系。生物灰岩中盛产 和腕足类化石，地层时代为上石炭统。但是，在德尔尼分水岭北侧之斜长角闪岩，角闪石K-Ar法年龄值742Ma。1991年西北有色地研所对矿区北侧斜长角闪岩和大理岩，测得Rb-Sr等时线年龄值203Ma，说明该区岩石中夹有新元古代构造残片。

二叠系（P）：本区分布较广，主要在南半部。

下二叠统下组（ ）：主要由板岩、变砂岩组成，并夹有变火山岩的透镜体。

下二叠统上组（ ）：主要出露于区域南部，呈北西向带状延伸，由变砂岩、板岩、石灰岩组成，偶夹有变火山岩，构成了类复理石的沉积建造。在灰岩中盛产 类化石。

上二叠统（P2）：主要出露于区域中部，由石灰岩及砂岩组成。

中、下侏罗统（J1-2）：分布于区域东端，由一套含煤碎屑岩组成，以砂岩、砂质页岩及页岩为主，底部有砾岩。这一套岩石属陆相湖盆沉积。

白垩系（K）：分布于区域北半部，为一套紫红色砾岩、砂砾岩、砂岩。

第三系（R）：出露于区域中部，由一套红色砾岩、砂砾岩、泥岩组成。

（二）区域岩浆活动

沿积石山和阿尼玛卿山脉长达约300km，断续分布着超基性岩体，构成“积石山超基性岩带”。在青海省境内称“阿尼玛卿山超基性岩带”，该岩带总体呈NW或NWW向。酸性侵入岩分布于岩带北侧，而以超基性岩分布在岩带南侧。而以超基性岩体占优势。这些侵入岩往往与断裂构造密集在一起，构成了宽约3～5km的断裂-侵入岩带。

1.超基性侵入岩

“阿尼玛卿山超基性岩带”由一系列大小不等、互相平行或互相衔接的岩体组成。最大的岩体为德尔尼含矿岩体，长达17km，最宽处1000m。小岩体长仅数米至数十米。

超基性岩体以斜辉辉橄岩为主，次为橄榄岩、纯橄岩、辉石岩，还有少量辉长岩。除辉长岩外，其余岩石均已成为蛇纹岩。岩石成分主要由纤蛇纹石、叶蛇纹石、胶蛇纹石及绢石组成，局部见斜方辉石残晶，岩石中有较多的硫化物、磁铁矿、尖晶石等。

超基性岩几乎都产于下二叠统下组，极个别产于上石炭统或上二叠统中。岩体平面上呈不规则的长条状，多为顺层产出，随地层产状变化而变化，与围岩接触一般无接触变质带，有时可见混染现象。

原将这套超基性岩定为晚华力西期侵入产物。近几年来提出二种新看法，一种认为这套超基性岩属古元古代（Pt1-2）火山橄榄岩系列，测得超基性岩和玄武岩系Sm-Nb等时线年龄为1027Ma,Rb-Sr等时线年龄为672Ma；另一种认为阿尼玛卿山超基性岩带属于蛇绿岩组合特征。

2.酸性侵入岩

分布于超基性岩带北侧，大小岩体密集出露，在区内构成了酸性侵入岩带。岩性以花岗岩为主，其余为花岗闪长岩、角闪花岗岩、花岗正长岩、正长岩、闪长岩等。这些岩石均呈小岩体出现，规模很小。

花岗岩主体为黑云花岗岩，局部为片麻状构造极为发育的碎裂花岗岩，矿区附近，尤为明显。时代为燕山期。但有人认为是混合花岗岩，属老的构造残片产物。

3.火山岩

该区的火山岩分布在二叠系中，为玄武岩、玄武-安山岩，偶见凝灰岩。变安山岩顺地层产出，断续成透镜体分布，在安山岩与板岩接触处，其成分有渐变现象，为水下喷发形成。

（三）区域构造基本特点

区域总体构造线为NW向。岩体长轴方向及褶皱轴向和断裂带方向大体一致为300°～330°。它是在一组NE—SW向具有长期活动和继承性特点的挤压应力作用下发生的。

古元古代时以柴达木地块为核心的大陆已经存在，阿尼玛卿山一带是中新元古代柴达木古陆增生的结果。本带的玄武岩是活动大陆边缘的产物，属北部柴达木古陆的一部分。晚古生代时，在阿尼玛卿昆南-玛沁断裂和布青山-江千断裂再次活动，形成石炭—早二叠世活动性裂陷槽，深度大，活动性强，出现典型的岛弧型及活动性大陆边缘的环境，岩石具蛇绿岩组合特征。二叠纪末回返封闭成陆。三叠纪发生大规模特提斯海沉积，被阿尼玛卿山所阻，形成性质截然不同的南北二个特提斯海域。布青山-江千断裂附近有“混杂堆积”特点。侏罗纪以来，本区表现为陆相断陷沉积，以上升挤压和剥蚀作用为主，产生一系列推覆构造，伴有中酸性-酸性侵入岩多次活动。

（四）区域地球物理航磁特征

该区航磁异常呈串珠状展布在积石山、阿尼玛卿山断裂-超基性岩带上。分布长度达150km。其中有5个较大的异常，异常长轴3～25km，短轴～15km，中心磁场强度30～170nT不等。

1369号异常中心位置为德尔尼铜矿区，引起该异常的关键地质体为超基性岩带。F18断裂控制了扎崩沟-德尔尼基性-超基性岩体的分布。

三、矿床地质特征

（一）矿区地层和岩石

德尔尼铜钴矿位于积石山超基性岩带的中段，矿区出露的地层有上石炭统（C2）和下二叠统下组。超基性岩体的出露纵贯全矿区，占据矿区绝大部分面积（图2-25）。

图2-25德尔尼铜矿区地质略图 sketch of Dur'ngoi copper deposit

α—变安山岩；Ba—凝灰质板岩；μ—硅质岩；γ—花岗岩；γδ—花岗闪长岩；φ—超基性岩，以辉橄岩为主体，普遍蛇纹石化和碳酸盐化；φsic—硅化碳酸盐化蛇纹岩；φjc—碳酸盐化角砾状蛇纹岩：φс—碳酸盐化蛇纹石；φse—片状蛇纹岩；t—铁帽；1— 下二叠统下组千枚状炭质板岩、千枚岩，夹砂岩、变砂砾岩，偶夹变火山岩；2—C3上石炭统大理岩、结晶灰岩，夹角闪片岩；3—推测正断层；4—推测逆断层；5—实测、推测平移断层；6—实测、推测性质不明断层；7—地层产状；8—片理产状；9—矿体水平投影边界

岩体以北为上石炭统的大理岩夹角闪片岩和下二叠统下组的砂岩、炭质板岩、千枚岩夹凝灰质板岩和硅质岩。岩体以南为下二叠统下组的千枚状板岩，其中夹有玄武岩、玄武-安山岩透镜体。

德尔尼岩体群长17km，按地表出露情况，分为北、中、南三个岩带。德尔尼矿区位于中岩带最宽部位，宽约800m，两端逐渐变窄，西端有扎崩沟北矿带。南岩带在矿区南侧，至扎崩沟地区变宽，地表并有扎崩沟南矿带。北岩带呈断续出露，规模较小，西端有圆池山矿化点。总体讲，三个岩带向西收敛，向东撒开。中岩带和南岩带围岩为下二叠统下组砂岩、千枚状板岩、炭质板岩、玄武岩等。岩体中常见围岩的残留体存在。中岩带北部边缘分布有混合岩化碎裂花岩岗。北岩带围岩除下二叠统外，尚有上石炭统。超基性岩体的产状与围岩产状同步变化，与围岩呈整合产出。岩体以辉橄岩为主体，其次有橄榄岩，少量纯橄岩、橄辉岩、辉石岩等。岩体普遍蛇纹石化，镜下几乎无橄榄石。辉石均绢石化，仅见辉石残晶。岩石类型属镁质超基性岩，镁铁比值平均，为正常系列和铝过饱和系列两种，Fe2O3含量高于FeO，氧化程度高。

（二）矿区构造

矿区位于德尔尼复背斜的南翼接近轴部。

褶皱构造：在围岩和岩体中均有较多褶皱，轴向NW，与地层和岩体走向一致。岩体中心位置与背斜吻合。背斜南北两侧各有一个向斜。Ⅰ号矿体位于背斜轴部，Ⅱ号矿体位于南侧向斜轴部，Ⅶ号矿体位于背斜的北翼。

断裂构造：矿区断裂构造以纵向断裂为主，横向及斜断裂不发育。纵向断裂表现为逆断层带，片理化带及角砾带。

（三）矿体特征

矿体：矿区内有Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ、Ⅶ四个主矿体（表2-10），22个小矿体，均产于超基性岩体中，几乎全部为埋藏不深的隐伏矿，呈透镜状或似层状，与围岩界线清楚，但具明显的褶皱形态。各矿体一般中部厚，向两端逐渐变薄。矿体虽然产在超基性岩体的中部，但局部地段的矿体的直接顶板岩层为一厚度不大的板岩夹变砂岩层（图2-26）。

表2-10主矿体矿量、规模及含量一览表Table 2-10Schedule of dimension,grade and ore reserves of main ore bodies

矿石矿物成分见表2-11。

表2-11各类矿石的矿物成分Table 2-11Mineral content of ore

图2-26德尔尼铜矿Ⅰ号矿体横剖面图 section of ore body in ur'ngoi copper deposit

1—第四系残坡积物.2—板岩；3—蛇纹岩；4—碳酸盐化角砾状蛇纹岩；5—矿化片状蛇纹岩；6—铜锌钴硫矿石；7—铜锌硫矿石；8—铜铁硫矿石；9—铜硫矿石；10—铜硫（暂难利用）矿石；11—钴硫矿石；12—铜矿石（氧化矿）；13—铜矿石（氧化矿暂准利用）；14—夹石；15—铁帽；16—矿体边界线；17—矿石工业类型边界线；18—地质界线；19—断层；1—主矿体及小矿体编号

矿石中主要组分：铜、锌、钴、硫均可单独圈出矿体。铜含量在1%左右，个别样品高达10%。锌含量在1%左右，个别样品高达。钴含量为～，个别样品达。钴主要分散在黄铁矿和磁黄铁矿中。黄铁矿含钴量最高，其次是磁黄铁矿；各期黄铁矿中早期黄铁矿含钴量最高。硫一般含量在30%～40%，一部分样品含硫达50%。

伴生组分：各主矿体含量较高的伴生组分为Au、Ag、Se、Cd、Ga、In。Au、Ag在氧化矿石中含量高于原生矿石。矿石中还含有微量Th和U。

矿石的结构和构造见表2-12。

矿石类型：绝大部分为原生矿石，局部地表有少量氧化矿石。原生矿石为块状和条带状含铜黄铁矿矿石，构成矿体的主体部分，它主要分布在矿体上半部。条带状含铜黄铁矿矿石主要分布在矿体下半部以及矿体两端尖灭部位。浸染状和角砾状矿石分布不广。矿石工业类型以铜锌钴硫矿石、铜锌硫矿石、铜钴硫矿石为主体。

主要组分的分布规律：铜、钴和硫基本上分布在整个矿体中，锌主要分布在矿体上部。

（四）围岩蚀变

矿体围岩蚀变以碳酸盐化和蛇纹石化最为发育，分布最广，与矿体空间关系密切。其次有滑石化、绿泥石化、钠闪石化、硅化、绿帘石化、闪石化、黑云母化、金云母化、石榴子石化等。这些蚀变较弱，分布不普遍，与矿体关系不密切。

表2-12矿石的结构和构造分类Table 2-12Texture and structure of ore

碳酸盐化：超基性岩内碳酸盐化广泛发育，蚀变矿物有方解石、白云石、菱镁矿等。

蛇纹石化：蛇纹石化几乎遍及整个超基性岩体，围绕矿体形成一个宽约数十米至数百米的蛇纹岩包围圈，内圈为碳酸盐化蛇纹岩。蚀变矿物主要为纤蛇纹石、叶蛇纹石、胶蛇纹石等。超基性岩体的蛇纹石化的形成共有三期，其中第二期蛇纹石化与矿化伴生。

（五）成矿作用

1.地质构造背景

布青山-阿尼玛卿山带的主要特征有：

（1）从卫片上清楚地看出，阿尼玛卿带北侧修沟-玛沁一带有一条区域性大断裂存在，区域重力、航磁也显示深大断裂的特征。该断裂是具有继承性和长期性的深大断裂带，是塔柴古陆（或华北古陆）与华南古陆过渡地带，中新元古代具有华北古陆边缘的演化史，古生代及以后则具有华南古陆的特征。

（2）区内地层以上古生界为主，岩石变质程度深，一般出现千枚岩、变砂岩、大理岩，甚至出现片岩、片麻岩。

（3）德尔尼北侧中-酸性侵入岩的同位素年龄为120Ma、153Ma、174Ma，为燕山期，也还有可能印支期和喜马拉雅期岩体。德尔尼岩体北侧碎裂花岗岩有的为混合花岗岩。

（4）基性、超基性岩带呈NW或NWW向延展，断续分布长达300余公里，成群出现。岩体呈长条状，密集平行排列，断续延伸。岩带中也有中古元古代的古老构造残片出露。德尔尼矿区北侧斜长角闪岩K-Ar法年龄值742Ma，德尔尼地区超基性岩及玄武岩Sm-Nd法年龄值1027Ma,Rb-Sr法年龄值672Ma。

2.超基性岩的成因

随着地质研究程度的加强，对超基性岩的认识不断加深。

（1）据钻孔资料，在深达1000m处，超基性岩体仍然存在，并有铜矿体或矿脉。

（2）德尔尼矿区超基性岩体直接产于 砂板岩中，但 中火山岩夹层并不与超基性岩直接接触，未见二者的过渡关系。扎崩沟地区玄武岩与超基性岩呈整合接触，无蚀变作用，玄武质火山碎屑岩有硅质岩。圆池西山块状含铜黄铁矿产于玄武岩中，而玄武岩在超基性岩中呈小包体产出。

（3）岩体与围岩接触一般见不到接触变质现象，接触处偶有规模不大的片状蛇纹岩，这仅是构造接触的标志。

（4）“角砾状”超基性岩的形态产状和成因是复杂的。一种呈线型分布，蛇纹岩破碎成角砾，被碳酸盐胶结，方解石呈网脉状，可能属于就地破碎后期构造挤压形成；第二种是角砾状与块状蛇蚊岩呈渐变过渡关系。角砾状蛇纹岩的角砾和胶结物均为超基性岩物质，角砾大小不等，角砾和胶结物比值变化极大，特别在扎崩沟地段如此。角砾状超基性岩分布大致呈椭圆形，可能具隐爆性质；第三类角砾和胶结物均为超基性物质的岩石，呈线型分布，或呈长轴状透镜体，胶结成分比例较低，角砾棱角模糊，可能是超基性岩流中自破碎角砾岩。

（5）德尔尼矿区及其外围超基性岩体岩石中见有交织鬣刺、梳状显微结构，并有火焰状构造，说明该矿区有科马提质橄榄熔岩流存在（西北有色地质研究所，1991年）。

（6）超基性岩与围岩的形成具有同时性。

布青山-阿尼玛卿山岩带超基性岩生成于两个时代：中晚元古代便有具火山喷流特点为主的超基性岩，早二叠世是生成该带超基性岩的主体时期，形成侵入性质的超基性岩，而且与夹火山岩的沉积地层相隔时间不大。

3.成矿条件

（1）德尔尼矿床的成矿受超基性岩体控制，岩体规模大小与成矿有一定的关系，一般说岩体愈大，对成矿愈有利，但不是绝对的。

（2）超基性岩受 砂板岩地层控制，二者生成时间相近，并且， 中火山岩夹层愈多，其附近超基性岩成矿可能性愈大。

（3）超基性岩带与断裂带分布一致，换言之即与矿带分布也一致。

（4）超基性岩体中夹有较多围岩包体，包体长轴方向与区域构造方向一致。有的围岩包体明显呈向斜构造，向斜轴部有成矿的可能性。

（5）整个岩带中，若超基性岩体附近出露有中酸性-酸性侵入岩，则超基性岩体有矿化显示，说明二者在成矿上有一定联系。

（6）超基性岩体大致分为三个岩带。如果岩带彼此接近，或岩带膨大缩小，在其产状变化部位，均有矿化现象或工业矿体。

（7）超基性岩体中有喷发性质与侵入性质超基性岩石（实际较难区分）共生时，对成矿有利。

（8）在浅绿色叶蛇纹岩（有时有片理化）附近存在块状暗绿色纤维蛇纹岩，在后者中或在二者过渡处有矿化存在。

四、矿床成因

（一）矿床一般特征

（1）矿体围岩主要是角砾状蛇纹岩、暗绿色蛇纹岩和叶蛇纹石白云岩，局部为碳质沉凝灰岩。后者往往产于矿体上盘。

（2）矿体与围岩界线清楚。在矿体周围发育有似外带的浸染状矿化（黄铁矿、黄铜矿），厚数厘米至数米不等。在德尔尼西部或扎崩沟，地表有厚1～2m呈块状和脉状的矿体位于浸染状矿带中。

（3）矿区有34个矿体群，各群中有一主矿体，附属有若干小矿体。

（4）矿体呈似层状、透镜状、雁行状排列，有3个层位，各矿体首尾相连。

（5）矿体与围岩（砂板岩）具有同步褶皱。

（6）主矿体中上部为含铜黄铁矿石，下部为含铜磁黄铁矿石。金属矿物组成：黄铁矿80%～90%、磁黄铁矿5%、磁铁矿2%、黄铜矿1%～2%、闪锌矿～2%。德尔尼西部深处见稠密块状磁黄铁矿矿石，磁黄铁矿70%～80%、黄铁矿20%～330%、黄铜矿、闪锌矿极微。

（7）矿石中非金属矿物以碳酸盐（方解石和白云石，少量菱镁矿）和石英为主。前者含量20%以下，石英3%以下。碳酸盐和石英与金属矿物呈不规则共生，部分为脉状产出。矿石中一般不见超基性岩的矿物成分。

（8）堆晶结构，块状和条带块状是主要矿石结构构造。浸染状构造发育在矿体边部、四周和尖灭部，以及附属的小矿体中。角砾状构造在矿石中分布较广，无明显规律。

（9）碳酸盐化和蛇纹石化是主要的围岩蚀变。碳酸盐化产于矿体上盘，底板未见。矿体顶底板一般有片状或碎裂蛇纹岩带出现。这两种蚀变与矿体仅有空间关系。

（二）成矿物质来源

（1）矿体产于超基性岩中，岩体中各类岩石到处可见星点状硫化物，特别是黄铁矿分布广。

（2）超基性岩中Cu只有地壳平均丰度的1/3,Co不足平均丰度1/2,Zn低于平均值。表明原始岩浆分异好，Cu、Zn、Co已集中于矿化流体中。

（3）岩石和矿石的稀土模式表明，超基性岩是地幔低度熔融产物，浸染状矿石和块状矿石为同源分异产物。岩、矿石是在较氧化条件下生成的。矿石显δEu正异常，岩石显弱负异常。玄武岩和超基性岩属同源而非直系相关。

（4）矿石硫同位素δ34S为—‰～‰（12件），平均‰。1991年资料δ34S为—‰～＋‰（11件）。变化范围小，比陨石硫范围稍大，可认为硫源主要来自上地幔，有部分地壳硫混入。

（5）超基性岩石的初始钕，接近地幔岩的初始值。矿石磁铁矿δ18O为‰～‰，平均‰（13件）；岩石中磁铁矿‰；全岩δ18O为‰～‰（13件），平均‰，较一般超基性岩高。说明属岩浆来源，有外来物质混染。

（6）据少量硫、氧同位素地质温度计计算结果，蛇纹岩成岩温度1412～1496℃，其中硫化物形成温度大于320℃。个别黄铁矿的生成温度为210℃（段国连，1991）。

（三）几种不同的矿床成因观点

目前对德尔尼矿床成因认识分歧意见较大。综合有以下观点：热液矿床、沉积矿床或喷发-沉积矿床、熔离贯入或熔离贯入-热液矿床、“德尔尼式”铜矿床、复合矿床、二重性矿床，该矿床具有岩浆矿床和喷气沉积矿床的双重特点。

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