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    栾川钼多金属矿集区斑岩‒矽卡岩矿床中富钴硫化物的发现及其意义

    欧阳荷根 邢波 张荣臻 李肖龙 张永乐

    欧阳荷根, 邢波, 张荣臻, 李肖龙, 张永乐, 2025. 栾川钼多金属矿集区斑岩‒矽卡岩矿床中富钴硫化物的发现及其意义. 地球科学, 50(3): 1263-1272. doi: 10.3799/dqkx.2025.034
    引用本文: 欧阳荷根, 邢波, 张荣臻, 李肖龙, 张永乐, 2025. 栾川钼多金属矿集区斑岩‒矽卡岩矿床中富钴硫化物的发现及其意义. 地球科学, 50(3): 1263-1272. doi: 10.3799/dqkx.2025.034
    Ouyang Hegen, Xing Bo, Zhang Rongzhen, Li Xiaolong, Zhang Yongle, 2025. Discovery and Significance of Cobalt-Rich Sulfides in the Porphyry-Skarn Deposits of the Luanchuan Mo-Polymetallic Ore Field. Earth Science, 50(3): 1263-1272. doi: 10.3799/dqkx.2025.034
    Citation: Ouyang Hegen, Xing Bo, Zhang Rongzhen, Li Xiaolong, Zhang Yongle, 2025. Discovery and Significance of Cobalt-Rich Sulfides in the Porphyry-Skarn Deposits of the Luanchuan Mo-Polymetallic Ore Field. Earth Science, 50(3): 1263-1272. doi: 10.3799/dqkx.2025.034

    栾川钼多金属矿集区斑岩‒矽卡岩矿床中富钴硫化物的发现及其意义

    doi: 10.3799/dqkx.2025.034
    基金项目: 

    中央级科研院所基本科研业务费项目 KK2203

    国家自然科学基金项目 42372096

    详细信息
      作者简介:

      欧阳荷根(1984-),男,主要从事斑岩-矽卡岩型矿床成矿规律及勘查评价研究. ORCID:0000-0002-4540-1364. E-mail:oyhg1984@163.com

    Discovery and Significance of Cobalt-Rich Sulfides in the Porphyry-Skarn Deposits of the Luanchuan Mo-Polymetallic Ore Field

    • 钴作为一种战略性关键金属,在新能源汽车、电池材料、医疗器械、超级合金等诸多领域都有着广泛应用.当下,我国钴资源极为匮乏,对外依存度高达97%.随着新兴产业的迅速崛起,未来钴资源的供应缺口必然持续拉大,钴已然成为我国极具战略性的稀缺金属资源.尽管我国矿企已在中非铜矿带钴资源成矿条件优越的区域进行了布局,但在当前国际形势风云变幻的大背景下,所面临的政治、经济、法律以及社会文化等方面的不确定性极高.因此,深入探究我国富钴矿床成因机制,挖掘综合利用潜力,有着极为重要的科学意义与现实价值.

      全球陆地钴矿主要分为四类:沉积层控型铜钴矿床、岩浆型铜镍钴/钒钛钴矿床、风化型红土镍钴矿床,以及热液型富钴矿床(涵盖富钴的火山成因块状硫化物矿床、铁氧化物铜金矿床、热液脉型矿床和斑岩‒矽卡岩型矿床等).从全球范围来看,这四类矿床的钴资源量占比依次为41%、15%、36%和8%(Slack et al.,2017).而在我国,相应占比分别为11.9%、45.2%、3.4%和39.5%(赵俊兴等,2019).由此可知,热液型富钴矿床是当前我国获取钴资源的关键渠道之一.

      在热液型富钴矿范畴中,富钴的斑岩‒矽卡岩型矿床因矿石吨位极为可观等特性,近年来使得钴在该成矿系统中的赋存状态、富集机理以及综合利用潜力,备受学术界关注(周涛发等,2020曹明坚等,2022石磊等,2023Yaylali et al.,2023Che et al.,2024Liu et al.,2024).例如,周涛发等(2020)聚焦长江中下游成矿带的斑岩‒矽卡岩型铜铁金矿床,系统梳理了钴等关键金属元素的赋存与富集特征,明确钴多以伴生元素形式存在,且在铁铜矿床中富集程度最高.曹明坚等(2022)研究发现,黑龙江金厂斑岩型金铜矿床蕴含着丰富的钴,诸多矿石样品的钴含量超出伴生钴矿的工业品位(0.02%),不仅有硫镍钴矿、辉砷钴矿这类钴的独立矿物,黄铁矿内的钴也极为富集(高达0.20%,质量分数).石磊等(2023)全面评估了长江中下游成矿带内铁、铜及硫铁矿床的伴生钴资源量与可利用性,结果显示,长江中下游成矿带伴生钴资源量达中‒大型规模的斑岩‒矽卡岩型矿床共计25处,资源量共计约10.8万吨.鉴于当下从含钴硫精矿(经磁选或浮选可得含钴大于0.2%的硫精矿)和转炉渣(冶炼可得含钴达0.22%的转炉渣)回收钴的工艺已相对成熟,回收率达85%(石磊等,2023Yaylali et al.,2023),不难预见,深入探究斑岩‒矽卡岩型成矿系统中钴的赋存状态、富集机制及综合利用潜力,将会是未来钴矿研究领域的重要发展方向.

      钴具有亲铁、亲硫的特性,在地球各圈层中的分布差异显著,主要富集于地核,平均含量可达2 700 ×10-6Wänke et al.,1984);地幔中的含量次之,亏损地幔的钴含量约为106×10-6Salters and Stracke,2004).Rajamani and Naldrett(1978)、Foley et al.2013)和Laubier et al.2014)曾系统地研究了钴在硫化物、铬尖晶石、橄榄石、辉石类矿物、石榴石和斜长石这些矿物与玄武质‒玄武安山质熔体之间的分配系数,依次为80、5.4、3.0、1.40~2.48、1.67和0.042.由此可见,在幔源岩浆结晶分异过程中,钴倾向于优先进入硫化物,其次是铬尖晶石与橄榄石,最后才是辉石类和石榴子石.这一特性很好地解释了基性‒超基性岩常伴生显著钴矿化的现象,以及钴在不同岩石中的含量规律:超基性岩石中含量最高,达109×10-6Gülaçar and Delaloye,1976),基性岩约48×10-6,花岗闪长质岩石约7×10-6,花岗岩约1×10-6Carr and Turekian,1961).因此,基于上述特征,当前学界普遍认为,相较于与花岗质岩浆有关的斑岩‒矽卡岩型钼矿,那些与闪长质或花岗闪长质岩浆联系密切、受幔源物质影响显著的斑岩‒矽卡岩型成矿系统,如矽卡岩型铁矿、斑岩型铜金矿和斑岩‒矽卡岩型铜铁金矿等,富集钴的潜力更为突出(曹明坚等,2022石磊等,2023).

      栾川钼多金属矿集区是全球重要的钼矿产地,钼多金属矿化以花岗质岩体为核心展开.岩体内部发育斑岩型钼矿化;在岩体与地层的接触带附近,则可见钙质矽卡岩型钼钨矿化、镁质矽卡岩型铁多金属矿化和硫铁矿化;再往外,角岩型钼多金属矿化逐渐显现,而最外层则是热液脉型银铅锌矿化(Mao et al.,2011).该区花岗质岩体主要由斑状二长花岗岩、细粒二长花岗岩、花岗斑岩及细晶岩脉组成,SiO2含量介于68%~77%(质量分数,后同),Sr-Nd-Hf同位素组成显示出古老下地壳物质的特征(Bao et al.,2014Guo et al.,2020).相比之下,栾川斑岩‒矽卡岩型钼成矿系统的成矿岩体,在岩浆演化程度和岩浆源区特性上,均与富钴的斑岩‒矽卡岩型铁铜金成矿系统存在显著差异.这些差异使得该区以往被认为出现富钴硫化物的可能性较低.然而,近期笔者对栾川钼多金属矿集区的南泥湖‒三道庄、鱼库、秋树沟、骆驼山和西沟等矿床的研究,发现了富钴的硫化物,单点测试结果显示,黄铁矿的钴含量高达0.79%,磁黄铁矿的钴含量高达0.07%,部分矿床磁黄铁矿精矿的钴含量达0.024%(附表1~2).基于这一发现,本文率先报道了栾川钼多金属矿集区富钴硫化物的地质、矿相学以及地球化学特征.这项工作不仅有助于人们深化对斑岩‒矽卡岩型成矿系统中钴富集机理的理解,还可为矿集区伴生资源的综合利用提供科学依据.

      栾川钼多金属矿集区在大地构造上处于华北克拉通南缘,位于洛南‒栾川推覆带,被南侧栾川断裂带与北侧马超营断裂带夹裹(图 1).矿集区内出露地层主要有中元古界官道口群、新元古界栾川群和陶湾群.其中,中元古界官道口群分布在矿集区东北部,由浅海相含燧石条带碳酸盐岩建造构成.新元古界栾川群位于矿集区中部,是主要赋矿围岩,岩石组合复杂,由碎屑岩、碳酸盐岩及粗面质火山岩夹杂基性火山岩共同组成.新元古界陶湾群分布在矿集区西南部,为陆源碎屑‒碳酸盐沉积建造,岩性以含砾灰岩等为主.

      图  1  栾川钼多金属矿集区地质简图
      Fig.  1.  Simplified geological map of the Luanchuan Mo-polymetallic ore field

      矿集区内整体以NW向构造占主导地位,NNE向构造叠加其上(图 1).自北向南依次分布着一系列呈NW向紧密排列的褶皱构造,如包头寨‒南泥湖向斜、青和堂‒庄科背斜、曾河口‒石宝沟向斜、黄背岭‒石宝沟背斜、大窑峪‒长湾背斜等.断裂构造同样复杂多样,既有区域性显著的NW向栾川和马超营断裂,又有自北向南推覆的NW向逆冲断裂,还有黄背岭‒南泥湖‒马圈和石宝沟‒庄科等NNE向断裂.

      矿集区内出露的岩体类型主要为晚侏罗世‒早白垩世花岗质岩体,另外还伴有少量晚元古代辉长岩体.代表性的花岗质岩体有石宝沟、黄背岭、南泥湖、上房沟和马圈等,它们大多产于NW向与NNE向构造交汇处,出露面积普遍小于1 km2图 1).这些岩体多数属于杂岩体,早期为含暗色包体的斑状二长花岗岩,晚期为细粒二长花岗岩、花岗斑岩及细晶岩脉等,均属于高钾钙碱性‒钾玄岩系列岩石范畴,具有高硅、高碱的特点,形成时代约153~132 Ma(Bao et al.,2014Guo et al.,2020).花岗质岩体与围岩之间界线明晰,在岩体与围岩接触带附近,矽卡岩和角岩广泛发育.

      在矿集区内,斑岩型钼矿、斑岩‒矽卡岩型钼钨矿或钼铁矿、矽卡岩型多金属硫铁矿和热液脉型银铅锌矿发育(图 1).典型矿床有:马圈斑岩型钼矿,南泥湖‒三道庄、鱼库(石宝沟)和秋树沟斑岩‒矽卡岩型钼钨矿,上房沟斑岩‒矽卡岩型钼铁矿,秋树沟、骆驼山、中鱼库和银河沟矽卡岩型多金属硫铁矿,冷水北沟、核桃岔、杨树洼、三道沟、银洞沟、西沟和白炉沟银铅锌矿等.它们环绕花岗质岩体,由里往外呈规律性分布,具体而言,在岩体顶部发育斑岩型钼矿,在岩体与围岩接触带附近发育矽卡岩型钼钨矿、钼铁矿或多金属硫铁矿,而在岩体外围的断裂带内则发育热液脉型银铅锌矿,成矿时代集中在148~139 Ma(Mao et al.,2011).

      为精准把握栾川钼多金属矿集区硫化物内钴的富集状况,本研究针对该区域内斑岩‒矽卡岩型钼成矿系统的近端与远端成矿端元,展开了系统全面的样品采集工作.代表成矿中心端元的矿床包括鱼库(地理坐标为33°51′32″N;111°31′21″E)及南泥湖‒三道庄(地理坐标为33°55′17″N;111°29′54″E)斑岩‒矽卡岩型钼钨矿床.靠近成矿中心端元的矿床有秋树沟(地理坐标为33°53′51″N;111°28′37″E)和骆驼山(地理坐标为33°55′31″N;111°28′28″E)矽卡岩型多金属硫铁矿床,而代表远端成矿端元的矿床则为西沟银铅锌矿(地理坐标为33°51′03″N;111°34′43″E).

      采集的具体样品类型涵盖了花岗质岩体中的石英‒黄铁矿‒辉钼矿脉(图 2a)以及石英‒磁黄铁矿细脉,钙质矽卡岩中的石英‒黄铁矿脉、石英‒磁黄铁矿‒黄铁矿脉和黄铁矿脉(图 2b~2c),镁质矽卡岩中的石英‒磁黄铁矿‒黄铁矿脉,大理岩中的磁黄铁矿细脉(图 2d),镁质矽卡岩多金属硫铁矿体中的黄铁矿细脉/脉、浸染状黄铁矿、浸染状磁黄铁矿、浸染状黄铁矿‒磁黄铁矿、条带状黄铁矿‒磁铁矿和黄铁矿‒辉钼矿脉(图 2e~2j),以及银铅锌矿石中的黄铁矿(图 2k~2l)等.鉴于各类样品中黄铁矿和磁黄铁矿含量丰富,且这两种矿物通常对钴具有富集作用,因此,本次研究主要针对黄铁矿和磁黄铁矿这两种硫化物,开展了微量元素含量的原位分析测试工作.

      图  2  栾川钼多金属矿集区代表性样品手标本特征
      a. 鱼库花岗质岩体中的石英‒黄铁矿‒辉钼矿脉;b. 南泥湖‒三道庄钙质矽卡岩;c. 南泥湖‒三道庄钙质矽卡岩中的石英‒黄铁矿脉;d. 南泥湖‒三道庄大理岩中的磁黄铁矿细脉;e~i. 秋树沟多金属硫铁矿矿石;j. 骆驼山多金属硫铁矿矿石;k~l. 西沟银铅锌矿石
      Fig.  2.  Hand specimens of representative samples from the Luanchuan Mo-polymetallic ore field

      黄铁矿和磁黄铁矿中微量元素含量测试由广州市拓岩检测技术有限公司和中国地质调查局成都地调中心完成,利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)对探针片进行测定.实验采用New Wave Research 193nm ArF准分子激光剥蚀系统,并与Agilent 8900四极杆型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)联用.准分子激光发生器产生的深紫外光束经过匀化光路聚焦于样品表面,激光束斑直径为35 µm,频率为6 Hz,能量密度为3.5 J/cm2.在激光剥蚀过程中,选用氦气作为载气、氩气作为补偿气,以此调节检测灵敏度.在对黄铁矿和磁黄铁矿进行微区原位微量元素含量测试及后续处理时,运用了玻璃标准物质NIST SRM 610、MASS-1以及实验室自制的黄铁矿标准样品,采用多外标总量归一法进行校正(Liu et al.,2008),同时选取比例标准物质SRM 612作为监控样品(Wilson et al.,2002).各元素的平均检出限见附表1.详细的测试方法,可参考Zhang et al.2022).

      依据图 3图 4与附表1所呈现的数据,栾川钼多金属矿集区斑岩‒矽卡岩型钼成矿系统内,黄铁矿与磁黄铁矿中的钴含量展现出极为显著的变化幅度.具体而言,黄铁矿中钴含量的变化范围为1.0×10-6~7 888.0×10-6(平均检出限为0.015×10-6),而磁黄铁矿中的则为1.0×10-6~652×10-6(平均检出限为0.024×10-6).

      图  3  栾川钼多金属矿集区代表性样品黄铁矿和磁黄铁矿的钴含量(10‒6
      a. 鱼库花岗质岩石中的石英‒黄铁矿‒辉钼矿脉;b. 南泥湖‒三道庄钙质矽卡岩中的黄铁矿脉;c. 南泥湖‒三道庄镁质矽卡岩中的石英‒磁黄铁矿‒黄铁矿脉;d. 南泥湖‒三道庄钙质矽卡岩中的石英‒磁黄铁矿‒黄铁矿脉;e. 秋树沟镁质矽卡岩多金属硫铁矿体中的浸染状黄铁矿‒磁黄铁矿;f. 秋树沟镁质矽卡岩多金属硫铁矿体中的黄铁矿‒辉钼矿脉;g. 秋树沟镁质矽卡岩多金属硫铁矿体中的黄铁矿;h. 秋树沟镁质矽卡岩多金属硫铁矿体中的浸染状黄铁矿‒磁黄铁矿;i. 骆驼山镁质矽卡岩多金属硫铁矿石中的黄铁矿
      Fig.  3.  Cobalt content of pyrite and pyrrhotite in representative samples from the Luanchuan Mo-polymetallic ore field (10‒6)
      图  4  栾川钼多金属矿集区代表性矿床中黄铁矿和磁黄铁矿的钴含量
      斑岩‒矽卡岩型铜金矿的黄铁矿钴含量数据源自Reich et al.2013)、Zhang et al.2016)、Xie et al.2020)和Keith et al.2022);矽卡岩型铁矿的黄铁矿钴含量数据源自Liang et al.2023)和Zhang et al.2024
      Fig.  4.  Cobalt contents of pyrite and pyrrhotite from representative deposits in the Luanchuan Mo-polymetallic ore field

      若依据样品所表征的成矿系统不同端元加以划分,其规律便显得较为明晰.在黄铁矿钴含量方面,代表成矿中心端元的鱼库、南泥湖‒三道庄斑岩‒矽卡岩型钼钨矿样品中,黄铁矿的钴含量相对较低,处于1.0×10-6~292×10-6之间.相比之下,代表靠近成矿中心端元的骆驼山、秋树沟矽卡岩型多金属硫铁矿中的黄铁矿钴含量则高达7 888×10-6,显示出此处成矿环境对钴的富集作用更为显著.而代表成矿远端端元的西沟银铅锌矿中的黄铁矿钴含量最低,小于1×10-6.通常情况下,黄铁矿中钴的含量与温度呈正相关关系.也就是说,在高温热液环境(温度大于300 ℃)中形成的黄铁矿,或是在成矿热液中心端元形成的黄铁矿,相较于在中‒低温环境(温度在150~300 ℃之间)中形成的黄铁矿,或是在远端成矿端元中形成的黄铁矿,含有更多的钴元素(Maslennikov et al.,2009Liang et al.,2023Xiao et al.,2023).然而,本文的分析结果似乎与这一认识存在差异.在本研究中,对于稍远位置的矽卡岩型多金属硫铁矿中的黄铁矿而言,温度或许并非是其中钴富集的主要控制因素.那么,围岩是否在其中起到了关键作用,这一问题还需要进一步深入研究加以验证.

      特别值得关注的是,除了前文所阐述的钴富集与成矿位置之间的相关性外,在同一矿床内部,不同类型矿石中黄铁矿的钴含量同样存在显著差异.以骆驼山和秋树沟矿床为例,钴含量较高的黄铁矿样品多为浸染状黄铁矿‒磁黄铁矿(钴含量6.0×10-6~5 307×10-6)、黄铁矿‒辉钼矿脉(钴含量12.0×10-6~4 451×10-6)以及黄铁矿脉(钴含量223×10-6~7 888×10-6)和黄铁矿细脉(钴含量1.0×10-6~718×10-6).这些高钴含量的样品指示了钴富集的具体地质条件和成矿机制,可能是由于镁质矽卡岩中的某些矿物与钴有化学亲和性,或者它提供了有利于钴进入黄铁矿的氧化还原或酸碱度等物理化学条件,值得进一步研究.此外,同一样品中黄铁矿的钴含量呈现出较大范围的波动变化,这一现象或许与不同世代的黄铁矿中钴含量存在明显差异有关.然而,其背后所蕴含的具体作用机理目前尚未明晰,有待进一步深入研究.

      与黄铁矿有所不同的是,在磁黄铁矿钴含量方面,代表成矿中心端元的南泥湖‒三道庄斑岩‒矽卡岩型钼钨矿各类样品中,磁黄铁矿的钴含量大都集中在146×10-6~653×10-6之间,明显高于代表靠近成矿中心端元的骆驼山和秋树沟矽卡岩型多金属硫铁矿中的磁黄铁矿钴含量(1.0×10-6~117×10-6).这一现象不仅表明,在不同成矿端元中,磁黄铁矿对钴的富集能力也存在显著差异;更为关键的是,它还清晰地反映出黄铁矿和磁黄铁矿中钴含量存在“解耦”的情况.考虑到斑岩‒矽卡岩型成矿系统的成矿中心往往呈现出异常高的温度特征,黄铁矿和磁黄铁矿中钴含量所存在的“解耦”现象,很可能与高温阶段时,钴元素更倾向于优先进入磁黄铁矿晶格结构有关.

      总体而言,在栾川钼多金属矿集区斑岩‒矽卡岩型钼成矿系统中,黄铁矿钴含量最高的端元是靠近成矿中心的镁质矽卡岩型多金属硫铁矿(黄铁矿钴含量高达7 888×10-6),其次是成矿中心的斑岩‒矽卡岩型钼钨矿(黄铁矿钴含量达292×10-6),最低的是远端成矿端元的热液脉型银铅锌矿(黄铁矿钴含量小于1×10-6).而磁黄铁矿的情况稍有不同,钴含量最高的端元为成矿中心的斑岩‒矽卡岩型钼钨矿,磁黄铁矿的钴含量大都集中在146×10-6~653×10-6之间.这表明,在栾川钼多金属矿集区中,钴的富集与矿物的种类和成矿环境密切相关.通过对黄铁矿和磁黄铁矿中钴含量的详细分析,可以进一步了解成矿流体的运移路径和矿质沉淀机制.这不仅可为洞悉钴在栾川钼多金属矿集区内的分布规律提供可靠依据,也能为成矿过程分析、矿床成因研究以及资源评估提供不可或缺的数据支持.

      斑岩‒矽卡岩型矿床作为岩浆热液型富钴矿床的关键类别,不仅在铁、铜和金等金属的成矿过程中起着关键作用,更是钴等关键金属的重要来源.尽管此类矿床已历经广泛研究,然而,针对钴在该系统内的富集机制,相关研究仍显匮乏.并且,当下的研究大多聚焦于与闪长质‒花岗闪长质岩浆有关的矽卡岩型铁矿和斑岩‒矽卡岩型铜金矿.

      在斑岩‒矽卡岩型成矿体系里,钴的富集成矿过程与岩浆热液活动紧密相连.当富含钴的闪长质‒花岗闪长质岩浆冷却结晶时,其中的钴及其他金属元素会借助热液作用,与Cl-或H2S-离子络合(Liu et al.,2011Migdisov and Williams-Jones,2011),进而实现迁移与富集.具体来讲,钴在热液中通常以CoCl42-、CoCl+或CoHS⁻离子络合物的形式存在(Migdisov and Williams-Jones,2011).随着热液的温度、压力、氧逸度以及pH等物理化学条件发生改变,钴络合物会发生分解,促使钴以类质同象或独立矿物形式沉淀并富集(Williams-Jones and Vasyukova,2022Vasyukova and Williams-Jones,2022).因此,依据岩浆热液作用模型,富钴的闪长质‒花岗闪长质岩浆,以及从中析出的富含钴、Cl⁻或H2S⁻离子的热液,在钴的富集成矿过程中发挥着极为关键的作用.此类岩浆及其析出的流体,携带着大量金属和络合物离子,通过与围岩的相互作用,造就了富钴的矽卡岩型铁矿和斑岩‒矽卡岩型铜金矿.

      与富钴的矽卡岩型铁矿和斑岩‒矽卡岩型铜金矿有所不同,栾川钼多金属矿集区的斑岩‒矽卡岩型钼多金属成矿系统,与花岗质岩浆关系密切(Bao et al.,2014Guo et al.,2020),而非闪长质‒花岗闪长质岩浆.由于花岗质岩浆演化程度较高,其钴含量显著低于闪长质‒花岗闪长质岩浆(Carr and Turekian,1961).并且,岩浆中Cl和S的含量会随着岩浆演化程度的升高而降低(Carroll and Webster,1994Webster et al.,1999Wallace and Edmonds,2011).故而,一般认为,与花岗质岩浆关联紧密的斑岩‒矽卡岩型钼多金属成矿系统,其富集钴的潜力明显低于与闪长质‒花岗闪长质岩浆相关的铁铜金成矿系统(曹明坚等,2022石磊等,2023).

      图 4可以看出,尽管栾川钼多金属矿集区的斑岩‒矽卡岩型钼多金属成矿系统与花岗质岩浆紧密相关;然而,无论是其成矿中心端元的斑岩‒矽卡岩型钼钨矿床,还是靠近成矿中心端元的矽卡岩型多金属硫铁矿矿床,其黄铁矿的钴含量,虽然低于与闪长质岩浆有关的矽卡岩型铁矿床,但与和闪长质‒花岗闪长岩岩浆相关的斑岩‒矽卡岩型铜金矿床相比,几乎相当,甚至还要更高.无疑,在相对贫钴、贫氯、贫硫的岩浆热液体系中,钴的来源及如何迁移富集,是一个亟待解决的问题.未来需要借助同位素分析、流体包裹体研究、实验和数值模拟等方法,展开深入研究,以揭示栾川钼多金属矿集区钴的来源、迁移路径和沉淀机制.

      此外,以往对栾川钼多金属矿集区矿床成因的研究,主要集中在钼、钨等主要金属元素上.而富钴硫化物的发现表明,矿床的形成过程或许比之前所认为的更为复杂.例如,从不同端元矿体内黄铁矿和磁黄铁矿中钴含量的规律来看,成矿中心、靠近成矿中心和成矿远端的钴含量存在差异,特别是钴的富集可能与特定的岩石类型(如矽卡岩)相关(图 4).这或许意味着矿集区是在一个多因素控制的过程中形成的.这可能涵盖不同来源的成矿物质、不同的热液活动阶段以及多种岩石类型的相互作用.同时,钴作为一种微量元素,其在硫化物中的富集状况,能够反映出矿集区的地球化学特征.例如,研究钴与其他元素(如钼、钨、铁等)的共生关系,能更为深入地了解矿集区内元素的共生组合规律.通过对这种规律的研究,有助于构建更为精细的成矿模型,从而为深入理解栾川钼多金属矿集区的成矿机制提供更为丰富的数据.

      再者,钴作为一种重要的战略金属,其在全球范围内的需求量持续攀升,特别是其在新能源汽车和可再生能源领域的广泛应用,使得钴的市场前景极为广阔.在栾川钼多金属矿集区内发现富钴硫化物,意味着除了已有的钼、钨等金属资源外,钴也有可能成为一种重要的经济资源.这不仅增加了栾川钼多金属矿集区的资源多样性,还提升了该区域的经济价值.例如,在已知钴含量较高的区域,如骆驼山和秋树沟等矽卡岩型多金属硫铁矿中,结合矿体的规模、矿石的品位等因素,可以大致推算出这部分区域钴的储量范围.如果按照矿集区内不同区域钴含量的分布规律进行合理推测,还可能发现更多富钴的矿体或矿化区域,从而提高整个矿集区的资源价值.这种发现有助于更新对矿集区资源储量的评估,将钴资源纳入整体的资源规划之中,提高资源利用效率.倘若钴含量达到一定的工业品位(骆驼山多金属硫铁矿的磁黄铁矿精粉钴含量达0.024%,附表2)或者具备潜在的经济开采价值,那么在开发钼、钨等主要金属资源的同时,可以考虑对钴资源进行综合回收利用,进一步提升栾川钼多金属矿集区矿床的经济价值.

    • 图  1  栾川钼多金属矿集区地质简图

      Fig.  1.  Simplified geological map of the Luanchuan Mo-polymetallic ore field

      图  2  栾川钼多金属矿集区代表性样品手标本特征

      a. 鱼库花岗质岩体中的石英‒黄铁矿‒辉钼矿脉;b. 南泥湖‒三道庄钙质矽卡岩;c. 南泥湖‒三道庄钙质矽卡岩中的石英‒黄铁矿脉;d. 南泥湖‒三道庄大理岩中的磁黄铁矿细脉;e~i. 秋树沟多金属硫铁矿矿石;j. 骆驼山多金属硫铁矿矿石;k~l. 西沟银铅锌矿石

      Fig.  2.  Hand specimens of representative samples from the Luanchuan Mo-polymetallic ore field

      图  3  栾川钼多金属矿集区代表性样品黄铁矿和磁黄铁矿的钴含量(10‒6

      a. 鱼库花岗质岩石中的石英‒黄铁矿‒辉钼矿脉;b. 南泥湖‒三道庄钙质矽卡岩中的黄铁矿脉;c. 南泥湖‒三道庄镁质矽卡岩中的石英‒磁黄铁矿‒黄铁矿脉;d. 南泥湖‒三道庄钙质矽卡岩中的石英‒磁黄铁矿‒黄铁矿脉;e. 秋树沟镁质矽卡岩多金属硫铁矿体中的浸染状黄铁矿‒磁黄铁矿;f. 秋树沟镁质矽卡岩多金属硫铁矿体中的黄铁矿‒辉钼矿脉;g. 秋树沟镁质矽卡岩多金属硫铁矿体中的黄铁矿;h. 秋树沟镁质矽卡岩多金属硫铁矿体中的浸染状黄铁矿‒磁黄铁矿;i. 骆驼山镁质矽卡岩多金属硫铁矿石中的黄铁矿

      Fig.  3.  Cobalt content of pyrite and pyrrhotite in representative samples from the Luanchuan Mo-polymetallic ore field (10‒6)

      图  4  栾川钼多金属矿集区代表性矿床中黄铁矿和磁黄铁矿的钴含量

      斑岩‒矽卡岩型铜金矿的黄铁矿钴含量数据源自Reich et al.2013)、Zhang et al.2016)、Xie et al.2020)和Keith et al.2022);矽卡岩型铁矿的黄铁矿钴含量数据源自Liang et al.2023)和Zhang et al.2024

      Fig.  4.  Cobalt contents of pyrite and pyrrhotite from representative deposits in the Luanchuan Mo-polymetallic ore field

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