 Advances in Geosciences 地球科学前沿, 2012, 2, 54-58 http://dx.doi.org/10.12677/ag.2012.21007 Published Online March 2012 (http://www.hanspub.org/journal/ag) A Study on the Enrichment Law of the Dispersed Elements Cd in the Xiaba Pb-Zn Deposit, Guangxi Zhen g Ou1*, Chongtao Wei1, Santigie Kekuda Sesay1, Weikuan Li2, Shaowen Mo3 1School of Resource and Earth Science, China University of Mining & Technology, Xuzhou 2Guangxi Huanjiang Yinhe Co., Ltd., Huanjiang 3Guangxi Huanjiang Jintai Mining Co., Ltd., Huanjiang Email: *ouzheng10@163.com Received: Oct. 9th, 2011; rev i s e d: Nov. 5th, 2011; accepted: Dec. 2nd, 2011 Abstract: Based on the experimental results by the electron microprobe and inductively coupled plasma mass spec- trometry (ICP-MS), the analysis and research are made to the distribution characteristics of elements Cd in the Xiaba Pb-Zn deposit; also, its occurrence mode is also under discussion. The results show that, the Cd content of the Pb-Zn mineralization series of the deposit is over the minimum industrial grade of its accompanied valuable elements; the elements Cd mainly occur in the zinc blende, which are directly proportional to the zinc blende content. Besides, the elements Cd have “high-high-low” and “low-high-low” laws from south to north and from east to west throughout the deposit. Keywords: Pb-Zn Deposit; Dispersed Element; Enrichment Law; Xiaba Mine 广西下巴铅锌矿床镉元素的富集规律研究 欧 正1*，韦重韬 1，Santigie Kekuda Sesay1，李卫宽 2，莫绍文 3 1中国矿业大学资源与地球科学学院，徐州 2广西环江银河有限责任公司，环江 3广西环江金泰矿业有限责任公司，环江 Email: *ouzheng10@163.com 收稿日期：2011 年10月9日；修回日期：2011 年11 月5日；录用日期：2011 年12 月2日 摘 要：本文利用电子探针和等离子质谱(ICP-MS)分析手段，对下巴铅锌矿床中镉元素的分布特征进行了分析 研究，并探讨了镉元素在矿床中赋存方式。结果表明，该矿床铅锌矿化系列中镉含量超过其作为伴生有用组分 的最低工业品位，矿床中镉元素主要赋存于闪锌矿之中，与闪锌矿含量成正比关系。矿区范围内镉元素由南至 北呈现出高-高-低的规律，在东西方向上，呈现出低–高–低规律。 关键词：铅锌矿床；分散元素；富集规律；下巴矿 1. 引言 镉(Cd)元素位于元素周期表的锌副族，其性质在 很多方面与锌相似，他们在自然界中有着极其相似的 地球化学行为[1]。镉作为分散元素本身在地壳中含量 很低，但却有着广泛的用途[2,3]。由于 Cd 的化学性质 决定其难以形成独立矿床，通常作为伴生元素产于有 色金属与贵金属矿床之中；铅锌矿床中镉主要富集于 闪锌矿中，其富集程度受成矿流体的硫离子活度、成 矿温度、pH 和Cd/Zn 等物理化学条件的制约[4]。 矿床中分散元素高度富集，显示出其成因可能具 有一定的特殊性。其中铅锌硫化物矿床是分散元素利 用的重要来源之一，有关这类矿床中分散元素的赋存 *通讯作者。 Copyright © 2012 Hanspub 54  广西下巴铅锌矿床镉元素的富集规律研究 状态及富集机制是国内外矿床学家极为关注、至今尚 未解决的问题[5]。对矿床矿石的物质成份，特别是矿 石中的分散元素 Cd 的赋存状态进行研究，对综合利 用该区丰富的矿产资源有着重要的意义。为此，本文 选择下巴矿床 Cd 元素为对象，通过对下巴铅锌矿床 矿石硫化物矿物的电子探针、电感耦合等离子质谱 (ICP-MS)等的分析，初步揭示了该矿床 Cd 元素的赋 存状态及规律。 2. 矿床地质概况 2.1. 矿区地层 矿区出露地层相对较简单，地层由老到新有中泥 盆统东岗岭组、上泥盆统榴江组、下石炭统、第四系。 其中，中泥盆统东岗岭组为矿床主要赋矿层位。 2.2. 矿区构造 下巴铅锌矿所处大地构造位置是滨太平洋地槽 褶皱区、华南加里东褶皱系之湘桂粤褶皱带西段北部 边缘，也是桂中凹陷罗城褶皱带西端江南古陆南端边 缘外侧，北与扬子地台相接，是桂北泥盆纪指状隆起 区组成部分[6]。构造形态主要表现为台地型的褶皱和 断裂，褶皱平缓、开阔。 矿区断裂发育，目前已知断层 91 条，大致可分 成三组，NNE(或NE)组33 条，NNW(或NW)组45 条， 近于东西向 13条。除 F88 断层性质不明外，其余均为 正断层。 贯穿于矿区长达 3 km以上的纵向断裂有 F1、F8、 F45、F9、F46、F29、F5。由于断层以升降运动为主，将 矿区分割成两个地垒一个地堑构造形态。F29、F9之间， F1与F5间构成地垒，F1与F9间为两个地垒之间的地 堑。横向断裂 F48、F13、F36 以及NW 方向次一级断层， 将上述地堑、地垒分割成若干块段。 矿区内 F8、F63、F62、F78 断层等，错断矿体，使 矿体分布不连续，对矿体起破坏作用。 F45 号断层对矿区成矿关系较密切，可能是矿区含 矿溶液的通道，控制着矿体的展布。从矿区来看，所 有矿体均分布在 F45 号断层上盘。矿体的展布受 F45 号断层的控制，由于 EW 向挤压力的作用，在矿区内 发生一系列的层间破碎带，使含矿溶液沿层间破碎带 活动，沉淀富集成矿体，因此层间破碎带为矿区的容 矿构造，与成矿的关系密切(图1)。 0 3 5 7 911 13 17 21 C1y1 D3l1D3l2 D3l1 2 D3l1 1 D2d2 D3l1 1 D3l1 3 D3l1 3 D3l1 D3d2 6 D3d2 6 D3d2 6 D3l1 D2d2 0 D3l2 C1y1 C1y1 D3l1 D2d2 6 F97 F62 F63 F45 F63 F89 F45 F8 F65 F78 F59 F78 F66 F90 F9 F64 F87 F58 F58 D2d2 D2d2 4 D2d2 5 D2d2 Q D2d2 2 D3l1D3l1 D3l2 D2d2 6 D2d2 6 D2d2 C1y1 C1y1 C1y1 C1y1 C1y12 78 F63 9 D3l2 D2d2 2 D2d2 1 4 2 D3l1 1 6 5 6 1 3 Q1D3l23D3l145 D2l26 D2l1 D3l1 1 10 3 1km 1.第四系；2.下石炭统岩关阶下段；3.上泥盆统榴江组上段；4.上泥盆统 Figure 1.logical sketch map ofiaba Pb-Zn e deposit 2.3. 矿体特征 矿区内已知的铅锌矿体主要产于东岗岭组上段 顶部 286~ 榴江组下段；5.中泥盆统东岗岭组 上 段；6.中泥 盆统东 岗岭组下 段；7. 地质界线；8.断层及编号；9.矿区界线；10.勘探线及编号 The geo Xor 图1. 下巴铅锌矿地质略图 灰色、浅灰色厚层致密块状白云质灰岩或浅灰、 灰白色粗粒白云岩之中。矿体多呈层状，似层状或透 镜状产于层间破碎带或层间裂隙中，整个矿体的总体 产状与岩层产状基本一致，但局部与地层有以较小的 夹角。按产出的部位不同，一般可划分为 4~8层。矿 体沿走向、倾向分枝、复合、胀缩尖灭现象普遍。 工业矿体全为盲矿体，埋深 30~400 m，海拔标高 100 m，一般均埋藏与100~250 m标高范围内， 均在潜水面之下。从 PD3 开采坑道观察，断层破碎带 中及上、下盘岩石裂隙中，有黄铁矿、方铅矿、闪锌 矿化，局部矿化强烈者成为工业矿体。破碎带中的矿 石呈角砾状，黄铁矿、方铅矿、闪锌矿呈块状、星散 状、细脉状产出。矿石多具有压碎结构，说明断层活 动的多期性，使矿液叠加。 Copyright © 2012 Hanspub 55  广西下巴铅锌矿床镉元素的富集规律研究 Copyright © 2012 Hanspub 56 用矿物为闪锌矿，其次为方铅矿和 黄铁矿，次生矿物有褐铁矿和菱铁矿，脉石矿物主要 有方解石和白云石。 闪锌矿，常呈半自形至他形(少量自形)粒状、纤 维状集合体或以胶状构造产出。粒度 0.01~6 m m不等， 一般多在 0.3~2 mm之间，颜色从无色至棕色、 褐棕色均有。 见米黄色和黑 以不同的颜色 圈或色带而与黄铁矿相间 分布构成同心圆状、皮壳状和条带状等构造。或与方 铅矿、白云石组成细脉状充填于黄铁矿裂隙中或沿其 边缘分布，有时见围绕生物碎屑边缘呈网脉状分布。 方铅矿，多呈他形，部分半自形或自形等轴粒状 交代分布于闪锌矿、黄铁矿中或充填于闪锌矿黄铁矿 裂隙中。有时见呈粗大(大小 3 mm)的立方体聚集分布 于矿脉中部。 黄铁矿， 呈他形至自形粒，有时为胶 状结构。粒径最大 5 mm，最小 0.01 mm，一般为 0.03~2 mm，常和闪锌矿构 的各种 或以细 细脉状分布于 中，少量黄铁矿 闪锌矿。常见黄铁矿交代生物之现象，矿石 中生物外形轮廓清楚，有时黄铁矿呈星点状围绕生物 碎屑边缘分布。 Table 1. Analyzed data on the ore-minerals of the Xiaba Pb-Zn deposit by electron microprobe 表1. 下巴铅锌矿床矿石矿物的电子探针分析数据(w/%) 样号 矿物 Tl Pb 2.4. 矿石特征 矿石中主要有 棕色或 在万隆矿床常 色两种。常 组成不同的色 常 状集合体 成矿石 构造。 小颗 粒聚集成岩石 局部见取 代零星之 3. 样品采集与测试方法 样品采自广西环江县下巴矿床各采掘工作面，采 样层位包括上泥盆统榴江组、中泥盆统东岗岭组。东 岗岭组为矿床主要赋矿层位，厚约 20 m，主要岩性为 白云质灰岩。横向上沿着5#-13#勘探线分布的采场进 行捡块采样，纵向上对顶板、矿体、底板进行连续刻 槽取样。 所有样品均系统进行光片鉴定，识别出不同类型 的矿物。手选样品用玛瑙研钵研磨至 200 目，分包测 试。电子探针测定由河池市质量技术监督局分析室测 试。样品等离子质谱分析(ICP-MS)由中国矿业大学分 析测试中心测试。分析结果见表1。 4. 分析结果 本次工作共选取了 17 个闪锌矿、方铅矿和黄铁 矿样品进行电子探针成分分析点，测试元素包括 Zn、 Pb、Fe、S、Cd、Ge、Ga、Cu 和Ni等，其分析数据 列于表 1。 通过分析结果(表1)可知，闪锌矿中 Cd 的含量变 化范围为(1200~6100) × 10–6，方铅矿中 Cd 的含量为 (100~1400) × 10–6，黄铁矿中 Cd 的含量变化范围为 (100~1100) × 10–6，Cd 元素的富集程度，闪锌矿最大， 铅矿次之，黄铁矿最低。 方 Mg S Ag Cd Fe Ni Cu Zn Ga Ge YH01 闪锌矿 0.193 24.73 2.41 0.001 0.012 44.73 0.0041 0.0004 0.03 0.23 0.00 1.03 YH02 方1 0.0 0.0. 0. 铅矿 0.071 7.620.43 004 .004017 000600020.05 0.03 0.02 56.7 YH03 方铅矿 0.082 17.03 0.22 0.006 0.014 0.034 0.0001 0.0001 0.01 0.01 0.06 48.2 YH04 方铅矿 0.107 19.21 0.17 0.001 0.006 0.002 0.0002 0.0002 0.08 0.08 0.01 55.4 YH05 方铅矿 0.021 16.88 0.09 0.011 0.011 0.323 0.0020 0.0002 0.02 0.14 0.01 47.7 YH06 方铅矿 0.077 18.22 0.44 0.007 0.009 1.56 0.0012 0.0001 0.02 0.06 0.03 56.3 YH07 闪锌矿 0.228 26.44 0.53 0.000 0.005 48.43 0.0007 0.0021 0.00 0.46 0.00 0.04 501 闪锌矿 0.208 27.37 0.98 0.002 0.001 51.21 0.0022 0.0034 0.00 0.35 0.00 0.00 502 闪锌矿 0.211 26.55 1.75 0.005 0.00 49.74 0.0008 0.0025 0.01 0.58 0.00 0.03 506 闪锌矿 0.126 26.14 1.68 0.003 0.003 52.13 0.0012 0.0041 0.00 0.27 0.01 0.01 703 闪锌矿 0.173 28.48 1.87 0.002 0.025 55.34 0.0013 0.0037 0.01 0.12 0.00 0.04 705 闪锌矿 0.203 26.63 1.56 0.003 0.008 48.72 0.0009 0.0031 0.00 0.61 0.00 0.02 706 黄铁矿 0.043 45.72 47.2 0.001 0.005 0.013 0.0022 0.0004 0.03 0.03 0.01 0.00 903 黄铁矿 0.051 48.83 43.0 0.000 0.018 0.030 0.0015 0.0003 0.01 0.01 0.00 0.01 905 黄铁矿 0.018 52.15 44.7 0.001 0.003 0.006 0.0012 0.0003 0.00 0.01 0.00 0.01 908 黄铁矿 0.022 53.11 45.5 0.001 0.001 0.001 0.0030 0.0004 0.05 0.11 0.01 0.02 1106 闪锌矿 0.272 31.12 2.33 0.002 0.023 51.76 0.0012 0.0022 0.01 0.44 0.00 0.00  广西下巴铅锌矿床镉元素的富集规律研究 分散元素与 矿 着 关 载矿物具 属性；分 素Ga Ge Cd 矿床中主要以类质同象的形式赋存于硫化物中，这与 分散元素的地球化学行为有着密切的关系[5]，分散元 素具有亲硫等多重地球化学性质，其元素地球化学参 数(原子半径、离子半径等)与Zn、Pb 等元素(特别是 与Zn)具有相似性，因而铅锌矿床中闪锌矿是分散元 素最主要的荷载矿物，大量的分析结果也证实这种观 点；同时成矿环境和成矿作用等因素亦对其赋存起着 制约作用[7]。Cd 的许多性质与 Zn 相似，因此在自然 界中有着共同的地球化学行为，它的活动紧密跟随着 Zn 进行。由于 Cd 在地壳中的低含量及高度分散性， 易 立 特质的期相 它几乎不能形成独立矿 阶 段可以产生某些富集。在大多数场合下，Cd 以类质同 象状态置换其它相应离子而存在于各种含镉矿物之 中，特别是闪锌矿中，含量保持在一定数值之间，变 化较稳定[8]。 通过下巴铅锌矿床矿物中元素分析数据可知，闪 锌矿、方铅矿和黄铁矿中的Ga、Ge含量都较低。并 以8个闪锌矿测试样品中 Cd、Ge、Ga 元素为变量计 算了与 Zn、Pb 元素间的相关关系(见图 2)。由图2可 见，下巴铅锌矿床中镉元素与各成矿元素之间的相关 性具有如下特征。 的富集 特定 物有 密切 系，其荷 有专散元、、等在铅锌 故不 形成独 矿物， 别是在地 作用 早 中， 物，只是在晚期的热液 R 2 = 0.2733 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004 0.0045 40 42 4446 48 50 525456 58 w(Zn)% w(Ga)% R 2 = 0.8395 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004 0.0045 0 0.20.40.60.8 1 1.21.4 w(Pb)% w(Ga)% R 2 = 0.6638 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004 0.0045 40 424446485052 54 56 58 w(Zn)% w(Ge)% R 2 = 0.4819 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004 0.0045 0 0.20.40.60.8 1 1.21.4 w(Pb)% w(Ge)% R 2 = 0.1082 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 40 4244 4648 5052 5456 58 w(Zn)% w(Cd)% R 2 = 0.1031 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 00.20.40.6 0.811.2 1.4 w(Pb)% w(Cd)% Figure 2. The relationship diagrams of Zn, Pb vs Ge, Ga and Cd in sphalerite 图2. 闪锌矿中 Ge、Ga、Cd 与Zn、Pb 关系图 Copyright © 2012 Hanspub 57  广西下巴铅锌矿床镉元素的富集规律研究 尽管在闪锌矿中 Cd 元素富集的富集含量较高， 但在全部闪锌矿样品中Zn与Cd 并不具有明显的相关 关系，闪锌矿样品中 Zn 与Cd 呈类质同象的替代关系 明显。研究中未发现 Cd 的独立矿物，Zn 和Cd 在闪 锌矿中主要以类质同象形式存在，占据 Zn 原子的位 置，晶格中 Cd可能替代 Zn[9,10]，出现彼此消长的现 象。闪锌矿中 Pb与Cd 的相关关系与 Zn 类似。 5. 镉元素富集规律 为进一步研究镉元素的富集规律，选取了闪锌 矿、方铅矿和黄铁矿单矿物样及原生矿石样等共 11 件样品进行了 ICP-MS 分析显示，分析结果列于表 2。 ，闪锌 Table 2. Conte nts of Gd in the minerals and or e of th e Xiab a deposit 表2. 下巴矿床矿物和矿石中镉元素质量分数 –6 –6 由表 2可见 矿Cd 的含量范围为(1321.65 ~1897.23) × 10–6，平均为1532. 17 × 10–6；Ga 的含量 范围为(2.0~3.5) × 10–6。方铅矿 Cd 的含量范围为 (537.33~657.19) × 10–6，平均为597.26 × 10–6。黄铁矿 的Cd 和Ga含量很低，其中 Cd 含量范围仅为 38.55 × 10–6；Ga 的含量仅为 1.04 × 10–6。由此可见，分散元 素Cd 主要富集于闪锌矿内，较黄铁矿中的含量高出 1~2 个数量级。原生矿石样品的 Cd 含量分别为 (101.56~973.89) × 10–6，平均为661.33 × 10–6，样品中 的Cd 含量明显低于闪锌矿，但略高于方铅矿和黄铁 矿。 根据沿 5号勘探线往北至 13 号勘探线取样的分 析结果，矿区范围内 Cd 元素由南至北呈现出高–高 –低的规律，在东西方向上，呈现出低–高–低规律。 纵向上，矿层顶底板 Cd 含量明显低于含矿层，因此 Cd 元素与闪锌矿在矿区范围内的富集规律一致。 6. 结论 综上所述，矿床中 Cd 元素主要富集于闪锌矿之 中，由此可知 Cd 元素的富集规律与矿床形成的构造 条件、容矿岩石性质、成矿流体的物理化学条件等直 接相关。Cd 元素的富集在矿区范围内呈现出南高北低 样品号 矿物(石) w(Fe)/% w(Cd)/10 w(Ga)/10 XH1 原生矿石 4.229 101.56 0.42 XH2 原生矿石 4.580 458.21 2.98 XH3 原生矿石 4.052 876.57 1.88 XH4 方铅矿 XH5 闪锌矿 1.293 537.33 1.99 0.466 1897.23 2.00 X 闪锌矿 4.2477.3.54 H6 闪锌矿 5.063 1321.65 3.35 XH7 方铅矿 0.626 657.19 0.97 XH8 黄铁矿 34.82 38.55 1.04 XH9 5 1368 XH10 原生矿石 1.382 896.44 0.10 XH1 1 原生矿石 0.08 973.89 0.08 的现象，纵向上，矿层顶底板 Cd 含量明显低于含矿 层，与闪锌矿的富集规律一致。 参考文献 (References) [1] 刘英俊等. 元素地球化学[M]. 北京: 科学出版社, 1984: 372- 377. 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