周家喜 呂志成 陳書富 孫載波 陳輝 王小虎 李艷軍 趙俊興

1. 云南省高校關(guān)鍵礦產(chǎn)成礦學重點實驗室,云南大學地球科學學院,昆明 650500

2. 中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心,北京 100037

3. 云南省有色地質(zhì)局,昆明 650051

4. 自然資源部三江成礦作用及資源勘查利用重點實驗室,云南省地質(zhì)調(diào)查局,昆明 650216

5. 中國地質(zhì)大學資源學院,武漢 430074

6. 中國科學院礦產(chǎn)資源研究重點實驗室,中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所,北京 100029

鈷(Co)是關(guān)鍵礦產(chǎn),在國防軍工、航空航天、高新科技和新興產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮不可替代的至關(guān)重要作用。由于Co的地殼豐度低(27×10-6; https：//earthref.org),很難形成獨立Co礦床(Gunn, 2014)。工業(yè)Co主要從銅礦、鎳礦、鐵礦、鉛鋅礦、結(jié)核/結(jié)殼等中以共/伴生組分回收。目前,全球陸地剩余探明Co金屬儲量不足7Mt,主要分布在剛果(金)(約占全球Co金屬總儲量的50%)等地(豐成友和張德全, 2002; USGS, 2011; Slacketal., 2017; 趙俊興等, 2019; 張洪瑞等, 2020; 蘇本勛等, 2023)。我國Co礦資源不僅儲量小(約8萬t,占全球Co金屬總儲量的1.1%),而且品位不高(除部分富Co礦點外,Co平均品位普遍低于0.2%),對外依存度長期居高不下(趙俊興等, 2019; 張洪瑞等, 2020; 蘇本勛等, 2023)。因此,尋找高品位Co礦、增儲上產(chǎn)確保我國Co資源安全供應已迫在眉睫。

圖1 滇中地區(qū)礦產(chǎn)資源分布圖及新發(fā)現(xiàn)Co礦點位置(據(jù)云南省地質(zhì)局第2區(qū)測大隊, 1969(1)云南省地質(zhì)局第2區(qū)測大隊. 1969. 武定幅1/20萬地質(zhì)圖、礦產(chǎn)圖及其說明書)Fig.1 The sketch geological and mineral map of the central Yunnan Province and the location of the newly discovered high-grade oxidized cobalt ore spot

我國西南地區(qū)(尤其是云南省)已發(fā)現(xiàn)多種類型富Co礦床/點,如白馬寨巖漿硫化物型Ni-Cu-PGE-Co礦床(Co 2100t,平均品位0.17%)、白秧坪熱液型Cu-Co礦床(Co 1460t,平均品位0.10%)、大紅山鐵氧化物銅金型Fe-Cu-Co礦床(Co 270t)、元江-墨江紅土型Ni-Co礦床(Co 14500t)和水泄-廠街沉積巖容礦層控型Cu-Co礦床(Co 2900t,平均品位0.07%)等(何明勤等, 2004; 劉家軍等, 2010; 徐昭啟, 2012; 劉東盛等, 2022; 盧映祥等, 2021),以及新發(fā)現(xiàn)的蘭坪-思茅盆地黃鐵礦型富鈷礦化點(Co平均品位0.35%; 楊昌華等, 2022)、興義趙家溝錳結(jié)核/結(jié)殼型富鈷礦化點(Co平均品位0.69%; 徐陽東等, 2024)等。可見,云南及鄰區(qū)具有良好的Co礦資源潛力。

表1 滇中地區(qū)鈷礦石全巖微量元素分析結(jié)果(×10-6)

圖2 滇中地區(qū)Co礦點野外露頭特征Fig.2 Field outcrop characteristics of cobalt ore spot in the central Yunnan Province

圖3 滇中地區(qū)鈷礦手標本特征Fig.3 Characteristics of cobalt ores in the central Yunnan Province

圖4 滇中地區(qū)鈷礦電子探針背散射礦物特征Fig.4 EMPA BSE mineral characteristics of cobalt ore spot in the central Yunnan Province

圖5 鈷氧化物TIMA和EPMA顯微結(jié)構(gòu)及主要組成元素mapping圖(a)TIMA Co元素分布圖;(b)團斑狀產(chǎn)出鈷華;(c)脈狀產(chǎn)出鈷華(BSE-COMPO背散射成份像圖);(d-f)Co、As和Ni EPMA Mapping圖(Level-信號強弱程度)Fig.5 TIMA and EPMA microstructures and element mapping images of cobalt oxides

最近,筆者團隊在揚子地塊西緣康滇地軸中部滇中地區(qū)(云南省武定縣貓街鎮(zhèn))野外考察時新發(fā)現(xiàn)一處Co礦點(圖1),露頭呈粉紅色-桃紅色(圖1、圖2),呈脈狀產(chǎn)出,寬度1～5m不等,賦存于元古界硅化淺變質(zhì)巖中,受構(gòu)造控制。賦礦地層中僅見少量基性巖漿巖(圖1),蝕變以硅化為主。野外初步鑒定為氧化物型Co礦點,見少量黃鐵礦化、黃銅礦化等。鈷氧化物除呈(細)脈狀(圖3a, b, e、圖4、圖5a)產(chǎn)出外,還呈稠密浸染狀(圖2d、圖3c, d)和團斑狀(圖2a-c、圖3b, e、圖5b, c)產(chǎn)出。自動礦物分析系統(tǒng)(TIMA)和電子探針(EPMA)分析結(jié)果顯示,Co主要以獨立礦物形式存在,主要為鈷華(Co3(AsO4)2·8H2O)(圖4、圖5),少量為水鈷礦(Co(OH)2·nH2O),共生礦物主要有石英、云母、磷灰石、碳酸鹽礦物、硫化物等(圖4、圖5)。5件撿塊樣等離子體質(zhì)譜儀分析結(jié)果顯示Co含量變化范圍較大,為316×10-6～9206×10-6,平均為2251×10-6(約0.23%),同時伴有Cu(最高4476×10-6)、As(最高11505×10-6)、Ni(最高240×10-6)、V(最高245×10-6)、Cr(最高65.8×10-6)等元素異常;2件刻槽樣品(1.5米/段)的Co含量分別為0.15%和0.22%(表1)。鈷氧化物中Co、As、Ni等元素分布不均勻(圖5d-f),且呈現(xiàn)Co和Ni具有正相關(guān)趨勢,而Co和As具有負相關(guān)趨勢。

盡管Co礦床類型劃分方案不統(tǒng)一,以鈷氧化物為主的Co礦床主要為紅土型。紅土型Co礦是由超基性母巖逐漸風化形成的,其分布嚴格受到地理和氣候條件的限制,主要在潮濕的熱帶地區(qū)(Butt and Cluzel, 2013),如菲律賓、印尼、澳大利亞、巴西、古巴、新喀里多尼亞等。Co元素在紅土型礦床中主要以鈷華、水鈷礦、鈷土等獨立次生礦物形式存在(Bergeretal., 2011),是原生鈷礦物相的氧化風化、水化或其他形式蝕變作用的產(chǎn)物;或以類質(zhì)同象(Raoetal., 2010)、吸附形式(Larson, 1970)賦存在其他礦物中(如鏡鐵礦、褐鐵礦、錳鈷土、鋰錳礦;Bergeretal., 2011)。紅土型Co礦的礦層厚度一般從大約10m到40m不等,鈷平均品位低于0.15%(Slacketal., 2017)。初步對比顯示,滇中地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的氧化物型Co礦點成礦特征,特別是礦物組合,與紅土型Co礦不同,更與巖漿型、熱液型和沉積型不同(趙俊興等, 2019; 張洪瑞等, 2020; 邱正杰等, 2023; 蘇本勛等, 2023),具有獨特性。

鐵氧化物銅金型礦床也是一種重要的Co礦床類型?？档岬貐^(qū)是我國此類Fe-Cu礦床最為集中發(fā)育的區(qū)域之一,多數(shù)礦床中共/伴生Co,以往研究顯示本區(qū)該類型礦床中Co主要以類質(zhì)同象賦存于Fe、Cu、Ni等金屬硫化物中,發(fā)育少量輝砷鈷礦、輝鈷礦(張思源, 2018; 朱利崗, 2019),但普遍Co金屬儲量小、品位低。本次滇中地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的高品位氧化物型Co礦點周圍發(fā)育較多的Fe-Cu礦床(圖1),雖然在成礦特征(如礦物組合)上,二者存在明顯差異,但不排除它們之間的內(nèi)在成因聯(lián)系。綜上,本次高品位氧化物型Co礦點的發(fā)現(xiàn),表明作為康滇Fe-Cu-Co成礦省重要組成部分之一的滇中地區(qū)具有很大的高品位Co成礦潛力和找礦前景,應及時開展相關(guān)勘查和研究工作。

致謝實驗分析得到了中國科學院地球化學研究所王敏博士生、西北大學宋文磊副教授等的幫助;審稿專家蘇本勛研究員和編輯部俞良軍博士提出了寶貴的修改意見和建議;在此一并表示衷心的感謝!