摘要：柴北缘隶属秦-祁-昆晚加里东造山带，矿产丰富，是我国重要的金成矿带。黄钾铁矾是黄铁矿氧化形成的硫酸盐产物，在地表-近地表呈现土黄色集合体，在金矿床中是一种重要的找矿标志，位于氧化蚀变带之上。黄钾铁矾和褐铁矿均属黄铁矿的风化氧化产物，但在表生氧化矿物中褐铁矿含量和出露范围远高于黄钾铁矾，本文以青海省大柴旦镇独树沟金矿区为例，以矿区黄钾铁矾为研究对象，简述其形成所需的物理化学条件和保存状况，恢复风化氧化带形成时期的古气候古地形条件，并结合区域地质格局分析得出氧化带形成时限大概在中三叠世-中侏罗世。
关键词：柴北缘氧化蚀变带黄钾铁矾古气候
黄钾铁矾是硫化物矿床中较为常见的一种表生风化矿物，在我国西北干旱-半干旱地区矿化蚀变带出露较多。黄钾铁矾族矿物化学通式为［AB3(XO4)2(OH)6］，其中A位常被大半径阳离子占据，如K+、Na+、Ag+、Rb+等，B号位较多的被亲铁元素如Fe3+、Al3+、Cr3+取代，X位主要是S元素，值得注意的是，K元素在黄钾铁矾族矿物中含量一般较高（＞1wt%）（陈蕾，2014），这对黄钾铁矾研究K-Ar和40Ar/39Ar地质测年提供较好的条件。
金等其他金属元素在硫化物中的分配系数比在硅酸盐中可高达4个数量级，金等多金属随硫化物一起聚集成矿，关系较为密切，因此黄钾铁矾常常出现在金矿床的氧化带中。风化呈致密块状及隐晶质的土状、皮壳状集合体产生，黄色至暗褐色，条痕浅黄色。在柴北缘-祁连山地区发现的较多的金矿床（点）的地表特征出现较多土黄色黄钾铁矾矿物作为找矿标志，本文以青海省大柴旦镇独树沟地区金矿为例，浅析黄钾铁矾形成过程及其地质意义。
独树沟金矿区地质特征
独树沟金矿区位于青海省大柴旦镇，大地构造位置隶属秦-祁-昆晚加里东造山带（一级），南阿尔金-柴北缘缝合带（二级），滩间山岛弧带（三级），成矿带属于秦-祁-昆成矿域，金成矿带属青海省柴北缘金成矿带。
区内金矿赋矿地层主要为中元古代万洞沟b岩组（Pt2Wb）（刘延和，2016），岩性主要为斑点状炭质千枚岩夹炭质绢云千糜岩、绢云石英片岩等，a岩组（Pt2Wa）白云质大理岩部分层段中也赋存金矿体产出，属于一套海相沉积岩系浅变质岩。区内经历多期构造叠加改造，较为复杂，主要为断裂构造，褶皱构造次之。
断裂构造以北西向为主，与区域构造线方向一致，矿区内发育三条较大规模断层，NW向平行展布，属压扭脆性韧性剪切带，沿破碎带常有基性中酸性岩体、岩脉产出。
区内侵入岩和喷出岩均较为发育，在独树沟矿区内，侵入岩以华力西期为主，岩性类型以斜长花岗斑岩的酸性侵入岩为主，呈现岩株、岩枝、岩脉位于万洞沟群和滩间山群地层之中，分布在矿区南侧和西侧；加里东期侵入岩以辉长岩为主，闪长岩次之，分布在矿区的西南侧和南侧，与万洞沟地层侵位接触。侵入形成的岩体岩脉走向与矿区主体构造线方向一致，呈现贯入式侵位，矿区内未见喷出岩出露。
变质岩在矿区内广泛分布，占测区面积80%以上，变质类型有区域变质岩，动力变质岩、接触变质和热液交代变质类型。普遍遭受区域变质作用，变质程度较低，例如区内万洞沟群和滩间山群地层均遭受不同程度区域变质作用而形成当前岩性地层。在断层和侵入岩体接触附近，发育动力变质作用，交代变质主要为岩浆热液运移过程中形成的各种交代蚀变作用。
矿床地质特征
青海省第一地质矿产勘查院在独树沟开展地质找矿工作，取得重大进展，共圈定金矿体16条，矿体呈现NW-SE向，倾向北东，倾角50°-75°之间，矿体长40-300m不等，斜深40-200m，矿体厚度0.8-19.44m，平均品位1.21-5.1510-6，其中，4号和5号矿体规模较大，分别长300m和240m，厚6.75和2.03m，平均品位1.86和2.12g/t。矿石类型以炭质绢云千枚岩、白云质大理岩型为主，蚀变辉长岩型次之。
矿体主要位于构造蚀变带上，矿石矿物根据氧化程度可以分为氧化矿石和原生矿石两类，其中氧化矿石呈土黄色粉末或杏仁多孔状分布于地表或近地表位置，主要为褐铁矿，黄钾铁矾，偶见毒砂和少量的白钛矿等。原生矿石主要为石英、绢云母、黄铁矿、赤铁矿，还有少量的褐铁矿、黄铜矿、方铅矿、毒砂、方解石、石墨和绿泥石等。黄铁矿占矿石含量从5-25%不等，黄铁矿是其中最重要的载金矿物，金含量与黄铁矿含量也基本上呈现正相关。
金矿蚀变常具有黄铁矿化、硅化和方铅矿化的蚀变。地表氧化蚀变带主要表现为强烈的褐铁矿化、黄钾铁矾，氧化带延伸距离和深度不等，受地形和岩石风化程度影响较大。
氧化带黄钾铁矾形成过程
独树沟金矿床中出现氧化蚀变带氧化矿石的含矿岩性类别有炭质千枚岩型、蚀变石英闪长玢岩型和蚀变辉长岩型三种类型，但是氧化矿石中出现黄钾铁矾含矿类型为前两种，而且出现黄钾铁矾和褐铁矿共生的现象。在蚀变辉长岩型金矿的氧化蚀变带上，发育大量黄铁矿和微量褐铁矿化而未见黄钾铁矾。这三种含矿岩型同属同一个矿区，相同的构造带上，氧化蚀变带出现的氧化矿物也应该大致相同，但在辉长岩型并未见到黄钾铁矾，在矿区内出露范围相较褐铁矿小得多，出现这种现象的原因是否与黄钾铁矾的生成条件有关，黄钾铁矾的形成需要怎样的物理化学条件呢？
我们首先从黄钾铁矾的化学性质推测黄铁矿氧化和黄钾铁矾的形成过程：
从化学反应过程看得出来，褐铁矿和黄钾铁矾生成过程都是氧化和需要一定量水分参与的反应，但是黄钾铁矾的形成除了自身黄铁矿的参与，还需要有较为富足的亚铁离子（Fe2+）和钾离子（K+）的加入以及偏碱性物理化学条件。蚀变辉长岩自身的岩石化学成分是满足这一条的，辉长岩成分富FeO，w（K2O+Na2O）约4%，另外前两种含矿岩型围岩蚀变的主要矿物为绢云母和绿帘石，由此得知蚀变产物中也含有较为丰富的K+。
独树沟金矿受构造断裂和岩浆侵入热液控制明显，属热液构造蚀变型岩金矿床。参考黄钾铁矾氧逸度和温度图解（张招崇，1999）可知，常温近地表条件下，形成黄钾铁矾所需要的氧逸度较低，25℃，所需的氧逸度条件为fO2＞10-45，而伴随着温度的上升，形成黄钾铁矾所需的氧逸度急剧增加，在200℃，所达到的氧逸度条件为fO2＞10-26，而在热液蚀变阶段这样高的氧逸度是很满足的，因此在热液阶段很少形成黄钾铁矾，而在近地表的环境下是满足生成条件的。
黄钾铁矾的形成还受到当时气候条件影响，与现在当地的干旱气候无关。由于氧化有水分的参与，必定出现在较为湿润的气候条件之下。经过海西运动之后，进入中生代，北方剥蚀区不断扩大，沉积范围逐渐缩小，南祁连海不断收缩，中三叠世之后，沉积环境变为近海环境，碎屑岩沉积，气候温暖湿润，动植物繁茂，也是重要的聚煤时期，在柴北缘形成众多中生代的含煤地层。
除此之外，保存条件也是相当重要的。我们知道硫酸盐类矿物相对碳酸盐类、氧化物和硫化物类具有更高的溶解度，在气候湿润的环境下常常容易运移和流失，这样形成黄钾铁矾需要地势相对较低的地方才能得以保存，而前文表述三叠纪处在滨海环境，是有利于硫酸盐原地保存的场所，另外炭质泥岩-炭质千枚岩渗透性通透性较差，有利于阻止化学物质的运移。因此当时的地形并不是现在所见到的高山耸立，落差较大的高山切割地形，推测应该是较为平坦低洼的滨岸环境。
晚三叠世经历强烈的印支运动，形成本区内高低起伏分异显著的地貌形态，此时发育以东西向为主的山间盆地，沉积物以山间洪积、河床砾岩、砂岩、含煤砂岩、页岩为主，湖泊沉积不稳定，沉积物颜色从红色逐渐向暗色过渡，在柴北缘沉积物中出现石膏等矿物，表明气候逐渐转向干旱，推测黄钾铁矾的氧化带在此阶段逐渐的停止，氧化带的形成时间大概在中三叠世-中侏罗世。
结论
（1）黄钾铁矾的形成需要水分的参与，需要含矿岩系提供额外的亚铁离子（Fe2+）和钾离子（K+）。
（2）黄钾铁矾所要的氧逸度随温度增高而增高，它的形成一般在近地表环境，而很少在热液中形成。
（3）气候和地形因素也是控制黄钾铁矾生成和保存的重要因素，黄钾铁矾是在较为湿润的气候条件下的氧化产物，保存需要在较为低洼的地区，炭质泥岩-千枚岩的有利于黄钾铁矾的保存。
（4）结合岩相古地理格局分析，氧化带的形成沉积环境经历了温暖湿润的滨海沉积-山间盆地沉积，该时期古地形较为平缓低洼，氧化带形成时限大概在中三叠世-中侏罗世。
参考文献
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论文作者:刘柯
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/6/11
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