云南来利山锡矿锡石标型特征及其找矿意义

doi:10.13232/j.cnki.jnju.2019.06.002

云南来利山锡矿锡石标型特征及其找矿意义

张弘¹^,², 申俊峰^,¹, 董国臣¹, 刘圣强¹, 王冬丽¹, 王伟清¹

1. 中国地质大学地球科学与资源学院，北京，100083

2. 自然资源实物地质资料中心，三河，065201

The study on the typomorphic characteristics of cassiterite of Lailishan tin deposit in Yunnan province and its prospecting significance

Zhang Hong¹^,², Shen Junfeng^,¹, Dong Guochen¹, Liu Shengqiang¹, Wang Dongli¹, Wang Weiqing¹

1. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences，Beijing, 100083，China

2. Cores and Samples Center of Natural Resources, Sanhe, 065201，China

通讯作者: E⁃mail:shenjf@cugb.edu.cn

收稿日期: 2019-09-20 网络出版日期: 2019-11-24

基金资助:

整装勘察区找矿预测与技术应用示范项目. 12120114013801

Received: 2019-09-20 Online: 2019-11-24

摘要

来利山锡矿位于三江成矿构造带南端，是滇西地区著名的锡多金属矿床之一.应用成因矿物学与找矿矿物学的理论和方法，对该矿主要矿石矿物锡石进行了标型特征研究.结果表明：自成矿早期至成矿晚期，锡石的结晶习性由锥面发育向柱面发育演化，锡石热电导型由P⁃N型向N⁃P型逐渐过渡.锡石阴极发光条件下显示出的环带构造可能与U，Th等元素含量有关.其中，淘金处矿段锡石与老熊窝矿段、三个硐矿段锡石的晶形、大小、长宽比等有明显不同，淘金处矿段锡石环带最为发育，且热电性以P⁃N型为主.综合认为淘金处矿段成矿温度高于老熊窝和三个硐矿段，抑或淘金处矿段即是该矿区成矿热液活动中心.因此淘金处最具找矿潜力.这个研究成果为探讨成矿物质和热液来源及进一步找矿勘查提供了科学依据.

关键词： 锡石 ; 成因矿物学 ; 标型特征 ; 来利山锡矿 ; 云南

Abstract

Lailishan tin deposits is one of the well⁃known tin polymetallic deposits in western Yunnan，located at the southern of Sanjiang metallogenic structural belt. In this paper, the typomorphic characteristics of cassiterite, the main ore mineral of the deposit, have been studied by applying the theories and methods of genetic mineralogy and prospecting mineralogy. The result shows that from the early mineralization to the late mineralization, the crystallization habit of cassiterite transforms from conical development to the cylindrical developmental, the thermoelectricity type of cassiterite transforms from P⁃N type to N⁃P type. The ring zone of cassiterite in the cathodoluminescence may be related to the content of U, Th and other elements.The ore block of Taojinchu has a obvious difference with Laoxiongwo and Sangedong in crystalline form, size, length⁃width ratio of cassiterite, and also the ring zone of cassiterite is best developed in the ore block of Taojinchu, the thermoelectricity of cassiterite mainly shows P⁃N type. It is generally considered that the metallogenic temperature of the ore block of Taojinchu is higher than that of LaoXiongwo and Sangedong, or that the ore block of Taojinchu is the metallogenic hydrothermal activity center of the mining area. Therefore, the ore block of Taojinchu has the most prospecting potential. The research results provide a scientific basis for further prospecting and exploration of ore⁃forming materials and hydrothermal sources.

Keywords： cassiterite ; genetic mineralogy ; typomorphic peculiarities ; Lailishan tin deposit ; Yunnan

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本文引用格式

张弘, 申俊峰, 董国臣, 刘圣强, 王冬丽, 王伟清. 云南来利山锡矿锡石标型特征及其找矿意义. 南京大学学报（自然科学版）[J], 2019, 55(6): 888-897 doi:10.13232/j.cnki.jnju.2019.06.002

Zhang Hong, Shen Junfeng, Dong Guochen, Liu Shengqiang, Wang Dongli, Wang Weiqing. The study on the typomorphic characteristics of cassiterite of Lailishan tin deposit in Yunnan province and its prospecting significance. Journal of nanjing University[J], 2019, 55(6): 888-897 doi:10.13232/j.cnki.jnju.2019.06.002

来利山锡矿是滇西地区锡多金属矿床之一，位于喜马拉雅⁃特提斯构造域的东端，印欧板块碰撞带前缘的腾冲⁃梁河弧形构造的转折部位，东部与扬子板块相接，西部与印度板块相接，位于三江特提斯构造带南段西缘.构造运动强烈、岩浆活动频繁、成矿方式多种多样，历来是众多地学工作者关注的焦点.前人关于构造学、岩石学、矿床学、地球化学和年代学等方面已进行了大量工作^[1,2,3,4,5]，地质特征、成矿物质和热液来源、矿床成因、成矿作用机制及演化过程等问题均有探讨.但是，该矿仍有找矿潜力且矿物标型和找矿矿物学研究鲜有报道.

众所周知，矿物作为成因信息的重要载体，其中蕴含了大量的成矿和找矿信息.锡石作为有用组分Sn的主要载体，其成因矿物学研究已经取得了较丰硕的成果^[6,7].因此，借鉴已有成果开展来利山锡矿中锡石的成因矿物学研究具有实际意义，本文主要针对来利山锡矿不同矿段锡石的结晶习性、热电性特征、环带结构和阴极发光等进行对比研究，探讨了成矿热液活动中心位置，为研究成矿物质和热液来源及进一步找矿勘查提供科学依据.

1 区域及矿区地质

来利山锡矿位于著名的滇西锡成矿带之腾冲⁃梁河锡成矿亚带，系东南亚巨型锡矿带西支的北延部分.矿区共有三个矿段，分别为淘金处、老熊窝和三个硐，均位于来利山复式花岗岩体的内外接触带上.

区内出露的地层较为简单，主要有石炭系下统邦读组（C₁b）、中统丝光坪组（C₂s）和罗梗地组（C₂l）、上统岩子坡组（C₃y）和大木场组（C₃d）、二叠系下统双河组（P₁sh）以及第四系全新统（Q₄）.其中赋矿地层为石炭系中统丝光坪组灰色、灰紫色含砾岩屑长石石英杂砂岩.

区内构造复杂，以断裂构造为主，褶皱不发育.断裂构造主要以NE向为主，其次为SN，EW，NW向，北东向断裂受北西⁃南东向压性构造制约，为控矿断裂.

岩浆岩主要为各类花岗岩以及少量辉绿玢岩.总体呈北东向展布，出露于矿区西北部，为喜山早期来利山花岗岩体的南段，侵位于元古界高黎贡山群与石炭系地层接触带.明显受早期北东向控岩断层所制约.锡矿化与区域岩浆演化晚阶段的酸性岩有关^[8].矿区地质简图如图1.

图1

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图1 来利山锡矿区地质图（右下角图为板块构造示意图）（据文献[9]）

1:第四系全新统冲积层;2:第四系全新统洪积层;3:二叠系下统双河组;4:石炭系上统岩子坡组;5:石炭系上统大木场组;6:石炭系中统丝光坪组上段;7:石炭系中统丝光坪组下段;8:石炭系中统罗梗地组;9:石炭系下统邦读组上段;10:石炭系下统邦读组下段;11:花岗斑岩;12:辉绿玢岩;13:等粒二长花岗岩;14:似斑状中粗粒黑云母花岗岩、含紫苏辉石花岗岩;15:伟晶或细晶花岗岩;16:二长花岗岩、黑云母花岗岩;17:褐铁矿化;18:构造角砾岩;19:实测及推测地层界线;20:逆断层;21:平移断层;22:实测及推测断层；23:锡矿体

Fig.1 Geological map of Lailishan tin deposit ore district with an inset showing its location of plate tectonics (after ref. [9])

根据矿物共生组合和锡石的形态，将来利山锡矿热液成矿期分为四个成矿阶段：云母⁃黄铁矿⁃黄玉⁃粒状锡石阶段(Ⅰ)，云母⁃石英⁃黄铁矿⁃柱状锡石阶段（Ⅱ），石英⁃黄铁矿⁃放射状锡石阶段（Ⅲ），萤石⁃石英⁃黄铁矿⁃球粒状锡石阶段（Ⅳ）.

2 样品采集和分析方法

选取来利山锡矿不同成矿阶段的十一件锡石单矿物样品进行热电性测试，其中第Ⅰ阶段锡石样品四件，第Ⅱ阶段锡石样品两件，第Ⅲ阶段锡石样品两件，第Ⅳ阶段锡石样品三件.矿石重砂分选出锡石矿物后，用显微镜观察锡石晶体的颜色和晶体形貌，挑选出自形程度较好的锡石颗粒.热电性测试实验在中国地质大学(北京)矿物标型实验室的BHTE⁃06热电仪上完成，该仪器自动化程度较高，活化温度控制精确，灵敏度高，测试简便.本次测试活化温度设定为（60±1） ℃，每件样品随机挑选40~60目锡石单矿物颗粒50粒进行.锡石的背散射图像和阴极发光现象观察是在中国地质大学（北京）矿物标型实验室Mira XMU扫描电镜上进行，加速电压为15 kV，电流强度为100 mA.

3 锡石的标型特征

3.1　形态标型特征

锡石属四方晶系，具有较稳定的金红石型晶体结构，常发育典型的习性晶面.由于成矿过程中结晶环境的变化，锡石的晶体形态可发生有规律的变化^[10,11].因此，锡石的晶体形态具有标型意义，能够为锡石成因乃至矿床成因的探讨提供依据.

影响锡石结晶习性的因素很多，如成矿热液的温度、压力、浓度等.研究表明，在诸多影响因素中，温度的影响程度比较大^[12,13].在不同温度的成因环境中，锡石的锥面和柱面的相对发育程度不同，即在高温环境下，锡石以发育锥面{111}为主，形成双锥柱晶体；在低温环境下，锡石以发育柱面{110}为主，形成柱状晶体.结晶环境不仅影响锡石的结晶习性，同时对锡石的矿物颗粒大小及其长宽比等均有一定的影响^[12,13].

现利用偏光显微镜对几个矿段不同成矿阶段的锡石进行了观察和统计，其结果列于表1中.由表1可以看出，来利山矿区中不同阶段的锡石具有明显不同的形态特征，总体均呈现出：从第Ⅰ阶段到第Ⅳ阶段，锡石的结晶习性存在由锥面发育（粒状）逐渐向柱面发育（柱状）的趋势，锡石矿物颗粒由大逐渐变小，其长宽比也不断增大，锡石产状也由发育单晶形态逐渐过渡到放射状、球粒状集合体形态（图2）.

表1 来利山锡矿区不同成矿阶段锡石的形态特征

Table 1 Morphological characteristics of cassiterite in different mineralization stages of Lailishan tin deposit

成矿阶段	晶体形态
成矿阶段	结晶习性	长宽比	粒度（mm）	双晶特征
Ⅰ	粒状、双锥柱状	1~3	0.2~0.5 mm	可见六连晶，偶见聚片双晶、格子双晶
Ⅰ	粒状、双锥柱状	1~3	（最大2 mm）	可见六连晶，偶见聚片双晶、格子双晶
Ⅱ	短柱状、长柱状	3~8	0.1~0.3 mm	偶见膝状双晶
Ⅲ	长柱状、放射状	>10	0.05~0.2 mm	-
Ⅳ	球粒状	>10	<0.2 mm	-

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图2

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图2 不同成矿阶段矿物单偏光显微镜下特征

a:第Ⅰ阶段;b:第Ⅱ阶段;c:第Ⅲ阶段;d:第Ⅳ阶段Cst⁃锡石，Py⁃黄铁矿，Q⁃石英

Fig.2 Characteristics of minerals in different mineralization stages under single polarized microscope

研究显示，随着成矿温度的不断下降，锡石结晶习性由粒状向长柱状过渡，锡石粒度逐渐变小，长宽比逐渐增大^[12,13]，这表明从第Ⅰ阶段到第Ⅳ阶段，来利山锡矿的成矿温度在不断下降.由表2可以看出，来利山矿区不同矿段锡石的形态特征有所不同，其中淘金处矿段锡石在晶形、大小、长宽比等方面明显不同于另两个矿段.淘金处、老熊窝和三个硐矿段，依次出现晶形由锥面发育向柱面发育过渡，粒度逐渐变小，长宽比增加的趋势.说明三个矿段中以淘金处矿段的成矿温度最高，其次为老熊窝矿段，而三个硐矿段的成矿温度最低.

表2 来利山锡矿区不同矿段锡石的形态特征

Table 2 Morphological characteristics of cassiterite in different ore blocks of Lailishan tin deposit

矿段名称	锡石晶体形态
矿段名称	结晶习性	长宽比	粒度（mm）	其他特征
老熊窝	柱状、放射状	>3	<0.2	偶见膝状双晶
淘金处	粒状、双锥柱状	1~3	>0.2	可见六连晶、聚片双晶、格子双晶
三个硐	柱状	>3	<0.05	——

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3.2　热电性标型特征

半导体矿物颗粒两端由于温度的不同，就会产生热电效应.因此，当矿物颗粒两端存在一定温差（Δt）时，产生的热电动势（E）大小也就不同，同时表现为不同的导型.当E<0时，为电子型（N型）导电；E>0时，为空穴型（P型）导电.温差（Δt）下的热电动势（E）定义为热电系数（α），即单位温度差所产生的热电动势，其计算公式为：

α = E / Δ t

式中：热电系数α的单位为mV·℃^-1或μV·℃^-1；E的单位为mV或μV；Δt的单位为℃^[14].

热电性是半导体矿物的重要物理性质之一，锡石是典型半导体矿物，而有关锡石热电性的研究鲜有报道.本文对来利山矿区中的锡石进行了热电性测试，结果见表3.

表3 来利山锡矿中锡石的热电性特征

Table 3 Thermoelectric properties of cassiterite of Lailishan tin deposit

成矿	样号	P型（μV·℃^-1）			出现率（%）	N型（μV·℃^-1）			出现率（%）
阶段	样号	最大值	平均值	最小值	出现率（%）	最大值	平均值	最小值	出现率（%）
Ⅰ	15TJC109	282	135.2	31.6	16	-38.6	-85.79	-170.5	84
	15TJC111	298.7	99.86	39.2	18	-13.1	-69.81	-155.5	82
	15TJC112	319.3	106.29	13.4	14	-22.8	-80.62	-223.7	86
	15TJC113	281.2	120.26	21.8	32	-11.8	-61.15	-130.3	68
Ⅱ	15TJC103	276.7	117.35	25	30	-28.3	-110.39	-230.3	70
Ⅱ	15LXW90	340.2	206.29	65.9	78	-6.6	-78.27	-173.6	22
Ⅲ	15LXW121	331.1	184.42	14.9	68	-23.6	-98.9	-161.4	32
Ⅲ	15LXW124	270.3	103.45	10.1	48	-13.7	-103.48	-245.6	52
Ⅳ	15LXW85	308.2	141.07	11.8	40	-6.7	-84.91	-187.2	60
	15LXW87	326.5	180.94	11.8	76	-11.7	-65.01	-144.5	24
	15LXW91	337.3	141.13	16.6	74	-15.4	-71.07	-165.3	26

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由表3和图3可以看出，来利山锡矿中不同成矿阶段的锡石热电导型有所不同，具体表现为：第Ⅰ阶段锡石热电导型为P⁃N型，以N型为主；第Ⅱ阶段为P⁃N和N⁃P型组合，以P型为主；第Ⅲ阶段为P⁃N和N⁃P型组合，以P型为主；第Ⅳ阶段为P⁃N和N⁃P型组合，以P型为主.由表3计算得出，来利山锡矿中由第Ⅰ阶段至第Ⅳ阶段，锡石N导型的出现频率依次为：80%，46%，43%，36.7%.总体来说，来利山锡矿中锡石热电性特征为：由第Ⅰ阶段至第Ⅳ阶段，锡石热电导型由以N型为主逐渐向以P型为主过渡，N型出现率依次降低，显然P型出现率依次升高.来利山锡矿由第Ⅰ阶段至第Ⅳ阶段成矿温度逐渐降低，结合锡石热电标型变化特征，可以推测：形成于相对高温环境中的锡石热电导型以N型为主，形成于相对低温环境中的锡石热电导型以P型为主，形成于相对中温环境中的锡石热电导型为N和P混合型.

图3

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图3 不同阶段的锡石热电系数频数分布直方图

Fig.3 Cassiterite pyroelectric coefficient frequency histogram in different stages

通过对比表3中来利山锡矿淘金处（15TJC103）、老熊窝矿段（15LXW90）第Ⅱ阶段中的粒状锡石的热电性测试结果，发现淘金处导型为P⁃N型，老熊窝矿段为N⁃P型.这说明淘金处矿段柱状锡石的形成温度均高于老熊窝矿段，或者说，淘金处矿段的成矿温度较老熊窝矿段高.

3.3　环带结构

一般认为环带结构是锡石形成于热液环境的重要标志.在偏光显微镜下，锡石环带由颜色深浅不同的色带交替出现组成.锡石环带的环边基本上呈相互平行，且平行于晶体柱面方向，环带之间界线比较清晰.

来利山锡矿中大多数的锡石均不同程度的发育有环带结构.研究表明，在高温条件下，成矿环境相对动荡，成矿热液中的化学成分和矿物结晶时的物理化学条件不太稳定，热液中元素的扩散速度相对较大，导致体系极易偏离平衡状态，从而出现韵律环带结构，并且体系越偏离平衡状态，环带的宽度就越大；在低温条件下，成矿环境相对稳定，环带结构则相对不发育^{[15,16,17,18]}.

通过偏光显微镜镜下观察，来利山锡矿中锡石环带（图4）的发育状况与前人研究基本一致，即相对高温阶段的粒状、短柱状锡石普遍发育环带结构，而相对低温阶段的长柱状、放射状或球粒状集合体少见或并未见环带结构.与此同时，来利山锡矿中的老熊窝矿段、淘金处矿段、三个硐矿段中锡石环带结构发育状况有所不同（见表4）.由图4和表4可以看出，淘金处矿段锡石环带结构最为发育，且环带数最多；老熊窝矿段锡石环带结构发育率次之，三个硐矿段基本未见锡石环带结构.因此，淘金处矿段的成矿温度与其他两个矿段相比较高，且成矿环境也最为动荡，推测淘金处矿段距离成矿热液中心较近.

图4

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图4 单偏光镜下锡石环带结构发育状况

a,c:淘金处矿段；b:三个硐；d:老熊窝矿段

Fig.4 The development status of cassiterite zonal structure in single polarized microscope

表4 来利山锡矿锡石环带结构发育状况

Table 4 The development status of cassiterite zonal structure of Lailishan tin deposit

矿段名称	发育状况	环带数	示例图片
淘金处	较发育	≥3	图4a,图4c
老熊窝	发育	≤3	图4d
三个硐	不发育	-	图4b

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来利山锡矿中锡石环带按对称性特征，大致可以分为两类：对称环带和不对称环带.具对称环带的锡石具体表现为，其环带明显对称发育，环带交线平直，近似沿C轴延伸的直线（图4c）.具不对称环带的锡石依据其环带是否发育完整、交线是否平直，大致可以分为两种情况：第一种是环带交线平直，但环带一边发育完好，另一边相对不发育（图4d）；第二种情况是环带交线不平直，呈弧形（图4a）.锡石发育大量的不对称型环带结构，说明锡石结晶过程受到了成矿热液流动性的影响.

3.4　阴极发光

锡石内部发育韵律环带结构，在偏光显微镜下可以看到为数不多的颜色深浅不同的环带交替出现.为进一步研究锡石的内部结构，利用高能电子激发锡石产生阴极发光图像，可以清晰地观察到锡石更为细致的内部结构，用以反应晶体结构、生长过程等方面的信息^[19,20].矿物晶体内部的韵律环带结构是由于晶体结晶速度与成矿溶液中溶质扩散速度之间的耦合效应引起的^[21].

将锡石的背散射图像与扫描电镜下的阴极发光图像（图5a和图5c）进行对比，发现在阴极

图5

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图5 锡石阴极发光和背散射图片

a,c:阴极发光照片；b,d:背散射照片

Fig.5 Cathodoluminescence and backscattered images of cassiterite

发光图像上存在条纹清晰、颜色明暗不同的环带，而在背散射图像上并没有显示出相应的成分环带.前人研究锆石阴极发光下显示出的明暗环带认为与U，Th等元素有关^{[21,22,23,24]}，即U，Th等含量相对较高的环带表现为暗色或黑色，U，Th等含量相对较低的环带表现为浅色或白色.虽然锆石阴极发光下出现相似的明暗环带，但由此来解释锡石阴极发光图像上的环带结构却缺乏直接的证据.而实际上，CL图像的产生不仅与元素类型有关，还与元素含量以及晶体结构缺陷等特征有关.锡石CL图像上出现明暗条带的原因还需要以后进一步研究来证实.

4 结论

（1）不同成矿阶段、不同矿段锡石的结晶习性、矿物颗粒粒径、长宽比变化趋势表明来利山锡矿的成矿温度从第Ⅰ阶段到第Ⅳ阶段在不断下降.此外，淘金处矿段的成矿温度相对最高.

（2）锡石热电导型从第Ⅰ阶段到第Ⅳ阶段由P⁃N型逐渐向N⁃P型过渡.淘金处和老熊窝矿段的热电测试结果表明淘金处矿段的成矿温度高于老熊窝矿段.

（3）锡石的环带结构可以分为两类三亚类，淘金处矿段锡石环带结构最为发育，推测淘金处矿段的成矿温度较其他两个矿段高，且成矿环境最为动荡，暗示距离热液中心较近，具有进一步找矿潜力.

（4）锡石的阴极发光图像上可见明显的环带结构，而锡石背散射图像上并没有显示出相应的成分环带.环带结构产生的原因尚未明确，还需要以后进一步研究加以验证.

参考文献

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被引期刊影响因子

[1]

Chen

X C

， Hu

R Z

， Bi

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，et al .

Cassiterite LA⁃MC⁃ICP⁃MS U/Pb and muscovite ⁴⁰Ar/³⁹Ar dating of tin deposits in the Tengchong⁃Lianghe tin district，NW Yunnan，China

Mineralium Deposita，2014，49(7)：843-860.