湘东北热液型钴矿床中含钴矿物特征及其对成矿的指示意义

图1 湘东北地区区域地质与矿产分布简图（修改自许德如等，2009）

Ⅰ-汨罗断陷盆地；Ⅲ-幕阜山—望湘断隆；Ⅲ-长沙—平江断陷盆地；Ⅳ-浏阳—衡东断隆；Ⅴ-醴陵—攸县断陷盆地；1.第四系—白垩系；2.三叠—泥盆系；3.志留—震旦系；4.新元古界板溪群；5.新元古界冷家溪群；6.古元古界—太古宇；7.燕山期花岗岩；8.印支期花岗岩；9.加里东期花岗岩；10.元古宙花岗岩；11.断裂；12.韧性剪切带；13.金矿床（点）；14.铅锌铜多金属矿床（点）；15.钴矿床（点）/钴多金属矿床（点）；16.稀有金属矿床

Fig.1 Regional geological map and mineral distribution map of northeastern Hunan Province（modified after Xu et al.，2009）

该区发育多期岩浆活动，主要有晋宁期、加里东期、印支期和燕山期，岩体产出形态为岩基、岩株和岩脉等，部分岩体侵入到新元古界冷家溪群中，少数岩脉穿插在泥盆系中，岩性以酸性岩为主，中酸性岩和基性岩次之。其中，燕山期岩体分布最为广泛，以望湘、金井、连云山、幕阜山和七宝山岩体为代表，这些花岗岩多表现为过铝质特征，被认为是古—中元古界基底岩石或新元古界冷家溪群部分熔融形成的S型花岗岩（形成年代为155~130 Ma）（Wang et al.，2016；Ji et al.，2017；许德如等，2019），它们在空间分布上受构造控制明显，与区内金、铜、钴、铅锌和稀有金属矿化关系密切（Deng et al.，2017；Wang et al.，2017；Xu et al.，2017；Yuan et al.，2018；Zhang et al.，2018；Zou et al.，2018；Xiong et al.，2020）。

区内构造以断裂为特征，整体上表现为一系列NNE向深大走滑断裂及伴生的次级断裂，其中以新宁—灰汤断裂和长沙—平江断裂为代表。这些深大断裂被认为形成于新元古代，并经历了加里东—燕山期多次构造活化（张文山，1991；周岳强等，2019；Zhou et al.，2021）。湘东北钴（多金属）矿床主要沿长沙—平江断裂带分布，基本构造格局为东部连云山复背斜，西部长沙—平江断陷盆地，总体构造线呈NNE-NE向。此外，区域上3条近EW向韧性剪切带控制着区内金矿床产出。

2 矿区地质特征

沿长沙—平江断裂带，由南西到北东依次产出有金塘钴多金属矿点、井冲铜钴多金属矿床和横洞钴矿床等，其中井冲铜钴多金属矿区地质特征详见前人研究文献（Wang et al.，2017，2022；王智琳等，2020）。

横洞钴矿床位于湘东北连云山复式背斜西侧，长平断陷盆地南缘，长平断裂带中段（图1）。矿区出露地层有新元古界冷家溪群、白垩系和第四系（图2）。冷家溪群在F₂断裂上盘为青灰色板岩和砂质碎裂板岩，下盘为混合岩，其类型有混合质板岩、灰绿—暗绿色条带状混合岩和深灰色混合花岗岩等。白垩系为一套紫红色砂砾岩，局部夹砖红色粉砂岩及暗紫红色泥岩，与冷家溪群呈不整合或断层接触，分布在矿区北西侧。横洞矿区断裂发育，主要有4条NE向平行断裂，分别为F₁、F₂、F₃和F₄，其中F₂断裂为区域性长平断裂北东延伸部分，为主干控矿构造，断裂带宽度为10~100 m，倾向NE，倾角为40°，断裂面沿走向和倾向呈舒缓波状。其上盘为蚀变破碎岩带，构造透镜体和糜棱岩化发育；下盘主要为构造蚀变角砾岩带。构造蚀变角砾岩带出露长度为700 m，宽度为0~60 m，厚度为0~10.50 m，普遍遭受热液蚀变，主要岩性为构造角砾岩和石英岩，伴随有绿泥石化和硅化，为钴矿体赋存空间；同时，构造蚀变角砾岩带与下伏连云山岩体之间发育一个以灰绿、暗绿色条带状混合岩为主的混合岩化带。矿区岩浆岩主要为连云山花岗岩岩体，该岩体主要侵入于新元古界冷家溪群中，少数岩脉穿插在白垩系中，其空间分布受长平断裂带控制。岩体与围岩接触关系复杂，外接触带混合岩化特征明显，常见片麻状、斑杂和条带状构造等混染现象。钴矿体受构造蚀变带控制，呈细脉状和透镜状产出，矿体长度为160~210 m，倾向NW，倾角为45°，厚度为1.15~7.70 m。矿石类型有石英脉型和角砾岩型，石英脉型矿石中黄铁矿等硫化物呈浸染状和块状分布［图3（a）、3（b）］，角砾岩型矿石中黄铁矿等硫化物呈浸染状分布在角砾中或与石英呈细网脉状胶结角砾［图3（c）］。矿石结构为自形—他形粒状、角砾状和碎裂状等，构造为块状和浸染状。金属矿物主要为黄铁矿，其次为黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、毒砂和磁黄铁矿等。围岩具硅化、绿泥石化和绢云母化，矿化主要为黄铁矿化、毒砂化、铅锌矿化和褐铁矿化。

图2

图2 横洞钴矿床地质简图（修改自Zou et al.，2018）

1.第四系；2.上白垩统戴家坪组；3.新元古界冷家溪群；4.连云山花岗岩；5.构造挤压破碎岩带；6.蚀变构造角砾岩带；7.混合岩带；8.钴矿体；9.断层；10.钴矿化异常

Fig.2 Geological map of the Hengdong cobalt deposit（modified after Zou et al.，2018）

图3

图3 湘东北地区不同类型钴矿石特征

（a）~（b）横洞矿区石英脉型矿石；（c）横洞矿区石英脉型矿石；（d）金塘矿区石英脉型矿石切穿褪色化板岩，二者又被晚期的菱铁矿脉切穿；（e）金塘矿区钴矿脉被晚期铅锌矿脉切穿；（f）金塘矿区蚀变岩型矿石被晚期石英+菱铁矿脉切穿Qtz-石英；Sd-菱铁矿；Py-黄铁矿；Ccp-黄铜矿；Sph-闪锌矿；Gn-方铅矿

Fig.3 Characteristics of different types of cobalt ores in northestern Hunan Province

金塘钴多金属矿区地层总体走向呈NE或NNE向，主要有第四系、上白垩统、中—上石炭统、中泥盆统和新元古界冷家溪群（图4）。上白垩统戴家坪组为一套紫红色厚、巨厚层状砾岩夹厚层状砂砾岩，出露在矿区西北部；中—上石炭统壶天群岩性为厚层状灰岩、白云质灰岩和结晶灰岩，分布在矿区西南部；中泥盆统棋梓桥组为一套泥灰岩、泥质或砂质页岩、石英砂岩组合，分布在矿区中部；冷家溪群雷神庙组为一套巨厚的变质（火山）碎屑沉积岩，各段岩性变化较大，出露在矿区东南部。区内褶皱和断裂较发育，其中断裂以F₄压扭性断裂为主，是区域长平断裂带的主干断裂之一，斜贯全区。断裂带走向20°~35°，呈舒缓波状，倾向NW，倾角为30°~50°，由南西到北东倾角变陡。断裂带中岩石挤压、破碎强烈，角砾岩带宽度一般为30~80 m不等，构造角砾岩主要由破碎泥质板岩及砂质板岩、细砂岩和脉石英等组成。区内出露的岩浆岩主要为连云山白云母花岗岩，其沿F₄断裂下盘呈NNE向脉状断续出露。金塘地区已发现含矿硅化构造带2条，编号为Ⅰ号和Ⅱ号脉，分别受NE和EW向断裂破碎带控制，走向NNE或EW向，倾向NW或N，倾角为40°~68°，构造带长度为320~3 000 m，厚度为1.50~8.00 m，均分布在新元古界冷家溪板岩中。含矿硅化构造带由角砾岩、石英团块、石英细脉和碎裂蚀变板岩等组成，蚀变主要为硅化和碳酸盐化，偶见绿泥石化。矿石类型主要有石英脉型和蚀变岩型，石英脉型矿石中硫化物呈浸染状、网脉状和细网脉状产出［图3（d）、3（e）］，蚀变岩型矿石中硫化物呈浸染状或透镜状产出于蚀变围岩中［图3（f）］。矿石结构有自形—他形粒状和碎裂等，构造主要有浸染状和块状，其次为细脉状或网脉状构造。矿石中脉石矿物以石英为主，其次为方解石、白云石、长石、云母和绿泥石等，金属矿物有黄铁矿、白铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、毒砂、辉砷钴矿和磁黄铁矿等。此外，勘探线剖面揭示矿体具有垂直分带性，即铜钴矿体产于长平断裂带硅化构造角砾岩带的中下部，而铅锌矿体分布于铜、钴矿体的斜上方。

图4

图4 金塘钴多金属矿地质简图

1.第四系；2.上白垩统戴家坪组；3.中—上石炭统壶天群；4.中泥盆统棋梓桥组；5.新元古界冷家溪群；6.连云山花岗岩；7.构造挤压破碎岩带；8.石英脉；9.矿化蚀变带；10.断层；11.倾伏背斜

Fig.4 Geological map of the Jintang cobalt polymetallic deposit

3 样品描述及分析方法

通过详细的野外地质调查工作，在横洞矿区采集了石英脉型和角砾岩型钴矿石样品，在金塘矿区采集了角砾岩型、蚀变岩型和石英脉型钴矿石样品。其中，横洞样品采自老硐和ZK11401钻孔，金塘样品采自ZK001钻孔，样品均新鲜，在采集老硐样品的过程中，敲掉了表层氧化型矿石，选取未裸露的新鲜样品。在开展代表性样品的显微（岩）矿相学观察和TIMA分析后，选择含钴矿物黄铁矿和辉砷钴矿进行了电子探针点成分和面扫描分析工作。

矿物定量分析系统（TIMA）测试工作在西北大学地质学系大陆动力学实验室完成，测试系统主体为TESCAN MIRA 3扫描电镜，同时搭载9个探测器，即4个EDAX（Element 30）高通量硅漂移探测器（探测面积为30 mm²）、镜筒内BSE和SE探测器、超快速YAG闪烁体BSE探测器、二次电子Everhart-Thornley型探测器和可伸缩阴极荧光探测器（350~850 nm）。测试模式为高真空模式，加速电压为25 kV，电流为9 nA，工作距离为15 mm，电流和BSE信号强度使用铂法拉第杯自动程序校准，EDS信号使用Mn标样校准。测试中使用解离分析的点阵模式，每个点的X射线计数为1 000，像素间距为3 μm，能谱步长为9 μm（陈倩等，2021）。

电子探针分析在中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室完成，仪器为配备四通道波谱仪和EDAX能谱仪的SHIMADZU EPMA 1720电子探针。电子探针点分析参数如下：加速电压为15 kV，电流为20 nA，束斑直径为1 μm，ZAF校正。分析元素包括S、Fe、Co、Ni、As、Se、Sb和Pb，对应的标样为FeS₂（Fe、S）、Co（Co）、（Fe，Ni）₉S₈（Ni）、FeAsS（As）、Bi₂Se₃（Se）、Sb₂S₃（Sb）和PbS（Pb）。此外，针对复杂结构的硫化物矿物颗粒，开展了Co（Kα）、Ni（Kα）和As（Lα）等元素的波谱面扫描分析，扫描条件如下：加速电压为15 kV，电流为50 nA，点采样时间为20~22 ms，步径为0.8 μm，扫面图像最大分辨率为448pixel×546pixel。

4 研究结果

4.1 含钴硫化物的矿物学特征

黄铁矿是横洞矿区分布的主要硫化物，也是重要的含钴矿物。横洞矿区发育的黄铁矿颗粒粒度大小不一，从粗粒到细粒均有分布，其中粗粒黄铁矿往往呈他形［图5（a）］，具有压碎结构，而细粒黄铁矿则多呈自形，较为完整［图5（b）］。然而，无论是粗粒黄铁矿还是细粒黄铁矿，均表现出复杂结构［图5（a）、5（c）］，即富钴黄铁矿呈丝带状、环带状和不规则状交代贫钴的黄铁矿。在粗粒黄铁矿中，富钴黄铁矿多沿裂隙或边缘交代；相比之下，在细粒黄铁矿中，富钴黄铁矿则沿颗粒边界交代，并呈现出韵律环带特征［图5（c）］，甚至整个颗粒均已转变为富钴黄铁矿。

图5

图5 不同类型钴矿床中含钴硫化物显微镜下特征

（a）~（c）横洞矿区黄铁矿具有复杂结构，富钴黄铁矿（Co-Py）沿裂隙或颗粒边部交代早期的黄铁矿（反射光）；（d）金塘矿区毒砂呈自形—半自形细粒状（反射光）；（e）~（f）金塘矿区白铁矿呈条板状产出，中间分布有细粒的黄铁矿，闪锌矿则沿颗粒粒间填充（反射光）；（g）~（h）辉砷钴矿被包裹在毒砂颗粒之中，其中（g）为反射光，（h）为（g）的伽马图像Py-黄铁矿；Co-Py-富钴黄铁矿；Apy-毒砂；Cbt-辉砷钴矿；Ccp-黄铜矿；Mrc-白铁矿；Sph-闪锌矿；Gn-方铅矿

Fig.5 Microscopic characteristics of cobalt-bearing sulfides in different types of cobalt deposits

在金塘钴多金属矿中，通过显微镜下观察发现硫化物种类较为丰富。其中，黄铁矿多呈自形—半自形粒状产出，白铁矿则呈板状集合体形式出现，表现出条带状构造，条带间隙被闪锌矿填充［图5（d）、5（e）］，黄铜矿呈他形集合体形式产出，毒砂则以自形细粒状和矛状形态出现［图5（f）］。辉砷钴矿作为最主要的载钴矿物，与黄铁矿、白铁矿和毒砂关系密切，多呈他形粒状，孤立产出或被包裹在毒砂颗粒中［图5（g）、5（h）］。

4.2 TIMA分析

由于横洞矿区未发现独立的含钴矿物，因此本研究未开展横洞矿石TIMA分析，仅完成了金塘矿区TIMA分析工作。TIMA分析结果表明，金塘矿区中含钴矿物为辉砷钴矿，其与黄铁矿和毒砂关系密切，常呈细粒浸染状散布在毒砂和黄铁矿周围，或以包体形式出现在毒砂颗粒内［图6（a）~6（c）］。相对于毒砂和黄铁矿，辉砷钴矿颗粒较小，TIMA粒度统计结果显示辉砷钴矿颗粒大小主要集中在3~12 μm之间，最大粒径不超过45 μm［图6（d）］。

图6

图6 金塘矿区钴矿石的TIMA图像及辉砷钴矿粒度统计

（a）金塘矿区钴矿石显微照片（反射光）；（b）金塘矿区钴矿石对应的TIMA矿物相图；（c）为（b）矩形区域的TIMA矿物相图和BSE图像，BSE图像中的黄色标记为辉砷钴矿颗粒；（d）辉砷钴矿颗粒的粒度大小统计直方图

Fig.6 TIMA images of cobalt ore in Jintang mining area and particle size statistics of cobaltite

4.3 含钴矿物的电子探针点分析

横洞矿区黄铁矿电子探针分析结果见表1。由表1可知，黄铁矿中Se、Sb和Pb含量低，大部分元素含量低于检测限。黄铁矿中Fe含量变化范围为42.63%~47.90%（平均值为44.86%），Co含量变化范围为0.12%~3.52%（平均值为2.09%），As含量低于0.34%（平均值为0.26%），Ni含量低于0.09%（平均值为0.02%）。其中，Fe与Co元素具有明显的负相关性［图7（a）］，而As由于含量较低，与S元素关系不明确［图7（b）］。

表1 横洞矿区黄铁矿EPMA分析结果

Table 1 EPMA results of pyrite from the Hengdong deposit（%）

分析点号	S	Fe	Co	Ni	As	Se	Sb	Pb	总计
D01	51.77	47.90	0.25	0.01	0.26	0.10	0.02	0.03	99.93
D02	52.17	47.65	0.47	0.09	0.12	0.03	-	0.01	100.38
D03	52.05	44.36	2.98	0.01	0.33	0.03	0.02	0.01	99.40
D04	51.99	44.52	2.55	-	0.24	0.03	0.07	0.01	99.07
D05	51.33	46.18	1.92	-	0.25	0.11	0.01	0.01	99.43
D06	52.39	43.79	3.41	-	0.33	0.14	0.02	0.01	99.59
D07	52.78	44.99	1.72	0.08	0.26	0.01	0.01	0.01	99.57
D08	52.61	46.98	0.20	0.02	0.19	0.02	0.01	-	99.81
D09	53.60	42.83	2.89	0.01	0.24	0.20	0.04	0.01	99.33
D10	52.74	44.26	1.79	-	0.27	0.02	-	-	98.79
D11	53.02	43.91	2.89	0.01	0.28	-	-	-	99.83
D12	52.33	46.88	0.12	0.01	0.27	-	0.01	-	99.35
D13	53.27	42.89	3.52	-	0.19	0.02	0.02	-	99.68
D14	53.92	42.63	2.95	-	0.34	-	0.03	0.01	99.49
D15	52.14	44.29	2.70	0.03	0.26	-	0.01	0.01	99.16
D16	52.75	44.12	2.56	0.01	0.27	0.01	0.01	-	99.45
D17	52.82	44.37	2.67	-	0.32	0.01	-	0.01	99.86

注：“-”表示低于检测限

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图7

图7 含钴矿物的化学成分图解

（a）横洞矿区黄铁矿的Co-Fe图解；（b）横洞矿区黄铁矿的As-S图解；（c）金塘矿区辉砷钴矿的Fe-Co-Ni三元图解，井冲辉砷钴矿数据来自Wang et al.（2022）；（d）金塘矿区辉砷钴矿的Co-Ni+Fe图解

Fig.7 Chemical composition diagram of cobalt-bearing minerals

金塘矿区辉砷钴矿电子探针分析结果见表2。由表2可知，辉砷钴矿中的Co含量变化范围为9.51%~23.21%（平均值为15.50%），Fe含量变化范围为4.33%~17.66%（平均值为9.46%），Ni含量变化范围为5.52%~15.24%（平均值为9.31%），As含量变化范围为43.54%~46.04%（平均值为44.70%），S含量变化范围为18.90%~22.44%（平均值为20.47%）。分析结果中S原子的变化范围为0.95~1.26 apfu，As原子的变化范围为0.93~1.09 apfu，除1个点外，其余点的S原子数均高于As原子数。辉砷钴矿的分子式可表示为（Fe_0.13~0.55Co_0.28~0.64Ni_0.16~0.41）As_0.93~1.09S_0.95~1.26，显示Co被Fe、Ni替代［图7（c）］，辉砷钴矿中Co与Fe、Ni元素呈明显负相关性，也说明了这3种元素间的替代［图7（d）］。

表2 金塘钴多金属矿床中辉砷钴矿EPMA分析结果

Table 2 EPMA results of cobaltite from the Jintang cobalt polymetallic deposit （%）

分析点号	S	Fe	Co	Ni	As	Sb	总计	化学式
D01	18.90	4.33	23.21	8.70	45.13	0.18	100.45	（Fe_0.13Co_0.64Ni_0.24）As_0.97S_0.95
D02	19.65	6.54	18.46	11.33	43.54	0.12	99.64	（Fe_0.19Co_0.50Ni_0.31）As_0.93S_0.98
D03	21.00	7.46	15.51	9.74	44.69	-	98.40	（Fe_0.23Co_0.48Ni_0.29）As_1.08S_1.19
D04	21.21	14.21	12.12	6.12	46.04	-	99.69	（Fe_0.45Co_0.36Ni_0.18）As_1.09S_1.17
D05	20.72	17.66	9.51	5.52	45.90	-	99.31	（Fe_0.55Co_0.28Ni_0.16）As_1.07S_1.13
D06	21.83	14.94	10.57	6.86	45.52	-	99.72	（Fe_0.47Co_0.32Ni_0.21）As_1.08S_1.21
D07	22.44	9.27	16.98	5.91	44.35	-	98.94	（Fe_0.30Co_0.52Ni_0.18）As_1.07S_1.26
D08	19.71	6.85	14.40	15.24	44.52	0.08	100.80	（Fe_0.20Co_0.39Ni_0.41）As_0.97S_0.98
D09	19.95	8.85	19.69	7.70	44.10	0.31	100.60	（Fe_0.25Co_0.54Ni_0.21）As_0.98S_1.00
D10	20.16	7.10	14.04	13.76	43.60	0.14	98.81	（Fe_0.21Co_0.40Ni_0.39）As_0.95S_1.05
D11	20.05	8.29	16.21	10.42	44.33	0.16	99.45	（Fe_0.25Co_0.46Ni_0.30）As_0.98S_1.04
D12	20.00	8.03	15.34	10.43	44.73	0.12	98.64	（Fe_0.25Co_0.45Ni_0.31）As_1.00S_1.07

注：“-”表示低于检测限

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4.4 电子探针面扫描分析

选择横洞矿区3个黄铁矿颗粒进行电子探针波谱面扫描分析，分析元素包括Co、Ni和As。由Co元素面扫描图像（图8）可知，这些黄铁矿颗粒结构和化学组成复杂，为复合黄铁矿，具体表现为核部低钴黄铁矿被边部富钴黄铁矿交代，富钴黄铁矿具有清晰的Co元素震荡环带，Co含量明显高于核部。贫钴黄铁矿与富钴黄铁矿的接触界线截然，接触面或平直或呈不规则状。相比之下，Ni、As元素的面扫描图像表现出均一的特点，这可能与横洞矿床黄铁矿的Ni、As含量较低有关，电子探针检测精度难以辨别，而这些含钴矿物颗粒较小，达不到LA-ICP MS的有效空间分辨率，因此未开展LA-ICP MS相关分析工作。

图8

图8 横洞矿区黄铁矿的BSE和波谱面扫描图像

Py-黄铁矿；Co-Py-富钴黄铁矿

注：面扫描图像中的数字代表对应元素的百分含量（%），缺失数据表示含量低于检测限

Fig.8 BSE and wave spectrum map scanning images of pyrite by EPMA in Hengdong deposit

5 讨论

5.1 横洞和金塘矿区钴的赋存形式及机制

在热液型钴矿床中，常见的含钴独立矿物包括辉砷钴矿、硫砷钴矿、铁硫砷钴矿、方钴矿和方硫钴矿等（Vasyukova et al.，2022）。在高品位的“五元素”矿床（Ag-Bi-Co-Ni-As±U）中，含钴矿物还会出现从单砷化物到二砷化物、三砷化物以及砷化物到硫砷化物的变化，这种矿物演化趋势被认为与流体的pH值和氧化势有关（Markl et al.，2016；Burisch et al.，2017；Scharrer et al.，2019）。

除独立矿物之外，Co还常以类质同象方式替代Fe²⁺进入黄铁矿和磁黄铁矿中（Wang et al.，2015，2022；Qiu et al.，2021）。在金塘矿区，钴主要以独立矿物（即辉砷钴矿）的形式产出，辉砷钴矿粒度极细，常被包裹在毒砂颗粒中［图5（g）、5（h）］，辉砷钴矿中Co、Fe和Ni等阳离子间以类质同象替代［图7（d）］，属于典型的热液成因（Scharrer et al.，2019）。相比之下，在横洞钴矿床中，钴主要赋存在含钴黄铁矿中，Co与Fe元素呈明显负相关关系，表明Co以替代Fe²⁺的方式赋存在黄铁矿中［图7（a）］。横洞钴矿床中黄铁矿的Co/Ni比值范围为5.22~298，在井冲钴铜多金属矿床中黄铁矿的Co/Ni比值范围为0.55~6 599（Wang et al.，2022），指示其属于热液成因（Bralia et al.，1979；Bajwah et al.，1987；Dill et al.，1989）。

显微镜下观察和电子探针面扫描分析结果均表明横洞矿区黄铁矿显示复杂的环带结构，即富钴韵律环带交代低钴黄铁矿［（图5（a）~5（c），图8］。这一结构与溶解—再沉淀机制导致的环带特征相吻合，相关证据有富钴黄铁矿与低钴黄铁矿界线截然，化学成分突变，再沉淀产物往往保留了原始的结晶习性等（Putnis，2009；Borg et al.，2014）。此外，富钴黄铁矿与低钴黄铁矿接触面往往具有溶蚀现象，暗示着富钴黄铁矿是从略晚的含钴成矿流体中直接沉淀形成的，这与井冲含钴黄铁矿的成因机制一致（Wang et al.，2022）。

5.2 湘东北不同矿床含钴矿物的差异性及其指示意义

以往研究表明，湘东北地区不同钴矿床具有相似的成矿地质特征（王智琳等，2020），但不同矿床中含钴矿物的种类及钴含量略有差异，具体表现在：金塘钴多金属矿区以辉砷钴矿（Co含量为9.51%~23.21%，Ni含量为5.52%~15.24%）为主，井冲钴铜多金属矿床以含钴黄铁矿（Co含量高达13.66%，Ni含量低于0.07%）为主，其次为辉砷钴矿（Co含量为18.84%~34.98%，Ni含量低于0.97%）和毒砂（Co含量高达0.90%，Ni含量低于0.07%）（Wang et al.，2022），横洞钴矿床则以含钴黄铁矿（Co含量高达3.52%，Ni含量低于0.09%）为主。结合这3个矿区的空间展布特征可知，沿长沙—平江断裂带从南西到北东方向，含钴矿物存在从辉砷钴矿向黄铁矿转变，且具有辉砷钴矿中的Co含量升高、Ni含量降低的趋势，黄铁矿中的Co含量高值则有降低趋势。

以往包裹体分析获得横洞矿床的均一温度和盐度w（NaCl）分别为150~320 ℃和7%~15%，结合流体不混溶现象，认为减压导致的流体不混溶作用降低了钴的不饱和程度，是引起横洞矿床中钴从流体中沉淀成矿的关键机制（Zou et al.，2018）。相比之下，井冲矿床均一温度范围为158~300 ℃，盐度w（NaCl）为0.2%~15.3%，低盐度与大气降水的混入有关（Wang et al.，2017；周岳强等，2017）。综上所述，井冲矿床与横洞矿床的成矿流体温度相差不大，因此温度引起上述含钴矿物差异性的可能性被排除。在成矿物质来源和围岩相同的情况下（Wang et al.，2017；Zou et al.，2018），这一变化趋势可能与成矿流体是由南西向北东运移有关，随着流体沿断裂带运移，成矿元素在流体中的含量会逐渐降低，从而导致南西端形成钴的独立矿物，而北东端横洞钴矿床仅形成含钴黄铁矿，且黄铁矿中Co含量明显低于井冲矿区。

相比之下，金塘矿区辉砷钴矿明显具有较高的Ni含量，而井冲矿区辉砷钴矿不含Ni，暗示着不同矿区成矿流体pH值存在差异。这是因为流体中Ni、Co络合物的稳定性在不同pH值条件下不同，如随着pH值升高，NiCl⁺络合物的稳定性比CoCl⁺络合物的稳定性低，从而导致Ni较Co优先从流体中失稳发生沉淀（Markl et al.，2016；Scharrer et al.，2019，2022；Guilcher et al.，2021）。此外，流体的硫逸度也可能是重要的控制因素，从金塘矿区到井冲、横洞矿区，矿物组合由辉砷钴矿+黄铁矿+毒砂向黄铁矿转化，横洞矿区的黄铁矿的As含量（低于0.34%）明显低于井冲矿区As含量（低于7.42%）（Wang et al.，2022），暗示着流体由富砷性质向富硫性质演化。值得注意的是，金塘和井冲矿区均呈现出“下钴铜上铅锌”的矿体空间分布规律（Wang et al.，2017），而横洞矿区只发现钴矿体，未见上部的铅锌矿体（Zou et al.，2018），暗示着横洞矿区可能发生了更强烈的抬升剥蚀，因此仅保存钴矿体。综上所述，湘东北不同矿区含钴矿物的差异性可能与成矿流体的运移方向和流体物理化学条件（如pH值和硫逸度等）有关。

湘东北地区钴多金属矿床均赋存于长沙—平江断裂带主干断裂下盘构造热液蚀变岩带中。因此，沿主干断裂旁侧次级“多”字形构造、“入”字形构造发育地段以及不同方向断裂发育交会部位是钴多金属矿体的有利成矿地段（宁钧陶，2002），且下盘裂隙越发育、硅化蚀变越强，越有利于钴多金属矿的形成（Burisch et al.，2016）。结合长沙—平江断裂带从南西到北东方向含钴矿物的变化，提出连云山地区长沙—平江断裂带的南西侧可作为今后湘东北钴矿勘查的重点方向。

6 结论

（1）湘东北横洞钴矿床中含钴矿物主要为黄铁矿，具有复杂环带结构，表现为富钴黄铁矿交代贫钴黄铁矿，黄铁矿中Co含量高达3.52%，Ni含量低于0.09%。金塘钴多金属矿床中的含钴矿物主要为细粒辉砷钴矿，颗粒大小为3~12 μm，Co含量为9.51%~23.21%，Ni含量为5.52%~15.24%。

（2）湘东北地区3个钴（多金属）矿床（点）中的钴赋存形式不同，从南西到北东方向，含钴矿物具有由辉砷钴矿向含钴黄铁矿转变的趋势，这可能与成矿流体的运移方向和流体物理化学条件（如pH值和硫逸度等）有关。结合湘东北地区钴多金属矿床（点）严格受长沙—平江断裂带主干断裂及其次级构造控矿，提出连云山地区深大断裂的南西侧可作为今后湘东北钴矿勘查的重点方向。

http://www.goldsci.ac.cn/article/2023/1005-2518/1005-2518-2023-31-4-531.shtml

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