国外典型矿区

如题所述

1.俄罗斯干谷

干谷(俄文Cyxoлйor,英文Sukhoy Log,属伊尔库茨克州)层状金矿位于俄罗斯东部伊尔库茨克州的贝加尔—帕托姆山区。该地区由中、晚里菲代陆源和陆源—碳酸盐沉积变质岩构成。这些岩石是在由于形成了近SN向大陆内部裂谷系而产生的克拉通边缘盆地中堆积的。该盆地的发展以大陆边缘稳定化而结束,并没有大陆地壳大洋化的标志。该区是在裂谷运动环境下发展的,其证据是莫霍面明显隆起,结果导致区内地壳厚度降为36km,而在毗邻地区为42~45km。

从构造上看,干谷矿床位于复杂向斜带内。矿体产在倒转背斜褶皱中。在这个背斜褶皱中可追索出一条层间逆掩断层带,以及一些高级断裂、劈理带、张裂隙和小褶皱。

矿化周围的陆源含碳岩石是晚—中里菲代霍莫尔欣组,总厚度750~850m。该组按岩性可分为3个亚组。上部亚组主要由细粒石英-绢云母-绿泥石泥质岩和粉砂岩组成,偶尔见到细粒砂岩。该亚组所有岩石都富含有机质(从2%~3%到5%~7%(体积)),该亚组中部的有机碳含量最高,金矿化正是出现在这一部分。霍莫尔欣组中部亚组含砂质较多,而下部亚组与上部亚组相似,但中部亚组和下部亚组的有机碳含量较低。

总体上,干谷矿床位于倒转背斜褶皱核部,它的位置受高级断裂带和最富碳的陆源岩石的分布控制。在垂直剖面上,矿床的标志是有浸染状、巢状-细脉状和脉状石英-碳酸盐-硫化物矿化分布。这种矿化在矿体上覆和下伏岩石(矿上带和矿下带)中不强烈,在矿体中最强烈,其硫化物、新生成的石英和碳酸盐数量达5%~7%(体积)。矿石的结构—构造特点以及脉石和新生成的硫化物矿物集合体与原始沉积岩的关系表明,矿化是由于在有色和贵金属含量原来就偏高的含碳介质中发生了多次变质和交代作用而形成的。表现最强烈的是多阶段交代碳酸盐化(在早期阶段形成镁质和镁铁质碳酸盐)、石英化和黄铁矿化。

矿石矿物在矿石中占的体积不大(3%~5%),但矿物成分极其多样。B·B·季斯特列尔等人(1997)研究认为,矿石矿物至少有75种(含变种),分别属于自然金属、金属固溶体和金属互化物、硫化物、砷化物和硫砷化物、碲化物和硫碲化物、硒化物、铋化物、锑化物、磷酸盐、钨酸盐、卤化物和氧化物类。与许多金矿床(其中包括与黑色页岩有关的金矿床)不同,干谷矿床矿石中黄铁矿占绝对多数,而在不常见的矿物中主要是富含Ni和Co的硫化物、砷化物和硫砷化物。经常见到但未形成大聚集体的矿物有方铅矿、闪锌矿、稀土矿物——Ce、Nd和La的磷酸盐(独居石)和Y、Gd、Dy的铝硅酸盐、磷酸盐。更少见的矿物为古巴矿、毒砂、辉钼矿、黝铜矿、NiFe2S4和Ni3FeS4矿物、黑钨矿、白钨矿。

常见矿物主要是:黄铁矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿、针镍矿、辉砷镍矿和辉砷钴矿;次要和稀有矿物种类繁多,以Te与Ag、Au和Bi的化合物为主。在干谷矿床中确认出碲金矿、碲银矿、硫金银矿、硫碲银矿、六方碲银矿、斜方碲金银矿。这些矿物一般呈亚微米包裹体赋存在与自然金共生的黄铁矿晶体中。黝铜矿和闪锌矿也属于稀有矿物。在干谷矿床的金硫化物矿石中发现稀土矿物意义很大。稀土矿物中主要是La、Nd和Ce的磷酸盐(独居石-磷铈铝石),它们经常出现在伴随矿化的碳酸盐脉石物质中。

铂族金属在干谷矿床中的一般分布规律是根据采自金矿带上覆和下伏岩层垂直剖面中的400多个样品分析结果研究得出的。在铂族金属中主要是铂,其余的铂族金属偶尔出现,而且含量较低。Pt的较高含量(高于0.1g/t)出现在剖面中热液交代岩石和硫化物中,整个剖面均含矿但1g/t以上的含量集中出现在与金矿体相连的矿上带部分。矿下带的Pt含量偏高,但分布无规律。也就是说,铂矿化一部分与Au含量最高的层段重合,一部分则超出Au含量最高的部位。其他铂族金属的分布也有这种趋势,但Pd含量一般比Pt低一个数量级,其余的铂族金属只偶尔出现,但其最高含量(如Rh可达0.8g/t)一般与Pt的最高含量—致。

在有机地球化学方面:①矿床金矿带中的有机碳平均含量接近0.7%,局部变化为0.2%~5%;②在普通样品中,有机碳含量与贵金属总含量之间没有相关关系;③在有机质中以干酪根为主,后者是一些无结构的似石墨物质,没有官能团,是在原始沉积有机质受到变质改造过程中形成的;④在有机碳成分中存在可溶性有机质,可能是原始沉积物的残余;⑤在有机质成分中有气相。由于存在有机化合物(氨基化物,高分子化合物等),它们可以与贵金属形成络合物,但研究没有发现与贵金属形成的络合物。不溶含碳物质(作为容矿岩石的造岩组分,微粒分散相,相当于各种无序隐晶石墨和石墨类)有两种形态类型:水滴状的(即碎屑形式)和蜂窝状的(相当于吸附形式)。利用俄歇光谱法和x射线光电子光谱法鉴定,也都未查出其中有铂族金属存在,但x射线光电子光谱显示出金在碳质中以不带电的状态(Auo)存在。这意味着碳粒富集呈金属(自然)状态的金,金粒可能极细,被碳粒活化表面吸附。由此推测,不排除铂族金属也属于类似情况。

俄罗斯科学家利用电子探针分析了1000多个黄铁矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、针镍矿、辉砷钴矿-辉砷镍矿系列的矿物颗粒,但由于绝大多数颗粒的检出限低于0.01%,结果未发现铂族金属,只是在少数黄铁矿、镍黄铁矿、其他镍硫化物、砷化物和硫砷化物颗粒中发现了铂族金属的局部富集。

通过重砂研究,发现粒度最小和密度最大的矿样中铂族金属含量较高。在一个粒级为-0.06mm的超重精矿样品中,铂族金属总量达到9.9%,即99000g/t。进一步的研究表明,在超重粒级中,铂族金属矿物主要呈游离颗粒存在,很少与成矿硫化物连生。铂族矿物颗粒大小介于0.5µm到10µm之间,尽管不乏更大的颗粒存在。最小的铂矿物颗粒一般为等轴近浑圆状。有些大小超过10µm的颗粒为不规则的骨架状,并有内部结构,很像团块金。与黄铁矿连生的铂矿物形状不规则,局部为树枝状。通过对40多颗含Pt矿物相的研究,证明以自然铂和Pt-Fe-Cu系列的金属固溶体为主。最常见的矿物相是Fe和Cu含量低的自然铂。自然铂或呈单独的颗粒,或与黄铁矿连生。除自然铂外,还有Pt的贫Fe富Cu的固溶体,可能相当于Pt3Cu型相。这类固溶体基本上呈游离颗粒出现。还有相对贫Cu富Fe的金属固溶体,就成分看相当于等轴铁铂矿(Pt3Fe)或四方铁铂矿(Pt,Fe)。少数矿物相中的Cu/Fe比值大致相等,可能相当于Pt3(Cu,Fe)固溶体。另外还发现有少数钯矿物相,而且,Pd既不存在于自然铂中,也不存在于Au的固溶体中,而是形成金属互化物类的化合物,如与方铅矿和闪锌矿连生的黄碲钯矿-碲钯矿(Pd,Ag)(Te,Bi)型Pd和Ag的碲铋化物。

在干谷矿床中还发现了一大批自然金属类矿物,除自然金、自然银和自然铂以外,还有自然铁、铬、钨、钛、铅、锡、铜。所有这些自然金属主要见于超重的精矿中,往往与其他金属矿物连生。自然金属呈形状不规则的颗粒出现,很像铂族金属矿物的形状。颗粒大小由一两个微米到一二十个微米。

在成因上,干谷矿床与具有地球化学专属性的含C沉积岩受到变质和交代改造有关。据B·K·涅梅罗夫的研究,由含C陆源沉积变质岩组成的容矿围岩-霍莫尔欣群的贵金属、有色金属和稀有金属背景含量普遍异常,这就使成矿元素在发生了活化之后富集。Γ·M·瓦尔沙尔等人也指出,容矿岩石含C物质中的铂族金属可能是在含C物质含O官能团中按络合物形式聚集的,容矿岩石受到热或酸作用后贵金属可以转变为挥发性化合物。

干谷矿床的成矿过程实际上是很复杂的,俄罗斯科学家查明至少经历了3个成矿期(Ⅰ同成岩期;Ⅱ—变质期;Ⅲ—热液-交代期及其各阶段和亚阶段)。其中成矿期(Ⅲ)又可以分为:①成矿前阶段;②成矿(金矿)阶段;a早期高温亚阶段;b产金的中温亚阶段;c晚期低温亚阶段;③成矿后阶段。铂族矿物的主成矿阶段要早于金矿化阶段(表3-2)。

表3-2 干谷矿床热液-交代期各成矿阶段的矿物组合

同位素地球化学研究表明(表3-3),矿带的有机碳和碳酸盐C的同位素成分明显变重(11.64‰),而矿带下伏岩石有机碳和碳酸盐C的同位素成分又重新变轻(-13.2‰),最大值(-0.66‰)在矿带范围内,而在矿上带和矿下带成分变轻,分别为-8.68‰和-2.28‰。这就是说,矿带全C同位素成分变重可能是碳酸盐碳贡献造成的。由于所有岩石中的全碳总含量几乎相等,这说明矿带的碳酸盐主要是靠有机碳氧化形成的。看来,正是这一过程促进了自然金属在早期成矿阶段的出现。S同位素研究结果也表明矿带本身的同位素成分(δ34S‰)异常变轻,而矿上岩石和矿下岩石的硫同位素成分变重,而从早期黄铁矿到晚期黄铁矿也变重。这表明,影响同位素分馏的因素至少有两个:①成矿作用是在很大的温度区间进行的;②有一个向成矿带带入S的内生源存在,而且其中地幔硫占很大比例。

表3-3 干谷矿床岩石和矿石的同位素地球化学特征

2.巴西希拉李斯特

希拉李斯特(Serra Leste)金铂钯矿床位于巴西卡腊贾斯(Carajas)省巴拉州Curionpolis镇东北约30km处,以往称为Serra Pelada矿床。这一地区是以绿岩带型金矿和铜矿为特点的铜金成矿带,因此,希拉李斯特作为沉积岩容矿型金矿显得与众不同。该矿床赋存于太古宙里约佛雷斯科组(Rio Fresco Formation)浅变质沉积岩褶皱地层中。矿体定位于变质碳质粉砂岩和白云质大理岩之间的接触带,构造上位于倾斜向斜的枢纽部位(图3-1)。

图3-1 巴西希拉李斯特贵金属矿床地质剖面图

(据Tallarico等,2000)

矿石中的主要矿物包括石英(10%~60%)、高岭石(1%~20%)、针铁矿(1%~15%)、赤铁矿(1%~40%)、锰的氧化物(1%~15%)、白云母(1%~30%)、无定形碳(1%~10%),痕量矿物有电气石、碳酸盐矿物、绿泥石和磁铁矿,有用金属矿区主要是Pd-Pt-(Hg)矿物和Cu-Co-Ni的硫化物(Tallarico等,2000)。从矿物含量看,矿石中的矿物成分变化很大。

由于矿体在地表已经遭受强烈氧化,保留下来的原生硫化物很少,主要是黄铁矿、黄铜矿、毒砂、铜蓝、斑铜矿和方铅矿。化探显示Ni(可达1000×10-6)、Cu(可达4000×10-6)异常明显,表明原先可能存在铜镍硫化物矿物。

目前已知的铂族元素矿化以钯为主,钯的矿化与Au-Ag-Pd合金(Au~94%、Ag~3%、Pd~3%)或Pd-Hg矿物(如钯汞膏potarite和砷汞钯矿atheneite)有关,但独立的钯矿物罕见,等轴铁铂矿是目前唯一鉴定出来的铂族矿物。金主要是自然金,在氧化带次生加大可形成重达62kg的狗头金。

至于希拉李斯特金铂钯矿床的成因,目前还研究得不够。由于区域变质程度较低,而常常出现的阳起石-方解石矿物对表明峰期变质温度可达550℃。因此,Tallarico等人(2000)研究认为,侵入于变质岩中的闪长岩可能起了重要作用,而碳质变质粉砂岩只是起了地球化学障的作用。但是,Tallarico等人(2000)也指出,贵金属从何而来以及成矿时代等问题,目前都还没有解决。太古宙的侵入岩、里约佛雷斯科组下部的变质镁铁质火山岩以及闪长岩都可能贡献了金和铂族元素,闪长岩的侵入可能是导致矿体形成的最终原因,但闪长岩本身在地表未出露,对于找矿来说还需要寻找更加直接的找矿标志。

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