丹麥格陵蘭島東部詹姆遜盆地銅多金屬礦礦石特征及成因探討

彭蜀濤，曾慶友，楊 潔

(江西有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院，南昌 330000)

格陵蘭島東部詹姆遜盆地的礦產(chǎn)勘探始于Nordenskj?ld(1907)在盆地北部鈣質(zhì)石英巖中發(fā)現(xiàn)含銅細(xì)脈，隨后于1930年至1934年進(jìn)行了第一次系統(tǒng)的礦產(chǎn)調(diào)查[1-2]。對格陵蘭島東部的繼續(xù)勘察，發(fā)現(xiàn)了壩伊克里彭(Blyklippen)鉛鋅礦床和馬爾姆杰格(Malmbjerg)斑巖型Mo礦床等一系列重要的礦床[3-4]。1986年，丹麥地質(zhì)局在上二疊統(tǒng)灰?guī)r、泥巖層位以及下三疊統(tǒng)雜色碎屑巖層位中發(fā)現(xiàn)了近 6～10個銅、鉛或鋅礦化層[5-6]。近年來，在該區(qū)開展了較系統(tǒng)的地質(zhì)及找礦工作，積累了較豐富的地質(zhì)礦產(chǎn)資料，認(rèn)為有銅鉛鋅多金屬礦的找礦價值[7]。本次研究主要通過野外地質(zhì)調(diào)查及室內(nèi)鏡下顯微觀察，從礦石類型研究著力，探討礦床成因，以期進(jìn)一步推動該地區(qū)的找礦勘探工作，并向國內(nèi)同行介紹國外該類型礦床特征。

1 地質(zhì)背景

詹姆遜盆地位于格陵蘭東部古生代—中生代一系列盆地的南部(圖1)，整體為南北向，盆地東西兩側(cè)邊界主要由加里東期變質(zhì)巖和深成巖組成的結(jié)晶基底，整個盆地長約400 km，寬200～250 km[8]。詹姆遜盆地形成始于泥盆紀(jì)，伴隨著加里東造山帶的崩塌，形成了北西—南東向的走滑斷層和北東—南西向的正斷層等一系列構(gòu)造[7]。在石炭紀(jì)第一次斷裂和傾斜開始之前，泥盆系盆地已經(jīng)堆積了5～10 km的紅色砂巖[9]。在二疊紀(jì)時期，整個沉積地層進(jìn)一步傾斜和抬升[10]。晚二疊紀(jì)的海侵作用，使得臺地相的碳酸鹽巖的沉積，三疊紀(jì)則發(fā)生裂谷作用，主要發(fā)育陸相沉積。侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)，盆地受沉降控制[9]。區(qū)域上，從早第三紀(jì)開始，伴隨盆地的抬升和斷裂活動，出現(xiàn)了大規(guī)模的巖漿活動，在盆地東西兩側(cè)，沿近南北向深斷裂分布有深層侵入的巖體。這些侵入的巖體風(fēng)化后的碎屑物又不斷流入盆地，其中，有些含銅、鉛、鋅礦物質(zhì)的花崗巖風(fēng)化碎屑物成為盆地內(nèi)重要成礦物質(zhì)來源[5，9]。

圖1 a.詹姆遜盆地區(qū)域地質(zhì)圖[8]；b.詹姆遜盆地東部礦床地質(zhì)圖[9]Fig.1 a.Regional geological map of the Jameson Land Basin[8]；b.Geological map of deposits in the east of Jameson Land Basin[9]

2 礦區(qū)及礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)范圍內(nèi)主要發(fā)育地層為(圖1b)：晚古生代泥盆系粉砂巖、砂巖，零星分布于礦權(quán)區(qū)北面地段；上二疊統(tǒng)福爾維克溪組(Foldvik Creek)上段礫巖、砂巖、粉砂巖，主要分布在北部，不整合超覆于上泥盆統(tǒng)之上；上二疊統(tǒng)福爾維克溪組下段灰?guī)r，主要分布于區(qū)內(nèi)的西北部；中生代三疊紀(jì)沃迪溪(Wordie Creek)組砂巖和粉砂頁巖，其主要位于內(nèi)中西部，零星分布于區(qū)內(nèi)南東部；平戈達(dá)爾(Pingo Dal)組(砂巖)主要分布區(qū)內(nèi)西南、西北部；吉普斯達(dá)倫(Gipsdalen)組砂巖、泥巖、砂巖、灰?guī)r，主要分布于區(qū)內(nèi)北西、南西，少量分布于南面；Fleming Fjord組砂巖，泥巖，區(qū)內(nèi)均有出露。福爾維克溪組下段和平戈達(dá)爾組是區(qū)內(nèi)Cu(Pb、Zn)等金屬礦床的主要賦礦層位[5-6]。礦區(qū)內(nèi)褶皺不發(fā)育，構(gòu)造形變主要是為斷裂構(gòu)造，按其斷裂的方向大致可分為NE、SN、NW、近EW向等四組。區(qū)內(nèi)漿活動較弱，僅見數(shù)條輝綠巖脈，巖脈走向近N-S向，寬約1～5 m，地表延伸長度10～50 m 至數(shù)百米。Buch Bjerg山見兩條輝綠巖脈大致平行狀呈北北西向展布侵入于三疊系地層中，地表出露長900～1 000 m，寬約70 m。在所有這些巖脈及其蝕變帶中均未發(fā)現(xiàn)明顯礦化異常。礦區(qū)內(nèi)熱液蝕變活動相對較弱，常見的硅化和碳酸鹽化，主要沿構(gòu)造破碎帶線狀分布。構(gòu)造破碎帶銅(鉛鋅)礦體及圍巖蝕變強(qiáng)，蝕變組合相對復(fù)雜，有硅化、碳酸鹽化、重晶石化、黃鐵礦化、高嶺土化等，含銅硫化礦物常見孔雀石、藍(lán)銅，鉛鋅硫化礦脈氧化成小鐵帽[9]。

在礦區(qū)內(nèi)通過地表剝土、鉆探揭露和采樣分析，圈出砂巖型銅(鉛)礦體(礦體編號：V6、V8、V9)，硅質(zhì)巖重晶石型銅(鉛鋅)礦體(V10、V11)；破碎帶型銅(鉛)礦體(編號：V1、V2、V3、V4、V5、V7)，具體特征見表1。

表1 詹姆遜盆地銅多金屬礦礦體特征

3 礦石特征

整個區(qū)內(nèi)礦石可分為三種：砂巖銅鉛鋅礦石，構(gòu)造破碎帶銅鉛鋅礦石和硅質(zhì)巖重晶石銅鉛鋅礦石。

3.1 砂巖型礦石特征

砂巖型礦石為含浸染狀藍(lán)銅礦(圖2a)、或填隙狀細(xì)粒鉛鋅礦的砂(礫)巖(圖2b)，具有中細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，層紋狀、塊狀構(gòu)造。整體上呈綠色、灰黑色，細(xì)粒砂狀和含礫砂狀結(jié)構(gòu)結(jié)，條帶狀、浸染狀、層紋狀、塊狀構(gòu)造，主要金屬礦物為輝銅礦、方鉛閃鋅礦，主要脈石礦物為長石、石英，次為白云母、熔巖巖屑、硅質(zhì)巖巖屑，膠結(jié)物為碳酸鹽、鐵質(zhì)、泥質(zhì)。顯微鏡下可見藍(lán)銅礦與碳酸鹽膠結(jié)物賦存于長石碎屑之間(圖2c)。砂巖型銅鉛鋅礦石礦物成分較為簡單，主要金屬礦物為輝銅礦、方鉛礦、閃鋅礦，砂屑以長石、石英巖屑為主，次為白云母、熔巖巖屑、硅質(zhì)巖巖屑、淺綠色泥礫，碎屑物多呈次棱角狀且分選性差，膠結(jié)物為方解石、鐵質(zhì)、泥質(zhì)。背散射圖可見方鉛礦賦存在碎屑顆粒之間(圖2d)。野外觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)含礦巖性顏色變?yōu)榘岛稚?，白云母和泥質(zhì)增多，巖石含礦性極差，一般不含礦。

(Az—藍(lán)銅礦；Gn—方鉛礦；Pl—斜長石；Qz—石英)圖2 a.浸染狀藍(lán)銅礦；b.填隙狀細(xì)粒鉛鋅礦；c.藍(lán)銅礦與碳酸鹽膠結(jié)物賦存于長石碎屑之間； d.方鉛礦充填于碎屑顆粒之間Fig.2 a.Disseminated chalcopyrite；b.Interstitial fine lead-zinc；c.Chalcopyrite and carbonate occur between feldspar clasts； d.Galena filling between clastic particles

3.2 破碎帶蝕變巖型

破碎帶蝕變巖型礦石為含孔雀石、黃銅礦的碎裂化硅化蝕變灰?guī)r、重晶石細(xì)脈、硅質(zhì)脈、方解石脈及方解石與硅質(zhì)脈混生脈組成，外觀呈綠色、淺灰白色，角礫狀、裂隙狀結(jié)構(gòu)，脈狀、角礫狀、蜂窩狀及塊狀構(gòu)造(圖3a)。主要金屬礦物為黃銅礦、藍(lán)銅礦、方鉛礦、閃鋅礦，主要脈石礦物為重晶石、硅化灰?guī)r、硅質(zhì)巖、方解石、主要膠結(jié)物為鐵質(zhì)、重晶石、硅質(zhì)、泥質(zhì)。顯微鏡下可見方解石脈體中的晶形完好的黃銅礦(圖3 b)。背散射圖可見閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦與重晶石共生于蝕變灰?guī)r晶洞中(圖3 c)。還建有閃鋅礦、黃銅礦、方鉛共生(圖3 d)。

3.3 硅質(zhì)巖重晶石型

硅質(zhì)巖重晶石型礦石由含孔雀石、黃銅礦的重晶石脈、硅質(zhì)巖脈、碎裂硅化灰?guī)r組成，外觀呈灰褐色夾雜孔雀石綠色，礦石呈角礫狀、裂隙狀結(jié)構(gòu)，層狀、塊狀、脈狀、碎裂狀構(gòu)造(圖4a)。主要金屬礦物為黃銅礦、藍(lán)銅礦、方鉛礦、閃鋅礦，主要脈石礦物為重晶石、硅質(zhì)巖、方解石，主要膠結(jié)物為鐵質(zhì)、硅質(zhì)、泥質(zhì)。背散射圖可見方鉛礦、黃銅礦和硫砷銅礦呈集合體共生于重晶石內(nèi)。

(Brt—重晶石；Cal—方解石；Cp—黃銅礦；Gn—方鉛礦；Py—黃鐵礦；Qz—石英；Sp—閃鋅礦)圖3 a.破碎蝕變巖型銅(鉛鋅)礦體；b.方解石脈體中的黃銅礦；c.閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦與重晶石共生；d.閃鋅礦、黃銅礦、方鉛礦共生Fig.3 a.Tectonically fractured altered rock-type Cu(Pb-Zn)deposits；b.Chalcopyrite in calcite vein； c.Coexistence of sphalerite，chalcopyrite，pyrite and barite；d.Coexistence of sphalerite，chalcopyrite and galena

(Brt—重晶石；Enr—硫砷銅礦；Cp—黃銅礦；Gn—方鉛礦)圖4 a.硅質(zhì)巖重晶石型銅(鉛鋅)礦體；b.方鉛礦、 黃銅礦和硫砷銅礦集合體Fig.4 a.Barite type of siliceous rock Cu(Pb-Zn)deposits； b.Galena，chalcopyrite and chalcopyrite aggregates

4 礦石地球化學(xué)特征

不同類型的礦石的地球化學(xué)結(jié)果顯示(表2)，砂巖巖型礦石主要富集元素為Cu(0.827%)和Pb(2.272%)，構(gòu)造破碎帶型礦石主要富集元素為Cu(0.493%)、Pb(1.116%)和Zn(1.5833%)，而硅質(zhì)巖重晶石型主要富集元素僅有Cu(2.81%)。一般認(rèn)為巖石和礦石的地球化學(xué)元素能夠指示其礦床成因或構(gòu)造屬性[11-20]。此外，礦石微量元素成因圖解(圖5)可見，砂巖型落在沉積改造區(qū)，構(gòu)造破碎帶型落在沉積改造區(qū)與火山作用疊合區(qū)，而硅質(zhì)巖重晶石型礦石則落在了巖漿熱液和火山作用疊合區(qū)。

圖5 詹姆遜盆地銅多金屬礦床中閃鋅礦 LnGa-LnIn圖(底圖據(jù)文獻(xiàn)[21])Fig.5 The sphalerite LnGa-LnIn diagram of the copper- polymetallic deposits in the Jameson Land Basin

表2 詹姆遜盆地銅多金屬礦礦石元素測試結(jié)果

5 礦床成因探討

從野外地質(zhì)特征上可見，詹姆遜盆地銅多金屬礦中三種類型的礦石分別對應(yīng)了三成因類型。早期形成硅質(zhì)巖重晶石型銅鉛鋅礦，產(chǎn)于上二疊統(tǒng)上段生物碎屑灰?guī)r中，主要由重晶石、硅質(zhì)巖組成，與圍巖界線清楚、層狀特征較明顯，屬海底噴沉積形成[10]。外觀察灰?guī)r型礦層常見脈石為重晶石、硅質(zhì)巖，而這也是海底熱水噴流形成特征性脈石礦物，加上特定的層位，因此，較大可能是屬海底噴流熱水沉積形成的礦層，從已往發(fā)現(xiàn)的該類型的礦往往為大礦。中期形成的砂巖型銅鉛鋅礦產(chǎn)于下三疊統(tǒng)平戈達(dá)爾組長石砂巖中，層控特征較明顯，屬沉積形成。砂巖型銅鉛鋅礦是由沉積—成巖作用富集形成的，即盆地邊緣或基底含銅、鉛、鋅等金屬元素的基巖(如花崗巖、花崗斑巖等)經(jīng)風(fēng)化、搬運(yùn)至盆地內(nèi)堆積，碎屑間孔隙水在沉積物壓實(shí)成巖過程中，將碎屑內(nèi)的金屬元素進(jìn)一步活化轉(zhuǎn)移，遇有機(jī)質(zhì)或H2S等強(qiáng)還原劑而沉淀、富集。此過程導(dǎo)致的金屬元素富集受地層或巖性控制。區(qū)內(nèi)下三疊統(tǒng)平戈達(dá)爾組砂(礫)巖中銅鉛鋅礦化可能與此機(jī)制有關(guān)。最晚期破碎帶型銅鉛鋅礦產(chǎn)于北東向構(gòu)造破碎帶中，熱液充填特征明顯，屬熱液充填交代形成。

綜上認(rèn)為，詹姆遜盆地銅多金屬礦由三次成礦作用疊加形成，早期為海底熱水噴流形成層狀硅質(zhì)巖重晶石銅鉛鋅礦化層(對應(yīng)硅質(zhì)巖重晶石型礦石)，中期為陸源碎屑沉積時形成砂巖銅鉛鋅礦化層(對應(yīng)砂巖型礦石)，晚期含礦熱液沿構(gòu)造及砂巖層位充填交代(對應(yīng)構(gòu)造破碎帶型礦石)，并對早期砂巖礦化層進(jìn)一步熱液疊加富集成礦(圖6)。

圖6 詹姆遜盆地銅多金屬礦體成礦模式圖Fig.6 Metallogenic model of the copper-polymetallic deposits in the Jameson Land Basin

6 結(jié)論

1)詹姆遜盆地銅多金屬礦礦石包括了砂巖銅鉛鋅礦石、構(gòu)造破碎帶銅鉛鋅礦石和硅質(zhì)巖重晶石銅鉛鋅礦石三類。

2)該銅多金屬礦由三次成礦作用疊加形成，早期為海底熱水噴流(或盆地內(nèi)熱鹵水)沉積形成層狀硅質(zhì)巖重晶石銅鉛鋅礦化層，中期為陸源碎屑沉積時形成砂巖銅鉛鋅礦化層，后期為含礦熱液沿構(gòu)造及砂巖層位充填交代、并對晚期砂巖礦化層進(jìn)一步熱液疊加富集成礦。