澳大利亞皮爾巴拉克拉通威思奈爾金礦控礦構造

劉樟樂

(1. 上海海成資源(集團)有限公司，上海 200070；2. 西北有色地質礦業(yè)集團有限公司，陜西 西安 710054)

0 引 言

Mallina(馬利納)盆地是澳大利亞西部Pilbara(皮爾巴拉)地區(qū)最重要的金礦區(qū)之一(Huston et al.,2000)，通過對該盆地內典型金礦床Withnell(威思奈爾)礦床鉆孔巖芯和Mallina剪切帶地表露頭進行研究，明確了主礦脈類型；在實測1 000余組構造產(chǎn)狀的基礎上，結合DIPS軟件進行數(shù)據(jù)分析，揭示區(qū)內典型金礦化構造控礦作用，并對構造變形控制下的金礦體勘查方向作出預測，改變了以斷層為主要找礦構造的思路，為該區(qū)金礦勘查提供參考。

1 區(qū)域地質特征

澳大利亞西澳洲Pilbara克拉通形成于距今36億—28億年間，是地球上保存最完好的一套經(jīng)歷了多期劇烈構造變形作用的花崗巖綠巖帶(Barley et al.,1998；Collins et al.,1998; Nelson et al., 1999; Blewett,2002；Hickman,2004)，根據(jù)構造特征和地層差異，分為東、西、中Pilbara克拉通3個次級構造單元。其中，東西Pilbara克拉通主要為一套花崗質雜巖；中Pilbara克拉通由De Grey群沉積巖和臨近的Whim Creek群火山沉積巖組成，典型構造特征顯示在其中心部位的Mallina盆地(Hickman, 1990; Blewett et al., 2002；Van Kranendonk et al., 2002)。

Mallina盆地發(fā)育于東西Pilbara克拉通之間的邊界上(圖1)，是中Pilbara克拉通中部的核心構造單元，沿NE向展布，長約200 km，寬100 km (Smithies et al., 2001)。盆地蓋層是以濁積巖為主的De Grey群Mallina組和Constantine組，以及Whim Creek綠巖帶。盆地北部以Sholl剪切帶為邊界，南部以與Constantine組不整合接觸的Cleaverville組含燧石長英質火山巖為邊界，Cleaverville組也是盆地基底在地表僅有的出露部分(Kiyokawa et al.,1998；Smith et al., 1998)。盆地內有多期次花崗類侵入巖，規(guī)模最大的是Peawah花崗閃長巖，另有一些小規(guī)模的枝狀基性-超基性巖(Smithies et al.,2004)。

圖1 中Pilbara克拉通Mallina盆地地質構造綱要圖(據(jù)Bierwirth et al., 2002修改)1-Fortescue群；2-Sherlock侵入巖帶及Millindinna混合巖；3-Whim Creek群和Bookingarra群；4-De Grey群；5-Mallina組；6-Constantine組；7-Cleaverville組；8-Pilbara Well綠巖帶；9-Opaline Well花崗巖；10-Satarist花崗巖；11-Portree花崗混合巖；12-Peawah花崗閃長巖；13-Harding花崗混合巖；14-Caines Well花崗混合巖；15-Yule花崗混合巖；16-花崗巖帶；17-綠巖帶；18-剪切帶；19-金礦點Fig. 1 Outline map of geological structure of Mallina Basin, Middle Pilbara Craton(modified from Bierwirth et al., 2002)

Whim Creek綠巖帶主要分布于Mallina盆地西北部，通過Louden斷層與Mallina組呈斷層接觸，綠巖帶上部為Bookingarra群，以含大量火山碎屑物為主要特征，下部為以長英質-鎂鐵質火山巖為主要巖性的Whim Creek群(Horwitz，1990；Barley et al.,1994；Pike et al.,2002)。Mallina盆地東部和南部主要地層為Mallina組和Constantine組：Mallina組主體巖性為低變質互層狀細—中粒雜砂巖和頁巖，下部Constantine組多為分選性差的中—粗粒長石石英砂巖及雜砂巖，并含有較厚的礫巖層，多見磨圓度中等卵石大小的燧石和科馬提巖巖屑。2組地層均反映淺海扇相沉積環(huán)境，但Mallina組沉積速率相對緩慢。

Mallina盆地共經(jīng)歷了3期次較大的變形作用(Krapez et al., 1998; Van Kranendonk et al., 1998，2007；Kiyokawa et al.,1999)：第一期變形作用(D1)為區(qū)域性南北向擠壓，形成近直立的東西向傾伏褶皺F1及板狀劈理S1，但構造痕跡保留很少，僅見于F2褶皺樞紐個別部位；第二期變形作用(D2)為東西向擠壓，形成大規(guī)模分布的向北傾伏的褶皺帶F2，在盆地西部一些背斜核部暴露的Constantine組砂巖和下伏Cleaverville組中保留了較好的構造痕跡；第三期變形作用(D3)為北東向和南西向擠壓作用，形成東北東方向近直立褶皺帶F3和褶劈理S3，橫貫盆地的東西向Mallina剪切帶也同期形成。Mallina剪切帶以一系列劇烈褶皺及受剪切作用變質程度較低的變沉積巖為主要特征，呈現(xiàn)斷裂帶南側整體向上錯動的跡象，是盆地基底構造活動再次活躍后在地表作用呈現(xiàn)的結果(Smithies et al.,1999)。

Mallina盆地內的金礦化活動非常活躍，主要有3種類型：① 與黃鐵礦-絹云母-碳酸鹽蝕變密切相關的脈型金礦化；② 與葉蠟石蝕變相關的脈型金礦化；③ 脈型銻金礦化。此外，還有一些小型的具有典型淺成熱液特征的礦化脈體分布于盆地中西部(Huston et al.,2002;Jaques et al.,2002)。

2 Withnell礦床特征

Withnell金礦床是Mallina盆地內最大的金礦床，位于Mallina剪切帶北側，礦體賦存于Mallina組砂巖、雜砂巖及頁巖中，屬于第一種金礦化類型，是典型的賦存于濁積巖中的構造控礦型金礦(Cox et al.,1995；Grove et al.,1998；Ramsay et al.,1998; Blewett et al.,2002；Bagas et al.,2008)，其地質與構造特征極具代表性。

Withnell礦床分南北2個礦化帶，控制深度約250 m，平均品位2 g/t。北礦化帶控制長度約1 300 m，寬50～100 m，礦體厚1～50 m，平均厚10 m；南礦化帶控制長度>400 m，寬30～50 m，礦體一般厚5～20 m，平均厚10 m。礦體多為各類脈體，東西走向，產(chǎn)狀約185°∠66°～90°，呈似層狀、透鏡狀，具分支復合特征。北礦化帶近地表處2條規(guī)模較大的礦體在100 m以下深部會聚成1條較厚大的礦體，南礦化帶深部100 m以下延伸較差。此外還有一些次級礦體，由一系列南北走向的陡傾石英脈組成，規(guī)模不大，品位最高達40.7 g/t。

礦床內的礦化脈體可分為4種類型(Bierwirth et al.,2002)，此次研究進一步劃分為4類主要礦化脈體和3種次要礦化脈體。分布較多的4類主要礦化脈體為：① 小于5 mm寬的纖維狀石英方解石脈，多呈撓曲及鋸齒狀結構；② 粗顆粒梳狀石英脈，寬2～3 cm；③ 呈不規(guī)則短粗狀形態(tài)的方解石型脈； ④ 含黃鐵礦的石英方解石脈體，寬0.2～3 cm(圖2a)。分布較少的3種礦化脈體為絲帶狀石英脈、雁列張性石英脈、含孔洞碎屑脈體(圖2b)。

圖2 鉆孔巖芯樣品照片(鏡頭方位向西)(a) 向南傾含黃鐵礦石英方解石礦化脈；(b) 向南傾含黃鐵礦孔洞碎屑脈體Fig. 2 Photos of drilling core samples with the lens facing west(a) south-inclining mineralized veins of quartz calcite containing pyrite; (b) south-inclining pyrite-bearing cave-clastic veins

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，第四類含黃鐵礦石英方解石脈分布較廣泛，占工業(yè)礦體的75%左右，且樣品品位均較高。其中,10件代表性樣品光片鑒定結果(圖3)顯示:① 5件氧化礦代表性樣品中，金顆粒共10處且全部包含在針鐵礦內(圖3a、b)，針鐵礦大部分為黃鐵礦氧化形成；② 5件原生礦代表性樣品中，金顆粒共7處且全部包含在相互獨立的顆粒狀黃鐵礦內(圖3c、d)，表明黃鐵礦與金的富集關系密切，通常Au品位較高的礦化區(qū)的黃鐵礦體積分數(shù)>1%，而在非礦化區(qū)則迅速跌至極微量背景值(≤0.1%)，這也驗證了黃鐵礦與金富集之間的正相關性。根據(jù)礦化脈體分布的廣泛性及黃鐵礦化與金礦化的正相關性，第四類脈體(即含黃鐵礦的石英方解石脈體)是Withnell礦床主礦化脈體類型。

圖3 巖芯樣品光片鑒定照片(a)、(b) 針鐵礦中的顆粒金；(c)、(d) 黃鐵礦中的顆粒金Fig. 3 Photos of core samples photogrammetry identification(a), (b) granular gold in goethite; (c), (d) granular gold in pyrite

除黃鐵礦外，通過礦相分析和XRD測試發(fā)現(xiàn)主礦化脈體的礦石和蝕變組合相對簡單，主要礦物為石英、方解石、絹云母、長石和綠泥石，含少量毒砂、金紅石、黃銅礦、銀金礦、方鉛礦、閃鋅礦和黝銅礦。礦石結構有半自形—他形粒狀結構、自形—半自形粒狀結構、他形粒狀結構、殘余結構、碎裂結構等。礦石構造主要有浸染狀構造、脈狀網(wǎng)脈狀構造、角礫狀構造和揉皺狀構造。礦區(qū)內主要圍巖蝕變類型可見硅化、片理化及糜棱巖化、碳酸鹽化、黃鐵礦化、綠泥石化和絹云母化，其中，硅化沿礦化帶普遍發(fā)育，糜棱巖化多沿剪切帶內斷層發(fā)育，黃鐵礦化是主要找礦標志之一，蝕變強度向深部增強，總體受剪切帶控制，呈東西向展布。

3 Mallina剪切帶對Withnell礦床主礦化脈體的控礦作用

Withnell礦床內礦化體類型多樣，地層呈現(xiàn)顯著的韌性剪切特征，礦床處于構造作用復雜的區(qū)域，前人對礦床的控礦構造研究較淺，認為礦體受到斷裂控制，故前期的勘查多在追索中淺部斷裂構造(Range River Gold Ltd., 2005)。此次研究使用DIPS軟件整理分析近2 000組構造元素數(shù)據(jù)，重新梳理構造與主礦化脈體的關系。

針對Mallina剪切帶對金礦化的構造控礦作用，實測剪切帶內層理、褶劈理S3、褶皺、斷層、裂隙和脈體共597組構造產(chǎn)狀，采用DIPS軟件生成各產(chǎn)狀的散點投影圖。數(shù)據(jù)分析結果顯示，剪切帶內層理產(chǎn)狀(圖4a)與褶劈理S3(圖4b)近平行，以南北傾向為主，層理主產(chǎn)狀方向為340°∠81°，褶劈理S3主產(chǎn)狀方向為348°∠83°；斷裂(圖4c)、裂隙(圖4d)及各類脈體(圖4e)產(chǎn)狀各異，沒有明確的主體產(chǎn)狀方向。地表所見脈體多為煙青色、乳白色石英脈，少見礦化脈體，僅測得3組含黃鐵礦石英方解石脈產(chǎn)狀，方向約348°∠88°。斷裂的規(guī)模很小，僅實測了斷層面延伸在1 m以上的斷裂18處，以往在該礦區(qū)地表亦未見規(guī)模較大的斷裂構造(Opus Exploration Pty Ltd.,2005)。

對Withnell礦床內27個有定向的金剛石鉆孔進行巖芯構造編錄統(tǒng)計，獲取1 129組構造產(chǎn)狀數(shù)據(jù)，除主礦化脈體產(chǎn)狀外，還實測了層理、褶劈理S3及斷裂或裂隙3類構造的產(chǎn)狀，采用DIPS軟件處理生成立體投影等值線密度圖，進而統(tǒng)計出各類構造的主產(chǎn)狀方向(表1)，礦化帶中各類構造元素均呈現(xiàn)近直立且近南北向的特征。

對比分析圖4及表1發(fā)現(xiàn)，巖芯測得的褶劈理S3產(chǎn)狀與地表所測結果一致，與層理產(chǎn)狀平行，與Mallina剪切帶呈現(xiàn)出同樣的地表特征。同時，褶劈理S3與主礦化脈體亦呈近平行狀態(tài)；斷裂、裂隙主體產(chǎn)狀與主礦化脈體及層理多為向切關系，部分次級斷裂與主礦化脈體近平行。

圖4 構造產(chǎn)狀散點投影圖1-1組產(chǎn)狀；2-2—5組產(chǎn)狀；3-6—9組產(chǎn)狀；4-10—13組產(chǎn)狀；5-14—17組產(chǎn)狀；6-18—21組產(chǎn)狀；7-22—25組產(chǎn)狀；8-26—29組產(chǎn)狀；9-30—33組產(chǎn)狀Fig. 4 Scatter projection of structural occurrences(a) scatter projection of bedding occurrence; (b) scatter projection of cleavage occurrence; (c) scatter projection of fault occurrence; (d) scatter projection of fissure occurrence; (e) scatter projection of vein bodies

表1 構造元素主產(chǎn)狀方向統(tǒng)計Table 1 Statistics of main occurrence direction of structural elements

礦化體圍巖中的典型剪切結構多含石英-方解石脈體，但缺少黃鐵礦，表現(xiàn)出北側向上錯動的跡象(圖5a)；在礦化帶內部，向南陡傾的剪切結構中有明顯的南側向上錯動跡象(圖5b)，這與Mallina剪切帶主體位移方向一致。其中，向南陡傾的主礦化脈體中一些黃鐵礦細脈的走向與褶劈理S3基本一致，且大量黃鐵礦的齒狀壓力影均表明黃鐵礦化與褶劈理S3同期形成(Large et al.,2020)；主礦化脈體與向南陡傾的剪切結構呈互相切割，表明主礦化脈體與剪切構造屬同期發(fā)生(圖2a)；高品位金礦化多發(fā)生在此類含黃鐵礦的近直立、向南陡傾脈體的集中區(qū)域，當此類脈體分布稀少或脈體產(chǎn)狀呈向北陡傾時，金礦化作用顯著降低。

圖5 鉆孔巖芯樣品照片，鏡頭方位向西(a) 向北傾的無礦化石英細脈受剪切構造影響，北側向上錯動并切穿早期形成的石英方解石脈體；(b) 巖芯中S-C組剪切結構顯示南側向上錯動跡象Fig. 5 Photos of drilling core samples with the lens facing west(a) the northern side of the northern-dipping mineral-free quartz stringer dislocated upwards by shear structure and cutting through the early quartz calcite; (b) the southern side of the S-C shear structure of the core sample showing upward dislocation

4 勘查方向

以往對Withnell礦床的普查多以斷裂控礦為找礦方向，但結合地表及巖芯構造元素分析發(fā)現(xiàn)，主礦化脈體與斷層無顯著相關性，主產(chǎn)狀方向缺乏一致性，巖芯編錄未發(fā)現(xiàn)沿斷裂發(fā)育的大規(guī)模脈體；主礦化脈體產(chǎn)狀與褶劈理S3產(chǎn)狀高度一致，與金礦化密切相關的黃鐵礦化與褶劈理S3同期生成，且礦化帶內南側向上錯動的剪切結構與Mallina剪切帶的錯動一致。通常情況下，近直立、向南傾的剪切構造或斷裂構造南側發(fā)生向上錯動時會形成擴張性區(qū)域，此類張性構造多為金礦化有利區(qū)。

綜上認為，主礦化脈體賦存于向南陡傾的剪切結構內，其控礦構造為Mallina剪切帶D3期構造活動發(fā)育的剪切構造，褶劈理S3為其構造指示標志。這種構造控礦特征與區(qū)域上的McPhees金礦床具有相似性(圖1)，該金礦具有顯著的D3期構造變形控礦特征(Baker et al.,2002,2004)。

Withnell礦床未來的勘查方向應由斷裂構造轉變?yōu)橐择夼鞸3發(fā)育較好的向南陡傾的剪切構造，研究近直立、向南陡傾的含黃鐵礦石英方解石脈。

5 結 論

構造元素的數(shù)據(jù)處理可清楚展示多種構造之間的關系，在新礦區(qū)勘查工作之初有助于掌握礦體與構造元素之間的聯(lián)系。

(1) 確立了Withnell金礦床主礦化脈體類型為含黃鐵礦的石英方解石脈體。

(2) 對巖芯及地表露頭的構造元素進行實測編錄，掌握了礦區(qū)各類構造元素的產(chǎn)狀特征。

(3) 通過DIPS軟件匯總各構造元素產(chǎn)狀信息，厘清了主礦化脈體與構造元素的相關性，明確了主礦化脈體與S3劈理結構的相關性。

(4) 該區(qū)找礦方向應由斷層為主要找礦構造轉為以褶劈理S3發(fā)育較好的向南陡傾的剪切構造，目標礦脈為近直立、向南陡傾的含黃鐵礦石英方解石脈，該找礦思路為Withnell礦床及Mallina剪切帶周邊同類金礦點下一步詳查工作提供了新的方向。