坦桑尼亞ML553金礦床地質特征及成因探討

楚明春, 曹義甲, 冉 釗

(河南省地質礦產勘查開發局 第二地質礦產調查院,河南 鄭州 450000)

ML553金礦床位于坦桑尼亞維多利亞湖東部,處于坦桑尼亞環維多利亞湖八大綠巖帶之一的馬拉—穆索馬(Mara-Musoma)綠巖帶上[1](圖1)。綠巖帶型金礦是指產在花崗綠巖帶地質構造背景上,在綠巖帶形成、演化及改造過程中由不同階段金成礦作用形成的一系列金礦床的總稱。通過ML553金礦床的預查、普查、詳查、勘探等工作,對礦體地質特征、控礦因素、礦化賦存規律等有了較完整的認識。本文重點闡述了該金礦床地質特征、礦床成因類型,對礦體深邊部預測提供了依據,為礦山的可持續開發提供了理論基礎。

1 礦床地質特征

1.1 地層

礦區內出露地層較為簡單,主要為太古宙尼安薩系(Nyanzian System)綠巖地層,巖性主要為變安山質凝灰巖、變長英質凝灰巖及變安山質熔巖,所有地層均有一定程度的變質,變質級別為綠片巖相。

1.2 礦石類型

根據礦體特征、礦石組構特征和成礦作用方式,將礦石類型分為黃鐵絹英蝕變巖型和含金硫化物石英脈型2種。分別描述如下:①黃鐵絹英蝕變巖型(見圖2)。由中酸性流體侵入剪切帶經中溫熱液交代作用形成。主要由絹云母、石英、黃鐵礦及碳酸鹽礦物等組成。巖石一般為淺灰色,偶見氧化為紅褐色,具鱗片變晶結構和碎斑結構,塊狀構造和條帶狀構造。礦石礦物主要為團塊狀、透鏡狀集合體黃鐵礦構成。主要的蝕變類型有黃鐵礦化、絹云母化、硅化、綠泥石化、綠簾石化、碳酸鹽化和褐鐵礦化。其中次生礦物絹云母、綠泥石和碳酸鹽巖受塑性變形影響常呈絲帶狀及不規則條紋狀;綠簾石常呈黃綠色粒狀,透明—半透明。以交代作用方式成礦為主。②含金硫化物石英脈型(見圖3)。主要由石英組成,其含量為50%～95%,黃鐵礦含量1%～15%。巖石一般為灰白色,具碎裂結構,角礫狀構造。礦石礦物主要為網脈狀石英脈中的黃鐵礦,含金黃鐵礦呈細脈狀和致密浸染狀分布于石英細脈中。黃鐵礦是最主要的硫化物,其次還有磁黃鐵礦、毒砂、白鐵礦和黃銅礦等。主要的蝕變類型為硅化。與圍巖界線清楚,以充填方式成礦為主。礦區礦石類型以黃鐵絹英蝕變巖型為主,次為含金硫化物石英脈型。

圖1 維多利亞湖太古界綠巖帶分布圖Fig.1 Distribution map of the greenstone belt of VictoriaLake in the Archean1.蓋層部分剝蝕并顯露出綠巖;2.布科班沉積物;3.巖漿巖;4.綠巖帶;5.花崗巖類巖石(未分化);6.主要剪切帶;7.裂谷斷層。

圖2 黃鐵絹英蝕變巖(絹云母呈片狀產于黃白色碳酸鹽中)Fig.2 Yellow iron sericite alteration rock

礦石礦物主要為黃鐵礦、毒砂,脈石礦物主要為方解石、石英、綠泥石、絹云母、綠簾石和石墨。主要氧化礦物為褐鐵礦。金礦物主要是游離自然金,多呈細粒狀及細脈狀產出在黃鐵礦裂隙及氧化后的金屬氧化物殘留顆粒中,呈包含金產出。其中金在含暗灰色(呈暗灰色的原因為黃鐵礦顆粒呈微細粒級,致接近于條痕的顏色)黃鐵礦及毒砂共存的黃鐵絹英蝕變巖中最為富集,通常品位>10 g/t。

圖3 含金黃鐵礦石英脈Fig.3 Gold containing pyrite-quartz veins

2 礦化期、礦化階段

環坦桑尼亞維多利亞湖綠巖帶金礦床形成于太古宙時期,成礦的絕對年齡在26億～27億年之間[2]。本礦區金礦形成于太古宙綠巖帶內的中溫熱液成礦期。

根據熱液的演化、構造裂隙的階段性脈動及化學分析結果將本區的中溫熱液脈狀金礦床分為四個礦化階段,從早到晚依次是:Ⅰ含稀疏黃鐵礦石英脈充填—Ⅱ團塊狀黃鐵礦—Ⅲ細脈狀、致密浸染狀黃鐵礦—Ⅳ碳酸鹽。各階段均有金的聚集,但主要分布在Ⅱ、Ⅲ階段。Ⅰ階段:主要為硅質熱液的充填作用,黃鐵礦主要呈星散狀分布于石英脈中,多呈自形—半自形粒狀,粒徑0.1～2 mm,淺銅黃色。金主要分布于石英脈和黃鐵礦裂隙中,礦化較弱。蝕變類型主要為硅化;Ⅱ階段:受構造活動的影響,早期的石英脈及原巖破碎成角礫及透鏡狀,并被富含黃鐵礦熱液充填。黃鐵礦多呈透鏡狀、團塊狀產出,微細粒,集合體常呈暗灰色,淺銅黃色;Ⅲ階段:受構造活動影響,細脈狀黃鐵礦石英脈穿切前期形成的團塊狀黃鐵礦及石英脈,有時形成張剪性節理,細脈狀黃鐵礦石英脈沿主干剪節理及派生張節理發育。黃鐵礦呈微細粒,淺銅黃色。Ⅱ、Ⅲ階段為富礦階段。伴隨有CO2、K、S和H2O的大量帶入,以及硅的帶入和再分配,造成強烈且廣泛發育的圍巖蝕變。蝕變類型主要為硅化、絹云母化、綠泥石化、綠簾石化,次為陽起石化和葉臘石化;Ⅳ階段:處于礦化階段晚期,圍巖發生碳酸鹽化,因含有Mg,Fe雜質而多呈黃白色。來源主要為圍巖蝕變,發生交代和重結晶作用。碳酸鹽主要呈不對稱條帶狀及條紋狀平行礦脈或交切礦脈,且未被后期脈體交切或切斷,故為礦化期的最晚期,礦化最弱,僅偶見少量星散狀黃鐵礦。蝕變類型主要為碳酸鹽化。

綜上所述,在剪切帶的變質、變形作用過程中,流體與巖石的相互作用主要表現為:剪切帶中的變質作用、鉀交代作用、脫硅作用、碳酸鹽化作用、以及長英質條帶及硅質條帶的生成等。本區的礦床類型即是后生礦床,又是疊生礦床。黃鐵絹英蝕變巖型礦石貫穿整個礦化階段,含金黃鐵礦硫化物型主要包含Ⅰ、Ⅲ階段。各個階段的演化如圖4-9所示。

圖4 Ⅰ階段形成的含稀疏黃鐵礦石英脈Fig.4 Ⅰstage formation of sparse pyrite quartz veins

圖5 Ⅱ階段形成的塊狀黃鐵礦膠結Ⅰ階段形成的角礫狀及透鏡狀石英(Ⅱ階段未被Ⅲ、Ⅳ階段構造作用所破壞)Fig.5 Ⅱ stage formation of massive pyrite cementationⅠ stage formation of breccia and lenticular quartz

3 礦床的分帶性

根據蝕變元素的分布和礦床的空間特性,將礦床蝕變類型分為4個帶。由礦體中央向兩側依次為:①硅化帶,分部在礦體中部,主要為Ⅰ階段的硅質熱液充填形成。受后期階段性構造影響,硅化帶多由塊狀碎裂成角礫狀,次棱角狀,透鏡狀,眼球狀;②石英—絹云母帶,緊臨硅化帶,主要受Ⅱ、Ⅲ階段熱液中K的帶入和再分配的影響,發生較強的絹云母化;③石英—碳酸鹽帶,受熱液高溫作用,圍巖中的碳酸鹽發生熔融和重結晶現象,呈黃白色片狀及沿裂隙呈不規則條帶狀;④綠泥石—綠簾石帶,受熱液交代影響形成的圍巖蝕變帶。在伴有動力破碎的后退變質作用中,Ca從斜長石、輝石及角閃石中析出而形成綠簾石。輝石及角閃石等暗色礦物發生綠泥石化。具體分帶剖面圖如圖10所示。

圖6 Ⅱ階段形成的塊狀黃鐵礦被Ⅲ階段的石英脈所穿切Fig.6 Ⅱ stage formation of massive pyrite by Ⅲ stageof the quartz vein through the cut

圖7 Ⅰ階段形成的石英脈及Ⅱ階段形成的塊狀黃鐵礦被Ⅲ階段形成的細脈狀黃鐵礦石英脈所穿切Fig.7 Ⅰ stage of the formation of quartz veins and Ⅱ stage formation ofmassive pyrite by Ⅲ stage formation of fine vein pyrite quartz veinthrough the cut

圖8 Ⅳ階段的條帶狀碳酸鹽交切Ⅲ階段的細脈狀黃鐵礦石英脈,呈不對稱條紋狀充填于裂隙中Fig.8 Ⅳ stage of the striped carbonate cross-phase Ⅲ stage of thevein-shaped pyrite quartz veins with asymmetric stripes filled in the cracks

圖9 以Ⅳ階段的碳酸鹽(圖中黃白色)為主,僅含少量星散狀黃鐵礦Fig.9 Mainly carbonate in Ⅳ stage (yellow and white in the map),only a small amount of scattered pyrite

圖10 礦床的巖性分帶特征Fig.10 Characteristics of lithologic zonation of deposit1.探槽;2.淺井;3.鉆孔;4.殘坡積物;5.硅核;6.石英—絹云母帶;7.石英—碳酸鹽帶;8.綠泥石—綠簾石帶;9.硅化—碳酸鹽帶(基巖);10.金礦脈;11.石英閃長巖脈;12.輝綠巖脈。

4 礦床成因

4.1 成礦物質來源

本區金礦床賦存于太古宙綠巖帶中,已有研究資料表明太古宙綠巖帶中的超鎂鐵質、鎂鐵質火山巖其原始含金量較高,而且其中常含有相當量的易釋放金,這些易釋放的金在巖漿演化過程中、在巖流噴出海水、與海水交換反應時及在區域變質作用中會釋放出來。

圖11 ML553平面圖Fig.11 ML553 plan

圖12 受斷層影響所形成的礦體立體模型圖Fig.12 Schematic diagram of the ore body formed by the fault

結合區域金礦床成礦特征,認為成礦元素金主要來源于深部基性、超基性巖體。

綠巖帶與花崗巖體關系較為密切,構成花崗綠巖地質體。礦區所在的馬拉—穆索馬綠巖帶中巖漿活動強烈,呈多期活動特點,巖漿活動伴隨的巖漿熱液是成礦流體的主要來源。綠巖帶普遍受區域變質作用影響,變質程度達到綠片巖相,區域變質作用產生的變質流體也是成礦流體的重要來源。

礦區位于馬拉—穆索馬花崗綠巖帶中西部,礦區南北部均為花崗巖體產出,距離5～8 km。這些花崗巖體均為造山后期花崗巖,其巖漿侵入活動不僅提供強大的熱動力條件,還提供豐富的熱液,是成礦流體主要來源[3]。

4.2 構造控礦作用

礦區金礦體均賦存于剪切構造破碎帶中,礦體空間分布狀態嚴格受構造破碎帶產狀控制。剪切構造帶既是成礦流體運移通道,也是容礦構造。成礦流體在構造帶運移過程中,交代早期構造巖,并在構造帶有利部位富集成礦。礦區內構造活動復雜,剪切斷裂構造帶較為發育,呈現出不同性質、不同期次和不同規模的構造帶相互交織、分枝復合,為成礦物質的活化、遷移和聚集提供動力、通道及儲集空間,從而控制著礦體的產狀、形態和規模。綜上所述,通過礦區成礦物質和成礦流體來源、構造、巖漿巖及礦化蝕變特征分析,認為其礦床成因類型為變質—熱液型金礦床。

4.3 后期斷層的破壞作用

礦床形成之后,后期受近平行的兩條北西向的斜向斷層所錯斷,平面圖如圖11所示。

宏觀方面由于礦脈受的應力的大小不同,作用深度不同發生了非均勻的形變。微觀方面,由于同一巖石層理或者次生面理的發育而造成巖石力學性質的各向異性,在受外力作用時發生彎曲變形。后期的右行平移斷層錯斷礦體,導致礦體的中斷以及提高礦床的復雜性,又因為作用深度及作用力的不同,導致礦體的位移和傾角的不同。通過工程驗證,傾角向深部變緩,總體呈鏟狀或犁式。礦體與圍巖為漸變過渡關系,常有分支、復合、尖滅、再現等現象,局部地段可見膨脹狀富礦體。了解了礦體的深部賦存形態,可以為后期礦床的開采提供指導作用。示意圖如圖12所示。