印度尼西亞蘇拉威西島北部Buol 縣砂金礦地質特征及成因淺析

魏翔宇，趙延朋，康鐵鎖，盧見昆，陳何，楊人毅，史琪

(中國有色桂林礦產地質研究院有限公司，廣西 桂林 541004)

0 引言

砂金礦是一種沉積類型貴金屬礦床，具有易找、易采、易選的特點，普遍受到世界各國重視(張立仁等，1991)。我國砂金產量約占全國金總產量15%(朱奉三，1989)，砂金礦床(點)在我國大部分省份均有分布。近幾十年來，我國砂金研究主要圍繞砂金物質來源(周坤和張宏穎，2004)、砂金形成條件(賈保江和廖忠禮，2002；李忠憲，2009)、成礦模式(劉國海等，1993)、砂金分布規律(吳新和林世敏，1992；周江羽和劉常青，1997)、砂金成因(俞鳴同，2000；黃仲權和史清琴，2001)、成礦過程(伍連東，2017)，砂金與風化殼的關系(宋長春和張寶林，1997)等方面展開，但對于國外特別是印度尼西亞蘇拉威西地區砂金報道相對較少。

通過考察蘇拉威西島Boul 縣砂金礦發現，越靠近底板，砂金礦品位越低，與我國典型砂金礦“上貧下富”存在明顯差異。為更好解釋該現象，筆者對砂金原生金礦礦體特征、成礦規模、成礦類型和剝蝕淋濾程度等方面綜合分析，結合河谷砂金現場淘洗和試生產情況，以期查明該區砂金礦體規模，品位和分布規律，總結砂金礦成礦特征和礦床成因，為在該地區尋找砂金礦提供一定借鑒意義。

1 地質概況

1.1 區域地質特征

蘇拉威西島位于印度尼西亞群島的中心，礦床的大地構造位置為歐亞板塊、印度—澳大利亞板塊和菲律賓板塊聚合部的島弧帶，屬蘇拉威西—菲律賓銅-金-鎳-鉛鋅多金屬成礦帶的中部，大地構造環境為火山巖漿巖弧(圖1a)。蘇拉威西島位呈K 字形展布，受大規模構造巖體和逆沖斷層分割，按構造地質單元可將其劃分為北蘇拉威西火山弧、西蘇拉威西巖漿帶、中蘇拉威西變質帶、東蘇拉威西蛇綠巖帶、邦蓋—蘇拉(Banggai-Sula)和土康貝西(Tukang Besi)大陸殘塊增生帶(圖1b)(Hennig et al.，2017)。其中北蘇拉威西火山弧帶主要是由中新世晚期到現代與俯沖作用相關的火山弧組成，基底主要是基性火山巖，其下可能是洋殼(Kavalieris et al.，1992)。若按所處的地理位置可分為北支、南支、東支、東南支和中蘇拉威西(圖1c)(Nugraha and Hall，2018)。

圖1 蘇拉威西地質圖及區域劃分(據Hall and Wilson，2000 修改)

蘇拉威西在中生代開始活躍，蘇拉威西島西部分布著與俯沖作用有關的白堊紀變質巖。始新世(大約45 Ma)，澳大利亞開始俯沖，形成了從蘇門答臘島—爪哇島—蘇拉威西島—太平洋西部條帶狀火山巖；蘇拉威西海大約在47 Ma 開始擴張，持續了大約8 Ma，與西菲律賓海相連；同時期，蘇拉威西因弧后裂谷作用從巽他大陸中裂開，形成了望加錫海峽(Makassar Straits) (Hall，1996)。晚漸新世(～24 Ma)，蘇拉威西島經歷俯沖作用形成了現今蘇拉威西島的原型。在中新世早期，澳大利亞板塊和巽他大陸板塊碰撞，東蘇拉威西發育大量的蛇綠巖，南支與東南支裂開形成了Tomini 海灣，北支與東支裂開形成Bone 海灣盆地。新第三紀，蘇拉威西島發生了包括延伸作用、陸塊旋轉和平移斷層在內的復雜運動，區內大量中—基性火山巖噴發，局部中性巖漿熱液侵入，形成銅金礦、淺成熱液金—銀礦和砂金礦等礦床。上新世—第四紀，經歷多次間歇性緩慢上升，使物源區不斷高于侵蝕基準面，長期接受風化剝蝕，加之氣候溫暖濕潤，物理和化學風化剝蝕強烈，含金母巖崩解和松散，金從母巖中剝離和搬運，在河谷適當的區域存儲富集，形成砂金礦。

1.2 礦區地質特征

Boul 縣位于北蘇拉威西火山弧西北部，出露地層主要有中新統dolokapa組(Tmd)、中新統Boliohuto 閃長巖、上新統Bumbulan 花崗巖(Tpb)、上新統wobudu組(Tpwv)、上新統—更新統lokodidi組(TQls)和第四系沖積層(Qal)(圖2)。其中Boliohuto 閃長巖和dolokapa組(Tmd)與金礦及銅金礦密切相關，Boliohuto 閃長巖和花崗閃長巖主要分布在Matinan 金礦和Paleleh 金礦附近。dolokapa組(Tmd)是中—基性火山熔巖、火山碎屑巖和陸源碎屑巖組合，其火山熔巖及火山碎屑巖主要巖性為安山質—玄武質熔巖、凝灰巖和火山角礫巖；碎屑巖為雜砂巖、粉砂巖、泥巖和礫巖。上新統Bumbulan花崗巖(Tpb)主要分布在Boul 縣西南角，巖性包括花崗閃長巖、花崗巖，閃長巖和二長花崗巖。上新統wobudu組(Tpwv)為單一的火山碎屑巖和中—基性火山碎屑熔巖。lokodidi組(TQls)是以礫巖、砂巖、砂礫巖、凝灰質砂巖、凝灰巖、泥巖和黑色頁巖為主的濱淺湖相碎屑沉積巖。砂金礦主要賦存于第四系沖積層(Qal)，由砂巖、泥巖、黏土、礫巖和卵石等組成。

圖2 Boul 縣區域地質圖(據北蘇拉威西地質圖Tolitoli 幅和Tilamuta 幅修改)

2 礦床地質

2.1 礦體特征

Boul 縣地區水系較發育，河流走向和區域斷裂方向較為一致，主要呈NW 向，如Sungai Matinan、Sungai Labuton 和Sungai Bodi 等，局部河流近NE向，如Sungai Boul 和Sungai Alimbungan。通過在不同河流地段采樣、淘洗和試生產等方式，大致查清砂金礦體主要集中在河流一級階地，少量分布于河床和河漫灘。含礦巖層總體呈松散—半固結狀的砂礫巖，以含大量巨礫石為特征。階地和河漫灘中礫石含量60%～80%，砂含量8%～20%，泥含量5%～15%。河床內礫石含量70%～90%，高礫石含量與河流搬運距離短和河流較年輕有關。礦體呈條帶狀沿河流間斷式分布，最長礦體可達3～4 km。礦體與含巨礫砂巖層呈過渡關系，二者界線不明顯。金粒大小不一，品位0.1～5 g/m3。橫向上看，階地和河漫灘迎水面金品位高，品位在1～5 g/m3，背水面品位較低，品位0.3～3 g/m3。礦體垂向上，階地礦體主要在地表之下2～8 m，局部礦體厚度可達15 m。河谷底板是玄武巖，越靠近底板，礦體品位越低(圖3)，與我國典型砂金礦“上貧下富”有所不同。

圖3 Sungai Matinan 河地質剖面圖

2.2 礦石類型及物質組分

砂金中金主要呈粒狀和片狀，個別呈新月狀、橢圓狀、腎狀和長柱狀等。金粒表面凹凸不平，顏色以金黃色為主，個別呈淺金黃色。據不完全統計，砂金粒度比例分配為:＜0.5 mm 占10%～20%；0.5～1 mm 占10%～15%；1～2 mm 占20%～35%；2～3 mm 占20%～30%；＞3 mm 占5%～15%；最大金粒徑為20 mm ×10 mm ×2 mm。與砂金共生礦物有磁鐵礦、褐鐵礦、鏡鐵礦、黃鐵礦和少量石榴子石、鋯石和榍石等。

3 砂金分布規律

總結砂金分布規律是尋找和開采砂金礦的前提，砂金分布受地貌和水動力影響較大。通過考察發現，Boul 縣河流僅發育一級階地，砂金主要賦存于河流上游和中游地區。在河流下游地區，由于搬運距離遠，金主要以細粒金和隱粒金等方式存在，金品位低且不易回收。

3.1 河流上游

河流上游地區由于地勢較陡，金只有在合適的位置才易于沉積堆積形成砂金，主要富集于:(1)河流由窄變寬，水動力減弱，易于沉積堆積；(2)在河流拐彎處，由于流水的螺旋單向環流沖蝕凹岸，在凸岸形成“胃口袋”易于砂金富集；(3)兩條支流匯合處，易在河流匯合處河流外側富集；(4)河流受堅硬巖石阻擋，背水面由于環流作用產生富集，迎水面亦可少量堆積且金粒相對較大；(5)河流游經陡坎形成瀑布，瀑布下形成沖刷凹地或相對平坦地區砂金易富集(圖4)。

圖4 沖(洪)積型砂金礦易聚集位置示意圖

3.2 河流中游

河流中游地區，河床變寬，水動力減弱，易于沉積堆積，是砂金主要富集區。在Boul 地區砂金主要分布于階地、河漫灘和河床，具體富集于:(1)支流與主流匯合處或兩條河流匯合呈“Y”型匯合處，易在匯合處河流外側富集；(2)河流凸岸形如“胃口袋”的內側易于砂金富集；(3)河床坡度由陡變緩部位或者河床中堅硬河床突出部位，水勢能減弱，易形成厚層堆積。

4 成礦地質條件分析

4.1 成礦特征

河床中可見含黃銅礦、輝鉬礦、斑銅礦、輝銅礦、藍銅礦、孔雀石、褐鐵礦和黃鐵礦等金屬礦物的礫石(圖5a～c)，表明砂金源區可能主要來于山上含金地質體。砂金礦總體呈現“金源豐富”、“新”、“近”、“短”的特點。“金源豐富”表現在侵入巖的成分與許多其他島弧斑巖系統相似，具有高金含量的特征(Sillitoe，1990)；礦床含金資源量巨大，如Bulagidun 斑巖型銅金礦資源量超過14.4 Mt(Cu 0.61%、Au 0.68 ×10-6)(Lubis et al.，1994)。同時該地區金礦成礦類型多樣，有斑巖型銅金礦(Bulagidun)、石英脈型金多金屬礦(Matinan 5 和Bodi)、構造蝕變巖型金礦(Matinan 6)和矽卡巖型金礦等(圖2；圖5d～i)。“新”主要指成礦時代新，含礦地層中安山巖年齡(9.4 ±0.47)Ma，成礦年齡(8.75 ±0.44)Ma(Lubis et al.，1994)，表明成礦作用發生在火山作用后不久，砂金形成時期不早于中新世。“近”表現為砂金礦離礦源近，砂金源區含金礦體剝蝕程度較低，金大多數保留在原地或被搬運到距離較近的山麓地區，部分被帶到河流中，形成現今砂金礦。“短”主要指砂金礦成礦過程短，河流僅發育一級階地，說明河流總體較年輕；其次砂金主要賦存于階地地表之下2～8 m，越靠近底板，礦體品位越低，表明砂金富集時間較短。

圖5 礦床類型及礦化特征

4.2 礦床成因

含砂金河流主要有Sungai Matinan、Sungai Labudun 和Sungai Bodi，砂金分布在河流的上游和中游地區，主要賦存于河流一級階地和河漫灘中，部分發育于河床和上游山麓緩坡中。按砂金礦產出位置認為Boul 地區砂金成因類型主要是沖積型，局部為洪積型和殘坡積型。結合砂金礦分布區遍布中新世中酸性侵入體金礦床和礦化點，河床內發現大量原生金礦(巖金礦)，推測砂金成礦物質來源于原生金礦，原生金礦成礦物質來源可能與Boliohuto閃長巖有關。

原生金礦經歷一個比較復雜的物理和化學過程形成砂金礦，主要有四種認識:(1)地球化學成因:與化學風化溶解、元素遷移和沉淀有關；(2)機械成因:含金地質體經風化剝蝕機械搬運和沉積作用；(3)生物化學成因:與細菌吸附、遷移富集有關；(4)混合成因:即機械、化學和生物共同作用(陳繼明，1987)。俞鳴同(2000)總結了福建南靖砂金成礦過程:火山巖含金礦源層→風化殼微金釋放(機械作用)→赤紅壤化砂金形成(生物化學)→沖刷埋藏次生加大(地球化學)→搬運富集。目前普遍認為砂金的形成是先經歷機械作用后經歷化學作用，但是該理論難以解釋Bodi 地區厚層風化殼型金礦及殘坡積型砂金礦金粒度和金成色均要好于原生金礦，為此筆者推測Boul 地區砂金礦可能屬于化學-機械成因，即砂金的形成先經歷化學作用后經歷機械作用。

化學作用主要是指風化帶中金的次生加大及富集過程。風化帶的形成是一個相對漫長的時間，當巖石經過準平原時期，因當時地面落差很小，地表排水不暢，潛水面相對較高，有利于金化學遷移和沉淀作用，形成自然金。這一過程，不排除生物化學參與對金的遷移和凝集作用。機械作用主要表現于砂金形成之后的機械搬運和沉積分異作用，這就解釋了砂金隨著搬運距離的增加金粒變小；砂金易富集水流水動力突變的地貌部位；砂金表面存在撞擊磨蝕現象。值得一提的是，砂金礦形成的全過程中，機械作用和化學作用可能都始終存在的，即在巖石風化過程中也存在著機械風化作用，在搬運、沉積過程中亦存在著化學作用，只是各階段對砂金的貢獻有所差異。

5 結論

(1)砂金主要富集于河流中游地區，其次為上游地區。具體為易富集于河流拐彎處凸岸的“胃口袋”階地，河流由窄變寬，兩條河流匯合呈“Y”型的河流外側，河床坡度由陡變緩部位或者河床中堅硬巖面突出部位和瀑布下形成沖刷凹地或相對平坦地區。

(2)Boul 地區砂金礦總體呈現“金源豐富”、“成礦時代新”、“離礦源近”、“成礦過程時間短”的特點。

(3)砂金礦成因類型主要是沖積型，其次為洪積型和殘坡積型。原生金礦可能是該地區砂金的主要物質來源，原生金礦先后經歷風化帶中金的次生加大及富集過程(化學成因)→后機械搬運和沉積分異作用(機械成因)→形成砂金礦。