西澳大利亚卡尔古丽金矿区成矿地质

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收藏文章 赞一个 已赞 2016-10-17 矿业澳洲


【矿业澳洲点评】卡尔古丽金矿区是西澳大利亚最大的金矿产区,在大地构造上属于西澳伊尔岗(Yilgarn)克拉通东部卡尔古丽绿岩带内。矿区主要出露太古代地层,包括镁铁质-超镁铁质熔岩序列、长英质火山碎屑岩序列,以及一系列侵入的基性-超基性岩脉。区域内的主构造为北北西向,包括一对结构不对称的水平褶皱——卡尔古丽背斜和向斜,以及与向斜西翼平行的Golden Mile断层,主构造被后期走滑断层影响形成的破碎剪切带,是赋存金矿的主要构造。根据控矿构造、矿质来源和沉积时间,可以将金矿脉分为三种类型,分别是Fimiston型、Oroya型和Charlotte型。研究认为,在该地区找矿主要应从围岩、构造、地球物理、地球化学几个方面着手。


在卡尔古丽地区找矿,主要应从围岩、构造、地球物理、地球化学几个方面着手。而根据实际情况,主要按照如下顺序开展工作:1.首先是地球物理工作,因为本地区与西澳其他区域一样,地表覆盖严重,基岩出露差,在勘探密集的卡尔古丽地区,地表的金矿资源基本已经被探明,因此航磁工作将是寻找的资源的首选方法。2.其次是地球化学工作,通过航磁确定靶区后,同样受到地表覆盖的影响,单纯的地表踏勘很难发现隐伏线索,需要地球化学先行,进一步探明航磁异常是否具有找金潜力。3.最后是岩石和构造找矿,通过地球化学工作圈出靶区后,应在区内寻找相应的地质和构造线索,主要是寻找绿岩带和韧性剪切带,因为本地区的金矿基本是赋存在韧性剪切带控制的绿岩带内。


《西澳大利亚卡尔古丽金矿区成矿地质特征》


西澳大利亚是澳洲最大的矿产资源省,境内的矿产资源极为丰富,铁矿、氧化铝、金、镍、铀、金刚石、天然气等资源量排在世界前列。西澳大利亚下列产品占世界生产总额的比率分别是:氧化铝,石榴石,黄金,钛铁矿,铁矿石,镍,金红石,锆石和钻石。


卡尔古丽金矿区(Kalgoorlie Gold Field)位于西澳珀斯(Perth)东约600km的卡尔古丽市,是西澳最大的金矿产区。从1893年1月,勘探者帕特里克·帕迪·汉南在卡尔古丽发现了黄金起,该矿区已经开产黄金达120年。该地区拥有目前所知的全球第三大金矿床——“Golden Mile”矿山,金储量约2000吨。著名的SuperPit矿坑约长3.6km,宽1.6km,深512m,是澳大利亚目前最大的露天黄金矿。除此之外,该地区还有10个百吨级以上的矿山和数百个小型矿山。


【区域地质背景】西澳大利亚包括两个大型太古代克拉通,即北部的皮尔巴拉(Pilbara)克拉通和南部的伊尔岗(Yilgarn)克拉通。两个克拉通之间被元古代残余沉积盆地Hamersley盆地和Earaheedy盆地覆盖,部分由元古代造山带包围。其中,伊尔岗克拉通面积约60万km2。由两个2.8Ga的花岗片麻岩变质地(South western Province、Western Gneiss Belt)和三个花岗岩—绿岩地体省(从东向西为Eastern Gold field Province,South Cross Province和Murchison Provinces)组成。


卡尔古丽地区既是澳大利亚最重要的黄金和镍矿产地,也是世界上主要的金、镍产出区之一。其金绿岩带长约100km,宽约25km(图1)。绿岩带地层分为上下两部分,下部为太古代拉斑玄武岩-粗玄岩-科马提岩组成的铁镁质层,上部为长英质火山岩、砂页岩组成火山-沉积地层。绿岩带下部铁镁质被认为是金矿的矿质来源,年龄为2400±40Ma。


地震资料显示,本区绿岩带的形成被认为是单个或多个外来岩层俯冲挤压变形,产生大量幔源的基性-超基性岩。绿岩带构造主体方向呈北北西向,区域构造主要为一些褶皱和大型走滑断层,具有多期发育的特点,大体可分早期向斜压缩作用形成的近水平变形和晚期走滑作用形成的断裂。晚期断裂是本区最为重要的控矿构造之一,区域上的金矿床基本上都沿着该大型走滑断层分布。


【矿区地层】卡尔古丽金矿区主要出露太古代地层,地层序列可概括为:底部的两个镁铁质-超镁铁质熔岩序列,其上为长英质火山碎屑岩序列,以及一系列侵入的基性-超基性岩脉(图2)。


地层从老到新分别是:


Hannan’s Lake蛇绿岩:厚度超过700m,其中包括具有累积纹理特征的科马提熔岩,地球化学资料显示是幔源岩浆。U-Pb同位素SHRIMP年龄数据显示科马提岩的年龄为2705~2710Ma。


Devon Consols玄武岩(50~200m)和Paringa玄武岩(300~900m):两者被10m厚的含硫化物Kapai板岩分隔(2692Ma)。两个玄武岩均为厚块状,具枕状熔岩和流动角砾岩特征,属于硅质高镁玄武岩。


Black Flag组:不整合覆盖在基性火山岩序列之上,厚度超过1000m。由黑色页岩、火山碎屑岩、砂岩和砾岩组成。地球化学特征与同期的火山岩相似。年龄2655~2690Ma,部分学者认为其原岩为同期岩浆岩的沉积岩,形成于弧内裂谷中。


基性-超基性岩脉(席):具有多期、层状侵入的特征。其中Golden Mile辉绿岩是卡尔古丽地区大部分金矿体的赋矿围岩,厚约800m,分成10个岩石单位,锆石年龄为2675±2Ma。除了GoldenMile辉绿岩外,其他的大型侵入岩脉还有Eureka-Federal辉绿岩,超基性Williamstown辉绿岩。


此外上述所有的表壳岩都被一套含有少量角闪石的长石-石英酸性侵入岩侵入,年龄和组成与BlackFlag组岩石相似。



图1卡尔古丽矿区及主要矿山示意图


【矿区构造】区域内的主构造为北北西向,包括一对水平褶皱——卡尔古丽背斜和向斜,以及与向斜西翼平行的Golden Mile断层(图3)。在水平褶皱的东西两侧分别存在独立的金矿体系,即Eastern Lode系统和Western Lode系统,绝大多数金矿属于这两个系统。两个褶皱都是近乎直立的。Golden Mile走向断层宽5~10m,作用在Black Flag组岩石露头上,形成一系列北北西走向细小断裂。


除了主构造外,本区还存在大量的后期构造。从南部的Golden Mile到北部的Mount Charlotte之间,上述主构造被后期走滑断层影响形成的破碎剪切带,也是赋存金矿的主要构造。这些后期走滑断层被称为Charlotte断层组,一般向西陡倾。



图2卡尔古丽地区地质简图


【典型矿床】Golden Mile金矿是仅次于南非的兰德金矿和乌兹别克斯坦的穆龙套金矿的世界第三大金矿,包括Mt Percy露天矿,Mt Charlotte井下矿和Super pit露天矿(图4)。1894年至今已开采1200万吨金矿石。


Golden Mile的金矿化主要产在韧性、脆韧性或脆性剪切带内,或者产在辉绿岩中的石英脉里,在Paringa玄武岩和BlackFlag组岩石里也可以见到少量含金石英脉。根据控矿构造、矿质来源和沉积时间,可以将金矿脉分为三种类型,分别是Fimiston型、Oroya型和Charlotte型。


Fimiston型矿脉形成于250~350℃和100~200MPa条件下,受脆-韧性断裂带控制,其次级断裂带和网状脉发育。Fimiston矿脉形成晚于构造运动D1阶段,在D2阶段区域直立褶皱前。发育热液蚀变晕,具有向矿脉绿泥石递减,绢云母和含铁碳酸盐递增的特征。矿体含有菱铁矿、黄铁矿、自然金、17种不同的碲化物矿物(金、银碲化物中含有黄金总量的25%)、电气石、赤铁矿、绢云母、富钨白云母等。


Oroya型矿脉形成的P-T条件与Fimiston矿脉类似,也受脆-韧性剪切带和扩张面影响,在Parin⁃ga玄武岩和黑色页岩的接触面上特别发育。矿体特征为微角砾岩和强烈的剪切带面理区,黄金品位非常高(高达100,000克/吨)。Oroya矿脉横切Fimiston矿脉,只是形成时间比Fimiston矿脉稍晚。


Charlotte型矿脉,主要存在于Mt Charlotte矿床,被北倾的复杂的层状石英脉(网状石英脉)和围岩蚀变控制。Charlotte矿体P-T条件为120~440℃,150~250MPa,形成于构造运动D4阶段(2625Ma)。矿脉由石英—碳酸盐—微小的白钨矿组成,围岩蚀变包括绿泥石的破坏和含铁碳酸盐—绢云母—黄铁矿—自然金的形成。


【控矿因素】虽然Golden Mile金矿已经开采了120年,目前对于该金矿的控矿因素和成矿模式仍然还存在争议。先后有构造控矿因素、矿源层控矿因素、蚀变及矿化因素等多种解释。我们综合对比了各种学说,比较认可的是综合上述因素的构造—热液模型学说。


构造—热液模型认为该地区的成矿包括四个主要阶段:


①D1逆冲阶段,形成Fimiston型矿脉,


②D2逆断层,形成Oroya型矿脉,


③D3断层切割Fimiston型矿脉和Oroya型矿脉,


④D4断层,形成Charlotte片状石英矿脉系统。


Golden Mile金矿的巨型金资源储量的矿化过程,贯穿了整个太古代造山运动,持续大概45Ma。根据围岩交代蚀变的种类、产状及其他地球化学证据,该地区应属于岩浆期后热液交代矿床。



图3卡尔古丽区域构造示意图



图4GoldenMile金矿鸟瞰图


【找矿模式及实例】如上面介绍的控矿因素,我们认为在该地区找矿,主要应从围岩、构造、地球物理、地球化学几个方面着手。而根据实际情况,主要按照如下顺序开展工作:


首先是地球物理工作,因为本地区与西澳其他区域一样,地表覆盖严重,基岩出露差,在勘探密集的卡尔古丽地区,地表的金矿资源基本已经被探明,因此航磁工作将是寻找的资源的首选方法。


其次是地球化学工作,通过航磁确定靶区后,同样受到地表覆盖的影响,单纯的地表踏勘很难发现隐伏线索,需要地球化学先行,进一步探明航磁异常是否具有找金潜力。


最后是岩石和构造找矿,通过地球化学工作圈出靶区后,应在区内寻找相应的地质和构造线索,主要是寻找绿岩带和韧性剪切带,因为本地区的金矿基本是赋存在韧性剪切带控制的绿岩带内。


我们在该地区开展了四个金矿点(坑)的核查工作,其中最成功的是Eureka项目。该矿床位于Pleasant山岩体顶部(粗粒-细粒辉绿岩-花岗斑岩和中粒辉石辉长岩),辉绿岩上覆岩体为高镁玄武岩。矿区出现两组不同的页岩地层,西侧的页岩地层位于辉长岩体的顶部,另一组页岩地层为层间流单元,与玄武岩相邻。区域中发现一强烈剪切带,最宽达30m,位于强烈变形的玄武岩处的页岩地层与少量的辉绿岩中间。成矿作用发生在石英细脉和镁铁质火山岩脉,也有厚度达10~20cm的层间流沉积层。脉中含典型的石英、碳酸盐岩和硫化物,厚度可达20m(图5)。Eureka地区的脉呈透镜体状,金元素呈粗粒状,不规律分布在低品位晕中。



图5Eureka剪切带(朝北向)


该项目的找矿过程严格按照了物探—化探—地质—勘探的过程。首先是发现了航磁异常,其次在异常区域通过地球化学工作发现靶区,其后通过地质工作寻找到显著地韧性剪切带,并在其周围通过钻探确定了金矿储量。


【结论】①卡尔古丽地区的金矿脉根据控矿构造、矿质来源和沉积时间的差异,可以分为三种类型,分别是Fimiston型、Oroya型和Charlotte型。


②卡尔古丽地区的成矿构造—热液模型包括四个主要阶段:D1逆冲阶段,形成Fimiston型矿脉;D2逆断层,形成Oroya型矿脉;D3断层切割Fimiston型矿脉和Oroya型矿脉;D4断层,形成Charlotte片状石英矿脉系统。


③从围岩、构造、地球物理、地球化学几个方面着入手,通过物探—化探—地质—勘探一系列手段,在卡尔古丽地区新发现了Eureka小型金矿。


——李华,杨恺


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