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SEDEX型矿床中电气石岩的地质特征及找矿意义

更新时间:2016-07-05

0 引 言

澳大利亚布罗肯希尔铅锌银矿床的产出层位布罗肯希尔群(Broken Hill Group)霍雷斯(Hores)组中,电气石岩发育集中。电气石岩是指含电气石所占体积>20%、与围岩基本整合的层控岩石单元(王劲松等,2010),常见于喷气-沉积型块状硫化物矿床中,广泛分布于世界各地,如中国广西大厂,澳大利亚的Broken Hill、Rum Jungle、Golden Dyke Dome, 加拿大的Sullivan,南非的Broken Hill,印度的Kolari,挪威的Bliekvassli等矿床(韩发等,1999)。在一个勘查区域,电气石岩的出现表明该区发生了喷气沉积作用,富电气石的沉积物极有可能伴生喷气矿化,对研究区的找矿有很好的指示作用。

1 电气石岩的岩石学特征

图1 古生代寒武纪沙利文矿床电气石岩产出示意图 (据Hamilton et al.,1983) 1-钠长石化沉积岩;2-磁黄铁矿电气石角砾岩;3-底板砾岩;4-闪长岩床;5-层状矿体;6-块状矿体 Fig.1 Schematic showing the formation of the Cambrian tourmalines in the Sullivan deposit (after Hamilton et al.,1983)

1.1 产出特征

电气石岩大部分产于元古代、太古代、古生代变质沉积岩盆地中(图1),顶底面界线清楚,出露很窄,厚度通常小于1 m,局部可达十几米。盆地岩性主要为变质粉砂岩、变质泥质岩、变质基性岩、长英质火山岩等,它们可能与角闪岩、燧石岩、片麻岩、富铁或锰沉积岩及多相的喷气岩共生,富铁沉积岩主要是由层状石英和磁铁矿(或赤铁矿) 组成的氧化物相富硼铁建造。与锰伴生的细粒石英-锰铝榴石岩一般与电气石岩直接接触,呈夹层或薄透镜体状产出。电气石岩在岩系中所占体积比例较小,但与海底喷气矿床中的硫化物相可能存在相变关系,与矿体的空间分布关系大致有:① 与其他变质沉积岩一起构成矿体围岩;② 矿体的直接围岩;③ 分布在矿体中心部位(Slack et al.,1984)。

电气石常与炭质岩、硅质岩、石英、硫化物、泥岩、锡石、钾长石等互为条带,块状电气石岩虽然质地致密坚实,但节理发育,部分层纹或条纹构造发育,深、浅色条纹相间排列交替出现,呈韵律性变化,如贵州大坪。由于电气石岩比较稳定,部分电气石岩在高度变形地区仍保存有原始的交错层理、粒级层理,滑塌、纹层状构造、火焰状构造和撕裂构造,因此电气石岩还可以反映出成岩期的一些构造特点。

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在块状硫化物矿床中,电气石岩颜色随成分不同而异,常发育暗灰色、灰黑色、黑色、灰黄色等暗色层,也有极少呈浅色层产出。野外工作中常与磁铁石英岩、镁质片岩、角闪岩、含炭石英岩、阳起石片岩和燧石岩等混淆(Slack et al.,1984;孙海田等,1988),因此电气石岩很难辨认。

1.2 电气石岩矿物成分及化学组成

电气石岩矿物成分主要为电气石和石英,共生矿物有绿泥石、硫化物、云母、方解石、磁铁矿、斜长石、绿帘石、钾长石、磷灰石、锆石等,石墨、炭质物是常见矿物,偶见矽线石、锌尖晶石、蓝晶石、钛铁矿、单斜沸石、榍石、锡石和白钨矿等。不同类型的电气石岩矿物组成不同,矿物含量变化也较大,如大厂长坡—铜坑矿床中, 不同纹层中电气石岩的矿物含量不同(图2);宝坛矿田中,电气石岩的颜色各异,其矿物含量也是大相径庭(图3)。

图2 广西大厂长坡—铜坑不同种类电气石岩中矿物质量分数比较 Fig.2 Mineral content comparison of various tourmalines in the Changpo-Tongkeng deposit

图3 广西宝坛矿田不同种类电气石岩中矿物质量分数比较 Fig.3 Mineral content comparison of various tourmalines in the Baotan ore field

电气石岩产于萨卡林加群的中上部以及布罗肯希尔群、桑当群下部的层控和局部层状变质碎屑沉积岩、石榴石英岩、石英-锌尖晶石脉岩、层控白钨矿矿床、层状Pb-Zn-Ag硫化物矿石、石英脉和花岗伟晶岩、石英-电气石岩结核内,由此可见,电气石岩出露的层位矿化都较丰富。大部分电气石岩集中产在布罗肯希尔群的霍雷斯(Hores)组,与海底喷气 Pb-Zn和 W 矿化密切共生,且越接近布罗肯希尔铅锌银矿床,电气石岩就越发育,充分说明电气石岩与喷流-沉积型块状硫化物矿床(SEDEX矿床)的关系紧密(图5)。

与SEDEX型矿床有关的电气石岩中,电气石化学组成通常属于黑电气石-镁电气石固溶体系列,以富镁高氟电气石为主,即w(MgO)/w(MgO+FeO)比值较高,有时高于0.98。广西大厂长坡—铜坑矿田为富镁电气石,宝坛地区为铁-镁电气石(韩发等,1999);反之,w(FeO)/w(MgO+FeO)的值则较小,低于花岗岩类岩石中电气石的同类比值(0.86~0.92)(表2)。w(FeO)/w(MgO+FeO)的比值具有很好的地质找矿意义,被认为是喷气通道和电气石岩距离远近的一个参考指标,比值越小越富镁,离喷气孔越近;比值越大越富铁,则离喷气孔越远。与花岗质岩浆有关的电气石为黑电气石或富锂电气石,这2种电气石各异的原因在于形成方式、产出地质环境不同(Taylor et al.,1984)。

电气石岩是地壳中硼的主要载体,因此硼的来源是研究电气石岩成因的关键。电气石岩中B2O3的质量分数较高,一般大于0.5%。据相关资料,海水中B2O3含量仅为4.6 g/t,直接沉淀形成电气石是不可能的;富硼黏土岩的B2O3含量为2 000 g/t,说明沉积岩经变质作用也不可能形成电气石岩。因此电气石岩的成岩过程与海相火山喷发引起的热泉活动有关,是在海底同生喷气沉积、成岩阶段形成的。在海底张性构造环境中,火山喷发作用引起热卤水流动,热流值升高,形成的循环热泉对沉积岩或火成岩进行淋滤,成岩成矿元素发生大量的迁移,当外界温度、压力等物理化学条件发生改变时,B、Al、F、Si、Cu、Pb、Zn等元素富集沉淀,形成块状硫化物矿体和电气石岩。但Slack等(1984)认为,电气石可能是在水岩界面处或其下由喷发热流体交代变碎屑沉积岩形成的(韩发等,1999),依据是碎屑沉积岩与电气石岩的w(MgO)/w(SiO2)、w(Fe2O3)/w(SiO2)具有相似的变化趋势, w(Mg)/w(Al)、 w(Fe)/w(Al)和w(Na)/w(Al)的比值几乎相同。

2 电气石岩的形成环境及成因

布罗肯希尔地区出露地层为古元古界威利玛超群(Willyama Supergroup)、新元古界阿德莱德系和寒武系(Adelaidean and Cambrian)以及中新生界地层(Cainozoic and Mesozoic)。威利玛超群为区域出露最古老地层,形成时代为古元古代,是该区主要的控矿层位。自下至上包括克利夫代尔群(Clevedale)、桑代尔群(Thorndale Group )、萨卡林加群(Thackaringa Group )、布罗肯希尔群(Broken Hill Group)、桑当群(Sundown Group)、帕拉冈群(Paragon Group)(表3)。

表1 澳大利亚威利玛超群(Willyama Supergroup)电气石岩化学成分 Table 1 Chemical composition of the tourmalines in the Willyama Supergroup, Australia

地块质量分数/%SiO2TiO2A12O3B2O3Cr2O3Fe2O3FeONiOMnOMgOCaONa2O布罗肯希尔地块(Hores组)85.560.376.570.690.0500.171.050.0400.250.720.29奥拉里地块(AlconnieHill组)67.380.6916.951.510.0401.691.490.0200.0801.661.081.84奥拉里地块(MtHowden组)72.160.4614.772.140.0300.763.620.0100.0701.440.390.95

表2 块状硫化物矿床电气石和花岗岩中电气石化学成分对比 Table 2 Chemical composition comparison of the tourmalines in massive sulfide deposits and granites

样品数及化学成分比值块状硫化物矿床中的电气石花岗岩中的脉状电气石(Tayloretal.,1984)(Willner,1992)(韩发等,1999)葡萄牙(Neiva,1974)英国(Power,1968)大厂拉么(韩发等,1999)样品数/件3030131893w(FeO)w(FeO)+w(MgO)0.210.540.200.860.910.92w(Na2O)w(Na2O)+w(CaO)0.660.560.700.970.820.83w(F)w(Cl)32.0056.0028.002.0021.0018.00

注:据韩发等,1999

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3 布罗肯希尔地区电气石岩与矿化的关系

由SEDEX型矿床产出的区域地质背景及电气石岩所具有的原始沉积组构(如粒级层理、交错层理、软沉积滑动变形和撕裂构造等)特征可知,电气石岩通常在海相环境或裂谷环境中沉积形成。部分电气石岩也有可能在蒸发环境中形成,如加拿大魁北克阿菲布期Mistasini群、美国纽约州Adirondacks西北部地区、澳大利亚Mt.Isa造山带和纳米比亚Damara地区(沈建忠等,1992)。

矿化作用经历了绿片岩、角闪岩和麻粒岩相变质作用,层位基本集中在桑代尔群、萨卡林加群和布罗肯希尔群。世界著名的布罗肯希尔铅锌银矿床就赋存在布罗肯希尔群变质岩系中。萨卡林加群奎斯组有一些铜、铅锌矿体产出,萨卡林加群为主要层控型铜钴金矿赋存层位(图4)。锡矿主要产在桑当群和帕拉冈群。

表3 Willyama超群地层岩性及矿化特征 Table 3 Detailed strata, lithology and their mineralization characteristics of the Willyama Supergroup

地层岩性   矿化特征岩层厚度/m帕拉冈群(ParagonGroup)Dalnit派生变质沉积岩、Bijerkerno变质沉积岩、Cartwrights变质沉积岩,见钙质硅酸盐桑当群(SundownGroup)石英-长石-黑云母-石榴石片麻岩,见钙质硅酸盐团块Euriowie和Yanco地区伟晶岩型锡矿的含矿层7001000布罗肯希尔群(BrokenHillGroup)Hores片麻岩、Freyers变质沉积岩、Parnell变质沉积岩、Allendale变质沉积岩,见钙质硅酸盐BrokenHill超大型铅锌矿床及区域主要Pb、Zn、Ag、W的含矿层位500萨卡林加群(ThackaringaGroup)Pasp片麻岩Alma片麻岩Fe、Cu、Co主要含矿层位,其次是Au、U。StirlingHill铅锌、Pinnacles铅锌1500桑代尔群(ThorndaleGroup)混合片麻岩1000克里夫代尔群(ClevedaleGroup)混合片麻岩500

图4 澳大利亚布罗肯希尔北部铜矿化点 Fig.4 Photos showing the copper mineralization occurrence in northern Broken Hill, Australia

电气石岩化学成分中SiO2质量分数较高,一般大于60%,澳大利亚威利玛超群(Willyama Supergroup)电气石岩中w(SiO2)为67.38%~85.56%, 因此可以将电气石岩看成是一种特殊的硅质岩(表1)。世界上很多矿区电气石岩中B2O3的质量分数也较高,最高达7.92%,充分显示了电气石岩的富硼特征(Plimer,1988)。

4 电气石岩的地质找矿意义

(1) 在块状硫化物矿床中,条带状含电气石岩、电气石岩与条带状硫化物、条带状硅质岩在走向上呈过渡关系,许多学者将这种岩石看作是硫化物在地层学上局部相的等同物。有的电气石岩自身就是含矿岩石,如宝坛矿区的锡矿、格陵兰Melane钨矿区、Golden Dyke Dome的金矿(Bone,1988)。因此,电气石岩与钨、锡、钴、镍、铅、铜等层控贱金属矿床在时空、成因上关系密切,是寻找SEDEX型矿床的重要标志之一。

图5 布罗肯希尔地区电气石岩与矿化关系 1-混合岩;2-片麻岩;3-片岩;4-千枚岩;5-泥岩、砂屑泥岩;6-砂屑岩; 7-布罗肯希尔型Pb-Zn-Ag矿床;8-铁矿化层;9-石英-锌尖晶石岩;10-白钨矿;11-含钙-硅酸盐的Pb-Zn-W矿床;12-富钡钙-硅酸盐;13-电气石岩;14-石英+磁铁矿±Fe、Cu硫化物;15-石英-氧化铁/硫化物±Cu;16-钠质片麻岩中的Co黄铁矿 Fig.5 Tourmalines and their relationship with mineralization in Broken Hill

(4) 应用电子探针(EPMA)、岩矿鉴定和粉晶衍射 (XRD)等分析方法,获得电气石岩中电气石的矿物组成、化学成分、微量元素特征、成矿元素的富集程度资料,可以分析目标矿种在勘查区的成矿潜力,圈定找矿靶区。

(3) 在变质火山-沉积地区,特别是变质沉积地区,根据电气石岩中w(FeO)/w(FeO+MgO)比值可判断其与喷气通道的距离。沿着电气石岩追索找到古喷气口,最终有望发现喷气矿床。

(2) 岩浆喷发、沉积成岩后,电气石在外界条件发生改变的情况下仍较稳定,研究其形成可获得有关热流体或岩浆的一些信息,如f(O2)、a(H2O)、tPw(FeO)/w(FeO+MgO)、x(Fe)/x(Al) 等。已知电气石的δ11B 值及其形成温度,可以定量地求出流体相的δ11B值,从而分析硼的来源,推断SEDEX型矿床的成因。

5 结 论

(1) 产于变质沉积岩地区的电气石岩是寻找热液通道和古喷气口的标志岩性之一。认识电气石岩的产出及岩石学特征,依据其与喷流-沉积型块状硫化物矿床的时空、成因分布特点,追查其延伸踪迹,极可能发现SEDEX矿床。

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(2) 电气石岩作为一种分布广而占岩比较小的富硼岩石,分析其矿物组成、化学成分,可以提供一些矿体分布规律的信息,了解电气石岩的形成背景,对研究SEDEX矿床的成因具有积极意义。

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张羽洋
《地质学刊》 2018年第01期
《地质学刊》2018年第01期文献

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