鲁纳基亚战记,幻想大陆战记最强兵种

【基本特点和分布规律】

20世纪70年代在南澳大利亚Stuart Shelf地区探明了奥林匹克坝超大型铜-铁-金-铀(20亿t矿石,铁35%,铜1.6%,U3O80.06%,金0.6×10-6和银3.5×10-6)(Robert et al.,1983;Scott,1987)。这一重要发现促使人们关注富铁氧化物矿床,但其独有的特征又很难将其归为某一种已知矿床类型。随着不断研究,根据其显著特征,例如,富氧化铁、大量角砾岩筒控矿、形成于元古宙,许多地质学家(Bell,1982;Youles,1984;Hauck et al.,1989;Hauck,1990)将奥林匹克坝与美国密苏里西南部的铁矿省、加拿大育空地区的Wernecke、南澳大利亚Mount Painter地区、中国白云鄂博、瑞典基鲁纳进行对比研究。直到90年代初,Hitzman等(1992)从新的视角把许多看起来关系不大的矿床联系在一起,统称为元古宙铁氧化物(Cu-U-Au-REE)矿床,并认为基鲁纳型铁矿应该是这一大类矿床的一个亚类。他们还指出这类矿床原始形成时为浅成,尽管可能与深成的岩浆活动有关。由于这一概念把奥林匹克坝、基鲁纳和白云鄂博等具有巨大经济价值的矿床有机地联系在一起,引起了国际上的巨大反响和高度关注,无论是学术界还是矿业界都表示出极大的兴趣。从对其科学意义探索的热烈程度和工业界对其作为勘查评价的重要目标追逐,可以认为是过去40~50年间继斑岩铜矿、块状硫化物(包括VMS型和SEDEX型)、浅成低温热液型金矿之后,矿床学研究和勘查的又一个新高潮。尽管Hitzman等(1992)当初仅仅将这些矿床限定为元古宙,现在发现这种矿床从太古宙到中新生代都有分布,除了上述的主元素外,在一些矿床不同程度含有钴、银、铋、钼、氟、碲、硒,甚至锡、钨、铅锌和钡等(Niiranen,2005)。目前,对于这类矿床统一使用的名词为铁氧化物-铜-金矿床(Iron Oxide-Copper-GoldDeposits),简称为IOCG型矿床。对于像基鲁纳等仅仅只有铁或铁铜一种或两种成矿元素的矿床,被认为是这类矿床的一个端元组成。

在我国,这类矿床研究刚刚起步,张兴春等(2003)和王绍伟(2004)曾对这类矿床的国际研究现状进行过初步的介绍。在过去几年中,我们在执行中国地质调查局的《我国主要金属矿床模型研究》项目时,积极倡导开展这类矿床研究和勘查,并提出长江中下游地区的宁芜-庐枞地区的玢岩铁矿和海南石碌铁矿属于此类。许德如等(2007)初步论述石碌铁钴铜(金)矿床可能为IOCG型矿床。

本章系统介绍和全面评述IOCG型矿床的研究现状,以期进一步促进在这方面研究和勘查工作。

一、铁氧化物-铜-金(IOCG)矿床定义

正如Sillitoe(2003)所述,两个中新世铁氧化物-铜-金(IOCG)矿床最早定义为含有大量磁铁矿和/或赤铁矿并伴随有黄铜矿±斑铜矿,与一定构造-岩浆环境有关而且变化范围大的矿产组合。IOCG矿床与深成侵入岩和广义的同期活动的断裂有密切的关系。根据矿床形态、岩性和构造特点,IOCG矿床可以分为几种类型:脉状、热液角砾岩、钙质矽卡岩、沿层交代层状(mantos)和前几项或部分的复合型。脉状矿床往往产在侵入岩体内,尤其是等粒辉长质闪长岩和闪长岩,而大型矿床则出现在距侵入岩体接触带2km的火山-沉积序列中。IOCG矿床通常与成矿前沿断裂侵入的镁铁质岩墙(多为闪长质成分)有关。IOCG矿床形成伴随有钠质、钙质和钾质或复合性的蚀变作用,通常见到向上或向外蚀变分带为:从磁铁矿-阳起石-磷灰石到镜铁矿-绿泥石-绢云母,拥有矿化元素Cu-Au-Co-Ni-As-Mo-U-LREE,还可以见到一些围绕闪长岩接触带的钙质铁矽卡岩。

二、IOCG矿床全球时空分布特点

从目前的研究和报道来看,IOCG型矿床在全球的分布,时间上从太古宙至新生代,空间上遍及北美洲、南美洲、亚洲、欧洲、澳洲和非洲(图4-1)的某些比较小的地区,每个地区都包含几个或几十个矿床。总体来讲,这些地区富氧化铁,而铜、金、钴和稀土一般都是副产品。在地球上最早出现的IOCG矿床是巴西的Carajas地区,形成时代为新太古代,时间范围为2.75~2.35Ga(Tazava et al.,2000;Dreher et al.,2008)。已知很多IOCG矿床出现在元古宙,包括南澳大利亚的奥林匹克坝、澳大利亚新南威尔士Cloncurry地区、澳大利亚北部红岸(Redbank)地区、我国的白云鄂博、加拿大育空地区的Wernecke、加拿大大湖岩浆带Wernecke和Richardson地区、美国密苏里西南旧金山(St.Francois Mountains)地区、瑞典基鲁纳地区(Hitzman,1992),以及芬兰的Kolari和Misi地区(Niiranen,2005),这些矿床的形成时代为1900~1600Ma。迄今仅见在伊朗中部报道BafqIOCG矿集区,其成矿时代为515~529Ma(Torab et al.,2007),尽管Herrington等(2002)描述俄罗斯乌拉尔南部古生代Magnitogorsk超大型矽卡岩铁矿可能是这类矿床,但尚需要进一步工作。我国东天山地区晚古生代的沙泉子和雅满苏含铜铁矿床可能属于此类,仍需要进一步开展研究。在南美大陆西部边缘智利和秘鲁发育一条与著名的新生代斑岩铜矿带相平行的IOCG铁氧化物-铜-金带,前者在靠大陆内的东侧,而后者沿大陆边缘分布,成矿时代为165~112Ma(Sillitoe,2003)。我国宁芜-庐枞地区的几十个矿床是比较典型的基鲁纳式矿床,按照新的定义也可以归为IOCG矿床组合,陈毓川和李文达(1978)建立的玢岩铁矿模型在今天来看仍然具有重要的示范作用。

图4-1 全球主要IOCG矿床及成矿省的分布图

最近几年,精确测年表明宁芜-庐枞地区的成岩成矿作用峰期为129~125Ma(余金杰等,2002;Mao et al.,2006)。Dow和Hitzman(2000)也报道在阿根廷西北地区Salta省的Arizario和Lindero为两个中新生世氧化铁-铜-金矿。Williams等(2005)提出墨西哥Duragodiqu的CerrodeMercado、美国犹他州的铁泉和智利的ElLaco都可能是新生代的氧化铁-铜-金矿。

三、主要成矿环境

对于IOCG矿床的成矿环境,Hitzman(1992)最早概括为克拉通或大陆边缘,多数情况下与伸展构造具有密切的时空关系(图4-2)。事实上,大多数矿化地区沿大陆边缘主要构造带呈平行大陆边缘拉长状展布。而且这种伸展构造体,为高分异的岩浆形成的大量岩浆流体向外流动提供了空间。伸展构造带内的断裂往往成为流体向地壳浅部流动的通道。正断层则有助于大量的大气水的深循环和加热。相对低温的流体可能指示这些矿床的形成与深循环的大气水或变质流体有关,它们或许是直接来自岩浆流体混合的产物。

图4-2 铁氧化物(Cu-U-REE-Au)矿床的构造环境和赋矿岩石序列

随着研究程度的不断深入和越来越多IOCG矿床被鉴别出来,成矿构造呈现出多样化,目前共总结出3种,即:①与非造山岩浆有关的大陆地块内部(例如,奥林匹克坝);②与中基性岩浆有关的较年轻大陆边缘弧(例如,南美安第斯);③褶皱和推覆带(例如,Tennant Creek-Mount Isa线形褶皱带内)。Williams等(2005)提出这类矿床缺乏明确的构造环境控制。Groves和Bierlein(2007)反对Williams等(2005)这种提法,他们认为“如果仅考虑前寒武纪大型—超大型矿床,就变得非常清楚。这些矿床(包括巴西的Carajas,澳大利亚的奥林匹克坝,南非的Palabora)都位于太古宙大陆边缘100km以内或靠近太古宙与元古宙岩石圈接触带附近。所有这些大型—超大型矿床在时空上都与克拉通内非造山型花岗岩或A型花岗岩有关。这一组合也清楚地指示出它们与板块俯冲或由地幔柱引致的次大陆岩石圈地幔(subcontinenta llithospheric mantle,简称SCLM)部分重熔等其他构造过程有关,因此说构造环境很重要”。位于瑞典和芬兰北部的超大型基鲁纳铁矿及其周围的一系列矿床也有同样的岩石圈环境,在古元古代为一个大陆边缘,Weihed等(2005)提出其地球动力学模型,并强调地幔柱活动与IOCG及铜镍硫化物矿床、层状铅锌矿、岩体有关的铜金矿和浅成低温热液矿床的关系(图4-3)。与此类同,时代比较新的IOCG矿床,例如,在安第斯智利北部-秘鲁南部的世界级大型矿集区,在时空上与次碱性花岗岩和碱性花岗岩有关,但其构造环境由与板块俯冲有关的长期活动的受压扭平行断裂带和反转盆地所控制。我国长江中下游地区的宁芜-庐枞白垩纪盆地中128~125Ma的IOCG铁矿(玢岩铁矿)也是位于中国东部大陆边缘,与同时代中基性-碱性火山岩-侵入杂岩有关,是白垩纪岩石圈拆沉过程在地壳的响应。如果白云鄂博属于IOCG矿床,它也是位于华北克拉通北部边缘,形成于大陆被动边缘元古宙裂谷内,与之有关不仅有碱性岩,还有碳酸岩。在伊朗中部Tabas与Yazdi前寒武纪地块之间的线形超褶皱带中,Bafq铁矿集中区位于寒武纪Kashmar-Kerman构造带,也明显属于大陆边缘活动带(Torab et al.,2007)。

图4-3 北欧IOCG矿床成矿的地球动力学特征

四、与成矿有关的岩浆岩

IOCG矿床的成因依然是一个争论的焦点,主要两种观点包括岩浆流体成矿(Hitzman,1992;Pollard et al.,2000)与受岩体加热的盆地流体成矿(Barton et al.,1996;Hitzman,2000)。尽管如此,两方都认为岩体的存在与成矿有着密切的关系,只是岩体贡献的程度和方式,是能源加物质源还是仅仅是能源。

Pollard(2006)总结了从太古宙到中生代全球几个典型大型IOCG矿带或矿集区,包括澳大利亚东Gawler克拉通中的奥林匹克坝和凸山(Prominent Hill),澳大利亚北部Cloncurry地区的Ernest Henry,巴西Carajás地区的Salobo、Critalino、Sossego、Alemāo,智利Candelaria和Manto Verde,发现这些矿床在时空上与岩浆岩关系密切。而这些与IOCG矿床有关的花岗质岩石大都显示出高钾的性质,仅巴西Salobo花岗岩为偏铝到弱铝组分,该岩石由长石、石英、辉石和角闪石组成,缺少碱性矿物(Lindenmayer et al.,1994)。单从岩性上来看,与IOCG矿床有关的岩石主要为闪长岩、辉石闪长岩和花岗闪长岩,也有花岗岩。尽管花岗质岩石在成分上有一些差别,但是都属于磁铁矿系列花岗岩类或Ⅰ型花岗岩,与斑岩铜金矿有关的花岗质岩石相类同,具有相似的氧化-还原电位和分异程度。利用花岗质岩石的成分在Rb对Y+Nb的变异图解(Pearceetal.,1984)投影,可以看出来这些岩石的形成环境为大陆边缘或板内而不是造山带或同碰撞环境,这与前面叙述的成矿环境是一致的。这些岩石学特点与我国宁芜-庐枞盆地的IOCG铁矿有关的岩石组合相当一致,后者的主要岩石系列包括辉长岩、辉石闪长岩、石英闪长岩、石英二长岩和花岗岩,稍晚出现碱性岩类,而与矿化有关的岩石都是辉石闪长岩类(陈毓川等,1978)。

另外,Creaser(1996)和Pollard等(1998)注意到在同一时间的花岗岩组合中具有镁铁质岩和超镁铁质岩,甚至有些与铜镍硫化物矿化有关。他们认为这些幔源岩浆可能对花岗质岩浆在下地壳源区部分熔融提供了热源。Sillitoe(2003)推测相对基性的岩浆作用有利于解释在一些矿床中具有富Cu-Au-Co-Ni-As-Mo-U元素组合。

五、矿体形态特征及围岩蚀变

矿体形态是一定成矿作用的产物,在某种程度可以反映出其形成过程。但IOCG矿体的形态变化很大,可能与其宽泛的定义有关。总体上,IOCG矿床是一种后生矿床,其矿体形态可以分为断裂脉状、筒状、板状、层状(或Manto矿体)和不规则状。与其他矿床相比较,IOCG矿床的最大特点是广泛发育角砾岩筒矿体。例如,奥林匹克坝的主体矿体就是位于一个巨大的角砾岩筒中(Hitzman,1992);加拿大育空区的Wernecke地区的主矿体也是受控于角砾岩筒(Bell,1986);我国宁芜盆地中的凹山铁矿主矿体就是位于辉石闪长玢岩体隆起接触带的大型角砾岩筒中;瑞典基鲁纳地区40个铁-磷矿床,矿化主要呈角砾岩状,大规模的矿床是由复合类型矿化而成,脉状角砾岩筒型(包括沿层交代的角砾岩状)矿化出现在浅部,所以成矿围岩通常是火山成因的岩石。主要热液铁氧化物从下到上由磁铁矿到镜铁矿;来自深部的岩浆流体沿同源的岩墙向上运移和成矿。

图4-4 中安第斯沿海科迪勒拉IOCG矿床的类型概要图

还有层状或层控型(Bergman et al.,2001)。除了角砾岩矿床外,还有其他类型矿床,尤其是多个类型矿复合存在时,便构成大型矿床。例如,在南美安第斯成矿带中,正如Sillitoe(2003)所述,除了脉状矿体外,还有局部可见的独立存在的角砾岩筒(例如Carrilillo de las Bombas、Tersa de Colmo)和矽卡岩矿(例如San Antonio、Panulcillo和Farola等)。更加广泛出现的是各种类型的复合型(图4-4),例如,除了脉状外,还有角砾岩筒状、细网脉状,沿层交代的Manto矿体(例如超大型Candelaria-PuntadelCobre矿床)。事实上,陈毓川和李文达(1978)提出的玢岩铁矿矿床模型(图4-5)就是释注当今IOCG矿床的最好典例。从图4-5可以看出各种类型的矿体,包括有块状、角砾状和浸染状矿石组成的筒状或板状矿体,岩层交代的层状矿体(或Manto状)、沿裂隙(在岩体或围岩内)形成的脉状矿体和沿岩体接触带形成的矽卡岩型不规则矿体。

在研究早期,Hitzman等(1992)提出IOCG矿床的围岩蚀变通常是很强烈的,具体蚀变类型依赖于围岩的性质和矿化蚀变的深度。但是总体来讲,蚀变作用在深部为钠质蚀变组合,在中浅部为钾质蚀变组合,在浅部为绢云母化和硅化(图4-6)。需要指出的是,这为一个整体的理论蚀变模型,主要来自对奥林匹克坝矿床的观察和研究。在瑞典北部的基鲁纳地区矿区的围岩蚀变没有如此明显的分带现象,但Smith(2007)还是鉴定出两次钾化和两次钠化交替出现,钠长石-阳起石-磁铁矿和黑云母-钾长石-方柱石是最主要的蚀变类型。在我国的宁芜-庐枞地区的IOCG铁矿有比较清楚的蚀变分带,即:下部是磁铁矿-钠长石化带,中部磁铁矿-钠柱石-阳起石-磷灰石(-绿泥石-绿帘石)带,上部泥化、硅化和黄铁矿-明矾石-硬石膏化(陈毓川等,1978)。在大多数IOCG矿区,蚀变组合抑或以钠质蚀变为主抑或以钾质蚀变为主。尽管上述宁芜-庐枞盆地也有一些泥化和硅化,最明显或最有代表性的蚀变是钠质蚀变组合。一般来讲,以磁铁矿为主的矿化伴生以钠质蚀变为主,而以赤铁矿为主的矿化则以钾质蚀变为主。同时,在澳大利亚新昆士兰的Cluncorry地区的Lightning Creek矿区,伴随富铁矿的蚀变是钠长石-磁铁矿-石英,还可以见到钠长石呈钾长石的假象及其在磁铁矿脉的周围出现浸染状磁铁矿-单斜辉石蚀变(Perring et al.,2000)。加拿大西北大湖岩浆-成矿带中的主体蚀变就是磁铁矿-磷灰石-阳起石组合,磷灰石和阳起石也是矿体中的主要脉石矿物(Hildebrand,1986)。

图4-5 宁芜玢岩铁矿模型图

图4-6 IOCG矿床的蚀变分带的示意综合剖面图

图4-7 不同类型IOCG矿床的总体模型图

六、IOCG矿床的形成过程探讨

如前所述,对于IOCG矿床的成因有比较强烈的争论,争论的焦点在于成矿物质是否主要来源于岩浆热液。由于所有IOCG矿床与岩浆岩的时空关系非常清楚,绝大多数研究者都认同它们之间的成因联系,在找矿勘查过程中始终把辉石闪长岩和闪长岩作为找矿评价的主要标志之一。稳定同位素研究表明IOCG矿床与相关岩体具有类似的特征,例如,硫同位素值明显指示出岩浆来源(Marschik et al.,2001;Sillitoe,2003;Oliver et al.,2004),尽管在一定程度上,金属和硫可以由不同类型流体搬运,硫也可能是由流体从附近的岩体或火山岩中萃取而来。对于与IOCG矿床有关的钠(钙)蚀变的稳定同位素研究也通常表明岩浆流体为最主要来源(Perring et al.,2000;Mark et al.,2004;Oli-ver et al.,2004)。

Pollard(2001)提出在IOCG矿床系统中钠(钙)蚀变可能由类似于斑岩铜金矿岩浆中不混溶H2O-CO2-钠盐流体形成。与矿化有关的流体包裹体中普遍存在CO2也是岩浆来源的一个标志。CO2的存在可以影响硅酸盐熔融体与流体之间的碱质配分,有可能生成具高Na/K比值的卤水,这种卤水可能导致了在许多IOCG环境广泛形成钠质蚀变作用。Pollard(2006)总结提出与IOCG矿化有关的岩体可能侵位深度变化在2~15km之间(图4-7),相当多IOCG矿床形成深度比典型斑岩铜矿深得多。在这样的深度,岩体结晶过程的机械能量释放不足以像斑岩体那样在上部围岩产生破裂而形成斑岩矿床,因而流体只能沿岩体侵位前的断裂成矿或沿可交代的地层形成Manto矿床(图4-7)。除了深度控制外,矿化出现在构造的交会部位或构造与地层不整合界面(例如Candelaria)以及平推断层中的有利部位(例如Salobo),抑或沿着几条平推断层的链接部位成矿(例如Manto Verde)。在一些情况下,矿床产出在浅部,矿化发育于角砾岩筒或呈脉状(例如奥林匹克坝、Alemo,图4-7)。后者类似斑岩铜矿体系,但总体缺少石英网脉状矿化。Barton和Johnson(1996)提出“盆地蒸发岩物源模型”,认为形成IOCG矿床的流体具有高的Cl/S比值,可能为主要来自古蒸发岩的同生盆地流体,岩浆流体叠加为其次。盆地流体循环受控于下伏岩体提供热源而形成的热对流系统,盆地流体与岩浆流体混合成矿。这一模型有助于理解在IOCG矿床成矿系统中如此富集特色元素(亲铁元素和亲石元素)和热液蚀变(钠质蚀变和局部的钾质蚀变),此外,与蒸发岩反应产生贫硫的卤水与地质观察相吻合。Oliver等(2004)综合澳大利亚Cloncurry地区的矿床资料,提出下列的认识:①该区几个阶段的钠长石化先后叠加与1600~1650Ma的变质事件和与1550~1580Ma期间的William岩套侵位的热事件有关。②区内大多数IOCG矿床晚于区域变质作用,与William岩套侵位同时,因而,变质作用无法解释其成因;蒸发岩在区域变质之前或之中被消耗而形成钠长石和方柱石。③Cloncurry矿床中钠化围岩的地球化学资料反映出在蚀变过程中Na带入,Fe、K、Ba、Rb±Ca、Sr、Co、V、Mn、Pb和Zn带出。带出的元素主要富集在富铜金的铁矿石中,因此,将钠质蚀变、高盐度卤水和IOCG矿床形成联系在一起。根据上述资料和观察,Oliver等(2004)建立了Cloncurry地区矿床成因模型:①卤水在William岩套侵入体结晶时释放出;②循环卤水参与钠化反应,在反应过程中钠是固定的,原来在蚀变带和铁矿石中的其他元素(尤其是钾和钠)被带进流体;③循环的富金属卤水借助裂隙流动,与富硫围岩发生反应或与富硫的表生流体的混合,在适宜的位置,例如构造膨大处,沉淀成矿(图4-8)。

图4-8 澳大利亚昆士兰Cloncurry地区IOCG矿床的变质成矿模型

Barton和Johnson(2004)通过总结研究IOCG矿床的成矿过程,提出岩浆与非岩浆两种成因模型(图4-9)。又进一步将非岩浆成因模型分为:地表或浅部盆地流体模型和变质流体模型。这两种非岩浆模型都需要能提供非岩浆氯化物的专属环境。在前一种模型中,侵入体的主要作用是驱动非岩浆卤水的热对流。流体的含盐性可能来自经历了蒸发作用的地表水(温暖、干旱环境),或来自循环水与先存蒸发盐沉积物的相互作用。与IOCG矿床有关的热液活动被认为发生在中地壳深度。变质模式不需要火成热源,尽管同期侵入体可能存在并且向流体提供了热量和组分(例如Fe和Cu)。

图4-9 IOCG矿床流体特征和流经途径综合性模型

总体而言,从目前的研究来看,绝大多数IOCG矿床都与岩浆活动关系密切,非岩浆模型可能适于解释个别矿床成因或某一矿床的局部现象,是岩浆成矿模型的补充。从岩浆分异出的流体在运移过程或多或少都必将与其他来源的流体混合,包括盆地流体、大气水、古建造水、变质流体或地幔流体。由于蒸发盐层在诸多盆地存在,一旦上侵岩浆吞食这些膏盐层或岩浆流体与之发生反应,必将有助于形成大型或高品位的贫硫富钠的IOCG矿床。到目前为止,尚未见有关变质流体形成IOCG矿床的报道,仅仅限于理论推测。

七、找矿评价标志与勘查

铁氧化物铜金矿(IOCG)概念的提出不仅受到学术界的积极响应,而且更加受到工业界的高度重视,目前已经成为近年来寻找铜金矿的重要目标。尽管把许多过去认为关系不大的一些矿床放到一起颇受争议,但是越来越多的地质勘查工作者却认为这是一种找矿的新思路。这一概念给人们的最大启示是在一定的地质环境中,铁铜金可以密切共生,当发现一种矿产时,可能在一定部位找到其他矿产,而且还可能找到钴、镍、钼、铀和稀土金属矿产,甚至铋和砷。对于这类型矿床的勘查标志和有效的找矿方法正在积累之中,目前,主要有以下几种:

1)IOCG矿床一般出现在大陆边缘伸展带(包括弧后裂谷和造山带中的局部伸展带)和大陆裂谷带;

2)以大量的铁氧化物(包括磁铁矿和/或赤铁矿)发育为特征,在大多数矿床中含有铜铁硫化物和金矿化,但像基鲁纳这类矿床中通常不含铜和金。一旦矿体中有硫化物发育,不仅存在铜金,而且Co-Ni-As-Mo-U-LREE等都可能成为可以利用的有用组分。

3)无论是起到物质源和/或能源作用,岩浆岩是成矿的一个重要条件,与成矿有关的岩体通常具有橄榄安粗岩性质,主要岩性为闪长岩、辉石闪长岩和花岗闪长岩,也有花岗岩。

4)破碎的火山岩或火山碎屑岩为成矿围岩时,由于其高渗透性,有利于形成大型复合性质的IOCG矿床,尤其是当有深穿透补给断裂存在时更佳。高角度或低缓角度断层或剪切带也能起到构造渗透作用。

5)围岩蚀变发育,最基本特点是钠化和钾化。钠化以钠长石-磷灰石-阳起石-方柱石(或钠柱石)-绿泥石-磁铁矿为特征,钾化则以钾长石-绢云母-黑云母-碳酸盐岩为特征。在大多数矿床中抑或以钠化为主抑或以钾化为主,在个别矿床中两种蚀变同时发育,而且有下部钠化、上部钾化的空间分布规律性。

6)在辉长闪长岩体或闪长岩体接触带广泛强烈发育接触热变质角岩带和接触交代岩(钠-钙质或钾质蚀变)带是大型复合性质IOCG矿床的很好的指示剂。

7)矿化热液角砾和交代磁铁矿形成大量镜铁矿指示出比较浅的古深度,所以在深部可能存在IOCG矿床。广泛发育的磁铁矿-阳起石组合表明IOCG矿床相对较深,在深部发现具有经济价值的铜金矿的可能性较小。

8)粗晶方解石和铁白云石通常出现在IOCG矿床的顶部或最远离主矿体的部位。在某些情况下,黄铁矿晕可能指示出IOCG矿体的存在。

9)由于IOCG矿床富含铁氧化物,常常缺少硫化物或硫化物含量低,因此,地球物理是找矿评价的有效手段,尤其是在隐伏矿区,使用磁法和重力手段效果最好。成矿区的磁场和重力效应明显,具有重力高、中等到高强度磁异常为标志。

八、对我国IOCG矿床研究的点滴思考

正如前述,尽管国际上研究IOCG矿床如火如荼,我国则刚开始。除了长江中下游地区宁芜和庐枞两个盆地中广泛发育的比较典型的IOCG铁矿床(确切为基鲁纳式或玢岩铁矿式)外,还有很多矿床,例如海南省的石碌铁(铜钴)矿、的雅满苏铁(铜)矿和蒙库铁(铜)矿等值得重新思考,通过研究其形成过程,厘定成因类型,建立相应的矿床模型,推动进一步找矿评价和勘查工作的开展。尽管在提出IOCG矿床概念的初期Hitzman等(1992)就将白云鄂博列为典型的IOCG矿床,但是,这一划分一开始就遇到争议。虽然白云鄂博矿床以富有磁铁矿和LREE为特征,但其本身特征比较清楚地表明与地幔过程(抑或与碳酸岩浆抑或与地幔流体交代有关)关系密切。河北邯邢铁矿和湖北大冶铁矿是比较标准的矽卡岩型铁矿,但是也有某些IOCG矿床的特点,例如,在深部发现铜矿体或硫矿体,除了矽卡岩矿体外还有角砾岩筒矿体、强烈钠-钙化蚀变作用以及地层中膏盐层对成矿的贡献等。与国外同类研究类似,如何正确厘定IOCG矿床与矽卡岩型矿床是一个挑战性的科学问题。可以相信,通过从IOCG矿床角度的深入解剖研究,很多问题将会得到合理的解决。只有合理地建立更加符合客观规律的矿床模型,才能有效地推动矿产勘查工作。

【基鲁纳含磷灰石铁矿矿床模型】

瑞典北极圈内的基鲁纳矿区位于瑞典首都斯德哥尔摩北部克布内凯赛峰(海拔2123m)以东50km。基鲁纳矿床是世界上最大的铁矿床之一,仅Kiirunnavaara矿含有大约20亿t的磁铁矿石,同时该矿床又是世界上最大的地下开采矿山之一。矿区内矿体长可达6km,矿区可分为Kiirunnavaara和Luossavaara矿床,Kiirunnavaara矿体长度约4km,平均宽度为90m,钻探深度为1100m,可能会延伸至2000m。该类矿床矿石主要为含磷灰石铁矿石,许多作者将其划为IOCG矿床(Hitzmanetal.,1992;Smith et al.,2005;Smith et al.,2005)。Williams等(2005)认为基鲁纳磷灰石氧化铁矿和矽卡岩铁矿不属于IOCG矿床,但是他同时又具有IOCG矿床的某些特征,包括:①成矿省内其他类型的矿床较少,②矿床通常与大规模的碱性,特别是含钠的蚀变作用有关,③叠加少量的相关元素,如Cu、Au、P、F、REE等。

基鲁纳地区的元古宙岩石,无论在区域范围内还是在矿区范围内,均受到方柱石化和钠长石化的影响,这一影响与本区的氧化铁矿床的矿化有关(Frietsch,1997)。在本地区具有经济价值的氧化铁矿有Kirunavaara、Leveaniemi、GruvbergetFe、Mertainen、Lappmalmen、Malmberget、Rakkurijoki、Tuolluvaara、Rektorn、Luossavaara、Henry等矿床(图4-27)。区域内铜矿床包括Aitik、Wiscaria(Martinsson,1997)、Oahthavare(Lindblom et al.,1996)和Natanen(Martinssion et al.,2004)以及一些远景区(图4-27a)。大部分矿床为后生矿床,多产于Karelian绿岩和斑岩群中。

一、地质背景

基鲁纳矿区产于中元古代大陆环境(1.85~1.8Ga,U-Pb法测年,Skiold et al.,1984;Skiold,1984)。围岩为大面积碱性流纹岩、粗面岩和粗安岩火山灰和熔岩流组成,同时一些同成因的侵入岩侵入到大陆沉积盖层中(Geijer,1930;Geijer et al.,1974;Parak,1975a;Frietsch,1979;Forselletal.,1980;Frietsch,1980)。该组地层由Kurravaara砾岩、基鲁纳斑岩、下Hauki组沉积岩和火山岩,以及上Hauki组沉积岩组成(图4-28;表4-3)。这一火山-沉积岩带内侵入有几组正长岩、花斑岩和花岗岩,含磷磁铁矿石产于基鲁纳斑岩和下Hauki组层内。该地层最底部为砾岩地层,砾岩地层之上为基鲁纳绿岩———基鲁纳地区的元古宙岩石,无论在区域范围内还是在矿区范围内,均受到方柱石化和钠长石化的影响,这一影响与本区的氧化铁矿床的矿化有关(Frietsch,1997)。

图4-27 瑞典北部地区铁和铜矿床分布图

不同组合侵入岩均与造山事件相对应,Haparanda岩体主要存在于Norrbotten北部地区的最东部,由一套岩石组成,即从辉长岩和闪长岩到二长岩-二长闪长岩、花岗闪长岩和一些花岗岩,其化学特征从碱质-钙质到钙碱系列。条纹长石-二长岩岩体在该区最为发育,由形成于1.88~1.86Ga的二长岩和石英二长岩组成(Bergman et al.,2001)。辉长质侵入体可能与条纹长石-二长岩体和那些正常发育于二长花岗岩侵入岩边界的岩石有关。同/后碰撞深成岩代表了侵入事件的后期阶段对本区的影响作用。花岗岩-伟晶岩岩体的年龄为1.81~1.78Ga,伟晶岩的分布面积较广,通常与主要的二长岩有关。该区的变形变质作用很可能发生于这一时期。

构造运动序列开始于古元古代的古生代地壳的伸展作用和裂谷作用。造山作用始于裂谷作用之后,在与俯冲作用有关的构造环境下,早期形成的陆/岛弧与古生代形成的克拉通碰撞,发生造山作用。大约于1.93Ga,在大陆裂谷之下开始了南西向的俯冲作用(Juhlin et al.,2002)。1.93~1.87Ga之间,古老克拉通、造山带与Svecofennian火山岩带一起形成了新的大陆地壳(Mellqvist et al.,1999)。在碰撞期间,变沉积岩和沉积岩由于不同地块之间的挤压作用发生变形,随后,岛弧与微陆块再次发生碰撞,推覆于古生代克拉通之上(Juhlin et al.,2002)。

第二阶段的碰撞作用期间,在右旋转换挤压体系作用下的变形作用可能导致了东西向至北东-南西向的地壳缩短。随后,局部堆积的透镜体和盖层逆冲于古生代大陆地壳之上。Svecofennian造山事件期间的岩浆作用和构造活动是引起热液蚀变和成矿事件的最可能诱导因素,在空间上这一岩浆和构造活动带似乎与主要的变形带相对应。最后,在地壳伸展期(1.6~1.5Ga,Korja et al.,1993)以非造山岩浆作用为特征的下地壳移除作用使得地壳沿东西走向伸展变薄。

图4-28 基鲁纳地区地质简图

表4-3 基鲁纳地区前寒武纪地层表

二、矿床地质特征

基鲁纳矿床位于残余的太古宙芬诺斯堪迪亚地盾南部边缘,矿床产于由古元古代盖层和大面积的似花岗岩以及这些地层内发育的一系列长英质火山岩地层中。有关含磷灰石铁矿矿体与围岩之间的关系问题先后引起了许多地质工作者的兴趣,例如Geijer(1910)对这些矿床及其围岩进行了较为详尽的描述,他也因此成为这类含磷灰石铁矿床研究的权威。随后,他穷其毕生精力对基鲁纳地区的地质工作进行研究,作出了不可磨灭的贡献。Odman(1957,转引自Forsell,1987)和他的助手们在20世纪50年代的地质工作完成了Norrbotten郡第一份现代地质图,引起了有关基鲁纳地区地层层序问题探讨的再次升温。在20世纪六七十年代,许多工作者对于基鲁纳含磷铁矿的成因问题展开了激烈的讨论。直到1992年Hitzman等(1992)的有关IOCG矿床论述的发表,才使得基鲁纳矿床的成因认识有了新的进展。有关该地区部分含磷灰石铁矿床的特征如表4-4所示。

表4-4 基鲁纳矿区含磷灰石铁矿床地质特征统计表

续表

注:资料来源于瑞士地质调查局矿床数据库:http://www.sgu.se/sgu/en/service/kart-tjanststarte.html。

(一)围岩特征

基鲁纳地区铁矿床的围岩地层主要为中性到长英质火山岩,该围岩火山岩在区内大约有6km厚,整个火山岩地层均发生铁氧化物矿化。Kiirunavaara和Luossavaara矿床产于火山岩与沉积岩接触带之间,矿体下部由斑状、粗面状沉凝灰岩、熔岩流及其相关的侵入岩组成,上部以流纹质沉凝灰岩和凝灰质沉积岩为主的岩石组成(Frietsch,1979)。本区的大多数火山岩均发生过蚀变,因此围岩的原始化学特征尚不能完全确定,可能为富碱质火山岩。许多研究者认为矿床形成与斑岩有关。火山活动与矿体之间具有紧密关系,如①Kiirunavaara矿体被正长岩、次流纹岩和镁铁质岩脉所切割,②含有磁铁矿碎屑的岩脉和岩床本身就含有磁铁矿脉,③Hauki地层沉积岩中含有氧化铁矿石碎屑(Geijer,1960;Geijer et al.,1974;Frietsch,1979)。尽管下Hauki地层发生过强烈的片理化作用破坏了大多数的岩石原始结构,但是局部仍然保留完好。Nukutusvaara矿床以东发育多孔状构造的岩石,与Luossavaara-Kiirunavaara矿床的结核状正长斑岩很相似。在Nukutuscaara矿床内同样发育有像Luossavaara-Kiirunavaara矿带内发育的正长斑岩,并且这两个矿区内的正长斑岩内的磁铁矿具有相似的微量元素含量特征(表4-5)。两个矿区矿石和正长斑岩之间相似的岩性特征和微量元素含量使得矿石与地层之间的相关性很难确定。

表4-5 磁铁矿和围岩正长斑岩中微量元素含量w(B)/10-6

通过对Luossavaara-Kiirunavaara矿区和下Hauki矿正长斑岩之间的微量元素对比,发现下Hauki正长斑岩为富钾岩石,而Luossavaara-Kiirunavaara矿区的正长斑岩为富钠岩石。碱金属含量的不同可能与发育于PerGeijer矿区和Hauki地区之间的富钾熔结凝灰质火山岩有关。褶皱过程中形成发生的熔结凝灰岩的钾长石活化作用产生下Hauki地层的片理化特征,并导致地层内部钾交代作用。

(二)矿体特征

基鲁纳含磷磁铁矿主要为不规则状,如球状、透镜状、长条状、板状,部分地段为网脉状,该矿体类型有时被称为矿石角砾岩,与围岩地层呈整合接触(图4-28)。根据矿体的位置和磷的含量可将该含磷磁铁矿体划分为两类,第一类包括Kiirunavaara和Luossavaara磁铁矿床,产于正长斑岩和含石英斑岩之间的接触部位。这些矿床的平均磷含量小于1%。另一组包括许多小型矿床,总体称其为“PerGeijer矿床”,这些矿床的磷含量为3%~5%。他们产于含石英斑岩和上覆的下Hauki组之间的接触部位(图4-28)。Kiirunavaara矿体主要由块状磁铁矿组成,与之共生的矿物有磷灰石、阳起石和少量石英。在块状矿体顶部和边部的矿石角砾岩逐渐由磁铁矿-磷灰石±阳起石±石英带向流纹岩中浸染状和脉状磁铁矿-磷灰石±阳起石转变。另外,均质不含磷的磁铁矿(B矿带)和层状富含磷灰石层磁铁矿(D矿带)之间为突变接触关系。实际上,在Luossavaara和PerGeijer矿床中也存在层状含磷灰石磁铁矿石。在Kiirunavaara和PerGeijer矿区,纯磷灰石层(0.1~0.5m厚)也很常见。

1.矿石矿物特征

基鲁纳矿床矿石矿物以磁铁矿铁矿为主,在某些矿床的局部发育有赤铁矿,其次为磷灰石、阳起石-透闪石和透辉石。以磁铁矿为主的矿床(PerGeijer、Nukutusvaara、Rektor、Lapp)与富磷灰石铁矿床(Luossavaara、Kiirunavaara)具有相似的岩性特征。Luossavaara-Kiirunavaara和PerGeijer矿区同样存在两个世代的磷灰石,一种为原生磷灰石,为灰色细粒(0.05~0.15mm),呈浸染状产于相同粒级的磁铁矿中,通常具有明显的纹层状结构。另一种为先存的磷灰石经重结晶作用而来的磷灰石,这类磷灰石存在许多中间转换类型,总体来说为粗粒,呈红色或绿色的细脉和脉状。在特殊情况下,存在以磁铁矿为角砾,以磷灰石为基质的角砾岩。在Kiirunavaara矿区北部100多平方米的区域内发育有红色、粗粒的(达1cm长的棱柱体)不含磁铁矿的磷灰石。此外,另一种典型的磷灰石与磁铁矿共生的实例为“骨骼矿”,例如在Luossavaara-Kiirunavaara和PerGeijer矿区均可见到针状磁铁矿产于磷灰石基质内形成的这类“骨骼矿石”。Luossavaara-Kiirunavaara矿区的脉石矿物为少量的阳起石和方解石,黑云母虽然很常见,但是含量却非常少。在PerGeijer矿区方解石为常见的矿物,方解石是浸染状矿石中的常见矿物,同时在不含磷的矿石中也或多或少的存在水平薄层状的方解石脉。在矿区的某一部位的底板围岩以上20m处,发现了一个2m厚的方解石层,被厚度为3m的角砾状方解石铁矿床所覆盖。在Kiirunavaara矿区北部B矿带发育有薄的硬石膏夹层(厚为1~10cm)。

2.围岩蚀变

基鲁纳矿区围岩地层蚀变广泛,并且蚀变作用与埋深之间存在一定的关系,表现出由深部钠质(富钠长石)的蚀变向中部钾质蚀变(钾长石+绢云母)再向浅部绢云母和硅质蚀变(绢云母+石英)转化的蚀变规律。如Kiirunavaara矿区,深度2~6km,蚀变类型为钠化,蚀变矿物组合为磁铁矿-磷灰石-阳起石-钠长石;PerGeijer矿区,深度250m~1.5km,蚀变类型为钾质/绢云母化,蚀变矿物组合为赤铁矿-磁铁矿-绢云母-碳酸盐-钾长石-石英-磷灰石;在Haukivaara矿区深度0~250m之间,蚀变类型为水解化和硅化,蚀变矿物组合为赤铁矿-石英绢云母-重晶石-萤石-碳酸盐。

围岩火山岩主要的蚀变组合为磁铁矿-钠长石-阳起石-绿泥石。区内围岩火山岩中的斜长石大部分转变为钠长石。在Kiirunavaara和Luossavaara矿体之下,磁铁矿±钠长石±阳起石脉较多。Kiirunavaara矿体和围岩之间为一厚1~50cm的含少量榍石的角闪石层(Geijer et al.,1974)。封闭于矿体内部的残留粗面岩和流纹岩通常都转变成了钠长岩。

基鲁纳含磷灰石铁矿的斑岩围岩受到几种类型的蚀变影响,其中发育最为广泛的蚀变是碱质交代作用。Kiirunavaara和Luossavaara矿床中围岩正长斑岩具有富钠特点,这可能是一种次生产物(Gei-jer,1910)。这种富钠正长斑岩含有杏仁状榍石。Kiirunavaara矿床围岩中的正长岩含榍石,这些榍石为交代长石和地幔磷灰石的产物。下Hauki矿区中岩石同样受到强烈围岩蚀变的影响,主要为硅化和绢云母化,同时伴随有少量的其他蚀变,如赤铁矿化、方解石化、磷灰石化、重晶石化、褐帘石化、电气石化、黄铜矿化、斑铜矿化、辉铜矿化和萤石化等(Geijer,1910;Parak,1975;Frietsch,1979)。

三、地球化学特征

(一)化学特征

基鲁纳矿区磁铁矿中稀土氧化物平均含量为0.7%(Parak,1973,1975a,1985)。稀土元素主要存在于磷灰石中,有少量则存于矿区内分布不均的独居石中。矿区内赤铁矿中的稀土氧化物的平均含量为0.5%,主要存在于磷灰石中。基鲁纳矿石中金含量测试较低,但少量磁铁矿和赤铁矿样品测试结果显示,金含量大于2×10-6。铁矿中磷灰石的稀土含量为1250×10-6~6700×10-6,(La/Yb)N=3~7,Eu/Eu*=-2.5~-0.67,为Eu的负异常。富磷矿石和贫磷矿石中磷灰石稀土元素配分模式相似。磁铁矿中稀土元素含量较低,为5×10-6~110×10-6,但是磁铁矿和磁铁矿中磷灰石以及中性长英质火山岩具有相似的稀土配分模式,说明三者存在成因联系(Rudyard et al.,1995)。

(二)温度和盐度

基鲁纳矿区氧同位素地球化学数据揭示磁铁矿的形成温度大于为600℃(Cliff et al.,1990)。Kiirunavaara矿床稳定同位素结果显示出硫源于低温热液事件(70~250℃)的晚期阶段。这与Kiirunavaara矿床磷灰石流体包裹体均一温度测试结果相匹配。因此,已获得的证据显示,该区矿床成矿温度为低于岩浆的热液温度范围,早期埋藏较深的磁铁矿显示出较高的成矿温度,其变化范围较大(多数为150~400℃,最高可达600℃),晚期埋藏较浅的赤铁矿显示出较低的成矿温度(大多为100~200℃)。磷灰石流体包裹体比较复杂,且多为次生包裹体,其封闭流体的盐度大约为19%,Smith等(2005)测试成矿晚阶段石英脉流体包裹体的均一温度为100~150℃,盐度为32%~38%。磷灰石流体包裹体反映出磷灰石经过重结晶作用,正好与后期铁矿石导致稀土元素重新分配的热液事件相一致。同位素研究结果显示,对磷灰石的流体包裹体进行详细研究将可能发挥较好的效果。

(三)同位素特征

基鲁纳磁铁矿和赤铁矿矿体中碳酸盐岩稳定同位素研究结果显示,δ13C值为-3~-5,虽然显示出较奥林匹克坝地区的IOCG矿床具有更多的岩浆参与特征,但总体上还是与其具有相似的特征。成矿晚期阶段石英脉流体卤族元素Br/Cl对数比值范围大致为-2.5~-3.7,总数范围在-2.8~-3.5之间,该数据说明Norrbotten地区成矿流体为岩浆来源,而非变质蒸发岩来源。富Br样品的存在可能暗示了岩浆流体与围岩变沉积岩之间发生了水岩反应。含磷氧化铁矿石内晚期石英脉流体氯同位素经大洋氯同位素平均值标准化后其范围为-5.63~-0.99,该氯同位素结果与先存的流体包裹体、岩石、矿物以及天然孔隙水样品测试结果相比相对富35Cl,而岩盐溶解作用不能形成37Cl亏损的流体,故该地区的矿床形成可能与蒸发岩无关(Smith et al.,2005)。

(四)成矿时代

Cliff等(1990)通过对切割矿体的花斑岩脉测试结果显示,基鲁纳矿区成矿最小年龄为1.88Ga,该年龄与围岩地层的形成年龄(1.9Ga)大体一致(Skiold et al.,1984)。U-Pb和Rb-Sr同位素重置年龄显示,基鲁纳矿区大致于1.54Ga再次受到次级事件的影响,这与本区发育的晚期花岗侵入体相对应(Welin et al.,1971)。单颗粒磷灰石裂变径迹测年结果显示Tuolluvaara矿体年龄为486±95Ma。但是从火山岩与矿化之间的地质特征来看,成矿作用应与火山岩有关,测年结果可能与后期变质作用有关。Smith等(2005)采用激光剥蚀ICP-MS对榍石进行U-Pb测年,获得3组年龄数据,第一组最老年龄为2.07~2.00Ga,代表基鲁纳地区围岩沉积盖层的年龄,这比以前认为的更老一些;第二组中间年龄为1.875~1.820Ga,该年龄与Cliff等(1990)测定的年龄相一致,代表主要成矿年龄;第三组年龄为1.790~1.700Ga,该年龄与长期活动的区域规模构造运动引起的成矿后变质作用有关。

四、矿床成因认识

过去的一百多年来,对于基鲁纳含磷灰石铁矿床的成因认识存在许多争论。早期的成矿模型完全建立在矿石与围岩之间野外相互关系的基础之上。岩浆特征和沉积特征分别出现于含矿地层和矿体的不同部位,而这些不同部位的含矿地层和矿体正是解释野外资料的有利证据。最早矿床被解释为沉积成因,后来被认为是火山热液成因、岩浆分异作用经后期喷出岩或侵入岩所改造(Geijer,1931a;Nystrom,1985;Nystrom et al.,1994)、与到后期阶段岩浆流体有关的交代作用成因(Bookstrom,1995)、喷流沉积成因(Parak,1975a;1975b)以及形成于特定构造伸展背景下的岩浆成因(Hitz-man et al.,1992)。根据Geijer(1910)的观点,矿床是岩浆分异的产物,后来,Geijer(1919)修正了自己早期的假设,提出了所有铁矿的侵入作用成因观点。Parak(1975a)认为铁矿是火山喷流沉积的产物。在20世纪60年代的大规模勘探活动中,LKAB公司对基鲁纳地区的地质认识取得了很大的进展,发现了一些新的铁矿和铜矿,这些铁矿床为连续分布,向东倾斜的层控矿床。Hitzman等(1992)通过对诸如奥林匹克坝、基鲁纳、东南密苏里、白云鄂博等矿床的研究,提出关于IOCG矿床的类型划分观点,并提出基鲁纳含磷灰石铁矿床的热液成因观点。铁的氧化物和磷灰石的化学数据和结构特征(如磁铁矿特殊的柱状结构和树枝状结构),均进一步支持了岩浆成因观点。许多不同解释之间的最大分歧在于,是否贫磷的Kiirunavaara和Luossavaara矿床和富磷的PerGeijer矿床具有各自不同的、可对照的成矿模式。

五、矿床实例

(一)Kiirunavaara矿床

1.成矿围岩

Kiirunavaara矿床是基鲁纳地区最大的矿床,其容矿围岩主要为前寒武纪地层。矿体呈板状产于火山岩与沉积岩接触带之间,矿体底板为粗面安山质熔岩,传统上划分为正长斑岩;顶板为流纹英安质熔结凝灰岩,通常被称为石英斑岩(图4-28)。本区的大多数火山岩均发生过蚀变,可能为富碱质火山岩。围岩蚀变广泛,例如在底板火山岩围岩内矿化侧向延伸可达数千米,向下延伸可达5km。

2.矿体特征

Kiirunavaara矿床矿体呈板状产于层状火山岩地层当中,长度约4km,平均宽度为90m,钻孔深度为1100m,估计延深可达2000m,矿体走向近南北向,倾向向东,倾角为60°,主要矿石类型为磁铁矿,细分为两个类型,富磷灰石矿石(D矿)和贫磷灰石矿石(B矿),D矿磷的含量为0.4%~4%,铁品位为60%,B矿磷含量小于0.1%,铁品位为67%(Malmgren,2007;Lupo,1997)。

3.矿石矿物

Kiirunavaara矿床主要矿石矿物为块状磁铁矿,其次为与之共生的磷灰石、阳起石和少量石英。在块状矿体顶部和边部的矿石角砾岩逐渐由磁铁矿-磷灰石±阳起石±石英带向流纹岩中浸染状和脉状磁铁矿-磷灰石±阳起石转变。浸染状黄铁矿和少量的黄铜矿产于矿体底部的块状磁铁矿和矿体附近围岩中的磁铁矿和磁铁矿-阳起石矿脉中,该硫化物切穿磁铁矿体。

4.围岩蚀变

围岩蚀变类型主要为钠化,蚀变矿物组合为磁铁矿-磷灰石-阳起石-钠长石。围岩火山岩地层主要的蚀变矿物组合为磁铁矿-钠长石-阳起石-绿泥石。区内围岩火山岩地层中的斜长石大部分转变为钠长石。Kiirunavaara矿体和底板围岩之间存在一厚0.2~0.4m的斜长角闪岩和阳起石矽卡岩带,顶板围岩和矿体之间为0.1~1.5m厚的富高岭石和绿泥石层,矿体之下磁铁矿±钠长石±阳起石脉较多。存在于矿体内部的残留粗面岩和流纹岩通常发生钠长岩化。

5.化学特征

Kiirunavaara矿床铁矿石主要由磁铁矿-赤铁矿-磷灰石组成,矿石特征为富磷灰石,含有少量的Cl和OH-。磷含量高低变化较大(0~4%),Ti(榍石或偶尔存在的钛铁矿中)和S(主要为黄铁矿中)的含量很低(<1%)。

6.成矿时代

Cliff等(1990)通过测定切割矿石的花岗斑岩岩墙的时代,获得其成矿年龄的上限为1.88Ga,与容矿岩石的年龄相一致(1.9Ga,Skiold et al.,1984)。U-Pb和Rb-Sr同位素体系显示,该区受1.54Ga的第二次热事件的影响,这个时代与区域上晚期花岗质侵入体相对应(Welin et al.,1971,转引自Cliff et al.,1992)。

7.矿床成因认识

岩浆成因解释了Kiirunavaara矿区底板正长岩杂岩体内富含浸染状磁铁矿这征,在有些地区磁铁矿含量较高,因此Geijer(1931,转引自Cliff et al.,1992)称其为“磁铁正长岩”,并认为底板围岩的正长岩是成矿金属的主要来源。但是Parak(1985,转引自Cliff et al.,1992)认为该矿床为喷流沉积热液矿床,铁来源于下伏的基鲁纳绿岩。Cliff等(1992)通过对围岩和矿石的Sm-Nd同位素测试结果及稀土元素分析排除了成矿物质来源于基鲁纳绿岩的可能性。认为磁铁矿的成矿物质可能为古老地壳,它的Nd同位素组成与古老地壳的同位素组成相似。

基鲁纳Kiirunavaara矿床位于太古宙基底西南边缘地带,总体上可能为大西洋活动大陆边缘的一部分。该矿床的成矿作用可能发生于这一岩浆形成、冷却时期。在矿床形成和发生变形以后,沉积盖层覆盖于瑞典北部地区,因此该地区的铁矿床在形成以后大部分处于深埋状态。直到1.5Ga的地壳上隆和剥蚀作用,使得矿床接近于地表。同时该时期的构造活动导致了大规模热液流体的形成,从而Rb-Sr、U-Pb同位素体系也建立新的平衡体系。

(二)Aitik矿床

Aitik矿床是瑞典最大的铜矿床,位于Norrbotten成矿省内Gallivare东南15km处,同时也是欧洲最重要的生产铜矿石矿床之一。从1968年开始矿山生产到2002年,Ailik矿床已经生产了约3.8亿t矿石,其平均品位为Cu0.39%,Au0.21×10-6,Ag3.9×10-6。保有储量为2.26亿t矿石,平均品位为Cu0.37%,Au0.2×10-6,Ag3×10-6

1.围岩特征

Aitik露天采场规模为2500m×800m,根据构造界线和含铜的品位将矿区划分为顶板围岩、矿体和底板围岩。顶板围岩和矿体围岩主要为长石-黑云母-角闪石片岩和斑状石英二长闪长岩。围岩地层中铜的含量小于0.26%,其余矿体的界线为发生强烈钾长石和绿帘石化蚀变的断裂带。围岩中石英二长闪长岩的锆石U-Pb年龄为1.87±23Ga(Witschard,1996;Wanhainen et al.,2003)。矿带主要由含石榴子石的黑云母片岩和片麻岩组成,顶板围岩以白云母(绢云母)片岩为主(图4-29)。强烈的蚀变和变形破坏了岩石的原始特征,但是通过矿区外观察,认为这些岩石原岩为火山碎屑岩Wanhainen et al.,1999)。底板围岩主要由未发生矿化蚀变的长石-黑云母-角闪石片岩组成,通过以逆冲断层将其与矿带分开。顶板围岩和矿带中伟晶岩脉分布较广泛,通常沿岩层走向或者横切节理面发育。

图4-29 Aitik矿床平面地质简图

矿区内主要矿物为黄铜矿和黄铁矿,其次为磁铁矿、磁黄铁矿、斑铜矿、辉钼矿和辉铜矿。矿石通常呈浸染状和网脉状产出,底板围岩中也存在这类矿物组合的矿化现象,但未达到开采品位。在几种石英脉以及角闪石、长石细脉中常发育一些硫化物。在采场东南部矿带和底板围岩的接触部位发育有细的石英网脉,石英网脉的厚度变化较大,变化范围为3~30mm,网脉中主要含有黄铜矿和黄铁矿,这种网脉一直向下延伸至斑状石英二长闪长岩地层中。重晶石脉中含有含量不等的磁铁矿和阳起石,偶尔含有黄铜矿和黄铁矿。在矿带内部,伟晶岩脉中通常含有黄铜矿和黄铁矿,偶尔出现辉钼矿。在矿体和底板围岩的接触部位的钾长石和绿帘石蚀变矿物中存在有少量的硫化物。除了铜以外,金也是本区的另一具有经济价值的元素,自然金和金的化合物通常与黄铜矿、黄铁矿共生。

2.围岩蚀变

Aitik矿区发育有广泛的围岩蚀变,矿带内的蚀变主要为黑云母化和绢云母化,伴随有石榴子石变斑晶、石英化和黄铁矿化。钾长石化和绿帘石化主要发育于矿带与围岩接触的断层附近,同时在矿区内部的局部地区也有发育,特别是伟晶岩发育的周围具有明显的钾长石化和绿帘石化。电气石化和方柱石化很少发育,方柱石化出现于矿区北部角闪石岩周围和矿体南部底板围岩侵入体内。

3.地球化学特征

Aitik矿区石英中流体包裹体存在3种类型,第一种类型为与黄铜矿有关的原生包裹体,通常为气液和固体子晶,子晶为石盐或方解石,部分均一温度范围为110~228℃,盐度范围为31%~37%;第二种为与斑铜矿有关的包裹体,通常由水溶液和气泡组成,均一温度范围为100~222℃,盐度范围为17.9%~24.0%,该包裹体与斑铜矿的形成是否有关尚不能确定;第三种为沿颗粒边界和微裂隙成群出现的次生包裹体,在室温下为液相CO2,有时可以出现气相CO2。Aitik矿石形成与底板围岩中于1.89Ga形成的侵入体有关。与黄铜矿的形成有关的流体为高盐度流体,与斑铜矿形成有关的流体为低盐度流体。地质年代学数据显示,北Norrbotten地区存在有1.87Ga和1.77Ga两期主要的成矿事件(Martinsson,2001)。Norrbotten地区的以斑铜矿为主的矿化主要形成于1.77Ga,为切穿石英脉和1.80~1.76Ga形成的伟晶岩晚期成矿阶段(Martinsson,2001)。Aitik矿床流体分别具有斑岩铜矿和IOCG矿床的双重特征,因此成矿流体可能为多来源流体,然而流体中具有高的钙含量,说明成矿流体可能为流经下伏蒸发岩地层的岩浆热液流体(Wanhainen et al.,2003)。

4.矿床成因认识

Aitik矿床的第一个成矿模型是Zweifel(1976)提出的,他认为该矿床为同沉积成因。这种层状早期富集成因的铜矿床被后期的花岗岩侵入体(1.8Ga)所改造。Yngstrom(1986)依据同位素研究提出了Aitik矿化岩浆来源的观点,这一岩浆成因观点后被Monro(1988)进一步发展,认为成矿作用与底板围岩地层中的同造山期石英二长闪长岩有关,他指出热液流体自侵入体中出溶出来沿南北向剪切带形成Cu-Au-Ag矿带。矿床形成后受后期变形变质作用的影响发生过多阶段的再活化作用。

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