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2008年 25卷贵 州 地 质 GU IZHOU GEOLOGY Vol25 No1 Tol 94 2008 第 1期 总第 94期 [译文 ] 沉积喷流型金矿 张立新, 王睿 译, 王尚彦 校 [摘 要 ] 美国内华达州的金矿, 最近被认为是富金的沉积喷流矿化作用形成的矿床, 平均金品位为 14g/t 。典型的沉积喷流矿床发现于德国的 Rammelsberg矿床 1g/t、加拿大的 Anvil地区矿床 07g/ t , 美国爱达荷州的 Triumph矿床 22g /t。这些矿床特征显示盆地卤水可形成金矿床。在美国内华 达州的沉积喷流金矿床, 代表了以前未被认识的包括大型 Zn- Pb矿、中型的 Zn- Pb- Ba 含 Au 和 重晶石的沉积喷流型矿床系列中的最后成员。矿物沉积、现代卤水和化学模拟的研究表明, 沉积喷流 型矿床中金属的比率和丰度的变化主要受硫的富集和氧化还原反应所控制。例如 金和钡溶解度在富 H2S、贫 SO 2- 4 的流体中最高, 然而碱金属溶解度在没有 H2S存在时最高。化学模拟实验表明还原卤水 在溶液温度为 200 时可以迁移 1ppm的金 15wt NaCl,PH 55, H2S 001m 在卤水中 H2S的 含量主要受 H2S的硫酸盐的热化学还原的生产速率所控制, 硫酸盐受流体中有机质和在沉积物中的 Fe 的硫化反应在液体中的迁移率所控制。因此, 具有高有机碳和硫酸盐的沉积盆地形成的岩石中 Fe含量 低。碳酸盐岩和页岩, 最有可能在能形成富金沉积喷流矿床的富含 H2S的卤水环境中形成。由规模巨 大的沉积喷流热水系统和盆地流体能够迁移金的证据提出了一种在沉积盆地中富集金的新机理, 并为 未来金的勘探开辟了广阔的空间。 [中图分类号 ] P641134[文献标识码 ] A[文章编号 ] 1000- 5943 2008 01- 0074 - 06 1 前言 原来认为在沉积喷流型 Zn- Pb矿和重晶石矿床中 金不很重要。然而, 最近对内华达金矿的研究表明, 第 三纪中期卡林型金矿的围岩也含有泥盆纪的沉积喷流型 矿化。这是很有意义的事。这些矿床主要是为了寻找金 矿被开采, 不是为了寻找 Zn- Pb或重晶石矿床。这项 研究表明, 通过盆地流体迁移金和在沉积喷流环境下形 成的次级层序都能形成金矿床。根据这些发现, 并重温 确实含金的几个经典的沉积喷流矿床的几篇文章, 这些 有限的先前的工作证明,金在这种热水系统中可以迁移 和沉积。 Lydon等 1985 根据沉积喷流重晶石矿床形 成的理论模型, 推测出在卤水盆地中金可能被迁移从而 形成矿床。 Emsbo等 1997,1999 依据沉积喷流金矿 在卡林金矿带的发现和地球化学模拟的结果, 提出金是 在还 原 的、富 H2S 卤 水 中 迁 移的。最 近,Cooke 等 2000 的地球化学模拟也说明金在还原卤水盆地中可 被溶解。 本文的目的主要是说明金在沉积喷流环境中可以富 集, 内华达发现的沉积喷流金矿床, 代表了原来并不认 识的大量贫金 Zn- Pb矿床、少量 Zn- Pb- Ba Au矿床 和重晶石矿床这类沉积喷流矿床的系列的最后成员。证 据表明,沉积喷流型矿床中的金、碱金属和重晶石含 量, 主要由盆地卤水中硫的富集和氧化还原反应所控 制。例如 当 H2S提高了金的溶解度时, 它减少了包含 重晶石的碱金属; 另外,硫酸盐的富集对那些金属有很 小的影响, 但却限制了钡的溶解度。因为这些相互联 系, 在沉积喷流型矿床系列的背景的基础上, 讨论金的 化学性质。重点集中于控制硫的富集和氧化还原作用的 热水沉积盆底。 2 沉积喷流矿床系列 根据矿床大小, 金属、重晶石和金相对比例, 这种 经典的沉积喷流矿床系列可分为三个类型。第一类是沉 积喷流矿床系列中的最后的成员 Zn- Pb矿。规模较大 ∀74∀ [收稿日期 ] 2007- 08- 15 的产于 M acarthauR iver盆地中的 HYC,Century和 M ount Isa铅锌矿床, 加拿大的 Sullivan矿床, 阿拉斯加的 Red Dog矿床和在 Selwyn盆地的 Ho wards pass矿床属此类。 他们数量多, 类型大于 100多种, 规模一般超过 550M t , 通常品位较高。金含量接近地壳丰度。仅 Red Dog矿含 有少量的重晶石。第二类是沉积喷流矿床系列中的中间 成员的 Zn- Pb- Ba Au矿床。产于德国的 Rammelsberg 矿床,Selwyn盆地的 Anvil地区的 To m和 Jason矿床属此 类。它们规模通常小于 50M t ,Zn- Pb矿品位略低, 重 晶石含量高, 含很有意义的金。第三类是重晶石矿床, 主要产于 Sel wyn盆地和内华达。重晶石占硫化物矿石的 90 。但这些重晶石矿中的金却几乎不被人所知, 唯一 的资料记载来源于 Tea矿床 , 这种矿床仅包括少量的不 规则金高达 11ppb ;lydon等,1985。 沉积喷流型矿床系列已经用沉积盆地中硫化物组合 的系列描述。沉积盆地特征由广泛分布于盆地中的热液 形成 的不同岩 性表 现出来 Lydon ,1983;Lydon 等, 1985;Large 等,1998 ;Emsbo 等,1999;Cooke 等, 2000。这种概括广泛适用, 只少量例外。 Selwyn盆地 的矿床系列中, 包括了 Howards Pass 全世界最大的 Zn - Pb矿床 , 中间成员的 Tom矿床、 Jason矿床 和 Anvil Zn- Pb- Ba Au矿床, 以及还有一些象 Tea矿床那样的 重晶石矿床。Lydon 1983 ,1985 对在一个沉积盆地 中形成的不同矿床有一些形成在同一时期 现象作了 解释, 认为不同盆地流体形成不同的岩性和温度的储 集层。 3 沉积喷流型 Zn- Pb- Ba Au矿床中的金 尽管在沉积喷流 Zn- Pb矿床中金含量极少, 但金 在 Zn- Pb- Ba Au矿床中含量较高 表 1。金的分析 在许多沉积喷流矿床中几乎没有做, 这主要是受了金在 沉积喷流系统中比较少的流行观点的影响。 31 Rammelsberg矿床 Rammelsberg矿床在中欧华力西构造带是最重要的 硫化物矿床之一, 容矿岩石为中泥盆纪 W issenbach页 岩。在含化石的钙质页岩和超过 20米厚的薄层长英质 凝灰质水平岩层之下,有非常急剧的相变, 显示了一个 沉积和构造环境的突变图 1 ;Large ,1980。这种地 层组合序列被解释为断块形成的大陆边缘产生的裂谷盆 地 Large,1980; W erner ,1988。 在 Ra mmelsberg 矿床长期采 矿期间,开采了大约 30M t的矿 石。矿 石平均品 位为 Zn 14 ,Pb 6 ,Cu 2 ,Ag 140g/t , Au 1g/t和重晶石 20 Large andW al cher ,1999。矿石被概括为四种常见类型图 1。在 这些矿石中,24 的块状矿石含 Zn- Pb- Cu 薄片显 示由黄铁矿、闪锌矿、方铅矿和黄铜矿组成 ,22 的 重晶石和 10 的碳酸盐。显微透镜观察发现, 块状矿石 平均含 Zn 10 和 Pb 4 , 它们组成韵律型带状互层构 造。毫米级的薄层构造显示在含黄铁矿的页岩中, 铁白 云石、白云石、黄铁矿、闪锌矿和方铅矿具有交互层状 构造。灰矿覆于其它矿体之上, 主要由 80 的有纹理的 薄层重晶石组成, 它们与闪锌矿和方铅矿交互成层,Zn - Pb- Cu的品位大约为 4 。另外,Kniest矿化体不整 和在其它矿体之上, 主要由黄铁矿、闪锌矿、方铅矿和 黄铜矿组成,并伴有石英、铁白云石、方解石和绿泥 石, 平均品位为 Zn 3 ,Cu 13 ,Pb 14 , 但这类 矿物没有被大量开采 Large andW alcher ,1999。 在 O ld Orebody矿体中的金是比较重要的。这个矿体 的基本组成是块状矿和层状矿, 金品位通常在 1- 28g /t 表 1, 金以自形金和银金矿形式产出,含有方铅矿和 黝铜矿, 矿石平均含 Pb 800 10- 6, As 500 10- 6, Co 150 10- 6, Sn 50 10- 6。矿体围岩有 8- 19米厚的薄层 页岩夹浅色灰岩和含黄铁矿白云岩。围岩含有少量的 Zn、Pb、Hg 、 Ag 、 Sb、 As 和 Bi Large and W alcher , 1999。这些关于金品位和成吨的矿的报道说明,这种 沉积喷流矿床中, 品位 1g/t的金有 1M 盎司。 表 1 沉积喷流矿床中的金 矿床名称 规模Au Au含 变化范围 ZnPbBa Au估算 总量 资料来源 M t g/t g /t t Ra mmelsberg301010- 28146Yes30Large等,1999 T riumph m ineNa2207- 62657402M inorNaTurner等 ,1995 Anvil地区120075637Yes83Jennings等,1983 Dy211106755Yes21Jennings等,1983 Grum308084931Yes25Jennings等,1983 Vangorda71084334Yes6Jennings等,1983 Faro576055734Yes29Jennings等,1983 Sw i m43074738Yes3Jennings等,1983 ∀75∀第 1期 张立新, 等 沉积喷型金矿 矿床名称 规模Au Au含 变化范围 ZnPbBa Au估算 总量 资料来源 M t g/t g /t t Re maining in Dy Vangorda Grum 37707Yes26Burk,1996 Red Sea900505- 213201Yes45Hannington等 ,1991 Rodeona140001- 6801005YesnaEmsbo等,1999 注 金的估算来源于 Jennings和 Jilson,1983 图 1 Ramm elsberg矿区中的 W issenbach页岩的厚度及相的变化显示了 不同矿石类型及金和重晶石的分布 Large和 W alcher ,1999 32 Anvil地区矿床 Anvil地区分布有 5个典型的 Zn- Pb- Ba沉积喷流 矿床, 分别是 Faro 、Grum、Vangorda 、 DY 和 Sw i m, 它们 均被 Jennings和 Jilson 1986 作了比较深入的研究。这 些矿床有 120 M t的矿石, 平均品位 Zn 56 、 Pb 37 、 Ag 45 50g /t 。 矿体产于厚度异常巨大 150m 的寒武系的 M ount M ye组和 V angorda For mations组的石墨化千枚岩中。这 些矿床形成于富页岩的晚元古代至早古生代北美冒地槽 的远端部分, 其形成与张性裂谷盆地演化过程中的同沉 积断裂有关。虽然同期地层中有少量的火山岩分布, 但 大部分与陆内裂古有关的碱性玄武岩主要产于厚度大约 1000m 的上寒武统的 Vangorda组和下奥陶统的 M enzie Creek组中。 图 2 Anvil地区的 5个矿床横断面显示矿石类型和金的分布 Jennings和 Jilson ,1986 ∀76∀ 贵 州 地 质 2008年第 25卷 这五个典型的层状的硫化 Zn- Pb- Ba矿床, 由带 状到块状的黄铁矿 - 闪锌矿 - 方铅矿矿石组成, 并含有 磁黄铁矿、黄铜矿、毒砂、磁铁矿、黄铁矿图 2。矿 石中硫化物占 60 100 ,并含有石英 - 重晶石 - 方 解石 -白云石 -铁白云石脉石矿物。够品位的这些矿石 向上向外延伸到薄层带状硫化物 - 重晶石矿, 由方铅矿、 闪锌矿和磁铁矿并伴有重晶石和少量的方解石、白云石、 铁白云石和碳酸钡矿组成。重晶石的含量较多,可达 50 。这种矿石中金的分布细节不是很清楚,但在块状 矿石中金与铜异常有一些联系是比较清楚的。在一些矿 床中随着重晶石矿的增厚, 金和银的含量也相应增多。 最新对的 Vangorda矿床、Grum 矿床 和 Dy矿床的 377M t矿 石 计 算表 明,金 资 源量 大 约 850000 盎 司 Burke ,1996。这 些 矿 石 平 均含837 Pb 和Zn , 526g/t银和 07g/t金。假如整个 Anvil地区金的品位都 是这样, 那么金的资源量将超过 3M 盎司。 33 Triu mph矿床 Turner和 Otto 1995 研究了爱达荷 Idaho 地区的 Triumph矿床, 该矿床以泥盆纪 M illigan组为赋矿岩层。它 的形成时代、地质背景、矿物学和地球化学都与内华达南 部的相关的沉积喷流矿床相类似。矿体横向延伸相变为碳 质粘土岩、燧石和千枚状页岩, 在原地厚层含碳质泥晶灰 岩之上有覆盖有碎屑流沉积物。在赋矿岩层中有一些薄层 的 1000 10- 6 和 Sb 250 10- 6, 都超过地壳平均丰度的 103倍。金的含量在 3 10- 9到 3 30g/t之 间 Godfellow 和Rhodes ,1990; ∀78∀ 贵 州 地 质 2008年第 25卷 Large和 W alcher ,1999。 在大型沉积喷流型 Zn- Pb矿床中,金的品位相当 低, 金与地壳平均丰度相似图 4, 表明金在形成这类 矿床的流体中是不溶的。一个很有意义的事情是, 在含 金的 Zn- Pb- Ba沉积喷流矿床中, 金平均品位为 07- 22g /t , 只是金没有其它金属那样富集。这表明, 虽然 不是很理想, 但这种卤水还是可以浸出和迁移金的。在 沉积喷流矿化作用形成的 Rodeo矿床中, 金的平均品位 14g/t , 比其它元素含量高图 4。金的富集因素与在许 多沉积喷流型的 Zn- Pb矿床中的 Zn和 Pb的富集因素类 似。金的高溶解度表明,被认为在含有金的卤水中的金 含量, 并非完全受流体中金的溶解度控制, 还要受在流 体运移过程中流体与岩石的比率的控制。 在大型沉积喷流矿床中金属的含量,Zn为 20M t ,Pb 为 6M t , 证明它们处于大规模热液系统中。假设在矿床 形成地区, 金含量与地壳中金的丰度值相似或一致, 在 富 H2S卤水中, 浸出、传递和沉淀与地壳中效果相类似, 迁移和富集金潜在能力可达 1000t , 这些参数表明世界级 的金矿床在理论上可由卤水盆地形成。 图表 4 沉积喷流矿石与大陆地壳金属含量标准化图 金属的含量来源于表 1 ;Lydon 等,1996 ;M cGoldrick 等,1996 ;大陆地壳平均含量为Zn 80ppm,Pb 8ppm,Ag 80ppb ,Au 3ppb, 数据来自 T aylor和 M cLennan,1985。 6 结 论 富金的沉积喷流矿床实例,证明大量金的迁移、富 集和沉淀作用是在沉积喷流热水系统中形成的, 这与原 来的认识是不一样的。最近,在内华达的沉积喷流矿床 的发现, 被现代卤水化学分析和模拟所证实,进一步证 明了还原卤水可成为迁移金的理想流体。而且, 热水系 统的规模、温度、 PH值和硫化物的含量表明了它们有迁 移大量的金的能力。 内华达沉积喷流金矿床的发现, 是沉积喷流沉积形 式的热液系统中, 富含 H2S卤水的热液形成的沉积喷流 矿床最后成员里最著名的矿床实例。这个发现很有意义, 因为这些金是较晚形成的卡林型金矿的金的一部分或全 部的来源。如果是这样, 不但对解释异常富金的卡林型 金矿的来源, 也对在内华达地区的金矿勘探有非常重要 实际意义。更重要的是, 事实表明盆地的卤水可以迁移 金, 但以前并没有引起足够的重视, 正如以前被认为含 很少金的岩层而如今却成了金矿的富集区一样, 这些发 现和认识为金矿的勘探开辟了广阔的前景。 译自 Gold in 2000 ,Review in Econo m ic Geology , Vol ume13 ,P427 437 有删节 。 校译后记 这篇文章, 大 略看过一遍后, 认为有些观点很新颖, 给我启发不少。 因此, 安排学生张立新初步翻译, 我又校译了一次。 这篇文章的资料和观点, 对贵州的找矿和勘探是有 启迪的。黔西南的金矿,其产出位置在台地和盆地过渡 带附近, 可能有同沉积深断裂存在,它们的形成是否有 沉积喷流作用的影响。贵州东部和南部, 位于扬子陆块 与江南造山带的过渡带, 在地壳演化过程中, 有多次的 拉张作用, 同沉积深断裂活动强烈,有可能形成沉积喷 流型矿床或矿源层。黔东和黔北寒武系底部产镍、钼、 钒和重晶石等矿产, 是否也受沉积喷流作用的影响 黔 南泥盆系中的铅锌矿,黔东不同地层为容矿岩石的铅锌 和金等的成矿作用是否同样受沉积喷流作用的直接和间 接的影响 分析研究这些问题是很有意义的, 因为沉积 喷流作用形成的是沉积类矿产, 如果后期改造不是很强、 埋藏深, 蚀变特征就不太容易发现,使这类矿床的发现 比较困难, 预示着可能有这类矿床未被发现, 这就扩大 了我们的找矿空间。 ∀79∀第 1期 张立新, 等 沉积喷型金矿