高级矿床学找矿案例Olympic坝矿床.ppt

1,找矿成功案例Olympic坝矿床,中南大学地学院 刘继顺 2006-12-13,2,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,澳大利亚最大的坑采矿山，年产多万吨铜金属，副产品有铀、金、银。世界第四大铜矿，第一大铀矿，第十大金矿、世界最大的银矿之一。,罗克斯比当斯 矿业新镇,3,矿区地理位置,Campbell et al. 1998,4,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,奥林匹克坝矿床地理位置图 （ Adelaide 北西公里）,5,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,奥林匹克坝矿床地理位置图 （ Adelaide 北西公里）,6,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,矿石储量大于600 Mt ，品位为： 1.8% Cu, 0.5 kg/t U3O8, 0.5 g/t Au 和 3.6 g/t Ag. 矿石资源量 大于2300 Mt, 其中金属量3千万吨的 Cu, 93万吨的 U3O8, 1200 t 的 Au, 6700 t 的 Ag ， 10 Mt 的 REE（主要为La 和 Ce） (Reynolds 2001),7,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,年由发现 隐伏于地下300米的超大型铜铀金矿床 理论模式找矿的范例 最初设想的成矿模式与勘探后的成矿模式有较大差距，但引领了这一震惊世界的重大发现 相似类比、间接找矿 13年艰苦的勘查，第九个孔RD10的突破：坚持不懈，灵活机动，敏锐果敢,8,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,布罗肯希尔革命 上世纪50年代前，澳前寒武纪内产出的矿床被认为是热液成因的，是花岗质岩浆派生出来的上升矿液形成的， 矿体本身是由于交代围岩而侵位，实为侵入体，沿裂隙或适宜的地层而成为母岩的一部分。 Broken Hill是世界上最大的金属矿床之一。其为沉积而非热液成因的事实导致地质学家在考虑矿床成因方式的思维上发生了重大变化，认为在适宜的环境下，矿床可由沉积作用形成，而并不需要深部的岩浆岩体的介入。,9,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,奥林匹克坝矿床地理位置图 （ Adelaide 北西公里）,10,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,奥林匹克坝矿床地质构造略图,11,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,19691972年，特别是1972年6月，任WMC主任地质师的R.Woodall推动了对澳大利亚无古代和早古生代地层文献的研究，目的是要圈定出沉积岩容矿的层状铜矿的找矿靶区。并利用了澳大利亚国立大学于1965-1972年发展起来的包括铜的来源、铜物质搬运和铜矿物沉淀(成矿)等问题的一种理论模式(Haynes，1972)。该成因模式进一步发展成为全澳大利亚确定勘探项目的战略基础。 模式假定：大陆玄武质岩石的蚀变和氧化将释放出大量的铜，然后这种铜将被含盐的地下水带进溶液，这种溶液穿过上覆的岩石进入活动的沉积环境，在适合的还原条件下，溶解的铜可作为同生或后生的硫化物与细粒沉积物一起沉淀下来。,12,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,大量的深部玄武质岩石可能是铜的源岩。这种岩石的存在可以通过重力和磁法测量确定。 存在一个含有细粒的、叶理化的、还原相的地层单元的沉积层序，这种还原相地层有利于硫化物的沉淀。模式还相信，沉积盆地的边缘位置是最有利的位置。这可能与它产在靠近基底“隆起”(high)处有关这个基底“隆起”将增强重力和磁异常的强度。 存在含铜溶液从源岩向上进入到赋矿沉积岩的通道。这种通道可能是大的断层和其他大型构造，这种大型构造被证明以线性构造的形式显示出来。,13,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,奥林匹克坝矿床区域地质背景,14,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,成矿模式的演变 A、勘探目标模式 、早期沉积成矿模式 、现在的热液模式,15,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,找矿最佳位置是在盆地的边缘，即与隐伏的包含玄武质源岩石的上升基底相邻近。 可通过重力和磁异常探测到。因为：与上升基底有关的断裂可能形成矿液通道，让含铜溶液从基底源岩上升运动而进入上覆的活泼的沉积环境，推测此种构造类型向上呈线性构造。斯图尔特陆栅的航空磁测和重力填图显示出一些地段有磁力和重力异常。芒特加森铜矿床与其中之一有关，这显然证实了模式的有效性。,16,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,根据地层和构造背景，南澳的斯图尔特陆台(Stuart Shelf)被选为勘查区。 对这个很少露头的地区的有用资料进行了详细的研究。调查研究显示，出露在斯图尔特南部的Roopena火山岩可能是铜的适合的源岩层这个地质单元或它的等同物可能产在斯图尔特陆台北部地区的探部，上覆的沉积岩层是有利矿化的围岩。 斯图尔特陆台的航空磁法和重力资料表明有几个重、磁异常套台很好的地区被进一步缩小为靶区。人们注意到斯图尔特陆台南的MountGunson铜矿床是与重力和磁异常相吻合的，这进一步证明了模式的有效性。 1974年7月至9月完成了对斯图尔特陆架南部和安达莫卡地区(包括奥林匹克坝)的线性构造分析 通过分析，证实了最令人感趣的重力和磁力异常确实具有含矿潜力。 在上述资料和线性构造研究的基础上选择了两个地区一奥林匹克坝和南西20公里的Acropolis作为验证地层的地区。 为了精确确定验证钻孔的位置，设了地面磁法和地震剖面测量。,17,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,钻探工作于1975年在奥林匹克坝和靠近阿克罗波利斯的地区施工。 第一个钻孔RDl设计在精测重力和磁异常套合很好的位置。1975年6月开工，7月底完成。钻孔穿过了预计的335m深处的寒武系和晚元古界水平的沉积岩层。但在335m这个深度，钻孔揭露了一个并非预期的玄武岩，而是穿过了一大的不整合面，遇到了蚀变的赤铁矿化花岗质岩石。这种细粒矿化的钻孔岩心，肉眼并未发现明显矿化，但采样分析，却在353m-391m处发现了含铜为1的38m穿孔厚度的矿化，显微镜下鉴定铜是含在细粒的浸染状辉铜矿中。,18,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,隐晶质火成岩类岩石、萤石和重晶石脉碎块、赤铁矿化粉砂岩和少量层纹状重晶石所组成。 基质为赤铁矿、石英和绢云母及数量不等的绿泥石、硫化物、萤石、重晶石和磁铁矿。磷赋存在独居石或铈磷灰石中。,铁主要呈赤铁矿赋存在 复杂(heterlRhic)角砾岩（碎裂的红色碱性花岗岩角砾岩脉杂岩）中。花岗岩大多蚀变为绢云母、绿泥石，且含有高品位的赤铁富矿。角砾砾石由赤铁矿、斑状/隐,19,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,施工的RD2-RD9孔也见到类似的矿化，但品位低，不具可采价值，因而无重大突破。,20,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,1976年底，奥林匹克坝第9个钻孔RDl0穿过170m 含铜品位为21 ，含U3O8为06kgt的矿体。这个钻孔揭示出奥林匹克坝矿床铜和铀潜在的巨大经济价值，并为下一个钻探项目提供了依据，后来的勘探项目最终圈定了矿床的大概轮廓。,21,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,随着勘探的进行，发现这个矿床的矿石特点显然与最初地质模式不吻合。 矿化带在基岩内，而不是在基岩上的沉积物中。 容矿岩石是富赤铁矿化花岗质角砾岩，而不是页岩和砂岩，重力异常是由赤铁矿引起的，而不是由断层上盘的玄武岩体产生的。 矿石的磁异常尚不明显。 在阿克罗波利斯地区的钻探，也发现磁异常是与热液磁铁矿有关，但与之相关的铜矿化品位较低。,22,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,1975 矿床发现（ Western Mining Corporation ，WMC) 1979 (51)和BP公司(49)合资进行矿床评价和开发。 1982 完成了500m的勘探竖井，整个矿化带的地下开拓开始。随后进行了详细的地下钻探和地质评价。 1983 通过环境评价 EIS (Environment Impact Statement)，规模 150,000t/a Cu 1984-1985 选冶试验 1988 矿山生产，规模 45,000t/a Cu and 1,000t/a U 1992 生产规模 66,000t/a Cu and 1,500t/a U 1995 生产规模 84,000t/a Cu and 1,500t/a U 1996 生产规模 200,000t/a Cu 1997 通过环境评价，生产规模 350,000t/a Cu。,23,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,2000 全年生产 200,000t/a Cu and 4,600t/a U 2001 Major expansion feasibility announced 2002 扩建成 235,000t/a Cu 2003 EPE Commissioning and Smelter 2 Shutdown 2004 CSX successfully commissioned 2005 BHP Billiton 公司全部收购WMC的股权 1988年生产 45,000吨铜， 2006 Olympic Dam 的生产目标接近处理1000万吨矿石 。,24,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,最初认为，矿体产在热液蚀变火山角砾岩筒内。但随着钻探的进行，则再次认为是一类新型的层控型矿体，进而认为，容矿角砾岩是沿断层陡坎因火山喷发而成的岩屑和崩落的岩块堆积至狭小的地堑和地槽内，与火山作用有关的地热活动，使得矿质沉淀于渗透性好的角砾岩带中。这些推断得到坑探和钻探资料的支持。 容矿角砾岩认为是热液成因的。矿体形成于中元古代（1600Ma)，当时高勒克拉通上发生过广泛的酸性岩浆侵入和喷发，并形成了复杂角砾岩体。这些火山岩及其热液系统，在地表形成了宽6 km的复杂火山口网，火山岩和热液蚀变的花岗质碎屑堆积其间，从而发生广泛的热液交代，形成大量的角砾岩、蚀变岩和矿化。,25,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,矿体纵剖面图 示矿体的复杂性,26,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,Schematic east west cross-section through the ODBC (after Reeve et al. 1990),27,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,ODBC主要角砾岩地质平面简图 （从杂岩边缘的花岗岩向中心逐渐过渡到富赤铁矿的岩石 (Reynolds 2001),28,Table 1. Characteristics of the different breccia types (after Reynolds 2001) 角砾岩类型 特征 富花岗岩角砾岩 -characterized by fracturing and veining and/or clast-supported breccias 富赤铁矿角砾岩 杂基支撑，分选差，棱角状碎屑，砾径一般0.2 m -generally haematite matrix, with a component of fine gained, intensively altered fragments derived from the granite host rock -Heterolitihc角砾岩 -mixing of granite clasts with clasts of haematite as a result of repetitivelithification and rebrecciation -in extreme examples: the clasts and matrix are dominated by haematite-most common haematite-rich breccia type-fo 赤铁矿石英角砾岩 -endmember product of repeated brecciation and alteration of the host granite -contain clasts of haematite and quartz within a matrix composed of haematite, barite and quartz grains -distinct lack of sulphide mineralisation,29,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,成矿溶液和成矿物质的来源仍不太清楚。 磁异常的存在说明深部矿化更富含磁铁矿，或说明矿床下部有镁铁质侵入体，角砾岩中含镁铁质岩脉更证明了后者的可能性很大。矿床中心部位存在一难以理解的非矿化富赤铁矿角砾岩块。这显示该地区存在更强烈和持久的热液活动。进入这个体系的金属元素可能被充填在体系边缘和周围的角砾岩中。 矿体还显示了一些其它的异常特征： 成矿时间与上覆页岩沉积间隔达1000Ma，而矿床没有受风化和二次富集的迹象。在现覆于其上的页岩沉积前，早先的盖层岩石和局部矿体可能已被剥蚀迁移过；另一异常特征是缺少后期变质作用。最初的矿石构造保存完好，表明从开始冷却后，矿床的温度从没超过80l 00 ，这是令人奇怪的。因为矿体因放射性衰变而增温，且矿体上覆有相对不透水的页岩和其它沉积物隔热层，而且时间持续了近600M a。,30,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,矿区地层可划分为基底花岗岩、奥林匹克坝组和格林菲尔德组（D.E 罗伯茨，1982）角砾岩，以奥林匹克坝组为主，时代1588Ma。 基底花岗岩为中至粗粒的碱性花岗岩。奥林匹克坝组分为：下部花岗质角砾岩段（基底花岗岩碎屑角砾岩）、黑色赤铁矿段（非角砾岩化块状赤铁矿、含黑色晶质赤铁矿的角砾岩，富Py化）、惠南段（复矿角砾岩、富花岗质角砾岩，主要矿化黄铁黄铜矿化）、布鲁克斯段（复矿角砾岩，棕色赤铁矿胶结）、上部花岗角砾岩段（无绿泥石化）。格林菲尔德组分为：下部硅化段（复矿角砾岩，强硅化）、赤铁矿角砾岩段（富赤铁矿角砾岩，除金外无矿）、火山岩段（火山角砾岩、长英质火山岩） 磁铁矿分布最广，赤铁矿大大高于磁铁矿。Cp交代Py，斑铜和辉铜交代Cp。沥青铀矿富集在斑铜辉铜矿带的上部边缘，金也较富。高品位矿产在奥林匹克坝组角砾岩中部，富金则产在陡倾斜-Ha角砾岩边缘的富铀铜矿带附近。成矿金矿产于高赤铁矿的岩石中。 矿物分带由下而上、由外而内依次为Py-Cp-斑铜辉铜自然铜金硅化。,31,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,硫化物矿化分布图,32,一、 Olympic Dam超大型铜铀金矿床,Generalized alteration and mineralisation patterns within the ODBC with some typical mineral assemblages. More common components of the ODBC shown in solid lines;neither absolute nor relative abundances are implied. mt=磁铁矿, haem=赤铁矿,ser=sericite, chl=chlorite, sid=菱铁矿; flu=f萤石, bar=barite, sil=硅化, py=pyrite,cp=黄铜矿, bn=bornite, cc=辉铜矿, Cu0=native copper, Au自然金