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美国蒙大拿州，贝尔特盆地黑巴特地区页岩型钴、镍共生铜矿床 课程：勘探专业英语 指导老师：郑远川、章咏梅 班级：10011133 学号：1001113309 姓名：林良平 日期：2014年4月28号美国蒙大拿州，贝尔特盆地黑巴特地区页岩型钴、镍共生铜矿床Joshua White & Christopher H. Gammons & G. A. Zieg摘要 黑巴特铜矿床（原名绵羊溪）是一组沉积岩为主（的矿床），横向广泛分布的铜-（钴-银）矿床主要赋存于中元古代纽兰组的白云质页岩中。在早期成岩过程中，富铜流体使区域大规模、层状黄铁矿在原地重结晶和渗透从而发生铜-钴矿化。钴、以及大量在早期以杂质形式存在的镍和砷、多孔隙黄铁矿或形成含硫砷化物（即辉钴矿，钴硫砷铁矿和/或硫砷钴矿）。后期热事件的再活化钴、镍、和砷形成共生的碲硫镍钴矿(Co,Ni)3S4，砷黝铜矿。这一事件后期温度受矿物组合影响已经比较低，介于125到225之间，尽管许多SEDEX型（喷流沉积型）矿床在黑巴特出现（例如，横向广泛分布的块状黄铁矿层，夹黑色页岩，丰富的重晶石和当地的磷酸盐层，以及裂陷大陆边缘层系），（但）在主要矿床中铅和锌缺乏经济效益，不过（矿床）富含铜和钴，是比较典型的沉积型层状铜矿床。奈哈特组赤铁矿石英砂岩，卧于贝尔特超群基底之下，可能是铜-钴-镍-银流体的重要源层。据推测，这些流体，在理想状态下形成铜矿床，受到靠近贝尔特盆地边缘的同生断层的排挤，同时，成矿金属赋存于海床上或下，从而形成典型的SEDEX型矿床中的一种。这种独特的矿床模型可能应用到其他那些以喷流形式成矿的铜富钴硫化物地区。关键词 SEDEX（喷流沉积型）；成层状铜矿；碲硫镍钴矿；硫砷钴矿；中元古代；黑色页岩；贝尔特超群前言图1 贝尔特盆地目前出露的中元古代边缘地层简图黑巴特铜（及钴、银、镍）矿床，原名绵羊溪的勘探区，是位于中元古代贝尔特盆地的海伦娜湾，距蒙大纳中部白温泉西北约30公里（图1）。贝尔特珀塞尔盆地拥有许多重要的矿体（莱登，2007年；博克斯等人，2012年），包括在不列颠哥伦比亚省的沙利文铅-锌-银矿床；爱达荷州科达伦区的脉型银-铅-锌矿床；蒙大纳州西北部的晶石湖（the Spar Lake）、罗克溪（Rock Creek）和蒙塔罗纳（Montanore）浸染状铜-银矿床；以及本文研究的黑巴特矿床（图1）。盆地的流域面积约200000平方公里，从加拿大不列颠哥伦比亚省（B.C.)南部，延伸到美国北部(钱德勒，2000年；普里斯和西尔斯，2000年；西尔斯，2007年）。沙利文矿床世界上最大的喷流沉积型（SEDEX）矿床之一，位于珀塞尔超群下部海相浊积岩（莱登，2007年），而晶石湖型铜-银矿床则和里瓦特组（the Revett Formation）有关，为贝尔特地层上部的一套纯净的石英砂岩(博勒努斯等人，2005年； 海耶斯等人，2012年）。像沙利文矿床一样，黑巴特矿床是由贝尔特盆地基底附近的海相页岩组成并且绝大部分具有可用于推断其沉积环境条件的典型SEDEX型矿床特征（海姆斯和彼得森，1990年；希伯，1991年；齐格和利尔斯，1998年；格雷姆等人，2012年）然而，与大多数的SEDEX型矿床不同，黑巴特矿床主要是铜资源其次是大量的铅锌，以及包括钴和镍在内的一系列高浓缩的副金属矿物，而这些在喷流沉积型（SEDEX）矿体是很罕见的。尽管先前的地质工作者 （海姆斯和彼得森，1990年；齐格和利尔斯，1998年；格雷姆等人，2012年）已经概述了黑巴特主要的铜矿石资源的地质构造背景和矿物学关系，但对于钴、镍和银的矿物学关系却知之甚少。本文回顾了黑巴特地区的矿物共生次序，同时着重关注钴和镍的成因。为此我们提出了一套同时具有SEDEX型和沉积型浸染状铜矿床的元素特征的矿床模型（即红床铜矿床），来解释黑巴特地区不同寻常的金属矿物关系。地质背景黑巴特坐落于贝尔特盆地的海伦娜湾北部边境附近（图1）。与贝尔特主盆地呈大致南北走向不同，海伦娜湾以断层为界呈东西走向趋势。该海湾（海伦娜湾）是不对称的，南部较为倾斜，（南部）较厚的贝尔特沉积岩毗邻南部边缘的大型正断层（即，“佩里线”）。该海湾的北部边界，最初为标记的一系列由北到南往下的正断层，在晚白垩世拉拉米造山运动地壳收缩、转换挤压的过程中再活化（伍德沃德1983；西尔斯2007；和参考文献）。因此，海伦娜湾北部边缘现在受火山谷断层控制，是拉拉米构造的一个主要区域。在黑巴特，这个断层（火山谷断层）使更深更厚的贝尔特沉积下部向北迁移，覆盖在较薄的贝尔特陆缘沉积和较新的寒武纪沉积岩上（图2B）。黑巴特矿床位于火山谷断层弯曲部分（图2A），包括在这个构造的上盘和下盘的层控和层状矿化（图2B）。研究区的变质基底是一个1.86-镓钙碱性变质火成岩组合，包括花岗片麻岩、闪长岩和斜长角闪岩（穆勒等，2002年）。这些岩石不整合的覆盖在奈哈特组（厚270米）的一套棕褐色到粉红色的石英砂岩上，在基底侵蚀面上部形成一个横向展布的岩席。希伯认为奈哈特组是在贝尔特盆地拉张之前于宽广的大陆架辫状河和海岸环境沉积的。紧接着张伯伦组的一套近岸水域泥滩环境沉积的黑色云母页岩覆盖在奈哈特组之上（古德勒维斯基和齐格，1984年）。黑巴特的这套沉积单元约200米厚。上覆的纽兰组（在研究区内总厚1,100米）由下段的含砾岩互层的白云质页岩和上段的白云岩和含透镜状页岩的石灰岩组成（纳尔森，1963年；齐格，1986年；希伯，1989年B）。所有目前已确定的黑巴特铜矿床都赋存在下段地层中。（下段地层中的）砾岩层可能表征着海底碎屑流从贝尔特盆地活动断层陡坡边缘一直向北流去（格雷汉姆等人，2012年）。在黑巴特南部，贝尔特超群的格雷森组和斯波坎组整合覆盖在纽兰组之上。相反的，在黑巴特北部地区，寒武纪的沉积物直接过渡到沿低角度不整合的张伯伦组和奈哈特组地层。根据变质作用的缺失判断，海伦娜湾北部地区的贝尔特地层剖面的原始厚度可能不超过2-3千米，与此相反贝尔特-帕赛尔盆地的主要部分在厚度上可能超过30千米，例如，爱达荷州庞德雷湖附近（地层）（麦克斯韦尔和豪尔，1967年）。图2 黑巴特地区平面地图（A）和剖面图（B）显示主要的已知铜-硫化物矿体几何特征矿化作用黑巴特铜矿直到20世纪80年代被发现之前（当时称为绵羊溪矿床）已隐伏多年。目前，拥有一份良好初步经济评估报告的Tintina资源有限公司正对该地区进行重新勘探。重要的硫化铜矿床包括约翰尼李矿床和劳里矿床（图2）。约翰尼李矿床由上部区域（UZ）和下部区域（LZ）组成。上部区域是一套约10.5千米的夹块状硫化物透镜体的页岩，位于火山谷断层上盘。位于火山谷断层下盘的埋藏较深的下部区域是一套类似板状硫化物矿床。劳里矿床位于约翰尼李矿床东部大约2公里处（图2）。其他许多横向展布的硫化矿带，其中一些含铜，位于上文所述的硫化铜矿床附近。除了黄铁矿和白铁矿，这些硫化矿带还含有高浓度的黄铜矿，它（黄铜矿）是主要的铜矿石矿物，和少量的砷黝铜矿、斑铜矿、方铅矿和闪锌矿，以及丰富的钴、镍、银。（海姆斯和彼得森，1990年；齐格和利尔斯，1998年；格雷姆等人，2012年）。下部区域也富集金，多数金的品级在0.11克/吨之间。在撰写本文时，约翰尼李矿床的上部区域包含：2,660,000吨品级为：铜2.99%，钴0.12%，银16.3克/吨的已探明资源；6,520,000吨品级为：铜2.77%，钴0.13%，银15.5克/吨的可控资源以及1,260,000吨品级为：铜2.52%，钴0.10%，银15.2克/吨的推断资源。（约翰尼李矿床）下部区域包含：2,390,000吨品级为：铜6.4%，钴0.03%，银4.5克/吨，金0.30克/吨的可控资源和210,000吨品级为：铜5.33%，钴0.03%，银4.1克/吨，金0.21克/吨的推断资源。劳里矿床包含4,100,000吨品级为：铜2.94%，钴0.10%，银15.1克/吨的可控资源和800,000吨品级为：铜2.58%，钴0.09%，银13.8克/吨的推断资源。研究方法 Tintina资源有限公司在2010年-2011年的勘查项目中13个钻孔中选出共62个岩芯样本进行详查，借此来描述黑巴特地区的三个不同的主要的硫化矿带。从这些样品中，共筛选制作了72个环氧树脂（固定的）光片和10个抛光薄片用于反射和透射显微镜的观察。关于样品位置的其他更多细节可参见怀特（2012年）（的报告论文）。位于蒙大拿理工大学的高级矿产与冶金处理中心（CAMP）的LEO 1430VP型扫描电子显微镜（SEM）通过能量色射的X光分析（阿波罗40 EDAX检测器）及ZAF修正参数来确定矿物成分的半定量分析。为了检验扫描电子显微镜的观测结果，我们还利用位于华盛顿州普尔曼市，华盛顿州立大学地质部的日本电子光学实验室8500F型场致发射电子探针（FE-EMP）对精选样品进行分析。银、砷、金、铋、钴、铜、铁、镍、铅、硫、锑及锌的标准化数据是定量电子探针微量分析（EPMA）在15千伏加速电压、30纳安射束电流及1微米波长下收集得到的。辉钴矿被用作钴、砷和镍的额外的副基准。在绝大多数情况下，扫描电镜和电子探针的结果具有高度的一致性（怀特，2012年）。尽管因为同一晶粒不总是都进行两种方法的分析，但对于碲硫镍钴矿矿石，（Co,Ni,Cu)3S4，扫描电子显微镜分析给出的Co/Ni比值与电子探针分析给出的Co/Ni比值相比要低大约5%。尽管扫描电子显微镜被广泛用于矿物鉴定，但在本文中所有化学分析报告的表格都是基于电子探针的分析结果。拦截钻孔的矿化分析数据由Tintina资源有限公司在2010-2011年竞标期间提供，并有同行验证其元素协方差的合理性。这些分析是在澳石矿物实验室压碎的岩芯上进行的。一系列33种元素被四种酸消融并陆续由ICP-AES多元素分析进行量化。（如）钡的量化就是融化及X射线荧光光谱仪完成。结果图3 岩芯照片（岩芯宽度6.35厘米）岩芯样品的照片（图3）显示了在黑巴特地区（岩矿）表现的一些常见的结构特征。图3A-C表明一个总体变化趋势从薄层透镜状黄铁矿夹小型浸染状黄铜矿到原先赋存的薄层状黄铁矿发生（构造）变形、破碎，部分被黄铜矿替代的高品级铜矿石。图3D显示了一套砾岩单元，夹沿硅化页岩碎屑环形展布的黄铜矿。黑巴特地区的主要脉石矿物除细粒石英外，还有白云石（图3E，在约翰尼李矿床下部区域极为丰富）和重晶石（图3F，在约翰尼李矿床上部区域极为丰富）。矿物共生次序黑巴特地区的矿物共生次序在图4中进行了总结概括，对于“阶段一”和“阶段二”所产出的矿物已进行了区别。阶段一指的是同生矿化作用（即，在海床上或海床附近，矿床与周围沉积物同时形成），而阶段二被认为是成岩作用时期（即，在完成沉积物岩化之前，阶段一的硫化物中的富金属流体的循环过程）。铁-铜-硫-砷矿物 在黑巴特地区的层状硫化物多数是由细粒黄铁矿，白铁矿局部共生。早期的黄铁矿（黄铁矿-1）通常包括个别的草莓状的或多孔的，细粒度的集合体，而往往是不纯的（图5AC）。黄铁矿-1包含直径在110微米的微晶颗粒，同时孔隙空间充满了脉石矿物（石英，白云石，磷灰石，重晶石）和/或硫化矿物（黄铜矿，黝铜矿）。在后者的情况下，结构构造的证据表明，大部分的含铜硫化物沉积后比黄铁矿-1较晚结晶。这些后来结晶的含铜硫化物替换了黄铁矿-1孔隙中的早期脉石矿物，但残留大多数黄铁矿在合适的位置，或者，在某些情况下，早期黄铁矿-1重结晶形成粗粒黄铁矿-2（见下文）。基于有限数量的样品的电子探针和扫描电镜分析，黄铁矿-1包含16wt.%的砷，12wt.%的铜，7.5wt.%的钴，5.4wt.%的镍，和2.4wt.%的铋（怀特，2012年）。海姆斯和彼得森（1990年）也记录了黑巴特地区早期黄铁矿中砷，钴和镍浓度的升高。目前尚不清楚这些杂质反映的是固溶体中的微量金属还是固相亚显微结构包裹体。在黄铁矿-1中的杂质，在一般情况下，反映了周围的矿物学环境。因此，黄铁矿-1趋于铜以黄铜矿形式富集，砷-铜以砷黝铜矿形式富集，及钴-镍以碲硫镍钴矿形式富集或以含硫砷化物形式富集。在铜-钴-镍赋矿岩石外的黄铁矿还含有许多低浓度的微量金属元素。海姆斯和彼得森（1990年）研究报道的微量金属元素在黄铁矿-1内部具有成带现象，尽管目前的研究并没有证实（该结论）。在局部地区，黄铁矿-1的椭圆形或圆形直径为几毫米，含粗粒白铁矿外层环带，有时还有黄铜矿的同心环（图5D，E，G）。尽管麦戈德里克和齐格（2004年）提出，这些环带可能原先是微生物的菌丝茎秆，后来被黄铁矿所替代，但这种独特的纹理的起源仍是有争议的。黄铜矿是迄今为止铜最丰富的矿产品，以他形粒状的晶粒与黄铁矿-1共生，随着后期侵入到黄铁矿-1的孔隙，代替黄铁矿-1形成块状集合体。第一种类型的黄铜矿是最丰富的形成方式同时被认为是在阶段一形成的。浸染、交代结构被认为是阶段二形成的黄铜矿最常见的结构构造。黄铁矿-1在与阶段二的黄铜矿接触时，部分被黄铜矿交代或自身发生重结晶形成含低浓度微量金属元素的粗粒黄铁矿，此时的黄铁矿被称为黄铁矿-2(图5 A、B)。阶段二的黄铜矿也常伴生有砷黝铜矿和碲硫镍钴矿(图6)，特别是对在约翰尼李矿床上部区域的样品进行检查。在黄铜矿