澳大利亚布罗肯希尔铅锌矿外围成矿地质特征及找矿潜力

0 引言

在老矿山外围实施找矿勘查，类比是最经济有效的方法(李波等，2013)。位于澳大利亚新南威尔士州西北部的布罗肯希尔铅锌银矿床是世界著名的喷流沉积型矿床的典型代表(韩发等，1999)。大而富是这类矿床的重要特征。随着布罗肯希尔矿山资源的不断枯竭及深部开采利用难度大，矿业城市面临危机，其外围找矿力度加大。前人在区域上的找矿和研究工作，主要针对层控型铅锌矿，对于铜金矿的找矿一直没有突破，相应的研究工作很少。2011—2014年贵州省有色金属和核工业地质勘查局在开展选区评价、预查、普查工作时，新发现一些铜金、铅锌多金属矿化体和大量的矿点，物化探圈定的异常与地表矿化基本一致，这为进一步寻找具有开发价值的矿产地提供了依据。

1 区域地质背景

1.1 地层

柯纳莫纳省东南部的布罗肯希尔域，一般分为布罗肯希尔块(Broken Hill Block)和尤里奥伊块(Euriowie Block)。区域出露地层为中元古界威利玛(Willyama)超群、新元古界阿德莱德(Adelaidean)系和寒武系以及中新生界。主要出露岩石地层为威利玛超群变沉积岩、变火山岩及相应时期侵入岩类(Barton,2000)。

(1) 威利玛超群：出露于柯纳莫纳地质省南部的欧莱里域、布罗肯希尔域以及北部的油漆山内窗和巴贝奇山内窗等地，分属于东经141°分界的南澳大利亚州(SA)和新南威尔士州(NSW)(图1)。威利玛超群曾经也称为威利玛杂岩，为区域出露最古老地层，形成时代为中元古代1730～1640 Ma(金玉玕，2003)。受多期变形和高温低压变质作用，被认为是陆内裂谷沉积岩、火山和热泉沉积物层序(Plimer,1994)。伴随构造同期-晚期花岗岩的侵入，岩组于Olarian造山期发生变形，至Delamerian造山期，发生了从西北的绿片岩到东南的角闪石相片麻岩的变形变质，以及广泛的重结晶退变质作用(Stevens et al.,2008)。是一套连续的高度变形的变沉积岩和变火山岩形成的片岩、片麻岩、少量矿脉，以及广泛的同沉积期侵入的辉绿岩或辉长岩岩墙、岩席和花岗岩岩席，东厚西薄，最大厚度9000 m，被新元古代—寒武统形成的阿德莱德系至寒武系地层不整合覆盖。在布罗肯希尔域，威利玛超群以较广泛的基性片麻岩和特色的石榴石—黑云母—石英—含长石片麻岩的存在为特征。由下向上分6个岩性单元：① 克里夫代尔(Clevedale)群混合岩；② 桑代尔(Thorndale)群复成片麻岩；③ 萨卡林加(Thackaringa)群长英质岩套；④ 布罗肯希尔(Broken Hill)群片麻岩、角闪岩、钙硅酸盐岩和硫化物岩；⑤ 桑当(Sumdown)群泥砂质变质岩；⑥ 帕拉冈(Paragon)群砂质变质岩。

  

图1 柯纳莫纳地质省(CURNAMONA PROVINCE)南部地质简图(据金玉玕，2003)

 

1—中元古界长英质和镁铁质火山岩；2—中元古代花岗岩；3—中元古界上威利玛超群砂屑泥质岩类；4—中元古界下威 利玛超群长英质岩类；5—布罗肯希尔铅锌银矿床

(2) 阿德莱德系：在布罗肯希尔的北、西部大面积出露,是所有新元古代陆缘沉积物组合起来的一套构造地层单元；其时代为中元古界顶部至下寒武纪之间，包括了WILPENA群、UMBERATANA群、BURRA群、CALLANNA群等几个群组，是一套陆缘碎屑岩夹碳酸盐岩组合。

(3) 寒武系：包括LAKE FROME群、KANMANTOO群、NORMANVILLE群、HAWKER群等几个群组，主体为一套陆缘碎屑岩夹碳酸盐岩组合，中下部夹砾岩、凝灰岩，底部夹铁镁质火山岩。寒武纪以后，在Delamerian造山期或其后，该区还发生了酸性火山岩浆喷发和长英质、铁镁质岩浆侵入活动。

(4) 中新生界：中寒武世以后，该区地槽演化结束，转为以碎屑沉积物为主的陆相环境，沉积了一套陆缘碎屑沉积物。

1.2 构造

布罗肯希尔地区，有超过100个布罗肯希尔矿化类型的 Pb-Ag-Zn小矿床，但是很少见达到布罗肯希尔主矿体规模且又稳定的矿体。这些矿床在地层中分布范围大。除Pinnacles(约50万t储量)、Stirling Hill矿床及几个小矿床认为是产于奎斯(Cues)组地层中外，其他与罗肯希尔矿化类型有关的矿床均产于布罗肯希尔群地层中，所有矿床都产于布罗肯希尔矿脉附近。布罗肯希尔超大型矿床产于该群的霍雷斯(Hores)组片麻岩中，其他小矿床多以单个或多个透镜状矿体产出，集中产于帕内尔(Parnell)组变质沉积岩内，通常与石英-锌尖晶石和细粒锰石榴石-石英组合岩石关系密切，小矿床中很少见Mn、Ca-Mn硅酸盐和方解石。

大量的勘探成果证实，布罗肯希尔矿矿带长8 km(图2)，由6个呈透镜状产出的硫化矿脉组成，矿体在平面投影上相互重叠，空间上呈透镜、叠层状，每一个矿体都有独特的地球化学和矿物学特性。含矿层位由下至上铅、锌比值、银含量普遍增加，每一个透镜体铅、锌比值是相对均匀的。透镜状矿体的矿物组成较复杂，经鉴定有300种原生和次生矿物，主要矿物有方铅矿、闪锌矿、石英、长石、石榴石、蔷薇辉石等，其次为黄铜矿、方解石、磷灰石、磁黄铁矿、毒砂、三斜锰辉石、斜方砷铁矿、锌尖晶石(符山石)、角闪石等，偶见硬绿泥石、矽线石、锰硅灰石、热臭石等。矿体平均品位Pb 8%～15%，Zn 11%～20%, Ag 50×10-6～300×10-6，北东段较南西段富(表1)。

1.3 岩浆岩

铅锌、金、钨矿化主要分布在北部的桑当群、帕拉冈群和布罗肯希尔群。对发现的矿点取打块样，分析结果铅品位最高1.8%，锌最高2.54%,金的品位最高1.65×10-6, WO3 品位0.10%。在北部的托里万吉新元古界阿德莱德系还发现了4个铁帽。各个铁帽沿北西向呈串珠状分布,相距100～300 m不等。全铁品位26.1%～50%。矿石矿物以褐铁矿、赤铁矿为主, 脉石矿物主要为石英(照片3、4)。本区蚀变的钠质酸性火山岩、电气石岩、富钡的钙-硅酸盐等喷气沉积与矿化的关系较为紧密。

工程措施包括：排水沟516.5m，土地整治5.70hm2，铅丝石笼防护1 125.05 m，浆砌石护坡585 m3，浆砌石挡墙 1 200 m3，覆土面积 5 908.31 m3，土石方开挖3 127.45 m3，回填 1 238.4 m3。

2 布罗肯希尔铅锌银矿床矿体特征

布罗肯希尔铅锌多金属成矿带呈北东—南西展布，矿化延伸长大于200 km，在布罗肯希尔超大型矿床区矿带长达8 km，已探明高品位的Pb-Ag-Zn矿石2.5亿～3亿t，金属量大于5500万t。

2.1 布罗肯希尔超大型矿床特征

布罗肯希尔区域边界是以一系列边界断裂或不整合面与外围分隔，内部为威利玛超群出露的构造窗，褶皱、断层发育且形迹较乱。主要以一系列剪切带(退变质片岩带)发育为特征(Marjoribank et al.,1980)，并认为其驱动流体与成矿关系密切(Clark et al.,2006)。

2.2 Broken Hill矿体特征

该区属陆内弧后扩展形成的构造裂谷，并由此造成区域大范围的构造挤压，Pirajno F et.al.(2008)认为其是沉积岩容矿的成矿系统。陆缘裂谷构造环境,对形成喷流沉积型矿床及后生热液型铜金矿床十分有利,对加大沉积物厚度,形成喷气沉积金属层是非常重要的。因此，裂谷构造是本区成矿最基本的条件，其初始的构造与沉积环境，为成矿金属元素的富集提供了物质条件。

 

表1 布罗肯希尔铅锌矿床主要矿体特征

  

矿体编号含矿岩石组合矿石品位Pb/%Zn/%Ag /10-61号透镜体硫化物-石英-方解石820502号透镜体硫化物-方解石-Ca、Mn硅酸盐,细粒石榴石14111003号透镜体北段硫化物-石英-锰硅酸盐-长石,蔷薇辉石-硫化物,细粒细粒石榴石15133003号透镜体南段硫化物-石英-锰硅酸盐-长石,细粒细粒石榴石1115200

 

据Plimer,1984；Mackenzie,1986。

3 成矿地质特征

3.1 两期剪切作用，形成了该区域丰富的有色金属矿产资源

区域构造形迹以北东向、北西向为主，内部多发育各类剪切带，南部地段逆向剪切带普遍发育，剪切带通常为E-W至SW—NE走向，呈典型的陡倾斜弧形断裂，并以叶片岩的发育为特征，现已识别并确认的有两期剪切作用，分别是1.61～1.58 Ga中元古代Olarian造山期和500 Ma寒武纪Delamerian造山期的构造运动，其中Olarian造山期的构造运动基本奠定了区域构造和变形变质格局，Delamerian造山期则使前期形成变质岩更进一步脱水，两期剪切作用分别形成了两个世代的流体流动(Clark et al.,2006)，对应了本区两次重要的成矿作用，形成了该区域丰富的有色金属矿产资源。

发现的主要构造有克乐代尔(CLEVERDALE)背斜、查理斯(CHARLIES)剪切带、卢比斯(RUPEES)剪切带、坎塔帕(KANTAPPA)韧性剪切带、科罗娜(CORONA)断裂。这些构造与矿化体或矿点的分布关系甚为密切，查理斯(CHARLIE)剪切带出露在布罗肯希尔南部的芒特达林，控制了该区1号铜矿化体的就位。北部向北西延伸的坎塔帕(KANTAPPA)韧性剪切带，有3个矿点分布在剪切带内，两个分布在其旁侧，形成一条北西向的成矿带。

  

图2 布罗肯希尔铅锌矿矿区地质简图(据Paul等，2007)

 

1—中元古界威利玛超群桑当群变质沉积岩；2—中元古界威利玛超群布罗肯希尔群矽线石片麻岩；3—中元古界威利玛超群布罗肯希尔群角闪岩；4—中元古界威利玛超群布罗肯希尔群波托西片麻岩；5—中元古界威利玛超群萨卡林加群花岗片 麻岩；6—剪切带片岩；7—A-A′剖面位置；8—铁矿带；9—硫化物和含矿层

  

图3 布罗肯希尔矿床矿体与构造关系示意图(据Burton,1994)

 

1—中元古界威利玛超群布罗肯希尔群矽线石片麻岩；2—中元古界威利玛超群布罗肯希尔群角闪岩；3—中元古界威利玛超群布罗肯希尔群波托西片麻岩；4—中元古界威利玛超群萨卡林加群花岗片麻岩；5—剪切带； 6—西部背斜；7—布罗肯 希尔铅锌矿体

根据资料，布罗肯希尔矿床属同生或准同生的海底喷流沉积型矿床，矿床产出于北东向布罗肯希尔向斜与罕根斯沃尔(HANGING WALL)向斜之间的布罗肯希尔背斜北西翼，以及格洛布沃克斯(GLOBE VAUXHALL)剪切带的南东，北东部受近南北向卑斯(BRITISH)剪切带和德巴威(DE BAVAY)剪切带切割，矿体赋存于霍雷斯片麻岩中，但基本受矿区内主剪切带(MAIN SHEAR)控制(Burton,1994)。这充分显示了布罗肯希尔区域褶皱和剪切带对矿床的双重控制特征，尤其是剪切带，对矿床、矿体产出具有分级控制作用，说明剪切作用驱动流体移动并控制了矿体就位(Rothery,2001)(图2、3)。

她觉得有眼泪由眼眶里涌出来，啪嗒啪嗒滴在白茫落户雪地里，砸出细小的雪窝窝，要是让“老黄”回头来看见，让那两个老家伙看见，又会笑话她心肠软，刀子嘴，豆腐心吧。想到这里，她赶紧往回走。

3.2 层控特征明显，矿化广泛

布罗肯希尔地区已发现和报道的矿点主要以铜金矿和铅锌矿为主，地表铜矿(化)点广泛分布，矿化明显，常见孔雀石(照片1、2)。矿化类型主要有石英-磁铁矿±Fe、Cu硫化物型和石英-氧化铁/硫化物±Cu型两种，产出层位主要为萨卡林加群和桑代尔群，位于铅锌矿化层深部或更老地层。近年发现的类似矿床有布罗肯希尔域Mundi Mundi铜金远景矿床,西部欧莱里域相继发现的Portia、WhiteDam和Kalkaroo铜金(钼)远景矿床等。

文山州东南部为短时强降水和雷电的高发区域，东部短时强降水活跃，是雷电低发但高强区；西部雷电和短时强降水均不突出；北部特别是西北部雷电高发但总体强度不大。

3.3 铜金、铅锌、钨、锡等的成矿属同一系列，显示找矿前景广阔

从该区的成矿背景和矿床组合看，铜金、铅锌银、钨、锡等矿是在同一裂谷构造成矿环境下不同阶段形成的。受海底火山喷流热水沉积、变质热液、花岗质岩浆热液叠加改造作用，构成一个超大型有色金属矿床成矿系列，形成下部铜(金、钴)矿，中部铅锌银、钨矿，上部锡矿，顶部铁帽的矿化分带特征。早期为海底火山喷流热水沉积型铜(金、钴)矿、铅锌银、白钨矿，受变质热液、构造热液和岩浆热液叠加改造富集，形成金矿，晚期为花岗质岩浆有关的云英岩型锡矿。因此，该地区除铅锌银外，铜(金、钴)、钨、锡、金矿具有极佳的找矿前景。

4 找矿潜力分析

威利玛超群内矿化层位基本集中在桑代尔群、萨卡林加群和布罗肯希尔群内。其中针对布罗肯希尔型铅锌银矿，布罗肯希尔群为主要赋矿层，矿带内已发现的主要铅锌银、钨、铁矿(伴生铜金)矿体均赋存在罗肯希尔群变质岩系中，层控特征明显；萨卡林加群奎斯组有一些铜、铅锌矿体产出，也具有明显的层控特征;萨卡林加群为主要层控型铜钴金矿赋存层位；锡矿主要产在桑当群和帕拉冈群，受岩浆热液控制明显(表2)。

 

表2 Willyama超群群、组细分及矿化特征表

  

地层岩性矿化特征岩层厚度/mParagon群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Euriowie和Yanco地区伟晶岩型锡矿的含矿层700Sundown群石英-长石-黑云母-石榴石片麻岩,见钙质硅酸盐团块1000Broken Hill群Hores片麻岩Freyers变质沉积岩Parnell组变质沉积岩Allendale变质沉积岩,见钙质硅酸盐Broken Hil超大型铅锌矿床及区域主要Pb、Zn、Ag、W的含矿层位500Thackaringa群Pasp片麻岩Alma片麻岩是铁、铜、钴主要含矿层位,其次是金、铀Stirling Hill铅锌Pinnacles铅锌1500Thorndale 群混合片麻岩1000Clevedale群混合片麻岩500

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据布罗肯希尔和尤里奥伊1∶5万矿产地质图说明书(第32(1-5)号通报),有修改。

  

照片1 布罗肯希尔南部MOUNT DARING铜矿化体

  

照片2 布罗肯希尔北部SILVER铜矿点

该次工作发现了几条铜金矿化体，其中矿化较好的是位于布罗肯希尔城南东约12 km的芒特达林1号铜矿化体。该矿化体受CHARLIE韧性剪切带控制，呈北东向展布，出露长约800 m，宽3.39～23.3 m，产状300°∠75°～85°，有剥土和浅井工程控制，总体连续稳定。Cu的平均品位1.53%，已达工业矿体要求(图4)。矿化体含矿岩性主要为砂屑复合片麻岩，矿石在地表的自然类型主要为氧化矿，主要金属矿物有孔雀石、蓝铜矿。

基性岩主要是角闪岩，细粒，蚀变后含有绿帘石，呈岩脉、岩墙顺层分布。酸性岩主要是花岗岩, 粉红色-灰色，等粒结构，中粒—细粒(1～3 mm)。大多数花岗岩为褶皱期后侵入岩，年龄为1490 Ma，有些还更老，相当于我国的前加里东期晋宁阶段。威利玛超群属于中元古代，所以区内的花岗岩应该比威利玛超群年轻。

  

图4 布罗肯希尔南东芒特达林(Mount Daring)地质图

 

1—中元古界威利玛超群桑当群；2—中元古界威利玛超群布罗肯希尔群霍雷斯组；3—中元古界威利玛超群布罗肯希尔群费里尔组；4—中元古界威利玛超群布罗肯希尔群帕内尔组；5—中元古界威利玛超群萨卡林加群喜马拉雅组；6—中元古界威利玛超群萨卡林加群奎斯组；7—中元古界威利玛超群萨卡林加群莱迪布拉西组；8—中元古界威利玛超群桑代尔群；9—地层界线；10—剪切带；11—地 层产状；12—铜矿点；13—铜矿化体；14—物探综合异常

  

照片3 托里万吉铁矿石

  

照片4 托里万吉(Torrowangee)铁矿外貌

也是在当年，连队维吾尔族职工吐尔洪·肉孜，父母都因病去世，家里两个孩子都在上学，1个弟弟还没成家，承包22亩棉田由于连年受灾收入极少，家庭生活极为困难，为此吐尔洪·肉孜经常酗酒闹事，郭恒信知情后经常到吐尔洪·肉孜家找他谈心，给孩子零花钱。

1988年，Stevens取样分析了布罗肯希尔矿床各种岩石中金属矿物的含量，发现变质沉积岩、花岗片麻岩、威利玛超群底部片麻岩中Pb、Zn、Cu含量相对较高，尤以变质沉积岩、花岗片麻岩最为突出，而Potosi型片麻岩中Pb、Zn、Cu含量相对低，是低背景场区。且随着深度的增加，Cu含量有呈递增的趋势，威利玛超群底部片麻岩的含铜量达250 ×10-6(表3)。

点状实体通常作为一个实体独立存在，可分为无高度的点状实体（如控制点、各种井盖等）和带有高度的点状实体（如电杆、路灯等）。对于无高度的点状实体，通常由点状符号表示，它的位置也就是其特征点的位置，只要用一个三维点即可确定其空间位置，即用一个地表点予以精确定位。对于带有高度的点状实体，则由体状符号表示，需要用一个三维点确定空间位置，一个数字确定高度，即用高度点予以描述。

结合本文比较研究的国际经验及我国“一带一路”倡议下自贸园区发展战略的客观情况，我们可以逻辑上推导出如下启示或建议。

 

表3 布罗肯希尔铅锌矿床岩石Pb、Zn、Cu含量统计 ωB/10-6

  

元素参数变质沉积岩花岗片麻岩波托西型片麻岩威利玛超群底部片麻岩Pb样品数31818860171最低831795最高2753003462平均150721718Zn样品数32019260170最低150832078最高48060080600平均27022840214Cu样品数23617949170最低2415910最高17010016250平均65392972

 

据Stevens，Barens，1988。

5 结论

布罗肯希尔铅锌矿外围成矿地质条件较好，矿化丰富，分布矿点众多，圈定的物化探异常与出露的矿(化)体吻合程度高，具有很好的找矿前景。

(1) 在布罗肯希尔矿区北侧银城(Silver)、南部小布罗肯希尔(Little Broken Hill)，铅锌矿化广泛、矿点出露多、发现了一些层状和脉状的小矿体和铅锌矿化带;托里万吉铁帽，可能是金属硫化物矿体的氧化带。物探工作圈定的综合异常与矿化带基本一致、地表喷气沉积作用明显，深部极有可能找到原生金属硫化物铅锌矿。

对方忽然反过来，鹰爪一样抓住她的头发，“娘的，装什么正经，你他妈的腿裆装进一头驴了，你这样的疯子我不稀罕！娘的，在我的房里发疯。”

(2) 在布罗肯希尔矿区南东芒特达林和北西部坎塔帕韧性剪切带附近。发育多条铜金矿化体，有的矿化体、矿点直接产于剪切带内，部分矿点出露在花岗岩岩体的接触带上。褶皱、断层，剪切带的发育，为铜金金属矿液流动成矿提供了很好的场所。因此这些区域具有寻找与构造、侵入体有关的后生热液型铜金矿的潜力。由Stevens取样测试结果可知，随着深度的增加，Cu含量有呈递增的趋势，依据该区域矿床组合及时空分布特点，结合现有地质工作成果，推测金属Cu经过沉积改造，最终富集部位在地表300 m以下的深部。

参考文献

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