吉林省中元古界老岭群珍珠门组黑色岩系主要特征及其成矿作用

李宏帅

吉林省地质科学研究所，吉林 长春130012

黑色岩系的找矿问题，早已引起人们的注意，近年来的找矿实践证明，无论在世界及国内与黑色岩系有关的矿床（矿化）种类多，分布广，其中不仅探明了一些中大型矿床，还有不少超大型矿体。如澳大利亚的芒特艾萨大型金银-铅-锌矿床、加蓬锰矿、我国遵义钼矿、湖南天门山钼-镍-钒矿等。

根据吉林省前寒武系黑色岩系研究成果，在珍珠门组碳质板岩中首次发现黑色岩系，有机碳质量分数达12%。含金高，局部地层含U、Th，是寻找与黑色岩系有关矿床的良好层位。

1 老岭群珍珠门组黑色岩系主要特征

老岭群珍珠门组出露于通化老岭山脉一带，主要分布于浑江两岸，呈北东向展布，自下而上分：

下亚组：碳质板岩、黑色，板理发育，具缟状，斑点状构造，鳞片变晶结构及复杂的泥质结构。在通化石人一带见有红柱石碳质板岩。厚40～120m。

上亚组：白云质大理岩，底部为碳质条带状大理岩，白色—灰白色，粒状变晶结构，块状构造，或条带状构造。

1.1 碳质板岩（黑色岩系）主要特征

主要分布于吉林省南部浑江两岸，呈北东向展布的条带，总长150 km，在浑江北岸西起通化县大泉源乡姚家街，龙凤沟、经民和、集安头道、湖上直到吕家沟、上青沟，层位稳定，整合于珍珠门上亚组碳质白云质大理之下，各处厚度较稳定多变化于16.63～56m间，但在湖上一带受褶皱控制，厚度增到120m，该层局部有扁豆体状磷矿、铀矿、铜、钴矿，含金背景高，湖上砬门一带出现低品位裂隙金，浑江南岸碳质板岩，（黑色岩系）不具上述特征，局部含赤铁矿透镜体，产微古植物化石：Leiopspherasphera sp.，protosphaerdum sp，Asperatopsophosphaera sp.。

这套黑色岩系含有机碳丰富，具层间、层内滑动特征且含有微体古生物，夹磷矿层。

δ13CPDB∶-13.6‰～-125.7‰。这是生物碳特征。

1.2 黑色岩系有机碳特征

珍珠门下亚组碳质板岩（黑色岩系）中的有机碳，最高达35%平均10.24%。

经扫描电镜分析，碳质板岩中有机碳化学成分平均为：C∶65.8%, N∶10.6%. O∶ 18.25%, Na∶1.09%,S∶ 0.84%, Cl∶1.16%, Si∶5.3%, Al∶5.99% K∶0.97%Mg∶0.5 Ca∶2.05%.

从以上分析数据中可以看出有机碳成分复杂，原岩是一套含碳泥质岩，具有较强的吸附金、及有色金属元素的能力。

1.3 黑色岩系岩石化学地球化学特征

（1）岩石化学特征∶在通化湖上采集4个岩石化学样,大顶子一个岩石化学样。特征如下： SiO2（55.49～63.79）%,Al2O3(10.61～13.49)%,MgO(0.68～4.28)%,CaO(0.45～1.87) %,Na2O(0.12～0.48)%,K2O(3.53～6.54) %, 岩石化学特征呈高铝富钾高碳的特征.

（2）稀土岩石地球化学特征∶稀土元素（REE）是一个紧密共生的地球化学组合，但是随着地质演化过程，它们的分布会逐渐变化，形成比较复杂的分布型式。碳质岩石随时代不同及岩石组合不同，往往会形成变化较大的稀土丰度和不同的配分形式。5件稀土样品特征如下：

稀土总量∑REE 为(159.89～193.66) ×10-6,曲线总体平坦，∑L/∑H为2.57～4.09，δ Ce：0.813～1.165, δEn：0.802 1～1.011。曲线特征与现代海洋沉积环境颇相似。

2 黑色岩系成矿作用

珍珠门组下亚组碳质板岩（黑色岩系）在通化大顶子一带产出小型Cu Co 矿床特征如下：矿床成矿过程产出时空与黑色岩系密切相关。大顶子铜钴矿位于白山市西北30 km处。

2.1 矿床地质特征

2.1.1 铜钴矿体

①号矿体：分布F3西南，矿体走向延伸73m，倾向延深58m，矿体成细脉状、网脉状厚0.76m,品位Cu1.07%,伴生钴0.01%,镍0.16%,个别铜高达1.23%。

②号铜矿体：是区内最重要的工业矿体,分布F3中段，是以铜为主的铜钴矿，伴生、镍、铋、金等有益元素及稀土元素。铜矿体在地表沿走向延伸130m，倾向延深仅40m，矿体严格受F3控制，矿体呈脉状，细脉状，不规则小透镜状，并有含铜石英脉。矿体厚2.16～0.32m,平均0.94m,品位铜最高3.9%,最低0.3%,平均0.82%.矿石伴生钴矿化与铜矿体一致,钴品位最高0.045%,平均品位0.17%,厚度0.19～1.2m。镍最高品位0.7%，平均0.33%，厚度0.54～1.2m,断续分布.金品位(1.23～92.3)×10-6,平均52.8 ×10-6,厚度0.17～0.35m。

③号含铜石英脉：分布F3北东地段，地表长90 m，延深55m，矿体充填在碳质板岩裂隙带中，严格受F3控制，厚2.32～0.08m,平均0.90m,铜品位2.55%～0.97%,平均1.86%,伴生钴品位0.01%。

④号铜矿体：平行3号矿体产出,厚0.21～0.88m,平均0.44m.铜品位0.16%～0.44%,平均0.24%,深部含钴,品位0.01%,厚0.16%。

2.1.2 钴矿体

受F3倾角变陡处及其次级羽状裂隙所控制，共8个矿体，现分述如下：

①号钴矿体：赋存碳质、泥质及碎裂大理岩破碎带间，矿体呈脉状，倾向125°，倾角68°，厚0.34m,长45m,矿石品位钴0.03%,伴生铜0.04%,镍0.02%。

②号钴矿体：矿体为脉状及小透镜状,形态复杂,矿体赋存在碳质板岩压性扭裂隙中.矿体厚1.32～0.19m,平均厚度1.12m,矿石品位,钴最低0.028%,最高0.12%,个别达0.23%,平均0.071%,矿石伴生铜品位0.39%～1.24%,最高3.55%。仅个别样品伴生镍,品位0.17%。

⑤号钴矿体：矿体地表长75m,延深140m,厚0.07～2.6m，矿石品位钴0.02%～0.10%，平均0.06%，伴生铜品位0.14%～1.10%。

图1 大顶子铜钴矿区地质图Fig. 1 Geologicalmap of Dadingzi copper cobaltmining area

图2 大顶子铜钴矿区6勘探线剖面图Fig. 2 The Sixth exploration line pro fi le of Dadingzi copper cobaltmining area

⑥号钴矿体：矿体地表长130m，延深30m，成脉状产出,产于碳质板岩裂隙中，厚0.21～0.48m,平均0.34m,矿石品位钴0.025%～0.04%,平均0.03%。

③、④、⑦、⑧号钴矿体为贫钴矿体此不赘述。

上述铜、钴矿带具有分带特征，浅部以铜为主，深部则以钴为主，矿体具有分枝复合，膨缩之特点，矿石中除铜钴外，还伴有镍、铋、金及稀土元素钇、铈、镧、镱等。

2.1.3 矿石类型

（1）以铜为主的铜（钴）矿石：①含钴、蓝铜矿-孔雀石矿石类型，以②、③号铜矿体为代表∶②含金、镍、铋-蓝铜矿-孔雀石矿石类型;③黄铁矿-黄铜矿矿石类型。

（2）以钴为主钴（铜）矿石∶①含钴蓝铜矿-孔雀石矿石类型,以②、③号铜矿体为代表∶②含钴华-钴土矿-孔雀石矿石类型。

2.1.4 围岩蚀变

矿体围岩以硅化、碳酸盐化、绿泥石化为主。

2.2 矿床成因

2.2.1 矿床流体包体成分研究

为研究碳质岩石矿床成矿机理，对该矿床硅化带中的石英细脉，粉碎过筛在40～60目，纯度100%。应用中国地质科学院矿产资源研究所的日本岛津公司Shimadzu HIC-SPsuper离子色谱仪，分别对石英颗粒液相、气相包裹体成分进行了系统测试（见表1）。

测试结果表明,成矿流体包裹体成分以H2O为主.除H2O外,气相成分还包括CH4、C2H2、C2H4、C2H6、CO2、O2、N2；液相成分含阳离子Na+、K+、Mg2+、Ca2+，阴离子成分有SO42-、NO3-、Br-、Cl-、F-。

包裹体气相中含有一定量的CH4、C2H2、C2H4、C2H6等有机质，这与矿床围岩含有机碳高的特点相吻合，在这些有机质参与下，形成了有机流体，参与成矿作用，提高了对Cu、Co、Au等运移能力，利于金属元素沉积富集。

3 矿床成因

大顶子铜钴矿床（小型）的成因即成矿作用可分为两个阶段，沉积—成岩矿源层形成阶段和后期热液再造成矿作用阶段。

（1）沉积—成岩矿源层形成阶段：岩石化学及矿石特征表明碳质板岩原岩为富含有机碳的泥质沉积岩，其中见含藻类化石，有机碳平均10%，个别高达35%，据付家模研究（1983）在成岩过程中有机碳损失80%，因此这套岩石有机碳质量分数相当高，几乎全部为有机碳。有机质演化早期，在水体中沉积下来的沉积物中含有大量的水、矿物质、死的有机物和活的微生物、藻类。实验表明许多海生藻类对金、其它金属元素都有有很强聚集能力，尤其有机质与泥质结合则具有更强的吸附能力，因此这些碳泥质物大量吸附海水中金及其它金属元素，使碳泥质层中的金属质量分数大为提高，在这阶段沉积物逐渐固解成岩，其中有机物质则发生生物化学的降解作用，缩解作用，非溶解作用，使沉积物中所含的由生物合成的生物聚合物转变为地聚合物干酪根，它是在热降解的同时缩聚成含碳更高，含氧更少，分子量更大的高成熟度的物质，它是碳质板岩重要组成部分，使碳质板岩金丰度高出同类岩层的120倍，铜、钴则高出1～2倍，构成金属富集的矿源层。

（2）后期热液再造成矿作用：老岭运动使这套岩层发生强烈的区域变质作用，产生大量的变质热液。根据石英包体成分证实，在成矿流体中含大量有机质（见前节包体成分研究）形成有机流体。使初始矿源层Au、Cu、Co、Bi等发生活化转移，在F3断层中富集成Cu、Co硫化物石英细脉，形成小型Cu、Co矿床。

表1 通化大顶子铜钴矿石英脉中流体包裹体成分分析结果Table 1 Analysis results of the fl uid inclusions composition in quartz veins at Dadingzi copper cobalt ore of Tonghua

4 结束

在黑色岩系中，寻找金及有色金属矿产远景广阔，通化大顶子铜钴矿床（小型）是产于中元古宙老岭群，珍珠门组下亚组黑色岩系中的金属矿床，我省这套岩石广泛发育于吉林省南部，绵延100 km，找矿前景十分广阔，应沿带深入开展找矿。

[1] 殷洪福，张文淮，张志坚，等.生物成矿系统论[M].武汉：中国地质大学出版社，1999.

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