智利Caspiche金铜矿床地质特征、勘查过程及意义

姜梦婕,杨 振,王新宇,毕诗健

(1.中国地质大学(武汉) 资源学院, 武汉 430074; 2.广西壮族自治区地质矿产勘查开发局,南宁 530023)

智利是世界上重要的金资源国之一,拥有众多的世界级金矿床,卡斯匹切(Caspiche)斑岩型Au-Cu矿床即是其中之一, 其位于智利北部阿塔卡玛(Atacama)地区马里昆冈(Maricunga)成矿带上。 该成矿带产出大量的斑岩型铜金矿床,如马尔特(Marte)、 洛博(Lobo)、 雷富希奥(Refugio)、 拉佩珀(LaPepa)、 博尔坎(Volcn)、 卡塞隆内斯(Caserones)、 赛罗卡萨雷(Cerro Casale)[1-5], 及高硫化型浅成低温热液金-银矿床, 如帕斯卡拉马(Pascua-Lama)、 贝拉德罗(Veladero)、 埃尔印第奥(El Indio)[6-8]。该成矿带于20世纪80年代被划分为高硫型金-银成矿远景区,后因20世纪90年代Marte矿床的发现而确定了富金斑岩型金矿床的存在[3，6]。

1 区域地质背景

马里昆冈成矿带位于阿提普兰诺-普纳地块西南部边缘(S28°—33°),贯穿安第斯活火山活动带中央及南部不活动地带,是安第斯山脉段Cu、Fe、Au、Ag热液矿床成矿域的重要组成部分(图1)。该成矿带长200 km,宽30 km,走向NS-NNE,渐新世-中新世的火山-岩浆活动强烈,形成多次火山杂岩和同岩浆期次火山岩岩株及相关的成矿作用,其形成与纳斯卡(Nazca)板块向东南俯冲有关[9-12]。每次岩浆-成矿作用,均产生一个与智利-秘鲁海槽平行的呈NNE向延长的岩浆-成矿亚域[13],马里昆冈成矿带的形成与该区域两次(26～21 Ma、 14～10 Ma)火山-岩浆活动相关(主要与第一次活动有关),并受期间形成的NW、NE和EW向高角度断层控制[6],Caspiche地区主要受其中EW向断层控制[14]。

成矿带基底主要由变质沉积岩、 长英质火山岩及晚古生代花岗岩组成, 其上覆盖三叠纪双峰式火山岩、 伸展裂谷盆地沉积岩及侏罗纪-早白垩纪弧后盆地海相和陆相沉积物[6, 15]。 晚白垩纪-古近纪弧后盆地构造反转和安第斯岩浆弧东移导致区内弧后火山岩和陆相红层发育[16]。 马里昆冈成矿带南侧的Caspiche和Cerro Casale地区及东南部古新世火山岩被渐新世陆相沉积岩覆盖, 主要为红色砂岩、 粉砂岩、 砾岩及蒸发地层[6]。 晚渐新世和中新世则主要为火山岩, 岩性主要为中高钾钙碱性安山岩到英安岩系列[13, 17], 大部分是复式火山和火山穹窿的复合产物, 受到了不同程度的侵蚀[5, 13]。

图1 马里昆冈金-银-铜成矿带(修改自文献[1, 11])Fig.1 Maricunga gold-silver-copper metollogenic belt1—第四系覆盖及蒸发岩; 2—上新世火山岩; 3—中-晚中新世火山岩; 4—渐新世-早中新世火山岩; 5—中生界-古近系;6—古生代-三叠纪基底; 7—蚀变带; 8—正断层; 9—逆断层

2 矿床地质

2.1 矿区地质

Caspiche斑岩型Au-Cu矿床是一个完全隐伏矿床,金储量约716 t,铜储量约266万 t,是一个世界级矿床。矿化分深部的斑岩型矿化(主要资源量来源)和浅部的高硫化型矿化(少部分资源量)两种类型。

容矿围岩上、下部岩性有较大差异,上部主要为厚500～750 m的火山角砾岩,主要由强烈蚀变改造的暗色棱角状细粒复成分碎屑组成,蚀变强烈。下部主要为黑色角页岩、砂岩及强烈蚀变的粉砂岩,厚度约550～700 m。

深部存在5期斑岩体,组成一个复杂的复式斑岩系统,平面上受NW向和NE向构造控制。成矿岩体主要为第1期和第2期斑岩体,平面呈半环形,大小为500 m×500 m,总体呈筒状,产状较陡,垂直延深至少1 400 m(图2)。第1期为闪长斑岩,构成其中心,呈S型展布,长300 m,宽50～150 m,完全隐伏在150 m厚的早期火山角砾岩之下。第1期闪长斑岩包含少量石英斑晶(平均粒径1 mm),发育颗粒较大长石、黑云母斑晶及角闪石,局部遭受强烈钾化蚀变,广泛发育A型石英网脉[18]。第2期主要为石英闪长斑岩,至少存在两次脉动式侵入,不连续分布于第1期外围,走向NE,长约400 m。第2期石英闪长斑岩,石英斑晶较第1期岩体颗粒大且数量增多,蚀变较强烈,发育大量的相对窄的(<1 cm)A型石英网脉。其余3期的侵入体也均为石英闪长斑岩,轻微蚀变或未蚀变,仅被少量脉体穿切。

矿床外围和浅部还发育少量热液角砾岩(主成矿期后), 似岩墙状, 最宽处不超过10 m。 矿床西南侧局部出露晚期火山爆破角砾岩。该角砾岩带及Caspiche斑岩矿床接触带附近发育大量的矿化碎屑,包括石英脉型、细脉型角砾及多孔状残余石英碎屑,指示角砾岩带有可能发育高硫型浅成低温矿化层。

图2 Caspiche 5期斑岩侵入体及区内岩性分布图(修改自文献[14])Fig.2 Five phase porphyry intrusions and other rocks in Caspiche porphyry gold-copper deposit1—晚成矿期火山爆破角砾岩; 2—晚成矿期石英闪长斑岩(第5期); 3—晚成矿期石英闪长斑岩(第4期); 4—晚成矿期石英闪长斑岩(第3期)及角砾岩; 5—早成矿期石英闪长斑岩(第2期)及角砾岩; 6—早期闪长斑岩(第1期); 7—热液角砾岩; 8—火山角砾岩; 9—沉积角砾岩; 10—砂岩及泥岩; 11—覆盖层;12—断层

Caspiche矿床中辉钼矿Re-Os同位素年龄为25.38±0.09 Ma,证明该矿床形成与第1期火山活动相关[14],并且也可能与其西部同期形成的圣塞西莉亚(Santa Cecilia)蚀变带相关。Santa Cecilia蚀变带发育熔结凝灰岩流及英安岩穹窿,产出少量高品位的高硫型浅成低温金矿化,其热液绢云母与明矾石K-Ar年龄分别为24.3 ± 0.7 Ma和24.1 ± 0.8 Ma[19],二者可能属于同一成矿系统。

2.2 矿化特征

Caspiche主矿体形态基本与含矿斑岩体一致, 整体呈圆柱状, 垂向延伸超过1 400 m(图3)。 在矿床的不同位置矿化类型及蚀变岩石组合均不同, 矿区浅部100～150 m(最厚达200 m)范围内发育高硫化型金矿化, 与石英-高岭石及硅化-多孔石英-明矾石泥质蚀变相关, 主要矿石矿物为黄铁矿, 伴生细粒的硫砷铜矿、 砷黝铜矿、 黄铜矿、 铜蓝及辉铜矿。 而深部岩体内发育斑岩型金-铜矿化, 与钾化带关系密切, 矿化主要呈浸染状产出于石英+磁铁矿脉及其围岩中, 主要矿石矿物包括黄铜矿、 铜蓝、 斑铜矿等, 向深部逐渐以斑铜矿为主。

Au-Cu呈良好的正相关关系, 高品位矿石(Au>1 g/t, Cu>0.4%)赋存于斑岩系统中心的第1期闪长斑岩体中, 向外围过渡至石英闪长岩, 品位随之降低(图3a、b)。 矿体上部钾化带被强泥化蚀变带叠加, 造成钾化带中黄铜矿-黄铁矿矿化部分蚀变为高硫态硫化物及硫盐, 即浅部高硫型矿化, 主要为硫砷铜矿和较少的亚硫砷铜矿、 砷黝铜矿(图3c)。

图3 Caspiche元素分布剖面图(修改自文献[14])Fig.3 Elements distribution in Caspiche section

在主矿体西侧,浅表区域圈出一椭圆形的Au-Zn矿化区(局部Au>1 g/t),该矿化区分布在与矿化晚期火山角砾岩平行接触的向西倾斜的区域中(图3d)。

2.3 围岩蚀变

Caspiche围岩蚀变发育,金矿化与钾化和高级泥化关系密切。第1期闪长岩体侵位伴随着钾化和高级泥化蚀变;第2期石英闪长岩体就位持续形成强烈的钾化和高级泥化：中晚期斑岩体侵入,在钾化带上部叠加高级泥化岩帽,发育高硫型金-铜矿化;晚期火山爆发,在高级泥化带外围接触带发育金-锌矿化及相关蚀变,形成的火山角砾岩将该矿床完全覆盖。

钾化: 该蚀变广泛发育, 几乎是3 600～3 800 m标高范围内唯一的蚀变类型。 早期主要以黑云母为主, 晚期则以钾长石、 钠长石及少量黑云母为主。 钾化带被数量众多的石英+磁铁矿脉穿切,石英呈颗粒状,具有典型的A型网脉特征[18]。 硫化物呈浸染状, 主要赋存于石英+磁铁矿脉以及钾化的围岩中。 钾化带浅部发育微细粒黄铜矿和黄铁矿, 向深部斑铜矿逐渐增多, 并广泛发育黄铜矿(黄铜矿/辉铜矿)。 斑岩型金矿化与该蚀变关系最密切。

高级泥化:主要在斑岩系统浅部(平均300～400 m)发育, 较深地区也有少量出现。 以石英-高岭石为主, 含有广泛分布的钠长石, 少量地开石以及微量的水铝石。 发育高硫型矿物组合, 如硫砷铜矿、 砷黝铜矿、 斑铜矿、 蓝辉铜矿、 辉铜矿及蓝铜矿, 主要呈镶边生长于黄铜矿和黄铁矿边部。硅质岩层出现于矿床浅部,局部含金,是高硫化型蚀变岩帽上升流主要的通道,由硅化岩及多孔状/残余状石英组成。该蚀变带范围远远超出Caspiche矿床范围,向东延伸至少3 km,向北500 m,深度达400 m以上。

青磐岩化:青磐岩化在Caspiche岩株西600 m钻孔中发现。该类蚀变以基性矿物的绿泥石化、斜长石斑晶的绿帘石化以及少量的磁铁矿为特征。

钾-钙蚀变作用:局限在低于3 400 m高度的第2期岩体中心部位。发育阳起石与磁铁矿,交生呈浸染体、团块状以及脉状。钾长石是脉体蚀变晕的主要成分,伴生透辉石、钠长石、方解石、无水石膏、黄铜矿以及少量斑铜矿。

绿泥石-绢云母化:出现在钾化蚀变的边缘部位,超出金-铜矿体,但仍在青磐岩化带内部。

3 勘查过程

马里昆冈成矿带采矿历史悠久,在欧洲殖民之前,就有当地土著居民发现过金-铜矿化。Caspiche地区现代勘查记录最早可以追溯到1981年,找矿者驾驶直升机在Caspiche西部4 km的Santa Cecilia蚀变带进行勘查,发现了微细脉中发育的高硫化型金矿化(图1)。

3.1 第1阶段(1985—1990)

1985—1990年: Anglo American公司获得该地区勘查权, 准备以Santa Cecilia为中心围绕高硫化型矿化展开工作, 其后不久在Santa Cecilia东部地区发现两处强硅化露头(含金-银矿化的硅质岩层), 结合岩石样品分析结果, 将其东部勘查区划分为独立的成矿远景区, 并将其命名为Caspiche, 也就是现在的Caspiche Au-Cu矿区, 并开展了一系勘查工作(图4),但最终放弃了该项目。具体过程如下:

1986年:岩石及土壤地球化学采样,岩石样品842个,土壤样品431个,发现Au、Ag、Cu异常,其中近百件样品Au超过1 g/t,最高品位达5.45 g/t。

1987—1988年: 在两处强硅化露头实施12个反循环钻孔(总进尺568 m), 基本切穿了高硫型矿化, SHC钻孔矿化段金平均品位1.03 g/t, 银6.1 g/t(见矿48 m)。

1989—1990年: 实施了6个反循环钻孔(总进尺950 m), 平均超过150 m。 SPC-05孔见0.5 g/t金及银矿化(总进尺150 m), 最高金品位可达5.5 g/t。 最后22 m穿切了斑岩型矿化,发现闪长斑岩中发育轻微的硅化、绢云母-泥化-黄铁矿化,Au平均品位0.29 g/t。

1990年:经储量评估,金储量约2.8 t,以高硫化型矿化为主,其后结束勘查并暂停该项目。

3.2 第2阶段(1995—1998)

1995—1998年, Newcrest公司进行初步野外考察并与Anglo签署协议, 获得Caspiche勘查权, 扩大勘查权范围约2 561 hm2(包括东部新圈定的Caspiche浅成低温热液型成矿预测区)。 由于20世纪90年代初期在马里昆冈成矿带北部发现了Marte斑岩型Au-Cu矿床, 使Newcrest公司对SPC-05下部斑岩型矿化很感兴趣, 他们认为硅化下部的冲积覆盖层应该具有斑岩型成矿潜力, 而之前Anglo并未对其进行勘查, 因此对其开展详细的勘查工作,具体过程如果下:1996—1997年,在地质填图、化探及19.4 km激发极化(IP)探测(图5)的基础上, 实施了14个反循环钻孔(总进尺3 218 m, 平均230 m)。 4个钻孔见斑岩型金-铜矿化(CDH2b、 CDH3、 CDH05、 CDH12,图6), 其中CDH3孔见矿近100 m(金0.73 g/t, 铜0.23%)。 期间, 根据地表化探Au、 Hg异常及高硫型蚀变,在其东部3 km处划出Caspiche高硫化型矿床成矿预测区, 并进行了钻探验证(图6)。

图4 Anglo公司土壤、岩石采样位置及钻孔分布图(引自Exeter 公司NI43-101报告，2007)Fig.4 Soil and rock chip sampling sites and drill holes distribution by Anglo

1997—1998年: 通过直升机航磁(275 km)发现在Caspiche斑岩体附近有一个直径约750 m的椭圆形强磁异常(图6左下角紫红色区域), 结合活动金属离子法(MMI),综合化探异常、岩相学、流体包裹体、K/Ar定年、氧同位素等研究,设计了多个深钻探查与航磁异常对应的深部斑岩型矿化, 共22个反循环钻孔 (总进尺4 123 m),包括一个1 750 m的深钻。 但不巧的是, 1998年爆发全球性的经济危机导致金价下跌, 公司缩减预算, 预期设计作废, 只能转攻其认为更具潜力的东部浅成低温预测区(IP异常更好), 放弃了1 750 m深钻, 仅布置2个钻孔探测高航磁异常区域, 其中布置在航磁异常中心的CDH-25见矿较差, 另一孔未见矿化。 剩余20个孔布置在东部的高硫矿化区(图6右), 但效果不佳, 未能在Anglo American的基础上有明显突破。

图5 Caspiche勘查区IP异常图(自Exeter 公司NI43-101报告，2008)Fig.5 IP abnormals in Caspiche

1998年:Newcrest与Anglo签署协议终止对Caspiche斑岩型矿化远景区的勘查,随后高硫型远景区也被放弃。之后Caspiche被Anglo一直闲置。

3.3 第3阶段(2004—2013)

2004—2013年: Exeter公司进行野外考察并与Anglo公司签署协议, 获得Caspiche勘查权。

2005—2006年: 通过18 km2地质填图发现, 90%以上都是第四系覆盖区, 覆盖层厚度平均40 m。 进一步化探(160件全岩), 辅助短波红外光谱仪(PIMA)进行蚀变填图, 并应用可控源音频大地电磁法(CSAMT)来圈定可能存在高硫化型矿化范围。

图6 航磁异常及钻孔位置(自Exeter 公司NI43-101报告，2008)Fig.6 Pole aeromagnetic image and drill holes location in Caspiche

第1期钻探工程布置在CSAMT异常显示较好、且地表有出露的高硫化型远景区,共实施7个反循环钻孔(1 668 m),最高品位达Au 6.58 g/t、Ag 242 g/t,但只有1个钻孔显示有经济价值。由于钻探费用昂贵,Exeter公司考虑放弃Caspiche。2005年末Exeter公司得到Newcrest勘查资料,对Newcrest划定的有利的高硫化型矿化远景区进行钻探验证,4月布置6个钻孔(总进尺约1 686 m),但钻探结果同样不理想。

2006—2007年: 由于前期工作结果不理想, Exeter对Anglo和Newcrest的勘查资料进行了详细的整理分析, 将航磁及IP异常等数据用新方法重新进行处理, 决定将重点再次放在斑岩型矿化上, 并再次应用IP法对斑岩型远景区进行勘查。 将Caspiche与马里昆冈矿带已发现的一系列斑岩型矿床的矿化模型进行对比, 利用3D软件模拟出斑岩矿化体可能的位置, 以此为基础,在预测位置进行反循环钻探尝试, 结果CSR013、 020、 022均见高硫型矿化(矿体顶部高级泥化叠加金矿化), 其中CSR13效果很好,见矿304 m(金0.9 g/t, 铜0.26%)。

2007—2008年:继续采用深钻验证深部斑岩矿化,布置的13个钻孔(总进尺7 100 m)基本都穿过厚约200 m的第四纪沉积物和火山角砾岩,数个超过1 000 m的深钻进入到深部矿化岩体中,大部分钻孔均见很好的矿化。CSD014在早先Newcrest CDH05钻孔终孔位置下部20 m见矿化石英闪长斑岩,矿化持续到终孔(总进尺520 m), 但仍未打穿矿体。 CSD032孔(进尺1 310 m)持续见矿1 214 m(Au 0.9 g/t, Cu 0.33%), 最好矿化段708 m(Au 1.22 g/t,Cu 0.42%)(图7)。

2008—2013年:大规模勘查工作,钻孔数量超过110个,总进尺达65 800 m,同时利用新数据不断完善矿床模型。截至2014年12月,探明金资源量达716 t,铜资源量266万 t。

4 讨论与总结

4.1 勘查过程分析

第1阶段，Anglo公司以高硫化型矿化为主攻方向, 工作重点放在反映高硫型矿化的硅化露头区, 浅钻打穿了高硫型矿化带底部, 进入到斑岩体中并发现了浅部斑岩型矿化。 虽然达到了打穿高硫型矿化的设计目标, 但斑岩型矿化品位低, 揭露规模小(仅22 m),未能引起注意,致使该公司最终放弃勘查权,错过了发现该矿床的机会。

图7 钻孔垂向剖面图(据Exeter 公司NI43-101报告，2011)Fig.7 Dill holes profiles in Caspiche1—覆盖层; 2—火山角砾岩(成矿前); 3—砂岩及泥岩; 4—成矿晚期火山爆破角砾岩; 5—早期闪长岩及相关角砾岩;6—石英闪长岩(phase 3)及相关角砾岩; 7—石英闪长岩(phase 2)及相关角砾岩

第2阶段，Newcrest公司一开始就将工作重心转向深部斑岩体,IP异常及航磁实际上已经大致圈出了矿化斑岩体的位置,而且IP异常圈定的范围较准确,钻孔底部均见较好矿化,但由于矿体实际上呈圆柱状,产状较陡,垂向延伸较大,截面积较小且不规则,实施的几个钻孔深度不够,虽见矿但未能揭穿斑岩体;同时矿区覆盖层厚度大且不均,覆盖层及矿体上部所叠加的蚀变导致岩石退磁,使航磁异常中心偏离主岩体(主矿体)位置,导致后期钻孔实际上均布置在主矿体边部;更不凑巧的是金价下跌,预算减少,1 750 m的深部钻孔未能施工,最终未能揭露深部斑岩体情况。后期则转向他们认为更具潜力的东部新发现的Caspiche浅成低温热液远景区,但最终亦无突破。该阶段虽然发现了更多的斑岩型矿化特征,但最终还是错过了发现主矿体的机会。

第3阶段，Exeter公司开始仍以高硫化型矿化为主攻方向,但同样没能取得突破。基于成矿带上已经发现多个斑岩型矿床的信息,Exeter公司重新对前人资料进行了详细的分析,确定Caspiche具有斑岩型矿化潜力,通过类比成矿带内其他斑岩型矿床,结合3D软件技术模拟出矿床模型,以这些研究为基础进行深部钻探而发现了Caspiche斑岩型Au-Cu矿床。

4.2 勘查经验

斑岩型Au-Cu矿床或富金斑岩型铜矿床是研究比较详细和成熟的矿床, 早在1979年, Sillitoe等就对其进行了比较详细的论述[2, 20-23], 到2000年前后, 已经建立了较为可靠的描述性模型及成因模型[21-22]。其通常具有如下特点: ①一些超大型矿床主要产于板块碰撞边界; ②围岩蚀变特征与普通斑岩型铜矿床类似, 但高级泥化更为发育, 一般产于矿床顶部[21], 有时也可沿裂隙发育[24]; ③金矿化主要产于钾硅酸盐化阶段所形成的石英-磁铁矿矿脉中[18]; ④在斑岩矿化上部及周围发育浅成低温热液金(银)矿化组合[25]。 Caspiche具有典型斑岩型金铜矿床的特点, 规模巨大且产于斑岩型成矿带上, 但其勘探仍然历经20多年, 几易其手, 耗费巨资, 反复勘查才发现主矿体, 说明每个矿床都具有其独特性, 勘查工作也总是具有特殊性和不确定性。 总结其勘查经验主要有以下几点:

(1)对矿区地质条件和对矿床类型的认识是勘查成功的基础。矿区与浅成低温热液矿床有关的硅化露头是Anglo没有以斑岩型矿化为勘查目标的主要原因, 而在后期的勘查过程中, 与斑岩型矿化共生的浅成低温热液矿化也数次影响了勘查决策。 覆盖层的影响及矿体产状的特殊性造成物化探信息偏离主矿体。 最终才以斑岩型矿化为目标, 运用相似类比法为主要方法才成功定位深部矿体。 由此可见, 对矿床类型的认识以及正确的矿床模型是勘查成功的最重要基础, 大量实例表明, 高硫化型矿化与斑岩型矿化很多时候是伴生出现的[21-23,25], 在实际勘查过程中必须要考虑其共生关系。

对矿区地质情况的客观认识是正确解释物化探信息的关键所在,Caspiche矿床的勘查信息受到了地表覆盖层的很大影响。矿体上部高硫型矿化的叠加导致400～500 m范围岩石褪磁,航磁异常中心偏离矿化斑岩体中心；IP异常对矿体定位较准确,但因为缺少其他证据的支持而未能实施。说明这些方法完全可以用于隐伏矿和难识别矿的勘查,但对其的正确解释必须谨慎结合地质情况进行综合分析。

(2)详尽的资料收集与分析可迅速缩小靶区,节省资金投入。充分的综合信息研究是矿产勘查取得成功的重要途径之一。在勘查过程中,对前人信息的收集和运用非常重要,Exeter公司在最初进行勘查设计时,没有利用Newcrest公司的勘查信息,导致在没有经济价值的高硫型矿化区内进行重复勘查,浪费了大量的时间和资金,甚至几乎放弃Caspiche。因此,在勘查工作进行时,要特别注重前人资料的收集与分析,以便迅速缩小靶区,减少无谓工作。

(3)传统地质方法与现代计算机技术相结合是有效的勘查方法组合。 相似类比法的运用是发现Caspiche斑岩型矿床的最重要因素, 20世纪90年代之后，Marte等矿床的发现是Caspiche能转以斑岩型矿化为目标的基础, 而以区内已知矿床为基础建立的成矿模型,更是3D地质模拟技术能成功定位斑岩型矿体的关键。因此,在覆盖层较厚,地表露头较差区域,相似类比法仍是重要的找矿方法。三维地质模拟技术应用于深部找矿,可帮助地质人员更直观精确地建立深部各类地质对象的结构, 了解地质体的三维空间分布形态, 从而更有效地进行地质研究和找矿预测, 提高找矿效率。

(4)市场是商业勘查的重要影响因素。 矿产勘查是经济行为, 严格受经济情况控制。 Newcrest公司后期将全部重心放在浅成低温热液矿床的勘查, 对斑岩体勘查设计的1 750 m的深钻未能实施, 错失揭露深部矿体的时机, 固然有对地质情况认识不充分的问题, 但经济危机所造成资金不足也是重要的原因。 因此, 在商业勘查过程中,资金投入有可能是一个矿床能否发现的决定性因素。