丹麦格陵兰岛东部詹姆逊盆地铜多金属矿矿石特征及成因探讨

彭蜀涛，曾庆友，杨 洁

(江西有色地质矿产勘查开发院，南昌 330000)

格陵兰岛东部詹姆逊盆地的矿产勘探始于Nordenskjöld(1907)在盆地北部钙质石英岩中发现含铜细脉，随后于1930年至1934年进行了第一次系统的矿产调查[1-2]。对格陵兰岛东部的继续勘察，发现了坝伊克里彭(Blyklippen)铅锌矿床和马尔姆杰格(Malmbjerg)斑岩型Mo矿床等一系列重要的矿床[3-4]。1986年，丹麦地质局在上二叠统灰岩、泥岩层位以及下三叠统杂色碎屑岩层位中发现了近 6～10个铜、铅或锌矿化层[5-6]。近年来，在该区开展了较系统的地质及找矿工作，积累了较丰富的地质矿产资料，认为有铜铅锌多金属矿的找矿价值[7]。本次研究主要通过野外地质调查及室内镜下显微观察，从矿石类型研究着力，探讨矿床成因，以期进一步推动该地区的找矿勘探工作，并向国内同行介绍国外该类型矿床特征。

1 地质背景

詹姆逊盆地位于格陵兰东部古生代—中生代一系列盆地的南部(图1)，整体为南北向，盆地东西两侧边界主要由加里东期变质岩和深成岩组成的结晶基底，整个盆地长约400 km，宽200～250 km[8]。詹姆逊盆地形成始于泥盆纪，伴随着加里东造山带的崩塌，形成了北西—南东向的走滑断层和北东—南西向的正断层等一系列构造[7]。在石炭纪第一次断裂和倾斜开始之前，泥盆系盆地已经堆积了5～10 km的红色砂岩[9]。在二叠纪时期，整个沉积地层进一步倾斜和抬升[10]。晚二叠纪的海侵作用，使得台地相的碳酸盐岩的沉积，三叠纪则发生裂谷作用，主要发育陆相沉积。侏罗纪和白垩纪，盆地受沉降控制[9]。区域上，从早第三纪开始，伴随盆地的抬升和断裂活动，出现了大规模的岩浆活动，在盆地东西两侧，沿近南北向深断裂分布有深层侵入的岩体。这些侵入的岩体风化后的碎屑物又不断流入盆地，其中，有些含铜、铅、锌矿物质的花岗岩风化碎屑物成为盆地内重要成矿物质来源[5，9]。

图1 a.詹姆逊盆地区域地质图[8]；b.詹姆逊盆地东部矿床地质图[9]Fig.1 a.Regional geological map of the Jameson Land Basin[8]；b.Geological map of deposits in the east of Jameson Land Basin[9]

2 矿区及矿床地质特征

矿区范围内主要发育地层为(图1b)：晚古生代泥盆系粉砂岩、砂岩，零星分布于矿权区北面地段；上二叠统福尔维克溪组(Foldvik Creek)上段砾岩、砂岩、粉砂岩，主要分布在北部，不整合超覆于上泥盆统之上；上二叠统福尔维克溪组下段灰岩，主要分布于区内的西北部；中生代三叠纪沃迪溪(Wordie Creek)组砂岩和粉砂页岩，其主要位于内中西部，零星分布于区内南东部；平戈达尔(Pingo Dal)组(砂岩)主要分布区内西南、西北部；吉普斯达伦(Gipsdalen)组砂岩、泥岩、砂岩、灰岩，主要分布于区内北西、南西，少量分布于南面；Fleming Fjord组砂岩，泥岩，区内均有出露。福尔维克溪组下段和平戈达尔组是区内Cu(Pb、Zn)等金属矿床的主要赋矿层位[5-6]。矿区内褶皱不发育，构造形变主要是为断裂构造，按其断裂的方向大致可分为NE、SN、NW、近EW向等四组。区内浆活动较弱，仅见数条辉绿岩脉，岩脉走向近N-S向，宽约1～5 m，地表延伸长度10～50 m 至数百米。Buch Bjerg山见两条辉绿岩脉大致平行状呈北北西向展布侵入于三叠系地层中，地表出露长900～1 000 m，宽约70 m。在所有这些岩脉及其蚀变带中均未发现明显矿化异常。矿区内热液蚀变活动相对较弱，常见的硅化和碳酸盐化，主要沿构造破碎带线状分布。构造破碎带铜(铅锌)矿体及围岩蚀变强，蚀变组合相对复杂，有硅化、碳酸盐化、重晶石化、黄铁矿化、高岭土化等，含铜硫化矿物常见孔雀石、蓝铜，铅锌硫化矿脉氧化成小铁帽[9]。

在矿区内通过地表剥土、钻探揭露和采样分析，圈出砂岩型铜(铅)矿体(矿体编号：V6、V8、V9)，硅质岩重晶石型铜(铅锌)矿体(V10、V11)；破碎带型铜(铅)矿体(编号：V1、V2、V3、V4、V5、V7)，具体特征见表1。

表1 詹姆逊盆地铜多金属矿矿体特征

3 矿石特征

整个区内矿石可分为三种：砂岩铜铅锌矿石，构造破碎带铜铅锌矿石和硅质岩重晶石铜铅锌矿石。

3.1 砂岩型矿石特征

砂岩型矿石为含浸染状蓝铜矿(图2a)、或填隙状细粒铅锌矿的砂(砾)岩(图2b)，具有中细粒砂状结构，层纹状、块状构造。整体上呈绿色、灰黑色，细粒砂状和含砾砂状结构结，条带状、浸染状、层纹状、块状构造，主要金属矿物为辉铜矿、方铅闪锌矿，主要脉石矿物为长石、石英，次为白云母、熔岩岩屑、硅质岩岩屑，胶结物为碳酸盐、铁质、泥质。显微镜下可见蓝铜矿与碳酸盐胶结物赋存于长石碎屑之间(图2c)。砂岩型铜铅锌矿石矿物成分较为简单，主要金属矿物为辉铜矿、方铅矿、闪锌矿，砂屑以长石、石英岩屑为主，次为白云母、熔岩岩屑、硅质岩岩屑、浅绿色泥砾，碎屑物多呈次棱角状且分选性差，胶结物为方解石、铁质、泥质。背散射图可见方铅矿赋存在碎屑颗粒之间(图2d)。野外观察发现，当含矿岩性颜色变为暗褐色，白云母和泥质增多，岩石含矿性极差，一般不含矿。

(Az—蓝铜矿；Gn—方铅矿；Pl—斜长石；Qz—石英)图2 a.浸染状蓝铜矿；b.填隙状细粒铅锌矿；c.蓝铜矿与碳酸盐胶结物赋存于长石碎屑之间； d.方铅矿充填于碎屑颗粒之间Fig.2 a.Disseminated chalcopyrite；b.Interstitial fine lead-zinc；c.Chalcopyrite and carbonate occur between feldspar clasts； d.Galena filling between clastic particles

3.2 破碎带蚀变岩型

破碎带蚀变岩型矿石为含孔雀石、黄铜矿的碎裂化硅化蚀变灰岩、重晶石细脉、硅质脉、方解石脉及方解石与硅质脉混生脉组成，外观呈绿色、浅灰白色，角砾状、裂隙状结构，脉状、角砾状、蜂窩状及块状构造(图3a)。主要金属矿物为黄铜矿、蓝铜矿、方铅矿、闪锌矿，主要脉石矿物为重晶石、硅化灰岩、硅质岩、方解石、主要胶结物为铁质、重晶石、硅质、泥质。显微镜下可见方解石脉体中的晶形完好的黄铜矿(图3 b)。背散射图可见闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿与重晶石共生于蚀变灰岩晶洞中(图3 c)。还建有闪锌矿、黄铜矿、方铅共生(图3 d)。

3.3 硅质岩重晶石型

硅质岩重晶石型矿石由含孔雀石、黄铜矿的重晶石脉、硅质岩脉、碎裂硅化灰岩组成，外观呈灰褐色夹杂孔雀石绿色，矿石呈角砾状、裂隙状结构，层状、块状、脉状、碎裂状构造(图4a)。主要金属矿物为黄铜矿、蓝铜矿、方铅矿、闪锌矿，主要脉石矿物为重晶石、硅质岩、方解石，主要胶结物为铁质、硅质、泥质。背散射图可见方铅矿、黄铜矿和硫砷铜矿呈集合体共生于重晶石内。

(Brt—重晶石；Cal—方解石；Cp—黄铜矿；Gn—方铅矿；Py—黄铁矿；Qz—石英；Sp—闪锌矿)图3 a.破碎蚀变岩型铜(铅锌)矿体；b.方解石脉体中的黄铜矿；c.闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿与重晶石共生；d.闪锌矿、黄铜矿、方铅矿共生Fig.3 a.Tectonically fractured altered rock-type Cu(Pb-Zn)deposits；b.Chalcopyrite in calcite vein； c.Coexistence of sphalerite，chalcopyrite，pyrite and barite；d.Coexistence of sphalerite，chalcopyrite and galena

(Brt—重晶石；Enr—硫砷铜矿；Cp—黄铜矿；Gn—方铅矿)图4 a.硅质岩重晶石型铜(铅锌)矿体；b.方铅矿、 黄铜矿和硫砷铜矿集合体Fig.4 a.Barite type of siliceous rock Cu(Pb-Zn)deposits； b.Galena，chalcopyrite and chalcopyrite aggregates

4 矿石地球化学特征

不同类型的矿石的地球化学结果显示(表2)，砂岩岩型矿石主要富集元素为Cu(0.827%)和Pb(2.272%)，构造破碎带型矿石主要富集元素为Cu(0.493%)、Pb(1.116%)和Zn(1.5833%)，而硅质岩重晶石型主要富集元素仅有Cu(2.81%)。一般认为岩石和矿石的地球化学元素能够指示其矿床成因或构造属性[11-20]。此外，矿石微量元素成因图解(图5)可见，砂岩型落在沉积改造区，构造破碎带型落在沉积改造区与火山作用叠合区，而硅质岩重晶石型矿石则落在了岩浆热液和火山作用叠合区。

图5 詹姆逊盆地铜多金属矿床中闪锌矿 LnGa-LnIn图(底图据文献[21])Fig.5 The sphalerite LnGa-LnIn diagram of the copper- polymetallic deposits in the Jameson Land Basin

表2 詹姆逊盆地铜多金属矿矿石元素测试结果

5 矿床成因探讨

从野外地质特征上可见，詹姆逊盆地铜多金属矿中三种类型的矿石分别对应了三成因类型。早期形成硅质岩重晶石型铜铅锌矿，产于上二叠统上段生物碎屑灰岩中，主要由重晶石、硅质岩组成，与围岩界线清楚、层状特征较明显，属海底喷沉积形成[10]。外观察灰岩型矿层常见脉石为重晶石、硅质岩，而这也是海底热水喷流形成特征性脉石矿物，加上特定的层位，因此，较大可能是属海底喷流热水沉积形成的矿层，从已往发现的该类型的矿往往为大矿。中期形成的砂岩型铜铅锌矿产于下三叠统平戈达尔组长石砂岩中，层控特征较明显，属沉积形成。砂岩型铜铅锌矿是由沉积—成岩作用富集形成的，即盆地边缘或基底含铜、铅、锌等金属元素的基岩(如花岗岩、花岗斑岩等)经风化、搬运至盆地内堆积，碎屑间孔隙水在沉积物压实成岩过程中，将碎屑内的金属元素进一步活化转移，遇有机质或H2S等强还原剂而沉淀、富集。此过程导致的金属元素富集受地层或岩性控制。区内下三叠统平戈达尔组砂(砾)岩中铜铅锌矿化可能与此机制有关。最晚期破碎带型铜铅锌矿产于北东向构造破碎带中，热液充填特征明显，属热液充填交代形成。

综上认为，詹姆逊盆地铜多金属矿由三次成矿作用叠加形成，早期为海底热水喷流形成层状硅质岩重晶石铜铅锌矿化层(对应硅质岩重晶石型矿石)，中期为陆源碎屑沉积时形成砂岩铜铅锌矿化层(对应砂岩型矿石)，晚期含矿热液沿构造及砂岩层位充填交代(对应构造破碎带型矿石)，并对早期砂岩矿化层进一步热液叠加富集成矿(图6)。

图6 詹姆逊盆地铜多金属矿体成矿模式图Fig.6 Metallogenic model of the copper-polymetallic deposits in the Jameson Land Basin

6 结论

1)詹姆逊盆地铜多金属矿矿石包括了砂岩铜铅锌矿石、构造破碎带铜铅锌矿石和硅质岩重晶石铜铅锌矿石三类。

2)该铜多金属矿由三次成矿作用叠加形成，早期为海底热水喷流(或盆地内热卤水)沉积形成层状硅质岩重晶石铜铅锌矿化层，中期为陆源碎屑沉积时形成砂岩铜铅锌矿化层，后期为含矿热液沿构造及砂岩层位充填交代、并对晚期砂岩矿化层进一步热液叠加富集成矿。