澳大利亚皮尔巴拉克拉通威思奈尔金矿控矿构造

刘樟乐

(1. 上海海成资源(集团)有限公司，上海 200070；2. 西北有色地质矿业集团有限公司，陕西 西安 710054)

0 引 言

Mallina(马利纳)盆地是澳大利亚西部Pilbara(皮尔巴拉)地区最重要的金矿区之一(Huston et al.,2000)，通过对该盆地内典型金矿床Withnell(威思奈尔)矿床钻孔岩芯和Mallina剪切带地表露头进行研究，明确了主矿脉类型；在实测1 000余组构造产状的基础上，结合DIPS软件进行数据分析，揭示区内典型金矿化构造控矿作用，并对构造变形控制下的金矿体勘查方向作出预测，改变了以断层为主要找矿构造的思路，为该区金矿勘查提供参考。

1 区域地质特征

澳大利亚西澳洲Pilbara克拉通形成于距今36亿—28亿年间，是地球上保存最完好的一套经历了多期剧烈构造变形作用的花岗岩绿岩带(Barley et al.,1998；Collins et al.,1998; Nelson et al., 1999; Blewett,2002；Hickman,2004)，根据构造特征和地层差异，分为东、西、中Pilbara克拉通3个次级构造单元。其中，东西Pilbara克拉通主要为一套花岗质杂岩；中Pilbara克拉通由De Grey群沉积岩和临近的Whim Creek群火山沉积岩组成，典型构造特征显示在其中心部位的Mallina盆地(Hickman, 1990; Blewett et al., 2002；Van Kranendonk et al., 2002)。

Mallina盆地发育于东西Pilbara克拉通之间的边界上(图1)，是中Pilbara克拉通中部的核心构造单元，沿NE向展布，长约200 km，宽100 km (Smithies et al., 2001)。盆地盖层是以浊积岩为主的De Grey群Mallina组和Constantine组，以及Whim Creek绿岩带。盆地北部以Sholl剪切带为边界，南部以与Constantine组不整合接触的Cleaverville组含燧石长英质火山岩为边界，Cleaverville组也是盆地基底在地表仅有的出露部分(Kiyokawa et al.,1998；Smith et al., 1998)。盆地内有多期次花岗类侵入岩，规模最大的是Peawah花岗闪长岩，另有一些小规模的枝状基性-超基性岩(Smithies et al.,2004)。

图1 中Pilbara克拉通Mallina盆地地质构造纲要图(据Bierwirth et al., 2002修改)1-Fortescue群；2-Sherlock侵入岩带及Millindinna混合岩；3-Whim Creek群和Bookingarra群；4-De Grey群；5-Mallina组；6-Constantine组；7-Cleaverville组；8-Pilbara Well绿岩带；9-Opaline Well花岗岩；10-Satarist花岗岩；11-Portree花岗混合岩；12-Peawah花岗闪长岩；13-Harding花岗混合岩；14-Caines Well花岗混合岩；15-Yule花岗混合岩；16-花岗岩带；17-绿岩带；18-剪切带；19-金矿点Fig. 1 Outline map of geological structure of Mallina Basin, Middle Pilbara Craton(modified from Bierwirth et al., 2002)

Whim Creek绿岩带主要分布于Mallina盆地西北部，通过Louden断层与Mallina组呈断层接触，绿岩带上部为Bookingarra群，以含大量火山碎屑物为主要特征，下部为以长英质-镁铁质火山岩为主要岩性的Whim Creek群(Horwitz，1990；Barley et al.,1994；Pike et al.,2002)。Mallina盆地东部和南部主要地层为Mallina组和Constantine组：Mallina组主体岩性为低变质互层状细—中粒杂砂岩和页岩，下部Constantine组多为分选性差的中—粗粒长石石英砂岩及杂砂岩，并含有较厚的砾岩层，多见磨圆度中等卵石大小的燧石和科马提岩岩屑。2组地层均反映浅海扇相沉积环境，但Mallina组沉积速率相对缓慢。

Mallina盆地共经历了3期次较大的变形作用(Krapez et al., 1998; Van Kranendonk et al., 1998，2007；Kiyokawa et al.,1999)：第一期变形作用(D1)为区域性南北向挤压，形成近直立的东西向倾伏褶皱F1及板状劈理S1，但构造痕迹保留很少，仅见于F2褶皱枢纽个别部位；第二期变形作用(D2)为东西向挤压，形成大规模分布的向北倾伏的褶皱带F2，在盆地西部一些背斜核部暴露的Constantine组砂岩和下伏Cleaverville组中保留了较好的构造痕迹；第三期变形作用(D3)为北东向和南西向挤压作用，形成东北东方向近直立褶皱带F3和褶劈理S3，横贯盆地的东西向Mallina剪切带也同期形成。Mallina剪切带以一系列剧烈褶皱及受剪切作用变质程度较低的变沉积岩为主要特征，呈现断裂带南侧整体向上错动的迹象，是盆地基底构造活动再次活跃后在地表作用呈现的结果(Smithies et al.,1999)。

Mallina盆地内的金矿化活动非常活跃，主要有3种类型：① 与黄铁矿-绢云母-碳酸盐蚀变密切相关的脉型金矿化；② 与叶蜡石蚀变相关的脉型金矿化；③ 脉型锑金矿化。此外，还有一些小型的具有典型浅成热液特征的矿化脉体分布于盆地中西部(Huston et al.,2002;Jaques et al.,2002)。

2 Withnell矿床特征

Withnell金矿床是Mallina盆地内最大的金矿床，位于Mallina剪切带北侧，矿体赋存于Mallina组砂岩、杂砂岩及页岩中，属于第一种金矿化类型，是典型的赋存于浊积岩中的构造控矿型金矿(Cox et al.,1995；Grove et al.,1998；Ramsay et al.,1998; Blewett et al.,2002；Bagas et al.,2008)，其地质与构造特征极具代表性。

Withnell矿床分南北2个矿化带，控制深度约250 m，平均品位2 g/t。北矿化带控制长度约1 300 m，宽50～100 m，矿体厚1～50 m，平均厚10 m；南矿化带控制长度>400 m，宽30～50 m，矿体一般厚5～20 m，平均厚10 m。矿体多为各类脉体，东西走向，产状约185°∠66°～90°，呈似层状、透镜状，具分支复合特征。北矿化带近地表处2条规模较大的矿体在100 m以下深部会聚成1条较厚大的矿体，南矿化带深部100 m以下延伸较差。此外还有一些次级矿体，由一系列南北走向的陡倾石英脉组成，规模不大，品位最高达40.7 g/t。

矿床内的矿化脉体可分为4种类型(Bierwirth et al.,2002)，此次研究进一步划分为4类主要矿化脉体和3种次要矿化脉体。分布较多的4类主要矿化脉体为：① 小于5 mm宽的纤维状石英方解石脉，多呈挠曲及锯齿状结构；② 粗颗粒梳状石英脉，宽2～3 cm；③ 呈不规则短粗状形态的方解石型脉； ④ 含黄铁矿的石英方解石脉体，宽0.2～3 cm(图2a)。分布较少的3种矿化脉体为丝带状石英脉、雁列张性石英脉、含孔洞碎屑脉体(图2b)。

图2 钻孔岩芯样品照片(镜头方位向西)(a) 向南倾含黄铁矿石英方解石矿化脉；(b) 向南倾含黄铁矿孔洞碎屑脉体Fig. 2 Photos of drilling core samples with the lens facing west(a) south-inclining mineralized veins of quartz calcite containing pyrite; (b) south-inclining pyrite-bearing cave-clastic veins

统计发现，第四类含黄铁矿石英方解石脉分布较广泛，占工业矿体的75%左右，且样品品位均较高。其中,10件代表性样品光片鉴定结果(图3)显示:① 5件氧化矿代表性样品中，金颗粒共10处且全部包含在针铁矿内(图3a、b)，针铁矿大部分为黄铁矿氧化形成；② 5件原生矿代表性样品中，金颗粒共7处且全部包含在相互独立的颗粒状黄铁矿内(图3c、d)，表明黄铁矿与金的富集关系密切，通常Au品位较高的矿化区的黄铁矿体积分数>1%，而在非矿化区则迅速跌至极微量背景值(≤0.1%)，这也验证了黄铁矿与金富集之间的正相关性。根据矿化脉体分布的广泛性及黄铁矿化与金矿化的正相关性，第四类脉体(即含黄铁矿的石英方解石脉体)是Withnell矿床主矿化脉体类型。

图3 岩芯样品光片鉴定照片(a)、(b) 针铁矿中的颗粒金；(c)、(d) 黄铁矿中的颗粒金Fig. 3 Photos of core samples photogrammetry identification(a), (b) granular gold in goethite; (c), (d) granular gold in pyrite

除黄铁矿外，通过矿相分析和XRD测试发现主矿化脉体的矿石和蚀变组合相对简单，主要矿物为石英、方解石、绢云母、长石和绿泥石，含少量毒砂、金红石、黄铜矿、银金矿、方铅矿、闪锌矿和黝铜矿。矿石结构有半自形—他形粒状结构、自形—半自形粒状结构、他形粒状结构、残余结构、碎裂结构等。矿石构造主要有浸染状构造、脉状网脉状构造、角砾状构造和揉皱状构造。矿区内主要围岩蚀变类型可见硅化、片理化及糜棱岩化、碳酸盐化、黄铁矿化、绿泥石化和绢云母化，其中，硅化沿矿化带普遍发育，糜棱岩化多沿剪切带内断层发育，黄铁矿化是主要找矿标志之一，蚀变强度向深部增强，总体受剪切带控制，呈东西向展布。

3 Mallina剪切带对Withnell矿床主矿化脉体的控矿作用

Withnell矿床内矿化体类型多样，地层呈现显著的韧性剪切特征，矿床处于构造作用复杂的区域，前人对矿床的控矿构造研究较浅，认为矿体受到断裂控制，故前期的勘查多在追索中浅部断裂构造(Range River Gold Ltd., 2005)。此次研究使用DIPS软件整理分析近2 000组构造元素数据，重新梳理构造与主矿化脉体的关系。

针对Mallina剪切带对金矿化的构造控矿作用，实测剪切带内层理、褶劈理S3、褶皱、断层、裂隙和脉体共597组构造产状，采用DIPS软件生成各产状的散点投影图。数据分析结果显示，剪切带内层理产状(图4a)与褶劈理S3(图4b)近平行，以南北倾向为主，层理主产状方向为340°∠81°，褶劈理S3主产状方向为348°∠83°；断裂(图4c)、裂隙(图4d)及各类脉体(图4e)产状各异，没有明确的主体产状方向。地表所见脉体多为烟青色、乳白色石英脉，少见矿化脉体，仅测得3组含黄铁矿石英方解石脉产状，方向约348°∠88°。断裂的规模很小，仅实测了断层面延伸在1 m以上的断裂18处，以往在该矿区地表亦未见规模较大的断裂构造(Opus Exploration Pty Ltd.,2005)。

对Withnell矿床内27个有定向的金刚石钻孔进行岩芯构造编录统计，获取1 129组构造产状数据，除主矿化脉体产状外，还实测了层理、褶劈理S3及断裂或裂隙3类构造的产状，采用DIPS软件处理生成立体投影等值线密度图，进而统计出各类构造的主产状方向(表1)，矿化带中各类构造元素均呈现近直立且近南北向的特征。

对比分析图4及表1发现，岩芯测得的褶劈理S3产状与地表所测结果一致，与层理产状平行，与Mallina剪切带呈现出同样的地表特征。同时，褶劈理S3与主矿化脉体亦呈近平行状态；断裂、裂隙主体产状与主矿化脉体及层理多为向切关系，部分次级断裂与主矿化脉体近平行。

图4 构造产状散点投影图1-1组产状；2-2—5组产状；3-6—9组产状；4-10—13组产状；5-14—17组产状；6-18—21组产状；7-22—25组产状；8-26—29组产状；9-30—33组产状Fig. 4 Scatter projection of structural occurrences(a) scatter projection of bedding occurrence; (b) scatter projection of cleavage occurrence; (c) scatter projection of fault occurrence; (d) scatter projection of fissure occurrence; (e) scatter projection of vein bodies

表1 构造元素主产状方向统计Table 1 Statistics of main occurrence direction of structural elements

矿化体围岩中的典型剪切结构多含石英-方解石脉体，但缺少黄铁矿，表现出北侧向上错动的迹象(图5a)；在矿化带内部，向南陡倾的剪切结构中有明显的南侧向上错动迹象(图5b)，这与Mallina剪切带主体位移方向一致。其中，向南陡倾的主矿化脉体中一些黄铁矿细脉的走向与褶劈理S3基本一致，且大量黄铁矿的齿状压力影均表明黄铁矿化与褶劈理S3同期形成(Large et al.,2020)；主矿化脉体与向南陡倾的剪切结构呈互相切割，表明主矿化脉体与剪切构造属同期发生(图2a)；高品位金矿化多发生在此类含黄铁矿的近直立、向南陡倾脉体的集中区域，当此类脉体分布稀少或脉体产状呈向北陡倾时，金矿化作用显著降低。

图5 钻孔岩芯样品照片，镜头方位向西(a) 向北倾的无矿化石英细脉受剪切构造影响，北侧向上错动并切穿早期形成的石英方解石脉体；(b) 岩芯中S-C组剪切结构显示南侧向上错动迹象Fig. 5 Photos of drilling core samples with the lens facing west(a) the northern side of the northern-dipping mineral-free quartz stringer dislocated upwards by shear structure and cutting through the early quartz calcite; (b) the southern side of the S-C shear structure of the core sample showing upward dislocation

4 勘查方向

以往对Withnell矿床的普查多以断裂控矿为找矿方向，但结合地表及岩芯构造元素分析发现，主矿化脉体与断层无显著相关性，主产状方向缺乏一致性，岩芯编录未发现沿断裂发育的大规模脉体；主矿化脉体产状与褶劈理S3产状高度一致，与金矿化密切相关的黄铁矿化与褶劈理S3同期生成，且矿化带内南侧向上错动的剪切结构与Mallina剪切带的错动一致。通常情况下，近直立、向南倾的剪切构造或断裂构造南侧发生向上错动时会形成扩张性区域，此类张性构造多为金矿化有利区。

综上认为，主矿化脉体赋存于向南陡倾的剪切结构内，其控矿构造为Mallina剪切带D3期构造活动发育的剪切构造，褶劈理S3为其构造指示标志。这种构造控矿特征与区域上的McPhees金矿床具有相似性(图1)，该金矿具有显著的D3期构造变形控矿特征(Baker et al.,2002,2004)。

Withnell矿床未来的勘查方向应由断裂构造转变为以褶劈理S3发育较好的向南陡倾的剪切构造，研究近直立、向南陡倾的含黄铁矿石英方解石脉。

5 结 论

构造元素的数据处理可清楚展示多种构造之间的关系，在新矿区勘查工作之初有助于掌握矿体与构造元素之间的联系。

(1) 确立了Withnell金矿床主矿化脉体类型为含黄铁矿的石英方解石脉体。

(2) 对岩芯及地表露头的构造元素进行实测编录，掌握了矿区各类构造元素的产状特征。

(3) 通过DIPS软件汇总各构造元素产状信息，厘清了主矿化脉体与构造元素的相关性，明确了主矿化脉体与S3劈理结构的相关性。

(4) 该区找矿方向应由断层为主要找矿构造转为以褶劈理S3发育较好的向南陡倾的剪切构造，目标矿脉为近直立、向南陡倾的含黄铁矿石英方解石脉，该找矿思路为Withnell矿床及Mallina剪切带周边同类金矿点下一步详查工作提供了新的方向。