芬蘭克維塔克氏銅-鉑族元素鎳-銅-鉑族元素礦床地質(zhì)特征及成因

芬蘭克維塔克氏銅-鉑族元素鎳-銅-鉑族元素礦床地質(zhì)特征及成因

1研究領(lǐng)域的總結(jié)1.1地表地貌和地表克維塔的大型銅-鉑元素礦床位于芬蘭拉普蘭（lampran）省會羅瓦尼米（rovanimi）以北142公里處，坐標(biāo)為n740和e3650?？司S特斯塔地區(qū)地勢平坦,平均海拔220~240m,其中克維特斯塔山海拔350m,位于礦區(qū)東南部?？司S特斯塔地區(qū)地表主要為沼澤和松木林,山脈基巖露頭被1~5m厚的冰磧石覆蓋,沼澤地的冰磧石覆蓋有泥炭層。該區(qū)屬亞寒帶氣候區(qū),區(qū)內(nèi)沒有永久凍土層,全年可進(jìn)行礦業(yè)開采1.2克基于rok-l的露天開采工藝研究芬蘭地質(zhì)調(diào)查局(GeologicalSurveyofFinland,簡稱GTK)在1987年發(fā)現(xiàn)克維特斯塔鎳-銅-鉑族元素礦床,截至目前完成鉆孔563個,總進(jìn)尺48474m。其中278個鉆孔總計32845m進(jìn)尺見礦。芬蘭政府在1995年對礦體組織競標(biāo),與此同時,該項目被奧托昆普(Outokumpu)公司接管。該公司完成鉆孔15個,總進(jìn)尺2220m,但其一系列勘探活動未取得預(yù)期效果,于是在1998年將該項目退還給芬蘭貿(mào)易工業(yè)部。2000年7月,斯堪的納維亞礦業(yè)公司(ScandinavianMineralsLtd,簡稱SML)雇傭SRK咨詢公司收集數(shù)據(jù),評估在克維特斯塔礦進(jìn)行大規(guī)模露天開采和使用濕法冶金工藝處理混合精礦的可行性。SRK公司在2001年4月發(fā)表技術(shù)報告,并分別在2003年9月更新,2003年12月修訂,最終確定深度500m以上存在礦產(chǎn)資源,并完成露天開采方案。2007年12月,芬蘭地質(zhì)調(diào)查局及其礦業(yè)合作伙伴在克維特斯塔地區(qū)展開了一系列的2D影像地震剖面圖計劃,該項行動為2007—2010年高分辨率映像地震勘探計劃的一部分第一量子礦業(yè)公司(FirstQuantumMineralsLtd,簡稱FQM)在2008年收購斯堪的納維亞礦業(yè)公司后取得克維特斯塔礦的開礦權(quán),于2008—2010年間在克維特斯塔礦進(jìn)行了大量的資源確定、實施資源擴(kuò)大式鉆孔,其中還包括在2010年實施的3D映像地震調(diào)查。FQM在礦區(qū)地下200~300m處的深部發(fā)現(xiàn)了很多斷裂和破碎帶1.3第一量子礦業(yè)公司礦克維特斯塔鎳-銅-鉑族元素礦床是芬蘭最大的礦產(chǎn)地之一,目前由第一量子礦業(yè)公司進(jìn)行勘探和開發(fā)。礦床開采方式以露天開采為主,預(yù)計采剝比約4∶1,計劃開采20~30年1.4紀(jì)念價值克維特斯塔礦床礦石資源量4.32×101.5克瓦斯塔礦床銅礦和鎳礦是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)重要的原料。鉑族元素(簡稱PGE)包含Pt、Pd、Os、Ir、Ru、Rh,屬于稀缺資源,與Au和Ag合稱為貴金屬。加強(qiáng)對克維特斯塔礦床的了解和研究,既可以對比國內(nèi)相似環(huán)境,尋找同類礦床,同時也可為中國礦山企業(yè)“走出去”,實施“兩個市場,兩種資源”戰(zhàn)略提供參考。此外,該礦床中Ni含量異常高的橄欖石也吸引著眾多地質(zhì)工作者的目光。2生產(chǎn)環(huán)境2.1中拉普蘭綠巖帶克維特斯塔基性—超基性層狀侵入體在大地構(gòu)造位置上處于芬諾斯堪迪亞地盾(FennoscandianShield)內(nèi)的中拉普蘭綠巖帶。中拉普蘭綠巖帶從薩拉(Salla)區(qū)經(jīng)中拉普蘭一直延伸到挪威北部。該綠巖帶主要由大量的火山巖組成,巖性為科馬提巖、流紋巖、石英巖、泥質(zhì)沉積巖等克維特斯塔侵入體的圍巖主要為科馬提熔巖流和凝灰?guī)r組成的古元古代沉積-火山巖,該沉積-火山巖的上方覆蓋著由泥質(zhì)沉積巖(包含云母片巖和黑片巖)構(gòu)成的厚層序(圖1)。沉積巖的成分不定,但局部含有大量石墨和硫化物,尤其是在克維特斯塔侵入體附近。2.2克尼特斯塔和薩托維亞斷裂帶中拉普蘭綠巖帶以具有一系列的蛇綠巖套含鎳蛇紋巖為特征。該綠巖帶被一條南北走向的構(gòu)造帶分為東、西兩部分,西部為較年輕的貧科馬提巖基蒂萊(Kittil?)區(qū),東部為較老的富科馬提巖索丹屈萊(Sodankyl?)區(qū)。整個中拉普蘭綠巖帶普遍發(fā)育鈉長石化,鈉長石化有可能在礦化過程中起到關(guān)鍵作用克維特斯塔侵入體的南部和北部邊緣未遭受變形,其東部邊緣因薩托維亞斷裂帶(SatovaaraFaultZone)的存在而遭受變形。薩托維亞斷裂帶發(fā)生在1.8~1.9Ga的瑞典芬蘭系造山運動(Svecofennianorogeny)期間,走向為北東—南西向,將克維特斯塔和薩托維亞2個侵入體分隔開來。Alireza等克維特斯塔礦床周圍的變質(zhì)沉積物和層狀長英質(zhì)、鎂鐵質(zhì)火山巖中有很多明顯的斷層和褶皺構(gòu)造。通過勘察,在礦區(qū)地下200~300m處的深部發(fā)現(xiàn)了很多斷裂和破碎帶2.3克維斯塔侵入體克維特斯塔大型層狀侵入體南北長約3.5km,東西寬約5km,出露面積約16km科特蘭(Koitelainen)鎂鐵質(zhì)層狀侵入體位于克維特斯塔侵入體以北,呈扁平橢圓形短軸背斜構(gòu)造,東西長約29km,南北寬約26km,厚度約3km,侵入到太古宙基底中。該侵入體最下部為一個超基性巖帶,石英二長巖侵入其中;向上為輝長巖主帶;再向上是含斜長巖和磁鐵礦輝長巖的輝長巖上部帶;最上部為花斑巖帽。在超基性巖帶、輝長巖主帶和上部帶中可見層狀鉻鐵巖薩托維亞侵入體位于克維特斯塔侵入體的東側(cè),巖性類似于克維特斯塔侵入體2.4金屬礦化特征基蒂萊金-銅帶是中拉普蘭綠巖帶最主要的成礦帶,該帶的西部主要為賤金屬礦化,東部主要為金礦床。帶內(nèi)包含幾十個賦存在上地殼地層中的熱液銅、金和多金屬礦化,主要的典型硫化物礦物為磁黃鐵礦/黃鐵礦、黃銅礦和閃鋅礦。金礦物主要為自然金,伴生金屬礦物主要為黃鐵礦、黃銅礦和毒砂等。中央含金亞帶被稱為瑟卡(Sirkka)剪切帶,該剪切帶呈東西向,穿過整個中拉普蘭綠巖帶。典型礦床包括帕特沃瑪(Pahtavuoma)銅-鋅礦床,預(yù)計銅和鋅儲量分別為440×10科特蘭侵入體內(nèi)賦存有鉻、釩、鈦、鉑族元素和金礦化。全部侵入體內(nèi)鉻礦石資源量至少為幾千萬噸,平均品位為Cr3地質(zhì)特征3.1族元素型礦石克維特斯塔鎳-銅-鉑族元素礦床是一個低品位浸染狀鎳-銅硫化物礦床,位于克維特斯塔侵入體東北部(圖1)?？臻g上處在侵入體超基性單元的較上部分,容礦巖石為橄欖輝石巖和二輝巖(圖2a)。礦床直徑數(shù)百米,開采深度為550~600m。Yang等成分(Ni、Cu含量及Ni/Cu比值)介于普通型礦石和鎳-鉑族元素型礦石之間的被稱為過渡型礦石,Yang等硫化物還包括紅砷鎳礦、砷鎳礦及輝砷鎳礦。在遭受后期變質(zhì)熱液蝕變的礦石內(nèi),硫化物(和砷化物)充填于角閃石、綠泥石、葉蛇紋石的裂隙或沿著它們的解理面分布,但分布不規(guī)則。此外,硫化物還以亞粉塵(亞顯微尺度)的形式貫穿于蛇紋石化的橄欖石中。80%的鉑族礦物對應(yīng)于Pt-Pd-Ni-Te-Bi系統(tǒng)的礦物,包括鉍碲鉑鈀礦、碲鈀礦、方鉍鈀礦、富Pt和Pd的碲鎳礦、黃碲鈀礦-六方鉍鈀礦-(六方銻鈀礦)固溶體系列的礦物。砷鉑礦顆粒很豐富,占全部鉑族礦物的14%。其他的鉑族礦物包含硫砷鉑礦、硫鎳鈀鉑礦、鉑鐵合金、砷銻鈀礦和銻鈀礦。鉑族礦物多呈單獨的細(xì)粒包含在硅酸鹽中(57%),或附著在硫化物顆粒邊界(36%),少量包含在硫化物中(6%)。鉑礦物(主要是鉍碲鉑鈀礦和砷鉑礦)是含量最多的鉑族礦物,而鈀礦物(主要是碲鈀礦、富鈀碲鎳礦、黃碲鈀礦和六方鉍鈀礦)相對貧乏,并含有一定量的Pt。大部分的Pd以固溶體形式存在于輝砷鎳礦、紅砷鎳礦、砷鎳礦和鎳黃鐵礦中3.2蝕變作用源火山-沉積巖和克維特斯塔侵入體在一個區(qū)域變質(zhì)事件過程中遭受變質(zhì)作用和熱液蝕變作用而變?yōu)榫G片巖相,熱液蝕變主要出現(xiàn)在侵入體南部,侵入體的北部未遭受蝕變。在礦化帶,與成礦有關(guān)的橄欖輝石巖和二輝巖中的蝕變礦物包括透閃石、綠泥石、蛇紋石和碳酸鹽礦物。3.3同年代研究Mutanen等Hanski等芬諾斯堪迪亞地盾內(nèi)大多數(shù)古元古代鎂鐵質(zhì)層狀侵入體顯示相對較小的ε4鉆床材料4.1元素的地球化學(xué)特征4.1.1等鎳-鉑族元素型克維特斯塔普通型礦石中橄欖石的鎂橄欖石(Fo)含量在77.0mol%~85.9mol%之間,Ni含量為500×10與硫化物鄰近的橄欖石顆粒核心和邊緣區(qū)域的Ni含量比較,發(fā)現(xiàn)邊緣區(qū)域的NiO含量(1.69%)比核心區(qū)域(1.47%)稍高,但核心區(qū)域仍具有異常高的Ni含量。Ni、S、Mg和Fe的分布均勻,而且橄欖石顆粒被單斜輝石完全封閉,不能與硫化物接觸,因此橄欖石和硫化物之間不存在Ni的潛在擴(kuò)散。與普通型礦石相比,細(xì)粒超基性捕虜體內(nèi)的橄欖石有相對高的鎂橄欖石(Fo)含量(87.5mol%~90.0mol%)和Ni含量(最大值為5200×10礦床上部巖心內(nèi)鎳黃鐵礦的Ni含量變化很大,為33%~42%(26at%~32.5at%,原子數(shù)百分比,下同),Ni/Fe值介于1.0~1.55之間。這種化學(xué)變化與礦物組合密切相關(guān),在鎳黃鐵礦-黃鐵礦集合體中(含少量黃銅礦),鎳黃鐵礦的Ni含量為30at%~32.5at%;而在鎳黃鐵礦-黃鐵礦-單斜磁黃鐵礦-黃銅礦集合體中,鎳黃鐵礦Ni含量為26at%~27at%鎳-鉑族元素型礦石的硫化物具極高的Ni含量(約43.3%),相對低的Cu含量(約3.2%)(2件樣品)。顆粒內(nèi)橄欖石的鎂橄欖石平均含量約為85.6mol%。Yang等鎳-鉑族元素型礦石內(nèi)的硫化物主要是針硫鎳礦-鎳黃鐵礦-黃鐵礦共生組合。Nickel等Brenan4.1.2克基于pge的微量元素地球化學(xué)未蝕變的二輝巖和橄欖輝石巖礦物組成以普通輝石、橄欖石、斜方輝石和磁鐵礦為主,此外還有斜長石、金云母、角閃石、氯磷灰石、獨居石、石墨、鈦鐵礦和硫化物。橄欖石通常呈利蛇紋石假象,變質(zhì)的輝石部分被角閃石代替,橄欖石和早期形成的利蛇紋石被葉蛇紋石代替,葉蛇紋石發(fā)展為切割和疊印早期假象結(jié)構(gòu)的穿插板。斜長石變?yōu)榫G泥石、綠簾石、方解石和小的方柱石。從下部礦石到上部礦石,主要礦物的成分呈現(xiàn)單斜輝石中的透輝石、斜方輝石中的頑火輝石、斜長石中的鈣長石、橄欖石中的鎂橄欖石特別是Ni含量不斷增加的特點。研究區(qū)容礦巖石化學(xué)成分見表1,SiO此外,二輝巖中的鋯石骸晶U含量為2600×10閃長巖脈橫切超基性巖體。閃長巖組成為斜長石(部分蝕變?yōu)榉街?、黝簾石和綠簾石)、鈣質(zhì)單斜輝石、原生棕色角閃石、次生綠色角閃石、鎂鐵閃石和少量黑云母。榍石和大晶體磷灰石常見,金紅石、鈦鐵礦、磁黃鐵礦和鎳黃鐵礦很少量。閃長巖具高的Na/K值,表明閃長巖為深熔作用形成,巖漿向下遷移(回侵)進(jìn)入侵入體凝固晚期階段形成的收縮裂隙中。Gervilla等[13]對全巖貴金屬含量進(jìn)行了分析(表2),由分析結(jié)果可知,礦石具有較高的PGE含量(PGE總量1323×10-9~26597×10-9),但Au的含量低(37×10-9~313×10-9),在鉆孔樣品中,這些含量值與S、As、Ni、Cu和Cl的富集沒有表現(xiàn)出關(guān)聯(lián)性,而Mutanen[14]認(rèn)為在克維特斯塔侵入體范圍內(nèi)大體上是有關(guān)聯(lián)性的。不同樣品的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化模式相似(圖7),Os、Ir和Ru含量與球粒隕石比值介于0.01~0.1之間,Ru到Pd之間的曲線表現(xiàn)為正斜率(與球粒隕石比值最高達(dá)30),Au表現(xiàn)出輕微富集或強(qiáng)烈虧損。事實上盡管鉑礦物含量在礦石中占明顯優(yōu)勢,但從全巖的PGE含量中可以看出,Pd比Pt富集,原因可能是大部分的Pd以固溶體形式存在于輝砷鎳礦、紅砷鎳礦、砷鎳礦和鎳黃鐵礦中。在鉆孔R695的無砷化物樣品中,大部分的Os、Ir和Ru含量與球粒隕石比值集中在0.02~0.05之間,呈現(xiàn)近于水平或負(fù)斜率的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化模型;類似的,鉆孔R713的低砷化物樣品表現(xiàn)出低的Ir和Ru含量(與球粒隕石比值在0.02~0.04之間)和變化的Os含量,而富砷化物樣品(圖7)Ir和Ru含量與球粒隕石比值最高達(dá)0.2,表明更加耐火的鉑族元素與砷化物之間具有緊密聯(lián)系。在克維特斯塔侵入體的其他一些鉆孔內(nèi)高度富集硫砷化物,而硫砷化物顆粒的核心部位含有被輝鈷礦和霍林水硅線石包裹的硫砷銥礦,說明克維特斯塔礦床內(nèi)硫砷化物可以是Ir、Rh及較小程度上的Os和Ru的載體在硫化物礦化區(qū)域,S和Au含量從礦石底部到頂部呈現(xiàn)不規(guī)則的降低趨勢,而Ni、Ni/Co、PGE、As、Sb、Se、Te和Bi含量傾向于增加。因此,礦床上部具有低S(﹤1.5%)、Au(平均160×104.2相位屬性克維特斯塔科馬提質(zhì)捕虜體具高的、變化范圍大的δ克維特斯塔鎳-鉑族元素型礦石具極低的Re/Os值,反映出巖漿的幔源特征礦石的(4.3生產(chǎn)模式Y(jié)ang等Gervilla等5開采模型(1)生產(chǎn)環(huán)境在穩(wěn)定陸塊(芬諾斯堪迪亞地盾)內(nèi)部巖性復(fù)雜的綠巖帶,尋找由科馬提熔巖流和凝灰?guī)r組成的古元古代沉積火山巖。(2)礦化作用的控制薩托維亞斷裂帶發(fā)展過程中衍生出來的剪切帶和小斷層在一定程度上控制著克維特斯塔侵入體內(nèi)的礦化作用。薩托維亞斷裂帶另一側(cè)的薩托維亞侵入體的巖性類似于克維特斯塔侵入體,推測薩托維亞侵入體內(nèi)也可能含有巖漿鎳-銅硫化物礦床。(3)性—巖漿巖標(biāo)志克維特斯塔鎳-銅-鉑族元素礦床位于克維特斯塔基性—超基性大型層狀侵入體東北部。空間上處于侵入體超基性單元的上部,容礦巖石為橄欖輝石巖和二輝巖,因此尋找這2種超基性巖成為找礦的前提條件。(4)脈石礦物成分該地區(qū)的鎳-銅硫化物礦化的主要礦物組合為磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦、針硫鎳礦、紅砷鎳礦、砷鎳礦、輝砷鎳礦等;脈石礦物為橄欖石、輝石、角閃石等。因此,該類礦物組合的出現(xiàn)也是尋找鎳-銅硫化物礦化的標(biāo)志之一。(5)綠片巖相層相結(jié)構(gòu)克維特斯塔侵入體及其圍巖遭受變質(zhì)作用和熱液蝕變作用而變?yōu)榫G片巖相;與成礦有關(guān)的橄欖輝石巖和二輝巖中蝕變礦物包括透閃石、綠泥石、蛇紋石和碳酸鹽礦物。(6)巖漿鎳-銅硫化礦床超基性巖體的性質(zhì)該礦床礦石結(jié)構(gòu)以浸染狀礦石為主,在電性上變化很大,不能作為良導(dǎo)塊狀礦體看待,并且