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第三节
热水喷流沉积型钴矿研究现状

一、热水喷流沉积型矿床的提出

热水喷流成矿作用是近代成矿理论研究的重大发展,该类矿床在地质史上分布广泛、规模大,形成了大量的大型和超大型矿床,提供了世界上约 60%的铅、50%的锌、50%的银和 20%的铜以及大量重晶石等资源,具有非常重要的工业价值,热水喷流成矿作用已经成为当前矿床学、地球化学研究的热点之一(姚凤良和孙丰月,2006)。20 世纪 50年代以前,就有一些学者提出过海底喷气—沉积成矿的假说,但由于受当时技术条件和对成矿作用认识的限制,该假说并未得到广泛认可。随着 20 世纪 60 ~ 70 年代人们相继在红海Atlantis II海渊中发现正在活动的热卤水、多金属软泥和东太平洋Galapagos扩张中心、EPR 21°N大洋中脊分别发现了低温海底热水喷流活动和高温洋底热水喷流系统,揭开了现代洋底热水活动与金属硫化物沉积成矿研究的序幕,该成矿作用也开始得到普遍重视,并由Rider(1973)将该假说上升到理论。同时,人们以此为基础,开始了更加深入地研究古老的块状硫化物矿床的成矿机制,使热水喷流成矿理论的研究取得了长足的进展。1986 年的第七届国际矿床成因会议的召开是一个重要的标志,当时Russell正式将这类矿床称为SEDEX(sedimentary exhalative deposit)型矿床。

研究初期,人们大多聚焦于块状硫化物矿床的研究,以Cu-Pb-Zn-(Au)-(Ag)矿化为主。但随着研究的深入,人们发现除了块状硫化物矿床外,热水喷流成矿作用还可以形成其他贫硫化物型的矿化或矿床,如热水喷流钴矿床(青海驼路沟钴矿、吉林大横路铜钴矿)、热水喷流锡矿床(广西大厂锡矿),正如现代低温喷流作用正在形成的硫酸盐、铁的氧化物—硅酸盐—锰的氧化物,以及可能含钴的锰氧化物结壳等。同时,认为前寒武纪条带状含铁建造(BIF)的形成可能类似于现代洋底正在形成铁的氧化物—硅酸盐—锰的氧化物的低温喷流作用。

二、热水喷流沉积型矿床的基本特征

据姚凤良和孙丰月(2006),一般热水喷流沉积型矿床具有以下几个方面的基本特征:

(1)矿床伴有典型的喷流岩(exhalite,热水沉积岩),以此区别于其他类型的矿床。这些岩石主要包括硅质岩、条带状含电气石岩或电气石岩、条带状含长石岩或富长石岩、透辉岩与透闪岩(或双透岩)、重晶石岩或石膏层等。

(2)矿床具有显著的“层控”和“时控”特征。矿体往往赋存于一定层位中,与热水喷流沉积岩相伴生,如驼路沟矿床的钴矿体主要赋存于奥陶—志留系哈拉巴依沟组第三岩性段中。

(3)矿体往往呈层状、似层状或透镜状产于某一层位中,且矿体一般随地层褶皱而褶皱。部分矿床具有典型的“双层”结构,上部为同生层状矿体,下部为后生细脉状、筒状含矿蚀变体。

(4)矿体和矿石具有微层理甚至微细沉积韵律,常具有顺层条带状、顺层揉皱等构造以及显微球粒状、同心环带、生物和鲕状等结构,反映了同生沉积的特点。

(5)具有与现代海底热水喷流成矿作用相似的两套成矿系统:上盘沉积相的同生沉积型矿化,一般不具明显的蚀变现象;下盘通道相的后生蚀变型矿化,通道周围发生显著的蚀变。

三、热水喷流沉积型矿床的分类

热水喷流沉积型矿床的称谓或分类纷繁复杂,不同学者曾冠以“喷气矿床”“喷流矿床”“喷流沉积矿床”“热水沉积矿床”和“块状硫化物矿床”等名称,本书采用“热水喷流沉积矿床”这一称谓。姚凤良和孙丰月(2006)在前人分类的基础上,综合考虑矿床的容矿岩石、物质组成(矿石组成或成矿元素组合)、成矿大地构造环境等因素,将热水喷流沉积矿床分为块状硫化物矿床和贫硫化物型喷流矿床两大类,每个大类又包含若干个类不同的矿床类型。块状硫化物矿床主要包括VMS型(volcanic-associated massive sulfide deposits)和SMS型(sediment-hosted massive sulfide deposits)两类,VMS又可进一步细分为塞浦路斯型(Cyprus type)、别子型(Besshi type)、黑矿型(Koroko type)和诺兰达型(Noranda type)四个亚类;相应地,SMS也可细分为沙利文型(Sullivan type)和银矿山型(Silvermines type)两个亚类,它们的矿化都以Cu-Pb-Zn-(Au)-(Ag)为主。贫硫化物型热水喷流矿床的硫化物含量要比块状硫化物矿床低得多,热水喷流沉积建造是矿床的主体部分,主要按成矿元素组合进行分类,如热水喷流钴矿床、热水喷流锡矿床等。

四、热水喷流沉积型钴矿床研究现状

热水喷流沉积型钴矿床或者与热水喷流沉积作用密切相关的钴矿床的成矿元素组合多以Co-Au-Cu为主,又称层控Co-Au-Cu矿床。该类型矿床在国际上较为罕见,发现较少,主要包括美国西北部的Idaho钴矿带(Annelsetai,1983;Modreski,1985;Nash and Hahn,1989;Nold,1990;Nash and Connor,1993)、摩洛哥BouAzzer矿床(Leblanc,1982)、赞比亚Cu-Co矿带(Sweeneyetal,1986)和加拿大Werner Lake Co-Cu-Au矿床(Panetal,2000)以及我国的吉林大横路Cu-Co矿床、青海驼路沟Co- (Au)矿床等。其中,研究较为成熟的主要包括Werner Lake矿床与Idaho钴带中的矿床(Nash and Hahn,1989;Nold,1990;Nash and Connor,1993)。前人主要从矿床地质特征、成矿时代、矿石特征、成矿元素组合、变质作用对原生矿床的影响以及岩浆岩是否成因联系和稳定同位素等方面做了较为细致的研究。其中,Idaho钴带被认为形成于中元古代,而Werner Lake矿床的成矿年龄尚未得到准确厘定,可能为太古代。二者的主要含钴矿物皆为辉砷钴矿,成矿元素组合主要为Cu-Au-Co,其中Werner Lake矿床伴生有PGE。矿床成因方面,传统观点均认为它们都是热水喷流型Cu-Co-Au矿床,如Idaho钴矿带中Blackbird矿床的富铁地层被解释为与镁铁质火山作用和海底温泉有关的喷流单元,Cl的富集很可能反映了海底卤水(Nash and Connor,1993)资源丰富。下面以研究比较成熟的美国Idaho钴矿带和加拿大Werner Lake Co-Cu-Au矿床来介绍热水喷流沉积型钴矿的主要研究进展情况。

1.矿床基本地质特征

Idaho钴带的矿床主要赋存于中元古代变质碎屑沉积岩中,主要为石英岩、粉砂岩和泥板岩,在某些地区,它们在裂谷相关海盆中显示出以浊积岩为主的沉积特征(Tysdal,2003;Lund and Tysdal,2007)。富石英型或富黑云母型硫化物矿体是Idaho钴矿带的两种主要矿体类型,它们在几何学、结构和横向范围上都有很大的差异。Idaho钴矿带中的大多数矿床产于剪切带中,并且矿体连续地平行于褶皱或线理,而不是沿着岩层下倾。Lund et al.(2011)确定矿体主要沿轴向平面解理、交通叶理和剪切带分布。石英岩型矿体的一个特征是细粒、含糖石英的层状浓缩物,含有浸染硫化物,主要是辉砷钴矿。层控黑云母类型通常只包含少量石英脉石,Merle矿床的纵剖面图表明Co+As+Cu的最高品位与富含黑云母的带一致,富钴和富铜矿脉仅显示部分重叠(Nash and Hahn,1989)。Sunshine矿床的化验数据表明,在纵剖面上富钴和富金矿脉重叠,但总体上大部分与富铜矿脉分离(Nash et al.,1987)。Idaho地区的 14 个矿床的资源量总计 1680 mt,平均品位为Co 0.75 %、Cu 1.35 %和Au 1.04 g/t(Slack et al.,2012)。

Werner Lake Co-Cu-Au矿床产于角闪岩、超镁铁质岩和含石榴石黑云母片岩的混合单元中,该单元北部以细粒至中粒变质沉积岩及其混合岩为主,南部为粗粒变质沉积岩和块状花岗闪长岩侵入体。变质沉积岩的特征是夹层石英长石和泥质层,广泛混合岩化,与含石榴石黑云母片岩不同。矿床北部局部存在钙硅酸盐岩石和富石榴石的石英岩,通常与成矿作用存在空间关联。含石榴石黑云母片岩很可能来自玄武质原岩,涉及与海水的高温相互作用。此外,富石榴石石英岩在矿物学和地球化学方面与Brokend Hills的石榴石石英岩相似,后者被解释为变质喷流岩(Stanton,1976;Plimer,1986;Lottermoser,1989)。同样,钙硅酸盐岩石可能代表变质富碳酸盐沉淀物(Pan and Fleet,1992;Galley and Ames,1998)。矿体由含石榴石黑云母片岩和富钴矿石的半块状-块状透镜体中的浸染矿化组成。富含辉砷钴矿的透镜体与岩性接触面一致,但存在收缩、膨胀现象(Carlson,1958)。该矿床的资源量约为 2956 t,Co和Cu的品位分别为 2.20 %和 0.75 %。

2.矿石特征和成因矿物学

Idaho钴矿带含有复杂的矿石矿物,除常见的钴黄铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿和辉砷钴矿等常见矿物外,还包括含有稀土元素、钇、铍和(或)铀等的成矿关键矿物。Slack(2006)报导了该矿床中局部含有丰富的褐帘石、独居石和磷钇矿;后来发现了硅铍钇矿和沥青铀矿(Slack,2007)。在主要矿石矿物中,辉砷钴矿比黄铜矿分布更广(Vhay,1948)。辉砷钴矿的产状各异,从黑云母或富含石英基质中的浸染颗粒到厚达10 cm的块状堆积物。这种块状辉砷钴矿形成粗粒变晶层或细粒透镜体,中间夹杂着由不同数量的石英、绿泥石和黑云母组成的透镜体。在局部,辉砷钴矿出现在 1 ~ 5 mm厚的分支细脉网络中或在高度剪切的结构中。在一些样品中,辉砷钴矿颗粒含有富铁黑云母或磁黄铁矿的包裹体。黄铜矿通常不太丰富,除了在少数区域,黄铜矿与次要的辉砷钴矿一起,形成块状硫化物,只有稀疏的脉石。金几乎不可见,呈均匀的细粒状产出,通常与辉砷钴矿接触或形成包裹体(Nash et al.,1987;Eiseman,1988)。其他共生矿物是斜方砷钴矿和海绿石,两者都与辉砷钴矿共生或形成包裹体。在手标本中,海绿石很容易被误认为是辉砷钴矿,可能比以前报道的要丰富。

Werner Lake Co-Cu-Au矿床的所有矿体均由辉砷钴矿和不同数量的黄铁矿、黄铜矿和磁铁矿组成,其他矿石矿物包括硫钴矿群[(Co, Ni, Cu, Fe) 3 S 4 ]、钴镍黄铁矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿、闪锌矿、辉钼矿、辉铜矿、铜绿辉石、斑铜矿、钛铁矿、自然金、自然银和赤红石[Co 3 (AsO 4)2 ·8H 2 O]。在富含辉砷钴矿的矿体中,天然金以包裹体的形式存在于辉砷钴矿和硫化物矿物中,但在富含黄铜矿—黄铁矿的透镜体和(或)矿脉中更为常见。钴镍黄铁矿常见于富辉砷钴矿矿体中。富辉砷钴矿矿体(如尖晶石、橄榄石和斜方辉石)的进变质矿物中Co含量升高表明,在麻粒岩相变质作用期间存在Co元素的活化,这一解释也得到石榴石斑状变晶中辉砷钴矿定向包裹体的支持。辉砷钴矿通常形成典型的半自形斑状晶状体(Vokes,1969),局部与斜方辉石伴生(图 8c)。硫钴矿群矿物和钴镍黄铁矿与辉砷钴矿和进变质的硅酸盐矿物有关,它们似乎出现在共生序列的早期。磁黄铁矿也可能和富钴矿物同时代,但通常部分被黄铁矿和(或)磁铁矿所取代。

3.成矿时代

Idaho钴矿带层控硫化物矿床内部最为一致的模型包括 1370 Ma中元古代Co-Cu-Au Bi-Y-REE矿化,随后在白垩纪期间发生后期变形、再结晶和局部再活化。这一解释与Aleinikoff et al.(2012)的最新研究一致,该研究报告了矿床中捕虏体的中元古代(约1370 Ma和 1300 Ma)和白垩纪(约 100 Ma)SHRIMP U-Pb年龄,并与该捕虏体和伴生辉砷钴矿的广泛重结晶和再沉淀作用的SEM证据相一致。没有任何结构、共生或地质年代学证据需要白垩纪时代才能在Blackbird地区首次引入Co、Cu、Au、Bi、REE、Y或Be含量。

Werner Lake Co-Cu-Au矿床的原生矿化可能与镁铁质—超镁铁质主岩和相关镁铁质岩脉的侵位大致相同,为太古代。不幸的是,镁铁质—超镁铁质岩石缺乏用于高精度U-Pb地质年代学分析的坚固矿物(如锆石和斜锆石),以限制Werner Lake矿床原生矿化的绝对时间。

4.变质作用对成矿的影响

Idoho钴矿带和Wener Lake Co-Cu-Au矿床均经历了较高程度的变质作用,部分学者也已经意识到变质作用对成矿产生的影响(Nash and Hahn,1989;Nold,1990;Pan et al.,2000;丰成友等,2006)。Idaho钴矿带的特征较好地反映了变质程度对成矿的影响(Nold,1990),其变质程度从东南部的绿片岩相(Iron Creek和Blackpine矿床)增加到中部的低角闪岩相(Blackbird矿床)再增加到西北部的中角闪岩相(Salmon Canyon矿床)。相应地,矿化和蚀变组合也随着变质程度的增高发生了明显的变化,同时矿床的平均品位也相应升高:①东南部产于绿片岩相中的Blackpine矿床的矿化特征主要为石英岩中含钴黄铁矿、含钴毒砂和黄铜矿的浸染状、层状和细脉状矿化,几乎不出现钴矿物;②中部产于低角闪岩相的Blackbird矿床的矿化特征为石英岩中的含钴黄铁矿、黄铜矿、毒砂、辉砷钴矿和磁黄铁矿的层状和脉状矿化,已出现辉砷钴矿等钴矿物(Vahy,1948);③西北部产于中角闪岩相的Salmon Canyon矿床以含石榴石片岩和片麻岩中粗粒辉砷钴矿、黄铜矿、黄铁矿、毒砂和磁黄铁矿的层状矿化为主,辉砷钴矿不仅大量出现,而且成为主要的矿石矿物。

整体经历了麻粒岩相变质的Werner Lake矿床在矿石矿物学和寄主岩石学方面与美国Salmon Canyon矿床相似,只是后者中存在毒砂和缺少斜方辉石,同时除大量出现辉砷钴矿外,还有硫钴矿、钴镍黄铁矿等,这种差异很容易归因于Werner Lake矿床所经历的更高级别的变质作用(Pan and Therens,2000)。特别有趣的是,黄铁矿和毒砂是Iron Creek和Blackpine矿床的主要含钴矿物,辉砷钴矿首先出现在Blackbird矿床,并成为Salmon Canyon矿床的主要矿石矿物。此外,矿石组构特征表明Salmon Canyon矿床的辉砷钴矿斑状晶体可能是由先前存在的含钴黄铁矿和毒砂形成的(Nold,1990)。Werner Lake矿床中的辉砷钴矿在结构上与Salmon Canyon矿床中的相似,可能是在高级变质作用期间由先前存在的含钴硫化物(如硫砷硫化物)形成的,同时该矿床中富辉砷钴矿矿体中的含钴黄铁矿很可能是在高级变质作用期间或之后发生的结晶和(或)再结晶作用下形成的。

5.矿床地球化学特征

Idaho钴矿带岩石中高盐度流体可能来源于岩浆流体和盆地卤水,后者来自蒸发海水或淋滤蒸发岩(Landis and Hofstra,2012)。Blackbird矿床中菱铁矿的C-O同位素值在相对较低的δ 13 C(-12.3 ‰~ -4.0 ‰)和δ 18 O(9.6 ‰~ 15.5 ‰)中呈负相关,表明碳源为岩浆或变质成因(Johnson et al.,2012)。来自层控和角砾岩矿床的辉砷钴矿相关电气石的硼同位素值为-6.9 ‰~ 3.2 ‰,在推测的 300℃形成温度下,这表明热液流体中的δ 11 B为-7 ‰~ 3 ‰,因此,海相碳酸盐和/或蒸发海相硼酸盐是硼的主要来源(Trumbull et al.,2011)。海相蒸发岩,例如,Yellowjacket Formation地层中以方闪岩—电气石层为代表的蒸发岩(Tysdal and Desborough,1997;Tysdal et al.,2003),可能是Blackbird矿床石英中高盐度流体包裹体的重要来源,假设这种高盐度并非来自变质作用期间的外部流体;根据流体包裹体浸出液的Na-Cl-Br比值,也涉及岩浆源卤水(Landis和Hofstra,2012)。根据辉砷钴矿、黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿的相对重硫同位素值为 4.1 ‰~ 8.9 ‰,硫化物矿床中的硫至少部分来自硅质碎屑变质沉积岩寄主岩(或深处岩性相似的岩石)(Johnson et al.,2012)。

Werner Lake矿床变质沉积岩的全岩δ 18 OV-SMOW 值(8.7 ‰~ 9.9 ‰)是English River亚区碎屑变质沉积岩的典型值(Longstaffe and Schwarcz,1977)。花岗质浅色体的δ 18 O值(10.9 ‰)略高于两种变质沉积岩的δ 18 O值,但仍在English River碎屑变质沉积岩(Longstaffe and Schwarcz,1977)的范围内,也与局部变质沉积岩部分熔融的成因相一致(Pan et al.,1997)。两种超镁铁质岩石(5.5 ‰和 6.6 ‰)和一种角闪岩(6.8 ‰)的δ 18 O值在地幔源岩的范围内(即 2.9 ‰~ 7.5 ‰;Muehlenbachs and Clayton,1972;Harmon and Hoefs,1995)。然而,另一种角闪岩的δ 18 O值为 8.3 ‰,这可能与高级变质作用前的热液蚀变或麻粒岩相变质期间与邻近富δ 18 O岩性(如花岗质浅色体)的局部同位素交换有关(Pan et al.,1999a)。含石榴石黑云母片岩的全岩δ 18 O值为 4.0 ‰~ 6.5 ‰,明显低于其伴生角闪岩和超镁铁质岩石的δ 18 O值。

矿石和相关岩性之间的δ 18 O值的对比表明,Werner Lake矿床在这些岩石形成后没有被流体渗透,这与麻粒岩相变质作用的干燥特征相一致。理论和实地调查(例如,Coleand Ohmoto,1986;Pan et al.,1999a)表明,固态扩散仅在几厘米的尺度上导致同位素重置。Araujo et al.(1996)特别报告了安大略省Manitouwadge上部角闪岩相Geco火山成因块状硫化物矿床大型蚀变带中明显较低的δ 18 O值的保存,并认为其与海水的高温相互作用有关。类似地,Werner Lake矿床含石榴石黑云母片岩相对于角闪岩原岩的低δ 18 O值很可能是与矿化有关的主要特征,最好解释为与海水的高温相互作用有关(Aggarwal and Longstaffe,1987;MacLean and Hoy,1991;Araujo et al.,1996)。

6.矿床成因

Idaho钴矿带的矿化比较复杂,除Co-Cu-Au外还含较多Fe-Bi-Y-REE,有学者认为其可能为与岩浆相关的IOCG型矿床,基于Blackbird区褶皱和剪切石英硫化物脉的产状,表生矿化被解释为早于白垩纪变形和变质作用(A.A.Bookstrom,Write commun.,2011)。高精度SHRIMP U-Pb地质年代学进一步支持了该模型,该年代学记录了这些矿床中共生的早期中元古代Y-REE矿化的同时代性以及附近巨晶花岗岩体的侵入(Aleinikoff et al.,2012)。同时,部分学者认为镁铁质侵入体是Idaho钴带中产生Co、Ni富集的岩浆热液的可能来源。Blackbird矿床东北约 32 km处的变火成角闪岩(变质辉长岩)和辉绿岩在空间上与巨晶花岗岩的边缘相关联,并显示出暗示镁铁质-长英质岩浆混合的特征(Spence,1984)。该地区辉绿岩的TIMS U-Pb锆石年龄为 1378.7±1.2 Ma(Doughty and Chamberlain,1996),与巨晶花岗岩的 1377±4 Ma SHRIMP U-Pb年龄几乎相同,因此支持这种同时代的岩浆作用。这些年龄数据提供了一个模型,其中初始Y-REE-Be矿化与巨晶花岗岩侵位有关,随后是与变质辉长岩和辉绿岩侵入体有关的同时代Fe-Co-Cu Ni矿化。后一种分配的基础依赖于Co、Ni与镁铁质火成岩体的典型成因联系,以及该地区富硫化物样品中镍含量升高(高达 6780 ×10 -6 ),以及这套金属与全世界长英质深成岩体之间的罕见成因联系。Merle矿床早期捕虏体的SHRIMP U-Pb年龄为 1371±4 Ma,附近Big Deer Creek巨晶花岗岩锆石的SHRIMP U-Pb年龄为 1377±4 Ma(Aleinikoff et al.,2012),为将该地区的Y和REE矿化与该花岗岩体的侵位联系起来提供了地质年代学基础。

同时,多种矿物学和地球化学证据也表明,Idaho钴带中的矿化作用不是由VMS或SEDEX过程产生的(Slack,2006)。尽管一些VMS矿床局部具有较高的Co、As和Ni含量,但很少超过 0.5 wt%,但在空间上与超镁铁质岩石相关的Outokumpu型Cu-Co-Ni矿石除外(Peltonen et al.,2008);在VMS矿床中,Blackbird区的许多富含硫化物的样品中存在的高含量的Bi(>1 wt%),这在VMS矿床中很少见(Hannington,2012)。同时,矿床围岩Apple Creek地层也缺乏火山岩(Lund and Tysdal,2007),也进一步排除了VMS成因。在SEDEX矿床中,高浓度的Co、As、Ni和Bi被认为是未知的(Leach et al.,2005)。此外,Iron Creek地区富含磁铁矿的透镜体(一些工人将其描述为BIF),在某些地方具有高含量的Co、As、Cu、Ni、Y或REE,这在真正的BIF和沉积成因的铁矿石中不存在(Klein and Beukes,1992)。Idaho钴带中缺乏喷流岩是另一个不利于SEDEX成因的证据,如层状硅铁建造或斯佩沙尔石英岩。沉积岩型Cu矿床的类型在此不适用,因为Blackbird地区矿床的Au含量普遍较高,而且全世界沉积物型铜矿床中的高Au以及Bi、Y和REEs稀缺(Hitzman et al.,2005;Slack et al.,2011,2012)。由于此类矿床中不存在Co、Y和REE浓度(Goldfarb et al.,2005),且其围岩缺乏明显的黑云母蚀变(如Blackbird矿床所示),造山型Au矿床也可以被排除。

虽然上述诸多证据不利于Idaho钴矿带为SEDEX成因的证据,特别是Ni-As-Bi-Y REE等矿化,同时上述矿物学、地球化学等证据也表明Ni-As-Bi-Y-REE等矿化与花岗岩浆的活动关系密切,而与Co-Cu-Au的相关性并不是很高,且后者具有比较典型的“层控”特征,这表明两者可能具有不同的成因。但是仍有较多证据表明Idaho钴矿带中的Co-Cu-Au矿化与SEDEX(即热水喷流沉积)成矿作用有关。

(1)Idaho钴矿带的矿床主要由中元古代碎屑变质沉积岩构成,早期的工作人员将这些地层定义为Yellowjacket组地层,但Tysdal及其同事(Tysdal,2003;Tysdal et al.,2003;Lund and Tysdal,2007)将其划分为岩性相似的Apple Creek地层。Link et al.(2007)获得的Apple Creek组碎屑锆石U-Pb数据表明,沉积年龄为 1445 ~ 1410 Ma;Blackbird地区变质砂岩中碎屑锆石的最新SHRIMP U-Pb数据提供了更精确的最大年龄为 1409±10 Ma(Aleinikoff et al.,2012)。该矿带的矿床的容矿岩石主要为石英岩、粉砂岩和泥板岩,在某些地区,它们在裂谷相关海盆中显示出以浊积岩为主的沉积特征(Tysdal,2003;Lund and Tysdal,2007)。大致同时代的局部含有富含角闪岩的岩石和碳酸盐岩地层,记录了浅水、潮间带到潮上环境,包括蒸发岩沉积(Tysdal and Desborough,1997;Tysdal,2003)。

(2)Idaho钴矿带含矿岩石中高盐度流体的可能来源是岩浆流体和盆地卤水,后者来自蒸发海水或淋滤蒸发岩(Landis and Hofstra,2012)。Blackbird矿床中菱铁矿的C-O同位素值在相对较低的δ 13 C(-12.3 ‰~ -4.0 ‰)和δ 18 O(9.6 ‰~ 15.5 ‰)呈负相关,表明碳源为岩浆或变质成因(Johnson et al.,2012)。来自层控和角砾岩矿床的辉砷钴矿相关电气石的硼同位素值为-6.9 ‰~ 3.2 ‰,在推测的 300℃形成温度下,这表明热液流体中的δ 11 B为-7 ‰~ 3 ‰,因此,海相碳酸盐和(或)蒸发海相硼酸盐是硼的主要来源(Trumbull et al.,2011)。海相蒸发岩,例如,Yellowjacket组地层中以方闪岩—电气石层为代表的蒸发岩(Tysdal and Desborough,1997;Tysdal et al.,2003),可能是Blackbird矿床石英中高盐度流体包裹体的重要来源,假设这种高盐度并非来自变质作用期间的外部流体;根据流体包裹体浸出液的Na-Cl-Br比值,也涉及岩浆源卤水(Landis和Hofstra,2012)。根据辉砷钴矿、黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿的相对重硫同位素值为 4.1 ‰~ 8.9 ‰,硫化物矿床中的硫至少部分来自硅质碎屑变质沉积岩寄主岩(或深处岩性相似的岩石)(Johnson et al.,2012)。因此,Idaho钴矿带的Co矿化(或形成含钴矿源层)应为初始热水喷流成矿作用形成,后期的区域变质作用和叠加的与花岗质岩浆有关的热液矿化强烈改造了该矿带,使得原生SEDEX特征难以识别,但仍有部分同位素或地球化学特征记录热水喷流成矿作用的存在。

人们普遍认为,Werner lake地区的Ni-Cu-PGE与Cr矿化为岩浆成因,并在随后的事件中局部再活化(Scoates,1972;Parker,1998)。Parker(1993)指出,Bug Lake富铜特征显示与Werner Lake矿床在主岩相和蚀变组合方面相似。Beackhouse(1993)and Parker(1993)最初解释了Bug Lake和Rex Lake富含堇青石—斜方辉石—石榴石的岩石,认为它们是通常与VMS相关的变质绿泥石蚀变带(Franklin et al.,1981;Franklin,1993)。Parker(1998)根据以下观察结果排除了同生热水喷流成因:①异常的全岩成分;②一些矿点中没有蚀变组合;③没有火山岩;④缺少堇青石—正闪石岩;⑤没有任何再结晶迹象的斑晶堇青石;⑥斜方辉石中残留的是角闪石而不是正闪石;⑦不存在锌尖晶石和闪锌矿;⑧同构造侵入岩、Marijane岩基和Gone Lake岩珠中的类似岩石。然而,Parker(1998)自己认识到,Bug Lake和Rex Lake矿床中的富含堇青石—斜方辉石—石榴石岩石样品落到了Reinhardt(1987)的AFM图中由蚀变火山岩衍生的堇青石—正角闪石岩确定的区域,而岩浆Ni-Cu-PGE和Cr矿床并不具备这种蚀变类型的。火山岩可能以变质沉积单元中的角闪岩为代表(Beackhouse,1993)。观察结果④至⑥可归因于麻粒岩相变质作用和后续事件的影响,斜方辉石中的角闪石通常是逆行而非残余相。因此,Bug Lake和Rex Lake矿床中富堇青石—斜方辉石—石榴石岩石的前体仍然可能是同生成因。一个比较合理的解释是,Werner Lake地区确实发生过以Co-Cu-Au元素为主的热水喷流成矿的情况,并伴随火山活动,形成了火山岩和层状矿体或矿源层,后期的高级区域变质作用将Co等元素从原矿物中析出并发生重结晶形成辉砷钴矿、硫钴矿等钴矿物,提升了Werner Lake矿床的品位。后期的区域变质作用和变质流体的叠加改造使原生热水喷流沉积特征遭到了强烈改造,也使得原生矿化特征保留有限,难以识别,但仍保留了部分地球化学和同位素的特征。 N4ERbOnwaLFREfyOQdbyp27WCKls6DltDv2KjJm21usIeNHNq5N7J0kwTJLPWGub

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