地质通报  2020, Vol. 39 Issue (5): 755-764  
0

引用本文 [复制中英文]

蒋喆, 聂凤军, 赵元艺, Hjalti Franzson, 刘春花, 王丰翔, 张伟波. 冰岛区域地质及矿产资源特征[J]. 地质通报, 2020, 39(5): 755-764.
[复制中文]
Jiang Z, Nie F J, Zhao Y Y, Hjalti F, Liu C H, Wang F X, Zhang W B. Regional geological and mineral resources characteristics of Iceland[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(5): 755-764.
[复制英文]

基金项目

中国地质调查局项目《"一带一路"资源潜力综合分析与成果应用》(编号:12120115065901)《全球巨型成矿带区域构造与成矿地质背景对比研究》(编号:1212011120325)和《中蒙边境大型-特大型铜-金、铀和稀有金属矿集区对比研究》(编号:12120115066201)

作者简介

蒋喆(1991-), 男, 硕士, 构造地质学专业, 从事构造地质学和构造成矿学研究。E-mail:jiangzhejz2014@163.com

文章历史

收稿日期: 2019-01-08
修订日期: 2019-09-17
冰岛区域地质及矿产资源特征
蒋喆1,2, 聂凤军2, 赵元艺2, Hjalti Franzson2,3, 刘春花2, 王丰翔2, 张伟波2,4    
1. 中煤地质集团有限公司北京地质调查分公司, 北京 100040;
2. 中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 100037;
3. 冰岛地质调查局, 冰岛;
4. 中国地质调查局发展研究中心, 北京 100037
摘要: 冰岛是欧洲的第二大岛屿,在成因类型上,是由于地幔柱上涌而形成的碱性玄武岩区,属于周期性的海底岩浆活动和海底火山喷发而形成的火山岛。全岛主要由玄武岩组成,并可分为4个主要地层单元,分别为中新世-早上新世岩层、晚上新世-早更新世岩层、晚更新世岩层及冰后期岩层。构造方面,冰岛火山断裂系统发育,可分为3个火山侧翼带和4个火山裂谷带。冰岛地热资源极丰富,其具有分布广、类型多、温度高、地热流体多为淡水等特征。近年来,冰岛发现了一系列金矿(化)点,主要分布在冰岛沿海地区,可分为3个成矿带,与地热系统具有密切的时空分布关系,成因类型多为浅成低温热液型金矿床,与中国新疆西天山地区阿希金矿床具有相似的成矿环境和地质特征。在系统收集前人资料的基础上,简要介绍了冰岛地质特征及演化历史,阐述了冰岛地热、金矿资源分布规律,旨在为中国地质科技人员了解冰岛的地质和矿产资源特征提供参考依据。
关键词: 冰岛    区域地质    地热资源    浅成低温热液型金矿床    
Regional geological and mineral resources characteristics of Iceland
JIANG Zhe1,2, NIE Fengjun2, ZHAO Yuanyi2, HJALTI Franzson2,3, LIU Chunhua2, WANG Fengxiang2, ZHANG Weibo2,4    
1. China Coal Geology Group Co., Ltd., Beijing Geological Survey Branch Company, Beijing 100040, China;
2. Institute of Mineral Resources, CAGS, Beijing 100037, China;
3. Geological Survey of Iceland, Iceland;
4. Development Research Center, China Geological Survey, Beijing 100037, China
Abstract: Located in central North Atlantic Ocean, Iceland is an island lying between the North Atlantic and Greenland Sea.It is the second largest island in Europe.It is an alkaline basalt area, which belongs to the periodic submarine magmatism and submarine volcano eruption resulting from mantle plume upwelling.The island is mainly composed of basalt, and can be divided into four major stratigraphic units, i.e., the Tertiary unit, the Plio-Pleistocene unit, the Upper Pleistocene unit and the Postglacial unit.The Icelandic volcano fracture system can betectonically divided into three flank zones and four volcanic rift zones.The geothermal resources in Iceland have such features as wide distribution, various types, high temperature, and freshwater nature of the geothermal fluid.In recent years, geological departments have found a series of gold deposits(mineralization spots)in Iceland.Mainly distributed in the coastal areas of Iceland, they can be divided into three metallogenic belts.Being epithermal deposits, the gold deposits have a close relationship with the geothermal system.It should be mentioned that they are very similar to the Axi gold deposit in northern Xinjiang.Based on previous data, this paper introduces the geological features and evolution history of Iceland briefly, and elaborates the distribution of geothermal and gold resources so as to provide a reference for Chinese scientists and technicians.
Key words: Iceland    geological features    geothermal resources    epithermal type gold deposit    

冰岛(Iceland)为欧洲的第二大岛屿,仅次于大不列颠岛(Great Britain)。其国土面积为10.3×104 km2,海岸线长4970 km。岛内冰川与火山并存,全境冰川面积达8000 km2,占国土面积的11.6%[1]。岛内有火山200余座,其中活火山30余座[2],因此冰岛被誉为冰与火的国家。从地理位置看,冰岛位于北大西洋中部,介于北大西洋和北冰洋的格陵兰(Greenland)海之间,北边紧贴北极圈(图 1);西与北美洲的格陵兰岛(属丹麦管辖)隔丹麦海峡相望,相距322 km;东南端距苏格兰805 km。其地理坐标为北纬63°23′~66°30′、西经13°30′~24°30′。

图 1 冰岛地质简图(据参考文献[1, 3]修改) Fig.1 Sketch geological map of Iceland 1—全新世沉积物;2—全新世玄武岩及熔岩地层;3—晚更新世枕状熔岩及相关沉积物地层;4—晚更新世熔岩与沉积物互层;5—晚上新世-早更新世玻质玄武岩及相关沉积物岩层;6—中新世-早上新世玄武岩及相关沉积物岩层;7—冰原;8—城市

冰岛自然资源丰富,最主要的为渔业、水力和地热资源,其他自然资源相对匮乏。冰岛是世界上地热资源最丰富的国家,全国共有地热区270余处,87%的人口使用地热供暖,2015年利用地热能发电达到50亿度并逐年增加。近年来,受国际市场金属价格持续上涨、国内矿产资源紧缺等影响,冰岛地质部门加大了国内找矿勘查和开发力度,发现和圈定了一系列金矿(化)点。这些矿(化)点的开发利用必将为冰岛经济及社会发展注入新的活力。为实现经济多元化、自由化发展,冰岛政府积极鼓励国外矿业公司和投资机构在国内进行矿产投资和勘查开发。

本文在系统收集前人资料的基础上,简要介绍冰岛地质特征及演化历史,阐述冰岛地热、金矿资源分布规律,旨在为中国地质科技人员了解冰岛的地质和矿产资源特征提供参考依据。

1 区域地质

从大地构造位置看,冰岛位于北美板块和欧亚板块的接合部位、大西洋中脊扩张带上,是由地幔柱上涌而形成的的碱性玄武岩区[1, 3-4]。在成因类型上,冰岛属于周期性的海底岩浆活动和海底火山喷发而形成的火山岛,是自早中新世晚期以来,由大西洋中脊裂谷带喷发出来的上地幔物质-岩浆等火山喷发物冷凝堆积形成的。在大西洋中脊裂谷带上,海底火山周期性喷发,中央海岭不断从海底隆升,形成了大洋火山岛,冰岛就是其中之一。

1.1 区域地质演化

冰岛形成时代较新,从距今60 Ma开始,北大西洋开始发生扩张运动,在洋中脊区形成大量玄武质火山。55~60 Ma前,东北大西洋处于拉张阶段,位于古格陵兰岛下方、直径超过2000 km的巨大的地幔柱上涌至古近纪陆相裂谷中并解体。如此大规模的地幔柱上涌通常归因于上地幔顶部隆升,但也可能是通过裂隙通道多次叠加上升形成的。从该时期开始,欧亚大陆和东北大西洋板块边界以相对于冰岛地幔热柱1~3 cm/a的速率向西北迁移,此时的古格陵兰岛中部地区位于冰岛地幔柱通道上端。53.5~56 Ma,上地幔顶部炽热物质上拱导致岩石圈隆起并引发广泛的玄武质火山作用,使大陆地壳解体、板块拆离并形成早期洋壳。36 Ma,古格陵兰岛向西北方向漂移,由于冰岛地幔柱阻挡,古格陵兰东部边缘发生大规模大陆扩张事件,形成冰岛裂谷带。约25 Ma,冰岛裂谷带与冰岛地幔柱联结在一起。20 Ma开始,冰岛断裂带发生南东向强烈的推覆作用,形成了复杂多变的裂谷区和转换断层区。在此之后,14 Ma、7 Ma、3 Ma,冰岛又发生了数次强烈的抬升运动,最终形成现今的构造格局。冰岛现代构造活动强烈,主要为火山和地震活动,近1000 a内有历史记载的火山喷发就达200余次,平均每5 a一次,地震活动不计其数[3, 5]

1.2 区域地层

冰岛形成时间较短,全岛主要由玄武岩组成,占冰川作用结束后火山覆盖面积的92%,此外还有4%的玄武安山岩及少量英安岩和英安流纹岩[3-4, 6]。根据气候及古地磁特征,可将冰岛划分为4个主要地层单元,分别为中新世—早上新世岩层、晚上新世—早更新世岩层、晚更新世岩层及冰后期岩层(图 1表 1)。

表 1 冰岛区域地层 Table 1 Regional stratigraphic table of Iceland

(1) 中新世—早上新世地层:中新世—早上新世高原玄武岩出露面积超过冰岛总面积的50%,为裂谷带火山系统喷发的玄武质熔岩流冷凝形成,主要出露于北部和东部的峡湾和山谷中,形成时代大于3.3 Ma,已发现的最老年龄为14~15 Ma,出露于冰岛东端和西端。在中新世—早上新世玄武质熔岩中,陆相沉积物普遍分布,主要为粘土或凝灰质沉积物,主要在熔岩中呈夹层出现,由于富含铁质而呈现红色。

(2) 晚上新世—早更新世地层:主要分布于中部及东北部地区,主要岩石类型为冰河沉积物和冰碛物,以及在冰下喷发形成的玻质玄武岩,形成时代为3.3 ~0.8 Ma。由于形成时处于冰期,因此玄武岩结构构造与古近纪—新近纪地层有很大不同,出现了较多的枕状熔岩、枕状角砾岩及玻质凝灰岩。研究结果显示,该时期气候变化频繁,火山作用强烈,西南部地区共发生13次冰川运动,形成熔岩与冰川沉积物交互出现的独特现象。

(3) 晚更新世地层:分布于中部地区,与晚上新世—早更新世地层关系密切,形成时代小于0.8 Ma。其火山岩形成方式主要为近地表喷发熔岩流及冰下喷发形成的枕状熔岩,具有玻质玄武岩更加发育的特征,显示该时期发生了更加强烈的冰川活动。

(4) 冰后期地层:主要分布于冰岛南部沿海地带,是在全新世冰川作用结束后(小于0.01 Ma)形成的大量新鲜玄武质熔岩、火山碎屑岩、冲(洪)积物等[1]

1.3 构造

冰岛是大西洋中脊和冰岛地幔热柱相互作用形成的复杂接触带,区内断陷火山及裂谷带发育,火山和地震活动与遍布全国各地的板块边缘密切相关,主要环绕于中心火山的断裂带、板块增生地带、新火山带贯穿全岛,组成35个火山断裂系统。火山断裂系统是由于地壳强烈扩张运动和深源物质上升到张性裂谷中而形成的地堑系统。根据地壳扩张量不同,冰岛火山断裂系统可分为火山侧翼带和火山裂谷带(图 2)。火山侧翼带为地壳扩张量很小或基本没有扩张,火山中心附近缺乏发达的裂隙群,其地热活动也普遍较弱,喷出物常为碱性橄榄玄武岩和过渡类型碱性玄武岩。侧翼带可分为3个,分别为斯奈山(Snxfellsnes)侧翼带,南冰岛侧翼带(SIFZ)和东冰岛侧翼带(EIFZ)(图 2)。火山裂谷带由40~50 km宽的间歇性扩张裂隙群组成,通常长50~200 km,宽10~20 km。火山中心周围存在发达的裂隙群及裂陷盆地。地壳扩张运动特征明显,形成典型的拉张型火山,喷发物主要为拉斑玄武岩。

图 2 冰岛火山断裂系统示意图(据参考文献[1, 3, 5]修改) Fig.2 Volcano fracture system of Iceland

火山裂谷带可分为4个,分别为雷恰角半岛带(RP)、北火山断裂带(NVRZ)、东火山断裂带(EVRZ)和西火山断裂带(WVRZ),需要提及的是,西火山裂谷带与北火山裂谷带之间存在过渡地带,称为中冰岛带(MIB)(图 2)。东火山裂谷带形成年龄最新,为2~3 Ma,西火山断裂带和北火山断裂带稍老,为6~7 Ma,而其西北部的斯奈山侧翼带则形成于7~15 Ma之间。最古老断层发现于冰岛西北端,形成年龄约为14.9 Ma,表现为新老地层不整合接触及地球化学特征差异。研究表明,该区曾经存在火山断裂带,而在之后的构造运动中逐渐停止活动,并由于后期改造作用逐渐消失[1, 3, 5]

2 地热资源

冰岛现代火山和地震作用频繁,火山-地震带遍布冰岛全区,并且拥有广阔的冰川覆盖区,4个冰原分布于冰岛中部和东南地区(图 1图 3),为其提供了良好的水热交换环境。冰岛全岛高、中、低温地热田遍布全国,温泉、气孔星罗棋布,特殊的地质环境使之成为地热资源最丰富的国家之一,并广泛应用于发电、温室、渔业、工业、融雪、旅游等各行各业,是冰岛最重要的资源之一。

图 3 冰岛矿产资源分布图(据参考文献[4]修改) Fig.3 Distribution of mineral resources in Iceland 1—冰原;2—金矿(化)区:A—雷恰角金矿(化)带;B—冰岛东部金矿(化)带;C—冰岛北部金矿(化)带;3—现今活跃的高温地热区;4—古高温地热区;5—金矿(化)点;①—雷恰角金矿区;②—Hveragerdi金矿化点;③—苏尔姆德斯达鲁尔金矿床;④—Mogilsa金矿点;⑤—Geysi金矿点;⑥—Hafnarfjall金矿点;⑦—Kalfafellsdalur金矿点;⑧—Slaufrudalur金矿点;⑨—Geitafell金矿点;⑩—Lon金矿化点;⑪ —Alftafjordur金矿化点; ⑫ —Breidalur金矿化点;⑬ —Breidavik金矿化点; ⑭ —Vopnafjordur金矿化点; ⑮ —Flateyjardalur金矿化点; ⑯ —Laxardalur金矿化点;⑰ —Vididalur-Vatnsdalur金矿化点

冰岛地热勘查始于1925年,在首都雷克雅未克市(Reykjavik)附近建造了少量使用地热资源的温室及住宅,随后地热资源开发飞速发展。1928年,第一口地热钻探井实施,至今钻探总量超过10000 m,最深钻孔超过3000 m[7-8],同年建立了地热供热系统。随着现代地质勘探、地球物理、地球化学工作的不断推进,地热资源量不断扩大。截至2007年,已圈定冰岛地壳厚度0~10 km范围内的地热资源总量为3×108 TWh(1 TWh相当于1×108 kW电); 地壳厚度0~3 km范围内的总量为3000×104 TWh,技术上可利用的为100×104 TWh,全岛89%的家庭采用了地热取暖,2015年地热发电量50亿度,占国家总发电量的26.6%。近年来,冰岛利用其地热发电成本低、效率高且对环境污染小的特点,高效利用其产生的电力资源进行电解、电熔等工业加工工艺,创造了极高的经济效益,而冰岛政府也积极利用该优势对外招商引资,具有良好的合作发展远景。

冰岛地热田分布与火山断裂带具有密切的空间分布关系。冰岛将地下1000 m左右、温度高于200 ℃的地区定为高温区,低于150 ℃的地区定为低温地区[2, 7]。冰岛已探明高温地热体系70余个,其中已开发的高温地热田(区)21处,全部分布在新火山活动带内,其中以雷克雅未克市及周边开发利用程度最高(图 3)。高温体系主要分布于活火山周边或板块边缘地带,岩石的形成时代新,渗透性好,地下水埋藏深,地表常有大量的蒸气排出。随温度压力增高,热水沸点温度升高,最高温度记录为380 ℃。低温热田主要分布于火山区的外围,温度较低,但分布广泛,埋藏较浅,易开发利用。目前冰岛已圈定低温地热田250余处,天然温泉800余处,地热井不计其数。

冰岛地热资源特征如下。

(1) 地热资源产出类型多样。蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和熔岩型五大类均有分布。

(2) 受构造控制明显。高温地热田通常出现于火山-地震活动强烈地区,一般与冰后期及之后的构造运动密切相关;低温地热田通常产出于更新世地层中,受溢流玄武岩上侵形成的垂向通道和断层控制,更新世末期冰岛的上隆作用可能导致老断层的重新活化,从而提供热力来源和流体。

(3) 高温地热系统流体主要为淡水,研究结果表明其流体来源可能与冰岛广阔覆盖的冰川有关,但在雷恰角半岛西部也存在高温盐水区[4]

(4) 热力来源主要为冰岛所处地带的拉张板块运动、地幔热柱上涌释放热量、古近纪—新近纪玄武岩上侵冷却、断层活动产生热量及现代活跃的火山地震作用释放的热量(图 4)。

图 4 冰岛地热系统形成模式简图(据参考文献[7]修改) Fig.4 Formation model of geothermal system in Iceland

(5) 冰岛具有较高的地温梯度,为100~150 ℃/km,是全球平均水平的5~8倍。

(6) 在雷克雅未克附近高温热水钻井中发现结晶较好的硫化物,其Au、Ag浓度值较高(Au浓度40×10-6~100×10-6,Ag 20×10-6~450×10-6)[9-10],并且在附近发现较好的金异常远景区,表明冰岛地热系统与金矿化具有密切关系。

3 金矿资源 3.1 金矿床概述

冰岛水资源、地热资源极其丰富,而其他矿业资源相对匮乏。近年来,冰岛陆续发现多处金矿化带(点),部分具有很好的品位和工业价值。该区独特的地质背景和金矿床开发产生的巨大经济效益使人们对冰岛金矿产生浓厚兴趣。

冰岛金矿勘查程度较低,其勘查历史可以追溯到20世纪初。淘金者约恩·克里斯蒂安松(Björn Kristjánsson)和埃纳尔本尼迪克斯坦(Einar Benediktsson)在雷克雅未克北部地区发现了一系列富金区域,之后通过槽探、钻探工作发现了富金石英脉,然而第一次世界大战使勘查工作被迫停止。1989年,由于发现低盐度地热区与金矿存在密切空间分布关系,勘查工作重新启动,主要通过水系沉积物、岩石化探、拣块样分析等方法对火山裂谷带外高温体系进行勘查,通过金与指示元素直接相互关系证实冰岛金矿床与低温热液系统存在密切联系,并在之后发现了一系列金矿床(点)[4]

截至2007年,冰岛区内已发现金矿(化)点17个,主要产出于冰岛边缘地带,并常与地热异常区相伴出现,呈近环形(图 3)。笔者认为,金矿化带(区)大致可以分成3个:①雷恰角(Reykjanes)金矿(化)带:位于主要冰岛西南部雷恰角半岛内,是冰岛金矿化最发育的区域。主要产出于雷恰角半岛火山断裂内,围岩为时代较新的晚更新世玄武岩,并且与该区高温盐水异常区存在密切分布关系。区内发育6个矿(化)点,其中雷恰角金矿点中矿石最高品位可达950 g/t。苏尔姆德斯达鲁尔(Thormodsdalur)金矿床品位达415 g/t,是目前冰岛已发现的主要金矿床。②冰岛东部金矿(化)带:主要沿东部海岸分布,主要产出于古近纪—新近纪玄武岩床中,矿化带内产出8个矿点,金矿品位较低(0.16~1.6 g/t)。③冰岛北部金矿(化)带:主要沿冰岛北海岸分布,勘查程度较低,目前矿化带内已发现3个矿点,金矿品位0.24~32.6 g/t,具有进一步勘查开发远景(图 3)。

3.2 苏尔姆德斯达鲁尔金矿床

苏尔姆德斯达鲁尔(以下简称苏鲁)金矿床,位于冰岛西南部雷克雅未克市附近10 km处,是冰岛目前已发现的最重要的金矿床远景区。由于仍处于勘查阶段,矿石量及储量仍未确定。钻探及地球化学分析研究结果表明,该矿床矿石品位为0.5~415 g/t,具有良好的开发前景。

3.2.1 产出环境

苏鲁金矿床产出于大西洋中脊扩张带雷克恰火山断裂带内(图 2图 5),并与其中的斯塔达鲁(Stardalu)中央火山(矿床距火山口仅6 km)活动形成的更新世火山岩具有密切的时空分布关系(图 1图 5)[4, 11]。该火山活跃时间为1.5~2.0 Ma,属于更新世构造-岩浆活动的产物。区内出露地层单一,主要为晚更新世岩层的枕状构造发育的玻质玄武岩和熔岩,岩层产状为SW∠12°。区内断裂构造纵横交错,主要为平行于裂谷带的北东—南西向断层。近正北方向的正断层呈现向右旋走滑断层过渡趋势,可能与雷克恰半岛南部的正断层向复杂断层转换的环境有关[4, 11]

图 5 苏鲁金矿床(远景区)工程布置图(据参考文献[4, 10]修改) Fig.5 Project layout of the Thormodsdalur gold deposit 1—已发掘区域;2—矿体细脉;3—主矿脉;4—河流;5—钻井编号;6—钻井
3.2.2 矿床地质

矿床主要赋矿围岩为更新世碱性玻质玄武岩及熔岩。矿体主要受北北东向右旋走滑断层控制,断层长度达700 m(图 5)。沿断裂破碎带发育两个富矿体,已控制的长度1200 m,厚约10 m,延伸可达400 m。金矿化多呈脉状,细脉状产出。矿石矿物主要为磁黄铁矿、黄铁矿、银金矿、闪锌矿、方铅矿、自然金等,脉石矿物为石英、绢云母、冰长石、方解石等。根据岩相学和X射线衍射学研究,脉体矿物演化过程为沸石→石英-冰长石组合→细粒方解石,金主要在石英-冰长石脉体中富集,单个金颗粒大小可达20 μm。矿区内围岩蚀变主要为于菱沸石-杆沸石型沸石化,指示了低温(30~50 ℃)和浅层(300~500 m)的形成环境。矿区北部钻孔资料显示,在地下400 m深处存在强烈的青磐岩化带,研究推断其形成温度为180~230 ℃,该地带为良好的低温地热区[4]

需要提及的是,中国北疆地区的北天山-北山成矿带相继发现了阿希、西滩大型金矿床[12]和索尔巴斯套、金山沟、康古尔、阔尔真阔腊等[13]浅成低温热液型金矿床,其中阿希金矿床与苏鲁矿床具有非常相似的地质特征(表 2)。虽然阿希金矿床成矿时代主要为古生代石炭纪(约300 Ma)[14],与苏鲁矿床相比成矿时代差别很大,但其广泛发育的岛弧成因的钙碱性火山岩与其标志性的绢云母-冰长石蚀变特征及产出环境、矿物组合、地球化学特征、多期成矿性等均与苏鲁矿床具有极好的相似性[15-19]。与此同时,北山地区广泛分布低盐度地热区(点),如前所述,地热作用对于含金流体形成、运输及卸载形成浅成低温热液型金矿床具有有利的条件,因此该区具有良好的金矿床勘查开发前景。综上,对于苏鲁矿床及冰岛金矿床(点)的空间分布、矿体特征、矿床成因及与地热区密切的空间关系的研究,对于指导中国在西北地区及冰岛境内继续寻找浅成低温热液型金矿床具有重要意义。

表 2 冰岛苏尔姆德斯达鲁尔金矿床与新疆阿希金矿矿床地质特征对比 Table 2 Contrast of geological features between the Thormodsdalur and Axi gold deposits
3.2.3 矿床成因

根据矿化分带,围岩蚀变及流体包裹体研究结果,地质学家认为该矿床应属于冰长石-绢云母型低硫化物浅成低温热液型银-金矿床[4]

一般来讲,浅成低温热液型金矿床主要形成于板块俯冲带上盘大陆边缘及岛弧的岩浆弧和弧后张裂带,金矿体一般受火山口或破火山口构造控制[20-21]。地质学家根据形成的构造环境将低硫化型浅成低温热液型金矿床划分为3类,即岩浆弧型、裂谷型和混合型。而冰长石-绢云母型浅成低温热液矿床属于裂谷型[22-23]

大量的矿物学、流体包裹体和稳定同位素证据表明,低硫化型浅成低温热液型矿床贵金属和贱金属沉淀的主要原因可能为地热水的沸腾[20-24],也有学者认为流体混合也可能是一种重要的成矿机制,但其通常局限于热液系统晚期崩塌阶段,经过蒸气加热的地下水进入成矿环境只产生不含矿的碳酸盐或硫酸盐,因此该机制现已很少提及[22]

苏鲁金矿床形成作用与其板块拉张地带的构造环境及附近发育的地热系统密切相关。主要由大气水组成的对流水体构成了金矿床的含矿溶液。当这种溶液循环到深部时,经岩浆、断裂运动等热源加热,溶解钾、钠、氯化物和硫离子,形成低盐度的含矿热液(图 5)。围岩中的金、银等矿物离子可与各种不同的阴离子团结合,形成较稳定的络合物,并且通过岩层(体)粒间孔隙或原生冷凝细微裂隙进行扩散与运移。需要提及的是,上升的成矿流体与含氧或酸盐硫酸盐(低pH值)的地下水混合作用对于提高Au-Ag在流体中的溶解度非常有利[22]。这些热液在下部热力作用下,通过裂隙系统上升。由于含矿热液存在较大的内压力,当上升到地表附近时,其外压降低,发生沸腾。有学者认为,含硫化物热液在140~670 m的深度(267~260 ℃)即可发生沸腾[9-10]。沸腾作用使成矿溶液本身的物理化学条件发生剧变,一方面使金属矿物发生富集沉淀,另一方面与围岩反应发生蚀变。这种沸腾作用是周期性发生的,并且在不同时期沸腾面位置不同,短暂而强烈的沸腾期和之后漫长的无沸腾期或微弱沸腾期循环发生,在断裂隙附近形成细脉和网脉,为矿物富集、沉淀提供了有利条件。沸腾期间的去气作用及随之发生的pH值改变,可以使银金矿和贱金属硫化物在溶液中的溶解度大幅降低,最终发生富集沉淀成矿。通常在沸腾面下部常形成贱金属矿床,上部形成贵金属矿床[21]

综上所述,苏鲁金矿床产于大西洋中脊扩张带,受火山断裂带及火山口控制,且与更新世碱性玄武岩和发育的地热系统密切相关;从产出环境、地质特征及围岩蚀变和矿物组合看,苏鲁矿床为典型的冰长石-绢云母型低硫化物浅成低温热液型银-金矿床;与中国新疆的北天山-北山成矿带低硫化物型浅成低温热液矿床具有可比性。

4 结论

(1) 冰岛位于北美板块和欧亚板块的接触地带,大西洋中脊扩张带上,是由地幔柱上涌而形成的碱性玄武岩区。全岛主要由玄武岩组成,其构造演化历史较短,火山断裂系统极其发育。

(2) 冰岛矿产资源主要为水资源,地热资源,其他资源相对匮乏。冰岛地热资源使用广泛,开发程度高,经济效益显著,是冰岛最重要的自然资源。

(3) 近期勘查结果显示,冰岛具有浅成低温热液金矿床合适的成矿条件,并已发现一系列金矿(化)点,与中国新疆北山-北天山成矿带具有相似的地质特征和成矿条件,应注意加强对该类型金矿床的找矿勘查工作。

致谢: 成文过程中,承蒙冰岛地质调查局Vigdís Hardardottir博士,冰岛国家能源管理局矿产资源部Bryndís Róbertsdóttir先生,以及中国地质科学院矿产资源研究所赵一鸣研究员、曹毅、丁成武博士和评审专家的悉心指导,在此深表谢意。

参考文献
[1]
Tórarinsson S, Einarsson T.Geology of Iceland[M].33 IGC 2008 Excursion, 2008, 5: 1-15.
[2]
武选民, 柏琴, 苑惠明, 等. 冰岛地热资源开发利用现状[J]. 水文地质工程地质, 2007, 2007(5): 1-3. DOI:10.3969/j.issn.1000-3665.2007.05.002
[3]
Sigmundsson F.Iceland Geodynamics: Crustal Deformation and Divergent Plate Tectonics[M].Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co.K, 2010: 1-66.
[4]
Franzson H, Friðleifsson G Ó, Jónasson H.Gold exploration in Iceland[C]//12th SGA Biennial Meeting, 2013, Proceedings Volume 4: 1862-1865.
[5]
Trønnes R G.Geology and geodynamics of Iceland[C]//Planke S.Iceland, 2002: 23-43. http://www.researchgate.net/publication/237641738_Geology_and_geodynamics_of_Iceland
[6]
Franzson H, Guðlaugsson S Б, Friðleifsson G Ó.Petrophysical Properties of Icelandic Rocks[C]//Proceedings of the 6th Nordic Symposium on Petrophysics, 2010: 15-16. https://www.researchgate.net/publication/306160485_Petrophysical_properties_of_Icelandic_rocks
[7]
Wilfred A E, Friðleifsson G Ó.The Science Program of the Iceland Deep Drilling Project(IDDP): a Study of Supercritical Geothermal Resources[C]//Proceedings World Geothermal Congress 2010 Bali, Indonesia, 2010: 25-29. http://www.researchgate.net/publication/228556206_The_Science_Program_of_the_Iceland_Deep_Drilling_Project_IDDP_a_study_of_supercritical_geothermal_resources
[8]
汤松然. 冰岛高温地热钻井与完井[J]. 国外地质勘探技术, 1982(5): 1-9.
[9]
Harðardóttir V, Hannington M, Hedenquist J. Metal concentrations and metal deposition in deep geothermal wells at the Reykjanes high-temperature area, Iceland[J]. Procedia Earth and Planetary Science, 2013, 7: 338-341. DOI:10.1016/j.proeps.2013.03.159
[10]
Harðardóttir V.Metal-rich scales in the Reykjanes Geothermal System, SW-Iceland: Sulfide minerals in a seawater-dominated hydrothermal environment[M].Earth Sciences University of Ottawa, 2011: 280-288.
[11]
James V G, Simon A K. Evolution of vertical faults at an extensional plate boundary, southwest Iceland[J]. Journal of Structural Geology, 2004, 26: 537-557. DOI:10.1016/j.jsg.2003.07.003
[12]
韦成友, 薛春纪, 姬金生, 等. 东天山西滩浅成低温热液金矿床地球化学[J]. 矿床地质, 2000, 19(4): 322-329. DOI:10.3969/j.issn.0258-7106.2000.04.005
[13]
廖启林, 戴塔根, 邓吉牛, 等. 新疆北部主要金矿床的成矿地球化学特征[J]. 矿床地质, 2000, 19(4): 298-305.
[14]
Zheng J H, Shen P, Li C H. Ore genesis of Axi post-collisional epithermal gold deposit, western Tianshan, NW China:Constraints from U-Pb dating, Hf isotopes, and pyrite in situ sulfur isotopes[J]. Ore Geology Reviews, 2020, 117(1): 103290.
[15]
毋瑞身, 刘海山, 田昌烈, 等. 新疆阿希地区金矿概论[J]. 贵金属地质, 1996, 5(1): 5-19.
[16]
范新丽, 黄薇, 袁尔乾. 西天山阿希地区金矿的金元素富集过程探讨[J]. 新疆地质, 2002, 20(3): 224-227. DOI:10.3969/j.issn.1000-8845.2002.03.010
[17]
关瑞林. 阿希金矿控矿构造、矿体特征及成因探讨[J]. 新疆有色金属, 2008, 1: 3-5.
[18]
Liu Z, Mao X, Ackerman L, et al. Two-stage gold mineralization of the Axi epithermal Au deposit, Western Tianshan, NW China:Evidence from Re-Os dating, S isotope, and trace elements of pyrite[J]. Miner Deposita, 2019. DOI:10.1007/s00126-019-00903-6
[19]
Liu Z K, Mao X C, Deng H, et al. Hydrothermal processes at the Axi epithermal Au deposit, western Tianshan:Insights from geochemical effects of alteration, mineralization and trace elements in pyrite[J]. Ore Geology Reviews, 2018, 102: 368-385. DOI:10.1016/j.oregeorev.2018.09.009
[20]
郭玉乾, 方维萱, 刘家军. 浅成低温热液金银多金属矿床矿化分带及找矿标志[J]. 矿产与地质, 2009, 23(1): 7-14. DOI:10.3969/j.issn.1001-5663.2009.01.002
[21]
陈根文, 夏斌, 肖振宇, 等. 浅成低温热液矿床特征及在我国的找矿方向[J]. 地质与资源, 2001, 10(3): 165-170. DOI:10.3969/j.issn.1671-1947.2001.03.007
[22]
江思宏, 聂凤军, 张义, 等. 浅成低温热液型金矿床研究最新进展[J]. 地学前缘, 2004, 11(2): 401-408. DOI:10.3321/j.issn:1005-2321.2004.02.010
[23]
Corbett G.Epithermal gold for explorationists[C]//Applied Geoscientific Practice and Research in Australia.AIG Journal, 2002: 1-26.
[24]
翟伟. 酸性硫酸盐型和冰长石绢云母型金矿床地质特征对比[J]. 新疆地质, 1996, 17(2): 152-156.
商务部国际贸易经济研究院等.对外投资合作国别指南——冰岛.2013.