Analiza rozmieszczenia mineralizacji kruszcowej w głębokich złożach rud miedzi i srebra na obszarze monokliny przedsudeckiej: Nowa Sól, Sulmierzyce Północ i Mozów

Praca doktorska dotyczy polimetalicznej mineralizacji kruszcowej występującej w nowo udokumentowanych, głębokich złożach rud miedzi i srebra na obszarze monokliny przedsudeckiej: Nowa Sól, Mozów oraz Sulmierzyce Północ. Są to złoża typu Kupferschiefer, określane także jako sediment-hosted stratiform copper deposits. Związane są one z cechsztyńską serią miedzionośną, obejmującą strefę kontaktową między morskimi utworami dolnego cechsztynu, a podścielającymi je utworami lądowymi czerwonego spągowca (Rotliegend). Złoża tego typu znane są przede wszystkim z płytszych partii monokliny przedsudeckiej (w rejonie Sieroszowice-Lubin) oraz z niemieckiej części basenu cechsztyńskiego. Nowe złoża zostały udokumentowane w głębokich częściach monokliny przedsudeckiej (poniżej 1500 m p.p.t.), w wyniku prac poszukiwawczo-rozpoznawczych prowadzonych od 2011 roku przez kanadyjską spółkę Miedzi Copper Corporation (MCC). Materiał badawczy wykorzystany w pracy doktorskiej obejmował przede wszystkim próbki rdzeni z otworów wiertniczych wykonanych przez MCC. W pierwszym etapie badań sprofilowano dostępne rdzenie wiertnicze. Następnie przeprowadzono obserwacje płytek cienkich przy użyciu mikroskopu polaryzacyjnego, w świetle przechodzącym i odbitym, oraz przeanalizowano wyniki badań składu chemicznego próbek rdzeni metodą ICP-MS/ICP-OES. Wykonane zostały także dodatkowe badania, przede wszystkim analizy składu chemicznego w mikroobszarze przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) oraz mikrosondy elektronowej (EPMA). Na podstawie przeprowadzonych analiz opisano rozmieszczenie metali głównych (Cu i Ag) oraz metali określonych w dokumentacjach geologicznych badanych złóż jako towarzyszące (Pb, Zn, Co, Ni, Mo i V), w obrębie serii złożowej w każdym z analizowanych obszarów. Opisano również skład chemiczny, wykształcenie oraz rozmieszczenie poszczególnych minerałów kruszcowych. Dokonano także porównania zaobserwowanych prawidłowości. Każde ze złóż charakteryzuje się odmiennym zasięgiem występowania mineralizacji kruszcowej w profilu litologicznym. Różnice widoczne są także w zawartościach poszczególnych metali oraz ich rozmieszczeniu w obrębie serii złożowej, zarówno w rozkładzie pionowym, jak i poziomym. Do zidentyfikowanych minerałów kruszcowych należą: chalkozyn, djurleit, digenit, kowelin, bornit, chalkopiryt, minerały z grupy tennantyt-tetraedryt, srebro rodzime, amalgamaty srebra, stromeyeryt, minerały szeregu kobaltyn-gersdorffit, galena, sfaleryt, piryt oraz bizmut rodzimy. W złożach Nowa Sól i Mozów dominuje mineralizacja siarczkami typu Cu-S, podczas gdy w złożu Sulmierzyce Północ powszechne są zarówno siarczki typu Cu-S jak i Cu-Fe-S. W trakcie analiz chemicznych zidentyfikowano dwie odmiany chalkozynu (Ag-nośny i niezawierający Ag). W złożu Nowa Sól stwierdzono występowanie obu odmian chalkozynu, podczas gdy chalkozyn ze złóż Mozów i Sulmierzyce Północ zawiera jedynie nieznaczne ilości Ag. Udokumentowano również dwie odmiany amalgamatów srebra (z niską oraz wysoką zawartością Hg). Pozostałe minerały srebra (srebro rodzime i stromeyeryt) również wykazują domieszki Hg. Skład chemiczny bornitu z trzech analizowanych złóż nie wykazuje znacznej zmienności. Jedynie w złożu Nowa Sól stwierdzono występowanie niewielkich ilości Ag-nośnego bornitu. Minerały Co-Ni reprezentowane przez pośrednie człony szeregu kobaltyn-gersdorffit. Każdy z analizowanych obszarów charakteryzuje się innym stopniem wykształcenia strefowości w rozmieszczeniu mineralizacji kruszcowej. Skład chemiczny oraz rozmieszczenie mineralizacji kruszcowej z nowych złóż, w różnym stopniu odpowiada prawidłowościom obserwowanym dotychczas w złożach z rejonu Sieroszowice-Lubin. Wykazane różnice pomiędzy trzema badanymi obszarami wskazują na istnienie różnic w procesach mineralizacyjnych prowadzących do powstania omawianych złóż. Podobnie jak w innych złożach rud miedzi i srebra na monoklinie przedsudeckiej oraz w niemieckiej części basenu cechsztyńskiego, podstawowymi elementami wpływającymi na skład i rozmieszczenie mineralizacji kruszcowej są skały podłoża, będące głównym źródłem metali w roztworach odpowiedzialnych za powstanie mineralizacji, zasięg facji utlenionej Rote Fäule oraz nieciągłości tektoniczne stanowiące drogi migracji roztworów. Złoża Nowa Sól, Mozów i Sulmierzyce Północ położone są w północnej części monokliny przedsudeciej, a ich zasoby mogą ulec powiększeniu w przypadku kontynuowania prac rozpoznawczych. Oprócz nich, w rejonie tym stwierdzone zostały liczne obszary perspektywiczne dla występowania bogatej mineralizacji Cu-Ag, wyznaczone na podstawie danych z archiwalnych otworów wiertniczych. W publikacjach wchodzących w skład pracy doktorskiej, cały ten obszar, stanowiący rozległą strefę występowania perspektywicznej mineralizacji w głębokich partiach monokliny przedsudeckiej, określany jako Północny Pas Miedziowy (ang. Northern Copper Belt). Niniejsza praca, wykorzystując wyniki otrzymane przez MCC, uzupełnia wiedzę na temat prawidłowości w rozmieszczeniu metali w głębokich partiach monokliny przedsudeckiej. Uzyskane wnioski mogą znaleźć zastosowanie w dalszej eksploracji udokumentowanych obszarów oraz wyznaczaniu nowych kierunków prospekcji.

The doctoral dissertation concerns polymetallic ore mineralization, occurring in newly documented, deep copper-silver ore deposits in the Fore-Sudetic Monocline: Nowa Sól, Mozów and Sulmierzyce North. These are Kupferschiefer-type deposits, also referred to as sediment hosted stratiform copper deposits. They are associated with the Zechstein copper-bearing series, covering the contact zone between Permian continental red beds (Rotliegend) and the overlying marine Lower Zechstein sediments. Deposits of this type are known mainly from the shallower parts of the Fore-Sudetic Monocline (in the Sieroszowice-Lubin area) and from the German part of the Zechstein basin. New deposits have been documented in the deep parts of the Fore Sudetic Monocline (below 1,500 meters BGL), as a result of an exploration program started in 2011 by the Canadian Miedzi Copper Corporation (MCC). The research material used in the dissertation included mainly core samples from boreholes drilled by the MCC. In the first stage of the study, available drill cores were profiled. Subsequently, observations of the thin sections in transmitted and reflected light were conducted, using a polarizing microscope. Moreover, available results of the chemical analyzes of the core samples obtained with the ICP-MS/ICP-OES methods, were studied. Additional analyzes of the chemical composition were also performed, using a scanning electron microscope (SEM) and electron microprobe (EPMA). Based on the obtained results, the distribution of main metals (Cu-Ag) and metals defined as accompanying in the geological documentations of the studied deposits (Pb, Zn, Co, Ni, Mo and V) within the ore series of the three analyzed areas, were described. Furthermore, the chemical composition, development and distribution of particular ore minerals were presented. A comparison of the observed patterns was also made. Each deposit is characterized by a different extent of ore mineralization in the lithological profile. Differences are also evident in the content of main and accompanying metals, as well as their distribution within the ore series, both vertically and horizontally. Identified ore minerals include chalcocite, djurleite, digenite, covellite, bornite, chalcopyrite, tennantite-tetrahedrite group minerals, native silver, silver amalgams, stromeyerite, cobaltite-gersdorffite series minerals, galena, sphalerite, pyrite and native bismuth. The Nowa Sól and Mozów deposits are dominated by Cu-S-type sulfide mineralization, while in the Sulmierzyce North deposit both Cu-S and Cu-Fe-S-type sulfides are common. During chemical analyses two varieties of chalcocite were identified (Ag-bearing and Ag-barren). In the Nowa Sól deposit, both varieties of chalcocite were found, while chalcocite from the Mozów and Sulmierzyce North contains only minor amounts of Ag. Two types of Ag-amalgam have been identified: Hg-rich and Hg-poor. Other Ag minerals (stromeyerite and native Ag) also contain Hg admixtures. The chemical composition of bornite from the three analyzed deposits does not show significant variation. Only in the Nowa Sól deposit were minor amounts of Ag-bearing bornite identified. Co-Ni minerals from the Nowa Sól deposit are represented by middle members of the cobaltite-gersdorffite series. In each of the documented areas, zonation of the ore mineralization is developed in a different way. The chemical composition and distribution of the ore mineralization from the new deposit only partially correspond to the regularities previously observed in the deposits from the Sieroszowice-Lubin area. The demonstrated differences in the chemical composition and distribution of ore mineralization in the new deposits indicate, that distinct mineralizing systems were responsible for the formation of each orebody. As in other Cu-Ag deposits in the Fore-Sudetic Monocline, as well as in the deposits of the German part of the Zechstein basin, the main factors influencing the composition and distribution of ore mineralization are: composition of the source rocks for the mineralizing brines, the spatial range of the oxidized Rote Fäule facies and tectonic structures which served as conduits for migrating brines. The Nowa Sól, Mozów and Sulmierzyce North deposits are located in the northern part of the Fore-Sudetic Monocline. Their resources could be expanded if exploration were continued. Apart from that, several areas prospective for high-grade Cu-Ag mineralization have been identified in this area, determined on the basis of archival boreholes. This entire area constitutes an extensive, E-W trending belt, prospective for the Cu-Ag resources occurring in the deep parts of the Fore-Sudetic Monocline. Therefore, in the publications included in the dissertation, it is referred to as the Northern Copper Belt. The doctoral dissertation, using the results obtained by MCC, supplements the current knowledge of the distribution patterns of metals in the deep parts of the Fore-Sudetic Monocline. The conclusions obtained, may be useful in further exploration of the documented areas and the determination of new prospecting directions.