陜西鳳太礦集區鉛鋅礦的礦體定位規律研究

曾令高,張 均 ,胡 鵬 ,石 凱

(中國地質大學(武漢)資源學院,武漢 430074)

0 引言

礦體定位規律研究是大比例尺、小范圍成礦預測,其核心是查明礦體的空間賦存特征與礦體產出地質環境之間的內在聯系,明確礦體局部富集和空間定位的機制,以便為礦區探邊摸底提供科學依據。

隨著鳳太礦集區找礦工作的不斷深入,地表礦和淺埋藏礦日趨減少,找礦難度日益加大;現有礦山深部和外圍的隱伏礦將成為今后找礦勘查工作中的主要勘查對象。因此,研究鳳太礦集區鉛鋅礦的礦體空間定位規律,對認識區內鉛鋅成礦規律和指導找礦勘探具有重要意義。

1 成礦地質背景

鳳太礦集區位于西秦嶺西成—鳳太鉛鋅多金屬成礦帶東部,呈近EW向展布。區內出露地層以泥盆系為主,其次為石炭系、二疊系、三疊系和白堊系,下古生界有零星分布(圖1)。

中泥盆統古道嶺組上巖段(D2g2)和上泥盆統星紅鋪組(D3x)為區內出露的主要地層,是鉛鋅 礦的主要含礦層位。

古道嶺組上巖段為一套灰巖地層。下部為薄層結晶灰巖、含碳灰巖夾鈣質含碳千枚巖,中部為中厚層結晶灰巖夾薄層灰巖、生物碎屑灰巖,上部為薄層灰巖夾白云質灰巖;古道嶺組上巖段為鉛鋅礦的主要含礦層位,產有大型層狀、似層狀礦體。

星紅鋪組為一套淺變質的泥砂質碎屑巖夾薄層灰巖,分為3個巖性段。上段為綠泥石絹云母千枚巖、綠泥石粉砂質千枚巖,巖性穩定,為賦礦層之上覆巖層;中下段為鐵白云質千枚巖、鐵白云石絹云母千枚巖、鈣質千枚巖,以及少量生物碎屑灰巖、泥灰巖等,層位穩定,底部常由薄層含碳生物碎屑灰巖、碳質千枚巖、硅化灰巖、硅化鐵白云質灰巖和硅質巖組成,為鉛鋅礦的近礦圍巖。星紅鋪組地層與下伏古道嶺組呈斷層接觸關系;局部可見九里坪組覆蓋于星紅鋪組之上,兩組地層呈整合接觸關系。九里坪組為雜礫巖、砂質灰巖、絹云母千枚巖、泥灰巖以及粉砂巖等組成的雜巖層,賦存有極少量的小型鉛鋅礦床及礦化點。

區內基本構造格架為古岔河—殷家壩復式向斜,構造線呈NWW向;次級褶皺和斷裂發育。次級背斜的虛脫部位為重要的容礦空間,控制了鉛鋅礦的絕大部分儲量。發育的次級同生斷裂是熱水噴流活動的通道,同時也是礦化的重要場所,其制約了礦化的分布范圍和展布型式,鉛鋅礦化由于受控于這些斷裂而具有NWW向的帶狀分布特征。礦集區南北以深大斷裂為界(圖1),北部為鳳鎮—山陽斷裂(F1),南部為酒奠梁—獅子壩斷裂(F5),兩條 斷裂自泥盆紀以來長期活動,對泥盆紀的沉積、成礦及后期構造-巖漿演化成礦均具有重要意義,目前發現的重要礦床均分布在兩條斷裂所限制的區域內[2]。

圖1 陜西鳳太礦集區地質礦產簡圖(據李強等(2007)資料修編)Fig.1 The geological sketch of mineral cluster region in Fengtai

區內巖漿活動不太發育,巖漿侵入受控于區域性深大斷裂,巖體沿區域構造線方向展布,出露面積較大的僅西壩和何家莊等中酸性巖體,但脈巖(如花崗斑巖、閃長玢巖、煌斑巖)較為發育。

2 礦床空間展布特征

區內鉛鋅礦床的空間分布具有分帶性和集中產出的特點。按礦床產出地理位置和礦化地質特征的不同,區內鉛鋅礦床大致沿孔管子—松坪復背斜軸分為南、北兩個成礦亞帶(圖2)。八方山、二里河、銀母寺、巖房灣等鉛鋅礦床位于該復背斜的北翼,構成八方山—王家楞礦帶,鉛鋅礦床以遭受印支-燕山期熱液強烈改造[3-5]為特征,礦化強度較大,礦石成分復雜;鉛硐山、峰崖、手搬崖、銀洞梁等鉛鋅礦床位于復背斜的南翼,構成鉛硐山—葦子坪礦帶,鉛鋅礦床經歷了較弱的后期熱液改造作用,礦化強度相對較小,礦石成分較為簡單。

從圖2可以看出,區內鉛鋅礦床的空間展布具有叢聚性分布特征,密集產出于受同生斷裂控制的次級熱水沉積盆地中,尤其是在 H1和 H2次級斷陷海盆中賦存了區內所有大、中型鉛鋅礦床和絕大部分鉛鋅儲量,H3和 H4次級斷陷海盆中有少量的小型礦床及礦化點;熱水沉積盆地為鉛鋅礦床定位的容礦空間,礦床大多分布于熱水沉積盆地邊緣的斜坡帶構造-巖相變化區。區內已探明的主要鉛鋅礦床均分布在鳳鎮—山陽斷裂以南、西河斷裂以西的淺海陸棚及碳酸鹽臺地相沉積區,集中分布于兩個成礦亞帶內,兩條同生斷裂共同制約了鉛鋅礦床的空間分布格局。區內鉛鋅礦床的空間展布表現出自西向東鉛鋅礦化逐漸減弱的趨勢;自礦集區西部的鉛硐山,東經八方山、銀母寺到大黑溝一帶,礦床規模表現為大型→中型→中、小型→礦化點的變化趨勢,這種規律性的變化正好與泥盆紀時期區內的裂陷活動西強東弱的態勢相吻合。

3 礦體定位規律

3.1 地層、巖性對成礦的控制

為了查明鉛鋅礦體在地層中的空間定位規律,筆者運用 GIS空間分析法對區內出露地層進行了屬性分析,將所有地層和鉛鋅礦床(點)作了面對點的相交分析,結果如圖3所示。

從圖3可以看出,區內所有鉛鋅礦床(點)均賦存于不同地層的接觸帶上,尤其是中泥盆統古道嶺組和上泥盆統星紅鋪組的接觸帶賦存了區內所有大中型鉛鋅礦床和大部分小型礦床,鉛鋅儲量占有絕對優勢,而在上泥盆統星紅鋪組和九里坪組的接觸帶上僅賦存了極個別的小型礦床及礦化點。由此可見,區內的鉛鋅礦體的空間定位具有明顯的層控性,中泥盆統古道嶺組和星紅鋪組是區內最為有利的賦礦地層單元。

圖2 鳳太礦集區鉛鋅礦床空間分布略圖(據王瑞延等(2007)資料修編)Fig.2 Sketch map showing spatial diatribution of lead-zinc deposits in Fengtai mineral cluster region

圖3 鳳太礦集區地層控礦信息圖Fig.3 The information graph of ore-controlling stratum in Fengtai mineral cluster region

為了進一步明確鉛鋅礦體在地層中的產出定位規律,筆者在空間分析的基礎上利用 GIS的統計功能,統計分析了不同巖性組合中鉛鋅礦床(點)的產出情況(表1)。從表中可以看出,鉛鋅礦化對巖性具有明顯的選擇性,硅質巖、硅化巖和碳質巖石控礦明顯,其中以硅質巖最為重要,所賦存的鉛鋅礦無論在礦床數量上還是在儲量上都占有絕對優勢,礦床多為大中型。一般來說,面狀硅化愈強,碳質千枚巖愈發育,含礦性愈好,容易形成厚富的礦體。由此可見,區內鉛鋅礦體的空間定位受控于海相碳酸鹽巖-硅質巖-泥質巖巖石組合。

表1 鳳太礦集區不同巖性組合地層中鉛鋅礦床產出情況Table 1 Statistics of Pb-Zn deposits in different lithologic associations

3.2 構造對成礦的控制

區內鉛鋅礦床受構造控制作用明顯,主要表現為同生斷裂和同沉積背斜對成礦的控制,礦集區南北的深大同生斷裂主導了鉛鋅礦化的展布格局,在有利地層、巖相中的構造組合控制了鉛鋅礦體的空間定位。區內的同生斷裂往往發育在熱水沉積盆地邊緣斜坡帶構造-巖相區巖性變化較大的部位,大致可分為近 EW向、NW-NWW向和NE向3組,它們是深部成巖、成礦物質(含礦流體等)進入古裂谷盆地的重要通道,這些斷裂的活動頻率和持續時間在一定程度上制約了礦體的時空分布和礦床產出規模,同時由其導致的局部沉積洼地也是賦礦的重要場所,不同方向斷裂的交匯部位往往是熱水沉積成礦作用的有利地帶,并以NW-NWW向斷裂最為發育,直接控制了礦化的分布[8]。區內成礦由于受斷裂控制明顯,具有一定規模的鉛鋅礦床均產于NWW向與NE向構造的交匯部位,造就了東西成帶、北東成行的鉛鋅礦化成礦結構特征。

為了定量分析斷裂構造對礦體空間定位的最佳控制范圍,筆者利用GIS空間分析對斷裂構造與已知礦床(點)進行了線緩沖區(buffer)分析,根據相應buffer半徑所控制的礦產當量與總礦產當量的比值來確定斷裂對成礦的最佳控制范圍,當buffer半徑為8.5 mm(實際距離425 m)時礦產當量比值激增,且所折合的礦產當量已占全區的86%,涵蓋了所有大中型和絕大部分小型鉛鋅礦床,當繼續增加buffer半徑時所增加的礦產當量已相當微弱,從礦產勘查最優地質效果與經濟效果相統一原則來看已不宜擴大勘查范圍。由此可以推測斷裂兩側約425 m為最佳有效勘查范圍,據此半徑對斷裂進行buffer分析所得的斷裂有效控礦影響范圍如圖4所示。

區內鉛鋅礦體的空間定位與次級同沉積背斜有著極為密切的關系,礦體嚴格受控于這些背斜,其形態、產狀、厚度規模以及品位變化均與背斜構造空間形態密切相關?？氐V背斜常常為一個兩翼不對稱的緊閉褶皺,傾伏部位和軸向發生變化部位對成礦極為有利,鉛鋅礦主要賦存于其鞍部及兩翼,陡傾斜翼甚至倒轉翼礦體厚而富,延深較大,緩傾斜翼則剛好相反,其儲量約占此類礦床的70%以上[9],其余的礦體主要呈似層狀及透鏡狀賦存于剝離空間上盤的千枚巖及下盤的生物礁灰巖中。鉛鋅礦體的空間定位由于嚴格受同沉積背斜構造控制,因而其在剖面上的形態常呈“八”字型、“拋物線”型、“新月”型和“M”型產出[10],在鞍部厚大而向兩翼迅速尖滅,表現為膨大尖滅的變化特征。

同沉積背斜的形成過程與鉛鋅礦化的關系十分密切,在沉積作用階段生物礁的存在為熱水沉積成礦作用提供了各種有利條件,在改造作用階段由于褶皺作用而在同沉積背斜鞍部產生了大規模剝離空間,為礦體的規模性富集提供了有利場所[9,11]。同時,由于古道嶺組灰巖與星紅鋪組千枚巖的巖性、物化性質的差異,在其接觸部位產生大量的層間滑動斷層,它們為含礦熱液的規模遷移提供了重要通道,同時也是區內鉛鋅礦體最為直接的控礦斷裂,定位于其兩側450 m范圍內的鉛鋅礦體的金屬儲量占全區探明儲量的80%以上。

圖4 鳳太礦集區斷裂構造有效控礦范圍分布圖Fig.4 Control range of faults on ore in the Fengtai mineral cluster region

3.3 礦體的空間定位規律

區內鉛鋅礦體的空間定位嚴格受中、上泥盆統控制,硅質巖、硅化灰巖以及碳質千枚巖等為礦體的直接容礦巖石,鉛鋅礦化受控于被動大陸邊緣碳酸鹽臺地相的生物礁-硅質巖-泥質巖巖石組合,礦體形態比較簡單,主要呈層狀、似層狀、鞍狀、透鏡狀等,與圍巖基本整合產出;局部出現脈狀、不規則狀礦體與圍巖呈不整合或切層關系,其往往為后期熱液作用的產物。鉛鋅礦體主要賦存于古道嶺組頂部灰巖與星紅鋪組底部千枚巖巖性接觸界面的背斜虛脫空間及其附近圍巖中,具體賦礦部位包括古道嶺組靠近接觸帶灰巖地層、兩組地層巖性接觸帶虛脫空間和星紅鋪組靠近接觸帶的千枚巖地層(圖5)。其中背斜虛脫空間為主要的賦礦空間,礦體厚大完整,賦存了整個礦床的絕大部分金屬儲量。單個礦床往往包含大小懸殊的若干個礦體,主礦體常由1個或2個最大的礦體組成,具有較大的延長與延深比值,如鉛硐山有10個礦體,Ⅰ號和Ⅱ號構成的主礦體金屬儲量占整個礦床的90%以上,Ⅰ號礦體延長是延深的2.35倍,這種現象也出現于八方山等礦床[9]。八方山鉛鋅礦體嚴格受同沉積背斜控制,礦體賦存于其鞍部而向兩翼迅速尖滅,而沿軸部可延長數千米。掌握上述礦體空間定位規律有利于指導一系列礦床規模擴大及新礦化地段的發現,如在八方山礦床的東延部位發現了二里河礦床。

區內鉛鋅礦床礦化強度、品位與礦體厚度及印支-燕山期的熱液改造程度密切相關。經歷了強烈的改造作用的礦床 (如二里河鉛鋅礦床),礦化富集程度與礦體厚度呈正相關,往往在同沉積背斜鞍部的虛脫空間形成厚富的礦化濃集中心,Pb-Zn品位在垂向上具有從深部向淺部逐漸增高的趨勢;而僅經歷了弱改造作用的礦床 (如鉛硐山鉛鋅礦床),礦化富集程度則與礦體厚度大致呈負相關,礦體具有厚而貧、薄而富的礦化特征,在垂向上,Pb和Zn的富集區一般互不重合,具有上Zn下 Pb的礦化富集格局,一般來說,礦化在頂、底板較富,中部較貧。

3.4 礦體的側伏規律

礦體的側伏規律是指礦體的產狀特征及其組合關系,是礦體空間定位規律研究的重要內容。確切把握礦體的側伏規律可以較好地指導區內成礦預測工作,尤其是對已知礦床開展大比例尺定位預測起著至關重要的作用,對指導礦山深部隱伏礦體定位預測和新礦化帶的發現具有重要意義。

圖5 鳳太礦集區鉛鋅礦床礦體賦存部位示意圖Fig.5 The schematic diagram of ore-body location for lead-zinc deposits in Fengtai mineral cluster region

區內鉛鋅礦體具有明顯的側伏特征,礦體的空間定位表現出了規律性的側伏,在南北礦帶中礦體呈現出相背側伏的展布規律。為了確切證實這一地質現象,筆者選取了區內勘查程度最高的2個典型礦床的部分勘探線剖面進行了綜合研究(圖6),區內鉛鋅礦體具有十分明顯的側伏特征,以鉛硐山鉛鋅礦床為代表的南礦帶礦床中礦體表現出向西側伏的態勢,隨著埋藏深度的增加,礦體遭受后期風化剝蝕影響越小,礦體的完整程度增高,礦體規模呈現出增大的趨勢,尤其是南翼礦體變得完整而具有較大的延深,但與此同時Pb-Zn品位也呈現出急劇降低的趨勢;而以八方山—二里河鉛鋅礦床為代表的北礦帶中的鉛鋅礦體則表現為向東側伏的特征,隨埋藏深度增加礦體規模逐漸變小,礦石品位下降不太明顯。

鳳太礦集區內的鉛鋅礦體具有側伏規律的認識,目前已運用到區內的鉛鋅找礦工作中,并取得了一些突破,如長溝—核桃溝鉛鋅礦床的發現就得益于側伏規律的指導。

圖6 鳳太礦集團鉛鋅礦床礦體側伏規律示意圖Fig.6 The schematic diagram of orebody plunge pattern for lead-zinc deposits in Fengtai cluste region

4 結語

區內鉛鋅礦化表現出“一區二帶多中心”的總體展布格局,礦體的空間定位呈現出明顯的規律性,地層控礦性明顯,鉛鋅礦化對巖性具有明顯的選擇性,鉛鋅礦體定位于有利的斷裂-褶皺構造組合,在空間上表現出沿巖性界面分布,在次級同沉積背斜轉折端富集,南北兩帶相背側伏的空間定位規律?；趯ΦV體空間定位規律的新認識,區內的找礦工作取得了較好的成效。

致謝:在野外調研及資料搜集過程中,得到了西北有色717隊的領導、同仁們無私的指導和幫助,在論文完成之際得到了課題組成員的大力幫助和支持,在此一并表示感謝!

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