廬樅盆地北東緣西灣鉛鋅礦床原生暈地球化學特征及其對礦體圈連的指示意義

張建明,肖 濤,程培生,王芝水,李 壯,杜東旭

(1.安徽省勘查技術院,安徽 合肥 230031;2.江西省地質礦產勘查開發局物化探大隊,江西 南昌 330009)

原生暈指成礦作用過程中與礦體同時形成且分布于礦體周圍的某些元素的地球化學異常[1-3]。20世紀80年代以來,國內外學者通過對原生暈進行研究,發現熱液礦床原生暈具有明顯的分帶規律,即每個礦體都有獨特的前緣暈、近礦暈和尾暈[4-7]。目前,國內原生暈找礦主要應用于金礦床[8],在鉛鋅礦床中的應用較少。

廬樅盆地是長江中下游多金屬成礦帶的重要組成部分,區內鐵、硫、銅及明礬石等礦產分布較廣[9-20]。西灣鉛鋅礦床位于廬樅盆地北東緣,2010年開始,在系統總結區域成礦地質條件、成礦規律及控礦因素等基礎上,安徽省勘查技術院通過大比例尺地磁、重力測量、綜合物探剖面測量及鉆探等勘查工作,在西灣地區孟湖里一帶發現了首個產于三疊紀東馬鞍山組灰巖中的西灣大型鉛鋅礦床。該礦床雖已具大型規模,但研究程度較低。本文通過對西灣礦區巖石樣品進行測試,采用聚類分析和因子分析等相關統計分析方法，分析成礦元素與成暈元素之間的關系。以16號勘探線為例進行鉆孔原生暈地球化學特征研究,圈定地球化學異常,建立地球化學找礦預測標志,進一步指導礦體圈連,為深部找礦和隱伏礦預測提供依據,為廬樅盆地北東緣找礦勘查提供參考資料。

1 區域地質背景

廬樅盆地地處揚子地塊北緣、郯廬斷裂帶南段,位于長江中下游斷陷帶內,是長江中下游成礦帶的重要礦集區之一。中生代,該區進入強烈的板內變形階段,發生了強烈的構造-巖漿活動,形成了一系列NNE向—NE向構造巖漿帶,發育豐富的鐵、銅、金等礦產[19-20]。

廬樅盆地地層主要為中三疊統—第四系,可分為基底地層、火山巖蓋層、白堊系紅層及第四系。斷裂主要有NE向、NW向、近SN向和EW向深斷裂,這些不同方向的斷裂構成了該區獨特的網絡狀斷裂體系[18]。盆地基底隆起、火山機構及其派生的環狀及放射狀斷裂是重要的控巖、控礦構造。巖漿作用主要為燕山期火山巖-次火山巖活動及大規模的巖漿侵入活動,巖漿活動具多期次特點,巖石類型主要為中基性、中性、中酸性、中偏堿性火山巖[18]。區內主要金屬礦產成礦均與燕山期巖漿活動和演化有關,盆地內及其周邊已發現羅河、泥河、龍橋等大型鐵礦及岳山鉛鋅礦、朱崗鉛鋅礦等,西灣鉛鋅礦床位于岳山鉛鋅礦床北東4 km處、朱崗鉛鋅礦床北東7 km處。

2 礦床地質特征

西灣鉛鋅礦床位于黃姑—黃泥崗—祈雨山背斜核部及其南東翼,為第四系覆蓋區。下伏地層主要為中三疊世東馬鞍山組(T2d)、銅頭尖組(T2t)和早白堊世龍門院組(K1l),地層總體走向NE,傾向SE(圖1)。受斷裂及基底隆起影響,孟湖里一帶局部地層傾向NW,傾角15°～30°。根據綜合物探和鉆探資料推測,礦區NE向斷裂有4條(F1、F2、F3、F4),是磚橋—黃屯—蜀山—楊橋基底斷裂及其次級斷裂在礦區的反映;NW向斷裂有1條(F5),是廬江南—蜀山基底斷裂(洪巷斷裂)在礦區的反映(圖1)。推測孟湖里一帶存在基底(膏巖層)隆起,局部形成小褶曲。礦區巖漿巖不發育,主要有西南部粗安斑巖和中北部周楊村閃長巖等。

圖1 西灣礦區基巖地質簡圖Fig. 1 Geological sketch map of bedrock in Xiwan mining area

西灣鉛鋅礦床為隱伏礦床,共圈定4個主礦體(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ),以鉛鋅礦為主,個別為單鉛或單鋅礦體,局部含硫鐵礦、重晶石礦。礦體主要賦存于中三疊世東馬鞍山組角礫狀灰巖及其上部次火山巖、龍門院組火山巖與東馬鞍山組灰巖接觸帶附近,下部白云質灰巖、膏溶角礫巖中也有脈狀鉛鋅礦(化)體分布(圖2)。礦體形態呈“V”型,整體走向NEE(近60°),傾向NW,傾角2°～62°,呈帶狀展布;礦體規模、大小不一,具膨脹、收縮、尖滅再現、分叉現象,呈似層狀、透鏡體、薄板狀產出。礦石礦物成分簡單,金屬礦物主要為閃鋅礦、方鉛礦,其次為黃鐵礦及少量黃銅礦、自然銀等;非金屬礦物除原巖蝕變礦物及交代殘余礦物外,還有長石、方解石、硬石膏、重晶石、石英等。

圖2 西灣鉛鋅礦縱Ⅱ線地質剖面圖Fig. 2 Geological section of line Ⅱ in Xiwan lead-zinc deposit

3 樣品采集及分析測試

對西灣鉛鋅礦區鉆孔進行巖石樣品采集,鉆孔位置見圖1。根據不同巖性、礦化及蝕變分別采樣,采用連續撿塊法,基本樣長10 m,礦化蝕變較強區段加密采樣,基本樣長5 m。樣品加工及測試在自然資源部合肥礦產資源監督檢測中心完成,嚴格按照《DZ/T 0248—2014巖石地球化學測量技術規程》[21]執行。樣品分析采用火焰原子吸收分光光度法分析Cu、Zn,原子熒光光度法分析As、Sb、Bi,直讀發射光譜法分析Ag、Pb、Mo,石墨爐原子吸收分光光度法分析Au,催化極譜法分析W。各元素分析方法的檢出限及報出率均滿足規范要求,分析質量符合要求。

4 元素相關性分析

4.1 地球化學背景

共采集西灣礦區鉆孔原生暈巖石樣品1 680件,經參數統計(表1)并與安徽省揚子地層區表殼豐度值[22]進行對比,發現研究區Pb、Zn、Ag、Sb為強富集(c1≥2), As、Cu、W、Mo為較強富集(1.25≤c1<2),Au為基本相當(0.8≤c1<1.25),Bi為強貧化(c1<0.4);As、Sb、Cu、Ag、W為強分異(cv≥0.7),Pb、Zn、Bi、Mo、Au為較強分異(0.4≤cv<0.7)。綜上所述,西灣鉛鋅礦區Ag、Sb具高背景強分異特征,Pb、Zn具高背景較強分異特征,As、Cu、W具較高背景強分異特征,Mo具較高背景較強分異特征。

表1 西灣礦區巖心樣品地球化學參數統計結果

4.2 聚類分析

對西灣鉛鋅礦區1 680件鉆孔原生暈樣品分析數據進行R型聚類分析(圖3)。當相關系數R=0.42時,As、Sb、Pb、Zn、Ag、Mo聚為一類,Cu、Au、Bi、W聚為一類;當相關系數R=0.485時,Ag、Pb、Zn聚為一類,Sb、As聚為一類,Mo、Cu、Au、Bi、W聚為一類。結合地質背景,認為研究區Pb、Zn、Ag為主成礦元素組合,As、Sb、Mo為相關指示元素組合,Cu、Au、Bi、W與鉛鋅礦成礦無關。

4.3 因子分析

因子分析可以分析成暈元素的共生組合關系,可以反映礦床成因并指導找礦勘查工作[2]。研究區10個元素因子分析結果(表2)表明,F1因子由與成礦作用關系較密的Pb、Zn、Ag、As、Sb、Mo組成,F2因子由與成礦無直接關系的Cu、Au組成,F3因子由Bi組成,F4因子由Zn組成,F5因子由W組成,Zn同時出現在F1因子和F4因子中,說明Zn成礦具多期次多階段性?？梢?因子分析結果與R型聚類分析結果基本一致。

注:1 680件巖石光譜樣在置信度95%時,相關系數臨界值為0.047 826 5;在置信度90%時,相關系數臨界值為0.040 144。圖3 西灣鉛鋅礦指示元素聚類分析譜系圖Fig. 3 Hierarchical cluster graph of the indicator elements in Xiwan lead-zinc deposit

表2 西灣礦區指示元素正交旋轉載荷矩陣

5 原生暈分帶特征

原生暈是賦存于基巖中的由成巖成礦作用引起的巖石地球化學異常[2-3]。原生暈研究是建立在熱液礦床原生暈軸向分帶理論[23]基礎上,以相關元素分帶特征為研究對象,探討其與成礦的相關關系。本文以西灣鉛鋅礦床16號勘探線為例進行原生暈特征研究。

5.1 濃度分帶特征

研究濃度分帶的前提是確定合理的異常下限,運用地球化學勘查數據一體化處理系統(Geochem Studio軟件) 對樣品進行數據處理,成礦元素(Pb、Zn、Ag)異常下限采用《熱液礦床巖石測量(原生暈法)找礦》[3]中的異常圈定方法圈定原生暈異常濃度分帶,即以各元素最低工業品位下推一個數量級后含量值的四分之一為異常下限,以異常下限1、2、4倍分別圈定異常的3個濃度分帶(表3)。其他指示元素(As、Sb、Bi、Au、Cu、W、Mo)確定異常下限的步驟如下:① 運用迭代剔除法按平均值±3倍標準離差法逐步剔除數據的離群值,直到剔除后的數據基本符合正態分布;② 對剔除離群值后的數據進行統計分析,采用算術平均值+2倍標準離差為異常下限值,結合區域地殼元素豐度值選取合適的異常下限圈定異常;③ 按照異常下限的1、2、4倍分別圈定異常的3個濃度分帶(表3)。異常下限的算法和內、外帶的劃分并非一成不變,實際成圖中需不斷調試,使各元素在原生暈剖面圖上突顯最佳分帶效果。根據異常濃度分帶值分別繪制西灣鉛鋅礦16號勘探線原生暈地球化學異常剖析圖(圖4)。

表3 西灣礦區原生暈異常濃度分帶值統計結果

圖4 西灣鉛鋅礦床16號勘探線及原生暈地球化學異常剖析圖Fig. 4 Analysis of geochemical anomalies of the primary halo on the exploration line 16 of the Xiwan lead-zinc deposit

(1)As、Sb濃度分帶清晰,中、外帶異常面積較大,內帶異常面積較小,三級濃度分帶齊全且展布特征相似。內帶異常與鉛鋅礦體對應,為礦體的反映。

(2)Pb、Zn、Ag濃度分帶清晰,面積大,強度高,三級濃度分帶齊全且展布特征相似。Pb、Zn內帶異常面積大,強度高,為礦體最直接的反映;Ag內帶異常面積較小,與鉛鋅礦體基本對應。

(3)與Pb、Zn、Ag、As、Sb異常相比,Mo異常不發育,僅Ⅱ、Ⅳ號礦體附近有異常,Ⅱ號礦體附近發育中、外帶異常,Ⅳ號礦體附近發育外帶異常。

(4)Cu、Au、Bi、W異常與鉛鋅礦體無明顯的對應關系。

結合礦體空間分布、地球化學異常特征及成礦成暈元素相互關系,可將As、Sb作為前緣暈指示元素,Pb、Zn、Ag作為近礦暈指示元素,Mo作為尾暈指示元素。Ⅱ號礦體附近同時存在前緣暈、近礦暈、尾暈,推測礦體沿傾向還有延伸。

5.2 軸向分帶特征

在礦體剝蝕程度判定及深部盲礦體預測方面,原生暈軸向分帶序列具有獨特的地質意義[24]。應用較廣的原生暈軸向分帶序列研究方法有格里戈良分帶指數法和廣義襯值法[25-30],本文采用格里戈良分帶指數法改良法[26]對西灣鉛鋅礦床16號勘探線Ⅲ號礦體進行軸向分帶研究。將各礦體樣品分析數據進行平均,將采樣位置中點標高作為各中段標高(表4)進行標準化,使所有元素數值均統一到[0,1]數據區間(表5);用格里戈良分帶指數計算方法計算出新的分帶指數(表6),初步得出Ⅲ號礦體分帶序列為(Mo、W、Ag、Au)-(Pb、Zn)-(As、Sb、Bi、Cu),括號表示重疊元素,最后根據重疊元素的變化梯度得出Ⅲ號礦體軸向分帶序列為Ag-W-Mo-Au-Zn-Pb-Sb-Cu-As-Bi。

表4 16號線礦體微量元素含量測試結果

表5 16號線礦體微量元素標準化數據

表6 16號線礦體分帶指數

西灣鉛鋅礦床Ⅲ號礦體軸向分帶序列具“反分帶”現象,即礦體頭部出現尾暈元素Mo,尾部出現前緣暈元素As、Sb。原生疊加暈理論[31]認為,軸向分帶出現“反常、反分帶”現象是多次成礦-成暈疊加的結果,且將反分帶、前尾暈共存作為預測盲礦的重要標志。西灣礦床Ⅲ號礦體具“反分帶”特征,揭示其成礦作用較復雜,可能為多期成礦或深部礦體還有延伸。

6 礦體圈連

通過對比原生暈研究前后的礦體圈連情況(圖5),探討原生暈地球化學特征對礦體圈連的指示意義。

西灣鉛鋅礦床賦礦圍巖中三疊世東馬鞍山組灰巖溶蝕破碎現象明顯,主礦體以浸染狀為主,地層和礦體產狀難辨識。原生暈研究前,礦體圈連以“就礦連礦”為原則,同時充分考慮礦體厚度和品位。G區段和B區段的礦體厚度和品位相差不大,故將其連接為一個主礦體,其他均作為單獨礦體(圖5(a))。原生暈研究后,根據原生暈地球化學異常特征(圖4),首先對A、B、C 3個異常區段進行樣品補采,經分析測試,在火山巖和灰巖接觸帶上部火山巖中發現了鉛鋅礦體。根據原生暈地球化學異常剖析圖(圖4),結合新發現的鉛鋅礦體特征,對礦體進行重新連接(圖5(b)),將賦存于灰巖與火山巖接觸帶附近的A、B、C 3個區段的礦體連接為一個礦體(Ⅱ號礦體),將礦體厚度和品位基本相當的D 、E、F 3個區段的礦體連接為一個礦體(Ⅲ號礦體),將厚度較大、品位較高的G區段礦體單獨連接(Ⅳ號礦體)。

圖5 原生暈研究前(a)、研究后(b)礦體圈連對比圖Fig. 5 Comparison of orebody circles before (a) and after (b) the primary halo study

礦體重新圈連后,Ⅱ號礦體賦存于灰巖與火山巖接觸帶附近,11、Ⅲ、Ⅳ號礦體賦存于中三疊世東馬鞍山組角礫狀灰巖中。礦體產狀相對平緩,與相鄰勘探線礦體的展布特征基本一致,更符合客觀地質規律,說明原生暈地球化學特征對礦體的圈連具有較好指示。

7 結論

(1)西灣鉛鋅礦區原生暈地球化學特征顯示,As、Sb、Pb、Zn、Ag、Mo與鉛鋅礦成礦關系密切,前緣暈指示元素為As、Sb,近礦暈指示元素為Pb、Zn、Ag,尾暈指示元素為Mo。

(2)西灣鉛鋅礦床16號勘探線Ⅲ號礦體原生暈軸向分帶特征具“反分帶”現象,揭示其成礦作用較復雜,可能為多期成礦或深部礦體沿傾向還有延伸。

(3)西灣鉛鋅礦床原生暈地球化學異常與礦體的對應關系表明,鉆孔原生暈地球化學特征對礦體的圈連具有較好的指示。