地物化綜合方法在新縣陡山螢石礦勘查中的探索應用

贠鵬超，孫春霞，祝少輝，王巧玲，喬海霞，王冠華

(1.河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心， 河南 鄭州 450016； 2.河南省有色金屬地質礦產局第七地質大隊， 河南 鄭州 450016)

0 引言

隨著新興領域快速擴展，素有工業味精的氟元素的需求日益增長，螢石礦在全球愈發緊缺。我國螢石礦資源量居世界前列，已探明螢石礦資源量占世界三分之二，是螢石資源最多的國家之一(陳石義和張壽庭，2013)，但隨著我國經濟高速發展，對螢石資源需求的不斷擴大，加之部分礦山(企業)無節制、無規劃粗放開采開發模式盛行，導致地表和淺部螢石資源面臨枯竭，螢石礦找礦勘查逐步向深部發展，如何定位預測深部礦體將成為今后很長一個時期的難題和熱點。以往傳統單一的找礦技術手段已不能滿足現階段螢石礦勘查的要求，針對不同類型的螢石礦類型，選用合理的地物化綜合方法進行定位預測研究，對螢石礦勘查發展將起到決定性的作用。

陡山螢石礦位于河南省信陽市新縣滸灣鄉一帶，地理坐標為東經114°45′40″～114°52′16″；北緯31°41′05″～31°43′42″，屬北大別變質雜巖帶(江來利等，2010)，地質條件復雜，區域上主要以產于燕山晚期中—粗粒似斑狀花崗巖中的受構造控制的熱液脈型螢石礦床(曹俊臣，1994；王吉平等,2010；方貴聰等，2020)為主。區內植被茂盛、覆蓋嚴重，僅依靠以往傳統單一螢石礦勘查手段在該區域很難有所突破。本文利用地質調查、土壤地球化學測量、可控源音頻大地電磁測深、槽探及鉆探等地物化綜合勘查方法，強調不同方法之間的有機結合、互相驗證，結合區內螢石礦體的垂向分帶規律及特征，對新縣陡山一帶螢石礦開展淺覆蓋區、隱伏礦體定位預測，極大的提高預測找礦靶區的可靠性、精確性，為該區受構造控制的脈狀螢石礦體的找礦勘查提供借鑒。

1 區域地質背景

新縣陡山螢石礦大地構造位置位于北大別變質雜巖帶北淮陽構造亞帶的桐柏—大別變質核雜巖隆起亞帶的大銀尖—湯家坪(F5)以南部分(圖1)，以片麻巖穹窿帶為主，地質構造復雜，斷裂構造發育，巖漿活動強烈。大別山北麓構造格架主要以近東西向和南北向構造交織形成的網絡狀構造為主。區域內螢石礦床主要產于雞公潭韌性剪切帶以南，以石英—螢石型(羅麟，2019)礦為主，其次為螢石型、螢石—石英型、碳酸鹽—螢石型等。

圖1 工作區大地構造圖(據楊澤強，2017修改)1—中新生代;2—二郎坪群;3—龜山巖、南灣組;4—肖家廟巖組;5—秦嶺巖群、寒武系;6—桐柏—大別變質雜巖;7—紅安巖群;8—榴輝巖;9—白堊紀火山巖;10—石炭系;11—燕山期花崗巖;12—晉寧期花崗巖;13—地質界線;14—斷裂帶及編號;15—大別造山帶邊界;16—工作區;17—華北板塊;18—大別造山帶;19—揚子板塊

區域地層出露有太古宇大別巖群、中—上元古界滸灣巖組、震旦—奧陶系肖家廟巖組、泥盆系南灣組以及新生界第四系。滸灣巖組為該區螢石礦的主要賦礦圍巖，總體呈北西西—南東東向帶狀分布于千斤河棚—滸灣—八里畈一帶。巖性為上下兩段，以片麻巖為主，有黑云斜長角閃片麻巖、白云母鉀長片麻巖等。桐柏—商城深大斷裂為揚子板塊的北界斷裂，其北側為泥盆系南灣組片巖等陸源碎屑巖，南側為燕山期花崗巖基、大別片麻雜巖等，是一條規模較大、多期活動、性質復雜的韌性、脆性斷裂組成的巨型構造帶。該斷裂控制著區內燕山期花崗巖的分布，燕山期花崗巖主要分布于該斷裂帶的南側，燕山期斑巖體在空間上呈北西西向沿該斷裂帶成群成帶分布，而單一成礦巖體多位于北西西—近東西向桐柏—商城深大斷裂和次級構造北東—近南北向脆性斷裂的兩組斷裂交匯處。區域上巖漿侵入活動頻繁，以酸性巖為主，有元古代—古生代侵入體、早白堊世侵入體及大量巖脈。

2 礦區地質特征

新縣陡山螢石礦出露地層為中—上元古界滸灣組和新生界第四系。滸灣組區內主要有灰白色白云母鉀長片麻巖、斜長角閃片麻巖、黑云斜長角閃片麻巖等；第四系主要為河床沖積物和洪積物，為黃土、亞砂土等，位于塔沙河兩側和坡地。區內構造以斷裂為主，主要有北東—南西向、近東西向和近南北向(F1、F2、F3、F4、F5)，其中近東西向斷層為主要控礦構造。斷層地表殘坡積物覆蓋嚴重，沿斷層斷續見少量石英脈出露。區內巖漿巖廣泛發育，大量出露片麻狀鉀長花崗巖、混合花崗巖，少量二長花崗質片麻巖、花崗閃長巖及石英閃長巖。區內覆蓋嚴重，植被發育，螢石礦化帶地表出露連續性較差，一般沿斷裂構造呈透鏡狀、脈狀發育，寬約0.45～17 m，總體走向302°～40°、傾角45°～70°，螢石礦化帶簡述如下(圖2)。

圖2 礦區地質簡圖(據楊澤強,2017修改)1—第四系;2—中—上元古界滸灣巖組;3—早白堊世二長花崗巖;4—早白堊世石英閃長巖;5—晚古生代含榴混合花崗巖;6—早古生代片麻狀鉀長花崗巖;7—新元古代二長花崗質片麻巖;8—構造及礦化帶;9—地質界線;10—可控源大地電磁測深剖面及編號;11—土壤地球化學測量范圍

(1)1號、3號、4號及7號礦化帶均呈脈狀產于F2斷裂構造中，受斷裂控制，該斷裂早期表現為逆斷層、晚期為正斷層，區內斷續出露約8.50 km，近東西走向，傾向15°～25°，傾角57°～68°。其中1號礦化帶產狀20°～40°∠56°～68°，地表斷續出露長約500 m，寬1.0～17.0 m，品位20%～45%；3號礦化帶產狀340°∠59°，地表斷續出露長約600 m，寬2～2.5 m，品位20%～40%；4號礦化帶產狀 10°～36°∠67°～70°，地表斷續出露長約1000 m，寬0.6～2.6 m，品位23%～32%；7號礦化帶產狀 322°～23°∠60°～66°，地表斷續出露長約1000 m，寬1～3.5 m，品位30%～55%。礦物組合以螢石、石英為主，螢石礦化主要以團塊狀、角礫狀為主，少量發育細脈狀、次生淋濾孔洞狀，蝕變主要有硅化、鉀化、高嶺土化等。

(2)2號礦化帶呈脈狀賦存于F3斷裂構造中，該斷裂區內斷續出露約2.90 km，傾向357°～10°，傾角58°～62°。斷層兩盤均為晚古生代混合花崗巖。該礦化帶受斷裂構造控制，產狀357°～10°∠58°～62°，地表斷續出露長約1500 m，寬1～1.5 m，品位20%～35%，礦物組合以螢石、石英為主，螢石礦化主要呈團塊狀、脈狀構造，圍巖蝕變主要有絹英巖化、硅化、鉀化、高嶺土化等。

(3)5號礦化帶呈脈狀賦存于新縣二長花崗巖中，產狀340°～0°∠48°～65°，地表斷續出露長約300 m，寬0.45～1.4 m，品位15%～35%，礦物組合以石英、螢石為主，螢石礦化呈細脈狀及少量網脈狀，見硅化、螢石礦化、高嶺土化等。

(4)6號礦化帶呈脈狀賦存于中—上元古界滸灣巖組地層中，產狀24°∠67°，地表斷續出露長約 100 m，向兩側隱伏延伸，寬2 m，品位20%～60%，礦物組合以螢石、石英為主，螢石礦化呈團塊狀、細脈狀，見硅化、高嶺土化、黃鐵礦化、綠泥石化、絹云母化等。

區內螢石礦石多以紫色、褐色、翠綠色為主，少量白色、酒黃色或無色；粒狀變晶結構、碎裂結構為主(圖3)，構造以塊狀構造為主，細脈狀、網格狀構造次之，偶見條帶狀。礦石礦物主要為螢石，脈石礦物以石英為主，其次為玉髓、方解石、高嶺石及綠泥石等。結合礦石構造和礦物特征，初步認為區內螢石礦成礦期次(徐少康等，2011；劉紀峰等，2015)大致劃分為成礦早期(石英+螢石礦物組合為主)、成礦中期(螢石+石英礦物組合為主)和成礦晚期(碳酸鹽+螢石礦物組合為主)3個成礦階段。

圖3 螢石礦標本及鏡下結構礦物縮寫：Fl—螢石

3 化探方法探索實踐

土壤地球化學測量是一種經濟、高效的快速縮小靶區的找礦方法(謝學錦等，2004；韓成林和李玉松，2015；李富等，2017)。在尋找鉛、鋅、銻、金、銅等礦產中具有優越的找礦效果(何艷芝，2018)，對于螢石礦勘查采用土壤地球化學測量技術手段還缺少系統有效的驗證。本次通過對以往完成土壤測量樣品(樣品一般由采集三處以上的B層或B+C層土壤組成，采樣深度一般大于20 cm，過-60目篩后樣品質量不小于150 g，樣品點/線距為20 m/100 m，樣品總件數9424件)補測氟元素，對區內氟元素地球化學特征進行了系統的分析、分類和評序，圈定氟元素異常，本次地球化學測量背景值和異常下限的確定選用迭代法(黃利平等，2016；鄧世林等，2017；陳明和李金春，2018)。區內規模較大氟異常簡介如下。

F-24異常呈不規則寬帶狀分布于王溝水庫北部一帶，面積較大、強度高、規模顯著。峰值為2.123×10-2、面積0.082 km2，具內、中、外濃度帶。出露中—上元古界滸灣巖組及早古生代夏洼片麻狀鉀長花崗巖。該異常位置與F1、F2控制的1號螢石礦化帶關系密切(圖4)。

圖4 F-24異常與螢石礦化帶簡圖

F-41、F-43、F-44、F-45異常呈不規則寬帶狀或面狀分布于羅灣至華灣一帶，面積較大、強度高、規模顯著。峰值分別為0.976×10-2、0.802×10-2、1.122×10-2、0.344×10-2，面積分別為0.130 km2、0.030 km2、0.027 km2、0.048 km2，具內、中、外濃度帶。出露第四系、中—上元古界滸灣巖組及晚古生代混合花崗巖，韌性剪切帶呈東西向穿過該區，南部見一定規模的東西向帶狀螢石脈出露，方向與韌性剪切帶走向一致。其中F-41、F-45與F3斷裂構造控制的2號螢石礦化帶關系密切(圖5)。

圖5 F-41異常與螢石礦化帶簡圖

F-14異常呈長帶狀分布于高洼至石灣一帶，強度較低，但面積較大，具一定規模。峰值為0.179×10-2、面積為0.107 km2，具中、外濃度帶。出露第四系及早古生代夏洼片麻狀鉀長花崗巖、早白堊世新縣二長花崗巖，其延展方向與兩巖體的接觸帶分布一致。F-14、F-12氟異常與3號螢石礦化帶西段關系密切(圖6)。

圖6 F-14異常與螢石礦化帶簡圖

4 物探方法探索實踐

可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)是為克服MT信號強度差的缺點而發展起來的一種人工源頻率域測深方法，具有信噪比高，觀測信號強的優點，在深部找礦、地熱資源勘查等方面都取得了良好的效果(湯井田和何繼善，2005)。運用可控源音頻大地電磁測深來進行螢石礦勘查相對較少，鑒于本次工作區內螢石礦主要受構造控制，且螢石礦類型主要以石英—螢石型、螢石—石英型為主，結合礦體與圍巖的電性特征，利用可控源音頻大地電磁測深技術手段提取含礦構造及深部延伸情況等相關信息(古志文和張光之，2013；雷振等，2017)，可間接指導區內尋找隱伏螢石礦體。本次可控源大地電磁測深工作儀器采用GDP-32II，工作點距 50 m，采用赤道裝置進行標量測量(觀測Ex/Hy，接收電極分布在供電電極中垂線兩側Ex或Hy場平面覆蓋范圍內30°角)，水平方向電場(MN)平行于場源(AB)，水平磁場垂直于場源。水平方向磁棒采用森林羅盤儀定位，誤差小于2°。沿測線多道同時觀測(共用一個磁探頭)記錄數據，再進行數據整理、處理及二維反演(雷達等，2004；畢炳坤和馬玉昊，2020)，繪制測線圖件。

根據可控源音頻大地電磁測深135號剖面圖(圖7)中顯示，電阻率與相位擬斷面圖均較好的展示了斷裂構造、巖性界面等地質體的垂向展布特征，結合該區螢石礦主要為受斷裂構造控制的熱液脈型礦床，構造帶為區內的主要的找礦標志，經過綜合分析研究，在低阻帶地表位置進行槽探揭露，發現螢石礦化體，進而初步證實該低阻帶走向與已知斷裂構造、礦化體方向存在一致性，結合充電率反演剖面及螢石礦化體物理特性，預測在深部存在一定規模的螢石礦化體。

圖7 陡山一帶螢石礦區135號可控源音頻大地電磁測深剖面圖

5 討論

5.1 礦化體成因特征與預測評價

通過收集前人資料，結合本區工作情況綜合分析研究，認為本區的螢石礦受東西向斷裂構造控制，主要集中于燕山期花崗巖基(新縣花崗巖基)內外接觸帶，部分離巖體較遠。區內大面積出露新縣花崗巖體，為螢石礦的形成提供了大量的成礦物質來源，礦液沿斷裂通道運移過程中因空間、壓力、溫度、濃度等物理化學條件等因素突變，致使礦物結晶程度、礦石結構特征及構造類型表現出一定的空間分帶(張壽庭等，1997)。區內螢石礦成礦早期以強硅化、次生石英巖、玉髓為主要特征，地表上一般由于硅質抗風化能力強多呈現正地形，多形成自形—半自形粒狀高石英、低螢石含量的細脈狀、條帶狀礦體；主成礦期(中期階段)一般集中在礦體中下部，多為控礦斷裂的交匯部位、膨大部位，熱液集中在較大空間后使得溫度降低相對緩慢，螢石結晶程度進一步提高，品位相對較高，多在40%以上，主要以自形—半自形、致密鑲嵌狀高螢石、低石英、低方解石含量的塊狀、角礫狀礦體；成礦晚期由于工作區工作量有限、研究程度較淺未能進行實質性的工作驗證。但結合前人經驗初步認為方解石等碳酸鹽類產物為該階段的特征礦物，多形成他形粒狀高方解石、低石英、低螢石含量的角礫狀礦體。通過系統總結該區螢石礦垂向礦化分帶特征及規律，對比已知各礦化帶內礦化趨勢及礦物特征，認為該區深部存在找較大規模螢石礦體的前景。

5.2 化探綜合異常與預測評價

本次土壤地球化學找礦主要通過分析區內土壤中各種元素集中、分散以及分布的情況(金凱，2013)，結合土壤中元素的含量及濃度變化特征(趙志強等，2020)，推斷出半覆蓋區以及覆蓋區松散層之下的巖石空間分布特征及類型，進一步預測定位隱伏螢石礦體。由于土壤地球化學測量成果能夠直接指示氟元素濃度及變化信息，結合異常檢查及驗證，初步查明了區內氟元素地球化學異常以條帶狀、不規則狀為主；少量呈星點狀，總體上分布于滸灣巖組與南側大別變質巖塊接觸部位，走向與斷層走向較吻合，且異常強度高值多位于斷裂構造附近。氟異?？勺鳛樵搮^隱伏螢石礦的重要預測標志，能大幅提高找礦效率和成功率，為該區利用土壤地球化學測量氟異常尋找熱液構造脈型螢石礦提供了重要依據。

5.3 物探綜合異常與預測評價

該區可控源音頻大地電磁測量成果中，螢石控礦構造顯示了典型的低阻異常帶特征，從而為間接獲取中深部螢石礦體的控礦斷裂或礦化蝕變帶的空間展布特征及相關信息提供了較好的基礎條件。通過區內開展多條可控源音頻大地電磁測深剖面，多條剖面中低阻帶與已知控礦構造或礦化帶露頭均呈現出較好的對應關系，較好的展示了斷裂構造在深部延伸的規模及方向，充分的指示了螢石礦化帶的在深部的成礦空間、成礦規模等多種信息(圖8)，初步預測了區內構造礦化異常、螢石礦體的找礦方向及成礦遠景。

圖8 可控源音頻大地電磁測深成礦遠景預測簡圖

5.4 綜合預測與鉆探驗證

該區地表覆蓋較強，螢石礦化地表出露較差，僅零星發育極少量硅化強烈的石英—螢石脈，僅依靠傳統地質工作很難取得較大突破。因此，通過開展地質填圖、可控源音頻大地電磁測深及土壤地球化學測量等綜合方法，多重疊加，不斷放大找礦信息、強化找礦線索，認為區內深部可能發育隱伏—半隱伏螢石礦體。地質和物化探綜合剖面表明，土壤地球化學測量圈定的主要氟元素異常區與地表已發現的礦化脈基本吻合；異常方向與主控礦構造帶、礦化露頭帶走向基本一致；可控源音頻大地電磁測深獲取的低阻異常帶與本區主控礦構造延伸方向、礦化體延伸方向有明顯正相關性；為定位預測深部隱伏構造礦化帶提供了新思路。

根據區內土壤、物探及地質工作提供的預測成果，選擇部分重點部位實施鉆孔驗證，共發現8條螢石礦體(表1)，累計估算螢石推斷資源量+預測資源量礦石量64.08萬噸。結合已實施鉆孔內螢石礦品位、礦石類型及礦物組成等特征，推測螢石礦體深部仍具備較大的找礦潛力，需引起高度重視。

表1 新縣陡山一帶螢石礦體一覽表

6 結論

新縣陡山一帶螢石礦體受斷裂控制較強，通過地表及已實施鉆孔中螢石礦品位、礦石類型及礦物組成等一系列特征，結合土壤地球化學測量氟異常揭示出的該區主含礦斷裂帶的空間展布特征，及可控源音頻大地電磁測深法顯示的斷裂構造在深部延伸的規模及方向，再參考礦體垂向分布特征，綜合分析認為該區已驗證的礦體深部均存在較好的資源潛力和找礦前景，在該區增加深部驗證工作有望取得更大突破。