山東乳山唐家溝金礦構造疊加暈研究及深部預測

魏江,安文通,2,張之武,任良良,楊吉剛,王旭

(1.中國冶金地質總局地球物理勘查院,河北 保定 071051; 2.上海市地質勘查技術研究院,上海 200072;3.中國冶金地質總局,北京 100621; 4.乳山市金華礦業有限公司,山東 乳山 264503)

0 引言

隨著地表出露礦、淺部埋藏礦及易判識礦的發現日益減少,找礦突破的難度進一步增大,找礦效果日益降低,自20世紀80年代以來,隱伏礦床和深部盲礦成為許多國家和地區找礦工作的主要對象[1-2]。原生暈作為深部找礦的重要標志,最早被前蘇聯學者Safronov應用在礦床相關的研究中[3]。礦床的原生暈通常是由成礦流體與圍巖相互作用形成,這一過程導致圍巖蝕變[4-5],造成元素的局部富集或虧損[6],因此原生暈在礦產勘查中常被視為礦床存在的重要標志[7]。國內關于原生暈的研究始于20世紀50年代末,謝學錦等系統研究了熱液礦床的原生暈分帶,為原生暈在深部找礦中的廣泛應用奠定了理論基礎[8-9]。邵躍總結前人研究提出了一種關于熱液礦床多元素垂直(軸向)分帶序列地球化學模型,并研究了元素分帶對找礦的重要意義[10]。李惠等根據熱液礦體在多期多階段成礦成暈過程中的疊加特點,提出原生暈疊加理論,繼而根據熱液礦床受構造控制的特點,提出了構造疊加暈理論[11-15]。目前構造疊加暈找礦法被廣泛應用于深部找礦工作中,并于2014年以資料性附錄的形式被寫入《巖石地球化學測量技術規程》來推廣應用[16]。

山東膠東半島是我國最重要的金礦產礦集區之一,而牟(平)乳(山)金成礦區是膠東地區3個最重要的成礦區之一(另外2個為膠西北和棲蓬福金礦成礦區帶)[17]。唐家溝金礦床位于牟乳金礦成礦區的南段西側,是該區域內典型的中溫熱液型礦床。本文基于疊加理論對唐家溝金礦床的巖石地球化學異常特征進行綜合研究,分析其元素組成、軸向分帶和濃度分帶等特征,在此基礎上開展深部盲礦預測,圈定預測靶區,以期對膠東地區乃至全國同類型金礦床的理論研究和深部找礦提供參考。

1 唐家溝金礦地質背景

1.1 區域地質

唐家溝金礦位于蘇魯造山帶(Ⅰ)威?！z南隆起(Ⅱ)威海隆起區(Ⅲ)乳山—昆崳山凸起(Ⅴ)的中部,牟(平)乳(山)金成礦區南段西側。區域出露的地層主要為古元古界荊山群,為一套高鋁片巖、變粒巖、大理巖、含石墨巖系、片麻巖、透輝巖等巖石組合,具高角閃巖相-麻粒巖相變質;構造以斷裂為主,斷裂走向以NE向、NNE向及NNW向為主;區內巖體主要為中元古代海陽所巖體、新元古代榮成巖體、中生代玲瓏巖體、偉德山巖體和同期脈巖;區內已探明福祿地、西直格莊、南東莊、鄧格莊、金牛山等金礦床多處,金礦床(點)主要受控于NNE向斷裂(圖1),礦床成因以中溫熱液充填型金礦床為主。

圖1 牟平—乳山金礦帶地質略圖(據何江濤,2021)Fig.1 Geological sketch of Muping-Rushan gold deposit belt1.荊山群野頭組:大理巖;2.新元古代:片麻狀中細粒黑云二長花崗巖;3.晚侏羅世:中粒二長花崗巖;4.晚侏羅世:斑狀中粗粒二長花崗巖;5.早白堊世:中粗粒二長花崗巖;6.斷裂;7.金礦;8.村鎮

1.2 礦區地質

唐家溝金礦區出露地層主要為荊山群和第四系。斷裂構造主要有NE向、NNE向、NW向3組,以脆性斷裂為主。其中NE向、NNE向斷裂為主要的控礦構造。礦區巖漿巖為新元古代榮成巖體、中生代玲瓏巖體和脈巖等。礦區內共圈定9條礦化蝕變帶,其中1號礦體作為本文的研究對象,規模最大,礦化蝕變帶呈波狀彎曲,地表出露長度約2.6 km,寬5～15 m,總體傾向SEE,傾角52°～78°,走向約10°,蝕變帶內的主要巖石為黃(褐)鐵礦化碎裂巖、黃鐵礦化石英脈(局部充填煌斑巖)等,發育黃(褐)鐵礦化、碳酸鹽化、硅化及絹云母化等蝕變,金品位一般為w(Au)=0.05×10-6～3.86×10-6。

2 構造疊加暈找盲礦法

礦床原生暈分帶的空間分布通常分為3種基本類型:軸向分帶、縱向分帶和橫向分帶[18]。在三維空間原生暈特征分布的研究文獻中,與軸向分帶相關的研究最為多見,這是因為礦床的軸向通常與成礦流體的運移方向一致。在成礦過程中,控礦斷裂的產狀變化和成礦物理化學條件的改變,往往會引起熱液流體中成礦物質的沉淀,在局部富集形成礦體[19]。成礦過程中,熱液流體的運移方向通常與礦體的延伸方向(即礦體的軸向)一致。在熱液遷移過程中,成礦系統的物理化學環境發生變化,造成部分指示元素在Au的絡合物(配合物)被破壞之前產生沉淀,表現為沿金礦體軸向的下部形成異常富集(尾部暈),部分指示元素與Au同時或近同時沉淀而形成異常富集(近礦暈),某些活潑性和揮發性強的元素則在Au沉淀之后沿構造空間再向上遷移一段距離形成異常富集(前緣暈)。即每次成礦作用形成的礦(化)體-暈的軸向分帶比較明顯(圖2)。由于前緣暈的擴散距離比礦體遠得多,因此在礦體的軸向上可以獲取深部盲礦存在的更有利信息[12]。

圖2 單一次成礦作用形成礦體的原生暈空間分布Fig.2 Spatial distribution of primary halo of ore body formed by a single ore-forming process

構造疊加暈找盲礦法緊密結合并應用熱液礦床成暈成礦理論,分析熱液礦床單一次成礦作用中礦床(體)形成暈的特點及多次成礦作用下形成暈的疊加特征,應用疊加結構和疊加特征來判別深部是否存在盲礦體。熱液活動具有多次脈動性和繼承性,尋找深部盲礦需要緊隨控礦構造蝕變異常尋找礦體主要成礦階段(期次)形成的疊加蝕變痕跡,判別礦床特征、指示元素及分帶指標,識別多期礦體暈在構造空間上的疊加特征和規律,建立礦床的構造疊加暈判別模型,對深部進行含礦性評價及盲礦預測。圖3為2個主成礦階段形成礦(化)體的原生暈在構造空間上的分布特征及軸向變化規律[19-20]。

圖3 2個成礦階段形成礦體的原生暈空間分布[19]Fig.3 Spatial distribution of primary halo of ore body formed by two ore-forming stages

3 唐家溝金礦床地球化學異常特征

3.1 礦床指示元素及特征

3.1.1 圍巖元素特征

研究礦床的地球化學背景是分析礦床地球化學異常特征的基礎,本次研究在唐家溝金礦共采集了23件無礦化樣品作為地球化學背景樣品,涵蓋了礦區內出露的所有巖性。其中,含石榴石二長花崗巖樣品11件、含黑云母二長花崗巖樣品7件、變粒巖樣品2件、大理巖樣品3件;化驗分析了Au、Sb、As、B、Hg、Cu、Pb、Ag、Zn、Bi、Co、Mn、Ni、Ti、V、Mo、Sn、W等18種元素,剔除異常值后,計算出各元素的幾何平均值作為礦區背景值(表1)。

表1 唐家溝金礦圍巖元素含量及背景值Table 1 Element content and their background values for wall rock in Tangjiagou Au deposit

唐家溝金礦微量元素中濃度克拉克值≥1的元素有Au、Pb、Bi、Sn,從大到小依次為:Bi(15.27)>Pb (1.57)>Au (1.44)>Sn (1.08);含石榴石二長花崗巖以富含Au、Pb、Bi、Sn為特點;含黑云二長花崗巖以富含Au、Ag、Zn、Bi、Pb、Sn為特點;變粒巖以富含Pb、Bi為特點;大理巖各元素含量均較低,只有Bi元素高于地殼豐度。

3.1.2 礦體元素特征

為了分析唐家溝金礦的礦體組成元素特征,本次研究分析了唐家溝金礦Au≥1×10-6的礦石樣品(共149件樣品)和Au≥3×10-6的相對富礦石樣品(共71件樣品)中的元素含量特征,其結果見表2。

表2 唐家溝金礦床礦體微量元素含量特征Table 2 Characteristics of trace element content of ore bodies in Tangjiagou Au deposit

由表2可知,在Au≥1×10-6的礦石樣品中,Au、Sb、As、B、Cu、Pb、Ag、Zn、Mo、Bi、Co、V、Ni、W等14種元素的含量高于礦區背景值(襯值>1),說明在成礦過程中這些元素在礦體中相對富集,而Au、Sb、As、Pb、Ag、Bi、W等7種元素在礦體中的含量是礦區背景值的5倍以上,表明在唐家溝金礦這些元素對礦體的存在具有明顯的指示意義。在Au≥3×10-6的相對富礦石樣品中,Au、Sb、B、As、Cu、Ag、Zn、Pb、Bi、Co、Mo、Ni、W等13種元素的含量高于礦區背景值(襯值>1),而Au、Sb、As、Cu、Ag、Pb、Co、Bi、W等9種元素在富礦體中的含量達礦區背景值的5倍以上,反映出唐家溝金礦富礦體形成時金屬元素極為富集的特征。

3.2 礦床指示元素相關分析

如前所述,在成礦熱液作用下,每次形成的元素暈隨礦體形態在軸向上具有明顯的異常分帶,即單個礦體在形成過程中都有自已的元素暈展布,表現為礦體尾暈、礦體近礦暈、礦體前緣暈。理論上講若形成的礦體是單一次成礦作用的結果,則礦體前緣暈元素之間的富集沉淀環境相似,元素之間的相關性應該較高。同理,近礦暈元素之間,尾暈元素之間的相關性也應該較高。

單次成礦形成的礦體其理論上的相關性較為簡單統一,但在實際成礦過程中由于礦體通常是多期多階段疊加成礦作用形成的,與理論上的指示元素相關關系不符,元素間部分相關關系變得十分復雜。生產實踐中通過對礦床實際與理論相關性對比,分析其特征,其一可有效反映熱液礦床成礦暈過程中是否存在疊加特征以及疊加的程度如何;其二是能反映礦床疊加后各元素之間的實際相關性,為盲礦指示元素的確定和預測標志的細化提供部分依據。當前緣暈與尾暈在礦體軸向深度上疊加(或部分疊加)共存時,反映為前緣暈特征元素與尾暈特征元素出現部分相關特征。

本次研究分析了唐家溝金礦床Au≥1×10-6樣品元素之間的相關關系,選取樣品數149件,在5%信度下元素間相關的最低相關系數值為0.1596,其結果如表3所示。

表3 唐家溝金礦床礦石組成元素相關矩陣Table 3 Correlation matrix of element constituting ore of Tangjiagou Au deposit

大量成果數據表明,指示單一金礦床(體)的上部特征元素有B、F、I、As、Hg、Sb等,表現為前緣暈特征;指示中部特征元素有Pb、Cu、Au、Zn、Ag等,表現為近礦暈特征;指示尾部特征元素有Mn、Bi、Co、Mo、Ni等,表現為尾暈特征[12-14]。根據表3相關分析結果可以看出唐家溝金礦與Au元素正相關(>0.1596)的有As、Cu、Ag、Pb、Zn、Bi、Co、Ni等8種元素,包括了前緣暈元素As,近礦暈元素Ag、Cu、Zn、Pb,尾暈元素Co、Bi、Ni。出現了近礦元素與前緣元素和尾暈元素相關的情況,表明唐家溝金礦是有多期多階段成礦作用疊加現象的存在。

3.3 指示元素濃度分帶及軸向變化特征

構造疊加暈指示元素濃度分帶是研究礦體各指示元素軸向變化規律的基礎,其目的是為了突出及判別礦體原生暈的軸向分帶特點。構造疊加暈找盲礦法往往將目標礦床指示元素分為3個濃度梯度(外、中、內)帶,以礦床地球化學元素背景為標準基礎,按等比或等差作為3個濃度分帶的下界限值[12-14];唐家溝金礦各元素濃度分帶標準如表4所示,濃度分帶特征如圖4所示。其中,由于Ti元素異常太弱,且為多個零星分散的無規律外帶異常,在此不再討論。

表4 唐家溝金礦床各元素濃度分帶標準Table 4 Standard for element concentration zoning in Tangjiagou Au deposit

圖4 唐家溝金礦床元素濃度分帶特征Fig.4 Characteristics of element concentration zoning in Tangjiagou Au deposit

圖4反映了唐家溝金礦床地球化學的濃度分帶特征。從圖4中可以看出,前緣暈元素總趨勢是其濃集中心在Au濃集中心上部或前緣部位,成礦元素Au在構造帶中存在多個富集(濃集)中心或富礦體,每個Au富集中心上部都有自己的前緣指示元素異常存在,當2個礦體相近或部分疊加時,下部礦體前緣與上部礦體尾部出現疊加共存現象,在圖上表現為前緣暈元素和尾暈元素異常復雜分布(異常疊加交錯出現)。從圖中可以大體判斷出前緣暈有2個內、中異常區,上部異常區出現在已知礦體富集中心前緣部位,下部異常區出現在已知礦體富集中心中下部,推測可能是另一期次熱液成礦形成的暈在此處部位與已知礦體下部疊加,故此推測在已知礦體的下部或深部可能存在盲礦體。

指示元素的軸向變化特征對于礦床成礦規律的研究非常重要,對于軸向分帶的計算方法有很多,比較常用的如格里戈良法等,眾多學者也開展過相關計算研究[22-24],具體計算方法請參考《巖石地球化學測量技術規程》。本文在濃度分帶的基礎上采用濃集中心法來大體判斷唐家溝金礦指示元素的軸向分帶序列(圖4),不同指示元素濃集中心的所在標高不盡相同,從上到下大致為As、Au、Sb、Hg→W、C、B、Ag、Zn、Pb、Bi、Co→Mo、V、Mn、Ni、Sn、Ti。

通過比較可見,唐家溝金礦的指示元素軸向分帶規律與李惠等[25]總結的熱液金礦床元素分帶的規律基本一致,但是也有部分獨特的地方,如在唐家溝金礦W和Co元素異常相對較強,且濃集中心分布在礦體的中部,As和Hg元素在礦體下部也有較強的異常存在,這些特征同樣反映了唐家溝金礦多期多階段成礦疊加的特點。

4 唐家溝金礦床深部盲礦預測

通過對唐家溝金礦床指示元素異常分布特征進行綜合研究,在唐家溝金礦的深部圈定了3個預測靶區(圖5)。3個靶區均位于斷裂構造帶中,靶位上部已知蝕變礦化帶寬約5～14 m,膨脹狹縮特點明顯。

圖5 唐家溝金礦深部預測靶區Fig.5 The predicted targets to depth of Tangjiagou Au deposit

結合圖4和圖5不難看出:

(1)Ⅰ號靶區 上部Au具強-內帶異常;前緣暈元素Hg和As表現出以中、內帶異常為主且較連續,Sb以中帶異常為主,B以外帶異常為主;近礦暈元素Cu、Ag、Zn、Pb均存在較為連續的內帶指示異常。I號靶區部位地質情況較好,主要前緣暈及近礦暈異常均較強,預測其深部有盲礦體存在。

(2)Ⅱ號靶區 上部Au以強-內帶異常為主;前緣暈元素As主要為內帶連續異常,Sb和Hg主要為中帶連續異常,B以中-外帶連續異常為主;近礦暈指示元素Pb、Ag、Zn均以中-外帶連續異常為主,Cu以中-內帶異常為主。Ⅱ號靶區主要前緣暈及近礦暈異常均較強,預測深部有盲礦體存在。

(3)Ⅲ號靶區 上部由于坑道封閉未能采集到足夠樣品支撐研究,Au元素采用了礦山歷史生產數據進行補充至-400 m標高,其他元素數據僅僅到-240 m標高。從圖5中可以看出,Au以內帶異常為主;前緣暈指示元素Sb、As、B有中內帶多點異常出現;近礦暈元素Pb、Ag以中-外帶異常為主。綜合來說Ⅲ號靶區地質情況相對較好,深部有出現礦化體富集帶的可能,但是需要進一步的數據支撐。

5 結語

本次研究基于構造疊加暈理論開展了山東乳山唐家溝金礦床地球化學異常特征分析,采用指示元素濃度異常的方式直觀展現了唐家溝金礦的元素疊加特征。研究表明,唐家溝金礦的地球化學特征基本符合國內多數熱液型金礦床的綜合軸向分帶序列,但也有其特性存在,如W元素含量相對較高,Ti元素異常較弱,這些特征在開展構造疊加暈研究過程中需要充分考慮。通過研究,對唐家溝金礦深部圈定了3個預測靶區。

致謝：成文過程中,得到中國冶金地質總局地球物理勘查院馬曉輝、魏子鑫同志的細心指導和校對,在此表示衷心的感謝。