湘南三合圩錫多金屬礦成礦規(guī)律及找礦方向

王 慶，孔 華，鄒建林

(1.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙 410083；2.湖南省地球物理地球化學(xué)勘查院，湖南 長沙 410116 )

0 引言

20世紀(jì)80時代，湖南省物探隊在臨武縣三合圩地區(qū)開展了物化探和地質(zhì)找礦工作，三合圩錫多金屬礦在1984年被發(fā)現(xiàn)，為隱伏礦體，1990年提交湖南省臨武縣三合圩礦區(qū)錫鉛鋅多金屬礦普查地質(zhì)報告，當(dāng)時礦床規(guī)模較小，沒有開發(fā)利用價值。前人對三合圩研究較少，而圍繞三合圩所在的香花嶺礦集區(qū)的地質(zhì)勘查和研究歷史悠久，工作程度高，并取得豐碩的成果。特別是20世紀(jì)80年代以來，圍繞癩子嶺、尖峰嶺等代表性巖體開展了成礦作用(毛景文[1]；來守華[2])、礦床分帶(張德全[3])、隱伏巖體(伍光英[4])、成巖成礦物質(zhì)來源(周濤[5]；邱瑞照[6])、找礦方向(王增潤[7]；鐘江臨[8])等方面的研究。曾提出層控型(烏家達(dá)[9])、雙控型(張國林[10])、巖漿熱液型(邱瑞照[11])等多種礦床模式。

近年來，依托中國地質(zhì)調(diào)查局基金項目，以深部資源調(diào)查新增資源量為目的，通過地質(zhì)找礦工作，發(fā)現(xiàn)并圈定主要錫多金屬礦體4個、次要礦體15個，取得初步的找礦突破。本次研究采用的方法主要有資料收集、野外地質(zhì)調(diào)查和物化探調(diào)查、室內(nèi)綜合研究，指明了找礦方向，預(yù)期成果新增錫金屬推斷資源量1萬噸。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

三合圩錫多金屬礦位于湖南省臨武縣香花嶺礦田北側(cè)(圖1)，地處耒陽臨武SN向構(gòu)造帶與郴州—臨武大斷裂南段西側(cè)的復(fù)合部位，位于香花嶺短軸背斜的北傾伏端。區(qū)域大地構(gòu)造位于揚(yáng)子陸塊(揚(yáng)子地臺)與華南板塊(華南褶皺系)拼接部位，屬南嶺EW向構(gòu)造帶中段北緣與耒(陽)—臨(武)SN向構(gòu)造帶南端西側(cè)復(fù)合部位的通天廟穹窿之中[12]。

香花嶺是一個與燕山期的癩子嶺、通天廟及尖峰嶺3個鐵鋰云母二長(鉀長)花崗巖有關(guān)的錫鎢鉛鋅鈮鉭多金屬及玉石礦田。鎢錫鉛鋅多金屬礦除圍繞癩子嶺和尖峰嶺2個巖體的內(nèi)、外接觸帶分布外，在遠(yuǎn)離上述3個巖體的碎屑巖地層的構(gòu)造破碎帶亦有廣泛的分布，甚至在侵入于碎屑巖中的花崗斑巖脈巖中亦可形成斑巖型礦床[13-14]。圍繞癩子嶺巖體分布的主要礦床有香花嶺礦區(qū)錫礦床、香花嶺礦區(qū)鉛鋅多金屬礦床；圍繞尖峰嶺巖體分布的主要礦床有香花鋪鎢錫多金屬礦床、香花鋪鉛鋅多金屬礦床、東山礦區(qū)白鎢礦床、包金山礦區(qū)錫礦床、包金山礦區(qū)鉛鋅礦床、尖峰嶺礦區(qū)鈮鉭礦床。分布于碎屑巖地層中的熱液充填型礦床主要有三十六灣礦區(qū)鎢錫多金屬礦床、三十六灣礦區(qū)鉛鋅多金屬礦床、蛇形坪鎢銻礦床、玉嶺礦區(qū)鉛鋅錫多金屬礦床、三合圩礦區(qū)錫多金屬礦床、鐵砂坪礦區(qū)錫多金屬礦床。圍繞通天廟巖體分布的則為著名的通天玉[15]，一種可與黃龍玉、臺山玉相媲美的優(yōu)質(zhì)石英巖質(zhì)玉。

圖1 湖南三合圩礦區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of Sanhexu mining area1—第四系 2—上泥盆統(tǒng)佘田橋組 3—中泥盆統(tǒng)棋梓橋組上段 4—中泥盆統(tǒng)棋梓橋組中段 5—中泥盆統(tǒng)棋梓橋組下段 6—中泥盆統(tǒng)黃公塘組 7—中泥盆統(tǒng)易家灣組 8—中泥盆統(tǒng)跳馬澗組中段 9—鐵錳帽 10—地質(zhì)界線 11—斷層 12—產(chǎn)狀 13—見礦鉆孔及編號 14—采礦權(quán)范圍 15—勘探線及編號

2 礦區(qū)地質(zhì)

在湖南南部三合圩錫多金屬礦區(qū)，區(qū)內(nèi)出露地層為中泥盆統(tǒng)跳馬澗組(D2t)、易家灣組(D2y)、棋梓橋組(D2q)和第四系(Qj)。跳馬澗組在礦區(qū)地表廣泛出露，為一套濱?！獪\海相的碎屑巖系，并呈角度不整合覆蓋在下伏寒武系之上。易家灣組(D2y)出露在礦區(qū)中部，主要為泥巖建造夾泥灰?guī)r建造，為灰綠、灰黃色薄層泥巖、鈣質(zhì)頁巖為主，夾薄層狀泥灰?guī)r。棋梓橋組出露在礦區(qū)北部及東部，為一套淺海相的碳酸鹽巖系，主要為泥晶灰?guī)r建造、粒屑泥晶灰?guī)r建造夾白云巖建造、白云質(zhì)灰?guī)r建造。

區(qū)內(nèi)錫礦的主要賦礦地層為中泥盆統(tǒng)跳馬澗組(D2t)，主要分布在南部，區(qū)內(nèi)僅出露有中段，中段(D2t2)可分為兩層。① 第二層(D2t2-2)為白色中厚—厚層狀石英砂巖、雜色砂巖及硅質(zhì)頁巖，靠頂部有一層厚約2 m的較穩(wěn)定的豆?fàn)畛噼F礦砂巖。層厚80～120 m。② 第一層(D2t2-1)為紫紅色砂巖層，主要為紫紅色砂巖，間夾少量灰白色石英砂巖及1～2層含豆?fàn)畛噼F礦砂巖。

礦區(qū)位于香花嶺短軸背斜北部傾伏端，區(qū)內(nèi)地層自西向東傾向由NNW轉(zhuǎn)為北傾至NE傾，局部東傾，基本為一弧形單斜構(gòu)造。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，按走向主要可分為NE向、NW向兩組。① NE向斷裂：區(qū)內(nèi)NE向斷裂較多，主要有F94、F95、F96-1、F112斷裂等，傾向NW、SE均有，傾角62°～80°。F112斷裂：走向長約1000 m，傾向NW320°，傾角60°～70°，正斷層，地表未見礦化、蝕變，深部見鉛鋅錫礦體。② NW向斷裂：區(qū)內(nèi)NW斷裂不多，主要有F120、F125斷裂等。F120斷裂：已知走向長度大于2000 m，傾向SW205°，傾角70°，逆斷層，地表局部見鉛鋅礦化，深部見鎢礦體，本斷裂形成較晚，截切了所有與其相交的斷層。

礦區(qū)內(nèi)無巖漿巖出露。

根據(jù)可控源音頻大地電磁法(CSAMT)測量成果，每條測線中深部均出現(xiàn)有較為明顯的高阻異常，其分布具有一定規(guī)模，具有一定的起伏變化特征，且電阻率值較高，一般大于3000 Ω·m，初步推測中深部高阻異常對應(yīng)為隱伏巖體，隱伏巖體頂界面平均埋深大約為450 m。

通過3個鉆孔(ZK3001、ZK1601、ZK1201)驗證，深部隱伏有燕山早期(155 Ma)癩子嶺黑云母花崗巖(圖2)，巖體埋深分別為461.52 m、405.85 m、582.07 m，與物探推測完全吻合。巖體中心相為細(xì)—中粒黑云母二長花崗巖，巖相分界明顯。巖體的內(nèi)外接觸部位具云英巖化、鉀化、硅化、黃鐵礦化蝕變。

圖2 三合圩礦區(qū)隱伏巖體等深線圖Fig.2 Contour map of the depth of concealed rock mass in Sanhexu mining area1—可控源大地音頻電磁測深線 2—見礦鉆孔 3—巖體侵入等深線及高程 4—已設(shè)采礦權(quán)范圍

3 礦床地質(zhì)

3.1 礦床地質(zhì)條件

三合圩錫礦的主要賦礦地層為中泥盆統(tǒng)跳馬澗組中段第二層(D2t2-2)，為白色中厚—厚層狀石英砂巖、雜色砂巖及硅質(zhì)頁巖，靠頂部有一層厚約2 m的較穩(wěn)定的豆?fàn)畛噼F礦砂巖。層厚80～120 m。

控礦構(gòu)造為巖體侵入早期斷裂，多為NE—SN走向，產(chǎn)狀相對平緩，形成的礦脈相對厚大，并具有穩(wěn)定延伸。

礦床存在的隱伏花崗巖體，是成礦母巖，一方面提供了成礦物質(zhì)來源，另一方面為成礦提供了熱動力，與香花嶺礦田內(nèi)的瘌子嶺巖體均屬陸殼重熔型花崗巖，為同期不同階段產(chǎn)物[16]。

3.2 礦體特征

通過研究礦體類型、產(chǎn)出狀態(tài)、賦存規(guī)律、空間位置等特征，結(jié)合鉆孔數(shù)據(jù)對比分析，圈定主要礦體4個，編號分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號，其中Ⅳ號礦體為巖體中的銣礦；次要礦體15個，編號分別為①～。

Ⅰ號礦體：由ZK1201、ZK1601及礦山實(shí)施的ZK001、ZK002揭露控制，礦體走向NW—SE向約110°，傾向NE，傾角12°～37°。賦存于中泥盆統(tǒng)跳馬澗組石英砂巖的層間破碎帶中，受層間裂隙碎裂帶控制，其產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，形狀為似層狀，主要有用組分為Sn、Pb、Zn，礦石礦物為錫石、方鉛礦、閃鋅礦，呈浸染團(tuán)塊狀、脈狀分布。礦體平均品位：Sn 0.35%，Pb 1.06%，Zn 1.69%，礦體平均厚度為3.63 m。

Ⅱ號礦體：由ZK3001、ZK1601揭露控制，結(jié)合老虎崖礦山資料可知[17]，礦體走向NW—SE向約110°，傾向NE，傾角20°。賦存于中泥盆統(tǒng)跳馬澗組石英砂巖的層間破碎帶中，受層間裂隙碎裂帶控制，矽卡巖型礦化蝕變，其產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，形狀為似層狀，主要有用組分為Sn、Zn，礦石礦物為錫石、閃鋅礦，呈浸染團(tuán)塊狀分布。礦體平均品位：Sn 0.231%，Zn 2.03%，礦體平均厚度為3.57 m。

Ⅲ號礦體：由鉆孔ZK3001揭露控制，礦體真厚2.92 m，礦體傾角47°，賦存于斷裂帶中，形狀為似層狀、透鏡狀產(chǎn)出。主要有用組分為Sn，礦體平均品位：Sn 0.505%。

Ⅳ號礦體：銣礦體賦存于隱伏巖體中，由ZK3001、ZK1601、ZK1201揭露控制，已控制平均厚度為51.86 m，品位為0.112%～0.147%，平均品位為0.134%。

3.3 礦石特征

本區(qū)鉆孔所見錫多金屬礦體組成的礦物成分較復(fù)雜，主要有來自圍巖的角礫以及含礦熱液攜帶來的金屬硫化物，一部分熱液石英以及在熱液成礦過程中生成的蝕變礦物(表1)。礦石結(jié)構(gòu)為自形—半自形、他形粒狀、交代結(jié)構(gòu)(圖3)，礦石構(gòu)造為條帶狀、浸染狀、細(xì)脈穿插狀構(gòu)造。礦石類型以錫石-石英型錫和錫石-硫化物型錫鉛鋅礦石為主。

表1 三合圩礦區(qū)主要礦石礦物組分Table 1 List of the main ore components in Sanhexu mining area

3.4 圍巖蝕變特征

礦區(qū)圍巖蝕變普遍，主要有硅化、矽卡巖化、云英巖化、螢石化、鐵錳碳酸鹽化、綠泥石化、透閃石化等。圍巖蝕變多與成礦關(guān)系密切，礦體與圍巖界線部分清楚、部分呈漸變過渡關(guān)系。云英巖化中常伴生有W、Sn礦化，并隨蝕變增強(qiáng)而構(gòu)成礦體；矽卡巖化強(qiáng)烈地段，伴生有Sn、Zn礦化；螢石化中常有Sn、Pb、Zn礦化。綠泥石化及碳酸鹽化蝕變除伴生有黃鐵礦產(chǎn)出外，同時有Pb、Zn礦化伴生。廣泛發(fā)育的硅化，可作為找礦的一種間接標(biāo)志，一般在強(qiáng)硅化石英砂巖層下部，賦存有一定規(guī)模的Pb、Zn礦體。特別是當(dāng)上述蝕變有兩種或多種疊加時，常形成較大規(guī)模的錫鉛鋅礦體或鉛鋅礦體。

圖3 礦區(qū)巖礦石顯微鏡照片F(xiàn)ig.3 Microscopic photo of rock and ore in the mining area(a)毒砂(Ars)交代磁黃鐵礦(Pyr)，(單偏光，反射光)；(b)方鉛礦(Gal)、黃銅礦(Cp)交代磁黃鐵礦(Pyr)，(單偏光，反射光)；(c)錫石(Cas)結(jié)晶半自形—他形粒狀，呈紅棕色，顏色分布不均勻，具環(huán)帶狀構(gòu)造，(單偏光)；(d)錫石(Cas)結(jié)晶他形粒狀，具環(huán)帶狀構(gòu)造和簡單雙晶，浸染狀分布在礦石中，(正交偏光)。

4 成礦規(guī)律

1)初步將三合圩礦區(qū)控礦核心因素歸納為巖體接觸帶—斷裂擴(kuò)容構(gòu)造[18-19]。熱液充填型、類矽卡巖型錫礦體不僅受巖體接觸帶控制，也同樣受接觸帶附近的斷裂構(gòu)造控制。斷裂構(gòu)造有兩個期次，一種為巖體侵入同期，形成于該類斷裂的礦脈通常較窄，產(chǎn)狀陡立；一種為巖體侵入早期斷裂，多為NE—SN走向，產(chǎn)狀相對平緩，形成的礦脈相對厚大，并具有穩(wěn)定延伸。

2)礦區(qū)中泥盆統(tǒng)棋梓橋組的碳酸鹽巖為成礦提供了一定的鉛鋅來源，淺變質(zhì)砂巖系則為成礦提供了一定的錫、鉍、銻、砷來源。構(gòu)造破碎帶的角礫巖、碎裂巖等是成礦的有利圍巖，礦床中的大部分礦體產(chǎn)于斷裂破碎帶中，因為此類巖性一方面利于礦液流通，另一方面利于礦物質(zhì)充填、交代、沉淀。

3)礦區(qū)內(nèi)存在的隱伏花崗巖體，與香花嶺礦田內(nèi)的瘌子嶺巖體均屬陸殼重熔型花崗巖，為同期不同階段產(chǎn)物，一方面提供了成礦物質(zhì)來源，另一方面為成礦提供了熱動力，便于成礦物質(zhì)遷移、充填、交代等，是成礦母巖。礦體產(chǎn)于賦存在巖體上方的層狀低阻異常中。

4)礦體呈似層狀、脈狀、礦石為硫化物類型，由深部向上，礦種的垂直分帶順序是錫石-錫鉛鋅-鉛鋅錫-鉛鋅礦；圍巖蝕變由垂直向下的順序是鐵錳碳酸鹽化-硅化-綠泥石化-陽起石化-透閃石化-電氣石化，其中綠泥石化與錫礦關(guān)系最密切。

5 找礦方向

5.1 鉆探見礦情況

通過對區(qū)內(nèi)開展的大比例尺專項地質(zhì)填圖、物化探測量成果進(jìn)行綜合研究后，先后實(shí)施3個鉆孔ZK3001、ZK1601、ZK1201，成功揭露了與巖體侵入相關(guān)的成礦體，并驗證隱伏花崗巖體的侵入情況。成礦類型以熱液交代型和矽卡巖型為主，礦化種類表現(xiàn)出的垂向分帶特征，從地表到深部礦化規(guī)律：鉛鋅→鉛鋅錫→錫鉛鋅[20]。

ZK3001深度為510.52 m，該孔在設(shè)計相應(yīng)深度揭露2層礦體，編號分別為Ⅱ、Ⅲ號；鉆孔還揭露其他3層礦(化)體，但其真厚均小于最低可采厚度；同時，鉆孔還成功驗證了深部隱伏花崗巖體的侵入情況(圖4)。

ZK1601為直孔，終孔深度為456.89 m，于孔深405.85 m處揭露巖體，該孔主要揭露3層工業(yè)礦體，編號分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ號；鉆孔還揭露其他5層鉛鋅礦(化)體，其中2層達(dá)到最低可采厚度，Pb+Zn品位為1.52%～4.39%；礦石礦物以錫石、(鐵)閃鋅礦、磁黃鐵礦呈浸染團(tuán)塊狀分布。同時，鉆孔還成功驗證了深部隱伏花崗巖體的侵入情況，發(fā)現(xiàn)巖體中含有銣礦，該孔控制銣礦體厚度為51.04 m，Rb的平均品位為0.139%。

ZK1201為終孔深度為634.75 m，于孔深582.07 m處揭露巖體；該孔主要揭露2層工業(yè)礦體，編號分別為Ⅰ、Ⅳ號；此外，鉆孔還揭露其他7層礦(化)體，其中3層達(dá)到最低可采厚度。同時，鉆孔還成功驗證了深部隱伏花崗巖體的侵入情況，發(fā)現(xiàn)巖體中含有銣礦，該孔控制銣礦體厚度為51.04 m，各礦(化)體特征見(表2)。

5.2 技術(shù)方法組合

對隱伏巖體的研究是三合圩礦區(qū)找礦的重點(diǎn)及難點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)和圈定隱伏及半隱伏巖體對本區(qū)深部找礦工作有著重要意義。以1∶5萬航磁數(shù)據(jù)的3D反演成像為基礎(chǔ)，結(jié)合高精度物探測量(CSAMT、SIP)和地質(zhì)信息，選取適當(dāng)?shù)拇呕蔬吔?，對區(qū)內(nèi)巖體的空間分布進(jìn)行識別和圈定，并對其3D空間形態(tài)進(jìn)行定量分析[21](圖5)。

圖4 三合圩礦區(qū)30勘探線剖面圖Fig.4 Sectional map of the prospecting line No.30 in Sanhexu mining area

表2 三合圩礦區(qū)ZK1201控礦一覽表Table 2 List of the orebodies controlled by drilling hole ZK1201 in Sanhexu mining area

圖5 礦區(qū)Ⅱ號礦體邊界推測Fig.5 The inferred boundary of No.Ⅱ orebody in the mining area1—第四系 2—中泥盆統(tǒng)棋梓橋組中段 3—中泥盆統(tǒng)棋梓橋組下段 4—泥盆系易家灣組 5—中泥盆統(tǒng)跳馬澗組中段第二層 6—中泥盆統(tǒng)跳馬澗組中段第一層 7—地質(zhì)界線 8—斷層 9—勘探線及編號 10—產(chǎn)狀 11—見礦鉆孔及編號 12—設(shè)計鉆孔及編號 13—Ⅰ號隱伏礦體 14—Ⅱ號隱伏礦體 15—推測Ⅱ號隱伏礦體延伸邊界

利用化學(xué)分析方法、原子光譜、X熒光分析、電子探針等分析方法分析巖礦成分，利用包裹體分析成礦溫度、壓力以及含礦流體成分，利用鉛、硫同位素或者40Ar/39Ar同位素測定成礦時代、成礦物質(zhì)來源，對三合圩礦區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)問題進(jìn)行系統(tǒng)研究，提升成礦認(rèn)知，指導(dǎo)找礦實(shí)踐。

5.3 下步找礦靶區(qū)

通過可控源大地音頻測深L6～L22線的綜合反演，初步構(gòu)建了隱伏巖體侵入及等深分布的模型。下步擬通過綜合物探測量，相互印證巖體反演的可靠性。

結(jié)合前人的研究成果[22-25]，分析認(rèn)為找礦有利區(qū)位位于隱伏巖體的南側(cè)，理由：① 南側(cè)兩個已施工見礦鉆孔都證實(shí)了與巖體侵入相關(guān)的成礦線索；② 有利的鈣質(zhì)碎屑巖巖層延伸至隱伏巖體南側(cè)，埋深均小于500 m，具備較好的成礦空間，成礦有利層位在巖體北側(cè)埋深較大，且可能發(fā)生倒轉(zhuǎn)；③ 隱伏巖體提供成礦物質(zhì)，巖體兩側(cè)300 m范圍內(nèi)找礦潛力大。

綜合分析，推斷Ⅱ號隱伏錫多金屬礦體向東延伸，可在三合圩礦區(qū)20線選擇有利地段開展鉆探驗證，追索巖體延伸及成礦空間，擴(kuò)大三合圩找礦成果。