廬樅盆地北東緣西灣鉛鋅礦床原生暈地球化學(xué)特征及其對(duì)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(shù)院,安徽 合肥 230031;2.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局物化探大隊(duì),江西 南昌 330009)

原生暈指成礦作用過程中與礦體同時(shí)形成且分布于礦體周圍的某些元素的地球化學(xué)異常[1-3]。20世紀(jì)80年代以來,國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過對(duì)原生暈進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)熱液礦床原生暈具有明顯的分帶規(guī)律,即每個(gè)礦體都有獨(dú)特的前緣暈、近礦暈和尾暈[4-7]。目前,國(guó)內(nèi)原生暈找礦主要應(yīng)用于金礦床[8],在鉛鋅礦床中的應(yīng)用較少。

廬樅盆地是長(zhǎng)江中下游多金屬成礦帶的重要組成部分,區(qū)內(nèi)鐵、硫、銅及明礬石等礦產(chǎn)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(tǒng)總結(jié)區(qū)域成礦地質(zhì)條件、成礦規(guī)律及控礦因素等基礎(chǔ)上,安徽省勘查技術(shù)院通過大比例尺地磁、重力測(cè)量、綜合物探剖面測(cè)量及鉆探等勘查工作,在西灣地區(qū)孟湖里一帶發(fā)現(xiàn)了首個(gè)產(chǎn)于三疊紀(jì)東馬鞍山組灰?guī)r中的西灣大型鉛鋅礦床。該礦床雖已具大型規(guī)模,但研究程度較低。本文通過對(duì)西灣礦區(qū)巖石樣品進(jìn)行測(cè)試,采用聚類分析和因子分析等相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析方法，分析成礦元素與成暈元素之間的關(guān)系。以16號(hào)勘探線為例進(jìn)行鉆孔原生暈地球化學(xué)特征研究,圈定地球化學(xué)異常,建立地球化學(xué)找礦預(yù)測(cè)標(biāo)志,進(jìn)一步指導(dǎo)礦體圈連,為深部找礦和隱伏礦預(yù)測(cè)提供依據(jù),為廬樅盆地北東緣找礦勘查提供參考資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

廬樅盆地地處揚(yáng)子地塊北緣、郯廬斷裂帶南段,位于長(zhǎng)江中下游斷陷帶內(nèi),是長(zhǎng)江中下游成礦帶的重要礦集區(qū)之一。中生代,該區(qū)進(jìn)入強(qiáng)烈的板內(nèi)變形階段,發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造-巖漿活動(dòng),形成了一系列NNE向—NE向構(gòu)造巖漿帶,發(fā)育豐富的鐵、銅、金等礦產(chǎn)[19-20]。

廬樅盆地地層主要為中三疊統(tǒng)—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(gòu)成了該區(qū)獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)狀斷裂體系[18]。盆地基底隆起、火山機(jī)構(gòu)及其派生的環(huán)狀及放射狀斷裂是重要的控巖、控礦構(gòu)造。巖漿作用主要為燕山期火山巖-次火山巖活動(dòng)及大規(guī)模的巖漿侵入活動(dòng),巖漿活動(dòng)具多期次特點(diǎn),巖石類型主要為中基性、中性、中酸性、中偏堿性火山巖[18]。區(qū)內(nèi)主要金屬礦產(chǎn)成礦均與燕山期巖漿活動(dòng)和演化有關(guān),盆地內(nèi)及其周邊已發(fā)現(xiàn)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(zhì)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(qū)。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(jù)綜合物探和鉆探資料推測(cè),礦區(qū)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(jí)斷裂在礦區(qū)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(qū)的反映(圖1)。推測(cè)孟湖里一帶存在基底(膏巖層)隆起,局部形成小褶曲。礦區(qū)巖漿巖不發(fā)育,主要有西南部粗安斑巖和中北部周楊村閃長(zhǎng)巖等。

圖1 西灣礦區(qū)基巖地質(zhì)簡(jiǎn)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(gè)主礦體(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ),以鉛鋅礦為主,個(gè)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?guī)r及其上部次火山巖、龍門院組火山巖與東馬鞍山組灰?guī)r接觸帶附近,下部白云質(zhì)灰?guī)r、膏溶角礫巖中也有脈狀鉛鋅礦(化)體分布(圖2)。礦體形態(tài)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(guī)模、大小不一,具膨脹、收縮、尖滅再現(xiàn)、分叉現(xiàn)象,呈似層狀、透鏡體、薄板狀產(chǎn)出。礦石礦物成分簡(jiǎn)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(zhǎng)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(zhì)剖面圖Fig. 2 Geological section of line Ⅱ in Xiwan lead-zinc deposit

3 樣品采集及分析測(cè)試

對(duì)西灣鉛鋅礦區(qū)鉆孔進(jìn)行巖石樣品采集,鉆孔位置見圖1。根據(jù)不同巖性、礦化及蝕變分別采樣,采用連續(xù)撿塊法,基本樣長(zhǎng)10 m,礦化蝕變較強(qiáng)區(qū)段加密采樣,基本樣長(zhǎng)5 m。樣品加工及測(cè)試在自然資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成,嚴(yán)格按照《DZ/T 0248—2014巖石地球化學(xué)測(cè)量技術(shù)規(guī)程》[21]執(zhí)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(fā)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(bào)出率均滿足規(guī)范要求,分析質(zhì)量符合要求。

4 元素相關(guān)性分析

4.1 地球化學(xué)背景

共采集西灣礦區(qū)鉆孔原生暈巖石樣品1 680件,經(jīng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)(表1)并與安徽省揚(yáng)子地層區(qū)表殼豐度值[22]進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)Pb、Zn、Ag、Sb為強(qiáng)富集(c1≥2), As、Cu、W、Mo為較強(qiáng)富集(1.25≤c1<2),Au為基本相當(dāng)(0.8≤c1<1.25),Bi為強(qiáng)貧化(c1<0.4);As、Sb、Cu、Ag、W為強(qiáng)分異(cv≥0.7),Pb、Zn、Bi、Mo、Au為較強(qiáng)分異(0.4≤cv<0.7)。綜上所述,西灣鉛鋅礦區(qū)Ag、Sb具高背景強(qiáng)分異特征,Pb、Zn具高背景較強(qiáng)分異特征,As、Cu、W具較高背景強(qiáng)分異特征,Mo具較高背景較強(qiáng)分異特征。

表1 西灣礦區(qū)巖心樣品地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.2 聚類分析

對(duì)西灣鉛鋅礦區(qū)1 680件鉆孔原生暈樣品分析數(shù)據(jù)進(jìn)行R型聚類分析(圖3)。當(dāng)相關(guān)系數(shù)R=0.42時(shí),As、Sb、Pb、Zn、Ag、Mo聚為一類,Cu、Au、Bi、W聚為一類;當(dāng)相關(guān)系數(shù)R=0.485時(shí),Ag、Pb、Zn聚為一類,Sb、As聚為一類,Mo、Cu、Au、Bi、W聚為一類。結(jié)合地質(zhì)背景,認(rèn)為研究區(qū)Pb、Zn、Ag為主成礦元素組合,As、Sb、Mo為相關(guān)指示元素組合,Cu、Au、Bi、W與鉛鋅礦成礦無關(guān)。

4.3 因子分析

因子分析可以分析成暈元素的共生組合關(guān)系,可以反映礦床成因并指導(dǎo)找礦勘查工作[2]。研究區(qū)10個(gè)元素因子分析結(jié)果(表2)表明,F1因子由與成礦作用關(guān)系較密的Pb、Zn、Ag、As、Sb、Mo組成,F2因子由與成礦無直接關(guān)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(shí)出現(xiàn)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(jié)果與R型聚類分析結(jié)果基本一致。

注:1 680件巖石光譜樣在置信度95%時(shí),相關(guān)系數(shù)臨界值為0.047 826 5;在置信度90%時(shí),相關(guān)系數(shù)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(qū)指示元素正交旋轉(zhuǎn)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(xué)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(chǔ)上,以相關(guān)元素分帶特征為研究對(duì)象,探討其與成礦的相關(guān)關(guān)系。本文以西灣鉛鋅礦床16號(hào)勘探線為例進(jìn)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(yùn)用地球化學(xué)勘查數(shù)據(jù)一體化處理系統(tǒng)(Geochem Studio軟件) 對(duì)樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,成礦元素(Pb、Zn、Ag)異常下限采用《熱液礦床巖石測(cè)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(yè)品位下推一個(gè)數(shù)量級(jí)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(gè)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(yùn)用迭代剔除法按平均值±3倍標(biāo)準(zhǔn)離差法逐步剔除數(shù)據(jù)的離群值,直到剔除后的數(shù)據(jù)基本符合正態(tài)分布;② 對(duì)剔除離群值后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用算術(shù)平均值+2倍標(biāo)準(zhǔn)離差為異常下限值,結(jié)合區(qū)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(gè)濃度分帶(表3)。異常下限的算法和內(nèi)、外帶的劃分并非一成不變,實(shí)際成圖中需不斷調(diào)試,使各元素在原生暈剖面圖上突顯最佳分帶效果。根據(jù)異常濃度分帶值分別繪制西灣鉛鋅礦16號(hào)勘探線原生暈地球化學(xué)異常剖析圖(圖4)。

表3 西灣礦區(qū)原生暈異常濃度分帶值統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖4 西灣鉛鋅礦床16號(hào)勘探線及原生暈地球化學(xué)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(nèi)帶異常面積較小,三級(jí)濃度分帶齊全且展布特征相似。內(nèi)帶異常與鉛鋅礦體對(duì)應(yīng),為礦體的反映。

(2)Pb、Zn、Ag濃度分帶清晰,面積大,強(qiáng)度高,三級(jí)濃度分帶齊全且展布特征相似。Pb、Zn內(nèi)帶異常面積大,強(qiáng)度高,為礦體最直接的反映;Ag內(nèi)帶異常面積較小,與鉛鋅礦體基本對(duì)應(yīng)。

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

(4)Cu、Au、Bi、W異常與鉛鋅礦體無明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

結(jié)合礦體空間分布、地球化學(xué)異常特征及成礦成暈元素相互關(guān)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(hào)礦體附近同時(shí)存在前緣暈、近礦暈、尾暈,推測(cè)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(yù)測(cè)方面,原生暈軸向分帶序列具有獨(dú)特的地質(zhì)意義[24]。應(yīng)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(shù)法和廣義襯值法[25-30],本文采用格里戈良分帶指數(shù)法改良法[26]對(duì)西灣鉛鋅礦床16號(hào)勘探線Ⅲ號(hào)礦體進(jìn)行軸向分帶研究。將各礦體樣品分析數(shù)據(jù)進(jìn)行平均,將采樣位置中點(diǎn)標(biāo)高作為各中段標(biāo)高(表4)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,使所有元素?cái)?shù)值均統(tǒng)一到[0,1]數(shù)據(jù)區(qū)間(表5);用格里戈良分帶指數(shù)計(jì)算方法計(jì)算出新的分帶指數(shù)(表6),初步得出Ⅲ號(hào)礦體分帶序列為(Mo、W、Ag、Au)-(Pb、Zn)-(As、Sb、Bi、Cu),括號(hào)表示重疊元素,最后根據(jù)重疊元素的變化梯度得出Ⅲ號(hào)礦體軸向分帶序列為Ag-W-Mo-Au-Zn-Pb-Sb-Cu-As-Bi。

表4 16號(hào)線礦體微量元素含量測(cè)試結(jié)果

表5 16號(hào)線礦體微量元素標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)

表6 16號(hào)線礦體分帶指數(shù)

西灣鉛鋅礦床Ⅲ號(hào)礦體軸向分帶序列具“反分帶”現(xiàn)象,即礦體頭部出現(xiàn)尾暈元素Mo,尾部出現(xiàn)前緣暈元素As、Sb。原生疊加暈理論[31]認(rèn)為,軸向分帶出現(xiàn)“反常、反分帶”現(xiàn)象是多次成礦-成暈疊加的結(jié)果,且將反分帶、前尾暈共存作為預(yù)測(cè)盲礦的重要標(biāo)志。西灣礦床Ⅲ號(hào)礦體具“反分帶”特征,揭示其成礦作用較復(fù)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(duì)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(xué)特征對(duì)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?guī)r溶蝕破碎現(xiàn)象明顯,主礦體以浸染狀為主,地層和礦體產(chǎn)狀難辨識(shí)。原生暈研究前,礦體圈連以“就礦連礦”為原則,同時(shí)充分考慮礦體厚度和品位。G區(qū)段和B區(qū)段的礦體厚度和品位相差不大,故將其連接為一個(gè)主礦體,其他均作為單獨(dú)礦體(圖5(a))。原生暈研究后,根據(jù)原生暈地球化學(xué)異常特征(圖4),首先對(duì)A、B、C 3個(gè)異常區(qū)段進(jìn)行樣品補(bǔ)采,經(jīng)分析測(cè)試,在火山巖和灰?guī)r接觸帶上部火山巖中發(fā)現(xiàn)了鉛鋅礦體。根據(jù)原生暈地球化學(xué)異常剖析圖(圖4),結(jié)合新發(fā)現(xiàn)的鉛鋅礦體特征,對(duì)礦體進(jìn)行重新連接(圖5(b)),將賦存于灰?guī)r與火山巖接觸帶附近的A、B、C 3個(gè)區(qū)段的礦體連接為一個(gè)礦體(Ⅱ號(hào)礦體),將礦體厚度和品位基本相當(dāng)?shù)腄 、E、F 3個(gè)區(qū)段的礦體連接為一個(gè)礦體(Ⅲ號(hào)礦體),將厚度較大、品位較高的G區(qū)段礦體單獨(dú)連接(Ⅳ號(hào)礦體)。

圖5 原生暈研究前(a)、研究后(b)礦體圈連對(duì)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(hào)礦體賦存于灰?guī)r與火山巖接觸帶附近,11、Ⅲ、Ⅳ號(hào)礦體賦存于中三疊世東馬鞍山組角礫狀灰?guī)r中。礦體產(chǎn)狀相對(duì)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(zhì)規(guī)律,說明原生暈地球化學(xué)特征對(duì)礦體的圈連具有較好指示。

7 結(jié)論

(1)西灣鉛鋅礦區(qū)原生暈地球化學(xué)特征顯示,As、Sb、Pb、Zn、Ag、Mo與鉛鋅礦成礦關(guān)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(hào)勘探線Ⅲ號(hào)礦體原生暈軸向分帶特征具“反分帶”現(xiàn)象,揭示其成礦作用較復(fù)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(xué)異常與礦體的對(duì)應(yīng)關(guān)系表明,鉆孔原生暈地球化學(xué)特征對(duì)礦體的圈連具有較好的指示。