山東莒縣果莊地區(qū)物化探特征及找礦前景

龐新龍,燕軍利,余繼峰,蔣宗凱,柳漢豐

(1.山東科技大學(xué)，山東青島 266590；2.江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江西贛州 341000；3.中國(guó)冶金地質(zhì)總局山東正元地質(zhì)勘查院，山東濟(jì)南 250000)

0 引言

莒縣果莊地區(qū)位于華北陸塊魯西隆起汞丹山斷隆(次級(jí)隆起)構(gòu)造單元，區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈(李洪奎等，2004)。區(qū)域成礦條件良好，周邊已發(fā)現(xiàn)多處金礦床：矽卡巖型金礦(銅井金礦、金場(chǎng)金礦)及蝕變巖型金礦(龍泉站金礦、牛家小河金礦、南小堯金礦)(董樹(shù)義等，2010；石文杰等，2014；劉曉通等，2018)。然而研究區(qū)內(nèi)找礦工作尚無(wú)突破，區(qū)內(nèi)找礦技術(shù)方法應(yīng)用研究也屬空白區(qū)。物探、化探作為常規(guī)勘查方法，在地表勘查與深部找礦工作中具有不可替代的作用和優(yōu)勢(shì)(王聿軍等，2005；李祥才等，2009;張善明等，2011;俞勝等，2016;李富等，2016)。綜合運(yùn)用物化探找礦方法能夠快速圈定礦致異常區(qū)，有效、經(jīng)濟(jì)地縮小找礦靶區(qū)(李賽賽等，2016;吳志國(guó)，2019；羅凡等，2019；杜保峰等，2019；張忠利等，2021)。為此項(xiàng)目組在研究區(qū)開(kāi)展了1:5萬(wàn)水系沉積物測(cè)量，圈定出Au、Ag、Cu等多元素綜合異常區(qū)，同時(shí)開(kāi)展了1:1萬(wàn)激電中梯測(cè)量，圈定出激電異常區(qū)，確定隱伏礦體分布及形態(tài)特征，在激電異常區(qū)內(nèi)擇優(yōu)選取剖面開(kāi)展激電測(cè)深工作，獲取隱伏礦體的埋深、產(chǎn)狀及連續(xù)性信息。本文在成礦地質(zhì)背景基礎(chǔ)上，對(duì)莒縣果莊地區(qū)物化探異常特征進(jìn)行綜合分析，對(duì)研究區(qū)找礦前景進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為莒縣果莊地區(qū)及周邊區(qū)域后續(xù)找礦工作提供指示。

1 地質(zhì)概況

圖1 山東莒縣果莊地區(qū)地質(zhì)圖

本區(qū)西部為沂水-湯頭斷裂，北東走向，是汞丹山凸起和蘇村凹陷的構(gòu)造分界線。區(qū)內(nèi)以NE向斷裂為主，控制了區(qū)內(nèi)巖漿巖的分布形態(tài)，此外還發(fā)育有NNE-NEE及NW向斷裂。

2 典型礦床特征

雖然研究區(qū)內(nèi)金礦勘查尚未有所突破，但研究區(qū)周邊已發(fā)現(xiàn)多處金礦床，如銅井、金場(chǎng)、龍泉站、牛家小河、南小堯等，主要礦床類(lèi)型為矽卡巖型和蝕變巖型。

銅井金礦位于魯中隆起的東緣，鄌郚-葛溝大斷裂西側(cè)。礦體主要賦存于燕山期閃長(zhǎng)玢巖與寒武紀(jì)灰?guī)r接觸所形成的矽卡巖中。在地表，接觸帶附近發(fā)育較好的蝕變，內(nèi)接觸帶以鉀化、高嶺土化為主；外接觸帶發(fā)育硅化、大理巖化及較弱的矽卡巖化。深部蝕變分帶現(xiàn)象明顯，內(nèi)接觸帶普遍發(fā)育鉀化、高嶺土化和碳酸鹽化；外接觸帶發(fā)育矽卡巖化、角巖化和大理巖化(王巧云等，2017)。矽卡巖中可見(jiàn)石榴石與綠簾石分帶現(xiàn)象，礦化多見(jiàn)于綠簾石帶內(nèi)。

金場(chǎng)金礦位于沂沭斷裂帶西側(cè)的次級(jí)斷裂帶內(nèi)，礦體主要賦存于金場(chǎng)雜巖體的接觸帶及其外側(cè)圍巖中的構(gòu)造薄弱帶，形態(tài)復(fù)雜，金主要以裂隙金和包體金的形式存在于黃銅礦和黃鐵礦顆粒中。與成礦作用有關(guān)的圍巖蝕變十分發(fā)育，主要為發(fā)育于外接觸帶熱接觸交代(角巖化、大理巖化)、發(fā)育于雜巖體與含鈣質(zhì)巖石接觸帶內(nèi)的接觸雙交代(矽卡巖化)以及廣泛發(fā)育的熱液蝕變(綠泥石化、高嶺土化、碳酸鹽化等)(胡芳芳等，2010)。礦床類(lèi)型為矽卡巖型金銅礦。

龍泉站金礦位于沂沭斷裂帶內(nèi)、汞丹山凸起區(qū)南部。礦體主要產(chǎn)于沂水-湯頭大斷裂下盤(pán)新太古代變質(zhì)巖系中，傲徠山巖套二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖以及斜長(zhǎng)角閃巖為主要賦礦圍巖(石文杰等，2014)。礦石礦物主要為黃鐵礦、黃銅礦、銀金礦、自然金等。圍巖蝕變發(fā)育，主要有黃鐵礦化、硅化、絹云母化、綠泥石化等。礦床類(lèi)型為碎裂蝕變巖型金礦。

對(duì)研究區(qū)周邊典型金礦床的地質(zhì)和蝕變特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)周邊范圍的金礦化受斷裂構(gòu)造控制明顯，廣泛發(fā)育的中酸性巖漿巖也與成礦關(guān)系密切。礦石中金、銀、銅等元素伴生關(guān)系明顯，在金礦化的同時(shí)還廣泛發(fā)育黃鐵礦化、絹云母化、硅化等多種蝕變礦化。

3 地球化學(xué)異常特征

地球化學(xué)找礦方法可以經(jīng)濟(jì)高效地獲得多種目標(biāo)找礦信息(謝學(xué)錦，2002；王學(xué)求，2003；丁吉順等，2019；董一博等，2019；陳杰等，2021)。研究區(qū)開(kāi)展了1:50000水系沉積物測(cè)量工作，共采集水系沉積物樣品503件，樣品分析測(cè)試嚴(yán)格按照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DZ /T01304-2006執(zhí)行,樣品分析項(xiàng)目包括Au、Ag、Hg、Cu、Pb、Zn。其中Au采用化學(xué)光譜法分析，Ag采用發(fā)射光譜法分析，Hg采用原子熒光光譜法分析，其余元素采用原子吸收法分析。

采用Excel、SPSS軟件對(duì)研究區(qū)水系沉積物測(cè)量原始數(shù)據(jù)及背景數(shù)據(jù)(迭代剔除均值加減3倍標(biāo)準(zhǔn)離差)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析參數(shù)包括最小值、最大值、平均值、中位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)離差及變異系數(shù)(表1)。其中變異系數(shù)為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差與數(shù)據(jù)平均數(shù)的比值，反映元素的起伏變化、分散集中程度。Au、Hg的變異系數(shù)大于2為強(qiáng)變異，說(shuō)明這些元素集中分布，受到強(qiáng)烈的后期地球化學(xué)疊加作用，為區(qū)內(nèi)易成礦元素(陳冬和梁樹(shù)能，2015；黃文斌等，2019)。對(duì)比元素含量平均值和中位數(shù)，Au元素均值明顯高于中位數(shù)，表明其存在活化遷移造成的局部富集(翁望飛等，2018)。元素離散程度圖可以有效評(píng)價(jià)元素的成礦性(劉勁松等，2016；袁和等，2017；黃文斌等，2020)，圖2顯示研究區(qū)內(nèi)Au變化程度最高，亦反映區(qū)內(nèi)以Au成礦作用為主。

表1 研究區(qū)元素含量特征值

圖2 研究區(qū)元素離散程度圖

為探求研究區(qū)各元素之間的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)研究區(qū)水系沉積物測(cè)量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行R型系統(tǒng)聚類(lèi)分析(圖3)。區(qū)內(nèi)元素之間相關(guān)性最強(qiáng)的元素為 Cu、Pb、Zn 元素組合，揭示研究區(qū)具備中溫?zé)嵋撼傻V條件；當(dāng)距離系數(shù)值取 23時(shí)，Ag、Hg元素可歸為一類(lèi)，反映低溫?zé)嵋撼傻V作用元素組合特征；Au不表現(xiàn)出與其他元素具有相關(guān)特征，說(shuō)明該元素為熱液運(yùn)移系統(tǒng)頂部元素，受后期遷移影響較大，易成礦。

圖3 研究區(qū)元素聚類(lèi)分析譜系圖

異常圈定首先應(yīng)確定背景值及異常下限(肖霞等，2016)。研究區(qū)異常下限根據(jù)整個(gè)工作區(qū)(沂水-莒縣地區(qū))樣品統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定，首先利用迭代法確定各元素的背景平均值X，之后用得到的背景值計(jì)算異常下限。異常下限計(jì)算公式為：T=X+2×δ，式中：T為異常下限，X為背景平均值，δ為標(biāo)準(zhǔn)離差(裴圣良等，2018；殷天濤等，2019)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合工作區(qū)元素含量特征及元素的工業(yè)品位含量特征，進(jìn)一步確定異常下限的使用值。按照異常下限值的1、3、6倍劃分3個(gè)濃度帶，勾繪元素異常圖(圖4)。根據(jù)元素的地球化學(xué)親和性，并結(jié)合各異常元素的空間分布特點(diǎn)，在整個(gè)工作區(qū)圈定了兩種地球化學(xué)組合異常：Au、Ag、Hg、As、Sb組合異常和 Cu、Pb、Zn組合異常；然后在地球化學(xué)組合異常的基礎(chǔ)上，圈出各組元素異常的重疊部分，以此圈定了18處綜合異常區(qū)(圖5)。研究區(qū)位于A-6綜合異常區(qū)，異常組合元素為Au、Ag、Cu、Pb、Zn，異?？傮w走向NE，與斷裂構(gòu)造及巖漿巖體展布方向一致。綜合異常主要由4個(gè)金異常、5個(gè)銀異常、3個(gè)銅異常組成，Au最高值為773.8×10-9，Ag最高值為444×10-9，Cu最高值為147.2×10-6，Au異常具有明顯的富集中心。

圖4 研究區(qū)地球化學(xué)測(cè)量異常圖

圖5 整個(gè)工作區(qū)地球化學(xué)綜合異常圖

為驗(yàn)證水系沉積物測(cè)量結(jié)果的可靠性，對(duì)比了土壤剖面測(cè)量與水系沉積物測(cè)量金異常(圖4f)，可以看出水系沉積物測(cè)量金異常高值出露的位置與土壤剖面測(cè)量金異常高值出露的位置基本相符。此結(jié)果也表明研究區(qū)金遷移距離不大，這與本區(qū)地形較緩相一致。

4 地球物理異常特征

巖(礦)石的電性是物探激電工作的應(yīng)用前提,也是資料解釋的重要依據(jù)(李金銘，2004;李金銘，2005)。由研究區(qū)巖礦石電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表可知(表2)：含金銅礦石的極化率最高，平均值為11.15%，其對(duì)應(yīng)的電阻率顯示為中高阻，平均值為2684 Ω·m；而其它幾種巖性的極化率都非常低，平均值不到1.0%；中粒黑云二長(zhǎng)花崗巖和二長(zhǎng)花崗巖電阻率顯示為低阻，平均值分別為 321 Ω·m 和430 Ω·m；英云閃長(zhǎng)巖電阻率顯示為中高阻，平均值為2350 Ω·m；黑云二輝麻粒巖和花崗閃長(zhǎng)巖電阻率顯示為高阻，平均值分別為5586 Ω·m和6490 Ω·m。此外研究區(qū)內(nèi)不存在石墨化地層和炭質(zhì)板巖，可以排除引起激電異常的其它干擾因素，因此研究區(qū)具有物探激電工作的物性前提(傅良魁，1991;柳建新等，2006；周斌等，2017)。

表2 研究區(qū)巖礦石電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

激電中梯測(cè)量是目前我國(guó)金屬礦勘探中應(yīng)用最為廣泛的一種激電法(孫仁斌等，2017；楊宗耀等，2020)。通過(guò)激電中梯工作,可以較詳盡地了解了礦區(qū)內(nèi)極化體的位置走向,為找礦指明方向(徐遂勤等，2010)。為此研究區(qū)開(kāi)展了1:1萬(wàn)激電中梯測(cè)量，激電異常強(qiáng)度普遍較弱，視極化率背景值一般在0.8%～2.4%，以ηs=2.5%為異常下限圈定的激電異常23個(gè)，異常編號(hào)為DHJ-1～DHJ-23(圖6)。激電異常基本呈北東走向，極化率峰值為6.17%，視電阻率值一般在500～5000 Ω·m變化，激電異常對(duì)應(yīng)的視電阻率值基本都小于2000 Ω·m，除DHJ-1～DHJ-5為中高阻、高極化外，其它激電異常都具有低阻、高極化的特征(表3)。激電異?？傮w走向與區(qū)內(nèi)巖漿巖、構(gòu)造方向一致，且激電異常區(qū)與水系沉積物測(cè)量金元素異常分布近一致。視極化率異常特征為下伏地層巖性電性差異的反應(yīng)，由實(shí)測(cè)電性資料可知，非礦化巖石的極化率很低，據(jù)此推測(cè)激電異常(高極化率)為隱伏礦化蝕變所致，異常的北東向展布指示了隱伏礦體的走向。

表3 激電中梯測(cè)量綜合異常特征一覽表

續(xù)表3

圖6 研究區(qū)激電中梯異常及激電測(cè)深位置圖

激電測(cè)深可以較好地反映隱伏礦體的埋深、產(chǎn)狀及連續(xù)性(張東風(fēng)等，2010；孫亮亮等，2018)。結(jié)合地質(zhì)、化探異常特征，選擇DHJ-7、12、15、21、22號(hào)異常布設(shè)了6條激電測(cè)深剖面，剖面基本位于金元素異常濃集中心處，且垂直于主要構(gòu)造線方向。限于篇幅，本文以Ⅰ-3激電測(cè)深數(shù)據(jù)為例進(jìn)行說(shuō)明，并對(duì)測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行了帶地形的二維反演。

Ⅰ-3測(cè)深剖面布設(shè)于DHJ-7號(hào)激電中梯異常帶，該異常帶東北部未封閉，長(zhǎng)度大于2200 m，寬度在60～580 m。ηs極大值為8.37%，ρs一般在500～2000 Ω·m之間，異常具有低阻、高極化的特征。

Ⅰ-3激電測(cè)深擬斷面圖顯示，在1～8號(hào)測(cè)深點(diǎn)之間，AB/5=650 m以內(nèi)存在一規(guī)模較大的低阻、高極化異常，包含了大小四個(gè)高極值異常中心，其中在3～5號(hào)點(diǎn)間的異常中心最為突出，激電異常強(qiáng)度最高，規(guī)模也最大，ηs峰值為6.96%，整體異常近似直立。測(cè)深剖面的ηs、ρs反演模型顯示3～8號(hào)點(diǎn)間有一大的漏斗狀的以低阻、高極化率為主要特征的極化體，局部顯示為高阻。共包含了兩個(gè)極化體中心，其中4～6號(hào)點(diǎn)的主體極化體的極化率最大值為8.47%，電阻率值129～5600 Ω·m，極化體軸略傾向南東，極化率異常峰值位于約AB/5=40 m處。7～8號(hào)點(diǎn)間的極化體較小，主極軸傾向南東，中心埋深約在20 m(圖7)。

圖7 研究區(qū)激電測(cè)深Ⅰ-3擬斷面

綜合分析研究區(qū)物化探特征(圖8)，可以看出土壤剖面測(cè)量金異常與激電中梯低阻、高極化異常位置基本對(duì)應(yīng)，異常出露于斷裂構(gòu)造發(fā)育地帶及巖體接觸帶附近，這與區(qū)域內(nèi)典型礦床受到斷裂構(gòu)造控制明顯且與巖漿巖關(guān)系密切的特征一致。表明金礦體一般賦存在上述成礦有利空間中。

圖8 物化探異常對(duì)比

5 找礦前景分析

研究區(qū)新太古代巖漿巖廣泛分布，北東向斷裂構(gòu)造發(fā)育，具備良好的成礦地質(zhì)背景。水系沉積物測(cè)量金異常有多個(gè)富集中心，最高值達(dá)773.8×10-9，金元素異常高值出露位置與土壤剖面測(cè)量金元素異常高值出露位置基本相符。激電異?？傮w呈北東向展布，與斷裂構(gòu)造和沂水巖群呈條帶狀北東向分布相一致。土壤剖面測(cè)量金元素異常位置與激電中梯低阻、高極化異常位置基本對(duì)應(yīng)。

DHJ-7號(hào)激電異常的東南部有采砂金的歷史，激電測(cè)深具有明顯的高極化異常體，槽探揭露，在巖體中有沂水巖群老地層殘留體，在接觸帶有綠泥石化、高嶺土化及石英透境體，見(jiàn)有黃鐵礦化，金品位達(dá)0.11×10-6。DHJ-14號(hào)異常具有明顯的低阻、高極化的特征，其西南鄰近DHJ-21號(hào)激電異常，激電測(cè)深存在高極化異常體。異常東南河床中曾采過(guò)砂金，探槽揭示，探槽的西北靠近高極化異常，其巖石較破碎，蝕變強(qiáng)度大，有石英脈出露。

綜合成礦地質(zhì)條件、地球化學(xué)異常特征、激電異常、礦體特征等分析，認(rèn)為莒縣果莊地區(qū)找礦前景很好，是尋找熱液型金礦的有利地區(qū)。巖體接觸帶及斷裂構(gòu)造發(fā)育帶、Au元素異常濃集中心、低阻、高極化激電異常區(qū)及硅化、黃鐵礦化等圍巖蝕變發(fā)育地段是下一步找礦重點(diǎn)方向。

6 結(jié)論

(1)莒縣果莊地區(qū)1:50000水系沉積物地球化學(xué)測(cè)量和統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)Au元素變異系數(shù)較高，Au異常面積大峰值高且具有明顯的富集中心，結(jié)合異常元素組合特征初步判定研究區(qū)具有尋找中低溫?zé)嵋盒徒鸬V的潛力。

(2)研究區(qū)激電異常普遍具有低阻、高極化的特征，激電異?？傮w走向與區(qū)內(nèi)巖漿巖、構(gòu)造方向一致，且激電異常與化探異常吻合度較好。

(3)研究區(qū)物化探異常特征明顯，多元信息吻合度較高，找礦前景良好。巖體接觸帶及斷裂構(gòu)造發(fā)育帶、Au元素異常濃集中心、低阻、高極化激電異常區(qū)及硅化、黃鐵礦化等圍巖蝕變發(fā)育地段是下一步找礦重點(diǎn)方向。