江西相山礦田樂家測區(qū)地電提取異常特征及找礦預(yù)測

歐陽菲 羅先熔 同銳靈 韓淑朋 楊笑笑 王葆華

(1.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,廣西 桂林 541004;2.廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點實驗室,廣西 桂林 541004;3.廣西區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究院,廣西 桂林 541003;4.廣西壯族自治區(qū)三一〇核地質(zhì)大隊,廣西 桂林 541000)

相山是我國特大型鈾礦田,為充實我國鈾礦資源 儲備發(fā)揮了重要作用[1-3]。隨著經(jīng)濟的發(fā)展,先后在北部、西部發(fā)現(xiàn)了大量不同規(guī)模的礦床;中部地區(qū)尚未取得明顯找礦突破,但具備良好的成礦條件。其中,杏樹下地區(qū)已經(jīng)開展了“中國鈾礦3 000 m科學(xué)深鉆(CUSD2-1)”的研究工作,發(fā)現(xiàn)了4處鈾礦化段和5處鉛鋅金銅等多金屬礦化[3-4]。斷裂構(gòu)造與晚期巖脈復(fù)合定位式和斷裂構(gòu)造與火山層間離張構(gòu)造(基底界面)復(fù)合部位是相山深部第二找礦空間[5]。相山鈾礦田現(xiàn)有已知礦床埋深均在600～1 200 m[6-9],主要分布在基底界面附近。中部地區(qū)為火山盆地中心,預(yù)計其基底深度均超過1 000 m[9];最深處在相山—杏樹下之間,深達2 500 m標高以下[10]。因此,相山中部地區(qū)的基底深度大,礦體也具有很大埋藏深度,大多數(shù)的地球化學(xué)勘查手段效果欠佳。構(gòu)建2 000～3 000 m深度的鈾礦深部探測技術(shù)體系是“十三五”國家重點研發(fā)計劃“深地資源勘查開采”專項的研究目標之一。本研究以相山礦田中部地區(qū)作為試驗區(qū),探討地電提取法的深部探測應(yīng)用效果。

作為穿透性地球化學(xué)勘查技術(shù)之一[11],地電提取法尋找隱伏鈾礦工作已在多個礦區(qū)開展并取得了明顯效果。鄂爾多斯盆地東勝地區(qū)的已知礦體上方測得 U、Th、Ti、Mo、Pb、Zn、Cu、Ag 等元素異常[12]。 澳大利亞Four Mile East礦區(qū)的已知礦體上方測得U、Mo、Ag、Cu、Co 等元素異常[13]。 浙江江山地區(qū)開展找礦預(yù)測工作,測得 U、Th、Ti、Mo、Pb、Zn、Cu、Ag 等元素異常[14]。在江西盛源盆地的已知礦體上方測得U、Mo元素異常[15]。相山礦田居隆庵礦床64#線剖面已知礦體上方測得 U、Th、Mo、Pb、Zn、Cu、Ag 等元素異常[16]。以上研究實例中礦體的埋藏深度均在300～400 m,最深的是相山礦田居隆庵礦床,深度達700 m。因此,相山中部地區(qū)的找礦預(yù)測工作所要求的深度明顯超過了以往工作,這不僅對研究區(qū)的找礦突破具有重要意義,而且對于推進地電提取法的技術(shù)發(fā)展也具有十分重要的意義。

本研究在相山中部地區(qū)的樂家一帶開展了地電提取找礦預(yù)測研究,通過分析各元素(組合)的異常特征和空間分布規(guī)律,進一步分析了其地質(zhì)意義和深部找礦效果。

1 相山礦田地質(zhì)背景

相山礦田[9]位于揚子準地臺與華夏褶皺系的過渡部位,為贛杭火山巖成礦帶和大王山—于山花崗巖成礦帶的交匯部位。受NE向遂川—撫州深斷裂與NNE向宜黃—安遠深斷裂控制,在中生代出現(xiàn)大規(guī)模的中酸性火山巖噴發(fā)和巖漿淺成侵入活動,形成一個大型火山坍塌盆地(相山盆地)。

相山火山盆地巖性(圖1)以火山巖為主,其次為次火山巖,還包括少量的中基性巖脈;巖漿巖均為隱伏,或分布在外圍。盆地由基底、蓋層一起組成雙層結(jié)構(gòu):基底主要為中元古界淺變質(zhì)巖系,部分地段發(fā)育下石炭統(tǒng)、上三疊統(tǒng)地層;基底之上為盆地內(nèi)部的火山巖蓋層,包括打鼓頂組(K1d)和鵝湖嶺組(K1e),火山盆地北西側(cè)被白堊系紅層覆蓋。次火山巖分布于盆地的北部、東部和南部,圍繞盆地邊緣侵入、充填于斷裂和火山塌陷構(gòu)造中;巖性為次花崗斑巖、次花崗閃長斑巖和次斑狀花崗巖,它們與鈾成礦關(guān)系密切。地表中基性巖脈分布較少,主要隱伏于地下,與礦體關(guān)系密切,巖性有煌斑巖、輝綠巖、英安斑巖等。

圖1 相山地質(zhì)簡圖及地電化學(xué)測區(qū)位置[9]Fig.1 Xiangshan geological sketch and location of geo-electrochemistry survey area

相山地區(qū)構(gòu)造活動具明顯的多期性,經(jīng)歷了擠 壓、左旋走滑、伸展拉張、壓扭等階段,分別發(fā)育NW、EW、NE、NS向斷裂。

基底構(gòu)造主要由EW、NE及NS向3組構(gòu)造組成,也存在NW向構(gòu)造。EW向褶皺構(gòu)造及斷裂構(gòu)造發(fā)育且規(guī)模較大,為主要基底褶皺方向。NE向斷裂及其配套的NW向斷裂是基底主要斷裂方向。NE向遂川深斷裂在礦田北西側(cè)通過,控制了本區(qū)NE、NW、SN向斷裂的形成。該斷裂形成于加里東期并長期活動,是贛杭構(gòu)造帶的主要組成部分。

蓋層構(gòu)造以斷裂構(gòu)造和火山構(gòu)造為主。斷裂以NE向為主,是導(dǎo)礦、控礦構(gòu)造;NW向斷裂與前者一起形成菱形構(gòu)造系統(tǒng),對鈾礦床具有重要的控制作用;EW、SN向構(gòu)造也是在NW向構(gòu)造的基礎(chǔ)上演化而成。蓋層構(gòu)造的形成受基底構(gòu)造控制,在其基礎(chǔ)上活化、遷就、改造、發(fā)展而成?；鹕綐?gòu)造包括火山口、側(cè)侵出管道、環(huán)狀構(gòu)造、斷塊塌陷構(gòu)造、爆發(fā)角礫巖筒等。主火山口位于相山主峰附近;環(huán)狀構(gòu)造遍布火山盆地(特別是東部),控制了次火山巖的分布;側(cè)侵出管道在主火山口東側(cè),形成了云際礦床;斷塊塌陷構(gòu)造在西部特別發(fā)育,形成了階梯式塌陷,使得火山巖系地層產(chǎn)生褶曲并發(fā)育密集的裂隙群,控制了相山西部礦體形態(tài),形成了居隆庵、鄒家山礦床;爆發(fā)角礫巖筒主要出現(xiàn)在盆地北緣,形成了巴泉礦床。

礦石礦物主要有瀝青鈾礦、鈦鈾礦、鈾石、鈾釷石等,礦石類型一般分為鈾—赤鐵礦型、鈾—綠泥石型、鈾—螢石型和鈾—硫化物型等4個類型。相山礦田鈾多金屬元素組合類型[7]主要有U-Th-Mo、U-Pb-Zn-Ag、Pb-Zn-Ag、Au-Cu 等。

2 取樣分析

樂家一帶地電提取測量的測區(qū)范圍如圖1所示。采用500 m線距、100 m點距的取樣網(wǎng)度,共取樣341件。工作條件為:提取時間24 h、工作電壓9 V、兩電極距離1 m、提取液為15%濃度硝酸1 000mL。地電提取樣品送有色金屬桂林礦產(chǎn)地質(zhì)測試中心分析,采用ICP-MS和 ICP-AES分析方法,共分析了 U、Th、Mo、Pb、Zn、Cu、V、Ti、Co、Ni、As、Sb 等 12 種元素,分析數(shù)據(jù)的單位均為(×10-6)。

3 測試結(jié)果分析

3.1 統(tǒng)計分布特征

本研究地電提取元素的含量參數(shù)取值見表1。

表1 地電提取元素含量參數(shù)統(tǒng)計Table 1 Statistics of the element content parameters of geo-electric extraction

分析表1可知:12種元素均存在較大離散性,各元素極大值與均值(或中值、眾數(shù))都相差較大。從變異系數(shù)來看,U、Pb達到了15%以上,其次為V、Co、Zn、As,這些元素為異常劃分的主要依據(jù),其他元素作為次要參考。所有元素均不服從正態(tài)分布,均為正偏、高峰度,因此對數(shù)轉(zhuǎn)換后的箱狀圖能更加客觀地反映元素的統(tǒng)計分布特征[17]。經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換之后,大多數(shù)元素符合正態(tài)分布(圖2),中位數(shù)位于箱子最中間,呈上下對稱特征,但Cu、Zn仍具有較明顯的正偏特征。箱狀圖(圖2)中絕大多數(shù)元素都存在離群數(shù)據(jù),其中U、Pb、V、Co、As等元素離群值較多。

圖2 元素含量對數(shù)轉(zhuǎn)換后的箱狀圖Fig.2 Box diagram of element content after logarithm ic conversion

對原始數(shù)據(jù)進行Z標準化,再進行聚類分析。首先,進行標準化計算Z得分,然后使用平方Euclidean距離作為度量標準,采用組間連接方法,進行聚類分析,結(jié)果如圖3所示。

圖3 聚類分析樹狀圖Fig.3 Cluster analysis dendrogram

由圖3可知:距離值為15時,12種元素可以分為 3 組:U、Th、Mo、V、Ti、Co、Ni、Cu,Pb、As、Sb,Zn;距離值為5時,U、Th、Ti、Mo為1組,清晰地反映了鈾成礦作用的特點。相關(guān)研究顯示[8-9,18-20]:相山北部和西部多為復(fù)雜元素型礦床,礦石沉淀順序為磷灰石—鈾、釷、鈦的氧化物—鈾(釷)硅酸鹽,U、Th、Mo、Ti在礦石中是伴生的。地電提取的聚類分析結(jié)果與以上規(guī)律相吻合。同時,由于Mo與U在熱液成礦過程有許多相似性,可以貫穿熱液活動從早期到晚期的整個過程,相山礦田中鈾、鉬礦化在空間分布上基本一致[8]。Mo礦化一般與斑巖無明確關(guān)系,是獨立的構(gòu)造熱液活動產(chǎn)物[21]。 Cu、V、Ti、Co、Ni等元素可能反映了U元素的物質(zhì)來源于深部地幔流體,或者與變質(zhì)基底、基性巖脈等有關(guān),同時也可能與礦田中的紅化(赤鐵礦化)現(xiàn)象有關(guān)。Pb、As、Sb代表了多金屬硫化物沉淀階段,或者與酸性巖漿和熱液作用有關(guān)。

利用因子分析的主成分分析方法對地電提取的12種元素的原始含量數(shù)據(jù)進行降維處理。表2中的Pearson相關(guān)系數(shù)顯示,絕大多數(shù)元素相關(guān)性較強,只有Zn與其他元素聯(lián)系稍弱。因此,本研究對除了Zn以外的11種元素進行因子分析。當選擇3個因子時,其累積總方差貢獻達到87%。用最大方差法對因子載荷矩陣進行旋轉(zhuǎn)變換(表3和圖4),選0.7載荷作為標準來區(qū)分各因子的代表性元素。最終確定F1因子代表U-Th-Mo-V-Ti-Cu組合,方差貢獻率為56%,指示了主要成礦作用;F2因子代表Pb-As-Sb組合,方差貢獻率為16%,可能與多金屬硫化物沉淀或者酸性巖漿、熱液作用有關(guān);F3因子代表Co-Ni組合,方差貢獻率為8%,可能代表了煌斑巖脈的分布。

表2 因子分析的變量相關(guān)系數(shù)矩陣Table 2 Variable correlation coefficient matrix of factor analysis

圖4 因子分析的旋轉(zhuǎn)成分Fig.4 Rotation component of factor analysis

表3 因子分析的旋轉(zhuǎn)成分矩陣Table 3 Rotation component matrix of factor analysis

根據(jù)以上地電提取的12種元素的統(tǒng)計分布特征,分析認為:U、Th、Mo、V、Ti、Co、Ni、Cu 等 8 種元素彼此相關(guān)性強,而Pb、As、Sb等3種元素彼此相關(guān)性強;U、V、Co、Pb、As元素離群高值較多,異常分帶明顯,可以作為劃分異常的主要依據(jù);Th、Mo、Ti、Ni、Sb、Cu作為前面5種元素的補充,Zn元素一般情況下不做考慮。根據(jù)礦區(qū)成礦規(guī)律和地質(zhì)特征初步推測:U、Th、Mo、Ti等元素可能反映了主要成礦作用的結(jié)果(尤其是堿交代成礦);Pb、As、Sb等元素可能與多金屬硫化物沉淀或者酸性巖漿、熱液作用有關(guān);Cu、V、Ti等元素受成礦作用和基性巖脈雙重影響;Co、Ni等元素主要反映了基性巖脈,或者來自盆地基地;Zn元素意義不明。

3.2 單元素平面特征

單元素含量的平面特征包含了背景值和異常特征兩方面:①背景值的變化反映了礦區(qū)各類地質(zhì)體的綜合影響;②元素異常主要反映了微量元素富集情況和成礦作用的影響(包括隱伏礦體和控礦構(gòu)造)。樂家測區(qū)地電提取的12種元素中,以U、Th元素含量變化為主要找礦指標,其平面特征較為相似;除了Zn以外的其他元素均有一定的參考意義。

3.2.1 U、Th元素

U、Th兩元素的空間分布高度相關(guān),不但背景值變化趨勢相近,異常的分布位置也類似,差別在于異常的強度。

U元素(圖5)有兩處明顯異常,分別位于杏樹下北側(cè)35#線中部、上家?guī)X北東側(cè)。其中,杏樹下異常范圍寬(約300 m)、強度大,并且伴隨著NW向高背景帶。上家?guī)X異常強度更大,但其范圍小,且相應(yīng)的高背景區(qū)面積也小。在30#線西端出現(xiàn)異常高背景區(qū)和單點異常。Th元素特征與U類似(圖6):在28#線出現(xiàn)明顯的高背景帶,其兩側(cè)為NW向低背景;在29#～30#線東南端出現(xiàn)明顯的低背景帶,在30#線西端出現(xiàn)異常;在杏樹下北東側(cè)盡管無異常,但存在高背景區(qū)。

圖5 地電化學(xué)U元素異常平面Fig.5 Anomalous plane of U element in geo-electrochemistry

圖6 地電化學(xué)Th元素異常平面Fig.6 Anomalous plane of Th element in geo-electrochemistry

由圖6可知:U元素分布總體以NW向延伸為主,其含量變化與AMT推測的基底深度結(jié)果較為吻合,呈現(xiàn)出“NW向高背景帶對應(yīng)AMT大深度區(qū)、NW向低背景帶對應(yīng)AMT相對小深度區(qū)”的特點。為了更加清晰地表達該特征,計算了U、Th兩元素的含量比值,如圖7所示。

圖7 樂家測區(qū)w(U)/w(Th)平面分布Fig.7 Plan distribution of w(U)/w(Th)in Lejia survey area

圖7 AMT推測深度顯示,測區(qū)東側(cè)的腦似上—杏樹下之間存在一條NW向深度在1 450 m以下的大深度帶,與其對應(yīng)的地電提取特征為“U元素(高異常+高背景帶)+高w(U)/w(Th)”組合,主要包括32#線主體和部分 31#線、33#線、34#線樣品。 在該大深度帶東側(cè)出現(xiàn)大面積的地電低背景區(qū)和低w(U)/w(Th)值,包括34#線、35#線東南端,其對應(yīng) AMT深度為1 450～1 000 m的相對小深度帶。在下泥漿—樂家區(qū)域,AMT存在一條深度約1 000m的NW向相對大深度帶,在其兩側(cè)為深度850～1 000m的NW向相對小深度帶;與AMT對應(yīng)的地電元素U背景區(qū)也呈NW向,28#線主體為高背景帶,兩側(cè)的26#～27#線和29#～30#線為低背景區(qū),w(U)/w(Th)也呈中間高兩側(cè)低的特征。以上結(jié)果表明:地電 U含量、w(U)/w(Th)受基底深度控制,具有明顯的正相關(guān)關(guān)系。由圖7可知:w(U)/w(Th)一般在2以下,在U、Th異常周圍,w(U)/w(Th)則上升至5。

盡管U、Th元素總體變化趨勢相似,但測區(qū)東、西部分別存在差異(以NS向的下泥漿斷裂為界),如表4所示。

表4 測區(qū)東、西部U、Th統(tǒng)計參數(shù)對比Table 4 Comparison of the statistical parameters of U and Th between the east and the west of survey area

由表4可知:東部Th元素的均值和中值均低于西部,U元素則相反(東部略大于西部),原因是東部火山巖厚度明顯大于西部,杏樹下—相山主峰一帶為火山噴發(fā)中心。95百分位數(shù)一般可以作為初步的化探異常下限值,可以看出東部Th異常下限低,而U異常下限高。異常下限值的明顯差異可能反映出東、西部存在不同的成礦條件。從各元素異常圖(圖5)來看,東部U元素異常規(guī)模大,異常明顯;西部異常不明顯,存在多個單點弱異常;東部Th元素盡管無異常,卻存在高背景值;西部則反之,Th異常明顯、強度高、規(guī)模大。該結(jié)論與相山礦田現(xiàn)有的研究成果一致,例如李子穎[9]將相山礦田的鈾礦化分為簡單的鈾礦化和復(fù)雜的鈾釷鉬磷型,或者按元素分為單鈾型、鈾釷型、鈾磷型、鈾釷鉬型,說明 U、Th、Ti、Mo 的礦化在空間上存在明顯的差異性;李延河等[22]也認為在礦田北部、東部以單鈾礦種為主,西部為鈾釷共生。

3.2.2 其他元素

V元素的空間分布特征(圖8)與U元素類似,共有3處明顯異常。在杏樹下出現(xiàn)了明顯異常和NW向高背景帶,在上家?guī)X也為強異常。樂家北東側(cè)1 km處異常明顯,由3處單點異常和明顯的高背景區(qū)組成。

圖8 地電化學(xué)V元素異常平面Fig.8 Anomalous plane of V element in geo-electrochemistry

Ti元素的空間分布特征(圖9)更接近Th元素,共有3處異常,分別位于杏樹下、樂家北東側(cè)和上家?guī)X。Ti在杏樹下為單點異常,但周圍有明顯的NW向高背景帶,其他兩處位于斷裂交匯處。

圖9 地電化學(xué)Ti元素異常平面Fig.9 Anomalous plane of Ti element in geo-electrochemistry

Co、Ni元素總體與U相似(圖10、圖11),但存在一定的差異。在出現(xiàn)3處U異常的區(qū)域,同時也出現(xiàn)了Co、Ni異常。杏樹下異常也呈NW向,異常明顯,有高背景帶。與U元素的不同之處為:①在杏樹下異常附近分別出現(xiàn)了NE向高背景帶和不連續(xù)異常;② 在樂家周邊Co、Ni異常中心位置與U略有偏差,呈明顯的NNE向,與附近的斷裂平行。

圖10 地電化學(xué)Co元素異常平面Fig.10 Anomalous plane of Co element in geo-electrochemistry

圖11 地電化學(xué)Ni元素異常平面Fig.11 Anomalous plane of Ni element in geo-electrochemistry

Cu、Zn元素總體彼此相似(圖12、圖13),與U、Th、Mo等有明顯差異,與Co、Ni有一定相似性。在U元素異常的3個位置,Cu、Zn元素也有單點異常和高背景出現(xiàn),但異常形態(tài)和規(guī)模完全不同;同時,Cu、Zn元素異常呈現(xiàn)明顯的NE向延伸特點。

圖12 地電化學(xué)Cu元素異常平面Fig.12 Anomalous plane of Cu element in geo-electrochemistry

圖13 地電化學(xué)Zn元素異常平面Fig.13 Anomalous plane of Zn element in geo-electrochemistry

Pb、As、Sb元素總體彼此相似(圖14至圖16),與其他元素不同。在U元素出現(xiàn)異常的3個位置也出現(xiàn)了Pb、As、Sb異常。此外,3個元素的高背景區(qū)呈一定的SN、NE向延伸特點。

圖14 地電化學(xué)Pb元素異常平面Fig.14 Anomalous plane of Pb element in geo-electrochemistry

圖15 地電化學(xué)As元素異常平面Fig.15 Anomalous plane of As element in geo-electrochemistry

圖16 地電化學(xué)Sb元素異常平面Fig.16 Anomalous plane of Sb element in geo-electrochemistry

Mo元素的空間分布(圖17)與U元素也較為類似,但異常位置一般出現(xiàn)在U、Th異常的外圍。在測區(qū)中間出現(xiàn)明顯的弧形低背景區(qū),由北段的SN向變?yōu)槟隙蔚腘W向。在28#線也出現(xiàn)了NW向高背景帶,其兩側(cè)為低背景區(qū)。異常主要有4處,分別在樂家北東側(cè)1 km處、樂家北側(cè)1 km處、杏樹下北東側(cè)、上家?guī)X北側(cè)。杏樹下異常呈弧形分布于U異常外圍,其他3處異常均位于斷層交匯處。

圖17 地電化學(xué)Mo元素異常平面Fig.17 Anomalous plane of Mo element in geo-electrochemistry

3.3 多元素組合特征

根據(jù)前文聚類分析、因子分析結(jié)果,將除了Zn元素以外的11種元素分為3組,分別是F1因子(以U、Th、Mo、V、Ti、Cu 為代表),F2因子(以 Pb、As、Sb 為代表),F3因子(以Co、Ni為代表)。將因子綜合得分繪制成平面圖,為了方便對比,將因子綜合得分為0～0.6的稱為正得分帶,得分為0.6～1.0的稱為高得分帶,得分為1～2的稱為異常帶,大于2的稱為特高異常帶,如圖18至圖20所示。

圖18 F1因子得分平面Fig.18 Plan of F1factor score

圖19 F2因子得分平面Fig.19 Plan of F2factor score

圖20 F3因子得分平面Fig.20 Plan of F3factor score

F1因子(圖18)反映了主要成礦作用發(fā)生的位置,是 U、Th、Mo、V、Ti、Cu 等 6 種元素的綜合體現(xiàn)。在杏樹下出現(xiàn)了高得分帶,并在周邊地區(qū)伴隨著NW—NNW向正得分帶。F1因子存在一定的線狀分布特征:從上家?guī)X—杏樹下—羅家出現(xiàn)不連續(xù)的線狀分布,總體呈NNE向,由正得分帶、高得分帶、特高異常帶等組成。最高值位于上家?guī)X,得分高達16,但屬于單點異常。

F2因子(圖19)是Pb、As、Sb等3種元素的綜合體現(xiàn)。最高值位于樂家北東側(cè)1 km處,有3條斷裂交匯于此,得分高達16。在杏樹下呈半環(huán)形分布于F1因子周圍,為正得分帶+高得分帶組合。在下泥漿呈NE向分布,為正得分帶+高得分帶組合。

F3因子(圖20)是 Co、Ni等2種元素的綜合體現(xiàn),最高值為7,出現(xiàn)在下泥漿東側(cè)的28#線。該因子元素少,因此得分超過1的異常帶很常見。在杏樹下附近為NNE向線狀分布,由正得分帶、高得分帶、特高異常帶等組成。在樂家附近呈NE向分布,也由正得分帶、高得分帶、特高異常帶等組成。

4 討 論

本研究地電提取的異常解譯工作是在礦田地質(zhì)特征、礦化作用和構(gòu)造特征綜合分析的基礎(chǔ)上進行的。以主成礦U元素為主要依據(jù),結(jié)合聚類分析、因子分析結(jié)果,對地電測區(qū)內(nèi)的元素平面特征和異常進行了分析,進而探討其地質(zhì)成因。測區(qū)內(nèi)地質(zhì)情況簡單(圖1、圖7),除了鵝湖嶺組(K1e)火山巖地層外,最主要的是多組斷裂分布,出現(xiàn)極少量花崗斑巖脈(γπK1),NE向、SN向斷裂是最主要的構(gòu)造。

4.1 地電提取金屬元素與礦區(qū)地質(zhì)背景的關(guān)系

地電提取異常受相山地區(qū)成礦作用和地質(zhì)過程的控制,其金屬元素來源于地下礦體和相關(guān)成礦地質(zhì)體,通過地電提取溶解產(chǎn)生活化,然后經(jīng)過漫長時間和過程遷移,最后到達地表并沉淀。相對而言,土壤地球化學(xué)異常由地表原巖在原地風化而成;地電提取異常則與之不同,其來源深度更大。在地下較大深度(可達數(shù)百米、甚至更大)的區(qū)域,原巖可以在有水的條件下產(chǎn)生變化。這種變化以電化學(xué)反應(yīng)為主,所形成的化學(xué)物質(zhì)一般粒度較細,可以達到納米級。經(jīng)過各種物理、化學(xué)過程(包括地下水、上升氣流等多種途徑)遷移至地表,最終在土壤中沉淀并形成地電提取異常。地電提取所獲得的金屬元素主要受地下水和氣體影響,以較為活性的賦存形態(tài)為主,受土壤中納—微米級顆粒影響最大,并不能提取出土壤中的全部金屬。

地電提取異常顯然離不開測區(qū)的地質(zhì)背景和礦床特征。相山礦田內(nèi)成礦和蝕變作用盡管很復(fù)雜,但仍然有一些規(guī)律。從時間順序來看:相山礦田的礦化早期為堿交代鈾成礦,形成以U、Th、Mo、Ti等元素為主的氧化物沉淀;中期還發(fā)生了多金屬硫化物成礦,形成了Pb、Zn、Au、Ag等元素富集;晚期為酸交代鈾(螢石-水云母型)成礦,形成以U硅酸鹽為主的沉淀。從空間分布來看,東部、北部以堿交代為主,西部的酸交代作用幾乎完全覆蓋了堿交代范圍。大多數(shù)礦體產(chǎn)于酸堿交代疊加部位。成礦前多期次的巖漿作用和演化為鈾成礦奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)[9],中生代深部熱點活動引起地幔熱流物質(zhì)上涌并與硅鋁殼混溶。同時,酸性火山巖及侵入巖導(dǎo)致的熱液蝕變也會形成Cu、Pb、Zn等元素的富集,這與U成礦過程中所形成的元素異常相互疊加?？傮w來說,U成礦既與V、Ti、Co、Ni、Cu等鐵族元素密切相關(guān),又與熱液過程中發(fā)生的沉淀相關(guān)。同時,與U關(guān)系最為密切的還是放射性元素Th。相山盆地的成礦熱液與紅盤密切相關(guān)[22],來自紅盆的高鹽、高氧逸度的鹵水經(jīng)后期巖漿活動加熱,并萃取火山巖和變質(zhì)基底巖石中的U元素,形成富鈾成礦溶液。由此可見,U及伴生元素的來源可能還與震旦系基底地層有關(guān)。西部的居隆庵、鄒家山礦床屬于U-Th-REE-Mo-P型元素組合,北部的云際礦床為UP型,沙洲礦床為U-Pb-Zn-Ag型[7]。

相山盆地以SN向羅陂—上南斷裂為界,被分為東、西兩部分,其蝕變、礦化作用和構(gòu)造特征均具有明顯差異[23]。地電提取元素也存在類似特征。根據(jù)圖1和圖7,測區(qū)東部靠近相山主峰,其地質(zhì)特征表現(xiàn)為基底深度較大(AMT推測深度超過1 000 m),為主火山口的巖漿通道,不整合面產(chǎn)狀相對較陡,火山巖厚度大,變質(zhì)巖基底埋藏深。其周邊地區(qū)斷裂以NE向、SN向為主,斷裂分布相對較稀。地電測區(qū)西部靠近鄒家山礦床,其基底相對較淺(700～1 000 m),變質(zhì)巖基底與火山巖之間的不整合面產(chǎn)狀平緩,構(gòu)造以NW向和NE向組成的菱形斷塊為特征(尤其是鄒石斷裂以西[10]),同時存在其他方向的斷裂,斷裂分布較密集。相山礦田東、西部的構(gòu)造差異[7,24-26]以SN向斷裂(圖7中的腦似上—下泥漿斷裂,分布在徜坑—羅陂—下泥漿—油溪—游家山等地)為分界。地電測區(qū)西部地質(zhì)特征與相山盆地剖面圖(圖21)的左側(cè)部分相近,地電測區(qū)東部與剖面圖的中間部分(相山主峰)相近。結(jié)合前文U、Th元素在東西部差異的分析,本研究認為:測區(qū)東部的成礦特點可能與盆地北側(cè)沙洲礦床類似,以斷裂控礦為主,礦體主要賦存在控礦斷裂中,以富礦為主,礦化以單鈾為主,其他元素的富集程度較低;西部可能與鄒家山、居隆庵等類似,即礦體賦存在NE向斷裂與次級斷裂的交匯部位(或附近密集裂隙群中),礦化以鈾釷型為主,各種金屬元素的富集程度均高于東部。

圖21 相山盆地剖面[22]Fig.21 Profile of Xiangshan Basin

4.2 地電提取多元素綜合異常特征

對地電提取元素的平面分布特征進行了對比、分析和總結(jié),劃分了3處綜合異常,即杏樹下異常、上家?guī)X異常、樂家北東側(cè)異常(分別對應(yīng)于圖22中LJ1、LJ2、LJ3異常),其中杏樹下異常(LJ1異常)為最主要的異常,所有異?；蚋弑尘皡^(qū)均與斷裂有關(guān)。

圖22 地電提取綜合異常劃分Fig.22 Division of the comprehensive anomaly of geo-electric extraction

4.2.1 地電提取異常與斷裂的關(guān)系

U、Th元素的空間分布呈NW向帶狀延伸特點,可能意味著NW向斷裂在局部控制了火山巖厚度分布和元素的分布規(guī)律。胡寶群等[26]發(fā)現(xiàn)在相山等華東南的鈾礦田中,常見先形成“X”形節(jié)理,后在力偶作用下沿“X”形節(jié)理的一枝發(fā)生平行滑動,形成間斷、側(cè)列、菱形的張性小斷塊?！癤”形節(jié)理可能控制了第一期打鼓頂組(K1d)的分布和火山盆地的基底形態(tài)。由于U、Th元素與火山巖的厚度基本保持一致,所以總體上以NE向為主的斷裂周邊出現(xiàn)異常,但在遠離斷裂的位置出現(xiàn)NW向分布的帶狀高、低背景區(qū)。

測區(qū)內(nèi)幾乎所有元素的異常都受斷裂控制(圖5至圖17)。大多數(shù)異常分布在已知NNE向斷裂北西側(cè)或者SN向斷層?xùn)|側(cè),杏樹下、樂家北東側(cè)等兩處主要異常位于NE、SN向斷裂的交匯位置,斷層經(jīng)過的區(qū)域,大多數(shù)元素都出現(xiàn)低背景帶。只有Co、Ni元素不受NW向斷裂的影響,在樂家周邊呈NNE向帶狀分布,并跨越了NW向斷層。同時,還有不少元素的背景呈NE、SN向帶狀分布,但它們不在任何已知的斷裂附近,推測存在隱伏斷裂或者中基性巖脈。Cu、Zn元素異常的NNE向帶狀分布特征十分明顯,Cu在樂家—腦似上—鄒家大隊一帶最明顯,Zn在上家?guī)X—杏樹下—圳上—羅家一帶最明顯。

因子分析結(jié)果也呈現(xiàn)類似規(guī)律,即F1因子(圖18)出現(xiàn)明顯的NE向分布特點,杏樹下、上家?guī)X等兩處的主要高值區(qū)都與斷裂有明顯關(guān)系;F2因子(圖19)在樂家北東側(cè)的異常為3條斷裂交匯處,而在下泥漿—杏樹下一帶呈NNE向分布;F3因子(圖20)異常存在NE向和NNE向兩個延伸方向。

南嶺地區(qū)鈾礦受區(qū)域斷裂控制,鈾礦床在鈾礦田內(nèi)往往受1條或數(shù)條二、三級的主干斷裂及與其直交或斜交的次級斷裂控制[27],鈾礦體受局部性低級別的斷裂和裂隙控制。相山礦田不同級別的斷裂對礦體的控制極為重要,基性巖脈的分布也與斷裂、成礦密切相關(guān)。以往在相山地區(qū)的研究成果也顯示了明顯受斷裂控制的帶狀分布特征[16]。

4.2.2 杏樹下異常

杏樹下異常(圖22中LJ1異常)中,所有元素在杏樹下周邊都出現(xiàn)了異常。最典型的是U、Th元素:U異常規(guī)模大、異常明顯;Th盡管無異常,但出現(xiàn)了高背景區(qū),相對周圍的低背景區(qū)來說,Th元素的富集趨勢還是存在的。w(U)/w(Th)的異常分布最明顯。V、Ti兩種元素的平面特征較接近,盡管V的異常強度高、范圍大,但是如果將周邊的高背景區(qū)考慮進來,則兩者的分布范圍幾乎相同。Co、Ni的異常特征相似,異常范圍接近,但Co的異常強度比Ni高。Pb、As、Sb的異常特征相似,只有Sb為單點異常。Cu、Zn在杏樹下北側(cè)也存在異常,但綜合分析認為他們主要與斷裂有關(guān)。

F1、F2、F3因子均在杏樹下附近出現(xiàn)了異常,區(qū)別在于F2因子圍繞在F1的南側(cè)外圍。這可能暗示了成礦作用的順序或者范圍不同:U的沉淀范圍更小,多金屬成礦范圍要大些;或者早期在異常中心發(fā)生了鈾礦化,而晚期熱液上升向南遷移了。F1因子在杏樹下為“單點異常+高得分帶”組合;F2因子以異常帶分布在F1因子外圍,也是“單點異常+高得分帶”組合;F3因子為明顯異常帶。

杏樹下位于主火山口的巖漿通道中,既是AMT異常顯示的深基底中,也是布格重力異常邊緣。其東側(cè)不遠處存在SN向斷裂,并且該斷裂發(fā)育一條NE向次級斷裂。以上地質(zhì)特征表明,杏樹下的成礦潛力巨大。地電異常中主要元素U在此處的異常最明顯,同時其他元素均顯示了或強或弱的異常。所以,杏樹下異常為本次工作最佳的找礦靶區(qū)。

4.2.3 上家?guī)X異常

上家?guī)X異常(圖22中的LJ2異常)中,所有元素在上家?guī)X都出現(xiàn)了強異常,但以單點異常為主,只有Mo、As為多點異常。異常都位于35#線上,34#線并無異常,35#線為測區(qū)最邊緣的一條線,其異常形態(tài)未完全控制。

盡管存在上述不利因素,但是上家?guī)X異常找礦潛力仍然較好。上家?guī)X異常位于SN向斷裂東側(cè),附近也有規(guī)模明顯的NW向斷裂,屬于斷裂交匯的附近區(qū)域。綜合考慮認為,上家?guī)X的找礦潛力比杏樹下要小,但優(yōu)于樂家北東側(cè)。林子榆等[10]研究表明,該處存在一個重、磁反演的基底小凸起(代表火山巖底界面起伏),可能是小的斑巖體或巖脈。

4.2.4 樂家北東側(cè)異常

樂家北東側(cè)異常(圖22中的LJ3異常)位于樂家北東側(cè)約1 km處,該異常為3條斷裂交匯處。U元素出現(xiàn)弱異常,其他元素也出現(xiàn)了或強或弱的異常。U元素為3個單點異常+高背景區(qū)組合;Th、Mo、Ti、V、Cu、Ni、Pb、As、Sb 均出現(xiàn)強異常;Co 在該處為高背景,但在附近出現(xiàn)NNE向強異常帶;Zn只有單點弱異常,且位置有偏移。F2因子在此處呈現(xiàn)強烈異常,即該處可能是熱液活動較強的位置。F1因子得分為0左右,表明各元素的異常位置并不吻合,彼此有一定偏移。F3因子在該處有異常,但有偏移。

盡管樂家北東側(cè)異常中分布有3條規(guī)模明顯的斷層,但從地電提取的指標來看并不理想,尤其是U元素只有弱異常。

4.2.5 上家?guī)X—羅家推測斷層Fx

在上家?guī)X—杏樹下—圳上—下泥漿—羅家一帶存在一條NNE向的F1高得分帶(圖18至圖20中的“Fx”),以正值為主,同時也經(jīng)過杏樹下異常和上家?guī)X異常。F2因子也有顯示,不過長度要短,從羅家—杏樹下北西側(cè)就終止了,且位置略向西偏移。F3因子也呈明顯的帶狀分布,但在28#線上向羅家東側(cè)偏移。

各單元素在該帶周邊出現(xiàn)不同的帶狀分布特點(圖5至圖 17)。 V、Ti、Cu、Ni在該帶上呈現(xiàn)中間低值、兩側(cè)高值的NNE向分布。Co的NNE向特征不明顯,但局部呈NE向分布特征。值得一提的是,Zn在此帶上特征最為明顯。U、Th、Mo等元素不明顯,但圖7中的w(U)/w(Th)值呈現(xiàn)斷續(xù)的帶狀分布特征。據(jù)此推測,Fx可能為一條發(fā)育在火山巖中的NNE向斷裂。

本研究推測的上家?guī)X—羅家NNE向構(gòu)造體(Fx)與鄒家山、牛腦上、樂家、杏樹下等4條斷裂呈近似等間距排列(圖1)。后3條斷裂也呈NNE向,在相山地區(qū)規(guī)模明顯、延伸遠。林子榆等[10]研究表明:王泥坑—上家?guī)X—杏樹下—羅家一帶存在NNE向構(gòu)造,與高精度磁測[8]所推測的NE向斷裂(游坊—上家?guī)X—陽家山)位置相吻合。竇小平等[28]研究中提及了該斷層的存在。

4.3 地電提取結(jié)果對深部找礦的指示意義

(1)地電提取 U、Th元素的空間分布特征和w(U)/w(Th)值較好地反應(yīng)了相山盆地的基底深部或火山巖厚度,這說明地電提取測量結(jié)果能夠反映較大深部特定地質(zhì)體的存在,其有效深部可達1 000 m以上;相對于背景區(qū)來說,具有更高強度的異常區(qū)可能是深部礦體造成的。

(2)不同的地電提取元素組合能夠反映和區(qū)分特定的地質(zhì)體和地質(zhì)作用,據(jù)此可以在一定程度上判斷成礦作用的范圍和特點、地質(zhì)體的成因聯(lián)系,甚至物質(zhì)來源。在進行成礦預(yù)測時,通過分析不同元素組合所代表的地質(zhì)含義,來篩選合適的元素,判斷異常是否具有找礦意義。

(3)相山礦田的地電提取異常與斷裂有明顯關(guān)系,各元素在空間的分布特征受成礦斷裂控制。相山礦田中的鈾礦體圍巖有火山熔巖、次火山巖和隱爆角礫巖,甚至變質(zhì)巖,無明顯的巖性專屬性;鈾礦化都嚴格受斷裂所控制,一旦離開斷裂及兩側(cè)的強蝕變巖,就基本不含鈾礦[7]。一方面斷裂控制了礦體的賦存,導(dǎo)致元素異常往往出現(xiàn)在斷裂附近;另一方面,斷裂破壞了原有巖石中元素的空間分布特點,導(dǎo)致元素背景區(qū)被斷裂切割并在斷裂周圍出現(xiàn)低值區(qū)。

5 結(jié) 論

(1)樂家測區(qū)地電提取測量結(jié)果可以為找礦預(yù)測提供有效參考,其中U異常為最重要的找礦依據(jù),Th、Mo異常作為輔助找礦指標,其他元素異常均具有一定的指示意義。

(2)U、Th、Mo、Ti、Cu、V 等元素是造成樂家測區(qū)空間分布的主因子F1,可能代表了主要的鈾成礦作用,其中 U、Th、Mo 等與成礦最為密切;Pb、As、Sb 等元素為F2因子,一般分布于F1因子的外圍,可能反映了酸性巖漿和熱液作用的結(jié)果;Co、Ni等元素為F3因子。

(3)w(U)/w(Th)值是相山地區(qū)重要的找礦指標,其異常特征與AMT推測結(jié)果的吻合度高。