山西義興寨金礦床鐵塘硐礦段原生暈地球化學(xué)與深部找礦預(yù)測(cè)

胡喬青　王義天　毛景文　何猛　白曉明　孫榮良　劉俊辰　王鵬

摘要：義興寨金礦床是山西省規(guī)模最大的金礦床，其深部成礦潛力如何及是否發(fā)育隱伏礦體，是礦山亟待解決的實(shí)際問(wèn)題。在對(duì)成礦特征、控礦因素和礦床成因有比較全面認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，采用礦床原生暈地球化學(xué)法對(duì)義興寨金礦床鐵塘硐礦段開(kāi)展了深部找礦預(yù)測(cè)研究。原生暈異常顯示，在6勘探線深部400～550 m標(biāo)高和0 m標(biāo)高附近存在2個(gè)主要Au異常中心，且0 m標(biāo)高附近金礦化規(guī)模最大，異常區(qū)即推測(cè)礦體范圍。原生暈元素軸向分帶序列自上而下為：Sb-Mn-Mo-W-Ni-B-Sn-P-Au-Hg-Cr-Co-Cu-Pb-Zn-Ag-Bi-As-Ba。因此，認(rèn)為鐵塘硐礦段深部具有很好的成礦潛力，推測(cè)在深部-400～-500 m標(biāo)高附近區(qū)域存在規(guī)模較大的富礦段。預(yù)測(cè)成果得到了近期布置鉆探工程的驗(yàn)證，新增金資源量8 t，為進(jìn)一步深部找礦工作提供了可靠支撐。

關(guān)鍵詞：原生暈地球化學(xué)法；義興寨金礦床；鐵塘硐礦段；深部找礦預(yù)測(cè)；華北中部構(gòu)造帶

中圖分類(lèi)號(hào)：TD11 P618.51文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

文章編號(hào)：1001-1277（2023）07-0001-09doi：10.11792/hj20230701

引 言

義興寨金礦床位于華北中部構(gòu)造帶北段，恒山雜巖帶南麓，是山西省規(guī)模最大的金礦床，累計(jì)探明金資源量超過(guò)91 t（金平均品位3.03 g/t）［1］。近年來(lái)，山西紫金礦業(yè)有限公司在原有石英脈型礦體深部發(fā)現(xiàn)了厚大蝕變斑巖型礦體，新增金資源量超過(guò)57 t，極大拓寬和擴(kuò)大了深部找礦勘查的思路和靶區(qū)范圍。然而，已探明的河灣蝕變斑巖體和鐵塘硐隱爆角礫巖筒深部的資源潛力如何，深部是否發(fā)育更大規(guī)模的隱伏礦體，目前尚不清楚，這是礦山亟待解決的實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題，也是同類(lèi)型礦床實(shí)現(xiàn)深部找礦突破的一個(gè)難題。

礦床原生暈地球化學(xué)法是研究礦床深部找礦前景非常直接有效的手段，礦山的勘探和開(kāi)發(fā)工作又為礦床原生暈研究工作提供了很好的條件［2-4］。自20世紀(jì)30年代起，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就開(kāi)始了對(duì)金屬礦床原生暈的研究，最初由蘇聯(lián)學(xué)者將原生暈地球化學(xué)定義為“由熱液成礦作用形成的，富集了成礦元素及其相關(guān)元素的一種環(huán)境”［5］，經(jīng)過(guò)多年對(duì)眾多典型礦床的研究，在工作方法、技術(shù)和原生暈分帶理論方面取得了重要進(jìn)展，前蘇聯(lián)學(xué)者格里戈良、奧勃?dú)J尼科夫等通過(guò)對(duì)蘇聯(lián)200多個(gè)不同類(lèi)型熱液金屬礦床原生暈的研究，總結(jié)確定了熱液礦床元素的統(tǒng)一軸向分帶序列（從下至上）：W-Be-As-Sn1-U-Mo-Co-Ni-Bi-Cu1-Au-Sn2-Zn-Pb-Ag-Cd-Cu2-Sb-Hg-Ba-Sr［6］。其中，Sn、Cu元素均有2個(gè)位置，是因?yàn)樗鼈冊(cè)跓嵋旱V床中賦存的礦物形式有變化，Sn1、Cu1以錫石和黃銅礦形式存在，而Sn2、Cu2以黃錫礦和黝銅礦形式存在［6］。隨后，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者深入研究了斑巖型銅鉬礦床，矽卡巖型銅礦床、鎢鉬礦床、錫礦床，脈狀金礦床、鉛鋅礦床等不同類(lèi)型熱液礦床的原生暈分帶特征，提出了各種類(lèi)型熱液礦床原生暈的地球化學(xué)模型，并成功預(yù)測(cè)了許多礦床深部的隱伏礦體［4，7-22］。因此，本文以義興寨金礦床鐵塘硐隱爆角礫巖筒為研究對(duì)象，在對(duì)其成礦特征、控礦因素和礦床成因有比較全面認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了礦床原生暈地球化學(xué)研究，以期為深部找礦工作提供有效支撐。本研究成果對(duì)同類(lèi)型金礦床深部找礦預(yù)測(cè)也具有重要示范意義。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)廣泛出露太古代片麻巖夾少量斜長(zhǎng)角閃巖和花崗偉晶巖等，片麻巖主要為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、花崗片麻巖等。片麻巖主要形成于2 526～2 475 Ma，少量形成于2 711～2 712Ma［23］。此外，少量中元古代白云巖和燧石角礫巖覆蓋在片麻巖之上（見(jiàn)圖1），白云巖主要出露于南門(mén)山礦段和鐵塘硐礦段，燧石角礫巖僅在南門(mén)山礦段局部出現(xiàn)，其為肉紅色、發(fā)育角礫狀構(gòu)造。

礦區(qū)內(nèi)主要發(fā)育北西向和近南北向2組斷裂。F4斷裂為北西向斷裂的主要代表，走向305°～335°，傾向南西，傾角65°～85°，形成的斷裂破碎帶寬數(shù)米到數(shù)十米。近南北向斷裂在礦區(qū)內(nèi)廣泛分布，該組斷裂為石英脈型礦體的主要容礦構(gòu)造。此外，少量北西向的次級(jí)斷裂分布于近南北向斷裂之間，也是石英脈型礦體的容礦構(gòu)造之一。

礦區(qū)及周邊巖漿巖非常發(fā)育，主要包括義興寨石英斑巖巖群和南側(cè)的孫莊復(fù)式巖體。其中，義興寨石英斑巖巖群發(fā)育4個(gè)火山頸相，即河灣、南門(mén)山、鐵塘硐、金雞嶺，并發(fā)育眾多北西向、近南北向石英斑巖、霏細(xì)巖、流紋斑巖、細(xì)晶巖等。其中，河灣巖體出露面積最大，其石英斑巖鋯石U-Pb年齡為136～138 Ma［24］?；鹕筋i被石英斑巖充填，其中可見(jiàn)長(zhǎng)城系高于莊組白云巖塌陷角礫，鐵塘硐巖體和金雞嶺巖體還發(fā)育有矽卡巖。鐵塘硐矽卡巖及霏細(xì)巖的U-Pb年齡為138～139 Ma［1］。孫莊復(fù)式巖體呈不規(guī)則巖株出露，主巖體為含石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖，西部發(fā)育晚期花崗閃長(zhǎng)斑巖和花崗斑巖，且被晚期含石英閃長(zhǎng)玢巖脈穿插［25］。此外，礦區(qū)發(fā)育一組北西向古元古代輝綠巖脈，以及少量正長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)斑巖、花崗巖、玄武巖、輝綠巖等巖脈和巖株。

鐵塘硐隱爆角礫巖筒的西側(cè)以3號(hào)金礦脈的控礦斷裂為界，東側(cè)以走向337°的斷裂為界，北西和南東兩邊則以走向50°的斷裂為界。平面形態(tài)略呈菱形，出露面積約0.05 km2，空間形態(tài)為向內(nèi)陡傾的筒狀體。鐵塘硐隱爆角礫巖筒見(jiàn)有后期侵入的石英斑巖脈、細(xì)晶巖脈。

鐵塘硐隱爆角礫巖筒大致以1 070 m中段為界，可分為上部矽卡巖段和下部無(wú)矽卡巖段。其中，上部矽卡巖段可見(jiàn)矽卡巖、片麻巖及霏細(xì)巖等角礫（見(jiàn)圖2-a～d）等被自身巖屑或花崗質(zhì)巖漿及閃長(zhǎng)質(zhì)巖漿膠結(jié)，構(gòu)成隱爆角礫巖，常常發(fā)育強(qiáng)烈的蝕變。角礫狀矽卡巖成分復(fù)雜，形態(tài)不規(guī)則，主要發(fā)育透輝石、石榴石、方柱石、透閃石-陽(yáng)起石、硅灰石、綠簾石、綠泥石、方解石、石膏等，礫徑為數(shù)毫米至數(shù)米（見(jiàn)圖2-a、b）。矽卡巖角礫中可見(jiàn)直徑幾厘米的團(tuán)塊狀鏡鐵礦集合體（見(jiàn)圖2-b），浸染狀、團(tuán)塊狀磁鐵礦，以及星散狀黃鐵礦。下部無(wú)矽卡巖段的角礫主要為蝕變片麻巖（見(jiàn)圖2-e、f），膠結(jié)物主要為硅質(zhì)、綠泥石、黃鐵礦等。蝕變片麻巖角礫中可見(jiàn)稀疏浸染狀、細(xì)脈狀黃鐵礦（見(jiàn)圖2-f）。鉆孔資料顯示，多條石英斑巖脈穿切了下部無(wú)矽卡巖段（見(jiàn)圖3）。石英斑巖在鉆孔中的視厚度為2～50 m，發(fā)育綠泥石化、絹云母化、黃鐵礦化等蝕變。局部見(jiàn)南北向石英-硫化物脈穿插角礫巖。

2 樣品采集與分析方法

本次工作選取鐵塘硐礦段6勘探線剖面（見(jiàn)圖1、圖3），采樣包括1070SMJL、830SMJL、T830ZK601、T510ZK402、T510ZK604、T510ZK803等6個(gè)鉆孔巖芯，采樣規(guī)則總體按照6 m等間距采集，個(gè)別高品位樣品集中出現(xiàn)的部位進(jìn)行了加密采樣，采集樣品合計(jì)306件。

原生暈地球化學(xué)分析測(cè)試元素共19種，包括Au、Cu、Ag、Pb、Zn、Bi、W、Mo、Cr、Hg、Sb、As、Mn、P、B、Ba、Sn、Co、Ni，分析測(cè)試工作在中冶一局環(huán)境科技有限公司測(cè)試中心完成。以先進(jìn)的現(xiàn)代大型分析儀器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀為主體，結(jié)合其他專(zhuān)項(xiàng)分析儀器作為配套分析方案，具體方法如下：

①利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS），試料用氫氟酸、硝酸、高氯酸分解并趕盡高氯酸，用王水溶解后，移至聚乙烯試管中，定容，搖勻。分取澄清溶液，用硝酸溶液（3+97）稀釋至1 000倍（指試料總稀釋系數(shù)為1 000），用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定樣品中Co、Ni、Cu、Pb、Zn、W、Bi、Mo、Cr、Mn、Sb、Ba等12種元素。②利用發(fā)射光譜法（ES），將樣品和緩沖劑磨勻混合裝入2根下電極中，滴加蔗糖乙醇溶液（10 g蔗糖溶于500 ml乙醇（1+1）中），90 ℃烘干備測(cè)定用。在兩米光柵攝譜儀上射譜，CCD系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)出數(shù)據(jù)，測(cè)定Ag、Sn元素。③利用氫化物-原子熒光光譜法（HG-AFS），用王水分解樣品，經(jīng)硫脲-抗壞血酸還原，以硼氫化鉀為還原劑，測(cè)定As元素。④利用冷蒸氣-原子熒光光譜法（CV-AFS），用王水分解樣品，直接分取溶液，用硼氫化鉀作為還原劑進(jìn)行測(cè)定Hg元素。⑤利用泡沫塑料吸附-石墨爐原子吸收光譜法（GF-AAS），試樣經(jīng)灼燒后用王水分解，在王水介質(zhì)中，用聚氨酯泡沫塑料吸附，以硫脲溶液解脫后直接進(jìn)行金的石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定Au元素含量。⑥利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-OES），試料用硝酸、鹽酸、氫氟酸，高氯酸分解并趕盡高氯酸，用鹽酸（1＋1）溶解后，移至10 ml聚乙烯試管中，定容，搖勻，取澄清溶液，測(cè)定P元素。

3 測(cè)試結(jié)果

鐵塘硐礦段原生暈數(shù)據(jù)特征值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知：各元素含量變化范圍總體較大，除Sn元素外，其他元素最大值和最小值變化范圍在1個(gè)數(shù)量級(jí)以上，個(gè)別可達(dá)4個(gè)數(shù)量級(jí)（如Au 1.3×10-9～ 12 444.6×10-9、Pb 6.3×10-6～ 17 210.0 ×10-6），可以很好地反映元素地球化學(xué)異常的分布特征。

鐵塘硐礦段原生暈元素相關(guān)性特征見(jiàn)表2。由表2可知：與Au明顯呈正相關(guān)的元素有Ag、Bi、Cu、Sn等，這與原生暈元素分布特征一致，暗示了Ag、Bi、Cu、Sn等可作為近礦暈元素組合。Bi、Sn、Cu通常指示高溫?zé)嵋合啵凳玖髓F塘硐礦段金成礦溫度較高。與Ag呈正相關(guān)的元素有Pb和Zn，而Pb、Zn與Au無(wú)明顯相關(guān)性，暗示了Pb-Zn-Ag礦化與金礦化存在分帶性。且Zn、Ag等與指示低溫的As、Hg、Sb元素呈明顯的正相關(guān)性，指示了Pb、Zn、Ag、As、Hg、Sb等可作為頭暈元素組合。

4 原生暈軸向分帶特征

利用SURFER軟件，將獲得的所有數(shù)據(jù)通過(guò)反距離加權(quán)插值法進(jìn)行網(wǎng)格化處理，獲得鐵塘硐礦段6勘探線的原生暈元素分布特征等值線圖（見(jiàn)圖4）。由圖4可知：Au、Cu、Ag元素在空間分布上具有很好的正相關(guān)性，這與相關(guān)性系數(shù)計(jì)算結(jié)果一致。通過(guò)數(shù)學(xué)推算確定了在400～550 m標(biāo)高和0 m標(biāo)高附近存在2個(gè)主要Au異常中心，異常中心的垂向距離約450 m，且0 m標(biāo)高附近異常規(guī)模較大，可為圈定礦體提供參考依據(jù)。

結(jié)合6勘探線剖面圖，鐵塘硐礦段深部金礦化富集段與流紋狀石英斑巖的出現(xiàn)非常吻合。例如，200 m、0 m、-200 m標(biāo)高附近出現(xiàn)的富礦樣品均來(lái)自石英斑巖或其附近。因此，角礫巖筒中穿插的石英斑巖脈或隱伏的斑巖體是重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

利用格氏法［6］開(kāi)展了礦床原生暈軸向分帶研究。首先，利用式（1）計(jì)算出各中段元素的線金屬量（Pl）：

式中：Ca為測(cè)線上的異常平均值（10-6）；Cb為背景平均值（10-6）；l為測(cè)線上異常線段的長(zhǎng)度（m）。

將線金屬量標(biāo)準(zhǔn)化至同一數(shù)量級(jí)，就得到分帶指數(shù)，利用式（2）計(jì)算分帶指數(shù)：

每種元素的分帶指數(shù)最大值所在標(biāo)高即為該元素在分帶系列中的位置。當(dāng)2種以上的元素分帶指數(shù)最大值同時(shí)位于剖面的最上中段或最下中段時(shí)，可以用變異性指數(shù)（G）來(lái)進(jìn)一步確定它們的相對(duì)位置，利用式（3）計(jì)算變異性指數(shù)：

式中：Dmax為某種元素的分帶指數(shù)最大值；Di為某元素在i中段的分帶指數(shù)值，不考慮分帶指數(shù)最大值所在的中段。

為保證礦床原生暈軸向分帶計(jì)算的樣品分布要求，選取鐵塘硐礦段6勘探線作為基準(zhǔn)剖面，以200 m高程為間距，劃分為800 m、600 m、400 m、200 m、0 m、-200 m共6個(gè)中段，每個(gè)中段選取20件樣品（鉆孔高程±10 m的巖芯樣品），進(jìn)行線金屬量計(jì)算。根據(jù)線金屬量、分帶指數(shù)及變化指數(shù)的計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)表3、表4），獲得鐵塘硐角礫巖筒自上而下的金屬元素分帶序列為：Sb-Mn-Mo-W-Ni-B-Sn-P-Au-Hg-Cr-Co-Cu-Pb-Zn-Ag-Bi-As-Ba。

依據(jù)元素相關(guān)性和軸向分帶序列，參考熱液礦床的經(jīng)典原生暈元素分帶模型［6］，本次工作提出鐵塘硐礦段原生暈頭暈、近礦暈、尾暈元素組合如下。

頭暈：As、Sb、Hg、Pb、Zn、Mn；

近礦暈：Au、Cu、Ag、Bi、Sn；

尾暈：Mo、W、Co、Ni。

整體上，鐵塘硐礦段原生暈軸向分帶序列具有以下特征：①金礦化主體位于400 m和0 m標(biāo)高附近。②金礦化上部出現(xiàn)代表尾暈的Mo、W等元素，指示了800 m標(biāo)高以上可能存在金礦化富集段。③代表頭暈的As元素出現(xiàn)在軸向分帶最下部，指示了深部可能存在隱伏礦體。

5 深部找礦靶區(qū)預(yù)測(cè)及鉆探驗(yàn)證

對(duì)于深部找礦靶區(qū)的預(yù)測(cè)，可以通過(guò)分帶參數(shù)（分帶參數(shù)=頭暈元素/尾暈元素）來(lái)判斷垂向上的頭、尾暈疊加規(guī)律，高值異常區(qū)代表頭暈位置，中間值對(duì)應(yīng)近礦暈區(qū)域，低值異常區(qū)對(duì)應(yīng)尾暈范圍。通過(guò)已知礦體范圍及其深部出現(xiàn)的低值異常即可推斷疊加暈的存在，即深部可能存在隱伏礦體。從Au元素分帶參數(shù)等值線圖（見(jiàn)圖5-c）上看，鐵塘硐深部-100 m和 -250 m標(biāo)高附近均出現(xiàn)了高值異常區(qū)，即頭暈元素組合異常，指示了-250 m標(biāo)高以下可能存在隱伏礦體。綜合考慮原生暈軸向分帶序列的計(jì)算結(jié)果、分帶參數(shù)異常強(qiáng)度及異常區(qū)范圍，以及已知富集中心垂向距離，推測(cè)在-400 ～ -500 m標(biāo)高區(qū)域可能存在另一個(gè)規(guī)模較大的富礦段，即深部有利找礦靶區(qū)。

礦山近期在510 m中段部署了坑內(nèi)鉆探工程進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了蝕變巖型礦體（見(jiàn)圖5-a），估算新增金資源量8 t，與本次工作預(yù)測(cè)的Au異常區(qū)范圍非常吻合（見(jiàn)圖5-b），證實(shí)了礦床原生暈地球化學(xué)法在義興寨金礦區(qū)找礦預(yù)測(cè)工作中的有效性。此外，本次提出的-250 m標(biāo)高以下找礦靶區(qū)，有待礦山進(jìn)一步部署鉆探工程加以驗(yàn)證。

6 結(jié) 論

1）義興寨金礦床鐵塘硐礦段原生暈元素軸向分帶序列自上而下為：Sb-Mn-Mo-W-Ni-B-Sn-P-Au-Hg-Cr-Co-Cu-Pb-Zn-Ag-Bi-As-Ba。

2）原生暈軸向分帶規(guī)律顯示，鐵塘硐礦段隱爆角礫巖筒深部具有很好的成礦潛力，推測(cè)在-400～-500 m標(biāo)高附近區(qū)域存在規(guī)模較大的富礦段。

致謝：在野外工作中，得到了紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司礦產(chǎn)地質(zhì)勘查院和山西紫金礦業(yè)有限公司有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員的大力支持和協(xié)助，論文修改過(guò)程中獲得了編輯與審稿專(zhuān)家提出的寶貴意見(jiàn)和建議，在此一并深表謝意！

［參 考 文 獻(xiàn)］

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Primary halo geochemistry and prediction for deep ore prospecting of the Tietangdong ore section，the Yixingzhai Gold Deposit，Shanxi Province

Hu Qiaoqing1，Wang Yitan1，Mao Jingwen1，2，He Meng1，2，Bai Xiaoming3，4，Sun Rongliang5，Liu Junchen6，Wang Peng7

（1.MNR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment，Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of GeologicalSciences; 2.MNR Key Laboratory for Exploration Theory & Technology of Critical Mineral Resources，School of Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences （Beijing）; 3.School of Earth Resources，China University of Geosciences（Wuhan）; 4.Mineral Exploration Institute，Zijin Mining Group Co.，Ltd.; 5.Shanxi Zijin Mining Company Limited;6.School of Earth Sciences，Guilin University of Technology;7.School of Earth Sciences and Spatial Information Engineering，Hunan University of Science and Technology）

Abstract：The Yixingzhai Gold Deposit is the largest gold deposit in Shanxi Province.The practical problems urgently to be solved are to explore the deep ore genesis potentials and identify developed concealed ore bodies.With a comprehensive understanding of mineralization characteristics，controlling factors，and ore genesis，the primary halo geochemical method of deposits was utilized to conduct deep mineral exploration prediction research on the Tietangdong ore section of the Yixingzhai Gold Deposit.The primary halo anomaly shows that there are 2 main anomaly centers for Au at elevations of 400 m to 550 m and 0 m，with the largest scale of gold mineralization near the 0 m elevation.The anomaly area is exactly the inferred range of the ore body.The element axial zoning sequence of the primary halo from top to bottom was obtained as follows：Sb-Mn-Mo-W-Ni-B-Sn-P-Au-Hg-Cr-Co-Cu-Pb-Zn-Ag-Bi-As-Ba.Therefore，it is believed that the Tietangdong ore section has good prospecting potential in the deep.It is speculated that there may be a large-scale ore shoot near the elevation from - 400 m to - 500 m.The prediction results have been verified through drilling recently deployed，and an additional 8 tons of Au reserve have been added，providing reliable support for further prospecting work.

Keywords：primary halo geochemical method;Yixingzhai Gold Deposit;Tietangdong ore section;deep ore prospecting prediction;central North China tectonic belt

收稿日期：2023-04-29； 修回日期：2023-05-15

基金項(xiàng)目：中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（KK2104，KK2217）；紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司科研項(xiàng)目（2261KY202008）

作者簡(jiǎn)介：胡喬青（1986—），男，助理研究員，博士，研究方向?yàn)榈V床學(xué)、成礦預(yù)測(cè)、巖石地球化學(xué)等;E-mail：535316362@qq.com

*通信作者：王義天（1969—），男，研究員，博士，研究方向?yàn)閮?nèi)生金屬礦床成因、成礦作用、區(qū)域構(gòu)造演化與成礦規(guī)律、礦床評(píng)價(jià)與成礦預(yù)測(cè)等;E-mail：wyt69@263.net