王 磊，楊偉衛(wèi)，蔡恒安，宋玉龍，劉孟合，程俊鑫，孫 達

(湖北省地質局 第一地質大隊,湖北 大冶 435100)

原生暈是元素因為自身的活動性及周圍地質體的特性,在成礦地質作用過程中以滲濾、擴散、氣相運移等方式,在礦體周圍的地質體中形成的元素地球化學異常。通過研究賦存在礦體及其周圍地質體中元素地球化學異常并用來指導找礦叫作原生暈找礦方法[1]。鄂東南礦集區(qū)是長江中下游成礦帶的重要組成部分,其具有礦種齊全和厚度大、品位高的特點[2]。石頭咀銅鐵礦床位于礦集區(qū)內銅綠山礦田東部,該礦床西距銅綠山銅鐵礦床約1.5 km,是典型的矽卡巖型銅鐵礦。該礦床是在20世紀70年代,由原湖北省鄂東南地質大隊所發(fā)現(xiàn)。目前,該礦床勘查及開采程度較高,已開拓至-720 m中段,但礦體深部延伸情況仍未得到控制。以往的地質勘查和科研工作集中在銅綠山銅鐵礦床和雞冠咀金銅礦床,石頭咀銅鐵礦床相關研究的文獻和資料卻較少?，F(xiàn)今該礦床的深部找礦工作仍以“趨勢外推法”結合鉆探工程驗證開展,而巖芯的原生暈測量數(shù)據(jù)沒有得到充分的利用,缺少評價深部成礦潛力的有效方法。因而本文在詳細分析礦集區(qū)及礦床地質特征的基礎上,總結分析礦床原生暈特點,結合地質資料,預測成礦有利地段,為下一步深部勘查提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質背景

鄂東南礦集區(qū)位于長江中下游最西端,揚子克拉通東北緣,北鄰大別超高壓變質帶,由長陽—陽新斷裂、襄樊—廣濟斷裂和麻城—團風斷裂所圍限,并被長江深斷裂橫切[3]。

區(qū)內地層發(fā)育較為齊全,除中、下泥盆統(tǒng)和下石炭統(tǒng)缺失外,古生界—新生界地層均有出露,其中三疊系大冶群碳酸鹽巖與區(qū)內銅鐵礦關系最為密切[4]。區(qū)內構造從古生代以來可劃分為加里東構造旋回、海西構造旋回、印支構造旋回、燕山構造旋回和喜山構造旋回[5],其中印支運動產生的北西—北西西向褶皺和斷裂奠定了區(qū)內覆蓋層的構造格架[6]。區(qū)內發(fā)育大面積的侵入巖和火山巖,巖漿巖的出露面積占全區(qū)23%,總面積5 100 km2。侵入巖包括六大巖體(圖1),分別為鄂城、鐵山、金山店、陽新、靈鄉(xiāng)和殷祖巖體,另外還有100多個的花崗閃長斑巖、斑狀閃長巖等小巖體[7]。石頭咀銅鐵礦所在的銅綠山礦田位于鄂城—大幕隆起帶的軸部、姜橋—下陸斷裂帶的中段、大冶復向斜的南翼、陽新巖體的西北端,處于鄂東南三角形構造巖漿巖區(qū)的中部[8],成礦地質條件十分優(yōu)越。

圖1 鄂東南區(qū)域地質圖Fig.1 Regional geological map of Southeast Hubei1.第四紀；2.白堊紀中期火山巖；3.晚三疊世—中侏羅世碎屑巖；4.寒武紀—中三疊世碳酸鹽巖夾碎屑巖；5.白堊紀花崗巖；6.早白堊世早期花崗閃長斑巖；7.早白堊世早期石英閃長巖；8.鐵礦床；9.銅礦床；10.鐵銅礦床；11.金銅礦床；12.銅鐵金礦床；13.銅鉬礦床；14.鎢銅礦床；15.鎢銅鉬礦床。

2 礦床地質特征

鄂東南礦區(qū)被第四系湖沖積層全掩蓋,據(jù)工程揭露,第四系覆蓋層下分布有大理巖且呈兩種產出形態(tài)：一是被巖漿巖分割包圍形成“舌狀體”或稱“捕虜體”,分布于礦區(qū)西部；二是與巖漿巖成反“S”型陡傾斜覆蓋于巖漿巖之上,形成礦區(qū)中部以東的大規(guī)模大理巖。

構造主要為接觸帶構造。從巖漿巖的分布形態(tài)可明顯的看出,巖漿巖侵入受到北西303°和北東20°兩組斷裂構造所控制,形成復雜的接觸構造,控制礦體的空間形態(tài)、產狀等,尤其是沿接觸帶處的斷裂—侵入復合帶是成礦最有利部位,部分單銅、單鐵礦體充填于接觸帶附近碳酸鹽巖地層的層間破碎帶內,形成與主礦體相平行的小銅礦體或鐵礦體。

本區(qū)巖漿巖為陽新巖體的一部分,陽新巖體形態(tài)復雜,為向深部逐漸擴大的巨大巖基。巖體長40 km,寬4～7 km,出露面積約215 km2,是鄂東南地區(qū)出露規(guī)模最大的侵入巖體。巖體與圍巖呈侵入接觸且四周均向外陡傾。該巖體為多期次(階段)侵入的復式巖體,由多種巖石類型組成。主體巖性為中—細粒石英閃長巖,往中心過渡為中粒石英閃長巖[9]。

礦體主要賦存于石英閃長巖與大理巖接觸帶部位,礦體的空間分布、形態(tài)和產狀嚴格受北西向接觸帶(伴隨有破碎帶)和破碎帶控制,且以前者為主。主礦體均分布在斷裂—侵入接觸帶內,礦體長900 m(3～20勘探線),傾向北東,傾角40°～85°。礦床主要由7個銅鐵礦體(鐵礦體)和1個輝鉬礦體組成,礦體賦存標高+36～-900 m。其中Ⅰ號礦體規(guī)模最大,占礦床資源儲量的90%。

Ⅰ號礦體(圖2)產于陽新巖體北緣石英閃長巖與大理巖的斷裂—接觸復合帶內,走向北西310°,局部隨接觸帶的形態(tài)變化出現(xiàn)分支復合。剖面上礦體沿接觸帶呈反“S”形分布,在巖體凸入圍巖或圍巖伸入巖體內的大理巖捕虜體接觸帶礦體厚度增大,局部陡傾接觸帶部位,礦體厚度減小或尖滅,形成自上而下沿斷裂—侵入接觸帶分布的7個分支礦體,單個礦體傾向延長50～550 m,礦體厚1.43～100 m,埋藏標高+36～-900 m,自西向東側伏。礦石類型以銅鐵礦石為主,次為鐵礦石、銅礦石,有少量的鉬礦石(圖3)。礦體的中心多為鐵礦石和銅鐵礦石,鉬礦石多分布于接觸帶近巖體一側,銅礦石多分布于銅鐵礦石的外部近大理巖一側或大理巖的層間破碎帶內。

圖2 石頭咀礦區(qū)Ⅰ號礦體剖面、中段礦體立體圖Fig.2 Section and middle section stereogram of No.1 orebodyin Shitouzui mining area1.石英閃長巖;2.大理巖;3.銅鐵礦體;4.中段標高;5.線號及位置。

圖3 石頭咀礦區(qū)各類型礦石Fig.3 Various types of ores in Shitouzui mining area

礦石結構主要有自形—半自形晶粒狀、他形粒狀、固熔體分離、膠狀、鱗片狀、壓碎和交代等結構。礦石構造主要為浸染與細脈浸染狀、塊狀、脈狀、角礫狀和條帶狀等構造。根據(jù)巖礦鑒定及人工重砂樣等綜合統(tǒng)計,本礦區(qū)共有礦物60余種,銅礦物有黃銅礦、斑銅礦、孔雀石、輝銅礦等；鐵礦物有赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦等；鉬礦物主要有輝鉬礦；脈石礦物有方解石、白云石、透輝石、蒙脫石、石英、長石等。

3 樣品及分析方法

本次對石頭咀礦區(qū)深部12個鉆孔(共589件樣品)進行了全孔原生暈取樣分析,樣品依巖性、蝕變、破碎程度不同分段采取,樣長一般5～10 m。分析檢測Au、Cu、Ag、As、Sb、W、Mo、Zn、Pb、Co、Ni、Ba等12種元素。其中,Cu、Pb、Zn、Co、Ni、Ba 6種元素用等離子光譜法(ICP-AES)定量分析；As、Sb 2種元素采用原子熒光光譜法(AFS)定量分析；W、Mo 2種元素采用極譜法(POL)定量分析；Au元素采用化學光譜法(ES)定量分析；Ag元素采用光譜深孔電極(ES)定量分析。分析檢測單位為湖北省地質局第一地質大隊實驗室。

4 原生暈地球化學分析

4.1 背景值和異常下限的確定

元素背景值反映的是一個區(qū)域地質體中元素含量的平均水平,也是計算元素異常下限基礎參數(shù)?！暗ā笔悄壳皯米顬閺V泛求解背景值和異常下限的計算方法,具有可操作性強且計算結果能較好反映礦區(qū)的基本地球化學特征,計算程序為：①求原始數(shù)據(jù)樣本的均值以及標準離差S,運用(n=1,2,3……)進行檢驗,只保留數(shù)值介于+nS和-nS之間的原始數(shù)據(jù),生成一個新的樣本數(shù)據(jù)庫；②繼續(xù)計算新樣本庫,得到新的均值和標準離差,按照上述方法進行檢驗,保留數(shù)值介于+nS和-nS之間的數(shù)據(jù),再生成一個新的樣本數(shù)據(jù)庫；③循環(huán)上述操作,直到剩下的數(shù)據(jù)X都滿足-nS≤X≤+nS停止運算；④用這次數(shù)據(jù)樣本的均值代表元素的背景值,均值加上n倍的標準離差代表元素的異常下限[10]。

本次工作選用了無礦化蝕變的205件中酸性巖漿巖樣品和228件大理巖樣品綜合計算了元素的背景值和異常下限,結果見表1。

表1 石頭咀礦床元素背景值及異常下限值歸納表Table 1 Element background value and anomalylower limit value of Shitouzui deposit

4.2 原生暈異常分析

元素異常濃度分帶標準是圈定原生暈異常和評價異常強弱的依據(jù)。濃度分帶標準一般定為三個級別,即外帶、中帶、內帶。外帶以元素異常下限為臨界值,中帶和內帶一般以外帶的2倍和4倍為臨界值[11]。石頭咀礦床元素原生暈異常的濃度分帶見表2。

表2 石頭咀礦區(qū)14勘探線元素濃度分帶表Table 2 Element concentration zoning of exploration line 14in Shitouzui mining area

依據(jù)各元素分帶標準,在礦體厚度較大的14線利用Surfer軟件繪制石頭咀銅鐵礦床各元素的原生暈異常剖面圖(圖4)。

4.2.1成礦指示元素

Cu元素是本礦床最主要的成礦元素,主要集中在-800～-950 m,其元素異常分布范圍也是最廣的,異常的濃集中心與礦體空間位置基本吻合,-1 000 m以下的微小串珠狀異常也有礦體與之對應,-800～-900 m之間的內帶異常較強且未封閉,可能指示剖面左側仍有礦體延伸。Au元素在14勘探線剖面是與Cu套合最好的元素,除濃度較Cu異常弱外,Au具有更好的分帶性。據(jù)前人研究成果,Ag除了以獨立礦物存在外,還在透輝石、石榴子石等矽卡巖礦物以及磁鐵礦、赤鐵礦、黃銅礦、斑銅礦輝銅礦等金屬礦物中富集[12]。在本區(qū),Ag元素異常分布在14線剖面中部,其異常的濃集中心和礦體空間位置較為吻合,但強度較小,元素異常集中在-850～-950 m之間,在-1 000 m下的深部,Ag元素又出現(xiàn)了小范圍的異常。Zn元素分布具有范圍小而異常連續(xù)的特點,異常主要出現(xiàn)在-800～-950 m,異常的分布和礦體分布較為接近,表現(xiàn)出成礦指示元素的特征。Zn不僅具有親硫性還具有親鐵性,所以Zn的內帶異常區(qū)域代表了銅礦和鐵礦的富集。

圖4 石頭咀礦區(qū)14線鉆孔原生暈剖面對比圖Fig.4 Profile comparison graph of primary haloes of 14 lines in Shitouzui mining area1.石英閃長巖；2.大理巖；3.矽卡巖；4.石英閃長巖；5.大理巖；6.矽卡巖；7.銅鐵礦礦體；8.鉆孔編號；9.地質界線；10.取樣位置及編號。

4.2.2近礦指示元素

Ba元素在礦體外圍的圍巖中出現(xiàn)了元素異常,特別是巖體一側表現(xiàn)出高濃度異常,這和很多矽卡巖礦床的地球化學異常特征相似[13]。這是因為Ba主要以Ba2+形式存在,離子半徑(0.135 nm)和K(0.138 nm)很接近,且Ba-O,K-O電負性差也非常接近,這導致Ba易于在巖漿巖中以類質同象的方式占據(jù)K在造巖礦物中的位置。含鉀礦物是Ba的主要富集礦物,在矽卡巖化、圍巖蝕變過程中,K2O遷出,其含量逐漸降低,隨著K的帶出,因為Ba和K相似的地球化學行為,Ba也被帶出形成了近礦部位的低值帶[14]。根據(jù)Ba這一特性以及元素異常特征,在矽卡巖銅礦勘查時可以將Ba的連續(xù)低值區(qū)作為一個成礦的評價指標。

Co、Ni的元素異常分布范圍較大,Co元素以-850 m異常濃度最高,Ni元素的濃集中心位于-800 m處,Co、Ni元素的異常主要形成在近礦部位。Co和Ni具有較強的親銅、親鐵性,而該礦床是以成銅、成鐵作用形成的Cu(Fe)硫化物礦床,因此Co是主要的伴生元素,其異常的分布范圍主要也是礦化的范圍。

Mo元素異常范圍呈串珠狀不連續(xù),多集中在靠近巖體一側,Mo一般認為是尾暈元素,重心應該在礦體的下部,但本區(qū)的礦床在礦上或者礦前緣也可能出現(xiàn)Mo的原生暈異常濃集中心,這是因為該區(qū)礦床上方鉀化、鈉化、黃鐵礦等蝕變比較發(fā)育,而Mo在這些蝕變中比較富集,符合Mo元素在熱液成礦作用中的地球化學行為。在成礦熱液中,K2MoS4和Na2MoS4是Mo元素的主要遷移形式。隨著物化條件的改變,K、Na元素析出,在圍巖中形成鉀化和鈉化,其含量降低,Mo元素便以MoS2形式沉淀下來,在礦體外圍形成異?；騿为毘傻V[15]。因此,本礦床中Mo的元素異常不能直接作為尾暈的標志,必須結合地質事實以及其他元素異常綜合分析。

4.2.3前緣指示元素

Sb元素在異常剖面圖中分布范圍較小且異常較弱,As元素從-720 m到深部-1 000 m都出現(xiàn)了異常,且As元素的異常未封閉。根據(jù)前人對于原生暈找礦法的研究[11],以及該方法在鄂東南地區(qū)的應用,As和Sb元素普遍作為前緣指示元素存在,此次研究發(fā)現(xiàn)As和Sb元素在剖面深處礦體尖滅處又出現(xiàn)了高濃度異常,根據(jù)“反分帶”準則,前緣指示元素出現(xiàn)在序列下部,或者典型尾部指示元素出現(xiàn)在序列上部,說明已知礦體為多個礦體疊加形成的結果,尾部發(fā)育的前緣異常則說明在深部可能存在一定潛力[16]。

Pb元素異常特征表現(xiàn)為異常范圍狹窄,在礦上出現(xiàn)內帶異常。熱液作用過程中,Cu和Pb礦化類型相近,可以同時存在于一個礦床中,也可能分別富集,Pb相比較于Cu,其富集偏向于較低溫度,加上它們親硫性的差別,Cu、Pb常出現(xiàn)一定的分帶性,銅趨向于更深處,而鉛趨向于淺部與外圍[17]。Pb、Mo、Ba等元素與圍巖蝕變鉀化和鈉化也有關,因為Pb2+和Ba2+易于和K+、Na+替換形成類質同象,成巖成礦過程中,K、Na析出形成鉀化和鈉化圍巖蝕變,Pb、Ba等進入造巖礦物晶格的幾率增大而使它們在鉀化、鈉化帶中富集。因此Pb的元素異常常表現(xiàn)出前緣暈的特征。

4.2.4其他元素

W元素異常分布符合礦體的形態(tài)分布但濃度較弱。W具有較強的親鐵性,其內帶異常反映了磁鐵礦或者赤鐵礦等鐵氧化物的富集,大量矽卡巖銅礦床的異常特征研究也顯示,W為礦床深部或礦體尾部指示元素,但往往與近礦元素異常疊加。

綜上所述,初步研究認為石頭咀礦區(qū)成礦指示元素為Cu、Au、Ag、Zn,近礦指示元素為Ba、Mo、Co、Ni,前緣指示元素為As,Sb,Pb。

5 深部找礦預測

5.1 鉆孔原生暈特征對深部找礦的指示

根據(jù)14線剖面鉆孔原生暈特征(圖4),Cu、Au、Ag等成礦指示元素濃度中心呈串珠狀分布,且在礦體末端濃度依然較強,因此,在已知礦體深部可能存在下一個濃度中心；As元素作為前緣指示元素,在礦體末端亦出現(xiàn)濃度再次聚集現(xiàn)象。結合地質資料成果(KZK1404鉆孔在240.47～249.91 m未含銅磁鐵礦礦石,累計見礦體厚度9.44 m),預測14線深部還存在較厚大礦體,也說明Ⅰ號主礦體沿傾向可以繼續(xù)延伸,在深部控制深度有望突破-1 000 m。走向上,主接觸帶深部Ⅰ號主礦體已延伸至17線(KZK1701見礦體厚度11.32 m),而19線、22線淺部的情況與17線非常相似,也發(fā)育尖滅再現(xiàn)的Ⅰ號礦體,因此在其深部很可能出現(xiàn)Ⅰ號主礦體走向上的延伸(圖5)。

圖5 石頭咀礦區(qū)各剖面對比及找礦預測圖Fig.5 Profile comparison and prospecting prediction graph ofShitouzui mining area1.第四系;2.閃長巖;3.石英閃長巖;4.大理巖;5.矽卡巖;6.銅鐵礦礦體;7.銅礦體;8.預測礦體。

5.2 礦區(qū)北部接觸帶遠景評價區(qū)

礦區(qū)北部的北東向接觸帶,長450 m,周邊巖體和圍巖分別為石英閃長巖和嘉陵江組碳酸鹽地層,此接觸帶形態(tài)與產狀,類似礦區(qū)10～15線間反S型陡傾斜接觸構造,傾向東,上部傾角約80°,一般已控制到-350～-650 m標高,最深達-700 m標高,但均未控制到下接觸帶,且深部拐彎處接觸帶傾向不明,根據(jù)前期鉆孔資料,礦石類型為含銅磁鐵礦礦石和單銅礦石,與礦區(qū)中東部的10～15線相似,且地表存在原生暈Cu異常及重力梯度帶,據(jù)此推斷本區(qū)在-700 m標高以下深部接觸帶是成礦有利部位。

6 結論

(1) 石頭咀銅鐵礦床為一典型矽卡巖礦床,銅鐵礦體主要賦存于斷裂—侵入接觸帶內,礦體產出形態(tài)及位置嚴格受接觸帶控制,接觸帶與破碎帶重合處對成礦最有利。

(2) 通過與地質剖面對比,Cu、Au、Ag、Zn 4種元素異常分布范圍廣,濃度分帶發(fā)育,具有明顯的以礦體為濃集中心的濃度梯度分帶,異常形態(tài)或分布與礦體套合較好,是較好的成礦指示元素；Ni、Co、Ba、Mo元素異常主要集中在礦體前緣和礦上,符合近礦指示元素的特征；Pb、As、Sb為前緣指示元素。

(3) 根據(jù)14線剖面鉆孔原生暈特征結合鉆孔資料成果,認為14線深部還存在較厚大礦體, Ⅰ 號礦體在深部存在“臺階狀”形態(tài)規(guī)律,在礦區(qū)深部北東方向繼續(xù)對 Ⅰ 號礦體走傾向進行追索和控制,尋找臺面,追索臺斜,進而發(fā)現(xiàn)新的臺面、臺斜,能夠進一步擴大找礦空間。