甘肅北山白山堂銅礦外圍找礦靶區(qū)地球化學評價方法示范

2013-12-13 05:08:10馬生明朱立新唐世新徐明鉆

地球學報 2013年3期

馬生明, 朱立新, 唐世新, 徐明鉆

1)中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所, 河北廊坊 065000;

2)中國地質科學院, 北京 100037;

3)江蘇省地質勘查技術院, 江蘇南京 210018

有統(tǒng)計資料顯示, 1950—2000年50年間, 全球27個國家70個典型礦床中有41.5%是在老礦區(qū)外圍,或已知成礦帶附近找到的, 由此表明, 在已知礦床外圍找礦是擴大礦產(chǎn)資源量的有效途徑之一。通常情況下, 已知礦床及其外圍地質礦產(chǎn)工作程度均相對較高, 因此要想實現(xiàn)地質找礦新發(fā)現(xiàn), 應用的勘查技術需要有所創(chuàng)新和發(fā)展。本文以甘肅白山堂斑巖型銅礦為中心, 探討了綜合利用富集、貧化兩類指標構成的異常結構進行找礦靶區(qū)優(yōu)選的方法技術試驗。結果證實, 與單純利用成礦元素及其伴生元素形成的正異常相比, 綜合利用富集、貧化兩類指標形成的正、負異常及其構成的異常結構優(yōu)選找礦靶區(qū)與已知(白山堂)礦區(qū)異常的吻合程度更高, 預測結果更有效。

北山地區(qū)地處塔里木板塊與哈薩克斯坦板塊的對接部位, 大洋巖石圈及溝弧盆體系在本區(qū)都有出露, 洋殼向陸殼演化過程中的火山-花崗巖類巖漿活動頻繁, 成熟陸殼的再裂陷作用和裂谷型巖漿作用占重要地位, 兩大古板塊大陸邊緣沉積作用類型較齊全。區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富, 其中中型銅礦床3處, 成因類型分別是斑巖型、矽卡巖型和熱液型。白山堂銅礦是斑巖型銅礦的代表性礦床。

白山堂礦床位于北山裂谷帶, 俞井子—丁字路口石炭紀裂陷海槽褶皺帶。巖漿巖主要為華力西中—晚期火山巖和中酸-酸性侵入巖, 屬造山期產(chǎn)物,為鈣堿性巖石系列, 表現(xiàn)為高硅、高堿特性。含礦淺成侵入體的圍巖是薊縣系平頭山群, 主要由絹云石英片巖、石墨石英片巖和鈣質片巖組成, 礦體受到北北東向平移斷裂控制(圖1)。多數(shù)研究者認為該礦床屬斑巖型成因(張廷瑞, 2003; 李文淵等, 2006),但也有研究者認為, 該礦床自下而上構成斑巖型—矽卡巖型—熱液脈型成礦系列, 并建議在該礦區(qū)深部及外圍加強勘查工作, 力求銅礦儲量有大的突破(殷先明, 2003)。礦區(qū)內(nèi)含礦流紋斑巖呈 NNE向以巖墻狀侵入于前震旦系平頭山群, 地表為淺紫灰色,深部灰綠—灰黑色, 聚斑狀結構, 斑晶為石英和酸性斜長石, 基質一般為細粒-霏細狀, 主要由長英質組成。含礦斑巖體在時間和空間上均與同期(或略早)的火山活動有直接關系, 是火山活動期后巖漿分異和侵位的結果(王玉往等, 1996)。在試驗區(qū)北部, 一系列流紋斑巖脈呈近東西向出現(xiàn)在花崗巖體的南部,對這些流紋斑巖含礦性的評價是該區(qū)地質找礦的熱點問題, 受到普遍關注和重視。

1 區(qū)域找礦靶區(qū)圈定方法及結果

區(qū)域地球化學勘查數(shù)據(jù)處理及異常、靶區(qū)圈定識別方法有許多種(謝學錦等, 2009; 徐明鉆等, 2010;張焱等, 2011), 本文在廣泛借鑒前期試驗研究結果基礎上, 依據(jù)白山堂銅礦所在的1:20萬營盤幅區(qū)域化探掃描數(shù)據(jù), 綜合利用在白山堂銅礦中發(fā)生富集、貧化的典型元素, 包括富集的微量元素(Cu、Zn、Au、Ag、As、Sb、Cd、Mo)、常量組分(Fe2O3、MgO),貧化的微量元素(Ba、Sr)、常量組分(Al2O3、Na2O)構成的綜合指標及異常進行靶區(qū)圈定。具體步驟如下:

1)利用1: 20萬營盤幅區(qū)域化探數(shù)據(jù), 統(tǒng)計上述4組元素中每個元素的背景值及異常下限。用圖幅(即統(tǒng)計單元)內(nèi)每個元素的分析數(shù)據(jù)除以該元素的異常下限, 對原始分析數(shù)據(jù)進行處理, 得到每個元素的襯值。

2)將統(tǒng)計單元內(nèi) Cu、Zn、Au、Ag、As、Sb、Cd、Mo等微量元素和 Fe2O3、MgO等常量化學組分的襯值分別按升序, 即從小到大的方式進行排序,構成富集類元素襯值數(shù)據(jù)集。

3)分別將富集類微量元素和常量組分襯值數(shù)據(jù)集中排位在第80%、85%、90%、95%位上的襯值之和除以微量元素個數(shù)7和常量組分個數(shù)2, 得到富集類微量元素和常量組分襯值算術平均值。

4)將富集類微量元素和常量組分襯值算術平均值的第 80%位上的數(shù)值作為富集類微量元素和常量組分襯值異常下限, 將第85%、90%、95%位上的數(shù)值作為襯值異常等值線, 制作富集類微量元素和常量組分襯值異常圖。

5)將統(tǒng)計單元內(nèi) Ba、Sr等微量元素和 Al2O3、Na2O等常量組分的襯值分別按降序, 即從大到小的方式進行排序, 構成貧化類元素襯值數(shù)據(jù)集。

6)分別將貧化類微量元素和常量組分襯值數(shù)據(jù)集中排位在第80%、85%、90%、95%位上的元素襯值之和除以 2, 得到貧化類微量元素和常量組分襯值算術平均值。

7)將貧化類微量元素和常量組分襯值算術平均值的第 80%位上的數(shù)值作為貧化類元素襯值異常上限, 第85%、90%、95%位上的數(shù)值作為襯值異常等值線, 作貧化類微量元素和常量組分襯值異常圖。

將富集類微量元素和常量組分襯值異常圖和貧化類微量元素和常量組分襯值異常圖組合在一起,形成1:20萬營盤幅內(nèi)由富集、貧化兩類指標構成的襯值綜合異常圖(圖2)。

圖1 白山堂礦區(qū)地質略圖(據(jù)甘肅省冶金地質勘探四隊資料簡編)Fig.1 Geological map of the Baishantang ore district(modified after No.4 Geological Party of Gansu Bureau of Geological Exploration)

圖2 1:20萬營盤幅水系沉積物測量綜合異常圖Fig.2 Comprehensive anomaly map of Yingpan Sheet based on stream sediment survey

從圖 2中可以看到, 在營盤幅內(nèi)已知的白山堂礦床產(chǎn)出位置出現(xiàn)了富集類微量元素、常量組分和貧化類常量組分等 3組元素異常。由此表明, 除成礦元素及其伴生元素的富集以外, 部分常量組分(Fe2O3、MgO)在礦區(qū)范圍內(nèi)也發(fā)生富集, 同時部分常量組分(Al2O3、Na2O)在礦區(qū)范圍內(nèi)發(fā)生貧化, 這應該是礦床中元素富集貧化特征在礦區(qū)范圍內(nèi)的宏觀反映(馬生明等, 2009), 同時也證實在礦床中發(fā)生富集、貧化的元素, 在北山地區(qū)以水系沉積物為采樣介質的區(qū)域地球化學調查結果中同樣有顯示, 由此就為以異常結構模式思想為指導, 利用1:20萬區(qū)域化探資料圈定找礦靶區(qū)提供了試驗案例, 更重要的是證實了綜合利用富集貧化指標在區(qū)域尺度上圈定找礦靶區(qū)是可行的。

如果將圖2中所示的襯值綜合異常均視為找礦靶區(qū), 那么從圖 2中不難看出, 每個找礦靶區(qū)內(nèi)出現(xiàn)富集、貧化元素異常的情況是不同的。針對這種情況, 如何評價靶區(qū)的成礦前景, 文中利用異常結構模式的思路進行了探討和示范。具體示范靶區(qū)的范圍, 在充分依據(jù)圖 2中展示的綜合異常以外, 還特別考慮了微地貌條件及基巖出露情況, 對發(fā)育在以第四系地層分布區(qū)為主的綜合異常不作為有利靶區(qū)考慮。故示范區(qū)范圍與綜合異常(包括白山堂礦床異常)分布范圍不一致。

2 靶區(qū)評價方法示范結果

2.1 靶區(qū)評價方法技術

本文中所說的靶區(qū)評價方法, 是指以異常結構思想為指導的靶區(qū)優(yōu)選、評價方法, 因此由富集、貧化指標構成的異常結構模式是靶區(qū)評價方法技術的核心內(nèi)容。也就是說, 靶區(qū)評價示范的主要技術環(huán)節(jié)不是野外采樣方法, 而是樣品分析測試指標的選擇及分析資料的解釋、推斷方法。以異常結構思想為指導的靶區(qū)評價方法與以往靶區(qū)篩選方法相比,最大的差別體現(xiàn)在以下兩點: (1)分析測試指標類型的多樣化(實質是礦化信息的多樣化), 除以往工作中常規(guī)分析的成礦及伴生元素以外, 特別增加了礦化過程中發(fā)生富集的常量組分、發(fā)生貧化的微量元素和常量組分(這些指標異常的礦化指示作用很明顯, 其蘊含的深層次礦化信息有待深入挖掘); (2)資料綜合研究及解釋推斷時兼顧富集、貧化兩類指標的指示作用, 也就是通過富集、貧化指標構成的異常結構模式而不是單純的成礦及伴生元素異常對靶區(qū)成礦前景進行評價。

示范研究選擇在已知白山堂銅礦及其外圍進行。樣品采集采用兩種常規(guī)的地球化學勘查方法:一種是巖屑(–4 ～ +40目)測量, 另一種是裂隙巖石測量。巖屑測量采樣深度20～30 cm, 采樣對象為基巖風化產(chǎn)物, 樣品加工粒級–4 ～ +40目。原始采樣重量沒有固定要求, 但是要求經(jīng)過篩分處理后, –4 ～ +40目粒級子樣的重量不少于 150 g。工作比例尺為1: 2.5萬, 測網(wǎng)密度250 m×50 m。樣品采自采樣點周圍位于點線距1/10距離范圍內(nèi), 由2～3個子樣組合而成。特殊情況下, 在規(guī)定的采樣點范圍內(nèi)無法采到符合要求的樣品時, 可以在 1/2點線距范圍內(nèi)移動采樣點, 但是要綜合考慮其與相鄰采樣點的位置關系, 采樣點確定之后必須如實記錄實際采樣點位置的坐標, 并在實地做好標記。所采集樣品用不銹鋼樣品篩篩分出–4 ～ +40目粒級子樣送分析。

巖石裂隙測量采樣對象是基巖裂隙充填物質,首選采樣介質包括硅質細脈、斷層碎屑、褐鐵礦化物質、礦化蝕變物、脈巖等。樣品在200 m×200 m方格網(wǎng)內(nèi)采集, 在每個采樣格子內(nèi), 隨機、分散、盡量均勻地在4～5處采集巖石裂隙充填物或巖石樣品,在每個子樣采集點周圍間隔5～10 m采集2～3個子子樣。所有子子樣的重量要大體一致, 一般為20～30 g。將每200 m×200 m采樣格子內(nèi)的4～5個子樣組合成一個分析樣送分析。

2.2 靶區(qū)評價示范結果

2.2.1白山堂銅礦示范區(qū)

在該示范區(qū)開展工作的目的有兩個, 一是探討已知白山堂銅礦床產(chǎn)出部位異常結構模式是否存在,二是在白山堂銅礦外圍進行找礦靶區(qū)優(yōu)選。白山堂銅礦由 4個礦帶構成, 其中一礦帶的 1號礦體是目前礦區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的最主要銅礦體(圖1)。巖屑測量結果表明, 在整個白山堂銅礦范圍內(nèi), 成礦元素Cu及伴生元素Au、Ag、Pb、Zn、As、Mo、Se等含量均較高, 形成了多處多元素組合異常。其中, 一礦段和四礦段內(nèi)異常范圍更大, 強度也更高。在一礦段 1號礦體產(chǎn)出位置出現(xiàn)較明顯成礦及伴生元素正異常的同時(圖3), 還出現(xiàn)了常量組分Fe2O3、MgO的正異常和 Na2O的負異常, 兩組正異常與一組負異常分布范圍總體吻合, 由此不僅證實了白山堂銅礦主礦體產(chǎn)出部位異常結構特征的存在, 而且還證實這種異常結構能夠很好地指示礦體的產(chǎn)出位置, 為利用異常結構思想評價找礦靶區(qū)奠定了試驗基礎。

圖3 白山堂銅礦示范區(qū)巖屑測量異常圖Fig.3 Anomaly map of the Baishantang ore district based on debris survey

在白山堂銅礦三礦帶北部與四礦帶重疊部位出現(xiàn)了一處明顯的 Cu異常, 除 Cu異常之外, 還有Ag、Pb、Zn等伴生元素及Fe2O3、MgO常量組分的正異常和Na2O的負異常, 構成了與一礦帶1號礦體基本一致的異常結構模式, 而且異常與此處產(chǎn)出的呈近東西向展布的流紋斑巖脈吻合, 由此推測此處應該具有較好的找礦前景。

2.2.2 2010-1號示范區(qū)

2010-1號示范區(qū)分布范圍內(nèi)出現(xiàn)了富集類微量元素、常量組分和貧化類常量組分等3組元素異常,與已知的白山堂銅礦異常元素組合基本一致。示范區(qū)內(nèi)出露的地層主要有長城系古硐井群、石炭系紅柳園組、白堊系赤金堡組(圖4)。野外樣品采集方法采用巖石裂隙測量, 結果顯示, 在該靶區(qū)內(nèi)出現(xiàn)明顯正異常的是As、Sb兩個元素, 異?？傮w呈NWW向展布, 基本貫穿整個試驗區(qū)。與As、Sb異常相伴出現(xiàn)的是Na2O的負異常。Na2O貧化顯著, 含量低于0.03%的地段分布范圍比較大, 基本與As、Sb異常范圍一致, 綜合As、Sb的正異常和Na2O的負異常分析, 此處應該經(jīng)歷了較強的成礦作用。但是與已知白山堂銅礦異常不同的是, 該靶區(qū)內(nèi)基本沒有出現(xiàn) Cu 的異常, 不僅如此, 在 As、Sb、Na2O(–) 異常的南側邊緣和東南部地段出現(xiàn)了顯著的Cu、Ag、Zn等成礦及伴生元素的負異常, 構成了與銅礦化截然不同的異常結構規(guī)律(圖 5)。As、Sb、Na2O(–)、Cu(–)等異常產(chǎn)出在長城系石英片巖、千枚巖、變質砂巖、變質泥質粉砂巖中, 與這些元素的豐度相比, 各元素的異常強度都很高, 表明該地段礦化改造作用很強。在該異常帶的中部偏西地段雖有 Fe礦點產(chǎn)出, 但規(guī)模較小, 分析如此強的多元素異常應該不是由該Fe礦點引起的。結合Sb、As出現(xiàn)強異常而 Cu等出現(xiàn)負異常這一結果推測, 此處異常如果成礦的話, 主礦化元素應該以 Sb、As為主。在Sb、As異常帶的東南地段, 除Na2O的貧化強烈以外, 還出現(xiàn)了MgO、CaO的異常, 表明這一地段具有更好的找礦前景。從試驗區(qū)地質背景以及異常元素組合、異常結構特征分析, 該試驗區(qū)內(nèi)的礦化類型可能不是銅礦化, 不過在這一試驗區(qū)內(nèi)以異常結構規(guī)律為指導的靶區(qū)優(yōu)選方法技術的可行性和有效性還是得到了驗證。據(jù)此認為, 異常結構規(guī)律不僅在銅礦, 而且在其他類型礦種的勘查中也同樣有效。

圖4 2010-1號示范區(qū)地質簡圖Fig.4 Geological map of study area No.2010-1

圖5 2010-1號示范區(qū)巖石裂隙測量異常圖Fig.5 Anomaly map of study area No.2010-1 based on rock fracture survey

2.2.3 2009-2號示范區(qū)

2009-2號示范區(qū)分布范圍內(nèi)出現(xiàn)了富集類微量元素、常量組分和貧化類微量元素、常量組分等 4組元素異常, 異常元素組合類型甚至比已知白山堂銅礦異常元素組合還多, 但是這些異常的分布范圍并不完全一致, 尤其是貧化類常量組分異常, 在區(qū)域上構成了一個近南北展布的異常帶。該試驗區(qū)內(nèi)大面積出露的地層主要是震旦系中統(tǒng)(Z21)絹云千枚巖、硅質板巖和石英巖, 第四系(Q2L)湖積亞粘土、亞砂土、粉砂土等出露于試驗區(qū)的東南角。巖漿巖主要是華力西中期的閃長巖(δ42b)和花崗巖(γ42c), 閃長巖主要分布在試驗區(qū)南部中間地段, 花崗巖分布在東部偏北地段(圖6)。巖屑測量結果表明(圖7), Cu及Ag、Pb、Zn、As、Mo、Se等元素出現(xiàn)了明顯的正異常, 異?？傮w環(huán)繞花崗巖體呈弧形出現(xiàn)在遠離巖體的震旦系地層中, 在Cu、Ag等元素正異?？拷◢弾r體一側, 出現(xiàn)了常量組分 Al2O3、Na2O的負異常。試驗區(qū)內(nèi)Cu異常有3處(編號分別為I、II、III), 在這3處Cu異常中, III號異常產(chǎn)出地段除Ag等伴生元素正異常外, Na2O、Al2O3的負異常很明顯,還出現(xiàn)有較弱的 Fe2O3、MgO正異常。該試驗區(qū)內(nèi)地質條件除地表未見流紋斑巖脈(體)以外, 其它基本與白山堂銅礦類似, 綜合成礦地質條件及異常結構特征分析, Ⅲ號Cu異常具有更好的成礦前景。

2.2.4 2009-1號示范區(qū)

圖6 2009-2號示范區(qū)地質簡圖Fig.6 Geological map of study area No.2009-2

圖7 2009-2號示范區(qū)巖石裂隙測量異常圖Fig.7 Anomaly map of study area No.2009-2 based on rock fracture survey

圖8 2009-1號示范區(qū)地質簡圖Fig.8 Geological map of study area No.2009-1

試驗區(qū)內(nèi)出露地層以震旦系中統(tǒng)為主, 閃長玢巖脈及石英脈發(fā)育, 梧桐樹溝鉛鋅多金屬礦 1號采坑位于試驗區(qū)中南部中間地段(圖8)。巖屑測量結果表明(圖9), 在該鉛鋅礦采坑及其周邊, 除Au、Ag、Cu以外, 其它成礦伴生元素基本沒有異常顯示, 更令人費解的是Pb、Zn在這一地段也沒有預想中的異常出現(xiàn)。范圍比較大的 Zn、Pb、Ag異常出現(xiàn)在鉛鋅礦床采坑的北部, 以Zn異常范圍最大, 濃集中心與Pb吻合。Ag異常濃集中心與Zn、Pb不吻合, 主體位于緊鄰Zn、Pb濃集中心的東南側, 與As異常吻合較好。在Zn、Pb、Ag、As綜合異常產(chǎn)出地段,未見有規(guī)律的其它元素或常量組分異常, 即該異常地段僅有成礦及伴生元素異常, 而沒有出現(xiàn)微量元素的貧化(負異常)、常量組分的富集(正異常)或貧化(負異常), 盡管試驗區(qū)內(nèi)有已知鉛鋅多金屬礦床產(chǎn)出, 而且Zn、Pb等成礦元素的異常強度較高, 但是由于成礦元素產(chǎn)出地段異常結構規(guī)律不明顯, 據(jù)此認為該異常進一步的找礦前景并不明朗。

3 結論

北山地區(qū)景觀地球化學條件復雜, 主要表現(xiàn)在微景觀條件變化很大, 可能給地球化學勘查方法技術的應用帶來不利影響。從靶區(qū)優(yōu)選方法技術示范結果來看, 無論是巖屑測量, 還是巖石裂隙測量,其結果均能有效發(fā)現(xiàn)地球化學異常、圈定找礦靶區(qū),在此后的靶區(qū)圈定過程中可以根據(jù)工作區(qū)實際景觀特征參照選用。在異?；虬袇^(qū)評價過程中, 綜合利用富集貧化兩類指標構成的異常結構判斷礦化強度、評價成礦前景顯示出較好的實用性。容易理解,礦化過程中不可能單純發(fā)生成礦元素及伴生元素的富集, 同時必定伴有某些元素的貧化。由元素的帶出而引起的貧化現(xiàn)象已經(jīng)在眾多礦床試驗研究中得到證實(Robertson et al., 1987; 季克儉等, 1992; 孫承轅等, 1993; Shi et al., 1995; 樸壽成等, 1996;Goldberg et al., 2003; 馬生明等, 2011), 現(xiàn)在可以肯定地說, 至少是在與熱液有關的成因類型礦床中元素的貧化現(xiàn)象是普遍存在的。系列試驗結果表明,礦床中元素的貧化在地球化學勘查中具有直接的指示作用, 與成礦及伴生元素配合使用, 可以對靶區(qū)的成礦前景進行更加合理、準確的評價, 這不僅為礦床地球化學勘查提供了有效手段, 而且也使地球化學勘查方法技術得到改進和提高。

圖9 2009-1號示范區(qū)巖屑測量異常圖Fig.9 Anomaly map of study area No.2009-1 based on debris survey

客觀地說, 到目前為止礦床中元素的貧化機理尚不甚明了, 原因是此前對元素貧化指示作用的認識不足, 無疑會導致對相關研究工作的重視程度不夠。既然現(xiàn)在元素的貧化現(xiàn)象及其指示作用的重要性已經(jīng)被揭示, 那么此后有關這方面的試驗研究理所當然將成為地球化學勘查方法技術應用基礎理論研究的重要方面。在深入探討礦床中元素富集過程、富集機理的同時, 加強對元素貧化過程、貧化機理的研究, 不僅可以對礦床的形成過程有更加全面、系統(tǒng)的了解和認知, 還可能利用富集、貧化元素間存在的“量化”內(nèi)在固有聯(lián)系提出定量化靶區(qū)評價指標及方法技術, 果能如此, 將使地球化學勘查方法技術及應用基礎理論上一個新臺階。

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