侯照方,王安迪,王 昭,許強平

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局327地質(zhì)隊,安徽 合肥 230011)

尋找隱伏礦床是目前礦產(chǎn)勘查工作的熱點之一,而礦床原生暈找礦是一種成熟度較高的尋找隱伏礦的化探方法,也是找礦預測最有效的方法之一[1-2]。廬樅火山巖盆地位于揚子板塊東北緣,西鄰郯廬斷裂帶,是長江中下游成礦帶的重要礦集區(qū)[3]。黃屯地區(qū)位于廬樅火山巖盆地東北緣,西鄰龍橋鐵礦和馬鞭山鐵礦,東鄰岳山鉛鋅礦和銅盤山鉛鋅礦,已發(fā)現(xiàn)了多處鐵、銅、鉛、鋅、銀大中型礦床。 2012—2013年,在黃屯硫鐵礦發(fā)現(xiàn)了獨立的銅金礦體,實現(xiàn)了找礦突破。前人對廬樅地區(qū)鐵、銅、鉛鋅礦的成礦機制已有深入研究[3-7],對黃屯銅金礦的地質(zhì)特征、控礦構(gòu)造及地球物理特征進行了初步研究[8-10],但未對該礦床的原生暈等地球化學特征進行研究。因黃屯礦區(qū)地表被大面積第四系覆蓋,目前僅在18號勘探線發(fā)現(xiàn)了銅金礦體。本文通過對黃屯銅金礦床18號勘探線上的4個鉆孔巖心進行系統(tǒng)取樣和分析,進一步研究該礦床18號勘探線剖面的地質(zhì)特征及原生暈分帶性,探討黃屯銅金礦床的可能成因,為下一步找礦預測及礦床原生暈研究工作提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

區(qū)內(nèi)地層主要有區(qū)域基底地層和廬樅盆地火山巖蓋層(圖1)。區(qū)域基底地層主要為中三疊世—中侏羅世海陸交互相沉積-陸相沉積地層,出露三疊紀拉犁尖組海相沉積巖、侏羅紀磨山組、羅嶺組陸相碎屑沉積巖;蓋層為白堊紀陸相火山巖系,主要為龍門院組與磚橋組,不整合覆蓋在沉積地層之上。礦區(qū)內(nèi)基底斷裂、火山機構(gòu)、不整合面等發(fā)育,其中與銅金礦關(guān)系密切的主要為NE向張性斷裂。區(qū)內(nèi)侵入巖和次火山巖主要為燕山期黃屯閃長玢巖、焦沖正長斑巖與岳山粗安斑巖等。閃長玢巖與盆地內(nèi)大規(guī)模鐵、硫、鉛鋅、銅多金屬成礦作用關(guān)系密切[3,6-7]。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖[10]Fig. 1 Regional geological sketch of the study area[10]

2 礦床地質(zhì)特征

研究區(qū)主要被第四系覆蓋,鉆孔揭露的地層主要有中三疊世東馬鞍山組灰?guī)r、晚三疊世拉犁尖組下段粉砂巖及早白堊世龍門院組第二巖性段角閃粗安巖(圖2)。中三疊世東馬鞍山組和拉犁尖組為基底地層,分布于鉆孔下部。早白堊世龍門院組為上覆火山巖蓋層,分布于鉆孔中上部。

1.第四系;2.龍門院組;3.拉犁尖組;4.東馬鞍山組;5.閃長玢巖;6.斷層及編號;7.硫鐵礦石;8.赤鐵礦石;9.銅礦石;10.金銅礦石;11.鉆孔;12.本次研究鉆孔圖2 18號勘探線地質(zhì)剖面圖[11]Fig. 2 Geological profile of the exploration line 18 [11]

NE向黃屯—樅陽基底斷裂經(jīng)過研究區(qū),同時發(fā)育NE向和NW向次級斷層。18號勘探線剖面發(fā)育斷層F1,走向近NS向,為左行平移斷層。斷層效應主要表現(xiàn)為地層和礦體的錯開,斷距>300 m,黃屯銅金礦體與硫鐵礦體呈斷層接觸。

侵入巖主要為超淺成相黃屯閃長玢巖,呈巖株、巖枝狀侵位于火山巖和基底地層中,在ZK18-2鉆孔底部厚度可達百米(未穿透)。

圍巖蝕變強烈,具有多期次性,以中低溫熱液蝕變?yōu)橹?自深部至淺部依次為鈉長石蝕變帶、黑云母-鈉長石蝕變帶、綠泥石蝕變帶、伊利石-蒙脫石-黃鐵礦蝕變帶。

3 礦體特征

銅金礦體主要賦存于龍門院組角閃粗安巖中,少量賦存于火山角礫巖中。礦體埋深-80～-575 m,最大單孔累計視厚度為103.3 m(TK01)。礦體從深部向上傾斜,深部礦體寬大,向上變窄。礦體走向約125°,長約360 m,礦體傾向SW,傾角 55°～70°,東部與硫鐵礦體呈斷層接觸。礦體空間形態(tài)總體呈似層狀,兩側(cè)有分支、復合、尖滅現(xiàn)象;礦體水平投影形態(tài)為紡錘形。礦石中的金屬礦物主要為黃銅礦,其次為黃鐵礦、自然金、赤鐵礦、磁鐵礦、鏡鐵礦、磁黃鐵礦、菱鐵礦等。脈石礦物主要有斜長石、角閃石、石英、鉀長石,其次有黑云母、白云母、絹云母、綠泥石、綠簾石、方解石、高嶺石、磷灰石、榍石等。

4 剖面地球化學特征

4.1 樣品采集與分析測試

18號勘探線鉆孔分別為ZK18-2、ZK18-1、TK01、TK02,其中ZK18-2鉆孔未見礦, ZK18-1鉆孔、TK01鉆孔見銅金礦體;TK02鉆孔主要為硫鐵礦體,另有少量赤鐵礦體、銅、銅金礦體。鉆孔深度依次為451.23 m、547.33 m、713.28 m、989.18 m。采用連續(xù)撿塊法,共采集304件巖石樣品。樣品分析在安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊實驗室完成,分析項目為Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi、W、Mo等10種元素。Au采用化學光譜法分析, Ag采用發(fā)射光譜法分析,Cu、Pb、Zn采用電感耦合等離子體光譜法分析,As、Sb、Bi采用原子熒光光譜法分析,W、Mo采用催化極譜法分析。測試的10種元素分析配套方法正確,測試結(jié)果精度滿足分析要求。

4.2 結(jié)果

4.2.1 元素背景值及異常下限

根據(jù)原生暈樣品測試結(jié)果,獲得了元素的地球化學參數(shù)值。采用剔除法剔除離群值,統(tǒng)計了各元素的背景值和異常下限(表1)。

表1 18號勘探線各元素地球化學參數(shù)及異常下限統(tǒng)計結(jié)果

該區(qū)各元素變異系數(shù)均>1,為強分異型元素。比較元素背景值與中國東部地殼元素豐度[12],計算濃集克拉克值。以變異系數(shù)和濃集克拉克值等指標反映元素的富集程度和分布均勻程度, Pb、Zn為富集強分異元素,其他各元素均為強富集強分異元素。

4.2.2 元素組合特征

指示元素是在成礦作用中發(fā)生了相對富集和運移的元素。但指示元素沉淀時的物化條件和生成順序有差別,R型聚類分析結(jié)果是差別的具體體現(xiàn)[13]。以銅金礦體見礦TK01鉆孔和ZK18-1鉆孔、硫鐵礦體見礦TK02鉆孔中的礦體及礦化體樣品分析結(jié)果作為分析樣本,分別進行R型聚類分析,制作元素R型聚類分析譜系圖(圖3),將指示元素分為不同族群[14]。

圖3 原生暈指示元素R型聚類分析譜系圖Fig. 3 Pedigree chart of R-type cluster analysis of primary halo indicator elements

銅金礦指示元素聚類分析以歐氏距離15截取,將元素分為3個族群:第一族As、Sb、Ag為中低溫元素組合;第二族Pb、Zn、Bi為多金屬元素組合;第三族Au、Cu、Mo、W為主礦化元素和中高溫元素組合。硫鐵礦體指示元素可分為2個族群:第一族Pb、Sb、Cu、Zn、Ag反映多金屬礦化,元素間相關(guān)性較好;第二族As、Mo、Bi、W、Au為中低溫-中高溫元素組合,應為硫鐵礦化伴生元素組合。

4.2.3 元素在不同地質(zhì)體內(nèi)的濃集系數(shù)

結(jié)合ZK18-2鉆孔、ZK18-1鉆孔、TK01鉆孔的地質(zhì)圖和采樣過程中觀測的地質(zhì)情況,將地質(zhì)體分為7個單元,分別為角閃粗安巖、粉砂巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖、灰?guī)r、構(gòu)造角礫巖及閃長玢巖。不同地質(zhì)體的元素含量見表2,因構(gòu)造角礫巖樣品數(shù)僅2件,故相關(guān)數(shù)據(jù)未列出。

表2 ZK18-2、ZK18-1、TK01鉆孔不同地質(zhì)體的元素含量統(tǒng)計結(jié)果

由表2可知,角閃粗安巖具Cu、W的最高含量及Au、Ag、Bi的次高含量;火山角礫巖具Au、Ag、As、Bi、Mo的最高含量及Cu、Sb、W的次高含量;凝灰?guī)r具Zn、Sb的最高含量;灰?guī)r具Pb最高含量;粉砂巖和閃長玢巖中各元素含量均較低。在銅金礦的賦礦圍巖角閃粗安巖及火山角礫巖中,主要成礦元素Au、Cu、Ag均表現(xiàn)為極高背景，明顯分異。

對比Pb、Zn在銅金礦樣品、見礦TK01鉆孔和ZK8-1鉆孔全樣品及剖面全樣品的含量平均值,發(fā)現(xiàn)Pb在3組樣品中的含量分別為28.33×10-6、32.69×10-6和46.20×10-6,Zn在3組樣品中的含量分別為81.33×10-6、100.94×10-6和119.66×10-6,3組樣品中Pb、Zn含量平均值為:銅金礦<見礦鉆孔全樣品<剖面全樣品,即銅金礦化過程中,Pb、Zn表現(xiàn)為元素的帶出。

表3是ZK18-2、ZK18-1、TK01鉆孔不同地質(zhì)體的元素相對濃集系數(shù),其中角閃粗安巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖及構(gòu)造角礫巖為相對中國粗安巖的濃集系數(shù),閃長玢巖為相對中國閃長巖的濃集系數(shù),泥質(zhì)粉砂巖為相對中國東部粉砂巖的濃集系數(shù),灰?guī)r為相對中國東部石灰?guī)r的濃集系數(shù)[12]。在各地質(zhì)體中Au、Ag、As、Bi、W的濃集系數(shù)均>5;Cu的濃集系數(shù)在除閃長玢巖和構(gòu)造角礫巖外的各地質(zhì)體中均>5;Pb、Zn在除灰?guī)r外的各地質(zhì)體中濃集系數(shù)均<5,表現(xiàn)為明顯的貧化;Sb在除粉砂巖和構(gòu)造角礫巖外的地質(zhì)體中濃集系數(shù)均>5;Mo僅在火山角礫巖中的濃集系數(shù)>5。

表3 ZK18-2、ZK18-1、TK01鉆孔不同地質(zhì)體的元素濃集系數(shù)[12]

鉆孔中主要的賦礦圍巖是角閃粗安巖和火山角礫巖,角閃粗安巖和火山角礫巖Au、Ag、Cu、As、Sb、Bi、W的濃集系數(shù)>5。該礦床的特征元素組合為Au、Ag、Cu、As、Sb、Bi、W,是黃屯銅金礦床的成礦和伴生元素[15-16]。

TK02鉆孔地質(zhì)體分為6個單元,分別為角閃粗安巖、硫鐵礦體、泥質(zhì)粉砂巖、淺紫色粉砂巖、構(gòu)造角礫巖及灰色泥質(zhì)粉砂巖。通過統(tǒng)計TK02鉆孔不同地質(zhì)體的元素濃集系數(shù)(表4)可知,該礦床的特征元素組合為Au、Ag、As、Sb、Bi、W、Mo,是黃屯硫鐵礦床的伴生元素。

表4 TK02鉆孔不同地質(zhì)體的元素濃集系數(shù)

值得注意的是,TK02鉆孔深部灰色泥質(zhì)粉砂巖中Pb、Zn、Ag、Cu、As、Sb等元素的含量和濃集系數(shù)明顯高于剖面其他部位的粉砂巖,表現(xiàn)為元素的帶入。在TK02鉆孔深部灰色泥質(zhì)粉砂巖中的礦化類型與上部硫鐵礦化及銅金礦化不同,是一次獨立成礦作用。

5 原生暈分帶特征

5.1 18號勘探線剖面鉆孔原生暈

18號勘探線地質(zhì)剖面和鉆孔原生暈地球化學異常圖如圖4所示。以剔除法計算的異常下限作為參考,主成礦元素Au、Cu及Ag主要以邊界品位降低1個數(shù)量級,再以1/2含量下推異常下限[17],其他含量低的元素主要結(jié)合地質(zhì)體及元素的空間分布確定(表1)。

由圖4可知,在銅金礦體見礦ZK18-1鉆孔、TK01鉆孔中Au、Cu、Ag、W、Bi、As等元素異常均以礦體為中心,出現(xiàn)內(nèi)、中、外3個異常帶,中、內(nèi)異常帶一般反映賦礦部位。礦體上盤暈發(fā)育好,礦體下盤暈發(fā)育差。礦體部位主要成礦元素Au、Cu有大范圍的中、內(nèi)帶異常,Ag、As、W、Bi主要為大面積的外帶異常,兩者均可很好地顯示礦體部位。在礦體上盤,成礦元素Au主要發(fā)育中帶異常,成礦元素Cu有外帶異常,As、Sb、Mo發(fā)育中、外帶異常,各元素異常面積均較大,已達近地表。在ZK18-1鉆孔中礦體下盤主要發(fā)育Au、Cu、Bi中、外帶異常及W外帶異常。Pb、Zn在礦體上盤具一定規(guī)模,在礦體部位不發(fā)育或發(fā)育小范圍的外帶異常,整體上看，Pb、Zn在礦體部位形成負異常,表現(xiàn)為元素的帶出。

圖4 18號勘探線地質(zhì)剖面和鉆孔原生暈地球化學異常圖Fig. 4 Geological profile and primary halo geochemical anomaly in borehole of the exploration line 18

在ZK18-2鉆孔僅見于Pb、Zn內(nèi)帶異常,銅金礦體頭部對應部位發(fā)育小范圍的Cu、Au外、中帶異常。由18號勘探線地質(zhì)剖面和鉆孔原生暈地球化學異常圖(圖4)可知,在銅金礦體頭部,各元素異常形態(tài),特別是主成礦元素Au、Cu異常形態(tài)與礦體尾部F1斷層處異常形態(tài)一致。ZK18-1鉆孔和ZK18-2鉆孔中地層出露位置變化很大,龍門院組和東馬鞍山組不整合面錯距達371 m,與F1斷層造成的地層斷距相當。因此,推測這2個鉆孔之間存在隱伏斷層(圖4),造成礦體和地層錯動。參考礦體尾部異常和F1斷層分布特征,推測斷層位于Au、Cu異常中帶,應為走滑正斷層。推測該斷層與F1斷層使銅金礦體所在地塊右滑并下降,形成“地嵌式”構(gòu)造,造成銅金礦體在頭部和尾部發(fā)生錯斷。

硫鐵礦床原生暈主要發(fā)育在礦體部位,上盤暈發(fā)育較差,下盤暈不發(fā)育。在礦體部位發(fā)育較大規(guī)模的As、Au、Mo異常,具外、中、內(nèi)3個異常帶,可較好地顯示礦體部位,同時發(fā)育小范圍的Pb、Sb、W等元素外帶異常。在硫鐵礦體上盤,發(fā)育小規(guī)模的Sb、Pb、Zn異常,主要為外帶異常。在硫鐵礦體部位及上、下盤均不發(fā)育Cu異常,在鉆孔TK02底部分布As、Sb、Pb、Zn、Au、Ag、Cu組合異常。

5.2 原生暈分帶序列

采用格里戈良指示元素分帶指數(shù)計算法[17-19]確定鉆孔原生暈元素分帶序列。首先計算各中段線金屬含量,采用合適的標準化系數(shù)將元素線金屬量標準化,然后以中段某元素的線金屬量標準化值,除以該中段指示元素線金屬量標準化值總和,計算元素的分帶指數(shù)。根據(jù)貧礦體、富礦體產(chǎn)狀及元素原生暈分布特征,中段按100 m等距劃分,將TK01鉆孔劃分為7個中段,ZK18-1鉆孔劃分為5個中段(表5)。

綜合不同中段元素平均值及分帶指數(shù)結(jié)果(表5)歸納原生暈分帶序列。TK01鉆孔的原生暈垂向分帶序列為Pb、Sb1-Zn1、Au1-Ag、Sb2、As-Cu、W-Au2、Bi、Mo-Zn2,ZK18-1鉆孔的原生暈垂向分帶序列為Pb、Zn、Sb-As、Ag、Au-Bi-Cu、W-Mo。ZK18-1鉆孔和TK01鉆孔的原生暈分帶序列吻合度較高,其銅金礦體對應的原生暈分帶基本一致。從TK01鉆孔的原生暈分帶特征可以看出,礦化具多期次疊加特征。根據(jù)銅金礦床的特征元素組合Au、Ag、Cu、As、Sb、Bi、W,可以得到礦床原生暈垂向分帶為(Sb、As)-(Ag、Au、Cu)-(Bi、W)。其中Sb、As組成礦體前緣暈,部分與礦體重合;Ag、Au、Cu為礦體暈,Cu元素暈略靠下部;Bi、W為礦體尾暈,位于礦體暈中下部。原生暈分帶序列符合熱液型銅金礦化分帶特征[17-19]。

表5 TK01、ZK18-1鉆孔指示元素分帶指數(shù)

采用相同的方法得到TK02鉆孔的原生暈垂向分帶序列Cu1-Au、As、Mo-Zn、W、Bi-Pb、Ag、Cu2、Sb。原生暈分帶中的Au、As、Mo-Zn、W、Bi為硫鐵礦體特征元素組合;Ag、Pb、Cu2、Sb反映深部粉砂巖中的多金屬礦化。

在TK02鉆孔底部分布As、Sb、Pb、Zn強異常及Au、Ag、Cu弱異常,而高溫元素Bi、W、Mo異常不發(fā)育,該組合異常具有熱液礦床前緣暈的特征。該異常的元素含量及元素組合特征顯示礦化類型與黃屯硫鐵礦及銅金礦不一致,與安徽岳山鉛鋅礦床原生暈指示元素及軸(垂)向分帶序列相似[19-20]。鉆孔資料顯示,該鉆孔深部粉砂巖具角巖化,并發(fā)育鉛鋅礦化,推測礦化類型與礦區(qū)東側(cè)岳山鉛鋅礦相同,為斑巖型鉛鋅礦化,深部存在發(fā)現(xiàn)隱伏礦體的可能性。

5.3 銅金礦床地球化學異常模式

根據(jù)銅金礦床中的元素組合、原生暈異常特征及元素分帶序列,歸納黃屯銅金礦的地球化學異常模式(圖5)。成礦元素Au、Cu的中、內(nèi)帶異常緊緊包圍礦體,異?？傮w規(guī)模比礦體大,而Ag、As、W、Bi的外帶異常與礦體形態(tài)較一致,二者均可很好地反映賦礦部位。前緣暈為Au、Cu、As、Sb、Mo的中、外帶組合,異常規(guī)模較大,已延伸至近地表;尾暈為Au、Cu、Bi、W的中、外帶組合,主要見于ZK18-1鉆孔礦體下部, TK01鉆孔下部不甚發(fā)育。組合異常在礦體上盤及礦體部位比礦體下盤強度高、規(guī)模大。另外,在礦體部位Pb、Zn形成負異常。

圖5 黃屯銅金礦床地球化學異常模式圖Fig. 5 Geochemical anomaly pattern of the Huangtun copper-gold deposit

6 礦床成因探討

研究區(qū)成礦地質(zhì)條件優(yōu)越,經(jīng)歷了多期次構(gòu)造巖漿活動及成礦作用。黃屯礦區(qū)及毗鄰岳山礦區(qū)形成3種不同類型的礦產(chǎn),分別為黃屯硫鐵礦、岳山鉛鋅礦和黃屯銅金礦。通過對比剖面與廬樅地區(qū)深部巖石主要成礦元素含量[21](表6),發(fā)現(xiàn)Pb、Zn在剖面粗安巖、閃長玢巖中的含量低于廬樅深部相應巖石,表現(xiàn)為元素的帶出,應為岳山鉛鋅礦的部分成礦物質(zhì)來源。Au、Ag、Cu在剖面粗安巖、粉砂巖及凝灰?guī)r中的含量均高于相應深部巖石,表現(xiàn)為元素的帶入。Au、Ag、Cu在剖面閃長玢巖中的含量顯著低于廬樅深部相應巖石,表現(xiàn)為元素的帶出,閃長玢巖為黃屯銅金礦提供部分成礦物質(zhì)來源。

表6 剖面與廬樅深部巖石主要成礦元素含量對比

廬樅火山巖由龍門院組、磚橋組、雙廟組和浮山組構(gòu)成4個旋回,每一火山旋回末期均有對應的巖漿巖侵入活動。廬樅盆地中生代火山巖與次火山巖活動具有間歇性,次火山巖和侵入巖的活動與各類礦床的形成具有內(nèi)在聯(lián)系[11]。黃屯閃長玢巖年齡及地質(zhì)特征與龍門院組上段火山巖吻合,是龍門院旋回巖漿活動的產(chǎn)物[22]。角閃粗安巖-粗安斑巖-黃屯閃長玢巖構(gòu)成了龍門院旋回完整的火山-次火山-侵入巖系列,研究區(qū)3種不同類型的礦床均與之相關(guān)。磚橋旋回有凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粗安巖-輝石粗安玢巖-焦沖正長斑巖系列,該系列的典型礦床為位于研究區(qū)東南部的無為陽畈鐵鉛鋅礦床[11]。

研究表明,黃屯硫鐵礦與岳山鉛鋅礦成礦物質(zhì)具部分同源性,是火山熱液演化不同階段的產(chǎn)物[23-24]。在火山熱液演化早期,隨著溫度壓力的降低,黃鐵礦、磁鐵礦等首先沉淀,是形成黃屯硫鐵礦的主期;殘余熱液從圍巖中帶出Pb、Zn,疊加次火山熱液(粗安斑巖),隨著溫度、壓力的進一步降低,Pb、Zn等礦物大量析出,形成岳山鉛鋅礦[20,23-24]。綜合研究認為,黃屯銅金礦與岳山鉛鋅礦具有相似的形成過程,殘余熱液與次火山熱液(閃長玢巖侵入)疊加使溶液中Au、Cu濃度增大,并在熱液演化后期大量沉淀形成黃屯銅金礦,黃屯銅金礦應為火山-次火山熱液型礦床。

7 結(jié)論

(1)黃屯銅金礦床特征元素組合為Au、Ag、Cu、As、Sb、Bi、W,原生暈垂向分帶序列為(Sb、As)-(Ag、Au、Cu)-(Bi、W)。

(2)推測ZK18-2鉆孔和ZK18-1鉆孔之間存在隱伏走滑正斷層,與F1斷層共同使銅金礦體在頭部和尾部發(fā)生錯斷,可通過對該斷層進一步查證去追索銅金礦體。

(3)TK02鉆孔底部發(fā)育異常組合具有熱液礦床前緣暈特征,深部具有發(fā)現(xiàn)隱伏礦體的可能性。

(4)黃屯銅金礦床可能與黃屯硫鐵礦、岳山銀鉛鋅礦成礦物質(zhì)具有部分同源性,推測為火山-次火山熱液型礦床。