楊海濤,劉新偉,汪 超,牛 亮,胡西順,門(mén)文輝,楊文剛
(1.西安西北有色地質(zhì)研究院有限公司,陜西西安 710054;2.陜西省礦產(chǎn)資源綜合利用工程技術(shù)研究中心,陜西 西安 710054;3.西北有色地質(zhì)勘查局物化探總隊(duì),陜西西安 710068)
華北板塊南緣的小秦嶺地區(qū)是我國(guó)重要的鉬多金屬礦集區(qū),已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了鉬、金、鉛鋅等眾多優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn),包括葫蘆溝、陳耳、潼關(guān)等中型-大型金礦和金堆城、南泥湖、千鵝沖、東溝等十余個(gè)大型-超大型鉬礦床。前人對(duì)礦床地質(zhì)及地球化學(xué)特征、成礦過(guò)程研究、區(qū)域成礦規(guī)律、綜合信息找礦模型、遠(yuǎn)景(深部)預(yù)測(cè)等各方面進(jìn)行了深入的研究和討論(陳衍景等,1991;袁海潮等,2016;程遠(yuǎn)等,2018;王耀升等,2018;倪云鵬,2019;張翔等,2019;劉誠(chéng)等,2020;鄭向光等,2020;王瑞廷等,2021)。但一直以來(lái),與小秦嶺南部毗鄰的北秦嶺蟒嶺巖體西緣地區(qū)找礦勘查工作無(wú)法取得突破。近些年,隨著深部找礦工作的陸續(xù)開(kāi)展,通過(guò)綜合分析區(qū)域成礦背景、構(gòu)造、巖漿活動(dòng)及大規(guī)模、套合性高-中-低溫異常分帶特征,認(rèn)為南臺(tái)巖體北側(cè)的寺溝地區(qū)具有形成鎢鉬礦床的物源條件和構(gòu)造空間,確定其為重點(diǎn)找礦區(qū)域。自2012年開(kāi)展工作以來(lái),在1:5萬(wàn)水系沉積物異常成果基礎(chǔ)上,運(yùn)用地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理等多種手段進(jìn)行綜合勘查,在寺溝地區(qū)獲得較好的物化探異常顯示。借助地質(zhì)信息的有力支撐,結(jié)合物化探成果認(rèn)識(shí),選取有利部位進(jìn)行鉆探驗(yàn)證,在深部控制到厚大的隱伏鎢鉬礦體,項(xiàng)目取得重大找礦突破。截至目前,初步估算鉬潛在資源及以上資源量6萬(wàn)噸,三氧化鎢1萬(wàn)噸,達(dá)到中型鎢鉬礦床規(guī)模,目前外圍勘查工作仍在進(jìn)行,礦床規(guī)模有望進(jìn)一步擴(kuò)大。
找礦模型的建立對(duì)于指導(dǎo)找礦勘查,特別是諸如寺溝地區(qū)此類(lèi)隱伏礦床的勘查,具有十分重要的意義(李艷軍等,2014;王富春等,2016;程紅軍等,2017;郎興海等,2017;李惠等,2020;郭俊昌等,2021;張海瑞等,2021)。以寺溝斑巖-矽卡巖型鎢鉬礦為例,通過(guò)對(duì)成礦地質(zhì)背景、成礦規(guī)律及物化探異常的研究,總結(jié)了礦床的地、物、化綜合找礦標(biāo)志和工作方法流程,建立了蟒嶺巖體西緣地區(qū)斑巖-矽卡巖型鎢鉬礦的地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理找礦模型,為同類(lèi)型礦床勘查提供類(lèi)比,并進(jìn)一步優(yōu)化綜合勘查方法的實(shí)際應(yīng)用效果。
礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于黑溝-欒川斷裂和商陽(yáng)關(guān)-夏館斷裂之間(圖1)。區(qū)域地層區(qū)劃隸屬華北地層大區(qū)之北秦嶺地層分區(qū)。區(qū)域構(gòu)造以近東西向?yàn)橹鳎?北)東向、北西向次級(jí)構(gòu)造較發(fā)育。區(qū)域巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,巖體形成時(shí)代主要為燕山期,礦區(qū)所在的北秦嶺地區(qū)主要巖體有蟒嶺巖體、牧護(hù)關(guān)巖體及中酸性淺成-超淺成小巖體。
圖1 北秦嶺地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)盧欣祥,1999)
礦區(qū)主體地層相對(duì)簡(jiǎn)單,主要為中元古界寬坪群四岔口組和廣東坪組(圖2),巖性為一套變質(zhì)海相火山巖、碎屑巖夾碳酸鹽巖建造。四岔口組和廣東坪組中均見(jiàn)有鉛鋅金銀、錳礦(化)點(diǎn),寺溝地區(qū)廣東坪組為鎢鉬礦賦礦層位,但不是鎢鉬礦賦礦的必要條件,主要巖性為鈉長(zhǎng)角閃片巖,夾二云母石英片巖、大理巖等。
圖2 寺溝礦區(qū)地質(zhì)及地球化學(xué)異常圖
區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,礦區(qū)位于潘河寬緩復(fù)式背斜北翼。主要的斷裂構(gòu)造有蔭溝-閔溝斷裂帶(F1~F3)、朱坪-范臺(tái)斷裂帶(F4~F6)、中山寺斷裂帶(F7~F9),早期構(gòu)造呈近東西向、北西西向展布,后期構(gòu)造呈北東向、北北西向展布,寺溝地區(qū)深部成礦隱伏巖體外圍一系列構(gòu)造是鎢鉬礦的主要導(dǎo)礦、容礦構(gòu)造。
區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,主要出露巖體為蟒嶺巖體,巖性主要為二長(zhǎng)花崗巖,蟒嶺巖體西緣地區(qū)出露一系列與鉬成礦關(guān)系密切的中酸性淺成-超淺成小巖體,顯示出主巖漿期過(guò)后仍有多期巖漿熱液活動(dòng)。寺溝礦區(qū)與成礦直接相關(guān)的巖漿巖為花崗斑巖,隱爆角礫巖為鉬礦主要賦礦巖性,巖石為青灰-雜色,主要由角礫及膠結(jié)物組成,角礫成分主要為廣東坪組鈉長(zhǎng)角閃片巖、大理巖、花崗斑巖等,呈棱角-次棱角狀,粒度0.4×0.3×0.2~25×30×35 cm不等,局部見(jiàn)少量圍巖捕擄體;膠結(jié)物多為巖粉、巖屑及熱液蝕變礦物,隱爆角礫巖下部可見(jiàn)硅質(zhì)及少量花崗巖類(lèi)巖石膠結(jié)。
寺溝礦區(qū)為一斑巖型-矽卡巖型鎢鉬多金屬礦床,礦區(qū)地表及淺部主要發(fā)育鉛、鋅、金、銀等礦化,礦體規(guī)模較小,深部形成規(guī)模較大的隱伏鎢鉬礦體。目前在大理巖層位及其下部的隱爆角礫巖及蝕變圍巖中圈定鉬礦體26條,在大理巖層位及其附近圈定鎢礦體15條。鎢鉬礦體呈似層狀、板狀展布,走向北北東,北西西向緩傾。主要鉬礦體長(zhǎng)580~1080 m,寬600~720 m,鉬品位一般0.03%~0.10%;主要鎢礦體長(zhǎng)880~1030 m,寬600~780 m,三氧化鎢品位一般0.08%~0.15%。
礦石均為原生礦石,主要礦石類(lèi)型有隱爆角礫巖型礦石、矽卡巖型礦石、鈉長(zhǎng)角閃片巖型礦石、斑巖型礦石四大類(lèi)。鉬礦石主要金屬礦物為輝鉬礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦及少量閃鋅礦、黃銅礦等,脈石礦物有石英、綠泥石、綠簾石、絹云母、長(zhǎng)石、方解石等。鎢礦石金屬礦物主要為白鎢礦、黃鐵礦,脈石礦物有透閃石、透輝石、綠泥石、滑石、磷灰石、方解石、螢石等。
根據(jù)1:5萬(wàn)水系沉積物異常分布情況,結(jié)合前期勘查過(guò)程中總結(jié)的成礦地質(zhì)認(rèn)識(shí),部署1:2.5萬(wàn)土壤地球化學(xué)測(cè)量。測(cè)量范圍西起星星山-大桃岔一線,東至吊莊-芋子槽一帶,剖面南北方向垂直區(qū)域主構(gòu)造線布設(shè),網(wǎng)度為250 m×50 m,查證水系沉積物Ⅰ-乙Mo、Ag、Au及Ⅱ-乙Mo、W、Pb、Au異常,圈定異常優(yōu)選靶區(qū)。
本次土壤地球化學(xué)測(cè)量共采集樣品1122件,分析Au、Ag、As、Cu、Pb、Zn、Hg、Sb、Bi、W、Sn、Mo等12項(xiàng)元素,經(jīng)數(shù)據(jù)處理,共圈定綜合異常3處(圖2),編號(hào)自東向西分別為:1-甲(1)Mo、W、Au異常、2-乙(3)Mo、W、Ag、Au、As異常和3-丙(2)Pb、Zn、Ag異常。3個(gè)綜合異常中,1-甲(1)Mo、W、Au異常強(qiáng)度最高,異常三級(jí)濃度分帶清晰,濃集中心明顯,元素套合關(guān)系好,其中Mo異常最高值為48.2×10-6,W異常最高值為66.5×10-6。異常呈不規(guī)則面狀,以W、Mo異常為中心,其外圍分布有Pb、Zn、Ag、Au等中低溫異常(即3-丙(2)Pb、Zn、Ag異常),異常高-中低溫分帶特征明顯(圖3)。經(jīng)實(shí)地調(diào)查,在地表相繼發(fā)現(xiàn)Au、Ag、Pb、Zn礦體及W、Mo礦體,確定為礦致異常,且深部具有較大的找礦潛力,選定該處為下一步勘查的重點(diǎn)區(qū)域。
圖3 M13號(hào)綜合異常元素剖析圖
閔溝地區(qū)2-乙(3)Mo、W、Ag、Au、As異常整體強(qiáng)度弱于1-甲(1)Mo、W、Au異常,但同樣顯示出高-中-低溫異常水平分帶特征,指示深部可能存在隱伏鎢鉬礦體。
利用標(biāo)本法對(duì)區(qū)內(nèi)主要巖(礦)石進(jìn)行物性測(cè)量,表1列出了寺溝鉬礦主要巖(礦)石電阻率、極化率參數(shù)。表2為根據(jù)物性參數(shù)建立的物性模型。
表1 寺溝鎢鉬礦區(qū)巖(礦)石電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)特征
礦區(qū)內(nèi)巖(礦)石電阻率參數(shù)變化較大,分為低阻、低-中阻、中-高阻和高阻4個(gè)等級(jí);其中極化率參數(shù)分為弱極化和微極化兩個(gè)等級(jí),區(qū)分度不高??偨Y(jié)發(fā)現(xiàn),隱爆角礫巖和鈉長(zhǎng)角閃片巖具“中-高阻、微極化”;大理巖具“低-中阻、微極化”;石英脈和鉀長(zhǎng)花崗巖具“高阻、弱極化”;花崗斑巖和石英斑巖為“高阻、微極化”;花崗閃長(zhǎng)巖為“中-高阻、弱極化”;含礦地質(zhì)體表現(xiàn)的“低阻”特征,與其它巖石的電阻率特征具有明顯差異。上述巖石物性特征表明,寺溝礦區(qū)具有開(kāi)展(可控源)音頻大地電磁測(cè)深的地球物理前提條件。
表2 寺溝鎢鉬礦區(qū)巖(礦)石物性模型
通過(guò)對(duì)1-甲1 Mo、W、Au異常地表發(fā)現(xiàn)的Au、Ag、Pb、Zn礦體進(jìn)行鉆探驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)向深部Au、Ag、Pb、Zn礦體尖滅消失,而W、Mo礦體相繼出現(xiàn)并控制到較為厚大的礦體,至此礦區(qū)找礦方向由尋找淺部金、銀、鉛鋅礦轉(zhuǎn)變?yōu)閷ふ译[伏鎢鉬礦。為了探索和評(píng)價(jià)深部成礦空間及找礦遠(yuǎn)景,由于常規(guī)物探方法的探測(cè)深度有限(周普紅等,2017;朱衛(wèi)平等,2017),本次工作選用了具有較強(qiáng)測(cè)深能力的可控源音頻大地電磁測(cè)深方法,在地球化學(xué)異常分帶中心即W、Mo異常中心布設(shè)測(cè)深剖面6條,其中5條主剖面垂直于可能控制隱伏成礦巖體展布方向的北北東向構(gòu)造布設(shè),1條輔助剖面垂直主剖面布設(shè),線距200~600 m,點(diǎn)距50 m,對(duì)隱伏鎢鉬礦體、成礦巖體及其接觸帶部位進(jìn)行探索。
選取具有3個(gè)深孔驗(yàn)證的7線測(cè)深剖面為例,對(duì)比物探測(cè)深效果。由淺部到深部,斷面電性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為高-中-低-中高的分層特征(圖4)。地表及淺部高電性體(>4000 Ω·m)主要由廣東坪組鈉長(zhǎng)角閃片巖引起,其中超高電性體(介于7750~12000 Ω·m)經(jīng)鉆探驗(yàn)證為片巖內(nèi)各類(lèi)巖脈發(fā)育引起;下部的中等電性體(介于300~4000 Ω·m)主要是由發(fā)育硅化、(黃鐵)絹英巖化等蝕變的鈉長(zhǎng)角閃片巖引起;低電性體(<300 Ω·m)主要由鎢鉬礦體或其它金屬硫化物引起,推測(cè)為有利找礦部位,其與上下中等電性體之間的梯度帶位置(介于550~1200 Ω·m)后經(jīng)鉆探驗(yàn)證為大理巖層位;深部的中高電性體(>1000 Ω·m及>4000 Ω·m)主要為強(qiáng)烈蝕變巖及成礦巖體引起。經(jīng)后期鉆探驗(yàn)證反向約束物探反演結(jié)果,可更為精確地指示寺溝地區(qū)深部仍具有較大找礦空間,目前深部探索工作仍在進(jìn)行中。
圖4 寺溝礦區(qū)7線地質(zhì)(a)、物探(可控源音頻大地電磁測(cè)
經(jīng)鉆探驗(yàn)證,深部大理巖層位、隱伏鎢鉬礦的賦存部位與可控源音頻大地電磁測(cè)深異?;緦?duì)應(yīng),但深部未控制到成礦隱伏巖體。為進(jìn)一步驗(yàn)證深部高阻異常(推測(cè)隱伏巖體)可靠性,了解深部隱伏巖體分布情況,同時(shí)對(duì)可控源音頻大地電磁的測(cè)深能力進(jìn)行驗(yàn)證。同樣選用具有較強(qiáng)測(cè)深能力的音頻大地電磁測(cè)深方法(譚紅艷等,2011;高鵬等,2017;荊鵬等,2019;祁民等,2019),在7線進(jìn)行對(duì)比測(cè)量。結(jié)果顯示,音頻大地電磁測(cè)深(AMT)與可控源音頻大地電磁測(cè)深(CSAMT)的電性分層特征一致(圖5),說(shuō)明本區(qū)可控源音頻大地電磁測(cè)深發(fā)現(xiàn)的深部高阻隆起為深部地質(zhì)體電性的真實(shí)反映,其探測(cè)深度基本滿足礦區(qū)探測(cè)需要。對(duì)比發(fā)現(xiàn),可控源音頻大地電磁測(cè)深方法圈定的Ⅰ、Ⅱ號(hào)異常區(qū)細(xì)節(jié)更為豐富,Ⅲ號(hào)低阻異常橫向變化反應(yīng)精度更高。認(rèn)為可控源音頻大地電磁測(cè)深方法在寺溝礦區(qū)應(yīng)用效果整體優(yōu)于音頻大地電磁測(cè)深方法,且更為經(jīng)濟(jì)。
圖5 寺溝礦區(qū)7線CSAMT(a)、AMT(b)二維反演電阻率斷面對(duì)比圖
經(jīng)過(guò)音頻大地電磁測(cè)深方法驗(yàn)證及鉆孔二次校正,可控源音頻大地電磁測(cè)深推測(cè)的成礦有利區(qū)可靠程度進(jìn)一步提高,物探異常顯示寺溝地區(qū)深部仍具有較大的找礦潛力空間。可控源音頻大地電磁測(cè)深方法、音頻大地電磁測(cè)深方法與鉆探驗(yàn)證手段在地質(zhì)勘查中穿插交替進(jìn)行,不僅為鉆探驗(yàn)證提供了指示作用,同時(shí)鉆孔內(nèi)地質(zhì)信息也對(duì)物探反演起到了校正及約束作用,經(jīng)二次反演校正,有效提高了深部找礦成功率。
結(jié)合寺溝鎢鉬礦勘查成果,總結(jié)并提煉了一套適合本區(qū)域隱伏鎢鉬礦勘查的綜合找礦模式(表3):
表3 寺溝鎢鉬礦地質(zhì)-地球化學(xué)-地球物理綜合找礦模式
(1)初選找礦靶區(qū):根據(jù)區(qū)域1:5萬(wàn)水系沉積物異常,選取鎢鉬異常分布范圍廣、異常強(qiáng)度高的區(qū)域作為初選靶區(qū)。
(2)縮小找礦靶區(qū):開(kāi)展1:2.5萬(wàn)土壤地球化學(xué)測(cè)量,優(yōu)選礦化富集部位。
(3)查明礦體特征:以土壤地球化學(xué)測(cè)量鎢鉬富集異常區(qū)為目標(biāo),布置巖石地球化學(xué)剖面,配合槽探、淺鉆等手段查明控巖控礦斷裂及礦(化)體的出露特征。
(4)探索深部空間成礦信息:以前期地質(zhì)認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ),布設(shè)可控源音頻大地電磁測(cè)深(視礦區(qū)情況選取廣域電磁法等其它測(cè)深方法,并配合音頻大地電磁測(cè)深等配套方法)了解深部礦(化)體空間展布情況,進(jìn)行深部鉆探驗(yàn)證并預(yù)測(cè)找礦潛力。
通過(guò)系統(tǒng)總結(jié)地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理找礦標(biāo)志等綜合信息,建立了寺溝鎢鉬礦綜合找礦模型(圖6)。
(1)地質(zhì)找礦標(biāo)志
鉬礦體賦存于上、下兩層大理巖之間,鎢礦體富集于大理巖層位及其附近;巖體的侵入多受北北東向構(gòu)造控制,其形成對(duì)區(qū)域構(gòu)造同樣具有繼承和改造作用,同時(shí)礦體的賦存也受此類(lèi)導(dǎo)礦構(gòu)造的制約與控制,賦礦部位中普遍發(fā)育的片(層)理、節(jié)理、裂隙等微構(gòu)造,為鎢鉬礦體的容礦構(gòu)造;鉬礦化與硅化關(guān)系最為密切,其次為鉀化、磁黃鐵礦化,鎢礦化與碳酸鹽化關(guān)系密切。
(2)地球化學(xué)找礦標(biāo)志
以W-Sn-Mo-Bi-Cu-Ag-Au等高溫元素組合為主的異常與W、Mo礦化蝕變密切相關(guān)。高-中-低溫異常分帶特征是重要的找礦標(biāo)志。
(3)地球物理找礦標(biāo)志
含礦地質(zhì)體表現(xiàn)為低電阻率異常特征,可控源音頻大地電磁測(cè)深方法可以初步圈定成礦有利部位,音頻大地電磁測(cè)深方法可以驗(yàn)證指示隱伏礦體的低阻異常及深部成礦巖體的高阻異常的可靠性。
圖6 寺溝鎢鉬礦床地質(zhì)(a)-地球化學(xué)(b)-地球物理(c)綜合找礦模型
21世紀(jì)以來(lái),隨著各類(lèi)礦床發(fā)現(xiàn)難度不斷增大,多學(xué)科綜合信息找礦方法逐步取代單一找礦方法,成為礦產(chǎn)勘查的主要方法手段。(江少卿等,2014;王瑞廷等,2015;朱文杰等,2015;郎興海等,2017;鮑中義等,2018;程遠(yuǎn)等,2018;何鵬等,2018;劉啟能等,2018;邱輝等,2019;邰文星等,2019;李飛等,2020;劉誠(chéng)等,2020;白德勝等,2021;馬曉東,2021)。地質(zhì)-地球化學(xué)-地球物理綜合勘查方法的應(yīng)用,在寺溝隱伏鎢鉬礦的發(fā)現(xiàn)中起到了重要的作用。利用1:5萬(wàn)水系沉積物異常初選找礦靶區(qū),1:2.5萬(wàn)土壤地球化學(xué)測(cè)量縮小找礦靶區(qū),通過(guò)異常查證圈出賦礦部位,進(jìn)一步查明礦體特征為物探布設(shè)提供依據(jù);利用可控源音頻大地電磁測(cè)深和音頻大地電磁測(cè)深等方法對(duì)深部成礦有利空間進(jìn)行探索,為鉆探工程布設(shè)提供信息;鉆探獲取的地質(zhì)信息反向校正并約束物探二次反演結(jié)果,很大程度上避免了單一地質(zhì)勘查方法的多解性和局限性,提高了后續(xù)勘查指導(dǎo)信息的可靠性。
通過(guò)上述綜合找礦方法,在寺溝礦區(qū)深部發(fā)現(xiàn)了埋深>500 m的厚大鎢鉬礦體,勘查成果表明,物化探方法組合和工作流程選擇合理、有效,目前勘查工作仍在進(jìn)行,下一步將對(duì)遠(yuǎn)景區(qū)進(jìn)行外圍物探測(cè)深及鉆探驗(yàn)證工作。截至目前,估算鉬潛在資源及以上資源量6萬(wàn)噸,三氧化鎢1萬(wàn)噸,達(dá)到中型鎢鉬礦床規(guī)模。利用本文總結(jié)的綜合找礦方法,在鄰區(qū)開(kāi)展勘查工作,揭示鄰區(qū)具有與本區(qū)類(lèi)似的成礦地質(zhì)背景及找礦潛力,目前該區(qū)勘查工作正在進(jìn)行。
(1)寺溝礦區(qū)具有以W、Mo等中高溫異常為中心,其外圍分布有Pb、Zn、Ag、Au等中低溫異常的斑巖型異常分帶特征。
(2)通過(guò)可控源音頻大地電磁測(cè)深方法及音頻大地電磁測(cè)深方法的對(duì)比應(yīng)用,反映出在與寺溝地區(qū)相似的地質(zhì)背景下,可控源音頻大地電磁測(cè)深方法無(wú)論從指示效果還是經(jīng)濟(jì)性方面整體優(yōu)于后者。
(3)寺溝隱伏鎢鉬礦的發(fā)現(xiàn)是地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理多種勘查技術(shù)方法綜合應(yīng)用的成功實(shí)例。綜合找礦模型的構(gòu)建及應(yīng)用,能較好地指導(dǎo)礦區(qū)周邊及類(lèi)似成礦條件地區(qū)的找礦勘查和評(píng)價(jià)工作。
(4)北秦嶺地區(qū)構(gòu)造、巖漿活動(dòng)發(fā)育,成礦條件優(yōu)越,重視傳統(tǒng)地質(zhì)、化探、物探資料的綜合研究,在總結(jié)地質(zhì)認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上,不斷加大綜合勘查技術(shù)方法的應(yīng)用,將有利于擴(kuò)大深部找礦空間、整合零星礦點(diǎn),發(fā)現(xiàn)更大規(guī)模的礦產(chǎn)地。
致謝:項(xiàng)目工作過(guò)程中,得到陜西省自然資源廳、地質(zhì)勘查基金管理中心、西北有色地質(zhì)礦業(yè)集團(tuán)有限公司的關(guān)心和指導(dǎo)。匿名審稿人在論文評(píng)審過(guò)程中提出寶貴修改意見(jiàn),在此一并致謝。