熱液成因有色金屬礦多維異常體系
——以馬頭斑巖型鉬銅礦為例

馬生明，朱立新

1．中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北 廊坊 065000 2．中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院，北京 100037

熱液成因有色金屬礦多維異常體系
——以馬頭斑巖型鉬銅礦為例

馬生明1，朱立新2

1．中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北 廊坊 065000 2．中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院，北京 100037

從深部礦地球化學(xué)勘查實(shí)際需求出發(fā)，根據(jù)近年來(lái)20余個(gè)礦床研究結(jié)果，總結(jié)提出了熱液成因有色金屬礦床礦致異常規(guī)律-多維異常體系。多維異常體系是指產(chǎn)出在特定成礦地質(zhì)時(shí)期地質(zhì)體中，空間有序共存、形成機(jī)理各異、成礦指向遞進(jìn)的多屬性地球化學(xué)異常體系，將在斑巖型、矽卡巖型、熱液型以及沉積改造型等與熱液作用有關(guān)的有色金屬礦產(chǎn)深部礦預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)中發(fā)揮重要作用。以安徽馬頭斑巖型鉬銅礦為例，對(duì)該礦床多維異常體系進(jìn)行了探討。結(jié)果表明: 在該礦床中，存在著以Na2O為代表的負(fù)異常體系、以S為代表的礦化劑元素異常體系、礦化劑元素S與Fe和成礦元素間協(xié)同平衡體系、成礦及其伴生元素異常體系等，這些異常體系對(duì)成礦的指示作用是遞進(jìn)的，從而證實(shí)了多維異常體系的存在。對(duì)應(yīng)用多維異常體系思路預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)深部礦進(jìn)行了說(shuō)明。

熱液成因；有色金屬礦床；礦致異常；多維異常體系;馬頭斑巖型鉬銅礦

當(dāng)前，找礦目標(biāo)體從淺表轉(zhuǎn)向深部[1]，致使某些已有找礦方法不再適用，需要?jiǎng)?chuàng)新和發(fā)展。就地球化學(xué)勘查方法而言，需要研發(fā)指標(biāo)類型豐富、成礦信息量大的新方法以適應(yīng)地質(zhì)找礦工作的現(xiàn)實(shí)需求。筆者在梳理、集成近年來(lái)20余個(gè)試驗(yàn)區(qū)研究結(jié)果基礎(chǔ)上，總結(jié)提出了熱液成因有色金屬礦床礦致異常規(guī)律-多維異常體系。在多維異常體系中，既包括微量元素，也包括常量元素，既有成礦及其伴生元素，又有礦化劑元素、親石分散元素，既有正異常，又有負(fù)異常，指標(biāo)及異常類型豐富、示礦信息多樣。試驗(yàn)研究結(jié)果證實(shí)，多維異常體系將在深部礦體預(yù)測(cè)或地表隱伏礦體定位等方面發(fā)揮積極作用。

1 多維異常體系涵義

多維異常體系是指產(chǎn)出在特定成礦地質(zhì)時(shí)期地質(zhì)體中空間有序共存、形成機(jī)理各異、成礦指向遞進(jìn)的多屬性地球化學(xué)異常體系，具體包括元素負(fù)異常體系、礦化劑元素異常體系、礦化劑元素與Fe和成礦元素間協(xié)同平衡體系、成礦及其伴生元素異常體系、惰性元素質(zhì)量守恒體系等。多維一詞既表征特定地質(zhì)時(shí)期形成的礦致異常空間產(chǎn)出狀態(tài)，又表征礦致異常由多種異常體系構(gòu)成。之所以稱作異常體系，是因?yàn)樵诿糠N異常體系中，出現(xiàn)異常的通常都不是某單個(gè)元素，而是一系列具有內(nèi)在聯(lián)系的多種元素。

在多維異常體系中，元素負(fù)異常體系、礦化劑元素異常體系、成礦元素異常體系是形成礦床的必要條件，礦化劑元素與Fe和成礦元素間協(xié)同平衡體系是限制和決定有色金屬礦床形成的關(guān)鍵因素，惰性元素質(zhì)量守恒體系則是成礦地球化學(xué)系統(tǒng)中元素遷移定量計(jì)算的基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)。多維異常體系從不同側(cè)面系統(tǒng)、全面地剖析成礦地球化學(xué)系統(tǒng)中元素地球化學(xué)行為和分布分配規(guī)律，可以更加客觀、準(zhǔn)確地指導(dǎo)深部礦預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。筆者以安徽池州馬頭斑巖型鉬銅礦床為例，對(duì)多維異常體系進(jìn)行介紹，同時(shí)對(duì)應(yīng)用多維異常體系預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)深部礦的程序和思路進(jìn)行說(shuō)明。

2 馬頭試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)概況

馬頭試驗(yàn)區(qū)位于安徽池州地區(qū)，該地區(qū)是長(zhǎng)江中下游成礦帶的重要組成部分，鐵、銅、硫礦產(chǎn)資源豐富[2]。大地構(gòu)造位置位于下?lián)P子斷裂拗陷帶與皖南加里東造山帶的銜接部位[3]，作為這2個(gè)構(gòu)造帶界線的東至-寧國(guó)斷裂從礦區(qū)附近通過(guò)。在池州-七都一帶，下古生界至三疊系構(gòu)成了一個(gè)復(fù)向斜，馬頭斑巖型鉬銅礦位于該復(fù)向斜之灌口向斜的北東段南東翼(圖1)。

1.第四系；2.白堊系；3.泥盆系-三疊系；4.志留系；5.寒武系-志留系；6.震旦系-志留系；7.元古宇；8.燕山期花崗巖；9.平移斷層；10.正斷層；11.逆斷層；12.深大斷裂；13.背斜軸；14.向斜軸。圖1 安徽池州區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)文獻(xiàn)[4]修改)Fig. 1 Geological map of the Chizhou area, southern Auhui Province(modefied from reference[4])

區(qū)內(nèi)出露地層主要有志留系下統(tǒng)高家邊組(S1g)、中統(tǒng)墳頭組(S2f)、上統(tǒng)茅山組(S3m)，泥盆系上統(tǒng)五通組(D3w)，以及第四系覆蓋層(圖2)。各時(shí)代地層在本區(qū)表現(xiàn)為走向北東、傾向北西-北的單斜構(gòu)造，傾角21°～54°。同時(shí)，由于受后期熱液活動(dòng)的影響，各組地層普遍受到硅化，局部地段硅化強(qiáng)烈且發(fā)育黃鐵礦化；在礦化較強(qiáng)地段，粉砂巖地層普遍發(fā)生絹云母化、綠泥石化蝕變。區(qū)內(nèi)構(gòu)造較發(fā)育，主要有褶皺、斷裂以及節(jié)理裂隙構(gòu)造。節(jié)理大量發(fā)育，大部分以剪節(jié)理為主，對(duì)本區(qū)的礦(化)體具有明顯的控制作用。巖漿巖主要為花崗閃長(zhǎng)斑巖，巖脈主要有輝綠巖。礦化方式以細(xì)脈狀為主。由此形成的礦石自然類型主要為脈型，其中包括輝鉬礦-石英脈型礦石、黃銅礦-石英脈型礦石、薄膜狀輝鉬礦礦石和浸染型礦石。

3 馬頭斑巖型鉬銅礦多維異常體系

馬頭試驗(yàn)區(qū)多維異常體系研究選擇在9號(hào)勘探線上ZK901、ZK902、ZK904和ZK909 4個(gè)鉆孔進(jìn)行(圖2)。其中：ZK901鉆孔位于墳頭組粉砂巖分布區(qū)，進(jìn)尺431 m，上部約130 m為鉬含礦體，下部約300 m為青磐巖化粉砂巖。ZK902鉆孔總進(jìn)尺957 m，鉆孔上部巖性為墳頭組粉砂巖，普遍青磐巖化，中下部粉砂巖、花崗閃長(zhǎng)斑巖間隔產(chǎn)出，出現(xiàn)石英-絹云母化蝕變，下部巖性是花崗閃長(zhǎng)斑巖，出現(xiàn)鉀化蝕變; 該鉆孔控制兩層礦體，上層礦體產(chǎn)出在鉆孔上部粉砂巖中，厚度約130 m，下層礦體位于鉆孔的中下部，厚度接近100 m，產(chǎn)出在粉砂巖與花崗閃長(zhǎng)斑巖交互出現(xiàn)區(qū)段。ZK904鉆孔總進(jìn)尺550 m，整體位于花崗閃長(zhǎng)斑巖中，上部處在青磐巖化花崗閃長(zhǎng)斑巖中，下部位于石英-絹云母化帶邊緣；整個(gè)鉆孔中基本上都有礦化顯示，以Mo礦化為主，局部塊段出現(xiàn)Cu礦化。ZK909鉆孔總進(jìn)尺449 m，整體位于青磐巖化粉砂巖中。在4個(gè)鉆孔中采用連續(xù)撿塊的方式共采集巖心樣品243件，平均采樣間距10 m。

1.第四系；2.泥盆系上統(tǒng)五通組；3.志留系上統(tǒng)茅山組；4.志留系中統(tǒng)墳頭組；5.志留系下統(tǒng)高家邊組；6.花崗閃長(zhǎng)斑巖；7.花崗斑巖；8.地層界線；9.實(shí)測(cè)、推測(cè)斷層；10.試驗(yàn)鉆孔位置及編號(hào)。圖2 馬頭試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig. 2 Geological map of Matou deposit study area

3.1 元素負(fù)異常體系

與熱液活動(dòng)有關(guān)的礦床中由元素帶出形成的負(fù)異常較早就引起研究者的關(guān)注[5-10]，礦床中元素的負(fù)異常是成礦作用過(guò)程中化學(xué)元素帶出的結(jié)果。近年來(lái)系統(tǒng)的試驗(yàn)研究結(jié)果證實(shí)，雖然異常元素因礦床類型、礦種類型以及礦化強(qiáng)度、規(guī)模等有所差異，但是元素負(fù)異常普遍存在，而且出現(xiàn)異常的元素通常遠(yuǎn)不止一個(gè)，既有常量元素，也有微量元素[11-12]，負(fù)異常的分布范圍大于成礦及其伴生元素異常，也就是說(shuō)，礦床或成礦及其伴生元素異常產(chǎn)出在負(fù)異常體系之內(nèi)。在成礦地球化學(xué)系統(tǒng)中，是否存在由元素帶出形成的負(fù)異常體系是判斷系統(tǒng)中成礦與否的先決條件[13]，而且負(fù)異常反映的是整個(gè)成礦地球化學(xué)環(huán)境范圍，其異常規(guī)模通常大于成礦及其伴生元素異常，因此易于發(fā)現(xiàn)，其礦化指示作用甚至大于由成礦及其伴生元素形成的正異常。

1. 第四系；2. 志留系中統(tǒng)墳頭組粉砂巖；3. 花崗閃長(zhǎng)斑巖；4. 地層界線；5. 蝕變帶界線；6. 鉬含礦體(333)；7. 鉬含礦體(332)；8. 銅含礦體；9. 竣工鉆孔編號(hào)及孔口標(biāo)高；10. w(Na2O)<0.12%，w(MgO)<0.40%，w(CaO)<0.30%；11. w(Na2O)<0.20%，w(MgO)<1.20%，w(CaO)<0.50%；12. w(Na2O)<1.00%。圖3 馬頭試驗(yàn)區(qū)9號(hào)勘探線地質(zhì)剖面及常量元素負(fù)異常Fig. 3 Geological section and major elements negative anomalies of No.9 exploratory line of Matou deposit study area

馬頭試驗(yàn)區(qū)9號(hào)勘探線剖面上主要元素負(fù)異常如圖3所示。與粉砂巖平均化學(xué)組成相比[14]，ZK901鉆孔巖心中出現(xiàn)顯著貧化的元素有Na2O、CaO、MgO等常量元素和Sr、Ba等微量元素。其中以Na2O的貧化幅度和范圍最大，鉬礦化體區(qū)段w(Na2O)僅為其豐度的1/13，青磐巖化區(qū)段w(Na2O)略有增加，但也僅為其平均化學(xué)組成的1/8(表1)。與粉砂巖、花崗閃長(zhǎng)斑巖平均化學(xué)組成相比，ZK902鉆孔中出現(xiàn)顯著貧化的元素同樣有Na2O、CaO、MgO和Sr、Ba等，這些元素的貧化程度總體呈現(xiàn)從青磐巖化、石英-絹云母化到鉀化逐漸降低的趨勢(shì)，表現(xiàn)在元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)上逐次增高。例如Na2O，w(Na2O)從青磐巖化中的0.08%依次增大到花崗閃長(zhǎng)斑巖中的2.77%，規(guī)律性明顯。在ZK902鉆孔中出現(xiàn)Na2O等元素負(fù)異常的上部和中下部地段，Mo發(fā)生極大富集形成礦床。ZK904鉆孔總進(jìn)尺550 m，整體位于花崗閃長(zhǎng)斑巖中，上部處在青磐巖化花崗閃長(zhǎng)斑巖中，下部位于石英-絹云母化帶邊緣。整個(gè)鉆孔中基本上都有礦化顯示，以Mo礦化為主，局部塊段出現(xiàn)Cu礦化。在這個(gè)鉆孔中，常量元素Na2O顯著貧化，w(Na2O)只有0.60%，相當(dāng)于花崗閃長(zhǎng)斑巖中Na2O平均化學(xué)組成的1/6。w(MgO)略低于花崗閃長(zhǎng)長(zhǎng)斑巖中的豐度，w(CaO)高于其豐度。微量元素中Ba、Sr負(fù)異常明顯，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)只有花崗閃長(zhǎng)斑巖平均化學(xué)組成的一半。ZK909鉆孔總進(jìn)尺449 m，整體位于青磐巖化粉砂巖中。對(duì)比粉砂巖中元素平均化學(xué)組成發(fā)現(xiàn)，發(fā)生貧化的常量元素有Na2O、CaO，微量元素主要是Sr。Na2O、CaO和Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是粉砂巖中各自平均化學(xué)組成的1/5、1/2和1/3。元素的富集雖然也存在，但以Ag、As、Sb等成礦伴生元素為主，主成礦元素Mo略有富集，Cu基本與粉砂巖中平均化學(xué)組成持平。

從上述試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，以Na2O、MgO、CaO、Ba、Sr等元素為代表的負(fù)異常體系涵蓋了整個(gè)礦化蝕變帶，表明負(fù)異常對(duì)成礦地球化學(xué)系統(tǒng)的反映較富集元素更加敏感，主要表現(xiàn)在異常強(qiáng)度大、范圍更廣。馬頭試驗(yàn)區(qū)MoCu礦化產(chǎn)在元素負(fù)異常體系中，但是并不是整個(gè)負(fù)異常體系中都有礦化體產(chǎn)出，說(shuō)明負(fù)異常體系只是指示礦化體存在的必要條件，是否存在礦化還需要結(jié)合其他條件進(jìn)一步判斷，其中首要條件就是礦化劑元素異常體系是否存在。

3.2 礦化劑元素異常體系

據(jù)劉英俊等[15]的元素地球化學(xué)分類，礦化劑元素包括S、B、C、Cl、F等。對(duì)有色金屬礦床而言成礦礦物主要是金屬硫化物，因此這里就以S為代表來(lái)探討礦化劑元素異常體系。正是由于有色金屬礦床成礦礦物主要是金屬硫化物，因此S的富集和由此形成的S異常是判斷是否存在有色金屬礦床的必要條件。如果系統(tǒng)中S極大富集即S異常顯著，那么就說(shuō)明具備形成有色金屬礦床的必要條件，否則形成有色金屬礦床的可能性就很小。

試驗(yàn)鉆孔中S質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其分布特征如圖4-圖7和表1所示。可以看到，在馬頭試驗(yàn)區(qū)ZK901鉆孔Mo礦體和粉砂巖圍巖、ZK902鉆孔Mo礦體和粉砂巖及花崗閃長(zhǎng)斑巖圍巖、ZK904鉆孔MoCu礦體中，S都發(fā)生了很大程度的富集，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)至少是粉砂巖或花崗閃長(zhǎng)斑巖中豐度的10倍以上。而在ZK909鉆孔的粉砂巖中，S雖然也有富集，但是平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)不如其他3個(gè)鉆孔，在這個(gè)鉆孔中Mo、Cu等成礦元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)都不高，沒(méi)有出現(xiàn)具有工業(yè)價(jià)值的礦體，只有成礦伴生元素Ag、As、Sb等的微弱富集。由此充分說(shuō)明，只有存在顯著的S異常才可能形成MoCu礦床，如果沒(méi)有S異常就不可能形成MoCu礦床。

在出現(xiàn)顯著S異常的3個(gè)鉆孔中，ZK904鉆孔中MoCu礦化普遍存在，ZK901鉆孔、ZK902鉆孔中礦化只存在于部分地段。在ZK901鉆孔的中下部、ZK902鉆孔的中上部和下部，雖然出現(xiàn)了顯著的S異常，在ZK901鉆孔中下部粉砂巖、ZK902鉆孔中上部粉砂巖中w(S)甚至高于礦化地段，但是卻沒(méi)有MoCu礦體產(chǎn)出。由此表明，以S為代表的礦化劑元素異常體系與負(fù)異常體系一樣，只是指示成礦的必要條件，而不是充分必要條件。當(dāng)系統(tǒng)中存在S異常時(shí)，能否成礦還要取決于系統(tǒng)中礦化劑元素S與Fe和成礦元素間的協(xié)同平衡關(guān)系。

表1 馬頭試驗(yàn)區(qū)9號(hào)勘探線鉆孔中部分元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)

注：平均化學(xué)組成據(jù)文獻(xiàn)[14]；n為參加統(tǒng)計(jì)樣品數(shù)。

圖4 馬頭試驗(yàn)區(qū)ZK901鉆孔元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布示意圖Fig. 4 Elements distribution schematic diagram of drill ZK901 of Matou deposit study area

圖5 馬頭試驗(yàn)區(qū)ZK902鉆孔元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布示意圖Fig. 5 Elements distribution schematic diagram of drill ZK902 of Matou deposit study area

3.3 S與Fe和成礦元素Mo、Cu間協(xié)同平衡體系

地質(zhì)系統(tǒng)中的常量元素Fe以及有色金屬成礦元素(Cu、Mo、Pb、Zn等)、成礦伴生元素(Ag、As、Sb、Bi、Cd等)，都可以與S結(jié)合形成金屬硫化物礦物，因此有色金屬成礦元素Cu、Mo、Pb、Zn等能否成礦，一方面取決于系統(tǒng)中這些元素本身的濃度，另一方面還受控于系統(tǒng)中Fe元素以及成礦伴生元素的濃度。如果地質(zhì)系統(tǒng)中出現(xiàn)了S的顯著異常，那么對(duì)應(yīng)的可能出現(xiàn)以下幾種情況： 1)金屬成礦元素發(fā)生富集； 2)成礦伴生元素發(fā)生富集； 3)Fe富集； 4)上述幾種情況共存。很顯然，Cu、Mo、Pb、Zn等成礦元素和Fe元素濃度比例是決定出現(xiàn)哪種情況，也即能否成礦的重要條件。能夠形成礦床的成礦地球化學(xué)系統(tǒng)，應(yīng)該是礦化劑元素S與Fe和成礦元素，包括成礦伴生元素之間的協(xié)同平衡體系。

圖6 馬頭試驗(yàn)區(qū)ZK904鉆孔元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布示意圖Fig.6 Elements distribution schematic diagram of drill ZK904 of Matou deposit study area

對(duì)比馬頭試驗(yàn)區(qū)ZK901、ZK902、ZK904、ZK909鉆孔中礦化，蝕變巖石中Fe2O3與成礦元素Mo、Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系(圖4-圖7)可以發(fā)現(xiàn)：除個(gè)別高值點(diǎn)以外，兩者之間基本呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，即在礦體部位w(Mo)、w(Cu)高，而w(Fe2O3)相對(duì)非礦部位低；相反，在非礦蝕變巖產(chǎn)出地段，w(Fe2O3)相對(duì)礦體地段高，w(Mo)、w(Cu)低。這說(shuō)明Fe與金屬成礦元素之間存在著協(xié)同競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，競(jìng)爭(zhēng)的對(duì)象就是礦化劑元素S。在S異常地段是否能夠形成礦床，取決于系統(tǒng)中S與Fe和金屬成礦元素之間的協(xié)同平衡關(guān)系。很顯然，在這個(gè)體系中如果Fe占據(jù)主導(dǎo)地位，成礦的可能性就會(huì)大大降低，因?yàn)榇藭r(shí)體系中大部分S會(huì)與Fe結(jié)合，生成黃鐵礦等Fe的硫化物礦物，這樣就會(huì)減少S與金屬成礦元素結(jié)合形成成礦礦物乃至礦床的機(jī)會(huì)。

3.4 成礦及其伴生元素異常體系

顧名思義，成礦及其伴生元素異常體系由成礦元素及其伴生元素構(gòu)成，實(shí)質(zhì)上這些元素就是以往地球化學(xué)勘查中廣泛應(yīng)用的地球化學(xué)指標(biāo)；通常情況下它們?cè)诳臻g上具有分帶特性，即形成原生異常分帶。容易理解，原生異常分帶是多維異常體系中一個(gè)有機(jī)組成部分。

由于馬頭斑巖型鉬銅礦化類型及空間分布受圍巖巖性控制明顯，而且礦體已經(jīng)出露地表，因此無(wú)法在剖面圖上統(tǒng)一展示各鉆孔中元素異常及其分布特征。針對(duì)這種情況，以鉆孔為單位，分別編制了成礦及其伴生元素異常圖。

從圖4中可以看到，在ZK901鉆孔中，成礦元素Mo在150 m深度以淺部位異常顯著，與已知的Mo礦體對(duì)應(yīng)，在150 m深度以下w(Mo)顯著降低，但是與圍巖中元素平均化學(xué)組成相比異常仍然存在。Cu在整個(gè)鉆孔中異常明顯，w(Cu)多在300×10-6以下。與圍巖中元素平均化學(xué)組成相比主要伴生元素Ag、As、Sb、Cd等異常明顯，不過(guò)與Mo異?？臻g吻合較好的只有Cd異常，Ag、As、Sb異常在Mo礦體產(chǎn)出部位甚至還有所降低。

在ZK902鉆孔中，成礦元素Mo異常主要出現(xiàn)在2個(gè)地段(圖5)，總體與已知Mo礦體產(chǎn)出位置吻合。出現(xiàn)在0～150 m地段的Mo異常，w(Mo)為(150～300)×10-6；出現(xiàn)在500～700 m地段的Mo異常變化很大，多呈單峰的形式產(chǎn)出。Cu異常分上下2段: 上段異常位于40～340 m，w(Cu)為(50～500)×10-6，個(gè)別單峰異常w(Cu)接近3 000×10-6；下段異常從孔深750 m直到孔底，除少數(shù)單峰異常外，w(Cu)一般為(60～500)×10-6。伴生元素中，Ag、Cd異常分布形態(tài)相似，與Cu異常大體相同。w(As)在700 m孔深以上地段總體較高，在700 m孔深以下逐漸變低，以致低于花崗閃長(zhǎng)斑巖中的豐度。在ZK902鉆孔中，w(Sb)絕大多數(shù)大于2×10-6，為砂巖中豐度的4倍、花崗閃長(zhǎng)斑巖中的15倍以上，此外還出現(xiàn)一些單峰異常。

從鉆孔剖面圖上看，位于花崗閃長(zhǎng)斑巖中的ZK904鉆孔基本上是全孔礦化，礦化以Mo為主。從元素異常圖上看(圖6)，Mo、Cu異常明顯，與礦化情況相符，只是異常強(qiáng)度差異很大，多為單峰異常，尤以Mo異常更為典型。與花崗閃長(zhǎng)斑巖中平均化學(xué)組成相比，Ag、As、Sb、Cd等元素異常明顯，w(Ag)、w(Cd)基本均大于500×10-9，w(As)一般大于6×10-6，w(Sb)總體大于2×10-6。在整體異常較強(qiáng)的情況下，每個(gè)元素還有質(zhì)量分?jǐn)?shù)更高的不連續(xù)單峰異常出現(xiàn)，表明在斑巖型鉬銅礦化過(guò)程中，這幾個(gè)元素是典型的伴生元素。

與ZK904鉆孔緊鄰的ZK909鉆孔位于墳頭組粉砂巖中，該鉆孔中沒(méi)有Mo、Cu礦化體，甚至沒(méi)有Mo、Cu異常產(chǎn)出(圖7)。伴生元素中As、Sb異常顯著且穩(wěn)定，質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化幅度總體不大。Ag、Cd兩元素基本沒(méi)有異常顯示。

從上述鉆孔中成礦及其伴生元素異常介紹中不難看出，在每個(gè)鉆孔中，無(wú)論是有無(wú)礦化體或成礦元素異常存在，均有成礦伴生元素異常，只是異常元素組合有所差異。綜合分析4個(gè)鉆孔中成礦伴生元素異常發(fā)現(xiàn)，如果以礦化體為核心，成礦伴生元素異常的空間分布規(guī)律以及濃度分帶、組分分帶等均不明顯。由此表明，雖然馬頭斑巖型鉬銅礦中存在著成礦及其伴生元素異常體系，但是對(duì)礦化作用或礦體賦存部位的指示作用并不明確，這也正是以往應(yīng)用礦床原生異常分帶理論和方法判斷深部礦化或礦體賦存部位中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。

3.5 惰性元素質(zhì)量守恒體系

惰性元素是指在礦化過(guò)程中基本沒(méi)有發(fā)生帶出或帶入作用的元素。惰性元素質(zhì)量守恒體系是指在成礦前后，原巖和礦化蝕變巖中惰性元素質(zhì)量沒(méi)有發(fā)生明顯變化，質(zhì)量守恒。質(zhì)量守恒體系中的元素雖然在礦產(chǎn)勘查中不是直接的找礦標(biāo)志，但卻是地球化學(xué)開放系統(tǒng)中計(jì)算元素帶出、帶入遷移量的標(biāo)準(zhǔn)，在深部礦產(chǎn)勘查地球化學(xué)理論與方法研究中起著至關(guān)重要的作用。成礦地球化學(xué)系統(tǒng)中元素遷移是成礦機(jī)制不可或缺的過(guò)程，元素遷移總體可表現(xiàn)為帶出、帶入和惰性等特征。因?yàn)槌傻V系統(tǒng)是開放的地球化學(xué)系統(tǒng)，因此直接利用礦床中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)法確定元素在成礦過(guò)程中帶出、帶入的性狀及其具體的遷移量。在這種情況下，一種可行的手段就是利用系統(tǒng)中惰性元素質(zhì)量守恒特性，將系統(tǒng)質(zhì)量變化轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)中惰性元素濃度變化，進(jìn)而為估算其他元素遷移量提供度量標(biāo)準(zhǔn)[16-17]。變換過(guò)程簡(jiǎn)述如下。

(1)

由(1)式可得

(2)

式(2)表示的意義是系統(tǒng)的質(zhì)量變化與惰性元素濃度變化成反比，由此就可以通過(guò)系統(tǒng)中惰性元素的濃度變化將系統(tǒng)質(zhì)量變化反映出來(lái)，這就為成礦過(guò)程中元素遷移定量計(jì)算奠定了基礎(chǔ)，為定量評(píng)估系統(tǒng)中元素帶出、帶入量以及富集、貧化特征提供了有效手段，使得深部成礦前景評(píng)估向定量化方向邁出了重要一步。

4 討論

到目前為止，相關(guān)研究的試驗(yàn)區(qū)已經(jīng)多達(dá)20余個(gè)，涉及的礦床成因類型有斑巖型、矽卡巖型、熱液型以及沉積改造型等，礦種類型有銅鉬礦、鉛鋅礦、銀鉛鋅多金屬礦等。以上僅以安徽馬頭試驗(yàn)區(qū)為例，介紹了多維異常體系及其在成礦前景評(píng)價(jià)、深部礦體預(yù)測(cè)中的基本程序和方法。實(shí)際上，除貧化、富集的具體元素種類因礦床而異以外，多維異常體系在20多個(gè)試驗(yàn)區(qū)都得到了很好的印證，這充分說(shuō)明多維異常體系具有廣泛的試驗(yàn)基礎(chǔ)，同時(shí)也就具有廣闊的應(yīng)用前景。

多維異常體系是對(duì)礦產(chǎn)勘查地球化學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)理論的創(chuàng)新和發(fā)展，對(duì)地球化學(xué)勘查方法技術(shù)將產(chǎn)生直接且深遠(yuǎn)的影響，以往單純以成礦及其伴生元素分帶為基礎(chǔ)的地球化學(xué)勘查方法技術(shù)將被極大豐富甚至是根本改變。縱觀馬頭斑巖型鉬銅礦多維異常體系不難看出，除成礦及其伴生元素異常體系以外，元素負(fù)異常體系、礦化劑元素異常體系，以及礦化劑元素與Fe和成礦元素間協(xié)調(diào)平衡體系等在以往地球化學(xué)勘查工作中并沒(méi)有受到應(yīng)有的關(guān)注，而從馬頭試驗(yàn)區(qū)研究結(jié)果來(lái)看，這些異常信息在深部礦體預(yù)測(cè)中的作用較成礦及其伴生元素異常更加直接和有效。元素負(fù)異常體系反映成礦環(huán)境、礦化劑元素(S)異常體系代表總礦化強(qiáng)度、S與Fe和成礦元素異常體系可以指示或解釋成礦的可能性、成礦及其伴生元素異常體系直接指示金屬礦化程度，各異常體系環(huán)環(huán)相扣，遞進(jìn)地為成礦前景預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)提供證據(jù)。

多維異常體系以異常結(jié)構(gòu)模式的形式展示出來(lái)，在地球化學(xué)勘查中的作用和價(jià)值將逐漸顯現(xiàn)并被認(rèn)同，有望逐步改進(jìn)以往的元素分帶方法，為礦產(chǎn)勘查提供更加全面和準(zhǔn)確的信息。然而客觀地講，目前有關(guān)多維異常體系及受此控制的異常結(jié)構(gòu)模式系統(tǒng)、深入的試驗(yàn)研究工作正在進(jìn)行。

在多維異常體系中，惰性元素質(zhì)量守恒體系是實(shí)現(xiàn)地球化學(xué)指標(biāo)定量化的基礎(chǔ)。地球化學(xué)開放系統(tǒng)中元素遷移定量估算方面已有研究者進(jìn)行了大量探討，思路和方法基本完備，這使得成礦地球化學(xué)系統(tǒng)中元素遷移定量計(jì)算成為可能，也為成礦前景地球化學(xué)定量化評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究提供了手段。根據(jù)化學(xué)元素遷移定量估算結(jié)果，可以更直觀地展現(xiàn)成礦過(guò)程中化學(xué)元素帶出、帶入特征及其量值關(guān)系，為探討地球化學(xué)作用過(guò)程及演化機(jī)理提供參考。利用成礦礦物中化學(xué)元素間的化學(xué)計(jì)量比例可以推算形成成礦礦物的可能性，同時(shí)為礦化劑元素與Fe和成礦元素間協(xié)調(diào)平衡體系的建立提供量化依據(jù)，這些都將極大地提高成礦預(yù)測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性。根據(jù)礦種、礦床成因、礦床規(guī)模、礦床產(chǎn)狀等特征，在元素遷移定量計(jì)算基礎(chǔ)上系統(tǒng)探討地球化學(xué)定量評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法，不僅將極大促進(jìn)勘查地球化學(xué)學(xué)科的發(fā)展和進(jìn)步，還可以在地質(zhì)找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)中切實(shí)發(fā)揮作用。

5 結(jié)論

1)成礦地球化學(xué)系統(tǒng)中多維異常體系揭示了成礦地質(zhì)環(huán)境中客觀存在的固有規(guī)律，對(duì)多維異常體系的認(rèn)知和厘定，理清了開展成礦前景評(píng)價(jià)、深部礦體勘查中地球化學(xué)理論和方法研究的思路。這是勘查地球化學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究上的突破，將對(duì)礦產(chǎn)地球化學(xué)勘查產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。

2)馬頭斑巖型鉬銅礦中存在著以常量元素Na2O、CaO、MgO以及親石分散元素Ba、Sr等的負(fù)異常，已知礦體產(chǎn)出在上述元素負(fù)異常體系之內(nèi)。在已知礦體產(chǎn)出地段均出現(xiàn)明顯礦化劑元素S的異常，這與試驗(yàn)區(qū)出現(xiàn)的主要成礦礦物輝鉬礦、黃鐵礦相吻合，但是在出現(xiàn)S異常地段并非均有礦體產(chǎn)出，由此表明礦化劑元素異常體系只能代表總體礦化強(qiáng)度，并不能明確指示礦化類型；S與Fe和Mo、Cu 間協(xié)同平衡體系研究結(jié)果證實(shí)，成礦系統(tǒng)中同為親硫元素的Fe和成礦元素(Mo、Cu)對(duì)S存在競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果決定系統(tǒng)中是形成成礦礦物還是黃鐵礦。成礦及其伴生元素分帶特征研究結(jié)果顯示，馬頭斑巖型鉬銅礦床元素分帶規(guī)律不明顯。

3)通過(guò)惰性元素質(zhì)量守恒體系，可以將系統(tǒng)質(zhì)量變化通過(guò)原巖和蝕變巖中惰性元素的濃度表示出來(lái)；在此基礎(chǔ)上通過(guò)原巖和蝕變巖中活性元素的濃度計(jì)算出這些元素的遷移量，這樣就可以定量探討成礦過(guò)程中元素的地球化學(xué)行為及其量值關(guān)系，為構(gòu)建定量化地球化學(xué)指標(biāo)提供基礎(chǔ)。馬頭斑巖型鉬銅礦系統(tǒng)質(zhì)量變化計(jì)算結(jié)果表明，礦床整體產(chǎn)出在元素質(zhì)量?jī)魩С龅南到y(tǒng)中，計(jì)算結(jié)果與礦床周邊存在的元素負(fù)異常相吻合，為認(rèn)識(shí)和利用負(fù)異常指導(dǎo)礦產(chǎn)勘查提供了理論依據(jù)。

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Multidimensional Anomaly System for Hydrothermal Nonferrous Metal Deposits: Taking the Matou Porphyry Molybdenum Copper Mine in Anhui Province as an Example

Ma Shengming1, Zhu Lixin2

1.InstituteofGeophysicalandGeochemicalExploration,ChineseAcademyofGeologicalScience,Langfang065000,Hebei,China2.ChineseAcademyofGeologicalScience,Beijing100037,China

In order to serve the geochemical exploration for deep ore bodies, the authors put forward a new law of anomalies related to the hydrothermal nonferrous metal mineralization, multidimensional anomaly system, on the basis of studies on over twenty deposits. The multidimensional anomaly system refers to the anomalies which are orderly coexisting spatially, of different formation mechanisms and indicative of further multilevel geochemical anomalies observed in specific geological bodies of geological periods. The new theory will play an important role in prospecting deep-seated nonferrous metal deposits related to hydrothermal activities, such as porphyry, skarn, hydrothermal and sedimentary-reformed type deposits. We take the Matou porphyry molybdenum copper mine in Anhui Province as an example to discuss this theory. The result shows that there are negative anomalies system dominated by Na2O, mineralizer elements anomalies system dominated by S, equilibrium system among mineralizer elements, Fe and ore-forming elements, as well as ore-forming and accompanying elements anomalies system in Matou porphyry molybdenum copper mine. The ore-forming indicative significance of these systems goes forward one by one. The study verifies the existence of the multidimensional anomaly system and illuminates the application of this system to the prospecting of deep-seated ore bodies.

hydrothermal deposit; nonferrous metal deposit; anomaly related to mineralization; multidimensional anomaly system;Matou porphyry molybdenum copper mine

10.13278/j.cnki.jjuese.201401111.

2013-05-05

國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(201111008)

馬生明(1963-)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事礦產(chǎn)勘查地球化學(xué)方法技術(shù)研究，E-mail:MSMIGGE@163.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201401111

P618.4

A

馬生明，朱立新.熱液成因有色金屬礦多維異常體系:以馬頭斑巖型鉬銅礦為例.吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2014,44(1):134-144.

Ma Shengming, Zhu Lixin.Multidimensional Anomaly System for Hydrothermal Nonferrous Metal Deposits: Taking the Matou Porphyry Molybdenum Copper Mine in Anhui Province as an Example.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(1):134-144.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201401111.