越城嶺巖體地球化學(xué)特征及稀有金屬資源潛力預(yù)測

蘇正偉，黃逢秋，楊樹峰，劉顯麗，陳建國

(1.湖南省地球物理地球化學(xué)勘查院，湖南 長沙 410116； 2.中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室，湖北 武漢 430074； 3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

越城嶺巖體地處北東向公田-灰湯-新寧深大斷裂與北西向藍山-新寧基底隱伏斷裂交匯地帶，祁陽弧型構(gòu)造南弧西側(cè)[1],位于江南隆起西段三級成礦帶之洪江-桂北鐵錳鎢銻金多金屬四級成礦帶中苗兒山鉛鋅錳鎢錫金礦集區(qū)內(nèi)[2]。越城嶺地區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的礦產(chǎn)資源，越城嶺巖體一度被認為是找礦前景不大的巖體。本文以區(qū)內(nèi)近幾年的地質(zhì)工作成果為依據(jù)，從地球化學(xué)特征著手，對越城嶺巖體及其內(nèi)外接觸帶的找礦前景進行分析探討，并對其稀有稀散金屬資源潛力進行預(yù)測。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

越城嶺巖體為越城嶺花崗巖侵入體和片麻狀花崗巖帶的統(tǒng)稱。越城嶺花崗巖侵入體于三疊世至白堊世侵入于前泥盆系形成的復(fù)式背斜軸部。分布面積較廣的主要有晚三疊世上水槽源單元(T3Sh)中粗粒斑狀黑云母二長花崗巖和竹山灣單元(T3Zh)中粗粒黑云母二長花崗巖；其次有晚三疊世獅子山單元(T3Shz)中粒黑云母二長花崗巖、天星駱單元(T3T)中粒斑狀黑云母二長花崗巖、冷家?guī)X單元(T3L)細粒斑狀黑云母二長花崗巖[3]。越城嶺巖體西部為沿北北東向片麻狀花崗巖帶，巖性特征由區(qū)域變質(zhì)巖漸變?yōu)榛旌蠋r、片麻狀花崗巖和均質(zhì)花崗巖[1]。越城嶺巖體內(nèi)分布有大量巖體、花崗偉晶巖脈、細粒花崗巖脈、二長花崗巖株、石英脈等[3]。

越城嶺巖體外圍地層可分為三個構(gòu)造層：①寒武系-奧陶系構(gòu)造層：與越城嶺巖體為被侵入關(guān)系，以炭質(zhì)、碳酸巖、碎屑巖建造為主；②泥盆系-石炭系構(gòu)造層：與越城嶺巖體為被侵入關(guān)系，與寒武系-奧陶系構(gòu)造層為不整合接觸或斷層接觸關(guān)系，以碳酸巖建造為主，其次為碎屑巖建造；③白堊系-第四系構(gòu)造層：與越城嶺巖體為被斷層接觸或沉積接觸關(guān)系，與其他構(gòu)造層為不整合接觸或斷層接觸關(guān)系，為碎屑巖建造。

越城嶺巖體內(nèi)外構(gòu)造發(fā)育，越城嶺花崗巖侵入體即是巖漿沿北東向多次上侵以寒武系為核部的北東向背斜軸部形成，區(qū)內(nèi)發(fā)育北東向至北西向斷裂構(gòu)造十余條，其中，位于越城嶺巖體西側(cè)的斷裂呈北東-北北東向展布，是公田-灰湯-新寧深大斷裂在區(qū)內(nèi)的反映，為區(qū)內(nèi)的控盆控巖正斷裂；斷裂所切措的巖層皆呈現(xiàn)強烈的擠壓、揉皺、強硅化破碎、角礫巖化、糜棱巖化等，常有石英脈充填及礦化現(xiàn)象，這些脈體大多呈北北東向分布，與斷裂均有密切關(guān)系。

2 地球化學(xué)特征

1∶20萬區(qū)域化探工作在區(qū)內(nèi)全面覆蓋，分析了39種元素或氧化物，部分區(qū)域分析了銣、銫；1∶5萬水系沉積物測量工作覆蓋了越城嶺巖體的絕大部分地區(qū)，在部分異常區(qū)開展了異常查證工作，實施了1∶1萬土壤測量、巖石測量等化探工作。

2.1 地球化學(xué)統(tǒng)計特征

對區(qū)內(nèi)1∶20萬水系沉積物測量各元素進行了地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計，結(jié)果表明：與中國濕潤低山丘陵區(qū)中國水系沉積物化學(xué)元素幾何平均值相比[4]，湖南越城嶺地區(qū)As、Bi、Li、Sn、W、Rb、Cs強烈富集(富集系數(shù)K≥2)，B、Be、Sb、U、K2O富集(1.5≤K<2)，F(xiàn)較富集(1.2≤K<1.5)。稀有元素Rb、Cs在花崗巖侵入體、寒武系、奧陶系中均強烈富集，特別是花崗巖侵入體中Rb、Cs富集強度(富集系數(shù)K均大于4)遠大于沉積巖。

對區(qū)內(nèi)1∶20萬水系沉積物測量元素數(shù)據(jù)進行了R型聚類分析(圖1)與因子分析。在相關(guān)系數(shù)γ≥系數(shù)時， 元素分為幾大族群： Ag、Cu、Bi、Sb、Sn、As、W、Cd元素族反映了成礦熱液活動的元素組合特征；Cr、Fe2O3、V、Ti、Ni、Zn、Co、Mn、Mo、Y反映了寒武系-奧陶系和泥盆系-石炭系構(gòu)造層的元素組合特征；Li、K2O、Na2O、Be、Nb、Th、Pb、Al2O3、F、U反映了片麻狀花崗巖帶元素組合特征；P、Hg反映了易揮發(fā)探途元素組合；Ba、MgO、La、Zr和CaO、Sr反映了區(qū)內(nèi)虧損元素組合特征[5]。

圖1 1∶20萬水系沉積物測量聚類分析元素譜系圖

因子分析結(jié)果反映的元素組合情況與聚類分析類似，旋轉(zhuǎn)因子分析第一因子元素組為Zn、Fe2O3、V、Ni、Cr、Mn、Co、Ti、MgO、Cd、Ba，為寒武系-奧陶系和泥盆系-石炭系構(gòu)造層的元素組合特征；第二因子元素組為Bi、Ag、Cu、W、Sb、Sn、As、Cd，為成礦熱液活動的元素組合特征；第三因子元素組為Al2O3、K2O、Pb、Li、F、Th，是巖漿作用的反映，其中Pb是因為在巖漿作用中分布在含鉀礦物中，因而與K2O為一組元素[6]。

對區(qū)內(nèi)1∶5萬水系沉積物測量各元素進行了地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計，結(jié)果表明：與中國濕潤低山丘陵區(qū)水系沉積物化學(xué)元素幾何平均值對比，區(qū)內(nèi)花崗巖侵入體及片麻狀花崗巖帶中Rb、Cs、W、Sn、Li、Be、Tl(K>2)強烈富集，F(xiàn)、Br(1.5≤K<2)富集,其中W元素數(shù)據(jù)離散程度高(CV>10)。

2.2 重點異常特征

1∶20萬水系沉積物測量發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)共有7處綜合異常分布，其中，稀有稀散元素Rb、Cs、Li、Be和Sn、W等元素異常特別發(fā)育。

1∶5萬水系沉積物測量表明越城嶺巖體Li、Rb、Cs、Nb、Tl、Be、La、W、Sn等元素異常非常發(fā)育，在區(qū)內(nèi)共圈定8處綜合異常(圖2)，其中Rb、La、W、Sn元素異常強度高、規(guī)模大，在多個異常中具三級濃度分帶。在AS1、 AS2、 AS3、 AS6、 AS8中開展了異常查證工作，在AS1、AS2、AS6、AS8中發(fā)現(xiàn)了具銣、鈮、鉭、鈹?shù)认∮薪饘俚V化和鎢、錫礦化的偉晶巖脈、細粒花崗巖脈、硅化帶、石項脈等，發(fā)現(xiàn)各類礦化脈四十多條。綜合異常主要分布在越城嶺巖體及片麻狀花崗巖帶及其內(nèi)外接觸帶上，其中，AS1、AS2、AS7分布在巖體或變質(zhì)帶及其內(nèi)外接觸帶上，AS3、AS4、AS5分布在花崗巖巖體中，AS6主要分布在片麻狀花崗巖帶中，局部分布在花崗巖巖體中，AS7分布在片麻狀花崗巖帶中。

圖2 1∶5萬水系沉積物測量元素綜合異常圖

3 找礦前景分析

1) 成礦物質(zhì)豐富。湖南越城嶺巖體及其周邊地區(qū)，As、Bi、Li、Sn、W、Rb、Cs、B、Be、Sb、U、F等元素富集程度高，成礦物質(zhì)十分豐富。在數(shù)據(jù)分布特征上，Ag、As、Bi、Mo、Sb、Sn、W、Cu、Rb、Pb等與熱液成礦相關(guān)的系列元素含量數(shù)據(jù)離散程度高，分布有較多的高含量數(shù)據(jù)，且主要成礦元素富集強烈，說明區(qū)內(nèi)曾發(fā)生了較強烈的熱液成礦活動。

2) 成礦熱動力充沛。區(qū)內(nèi)從三疊紀、侏羅紀到白堊紀，巖漿侵入活動頻繁，為區(qū)內(nèi)成礦活動提供了源源不斷的熱源，是區(qū)內(nèi)成礦活動不可或缺的能量和動力基礎(chǔ)。另外，區(qū)內(nèi)片麻狀花崗巖帶中發(fā)生的花崗混合巖化作用，是在區(qū)域北東向構(gòu)造活動長時期作用下，深部熱源不斷通過動力應(yīng)力作用持續(xù)大面積地對沉積原巖進行改造的結(jié)果。1∶20萬水系沉積物中K2O/Na2O比值在片麻狀花崗巖帶(7.2)中遠高于二長花崗巖(5.0)，說明了這種熱動力變質(zhì)作用下巖石中的K、Na交代作用明顯，片麻狀花崗巖帶和二長花崗巖中侵入的大量巖脈(以NE向為主)是這種熱動力變質(zhì)作用的宏觀體現(xiàn)[7]。

長時期的巖漿侵入帶來的熱能和造成大規(guī)模動力變質(zhì)作用的構(gòu)造熱動力為區(qū)內(nèi)成礦作用提供了持續(xù)、廣泛的成礦熱能和動力，是成礦物質(zhì)活化析出、運移、富集的必要條件。

3) 中高溫?zé)嵋旱V深部找礦前景好。聚類分析和因子分析結(jié)果表明，成礦元素組合(Bi、Ag、Cu、W、Sb、Sn、As、Cd)復(fù)雜，既有Ag、As、Sb低溫元素，又有W、Sn等高溫元素[8]，說明區(qū)內(nèi)發(fā)生了多期次的礦化活動，深部找礦前景好。本次工作及前人的地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查和勘查工作中，在越城嶺巖體及其周邊內(nèi)外接觸帶附近，發(fā)現(xiàn)了多處W、Sn、鉛、金等礦產(chǎn)，但規(guī)模都不大。本文認為，越城嶺巖體和片麻狀花崗巖帶及其內(nèi)外接觸帶，其深部找礦潛力大大優(yōu)于地表，如AS2中在深部發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的云英巖型、石英脈型鎢錫或其他礦產(chǎn)資源的可能性很大。

4) 銣、鈮、鉭、銫等稀有元素找礦潛力巨大。區(qū)內(nèi)Rb、Cs異常分布廣、強度高，特別是Rb，其1∶5萬水系沉積物的幾何平均高達328×10-6，其峰值為876×10-6，已超過Rb礦的邊界品位(0.06%)。另外，區(qū)內(nèi)偉晶巖脈廣泛發(fā)育，巖漿侵入期次多，構(gòu)造動力變質(zhì)作用強烈，巖漿后期熱液作用頻繁，因此區(qū)內(nèi)尋找大型Rb礦床的潛力巨大[9]。

5) 已發(fā)現(xiàn)了大量稀有、稀散元素礦(化)脈。根據(jù)從1∶20萬、1∶5萬水系沉積物測量到1∶1萬土壤測量成果所提供的尋找稀有等金屬礦的找礦線索[7]，通過異常查證，在區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)稀有、鎢錫等金屬礦(化)脈幾十條。

4 稀有金屬資源潛力預(yù)測

根據(jù)歷年來在越城嶺巖體工作形成的地質(zhì)礦產(chǎn)和地球化學(xué)資料，以鄰近區(qū)域內(nèi)成礦環(huán)境相似、礦床類型相同、工作程度較高的礦區(qū)為參照對象，通過類比分析，對越城嶺巖體中重要異常的稀有金屬銣資源潛力進行預(yù)測。本文選取與越城嶺巖體相距180多千米的紫云山巖體大坪礦區(qū)作為越城嶺巖體重要銣異常區(qū)的資源潛力預(yù)測類比對象，大坪礦區(qū)已開展了銣多金屬礦預(yù)查，并估算了334資源量[10]，與越城嶺巖體塘家田、瓦屋里銣異常區(qū)的相似程度較高。

4.1 預(yù)測區(qū)和礦區(qū)的相似性分析

將越城嶺巖體塘家田、瓦屋里銣異常區(qū)與大坪礦區(qū)在大地構(gòu)造位置、地質(zhì)背景、工作程度、1∶20萬水系沉積物測量Rb異常特征、1∶1萬土壤測量Rb異常特征、賦礦圍巖、礦化蝕變、礦體特征、礦床成因類型等方面進行相似性比較分析，其結(jié)果見圖3、圖4和表1。

4.2 資源潛力預(yù)測要素及參數(shù)的確定

根據(jù)銣異常區(qū)和大坪礦區(qū)的相似性分析，將銣資源潛力預(yù)測要素分為定性要素和定量要素兩類。

定性要素有：地質(zhì)背景、賦礦圍巖、礦床成因類類型、是否發(fā)現(xiàn)礦體、工作程度等5項，為了讓定性要素參與預(yù)測，根據(jù)銣異常區(qū)和已知礦區(qū)的相似性比較，用相似度(R)來表征異常區(qū)與礦區(qū)的相似程度，其分值根據(jù)各要素客觀特征人為確定；定性要素中前四項分值的平均值作為相似度分值參與預(yù)測計算，工作程度(D)分為是否開展了1∶1萬土壤測量，開展了1∶1萬土壤測量區(qū)域的分值為1，否則為0.2，其值單獨參與預(yù)測計算(表2)。

圖3 1∶20萬水系沉積物測量Rb異常對比圖

圖4 1∶1萬土壤測量Rb異常對比圖

表1 越城嶺巖體重點銣異常區(qū)與參照礦區(qū)特征對比表

表2 越城嶺巖體重點銣異常區(qū)銣資源潛力預(yù)測定性要素及參數(shù)表

定量要素有：1∶1萬土壤測量中的面積(SS)、Rb異常面積(S1)、異常區(qū)元素平均值(X1)、峰值(Xmax1)，1∶20萬水系沉積物測量中的Rb異常的面積(S2)、異常區(qū)元素平均值(X2)、峰值(Xmax2)。因兩異常區(qū)和已知礦區(qū)均未開展礦業(yè)開采活動，銣異常的峰值真實反映了元素在自然狀態(tài)下的離散程度，將區(qū)內(nèi)峰值納入預(yù)測體系中，有利于提高預(yù)測結(jié)果的可靠性，因此，以礦區(qū)為參照對象，設(shè)置成礦可能性參數(shù)P，P=((Xmax-X)×Xmax0)/((Xmax0-X0)×Xmax)，通過峰值計算的成礦可能性參數(shù)P和其他定量要素直接參與預(yù)測(表3)。

4.3 資源量預(yù)測估算及結(jié)果

大坪礦區(qū)通過預(yù)查，圈定了工作礦體和低品位礦體，估算了相應(yīng)礦體的資源量，其中，工業(yè)礦體(334)Rb2O礦石量581.20萬t，Rb2O金屬量6 283.90 t(Q334工-0)；低品位礦體(334低)Rb2O礦石量313.82萬t，Rb2O金屬量2 683.25 t(Q334低-0)(表3)。

表3 越城嶺巖體重點銣異常區(qū)銣資源潛力預(yù)測定量要素及參數(shù)表

本文參照大坪礦區(qū)，采用類比法，對越城嶺巖體內(nèi)塘家田、瓦屋塘兩處銣異常區(qū)進行了資源潛力預(yù)測，在1∶20萬水系沉積物測量異常內(nèi)分是否開展了1∶1萬土壤測量，對達到工業(yè)品位礦體和低品位礦體的資源潛力進行了類比估測。設(shè)開展了1∶1萬土壤測量范圍內(nèi)的銣資源量估測值為Q1(Q1工、Q1低)，只開展了1∶20萬水系沉積物測量的異常范圍內(nèi)的銣資源量估測值為Q2(Q2工、Q2低),根據(jù)大坪銣礦區(qū)的資源量估算結(jié)果和表3的相關(guān)計算參數(shù)，按如下類比公式對異常區(qū)的銣資源量進行簡單估算。

Q1工=(S1×X1)/(S1-0×X1-0)×
Q334工-0×01×01×0
Q1低=(S1×X1)/(S1-0×X1-0)×
Q334低-0×01×01×0
Q2工=(S2-SS)/SS×/1工×/2×/2
Q2低=(S2-SS)/SS×/1低×/2×/2

資源潛力預(yù)測結(jié)果表明，越城嶺巖體內(nèi)塘家田、瓦屋里兩處銣異常區(qū)的銣資源潛力巨大，估算兩處可達工業(yè)品位的礦體的Rb2O金屬量均達大型以上(大于2 000 t)。其中，越城嶺巖體塘家田銣異常區(qū)估算可達工業(yè)品位的礦體Rb2O金屬量為3 717.91 t，低品位礦體Rb2O金屬量為1 587.56 t；瓦屋里銣異常區(qū)估算可達工業(yè)品位的礦體Rb2O金屬量為4 493.27 t，低品位礦體Rb2O金屬量為1 918.65 t。

5 結(jié) 論

1) 越城嶺巖體成礦物質(zhì)豐富，As、Bi、Li、Sn、W、Rb、Cs普遍偏高，并強烈富集，B、Be、Sb、U、K2O富集，F(xiàn)較富集。

2) 區(qū)內(nèi)地球化學(xué)Rb、Cs異常分布廣，強度高。1∶20萬水系沉積物測量發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)稀有稀散元素Rb、Cs、Li、Be和Sn、W等元素異常特別發(fā)育，區(qū)內(nèi)共圈定7處綜合異常。1∶5萬水系沉積物測量表明越城嶺巖體Rb、Cs、W、Sn、Nb、Tl、Be、Li、La等元素異常非常發(fā)育，共圈定8處綜合異常。

3) 在越城嶺巖體已發(fā)現(xiàn)銣、鈹、鈮、鉭、銫等稀有金屬及鎢、錫等礦脈數(shù)十條，銣、鈮、鉭、銫、鈹?shù)认∮性卣业V潛力巨大。

4) 運用類比法，對越城嶺巖體塘家田、瓦屋里兩處銣異常區(qū)進行了銣資源潛力預(yù)測，經(jīng)預(yù)測估算，兩異常區(qū)可達工業(yè)品位的礦體Rb2O金屬量均達大型以上(大于2 000 t)。

致謝本文在編寫過程中，駱檢蘭教授全程進行了悉心指導(dǎo)，并得到相關(guān)同仁的支持和幫助，在此表示真誠感謝！