安徽廬樅盆地泥河玢巖型鐵礦床地質(zhì)-原生暈地球化學(xué)找礦模型*

張贊贊，張 舒,2，吳明安，寫 熹，呂 博，魏國輝

（1安徽省地質(zhì)調(diào)查院（安徽省地質(zhì)科學(xué)研究所），安徽 合肥 230001；2合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥230009；3安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局，安徽 合肥 230001）

長江中下游成礦帶火山巖盆地在中生代發(fā)育多個與火山-次火山巖有關(guān)的玢巖型鐵礦床。重、磁、電綜合地球物理探測、反演及建模不僅是玢巖型鐵礦床勘查的重要手段，也對深部鐵礦體的預(yù)測起到至關(guān)重要的作用（呂慶田等,2015;湯井田等,2013;劉彥等,2012;祁光等,2012;匡海陽等,2012;張昆等,2014）。但由于地球物理探測方法自身的局限性及其結(jié)果的多解性，且這些方法均需要鉆孔地質(zhì)資料去約束，所以在礦區(qū)尺度上，準確定位和識別深部鐵礦體還存在一定的不確定性。近年來，原生暈地球化學(xué)分析作為揭露深部隱伏礦體的一種有效可靠的勘查手段越來越被重視（Eilu et al.,2001;Gold‐berg et al.,2003;李惠等,2006;Schmid et al.,2009），因軸向原生暈分帶對礦區(qū)深部圍巖蝕變及成礦流體的運移具有直接的指示作用（Beus et al.,1977;Chen et al.,2000;Li et al.,1995;李惠等,1998;2006），所以軸向原生暈地球化學(xué)分析被重點關(guān)注，且廣泛應(yīng)用于金礦等熱液礦床深部及外圍礦體的勘查和預(yù)測工作中（Harraz,1995;Chen et al.,1998;Eilu et al.,2001;Liu et al.,2014;Wang et al.,2013;Harraz et al.,2015;Li et al.,2016;2018;劉崇民,2006;程文斌等,2016;孫志明,2016）。

泥河鐵礦床是長江中下游成礦帶中玢巖型鐵礦床的典型代表，也是區(qū)內(nèi)深部找礦勘查工作的首戰(zhàn)成果。自2007年發(fā)現(xiàn)至今，對其礦床地質(zhì)特征（吳明安等,2011;趙文廣等,2011;吳禮彬等,2011）、成礦母巖及其地球化學(xué)特征（覃永軍等,2010;周濤發(fā)等,2011;錢兵,2011;張樂駿,2011;楊世學(xué)等,2017）、圍巖蝕變（馬良,2011;車英丹,2014,江滿容等,2015）、成礦流體（郝麟,2011;范裕等,2012;張舒等,2016;楊世學(xué)等,2016）、成礦時代（周濤發(fā)等,2011;范裕等,2014）、礦床成因（周濤發(fā)等,2014;張舒等,2014;劉一男等,2017）及深部預(yù)測（匡海陽,2012;劉彥等,2012;張明明等,2013）等方面開展了系統(tǒng)深入的研究。泥河礦床埋藏于地下600～1200 m范圍內(nèi)，礦化蝕變保存完整，圍巖蝕變強烈并廣泛發(fā)育，蝕變分帶明顯，且對磁鐵礦、硫鐵礦和硬石膏礦體具有明顯的指示作用，暗示在成礦作用過程中發(fā)生了較大規(guī)模的成礦熱液流體的運移和演化。所以，泥河礦床是開展軸向原生暈地球化學(xué)分析研究的最佳對象。本文在以往研究基礎(chǔ)上，對廬樅盆地泥河玢巖型鐵礦床典型Ⅰ縱剖面中鉆孔開展原生暈的研究工作，對巖礦石18種元素（Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、W、Mo、Sb、Sn、Bi、Cd、Cr、Co、Ni、F、Ba、Hg）的分析結(jié)果進行多元統(tǒng)計分析，查明了主要地質(zhì)體及不同礦體中元素的富集和虧損，確定了磁鐵礦、硫鐵礦和硬石膏礦體的礦中、近礦及遠礦指示元素組合。結(jié)合礦床成因模型，嘗試建立了泥河玢巖型鐵礦床地質(zhì)-原生暈地球化學(xué)找礦模型，并通過羅河和小包莊玢巖型鐵礦床原生暈的佐證，認為該模型可以應(yīng)用于長江中下游成礦帶玢巖型鐵礦床的勘探工作中。模型的建立不僅進一步完善了玢巖型鐵礦床的綜合找礦模型，而且為長江中下游成礦帶玢巖型鐵礦床的勘查和預(yù)測評價提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

廬樅盆地位于長江中下游斷陷帶中部（圖1a），總體輪廓呈北東向延伸的不對稱耳狀，邊緣受4條深大斷裂控制，基底東淺西深，屬于繼承式中生代陸相火山巖盆地（任啟江等,1991）。盆地出露的沉積地層主要為中侏羅統(tǒng)羅嶺組陸相碎屑巖，與火山巖呈不整合接觸。在盆地內(nèi)發(fā)育強烈的巖漿活動，形成了大量的橄欖安粗質(zhì)火山巖、次火山巖和侵入巖，其中火山巖由古到新劃分為龍門院組、磚橋組、雙廟組和浮山組，在空間上大致呈同心環(huán)狀從盆地邊緣向中心依次分布，各火山旋回之間均為噴發(fā)不整合接觸（任啟江等,1991）。各旋回的火山活動均由爆發(fā)相開始，繼之溢流相逐漸增多，最后以火山沉積相結(jié)束，噴發(fā)方式由裂隙-中心式向典型的中心式噴發(fā)演化。龍門院組主要分布在盆地邊緣，以角閃粗安巖為特征巖性標志；磚橋組構(gòu)成了盆地火山巖的主體部分，分布在盆地中部，以輝石粗安巖為特征巖性標志；雙廟組主要分布在盆地中部和南部，以粗面玄武巖為特征巖性標志；浮山組僅在盆地中部零星分布，以粗面質(zhì)火山巖為主。每一次噴發(fā)旋回均有與其相對應(yīng)的巖漿侵入活動，形成了各種類型的侵入巖、次火山巖及脈巖，多沿基底斷裂構(gòu)造及火山機構(gòu)呈帶狀分布。侵入巖主要有（輝石）閃長巖、二長巖、正長巖、具有A型花崗巖特征的正長巖及正長花崗巖等（圖1b）。

圖1 廬樅盆地大地構(gòu)造位置簡圖(a)及地質(zhì)礦產(chǎn)圖(b)（據(jù)張舒等,2014修改）Fig.1The sketch diagram of tectonic setting(a)and the geological map(b)of Luzong basin(modified after Zhang et al.,2014)

2 礦床地質(zhì)特征

泥河鐵礦是安徽省地質(zhì)調(diào)查在2007年勘探發(fā)現(xiàn)的一大型鐵硫礦床，并伴生中型硬石膏礦床（吳明安等,2011;趙文廣等,2011）。泥河礦床位于廬樅火山巖盆地的西部邊緣，北東向基底隆起帶上，北東向羅河-缺口斷裂通過礦區(qū)的西北部，該斷裂帶還控制了羅河鐵礦和楊山鐵礦的分布。

礦區(qū)地層主要有下白堊統(tǒng)磚橋組和雙廟組火山巖，楊灣組砂巖及第四系。礦區(qū)主要為第四系覆蓋，零星出露雙廟組，鉆孔揭露深部見有磚橋組，為一套橄欖安粗巖系，巖性主要為火山熔巖、火山碎屑巖和沉火山碎屑巖。礦區(qū)褶皺不發(fā)育，主要為單斜產(chǎn)出，斷裂構(gòu)造發(fā)育，多為成礦前斷裂，發(fā)育在鐵礦體之上的火山巖中。礦區(qū)侵入巖主要包括輝石閃長玢巖、脈巖及深部正長巖，其中輝石閃長玢巖是礦床主要的成礦母巖及賦礦圍巖，形成時代為（132.4±1.5）Ma（范裕等,2014;張舒等,2014）。

礦床的近礦圍巖蝕變強烈，自下而上可以劃分為深色蝕變帶、疊加蝕變帶及淺色蝕變帶。深色蝕變帶主要發(fā)育在閃長玢巖內(nèi)部，蝕變類型以透輝石化、硬石膏化、磁鐵礦化、黃鐵礦化為主，磁鐵礦與黃鐵礦富集的地段即形成工業(yè)礦體；淺色蝕變帶發(fā)育在磚橋組內(nèi)，以高嶺石化、硬石膏化、黃鐵礦化和硅化為主；疊加蝕變帶分布在深色蝕變帶的頂部，是深色蝕變退變質(zhì)作用的產(chǎn)物，主要發(fā)育赤鐵礦化、菱鐵礦化、綠泥石化、高嶺石化等（趙文廣等,2011;范裕等,2012;張舒等,2014）。

泥河鐵礦床是由磁鐵礦體、硫鐵礦體、硬石膏礦體組成的多礦種共生隱伏礦床，礦體總體呈北東-南西走向，受到輝石閃長玢巖穹窿構(gòu)造的控制。磁鐵礦體呈厚大的透鏡狀、似層狀產(chǎn)出于閃長玢巖穹窿頂部；黃鐵礦礦體分布在礦床的北東部，呈似層狀分布在閃長玢巖穹窿頂部與磚橋組下段地層中，礦體中夾有少量的磁鐵礦透鏡體；硬石膏礦體分布在礦區(qū)的中部，呈透鏡狀賦存于磚橋組下段的地層中，礦床成礦時代約為（130.9±2.6）Ma（范裕等,2014）。

根據(jù)礦床地質(zhì)特征，穿插關(guān)系及礦化蝕變規(guī)律，泥河鐵礦床的成礦作用可劃分為2個成礦期，分別為熱液期和表生期。熱液期可進一步劃分為4個成礦階段，分別為硬石膏-透輝石-磁鐵礦階段、硬石膏-黃鐵礦-磁鐵礦階段、高嶺石-硬石膏-石英-黃鐵礦階段、重晶石-方解石-硬石膏階段。硬石膏-透輝石-磁鐵礦階段是磁鐵礦主要的形成時期，礦化發(fā)育在閃長玢巖體與磚橋組地層接觸帶內(nèi)側(cè)，成礦作用以熱液交代閃長玢巖體為主，形成浸染狀磁鐵礦礦石，構(gòu)成了泥河鐵礦床的主礦體，礦石礦物組合為磁鐵礦-硬石膏-透輝石（石榴子石）-黃鐵礦，該階段礦石中磁鐵礦多呈細粒半自形至自形晶；硬石膏-黃鐵礦-磁鐵礦階段礦化主要發(fā)育在早期浸染狀礦化體的頂?shù)撞?，成礦作用以熱液充填作用為主，形成了泥河鐵礦床中高品位的網(wǎng)脈狀礦石，礦脈中礦物組合為磁鐵礦-黃鐵礦-硬石膏，礦脈主要充填在先形成的浸染狀磁鐵礦礦石角礫間隙，說明硬石膏-透輝石-磁鐵礦階段后期可能存在流體的隱爆作用（趙文廣等,2011;張舒等,2014;2016），晚期網(wǎng)脈狀礦化中的磁鐵礦常呈粗晶粒狀，有時亦可呈梳狀沿脈壁生成。高嶺石-硬石膏-石英-黃鐵礦階段礦化主要發(fā)育在礦床的東北部及鐵礦體之上，是泥河鐵礦床硫鐵礦礦體與硬石膏礦體主要的形成時期，形成硬石膏-黃鐵礦和黃鐵礦-石英等礦物組合。重晶石-方解石-硬石膏階段是整個礦化的末期，表現(xiàn)為重晶石-方解石-硬石膏等礦物構(gòu)成網(wǎng)脈穿插于早先形成的礦體及圍巖中。

3 Ⅰ縱剖面的礦化蝕變特征

泥河礦床Ⅰ縱剖面穿越礦床所有勘探線，上部為雙廟組火山巖，形成于鐵礦之后，中部為厚大的磚橋組火山巖，強烈發(fā)育淺色蝕變和疊加蝕變，下部為閃長玢巖，為主要的成礦巖體，發(fā)育深色蝕變（圖3a）。剖面不僅揭露了主要礦體及重要地質(zhì)體，而且圍巖蝕變分帶明顯，蝕變類型齊全，是研究泥河礦床礦化蝕變、元素分布規(guī)律及成礦熱液流體運移和演化的最理想剖面。

Ⅰ縱剖面控制了磁鐵礦、硫鐵礦和硬石膏3種礦體，其中磁鐵礦礦體主要分布在閃長玢巖穹隆頂部及與磚橋組粗安巖接觸帶，與深色蝕變有關(guān)，厚達百米；硫鐵礦礦體一般遠離磁鐵礦礦體，呈透鏡狀分布在閃長玢巖頂部或磚橋組粗安巖中，主要與深色蝕變有關(guān)，次為淺色蝕變，厚度不等，一般10～60 m；硬石膏礦體獨立產(chǎn)出于磚橋組火山巖中，與淺色蝕變有關(guān)，礦體厚度不大，多于黃鐵礦、石英等共生，構(gòu)成淺色蝕變帶中黃鐵礦次生石英巖硬石膏亞帶。

前人對泥河鐵礦床淺色蝕變帶進行了研究（張榮華,1979;馬良,2011;車英丹,2014），但均注重的是蝕變帶中黏土類礦物的識別，而并未開展更精細的分帶研究。本文系統(tǒng)采集了淺色蝕變巖樣品，通過顯微鑒定和XRD分析，按照礦物相互共生關(guān)系的原則，進一步將淺色蝕變帶細分為7個亞帶，從下往上依次為：①黃鐵礦化-硬石膏化帶；②硬石膏化-黃鐵礦化-次生石英巖化帶；③高嶺石化-黃鐵礦化-次生石英巖化帶；④次生石英巖化-黃鐵礦化-硬石膏化-高嶺石化帶；⑤黃鐵礦-明礬石-高嶺石化帶（圖2g～i）；⑥ 高嶺石-伊利石化帶（圖2d～f）；⑦ 伊利石-高嶺石-蒙脫石化帶（圖2a～c）。以Ⅰ縱剖面為依據(jù)，建立了泥河玢巖型鐵礦床的圍巖蝕變標準柱（圖3b）。

次生石英巖化在廬樅盆地廣泛發(fā)育，是區(qū)內(nèi)玢巖型鐵礦床重要的找礦標志之一，也是該類型礦床成因研究必要的地質(zhì)體。Ⅰ縱剖面中磁鐵礦和硫鐵礦礦體之上發(fā)育大范圍的次生石英巖，除呈多孔狀獨立產(chǎn)出外，其余以次生石英巖化與黃鐵礦化、硬石膏化、高嶺石化等共生構(gòu)成了淺色蝕變帶。

4 樣品采集及測試方法

選擇Ⅰ縱剖面控制主要礦體和重要地質(zhì)體的5個鉆孔（ZK1301、ZK0501、ZK1001、ZK2201、ZK3401）采集巖礦石樣品，開展原生暈測試分析。樣品共計336件（包括149件磚橋組火山巖、46件次生石英巖、64件蝕變閃長玢巖、38件磁鐵礦礦石、24件硫鐵礦礦石和15件硬石膏礦礦石）。樣品間距約為10 m，局部蝕變礦化復(fù)雜位置加密采樣，樣重為約500 g。

樣品分析在遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院（國土資源部沈陽礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心）完成，分析Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、W、Mo、Sb、Sn、Bi、Cd、Cr、Co、Ni、F、Ba、Hg共18種元素，不同的元素采用不同的測試方法，其中Au利用石墨爐原子吸收分光光度法（GFAAS），Ag、Sn使用發(fā)射光譜法（AES），As、Sb、Hg利用原子熒光光度法（AFS），Cr利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES），Ba、W、Mo、Cd、Cu、Pb、Zn、Ni、Co、Bi、F采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）。分析元素的檢出限分別為Au：0.3×10-9，Ag：0.02×10-6，Cu：1×10-6，Pb：2×10-6，Zn：4×10-6，As：2×10-6，W：0.04×10-6，Mo：0.05×10-6，Sb：0.05×10-6，Sn：1×10-6，Bi：0.03×10-6，Cd：30×10-9，Cr：5×10-6，Co：0.2×10-6，Ni：0.8×10-6，Ba：10×10-6，Hg：0.0005×10-6。

圖3 泥河鐵礦床Ⅰ縱剖面圖(a)及圍巖蝕變標準柱(b)Fig.3 Geological section(a)and standard column(b)of wall rock alteration along No.Ⅰexploration line of the Nihe iron deposit in Luzong volcanic basin

5 數(shù)據(jù)處理及分析

5.1 元素的富集和虧損

不同地質(zhì)體中巖礦石樣品的單個元素的偏度較大（表1），為此，對所有數(shù)據(jù)取對數(shù)（以10為底），所有元素在不同地質(zhì)體中的分布見箱圖4，圖中中位數(shù)由四分位范圍確定，箱狀分布為元素變量的集群范圍。

表1 泥河鐵礦床巖、礦石樣品中微量元素分析結(jié)果統(tǒng)計表（w(B)/10-6）Table 1 Statistics of the trace element data（w(B)/10-6）of rocks and ore specimens from the Nihe iron deposit

從圖4中可以看出，元素Cu、Pb、Au、Ag、As、Sb具有較為一致的分布規(guī)律，在硫鐵礦礦體及黃鐵礦化蝕變帶中含量最高，在磁鐵礦礦石中含量最低，其中Cu、Pb在硬石膏礦石中含量較其余元素低；Zn元素在硫鐵礦礦體及黃鐵礦化蝕變帶，磁鐵礦礦石和閃長玢巖中的含量均較高，在次生石英化蝕變中的含量最低；W、Bi、Mo、Ba元素具有的含量分布規(guī)律相近，從硬石膏礦石、次生石英巖、閃長玢巖和硫鐵礦礦石、磚橋組火山巖到磁鐵礦礦石依次降低；過渡金屬鐵系元素Co和Ni分布特征一致，主要分布在硫鐵礦礦石和黃鐵礦化蝕變巖中；元素Cr和F雖然有一致的分布規(guī)律，但在含量上相差一個數(shù)量級；Sn元素在磁鐵礦礦石中的含量遠高于其他地質(zhì)體。

續(xù)表 1Continued Table 1

5.2 指示元素組合

5.2.1 相關(guān)分析

元素組合是元素親和性在地質(zhì)體中的一種微觀表現(xiàn)形式，與一定的地質(zhì)環(huán)境有必然的成因關(guān)系。相關(guān)分析是一種簡單而直接的研究元素親和性的方法（Li et al.,2016;2018）。

本文利用Person線性矩陣（表2，表3）分析磁鐵礦、硫鐵礦及硬石膏礦石中微量元素的之間的相關(guān)性。磁鐵礦礦石中Zn含量高，Zn與Co、Ni、Cd、Au、F呈較強正相關(guān)，與Sn、W、Mo、Bi呈正相關(guān)，與Cr、Ba、As、Hg呈負相關(guān)，與Sb呈強負相關(guān)；硫鐵礦礦石中Cu含量最高，Cu與Pb、Zn、Co、Au、Cd呈強正相關(guān)，與Ni、Ag、As呈正相關(guān)，與Ba、Sn、W、Mo、Sb、Bi、Hg呈負相關(guān)；硬石膏礦石中Ba因與Ca類質(zhì)同象而含量很高，Ba與Mo、Au呈強正相關(guān)，與W、As呈正相關(guān)，與Cu、Pb、Zn、Cr、Co、Ni、F、Cd、Ag、Sb、Bi、Hg無相關(guān)性。

5.2.2 聚類分析

聚類分析原理是將眾多變量數(shù)據(jù)分類為若干個具有重要意義的同類變量組合（Templ et al.,2008）。原生暈元素之間的相關(guān)性相互交叉，錯綜復(fù)雜，難以直觀分析元素組合并總結(jié)其規(guī)律。聚類分析這一多元統(tǒng)計方法可以直觀的對變量元素進行分類（吳錫生,1993）。

圖4 泥河鐵礦床中不同巖礦石微量元素的箱形圖對比Fig.4 Comparison of box plots of trace elements in different rocks and minerals in the Nihe iron deposit

泥河礦床中磁鐵礦礦石聚類分析結(jié)果見圖5a，將18種元素分類為5類：①Ag-As-Sb-Bi-Mo-Cd-Pb-F-Au-Zn，代表了低溫的金屬硫化物元素組合；②Ni-Co-Cu-Hg-W，解釋為可能與巖漿熱液有關(guān)的高溫金屬元素組合；③Ba，代表了淺色蝕變帶中硬石膏化；④Cr，指示深色蝕變帶中膏輝巖化；⑤Sn，可能與磁鐵礦中Fe、Ti等元素類質(zhì)同象，可以指示磁鐵礦礦體的分布。硫鐵礦礦石聚類分析圖譜見圖5b，18種原生暈元素共分為4類：①Zn-Cd-Cu-Co-Au-Pb-Ag，為硫鐵礦礦體的主要組分；②As-Bi-F-Ba-Sn-W-Mo，代表了與巖漿熱液有關(guān)的高溫元素組合及揮發(fā)分；③Sb-Hg-Ni，為低溫的金屬硫化物元素組合，代表了硫鐵礦礦石的伴生組分；④Cr，亦指深色蝕變帶中膏輝巖的組分。硬石膏礦石的聚類分析見圖5c，原生暈分析元素進一步分為4類：①Zn-Cd-Cr-Sn-F，可能受到了高溫的膏輝巖化及磁鐵礦化的影響；②Ni-Co-Bi-Pb-Ag-Co-W-Sb，是與巖漿熱液有關(guān)的低溫的金屬硫化物元素組合；③Cu-As，代表了以黃鐵礦化為主的蝕變巖中伴生有銅和砷的硫化物；④Ba-Mo-Au，為硬石膏礦體的主要成分。

表2 泥河鐵礦床磁鐵礦和硫鐵礦礦石中微量元素相關(guān)系數(shù)表Table 2 Pearson correlation coefficients of 17 trace elements in magnetite and pyrite ore in the Nihe iron deposit

表3 泥河鐵礦床硬石膏礦石中微量元素相關(guān)系數(shù)表Table 3 Pearson correlation coefficients of 17 trace elements in anhydrite ore in the Nihe iron deposit

5.2.3 因子分析

因子分析是從變量群中提取共性因子的統(tǒng)計方法，通常用來描述已知變量的相關(guān)性和發(fā)掘潛在的因子。泥河鐵礦床R型因子分析方差最大正交旋轉(zhuǎn)因子載荷結(jié)果見表4，由于超過0.5的高值變量通?？梢杂靡蜃幽Ｐ秃芎玫慕忉專≧eyment et al.,1996;Reimann et al.,2002），所以筆者選擇0.5為臨界值，獲得了泥河玢巖型鐵礦床3種礦體的因子組合。

磁鐵礦礦體的因子為：F1(Cd、Mo、Pb、F、Au)，與硫化物及揮發(fā)分有關(guān)，可能代表了隱爆作用之后到網(wǎng)脈狀磁鐵礦-硫化物礦化這一成礦過程；F2(As、Ag、Sb)，與硫化物有關(guān)，代表了網(wǎng)脈狀硬石膏-磁鐵礦-硫化物（黃鐵礦）礦化，疊加在早期浸染狀磁鐵礦礦化之上；F3(Co、Ni、Sn、Zn)，為與磁鐵礦礦石中Fe3+、Fe2+、Ti4+類質(zhì)同象所形成，代表了磁鐵礦礦石的成分；F4(Cu、Hg±Ag)，與黃銅礦有關(guān)，代表了磁鐵礦礦石中次要礦石礦物；F5(W)，代表了閃長玢巖的成分（Li et al.,2018）或與巖漿熱液有關(guān)的高溫元素（歐陽淵等,2016），表明巖漿作用對成礦起著重要的作用；F6(Cr)，膏輝巖中石榴子石和透輝石的LAICP-MS原位微區(qū)分析顯示兩者均含有較高的Cr含量（張樂駿,2011），該因子代表了膏輝巖化蝕變，表明磁鐵礦礦體的形成與深色蝕變有密切的關(guān)系。

硫鐵礦礦體的因子為：F1(Bi、F、As、Sn、Ba)，為高溫元素組合，代表了硫鐵礦形成早期的成礦過程；F2(Ag、Au、Cu、Pb、Co)，與硫化物有關(guān)，間接代表了硫鐵礦礦石的主要成分，可以指示硫鐵礦礦體的定位，F(xiàn)3(Hg、Sb、Ni)，低溫硫化物組合，可作為遠暈因子；F4(Zn、Cd)，與鋅的硫化物有關(guān)，印證了泥河鐵礦深部硫鐵礦礦體之下發(fā)育脈狀閃鋅礦礦化；F5(W、Mo)，可能代表了閃長玢巖成分，硫鐵礦成礦與巖漿活動關(guān)系密切。

硬石膏礦體的因子為：F1(Co、Bi、Pb、Ni、Ag)，與高溫的硫化物金屬元素有關(guān)，暗示這些元素來自于早階段的高溫熱液流體；F2(Cd、Cr、Zn)，指示硬石膏礦的形成與硫化物有關(guān)；F3(Ba、Sn、F)，為硬石膏礦石的主要成分，為礦體指示因子或者指示元素組合；F4(Sb、Hg)，代表了低溫的硫化物金屬元素，代表了成礦后期低溫的熱液流體活動；F5(W)，可能代表了閃長玢巖，指示成礦與巖漿熱液有關(guān)。

通過以上多元統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，Sn、Co、Ni、Zn、As、Ag、Sb元素為磁鐵礦成礦及伴生元素，可作為主要的指示元素組合；Cd、Mo、Pb、F、Au、Cr元素作為次要指示元素組合與磁鐵礦成礦作用過程有關(guān)。Ag、Au、Cu、Pb、Co元素為硫鐵礦成礦過程中重要的成礦及伴生元素，為主要的指示元素組合；Hg、Sb、Zn、Cd元素與硫鐵礦礦石中其他次要礦物硫化物有關(guān)，為次要的指示元素組合。Ba、Sn、F元素是硬石膏礦石的主要成分及伴生的揮發(fā)分等，可作為主要的指示元素組合；Cd、Cr、Zn、Sb、Hg元素與硫化物關(guān)系密切，為硬石膏礦石的成礦作用過程中伴生的黃鐵礦化蝕變，為次要的指示元素組合。

圖5 泥河礦床聚類分析圖譜Fig.5 Clustering dendrogram from geochemical cross-sec‐tion data of the Nihe iron deposit

6 礦體原生暈分帶模式的建立

求出各元素異常下限及異常外帶、中帶和內(nèi)帶元素含量，并繪制各元素原生暈異常圖（圖6，圖7），對所有異常圖進行對比、分析和歸類，根據(jù)異常圖空間分帶關(guān)系可將礦區(qū)元素歸為礦中、近礦和遠礦元素3類。礦中元素是其高異常產(chǎn)在礦體發(fā)育部位的元素，近礦元素是指高異常主要發(fā)育在礦體頭部、前緣等靠近礦體位置的元素；遠礦元素是指高異常分布與礦體空間關(guān)系不明顯、對礦體位置的指示作用不顯著的元素。通過對泥河礦床Ⅰ縱剖面鉆孔原生暈元素異常圖的對比分析研究，并結(jié)合多元統(tǒng)計分析結(jié)果，確定了磁鐵礦、硫鐵礦和硬石膏,3種礦體的礦中、近礦和遠礦元素組合，建立3種礦體的原生暈分帶模式。

Sn元素異常內(nèi)帶和中帶是磁鐵礦礦體最直接的顯示，異常內(nèi)帶分布在礦體上部，中帶分布在礦體中、下部，在其他地質(zhì)體和礦體中均無顯示異常（圖6b），所以，磁鐵礦礦體的礦中元素為Sn元素。Sn與Ti具有非常相近的晶體化學(xué)性質(zhì)，在礦物中它們之間很容易發(fā)生置換，因此，含Ti礦物中Sn的存在是顯而易見的，并可以構(gòu)成多個Ti礦物、Sn礦物類質(zhì)同象系列（王汝成等,2019）。在磁鐵礦中，Ti可與Fe類質(zhì)同象，亦可以鈦鐵礦或鈦鐵晶石的細小包裹體呈定向連生形式存在，系由固溶體出溶而成。泥河礦床的磁鐵礦礦石中可見大量的金紅石、榍石等含鈦礦物等，張樂駿（2011）測得磁鐵礦中Ti含量高達18%，為富（含）鈦磁鐵礦，所以Sn的含量相應(yīng)也高。Pb、Zn、Ag、Cd元素部分內(nèi)帶異常分布在磁鐵礦礦體最上部，但分布范圍不大（圖6f、g、i，圖7h），為磁鐵礦礦體的礦頭或者礦前元素，屬于近礦指示元素組合。磁鐵礦礦體的遠礦元素為W、Mo、F、Ba、Cr，雖然不能指示鐵礦體的產(chǎn)出位置（圖6a、c，圖7d～e、i），但與磁鐵礦成礦作用有關(guān)，如F異常可能為巖漿分異流體中的揮發(fā)分，Ba異常與淺色蝕變帶中硬石膏巖化有關(guān)。

硫鐵礦礦體的礦中元素為 Ag、Au、Cu、Pb、Zn、Co、Cd，其中Zn、Au、Ag可以直接指示礦體的產(chǎn)出位置（圖6g～i,），但在主礦體之上淺色蝕變帶中強黃鐵礦化中（圖6和圖7中也表示為硫鐵礦礦體），這些礦中元素指示并不明顯。在控制硫鐵礦主礦體的ZK2201孔深部見脈狀鉛鋅礦化，所以Pb、Zn、Co等元素內(nèi)帶異常非常明顯（圖6f、g，圖7f）。近礦元素為Hg、Sb、Ni、Bi(F)（圖7b～d、g），與淺色蝕變巖帶中的黃鐵礦化蝕變有關(guān)。W、Sn、Mo、Cr、Ba在硫鐵礦礦體及周圍無異常或表現(xiàn)為小范圍的外帶異常（圖6a～c，圖7e、i），為遠礦元素。

圖6 泥河鐵礦床Ⅰ縱剖面鉆孔W(a)、Sn(b)、Mo(c)、Bi(d)、Cu(e)、Pb(f)、Zn(g)、Au(h)、Ag(i)元素原生暈圖Fig.6 Geochemical contour maps showing the distribution of W(a),Sn(b),Mo(c),Bi(d),Cu(e),Pb(f),Zn(g),Au(h)and Ag(i)along No.Ⅰlongitudinal cross section in the Nihe iron deposit

硬石膏礦體的礦中元素為Ba，為硬石膏礦體的主要成分，直接指示礦體的空間位置（圖7i）。Hg、As、Sb、Ag、Au、Cu為硬石膏礦體的近礦元素，主要與淺色蝕變帶中次生石英巖化-黃鐵礦化-硬石膏化亞帶中的黃鐵礦化有關(guān)（圖6e、h、i，圖7a、b）。泥河礦床中的硬石膏不僅可以獨立形成礦體，而且硬石膏化是淺色蝕變巖帶中重要的蝕變類型，多與黃鐵礦化、次生石英巖化密切共生，所以近礦元素的異常也可以指示硬石膏礦化體。Sn、Pb、Zn、F、Cr、Ni、Cd為硬石膏礦體的遠礦元素組合（圖6b、f、g，圖7d～g）。

7 地質(zhì)-原生暈地球化學(xué)找礦模型

7.1 原生暈地球化學(xué)異常標志

（1）磁鐵礦礦體的礦中元素為Sn，異常內(nèi)帶分布在磁鐵礦礦體上部，異常中帶分布在礦體中、下部；近礦元素為Pb、Zn、Ag、Cd，元素異常內(nèi)帶分布在磁鐵礦礦體最上部；遠礦元素為W、Mo、F、Ba、Cr，不能指示磁鐵礦礦體的產(chǎn)出部位。

（2）硫鐵礦礦體的礦中元素為Ag、Au、Cu、Pb、Zn、Co、Cd，其中Zn、Au、Ag可以直接指示礦體的產(chǎn)出位置；近礦元素為Hg、Sb、Ni、Bi(F)，元素的內(nèi)帶異常主要分布在硫鐵礦主礦體上部，部分分布在黃鐵礦化蝕變帶中；遠礦元素為W、Sn、Mo、Cr、Ba，異常內(nèi)帶遠離硫鐵礦礦體，只有少量外帶異常分布在礦體附近。

（3）硬石膏礦體的礦中元素為Ba，異常內(nèi)帶分布在礦體中，可以直接指示礦體的分布；近礦元素為Hg、As、Sb、Ag、Au、Cu，異常內(nèi)帶主要分布在礦體上部硬石膏化黃鐵礦化蝕變巖帶中；遠礦元素為Sn、Pb、Zn、F、Cr、Ni、Cd。

（4）次生石英巖中強異常元素組合為As、Sb、Bi、Hg(Au)。

7.2 找礦模型

在礦體原生暈分帶模式的建立和找礦標志總結(jié)的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦床地質(zhì)特征及礦床成因模型，構(gòu)建了泥河玢巖型鐵礦床的地質(zhì)-原生暈地球化學(xué)找礦模型（圖8）。

8 模型的佐證

自20世紀70年代國內(nèi)首次提出并建立經(jīng)典的“玢巖型鐵礦”成礦模式以來，在長江中下游成礦帶寧蕪和廬樅盆地相繼發(fā)現(xiàn)了多個玢巖型鐵礦床（Mao et al.,2011）。廬樅盆地羅河鐵礦床是1976年在長江中下游成礦帶中發(fā)現(xiàn)的規(guī)模最大的隱伏鐵礦床，近年來，隨著深部找礦的突破，在羅河礦床深部又發(fā)現(xiàn)了小包莊鐵礦床，前者以浸染狀和脈狀礦化為主，后者以脈狀礦化為主，兩者在空間上存在連續(xù)的脈狀鐵礦化，且成礦時代一致。小包莊鐵礦床和羅河鐵礦床為同一成礦作用在不同深度上的產(chǎn)物，且與泥河鐵礦床具有相同的地質(zhì)背景，相似的圍巖蝕變類型和較為一致的礦物組合特征，均屬于典型的玢巖型鐵礦床（吳禮彬等,2011;劉一男等,2016;張贊贊等,2017）。

羅河和小包莊鐵礦床2號勘探線剖面揭露了主要的成礦地質(zhì)要素，同時控制了2個礦床的主要鐵礦體。剖面中圍巖蝕變分帶明顯，蝕變類型典型，且發(fā)育次生石英巖這一典型的玢巖型鐵礦找礦標志。因此，本文選擇剖面中3個鉆孔（ZK2-1、ZK2-2和ZK213），采集巖礦石原生暈樣品544件，同樣分析了18種元素（Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、W、Mo、Sb、Sn、Bi、Cd、Cr、Co、Ni、F、Ba、Hg）。通過對原生暈數(shù)據(jù)的多元統(tǒng)計分析及元素異常圖（圖9），并結(jié)合地質(zhì)特征，確定了2個礦床中磁鐵礦礦體的指示元素組合。

羅河礦床磁鐵礦體的礦中元素組合為Sn、Co、Ni，比泥河鐵礦床的礦中指示元素組合多了Co和Ni。羅河鐵礦體（即上部脈狀鐵礦體）在成礦過程晚期形成了大量的黃鐵礦，并形成了硫鐵礦礦體及其上部的淺色蝕變帶中黃鐵礦-硬石膏-次生石英巖化蝕變組合。從泥河礦床地質(zhì)-原生暈地球化學(xué)找礦模型來看，硫鐵礦礦體的礦中和近礦指示元素組合通常有Co和Ni。而小包莊礦床鐵礦體（即下部浸染狀和脈狀鐵礦體）上部并未發(fā)育硫鐵礦礦體或黃鐵礦化蝕變，所以，其礦中指示元素僅為Sn?？梢姡_河、小包莊礦床鐵礦體的礦中元素與泥河鐵礦床的基本一致，為Sn+(Co、Ni)組合。羅河礦床鐵礦體上部主要分布有Hg和Ag異常，小包莊礦床鐵礦體附近主要為Pb、Zn、Ag、Cd+(Sb、As)異常組合。其中，小包莊礦床的近礦指示元素組合與泥河礦床的一致。

圖7 泥河鐵礦床I縱剖面鉆孔As(a)、Sb(b)、Hg(c)、F(d)、Cr(e)、Co(f)、Ni(g)、Cd(h)、Ba(i)元素原生暈分布圖Fig.7 Geochemical contour maps showing the distribution of As(a),Sb(b),Hg(c),F(d),Cr(e),Co(f),Ni(g),Cd(h)and Ba(i)along No.I longitudinal cross section in the Nihe iron deposit

圖8 泥河玢巖型鐵礦床地質(zhì)-原生暈地球化學(xué)找礦模型示意圖Fig.8 Geological and primary halo geochemical prospecting model for the Nihe porphyrite iron deposit in Luzong basin

圖9 廬樅盆地羅河和小包莊玢巖型鐵礦床2線剖面主要元素原生暈分布圖Fig.9 The distribution map of main elements primary halos in No.2 longitudinal cross section at Luohe and Xiaobaozhuang porphyrite iron deposits in Luzong basin

可以看出，羅河和小包莊鐵礦床與泥河鐵礦床具有較為一致原生暈元素異常分布，特別是礦中指示元素組合保持高度一致，近礦指示元素近似一致，個別元素的差異是由于淺色蝕變帶的分布和蝕變類型的不一致引起。但總體來說，本文所建立的地質(zhì)-原生暈地球化學(xué)找礦模型在羅河和小包莊鐵礦床中得到了很好的佐證，進一步說明，該模型可以準確并廣泛的應(yīng)用于廬樅盆地乃至長江中下游成礦帶玢巖型鐵礦床的找礦勘查工作中。

9 結(jié)論

（1）泥河鐵礦床中淺色蝕變帶從下往上依次劃分為：①黃鐵礦化-硬石膏化帶；②硬石膏化-黃鐵礦化-次生石英巖化帶；③高嶺石化-黃鐵礦化-次生石英巖化帶；④次生石英巖化-黃鐵礦化-硬石膏化-高嶺石化帶；⑤黃鐵礦-明礬石-高嶺石化帶；⑥高嶺石-伊利石化帶；⑦伊利石-高嶺石-蒙脫石化帶。

（2）原生暈地球化學(xué)顯示，泥河鐵礦床中磁鐵礦礦體的礦中指示元素為Sn，近礦指示元素為Pb、Zn、Ag、Cd；硫鐵礦礦體的礦中指示元素為Ag、Au、Cu、Pb、Zn、Co、Cd，近礦指示元素為Hg、Sb、Ni、Bi(F)；硬石膏礦體的礦中指示元素為Ba，近礦指示元素為Hg、As、Sb、Ag、Au、Cu。

（3）在軸向原生暈地球化學(xué)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合成礦地質(zhì)條件及礦床成因模型，建立了泥河玢巖型鐵礦床地質(zhì)-原生暈地球化學(xué)找礦模型，并通過羅河和小包莊鐵礦床原生暈地球化學(xué)，進一步佐證該模型可準確并廣泛應(yīng)用于廬樅盆地乃至長江中下游成礦帶玢巖型鐵礦床找礦勘查工作中。