湖北嘉魚蛇屋山金礦地球物理特征及找礦方向

尹 近， 張文勝， 黃艷華， 李 巍， 鐘 溫， 田彩霞

(1.湖北省地質(zhì)局 第四地質(zhì)大隊(duì)，湖北 咸寧 437100; 2.湖北省咸寧市青龍山高中，湖北 咸寧 437100)

蛇屋山金礦位于湖北省嘉魚縣陸溪鎮(zhèn)，是中國第一個(gè)被探明的賦存于紅土之中的大型金礦。礦床發(fā)現(xiàn)之初，眾多學(xué)者對其成因類型有較大的爭議，主要集中在紅土型和卡林型之爭[1-7]。礦床成因類型不明嚴(yán)重制約了礦區(qū)的找礦方向。多年以來，礦山在進(jìn)行開采的同時(shí)，做了較多的研究工作，目前以持卡林型金礦論者為主導(dǎo)[8-10]。隨著資源的枯竭和金價(jià)格的下跌，該礦山已經(jīng)進(jìn)入危機(jī)礦山行列，尋找接替資源刻不容緩。

本文依托于湖北省地勘基金項(xiàng)目“湖北省嘉魚縣蛇屋山地區(qū)金礦整裝勘查”，主要對礦區(qū)礦床地質(zhì)特征及礦區(qū)地球物理特征進(jìn)行了收集、整理。以卡林型金礦的成礦模式為主導(dǎo)思想，類比貴州水銀洞卡林型金礦，借鑒該礦區(qū)勘查成果，提出下一步的找礦方向，對礦床深邊部找礦勘查工作提供指導(dǎo)和借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

蛇屋山金礦地處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺北緣的褶沖帶，西鄰江漢斷裂，隸屬于鄂東南滑脫拆離構(gòu)造體系。區(qū)內(nèi)地表大部分為第四系覆蓋，出露地層主要有志留系粉砂巖、頁巖；石炭系白云巖、灰?guī)r；二疊系灰?guī)r、硅質(zhì)巖、碳質(zhì)頁巖、粉砂巖；三疊系泥質(zhì)粉砂巖、微晶灰?guī)r、微晶白云巖；三疊系上統(tǒng)—侏羅系石英砂巖、頁巖。

區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。褶皺軸跡走向總體呈NE—EW向，褶皺軸面普遍南傾，傾角20°～40°，褶皺北翼倒轉(zhuǎn)均向南傾或部分北傾，傾角30°～60°。區(qū)內(nèi)構(gòu)造大致分為三組：以早期規(guī)模較大近EW向斷層為第一組；后期NE、NW向斷層對其疊加改造形成區(qū)內(nèi)多個(gè)構(gòu)造斷塊格局為第二、三組。近EW向斷層主要沿褶皺兩翼近核部發(fā)育，表現(xiàn)為系列逆沖推覆構(gòu)造。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)地表大部分為第四系覆蓋，基巖僅零星出露。經(jīng)鉆孔及探槽揭露，地層由老到新為寒武系上統(tǒng)—奧陶系下統(tǒng)婁山關(guān)組—奧陶系下統(tǒng)南津關(guān)組(∈3O1l-O1n)灰?guī)r、白云巖；志留系下統(tǒng)新灘組(S1x)炭質(zhì)頁巖、泥巖；三疊系上統(tǒng)—侏羅系下統(tǒng)王龍灘組(T3-J1w)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖以及第四系。

蛇屋山礦區(qū)整體為一倒轉(zhuǎn)背斜，核部主要由寒武系上統(tǒng)—奧陶系下統(tǒng)婁山關(guān)組地層組成，翼部由奧陶系、志留系地層組成，構(gòu)造線方向?yàn)镹WW—近EW向，總體南傾，傾角20°～40°。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，主要分為EW向和NE向兩組(圖1)：EW向斷裂規(guī)模較大，以F2、F3斷裂為代表，為低角度逆沖斷裂，斷面南傾；NE向次級斷裂自西向東近等距分布，傾向南東，傾角47°～67°。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 氧化金礦體特征

本區(qū)氧化金礦為大型規(guī)模，受構(gòu)造嚴(yán)格控制，位于F2與F3之間。礦體呈似層狀近水平產(chǎn)出，位于寒武系—奧陶系碳酸鹽巖基巖之上、硅質(zhì)巖之下。主要賦存于地表松散的第四系風(fēng)化紅土之中。含礦巖性為含砂礫亞粘土，主要成分為粘土礦物、石英、褐鐵礦、玉髓等。礦石結(jié)構(gòu)有泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、含粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、含砂礫泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要有網(wǎng)紋狀構(gòu)造、土塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造等。礦石中金主要以不可見游離狀態(tài)存在，少量以吸附狀態(tài)存在于粘土礦物邊緣，礦石類型屬微細(xì)粒氧化土狀金礦石，金品位0.2～1.04 g/t。

圖1 蛇屋山金礦區(qū)地質(zhì)簡圖[10]
Fig.1 Geological map of Shewushan gold mine
.寒武系—奧陶系碳酸鹽巖；2.第四系沖積層；3.斷層及編號；4.推測斷層；5.綜合剖面位置及編號。

3.2 原生金礦體特征

原生金礦產(chǎn)于寒武系—奧陶系碳酸鹽巖中次一級逆斷層及某些層間破碎帶中，多為鉆孔控制。礦化體規(guī)模較小，長度80～200 m，厚度2～5 m，產(chǎn)狀與構(gòu)造一致，多為南傾，傾角緩，礦化體品位多在1～2 g/t之間，少數(shù)可達(dá)4.58 g/t。在斷裂交匯部位金礦體有厚度變厚、品位增高的趨勢。

含礦巖性為灰?guī)r、白云質(zhì)構(gòu)造角礫巖、粉砂質(zhì)粘土質(zhì)碎裂巖及碎斑巖。礦石成分比較簡單，金屬礦物有黃鐵礦、毒砂、雌黃、雄黃、磁鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦，次生礦物有褐鐵礦、斑銅礦、輝銅礦、銅藍(lán)等。非金屬礦物有高嶺石、方解石及少量石英、重晶石。礦石結(jié)構(gòu)以半自形—他形結(jié)構(gòu)、溶蝕交代結(jié)構(gòu)、穿插結(jié)構(gòu)，壓碎、碎裂結(jié)構(gòu)為主。礦石構(gòu)造常具條帶狀構(gòu)造、稀疏浸染狀構(gòu)造，偶見定向構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、縫合線構(gòu)造等。金主要呈顯微狀分布于黃鐵礦晶格中或依附于黃鐵礦表面及裂隙中。據(jù)此，本區(qū)原生礦石類型為微細(xì)粒浸染型金礦石。礦區(qū)圍巖蝕變發(fā)育，表現(xiàn)為中低溫組合。主為硅化、黃鐵礦化，次為方解石化、雄(雌)黃化、高嶺土化。

根據(jù)目前地質(zhì)勘查程度，主要在礦區(qū)西部(蛇屋山礦段)揭露發(fā)現(xiàn)零散的原生小礦體及礦化體，并未發(fā)現(xiàn)具有真正工業(yè)意義的礦體。對原生礦的勘探還是處在探索階段。

4 地球物理特征

4.1 巖(礦)石物性特征

本次收集的區(qū)域巖(礦)石物性參數(shù)如表1所示。

表1 區(qū)內(nèi)巖(礦)石物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of physical property parameters ofrock (ore) in the area

由表1可知，蛇屋山礦區(qū)各類沉積巖及有關(guān)構(gòu)造巖無磁性或弱磁，但電性差異較大，約3個(gè)數(shù)量級：①石英砂巖、灰?guī)r、硅化灰?guī)r、白云巖為高阻體，ρs=n×103(Ω·m)；②頁巖、粉砂巖具中等電阻體，ρs=n×102(Ω·m)；③第四系松散層為低阻體，ρs=n×10 (Ω·m)。

4.2 礦區(qū)常規(guī)電測深剖面及異常

礦區(qū)常規(guī)電測深及CSAMT測深剖面位置重疊(圖1)。電測深剖面上ρs斷面圖形態(tài)基本相似，剖面中ρs斷面曲線總體呈平臺形高阻隆起，南北兩側(cè)出現(xiàn)明顯低阻電性界面。0線斷面上210-120號點(diǎn)之間自上而下ρs呈高—低—高—低—高阻，可概括為“三高夾二低”對應(yīng)部位電測深類型曲線(圖2)。

淺部電測深高阻異常呈相間出現(xiàn)，其下伏為明顯的低電阻電性層，將上、下高阻異常明顯地?cái)嚅_；中深部高阻異常呈平臥腎狀，南側(cè)封閉。其下部由南往北有一低阻層插入?，F(xiàn)將“三高夾二低”電性層異常分述如下：

(1) 第一高阻異常，斷面上異常位于淺部，呈“V”形及“U”形產(chǎn)出。ρs值n×100～1 000(Ω·m)之間，平面上異常呈近東西走向的帶狀位于蛇屋山山脊及漆灣一帶。異常為淺部硅化巖塊所引起，淺部電測深ρs高阻異常反映了地表“硅帽”的分布特征，按其斷面異常特征推測其最大延伸<50 m。

圖2 蛇屋山金礦區(qū)0線電測深綜合斷面圖
Fig.2 Comprehensive section of electric sounding of line 0in Shewushan gold mine
1.含金松散層、第四系松散層；3.二疊系茅口組灰?guī)r；4.志留系新灘組頁巖；5.奧陶系—寒武系灰?guī)r；6.下寒武系含碳巖石；7.物探推測地質(zhì)界線；8.物探推測斷層及編號；9.已施工鉆孔；10.ρs等值線(Ω·m)。

(2) 第一低阻異常，位于第一高阻異常下部，ρs值在n×100(Ω·m)上下變化。平面上異常呈近東西走向，厚度不穩(wěn)定，自西往東有逐漸變深的趨勢。異常為含金紅土層(氧化礦)松散層所引起，其底板埋深≤25 m。

(3) 第二高阻異常，斷面上異常位于中深部，呈平臥腎狀產(chǎn)出，寬600～900 m。ρs值n×100 (Ω·m)，平面上異常呈透鏡狀，走向近東西，異常為奧陶系—寒武系灰?guī)r、白云巖地層引起，其底板埋深≤500 m。梯度帶的扭曲、錯(cuò)動,表明區(qū)內(nèi)存在近東西及北東走向兩組斷裂構(gòu)造。

(4) 第二低阻異常，斷面上異常由南向北呈舌狀插入第二高阻異常，ρs值在n×100 (Ω·m)上下變化。平面上異常位于蛇屋山、漆家山之間，走向近東西，寬100～200 m。推測該異常為寒武系底部碎屑巖或含碳質(zhì)巖石所引起。

(5) 第三高阻異常，斷面上異常位于深部(AB/2>750 m)，推測該異常應(yīng)為倒轉(zhuǎn)背斜北翼灰?guī)r地層所引起。

4.3 礦區(qū)CSAMT測深剖面及異常

4.3.1平面異常特征及解釋

區(qū)內(nèi)平面異常自北往南可大致分為北低、中高、南低三個(gè)異常區(qū)，異常在多個(gè)局部地段出現(xiàn)扭曲、錯(cuò)動及不連續(xù)現(xiàn)象。低—高—低異常分區(qū)應(yīng)為不同巖性地層分布所引起，異常出現(xiàn)扭曲、錯(cuò)動及不連續(xù)現(xiàn)象應(yīng)為斷裂構(gòu)造所致。可控源音頻大地電磁測深(CSAMT法)與電測深解釋結(jié)果一致。三個(gè)異常區(qū)解釋如下：

北部低阻異常區(qū)位于蛇屋山礦區(qū)北部，異常呈面狀，東西向展布，推測主要為志留系砂頁巖地層所引起；中部高阻異常區(qū)位于蛇屋山南坡，北界與北部低阻異常區(qū)相連，異常呈東西向展布，推測由寒武系—奧陶系碳酸鹽巖地層所引起；南部低阻異常區(qū)位于蛇屋山礦區(qū)南部，推測主要為碎屑巖地層所引起。

4.3.2典型斷面異常特征及解釋

礦區(qū)幾條CSAMT剖面特征均類似，63線剖面位于工作區(qū)西端，呈近南北向展布，方位177°，剖面長2.2 km。剖面中部為蛇屋山金礦采空區(qū)，采空區(qū)內(nèi)見寒武系—奧陶系灰?guī)r地層出露，剖面其余地段均為第四系覆蓋。

由CSAMT斷面圖可見剖面北部斷面異常自淺往深可大致分為二層：淺部為低阻層，等值線平緩、稀疏；深部為高阻層，高低阻接觸部位等值線密集，呈梯度帶顯示，梯度帶往北緩傾。推測淺部低阻層為第四系及志留系碎屑巖地層所引起，深部高阻層由寒武系—奧陶系碳酸鹽巖地層所引起。

剖面中部斷面異常自淺往深可大致分為低—高—低—高四層：淺部為低阻層，等值線平緩、稀疏；中淺部為高阻層，等值線平緩、稀疏；中深部為低阻層，等值線平緩、稀疏；深部為高阻層，等值線呈明顯高阻隆起，隆起高度約700 m，異常頂寬約700 m，異常南界等值線密集，呈臺階狀梯度帶，略向南傾，北界密集、陡直，往北傾。

據(jù)異常特征并結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)資料及鉆探成果，推測淺部低阻層為第四系及志留系碎屑巖地層所引起；中淺部高阻層為寒武系—奧陶系碳酸鹽巖地層所引起；中深部低阻層為志留系碎屑巖地層所引起；深部高阻異常為二疊系碳酸鹽巖引起。深部高阻隆起，兩側(cè)形成的視電阻率梯度帶為高角度斷裂構(gòu)造所致；淺—中深部地層重復(fù)出現(xiàn)為低角度推覆構(gòu)造所致。推測高角度斷裂構(gòu)造：FW1，位于深部高阻隆起北梯度帶，產(chǎn)狀較陡，略向北傾；FW2，位于深部高阻隆起南梯度帶，產(chǎn)狀較陡，略向南傾，造成南梯度帶出現(xiàn)第一個(gè)“臺階”；FW3，位于深部高阻隆起南梯度帶，產(chǎn)狀較陡，略向南傾，造成南梯度帶出現(xiàn)第二個(gè)“臺階”。低角度推覆構(gòu)造：fw3，位于淺部志留系地層與下伏寒武系—奧陶系地層接觸面，向南緩傾；fw2，位于中淺部寒武系—奧陶系地層與下伏志留系地層接觸面，向南緩傾，造成寒武系—奧陶系地層由南向北逆向覆蓋于志留系地層之上。fw2、fw3均明顯被高角度構(gòu)造錯(cuò)動。

圖3 蛇屋山金礦區(qū)63線CSAMT斷面圖
Fig.3 CSAMT section of line 63 in Shewushan gold mine
1.推測地質(zhì)界線；2.推測斷裂及編號；3.預(yù)測礦體。

剖面南部斷面異常自淺往深可大致分為低—高—低—高四層：淺部為低阻層，較薄、斷續(xù)出現(xiàn)；中淺部為高阻層，等值線平緩、稀疏，異常呈由南往北插入的楔形；中深部為低阻層，等值線平緩、稀疏；深部為高阻層，為北側(cè)深部高阻異常的南延部分。推測淺部低阻層為第四系及志留系碎屑巖地層所引起，中深部低阻層為志留系碎屑巖地層所引起，中淺部及深部高阻層為碳酸鹽巖地層所引起。地層的重復(fù)出現(xiàn)為低角度推覆構(gòu)造fw2、fw3所致。

綜上所述，本區(qū)常規(guī)電測深異常和CSAMT異常特征相似，均顯示了深部有高阻異常的存在。

5 典型礦床成礦模式

隨著人們對卡林型金礦的不斷認(rèn)識，中國在揚(yáng)子地臺周緣取得了較大的金礦找礦進(jìn)展。由“滇、黔、桂”和“陜、甘、川”兩個(gè)金三角組成的卡林型金礦帶世界聞名。其中貴州貞豐縣水銀洞金礦找礦成果尤為突出，該礦床經(jīng)過十幾年的勘查，發(fā)現(xiàn)繼早期的樓上礦深部存在樓下第二層礦體，成為繼“爛泥溝”之后的又一個(gè)特大型金礦。礦床大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺西南緣與華南褶皺系右江褶皺帶之交接部位，灰家堡金礦田中部。礦體賦存于二疊系龍?zhí)督M地層中，以層控型為主。

現(xiàn)將蛇屋山金礦與水銀洞金礦的成礦地質(zhì)特征進(jìn)行對比分析如下：通過對該地區(qū)金礦成因及成礦模式認(rèn)真總結(jié)研究，認(rèn)為該礦區(qū)“兩層樓”成礦模式與蛇屋山礦區(qū)深部巖性地質(zhì)體相似，預(yù)測本區(qū)也可能存在第二、三含礦空間。

表2 蛇屋山金礦與水銀洞金礦地質(zhì)特征對比表Table 2 Comparison of geological characteristics between Shewushangold mine and Shuiyindong gold mine

圖4 貴州水銀洞金礦成礦模式圖
Fig.4 Metallogenic model of Shuiyindong gold deposit,Guizhou Province
1.茅口組；2.龍?zhí)督M；3.長興組；4.大隆組；5.夜郎組；6.構(gòu)造蝕變體；7.地層界線；8.深大斷裂；9.斷層；10.金礦體；11.礦液運(yùn)移方向；12.隱伏巖體。

水銀洞金礦絕大部分礦體都賦存于碳酸鹽巖中，礦體嚴(yán)格受碳酸鹽巖控制。這些巖石具有裂隙發(fā)育、孔隙度大、連通性好的特點(diǎn)，大大增加了含礦熱液的運(yùn)移能力，同時(shí)也是金選擇碳酸鹽巖就位的原因。金含量在碳酸鹽巖中與其頂?shù)装逅樾紟r中呈突變關(guān)系。粉砂巖、粘土巖等巖石性質(zhì)較為穩(wěn)定，滲透性差，在含礦熱液上升的過程中，形成了良好的屏蔽層，給成礦造就了有利的空間。眾多學(xué)者研究表明頂板的粘土質(zhì)巖石是形成水銀洞高品位層控型金礦床的最直接原因，然而產(chǎn)于P3l1鈣質(zhì)粉砂巖中的小礦體的品位之所以低的原因，是因?yàn)闊o屏蔽層使然[11-12]。

6 找礦方向

本區(qū)金礦的成因如下：深部的含金地層在高溫高壓的作用下熔融形成最開始的含礦流體，含礦流體沿著蛇屋山雙重逆沖推覆構(gòu)造以及次級NE向高角度斷裂向上運(yùn)移，在運(yùn)移過程中含礦流體萃取圍巖中的Au，形成新的含礦熱液。同時(shí)寒武系—奧陶系碳酸鹽巖中發(fā)育的節(jié)理及裂隙也為成礦流體的運(yùn)移提供了通道，當(dāng)?shù)V液遇上蛇屋山倒轉(zhuǎn)背斜上覆志留系泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖等性質(zhì)不活潑的巖性時(shí)便受到阻擋，在不純碳酸鹽巖中順層運(yùn)移，形成最初的礦(化)體。由于成礦物質(zhì)的多期多階段性質(zhì)，含金流體不斷向上運(yùn)移，使早期形成的礦(化)體再次富集成為原生金礦體。后期在風(fēng)化作用下，志留系地層被剝蝕掉，原生金礦體也因風(fēng)化、淋濾作用，形成了賦存于地表紅土之中的金礦，也被稱為氧化礦。

從圖5中可知，地表氧化礦的形成與上覆志留系泥質(zhì)粉砂巖關(guān)系密切，礦體均產(chǎn)于志留系與奧陶系的交界面處。而在第一找礦空間中蛇屋山金礦整裝勘查項(xiàng)目施工了較多原生礦鉆孔(圖5)，但找礦效果并不好，僅發(fā)現(xiàn)幾處規(guī)模小、品位低的礦化體。成礦熱液大多只能在構(gòu)造的有利部位富集，這可能與寒武系—奧陶系地層中缺少粉砂巖、細(xì)砂巖等作為屏蔽層有關(guān)。

圖5 蛇屋山金礦成礦預(yù)測模式圖
Fig.5 Metallogenic prediction model of Shewushan gold deposit
1.寒武系—奧陶系；2.志留系；3.石炭系—二疊系；4.灰?guī)r；5.白云巖；6.粘土巖；7.泥質(zhì)粉砂巖；8.中酸性巖體；9.逆沖斷層及編號；10.次級斷層及編號；11.施工鉆孔；12.氧化礦體；13.預(yù)測原生礦體；14.大氣降水、熱液循環(huán)。

通過物探成果顯示在礦區(qū)志留系地層下部還存在一個(gè)高阻異常，推測是由二疊系碳酸鹽巖地層所引起，可以作為原生礦的第二找礦空間。含礦熱液在向上運(yùn)移時(shí)，礦區(qū)北部的志留系地層作為礦液運(yùn)移時(shí)的屏蔽層，給成礦提供了一個(gè)良好的條件，使含礦熱液順層運(yùn)移形成礦體。這種成礦模式與蛇屋山金礦地表氧化礦以及貴州水銀洞金礦的形成過程類似，因此推測深部二疊系碳酸鹽巖與其上覆志留系地層接觸部位是本區(qū)金礦形成的有利部位。