多元素分析在巖性及含礦性判別的應(yīng)用——以塞爾維亞佩吉銅金礦床為例

饒東平

（中色紫金地質(zhì)勘查（北京）有限責(zé)任公司，北京 100012）

0 引言

塞爾維亞佩吉銅金礦是紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司于2018年底從加拿大Nevsun資源有限公司手中收購(gòu)的超大型高硫-斑巖型銅金礦，目前已探獲銅金屬量超1500萬t。該礦床位于塞爾維亞著名的Timok巖漿雜巖帶波爾銅金礦集區(qū)南部，目前在該巖漿雜巖帶上已相繼發(fā)現(xiàn)多個(gè)大型-超大型的斑巖型銅金礦床和高硫型銅金礦床，以及數(shù)量眾多的中小型銅金礦床/點(diǎn)（Albrecht et al.,2005;Handler et al.,2004）。Timok巖漿雜巖帶上多數(shù)大型銅金礦床具有上百年的發(fā)現(xiàn)及開采歷史（Zimmerman et al.,2008），而佩吉銅金礦床由于埋藏深度較大（超過500 m），先后經(jīng)多家公司數(shù)十年的地質(zhì)勘查，于2012年被發(fā)現(xiàn)，至目前已積累較豐富的原始地質(zhì)資料。

佩吉銅金礦床由上部高硫型礦化和下部斑巖型礦化組成，礦化主要賦存在下部安山巖（LA）中。根據(jù)前人研究及地質(zhì)編錄資料顯示，下部安山巖并非單一的巖性，可能由一系列流紋質(zhì)至安山質(zhì)的次火山巖、火山巖和火山沉積巖及深成侵入體組成，但由于蝕變較強(qiáng)，肉眼難以區(qū)分。

隨著近年來元素分析測(cè)試方法的不斷改進(jìn)，各種元素分析精度逐步提高，測(cè)試成本大幅降低，多元素分析測(cè)試方法及商業(yè)應(yīng)用越來越受國(guó)際礦業(yè)公司的青睞。目前多元素地球化學(xué)特征常用于巖石類型判別、蝕變分類、硫化物和硫酸鹽演化、微量元素示蹤等多個(gè)方面（Scott,2020）。本文從多元素地球化學(xué)特征著手，結(jié)合地質(zhì)編錄情況，通過分析佩吉銅金礦床最典型的100勘探線多元素地球化學(xué)特征，進(jìn)一步劃分下部安山巖組成，并對(duì)其含礦性進(jìn)行初步判別。

1 地質(zhì)概況

塞爾維亞佩吉銅金礦床位于特提斯歐亞成礦帶西端，阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶最西端的Timok雜巖帶南部（Jankovi?,1976,1997;Heinrich and Neubauer,2002;Schmid et al.,2008），如圖1所示。該雜巖帶為一個(gè)南北狹長(zhǎng)的透鏡狀地塹，南北長(zhǎng)約85 km，寬最大可達(dá)25 km，是由一系列與鈣堿性巖漿有關(guān)的安山巖-英安質(zhì)亞火山巖、火山-沉積序列及主要為二長(zhǎng)巖-閃長(zhǎng)斑巖和花崗閃長(zhǎng)巖組合而成的深成巖體（Ciobanu et al.,2002；韓寧等,2019）。區(qū)內(nèi)主要出露的地層為侏羅系，分布于Timok巖漿雜巖帶的東西兩側(cè)，呈帶狀分布；上白堊統(tǒng)地層廣泛分布于Timok雜巖帶中；中新統(tǒng)沉積物覆蓋于東部地區(qū)。

圖1 區(qū)域大地構(gòu)造位置圖（據(jù)Handler et al.,2004修改）

佩吉銅金礦床主要出露晚白堊世（次）火山巖、火山碎屑沉積巖，中新世粗碎屑巖和全新世沖洪積物。根據(jù)鉆孔揭露情況，從下至上大致劃分為下部安山巖、上部安山巖、泥灰?guī)r、波爾礫巖和中新世沉積巖（圖2）。

圖2 塞爾維亞佩吉銅金礦100勘探線剖面示意圖

區(qū)內(nèi)上部高硫型銅金礦化（礦體編號(hào)：UZ-1和UZ-2）主要產(chǎn)于上部安山巖與下部安山巖接觸部位或下部安山巖中，圍巖蝕變以泥化和高級(jí)泥化為主，主要礦石礦物為黃鐵礦、銅藍(lán)、硫砷銅礦，局部見少量輝銅礦和黃銅礦；下部斑巖型銅金礦化（LZ-1）主要賦礦圍巖為下部安山巖，圍巖蝕變以黃鐵絹英巖化為主，疊加泥化和高級(jí)泥化，局部見弱鉀化蝕變，主要礦石礦物為黃鐵礦、黃銅礦和銅藍(lán)，次為斑銅礦和硫砷銅礦。

2 樣品采集及分析

本次研究挑選100勘探線13個(gè)鉆孔3429件基本分析結(jié)果，涵蓋上部高硫型礦化和下部斑巖型礦化。鉆孔巖心采樣一般按2～3 m一個(gè)樣，從上部安山巖開始至孔底連續(xù)采樣，均勻采集二分之一巖心，每個(gè)樣品重量大于3 kg。樣品在送檢之前按一定比例插入標(biāo)準(zhǔn)樣、空白樣和重復(fù)樣，這些控制樣品一般占總樣品數(shù)的12%～15%，確保樣品具有較高的合格率。

所有樣品均分析Au、Cu、Ag、Pb、Zn等49種常量和微量元素。樣品送至北愛爾蘭澳實(shí)（ALS）實(shí)驗(yàn)室，溶樣采用四酸（HCl、HNO3、HF和HClO4）溶解法。該方法相比起傳統(tǒng)的王水溶解法能更好的溶解長(zhǎng)石、鋯石、獨(dú)居石等難溶礦物。分析方法采用等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS），若部分元素含量超過ICP-MS分析上限，再采用等離子光譜法（ICP-AES）或原子吸收光譜法（AAS）測(cè)試。Au元素采用火試金方法熔樣，火法熔樣后一般采用等離子光譜法（ICP-AES）測(cè)試；若Au含量大于10 g/t，則采用火試金+稱重法測(cè)定。各元素分析方法及檢出限詳見表1。

3 數(shù)據(jù)處理

前文已述，佩吉銅金礦主要產(chǎn)于下部安山巖中，下部安山巖可能由多期次不同成分的火山巖、次火山巖和侵入巖等巖石單元組成，但由于蝕變較強(qiáng)，肉眼難以區(qū)別。本文從多元素地球化學(xué)方面著手，對(duì)下部安山巖進(jìn)一步細(xì)分。一般巖石越新鮮，多元素特征越趨近于原巖化學(xué)性質(zhì)，原巖恢復(fù)也越接近于真實(shí)，且后期發(fā)育的脈體、礦化會(huì)顯著稀釋微量元素含量（Winter,2010）。本區(qū)下部安山巖蝕變廣泛發(fā)育，難于獲得新鮮巖石多元素?cái)?shù)據(jù)，且部分樣品強(qiáng)烈蝕變礦化。因此，應(yīng)先對(duì)礦化/蝕變較強(qiáng)的樣品進(jìn)行剔除。

由于大部分巖漿巖的Al含量介于6%～9%之間，低Al含量指示了強(qiáng)烈熱液活動(dòng)對(duì)元素含量的稀釋作用（Winter,2010）。例如細(xì)脈發(fā)育和強(qiáng)烈角礫化的巖石，后期填充的礦物（硫化物、石膏、石英和碳酸鹽等）稀釋了巖石中微量元素中的含量，顯示非其原始的微量元素分布特征。而對(duì)于元素含量被稀釋至接近檢出限的樣品，即使是元素比值有時(shí)也無法反映原巖的微量元素特征。因此，可先利用Sc-Al圖解（圖3），并結(jié)合地質(zhì)編錄將低Al含量樣品剔除。

圖3 佩吉銅金礦床Sc-Al元素圖解

先將下部安山巖（LA）樣品全部挑選出，將其分類為Al含量大于6%和小于6%兩組。如圖3所示，橙色樣品為Al含量低于6%的樣品，該樣品空間分布正好位于上下部礦體對(duì)應(yīng)位置（圖2,4），顯示為強(qiáng)烈蝕變和礦化樣品，將該樣品剔除，僅保留Al含量大于6%的樣品（綠色）。

4 討論

4.1 巖石組成的識(shí)別

地質(zhì)學(xué)上通常是使用SiO2含量作為火成巖分類的標(biāo)準(zhǔn)，如酸性巖、中性巖、基性巖和超基性巖。但由于SiO2含量無法在四酸溶解的方法中測(cè)得，其會(huì)與HF反應(yīng)形成SiF4配合物。因此，經(jīng)前人研究認(rèn)為，火成巖的分類還可以根據(jù)不活動(dòng)的微量元素含量進(jìn)行劃分。其中，Sc元素具有較好的劃分效果，因?yàn)樗芤灶愘|(zhì)同象的形式替代鐵賦存于含鐵硅酸鹽和鐵鎂礦物中，如角閃石、輝石、黑云母、綠泥石等，因此Sc元素可以作為鎂鐵質(zhì)-長(zhǎng)英質(zhì)巖石的指示元素（Scott,2020）。

圖4 佩吉銅金礦床下部安山巖樣品Al含量剖面分布示意圖

另外，Sc元素通常呈正三價(jià)且在大部分風(fēng)化和熱液蝕變環(huán)境下仍然不易遷移（Williams-Jones and Vasyukova,2018）。在熱液環(huán)境下最不易移動(dòng)的元素主要是正三價(jià)和正四價(jià)的高場(chǎng)強(qiáng)元素，而在通常的四酸溶解-ICP-MS/AES分析項(xiàng)目中，這些元素主要有Sc、Al、P、Ti、V、Cr、Y、Zr、Nb、La和Th，而Sc是這些元素里面最不易遷移的（Railsback,2003）。此外，過渡金屬元素Sc、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn都擁有相似的化學(xué)性質(zhì)，在未蝕變巖石中，這些元素與Sc通常呈較好的線性關(guān)系，含量都隨巖漿分異程度而降低；在蝕變巖石中，其它元素和Sc線性關(guān)系的偏離可以顯示出不透明礦物的分離結(jié)晶作用、熔體中硫化物的飽和以及熱液環(huán)境下某些金屬元素的浸出。

一般玄武巖Sc含量大于30×10-6，安山巖Sc含量介于20×10-6～30×10-6之間，英安巖Sc含量介于10×10-6～20×10-6之間，而流紋巖Sc含量小于10×10-6（Scott,2020;Winter,2010）。

本次研究主要利用Sc、Nb、P、Th、Ti、V、Zr等不活動(dòng)元素的相互關(guān)系，并結(jié)合地質(zhì)編錄以及三維上的產(chǎn)狀和分布對(duì)巖石組合進(jìn)行識(shí)別。前期先將強(qiáng)烈蝕變和礦化樣品剔除，再根據(jù)上述7個(gè)不活動(dòng)元素含量系列圖解，進(jìn)一步將原下部安山巖（LA）分為三個(gè)系列LA-1、LA-2和LA-3（圖5），代表三種不同成分的巖性組合，剖面分布見圖6。

圖5 各系列（LA-1、LA-2、LA-3）安山巖不活動(dòng)元素特征分布圖

圖6 佩吉銅金礦床100勘探線下部安山巖（LA）重新劃分剖面示意圖

其中，LA-1顯示為英安質(zhì)-安山質(zhì)高Ti中Zr巖石，主要分布在上部及Bor2斷裂下盤，根據(jù)地質(zhì)編錄顯示可能為比較早期的火山碎屑巖；LA-2顯示為英安質(zhì)-流紋質(zhì)低Ti低Zr巖石，主要分布在下部，特別是礦體上下盤，為本區(qū)的主要賦礦圍巖，地質(zhì)編錄顯示主要為復(fù)成分火山角礫巖帶；LA-3顯示為英安質(zhì)-安山質(zhì)高Ti高Zr巖石，主要呈脈狀不規(guī)則分布，可能為侵入巖脈。

4.2 巖漿含礦性的判別

（1）V/Sc與Sc特征

前人發(fā)現(xiàn)富Cu的斑巖巖漿表現(xiàn)出隨SiO2升高，V/Sc也隨之升高的趨勢(shì)，將其解釋為熔體中較高的水含量使角閃石遠(yuǎn)早于磁鐵礦的結(jié)晶（Loucks,2014）。但是在工業(yè)界一般采用的化驗(yàn)方法無法測(cè)取SiO2，如前文4.1中所述，Sc作為可指示巖石鎂鐵質(zhì)-長(zhǎng)英質(zhì)的指示元素，通常與原巖中SiO2呈反比，所以可在圖解中用Sc來代替SiO2。高V/Sc、低Sc指示高氧化含水的熔體，有利于形成富銅的斑巖體（Ballard et al.，2002；Richards，2011；Chiaradia，2014）。

V/Sc-Sc圖解（圖7）顯示，LA-2樣品主要分布在斑巖銅礦分布區(qū)，下部安山巖從LA-1→LA-3→LA-2，V/Sc值逐漸增加，而Sc含量逐漸降低的特征，反映LA-2原始巖漿可能為具有高氧化含水的富Cu斑巖巖漿。結(jié)合上文，LA-2巖石為區(qū)內(nèi)高硫礦化和斑巖礦化的主要賦礦圍巖，因此是否指示區(qū)內(nèi)的斑巖銅金礦化可能與LA-2這期巖漿關(guān)系最為密切，這一點(diǎn)需要進(jìn)一步研究與探討。

圖7 下部安山巖V/Sc-Sc圖解（據(jù)Halley,2020）

（2）Sr/Y-Y特征

高Sr/Y和低Y也是富銅斑巖巖漿的一個(gè)特征（Richards and Kerrich,2007）。以俯沖大洋板塊直接熔融形成的埃達(dá)克巖漿由于具有較高的溫度和高氧逸度，具有較大的形成富金斑巖型銅金礦床的潛力。埃達(dá)克質(zhì)巖漿一般具有高Sr（≥400×10-6）、低Y（≤18×10-6）和高Sr/Y比值（＞40）的特征（Defant and Drummond,1990;Kay,1978;Shafiei et al.,2008）。

Sr/Y-Y圖解（圖8）顯示，下部安山巖總體具有高Sr、低Y、高Sr/Y比值的特征，多數(shù)樣品分布在埃達(dá)克質(zhì)巖漿范圍內(nèi)。特別是LA-2巖石，具有較高的Sr/Y比，Sr/Y比值絕大多數(shù)在40以上，顯示該期巖漿是富銅的斑巖巖漿。

圖8 下部安山巖Sr/Y-Y圖解（據(jù)Halley,2020）

5 結(jié)論

通過對(duì)下部安山巖（LA）巖石多元素特征進(jìn)行分析，并結(jié)合地質(zhì)編錄，可以得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）下部安山巖并非單一的巖性，而是多種巖性的組合，并大致劃分為L(zhǎng)A-1、LA-2和LA-3三種具有較為顯著差異的巖性組合。

（2）LA-1為英安質(zhì)-安山質(zhì)高Ti中Zr巖石，為早期的火山碎屑巖；LA-2為英安質(zhì)-流紋質(zhì)低Ti低Zr巖石，可能為復(fù)成分火山角礫巖帶；LA-3為英安質(zhì)-安山質(zhì)高Ti高Zr巖石，可能為侵入巖脈。

（3）LA-2巖石為本區(qū)的主要賦礦圍巖，具有高V/Sc、低Sc和高Sr、低Y、高Sr/Y比值的特征，顯示該期巖漿與成礦最為密切。

（4）多元素地球化學(xué)特征分析可作為火山巖地層巖性和含礦性識(shí)別提供參考。

致謝感謝在野外地質(zhì)資料收集整理及勘查實(shí)踐中項(xiàng)目組成員的共同努力，感謝甲方礦業(yè)公司對(duì)項(xiàng)目的大力支持和幫助，感謝評(píng)審專家對(duì)論文提出的寶貴意見。