湘南財神廟鉛鋅礦床構(gòu)造地球化學(xué)及找礦預(yù)測

鄭旭，劉建平，劉少青，李波，陳衛(wèi)康，邵擁軍，丁濤，劉忠法

(1.中南大學(xué)有色金屬成礦預(yù)測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室，湖南 長沙 410083；2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙 410083；3.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院/有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心西南地質(zhì)調(diào)查所，云南 昆明 650093)

0 引言

構(gòu)造地球化學(xué)理論構(gòu)建和方法探索始于20世紀50—60年代（韓潤生，2005；錢建平，2009），其研究內(nèi)容為各類構(gòu)造作用與地球化學(xué)過程之間在空間、時間和成因的關(guān)系（陳國達和黃瑞華，1984）。構(gòu)造地球化學(xué)的分支應(yīng)用——即構(gòu)造地球化學(xué)找礦，經(jīng)過礦產(chǎn)勘查工作者不斷探索，在工作方法、分析測試、數(shù)據(jù)處理和異常解釋等方面逐漸形成了較為完善的方法體系（韓潤生等，2003），由于其取樣為斷層泥、蝕變巖、石英脈、成礦后的脈巖等物質(zhì)，能夠強化異常，捕捉深部礦化信息（程志中等，2021），在熱液型金、銅、鉛鋅等礦床具有顯著的找礦效果，逐漸成為隱伏礦體定位預(yù)測的主要技術(shù)之一（韓潤生等，2003）。近10年來，構(gòu)造地球化學(xué)找礦主要集中于礦田或礦床尺度范圍內(nèi)進行，重點對膠東金礦床（錢建平等，2017；梁平等，2018；李衣鑫等，2020）、川滇黔鉛鋅礦床（李波等，2014；張權(quán)等，2017；周俊朋等，2019）和貴州卡林型金礦床（譚親平等，2020；李松濤等，2021）開展了工作，其中韓潤生教授團隊對云南、貴州等省的銅鉛鋅礦床開展了大量的構(gòu)造地球化學(xué)找礦探索（王明志等，2016；杜麗娟等，2017；郭澤華等，2019；萬新等，2020），為礦山深邊部隱伏礦體的預(yù)測提供了重要的依據(jù)。此外，近年來部分學(xué)者對區(qū)域性構(gòu)造地球化學(xué)找礦進行了試驗，吳衛(wèi)國（2018）對粵北一六礦田進行了1∶5萬巖石構(gòu)造地球化學(xué)測量，圈定的異常與礦床的吻合度高于水系沉積物化探異常。程志中等（2021）開展了甘肅省西和地區(qū)兩個5萬圖幅的巖石構(gòu)造地球化學(xué)測量試驗，圈定了多處異常，為找礦靶區(qū)篩選提供了重要的依據(jù)，異常已被工程驗證。因此，構(gòu)造地球化學(xué)找礦是礦產(chǎn)普查及礦床勘探中不可替代的勘查方法。

湘南是南嶺地區(qū)重要的鎢錫鉛鋅銀礦集區(qū)（車勤建，2005），其深部資源潛力巨大，尤其以凹陷帶的坪寶礦田為典型，危機礦山項目在寶山和黃沙坪鉛鋅礦床深部取得找礦重大突破（周偉平，2011；王炯輝等，2019），該礦田內(nèi)目前勘探礦化深度達1700 m，但礦化深部尚未完全控制，顯示了深部具有良好的找礦潛力（黃富年和李茂平，2019）。“十三五”期間，科技部啟動了國家重點研發(fā)計劃項目，對湘南地區(qū)開展了深部礦產(chǎn)探測技術(shù)示范研究。坪寶地區(qū)巖漿成礦系統(tǒng)受構(gòu)造控制明顯，具有構(gòu)造地球化學(xué)找礦應(yīng)用的良好基礎(chǔ)。本文以寶山礦田北部財神廟鉛鋅礦床為研究對象，開展礦床深部坑道構(gòu)造地球化學(xué)測量工作，為深部礦產(chǎn)勘查提供了地球化學(xué)依據(jù)。

1 成礦地質(zhì)背景及礦床地質(zhì)特征

寶山礦田位于臨武—郴州斷裂帶的西側(cè)（圖1a），出露地層為中上泥盆統(tǒng)—石炭系海相-淺海相碳酸鹽巖夾陸源碎屑巖組合（圖1b），巖性以碳酸鹽巖為主，碎屑巖次之，容礦地層為下石炭統(tǒng)石磴子組灰?guī)r和梓門橋組白云巖（印建平，1998）。礦田內(nèi)復(fù)式向斜受北東或東西向逆斷層（如F109、F21、F25、F38等）和北西向平移正斷層（F5、F3、F4等）影響，導(dǎo)致礦田構(gòu)造十分復(fù)雜（圖1b）。礦田及外圍發(fā)育眾多的巖株及巖脈，侵位明顯受北西向基底構(gòu)造控制（印建平，1998）。礦田出露兩個巖帶，東塔嶺-財神廟-苗圃巖帶和八角井-寶嶺-竹子嶺（隱伏）巖帶（圖1b），兩個巖帶巖性均為花崗閃長斑巖。這些巖帶均不同程度地發(fā)生礦化蝕變，在寶山中部礦床發(fā)育矽卡巖型銅鉛鋅礦化，而沿F5、F4斷層產(chǎn)出的巖體周圍蝕變礦化較弱，前者被認為屬于成礦后巖體（齊釩宇等，2018）。巖漿巖石學(xué)及巖石地球化學(xué)研究顯示巖石是由于軟流圈物質(zhì)上涌，引起深部地殼物質(zhì)重熔作用形成的I型花崗閃長巖（Kong et al.,2018），形成時代為161～154 Ma（伍光英等，2005；路遠發(fā)等，2006；全鐵軍等，2012；彌佳茹等，2018），中部矽卡巖型銅鉛鋅礦石中輝鉬礦Re-Os年齡及石榴子石U-Pb年齡均為160 Ma（Li et al.,2019;路遠發(fā)等，2006），表明成巖成礦時代一致。

圖1 區(qū)域地質(zhì)及礦區(qū)地質(zhì)簡圖

寶山礦田發(fā)育多個銅鉬鉛鋅多金屬礦床，根據(jù)產(chǎn)出構(gòu)造位置，可以分為產(chǎn)于F3與F5斷層之間的中部銅鉬礦床、西部鉛鋅礦床、東部鉛鋅礦床和產(chǎn)于F4斷層北東側(cè)的財神廟鉛鋅礦床（圖1d）。中部礦床為矽卡巖型礦床，東部礦床、西部礦床及財神廟礦床為熱液脈型礦床。眾多學(xué)者認為產(chǎn)于F3與F5斷層之間的礦床為同一成礦系統(tǒng)，以中部礦床為中心，東部和西部礦床為中部礦床的邊部，大量深部探礦工程顯示中部礦床向深部向西部礦床側(cè)伏并在深部相連。而財神廟礦床與前三個礦床之間存在F3—F4無礦間隔，近年來詳細的成礦構(gòu)造研究（諶鵬遠等，2020）表明財神廟礦床可能屬于另外一個成礦中心。

財神廟鉛鋅礦床分布于F4斷層的北東側(cè)（圖1c～d），位于軸向為北東向桂陽一中向斜與財神廟倒轉(zhuǎn)背斜的正常翼，核部地層為下石炭統(tǒng)石磴子組，翼部為下石炭統(tǒng)測水組、梓門橋組和中上石炭統(tǒng)壺天群。其中石磴子組灰?guī)r為主要賦礦地層，次為測水組砂頁巖和梓門橋組白云巖（圖1b～d）。礦體受背斜中近東西向F23、F25和F4斷層控制（圖1c～d）。礦區(qū)巖漿巖為沿F4斷層分布的花崗閃長斑巖（圖1c），巖脈長約2000 m（周孟祥，2006）。巖體的產(chǎn)狀受斷層面的產(chǎn)狀控制（圖1d），厚薄不一，出露寬度5～50 m。礦區(qū)礦體主要有三種產(chǎn)狀：（1）產(chǎn)于F23和F25斷層主破碎帶中的呈層狀、似層狀礦體。礦體走向60°～75°，傾向北西，礦體長在350 m以上，傾向延伸約150 m。（2）產(chǎn)于次級斷層帶中的呈脈狀、透鏡狀的礦體。礦體產(chǎn)狀可分為兩個主要走向：北東向和北西向，礦體延伸和走向長度均在50 m左右，且具有側(cè)伏和尖滅再現(xiàn)、分枝復(fù)合現(xiàn)象；（3）產(chǎn)于巖體邊或中間的呈不規(guī)則狀、扁豆狀的礦體。走向280°～310°，傾向北東，傾角80°，延伸一般在60 m左右，走向長度為100～200 m（周孟祥，2006）。

2 構(gòu)造控礦特征

財神廟礦床整體處于桂陽一中向斜的南東翼與F23、F25及F4斷裂帶交匯部位（圖2），礦體產(chǎn)于斷裂帶附近或兩斷裂之間的次級斷裂中，單個礦體規(guī)模較小，但礦體群整體受三條斷裂控制?？拥勒{(diào)查過程中，斷裂帶中碳酸鹽化、硅化、綠泥石化、褐鐵礦及黃鐵礦化等礦化蝕變發(fā)育（圖3），整體上靠近F4斷裂帶內(nèi)發(fā)育較強的硅化和黃鐵礦化（圖3a），與F4斷裂帶的巖漿-熱液活動關(guān)系密切，而F4斷裂帶以北多發(fā)育強烈方解石化（圖3b）。

圖2 財神廟礦床-110 m中段（a）與-190 m中段（b）地質(zhì)簡圖（據(jù)湖南省有色地質(zhì)勘查局一總隊，2010①修改）

圖3 財神廟礦床地質(zhì)剖面圖

3 構(gòu)造地球化學(xué)

3.1 樣品采集及測試

在礦床構(gòu)造調(diào)查基礎(chǔ)上，根據(jù)礦山深部坑道情況，選擇了深部-110 m，-190 m兩個中段開展了坑道構(gòu)造地球化學(xué)測量，野外工作流程及要求參考韓潤生（2005）和錢建平（2009），對控制了礦區(qū)161～197勘探線之間的斷裂構(gòu)造進行樣品采集，共采集樣品208件。樣品經(jīng)過了破碎、研磨至200目，并采用Thermo Fisher ELEMENT XR型ICP-MS進行微量元素定量分析，分析了Be、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Cs、Ba、∑REE、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Th、U、As、Hg、Sb、Ge、Au、Ag等33個元素。分析要求嚴格按照國標（GB/T 14506.30-10硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法）執(zhí)行，所有樣品分析在北京科薈測試技術(shù)有限公司完成。

3.2 元素組合特征

（1）-110 m中段

對-110 m中段共計92件樣品進行總體分析，選取Be、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Cs、Ba、∑REE、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Th、U、As、Hg、Sb、Ge、Au、Ag等33個微量元素進行R型聚類分析（圖4）和因子分析（表1）。

表1 財神廟礦床-110 m構(gòu)造地球化學(xué)樣品的方差極大旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣

圖4 財神廟礦床-110 m中段構(gòu)造地球化學(xué)樣品R型聚類分析譜系圖

在距離系數(shù)為0.80時，財神廟礦床-110 m中段構(gòu)造巖樣品微量元素可以分為五組元素組合：①∑REE、Ge、Rb、Ba、Be、Ga、Th、Nb、Cs、Sc、V、Zr、Hf、Ta；②Tl、Hg、Au；③Cr、U、Mo、As；④Cu、Bi、Ag、In、Sn、W、Sb、Zn、Cd、Pb；⑤Co、Ni。第①組代表了與花崗巖有關(guān)的稀有稀土元素組合；第②組代表了低溫成礦元素組合；第③組地質(zhì)意義不明；第④組代表了高中低溫元素組合；第⑤組為親鐵的元素組合。

當累計方差貢獻率達79.48%時，財神廟礦床-110 m中段構(gòu)造巖樣品微量元素可以得出5個主因子元素組合：

Fa1因子：Th、Ga、Be、Nb、Ge、Sc、Cs、Ba、V、Hf、REE、Rb、Zr、Ta、Tl、Cr；

Fa2因子：In、Ag、Cu、Zn、Cd、Pb、Bi、W、Sn、Sb、As；

Fa3因子：Hg、Au、（As、Tl）；

Fa4因子：Co、Ni；

Fa5因子：Tl。

結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)情況，本文認為Fa1因子代表了與花崗巖有關(guān)的元素組合，F(xiàn)a2因子代表了高中低溫元素組合，F(xiàn)a3、Fa5因子代表了低溫成礦元素組合，F(xiàn)a4代表了親鐵元素組合，可能反映圍巖化學(xué)特征信息。

（2）-190 m中段

對-190m中段116件樣品進行總體分析，選取Be、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Cs、Ba、∑REE、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Th、U、As、Hg、Sb、Ge、Au、Ag等33個微量元素進行R型聚類分析（圖5）和因子分析（表2）。

圖5 財神廟礦床-190 m中段構(gòu)造地球化學(xué)樣品R型聚類分析譜系圖

表2 財神廟礦床-190 m中段構(gòu)造地球化學(xué)樣品的方差極大旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣

續(xù)表

在距離系數(shù)為0.92，寶山礦床-190 m中段構(gòu)造巖樣品微量元素可以分為五組元素組合：①∑REE、Sc、Li、Be、Ga、Nb、Th、Ge、Ta、Rb、Cs、Ba、U、Zr、Hf；②Cr、Mo、Tl；③V、Co、Hg、Au；④Cu、Bi、Sn、In、Zn、Cd、Pb、Ag、W、Sb、As；⑤Ni、Sr。第①組代表了與花崗巖有關(guān)的稀有稀土元素組合；第②、③組代表了圍巖組分元素和低溫成礦元素；第低溫成礦元素組合；第④組為成礦元素組合；第⑤組代表了圍巖組分元素。

當累計方差貢獻率達73.59%時，寶山礦床-190 m中段構(gòu)造巖樣品微量元素可以得出5個主因子元素組合：

Fa1因子：Nb、Th、Ga、Ge、Be、Sc、Ta、Cs、Rb、Ba、REE、Tl、（Hf、Sb、W、U）、Ni；

Fa2因子：Pb、Zn、Cd、Ag、In、Cu、W、Sb、Bi、Sn、As；

Fa3因子：Co、V、Cr、（Ni）；

Fa4因子：Zr、Hf；

Fa5因子：Tl、Hg、（As、Mo）。

該中段的因子分類與-190 m中段類似，F(xiàn)a1、Fa4因子代表了與花崗巖有關(guān)的元素組合，F(xiàn)a2因子代表了高中溫元素組合，F(xiàn)a3因子代表了親鐵元素組合，F(xiàn)a5因子代表了低溫成礦元素組合。

3.3 構(gòu)造地球化學(xué)異常

財神廟礦床為典型的受斷裂控制的與巖漿熱液有關(guān)的脈狀鉛鋅礦床，礦區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，為熱液運移提供了良好的通道，上述元素組合因子分析顯示，代表中溫成礦元素組合的因子及代表低溫成礦元素組合的因子，與鉛鋅成礦關(guān)系密切，對礦床的找礦預(yù)測具有重要指示意義。故本文選擇中溫成礦元素組合和低溫成礦元素組合的因子，分中段分別繪制了構(gòu)造地球化學(xué)異常圖（圖6 和圖7）。

圖6 -110 m中段Fa2（a）、Fa3（b）、Fa5（c）因子得分等值線異常圖

圖7 -190 m中段Fa2（a）、Fa5（b）因子得分等值線異常圖

（1）-110 m中段

該中段因子得分異常圖（圖6）顯示代表中溫成礦元素組合的Fa2因子可以圈出3個異常區(qū)（圖6a，異常Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），Ⅰ異常區(qū)為等軸狀展布，分布于187～189線之間南穿位置，該異常處于北北東向鉛鋅礦體與南東東向花崗巖脈交匯部位，在該異常北西部形成了小面積的異常，與異常Ⅰ形成北西向異常帶。Ⅱ號異常區(qū)為北東向展布，分布于191～193線北穿之間，該區(qū)異常面積大，向北東出圖未圈閉，異常整體北北東礦脈的延伸方向。異常Ⅲ為一低緩的等軸狀異常，分布于173線北穿，異常的北東側(cè)發(fā)育規(guī)模較大的鉛鋅礦體。代表低溫成礦元素組合的Fa3和Fa5因子得分異常圖顯示具有類似的特征，總體北側(cè)異常高，南側(cè)異常低。其中Fa3因子圈出了規(guī)模較大的Ⅳ號異常區(qū)（圖6b），分布于171～179線之間的北穿，異常范圍與Ⅲ號異常部分重合。相對Fa3因子，F(xiàn)a5因子的異常在中段范圍內(nèi)形成了5個異常中心（圖6c，異常Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ），Ⅴ號異常呈等軸狀富集中心，分布于191線南穿，位于北東向礦體東側(cè)。Ⅵ號異常區(qū)與Ⅰ號異常區(qū)部分重合，構(gòu)成了北北西向異常帶。Ⅶ與Ⅷ號異常區(qū)與Ⅳ異常區(qū)整體分布范圍一致，Ⅸ號為一低緩異常，異常整體為北東東向展布，分布于165～167線之間南穿，處于花崗巖旁側(cè)的鉛鋅礦體。

綜合分析-110 m中段三個因子異常圖顯示在東部揭露規(guī)模較大鉛鋅礦體與中溫異常區(qū)吻合好，而在北側(cè)出露的規(guī)模較大礦體處于低緩的中溫異常區(qū)與低溫異常區(qū)范圍部分重合，暗示了東西兩端的鉛鋅礦體的成礦環(huán)境有所差異，其深部找礦前景存在差異。

（2）-190 m中段

該中段因子得分異常圖（圖7）顯示代表中溫成礦元素組合的Fa2因子圈出兩個異常區(qū)（圖7a，異常Ⅹ和異常Ⅺ），其中Ⅹ異常區(qū)分布于187線北穿，該異常為等軸狀，異常濃集較高，尚未揭露礦體。Ⅺ異常分布于181～183線南穿，異常為北東東向，該處異常與鉛鋅礦體吻合度較好。代表低溫成礦元素的因子Fa5圈出2個異常區(qū)（圖7b，異常Ⅻ和異常ⅩⅢ）。其中Ⅻ異常區(qū)分布于181線北穿，該異常呈北東走向，未揭露礦體，ⅩⅢ異常區(qū)分布于171～177線之間北穿，北東東走向展布，未揭露礦體。綜合分析-190 m中段代表中溫成礦元素和低溫成礦元素組合的因子異常展布特征，兩個異常帶大致平行，二者呈雁式排列，為推測深部礦化空間分布提供了良好的信息。

4 找礦預(yù)測

根據(jù)礦區(qū)成礦規(guī)律、控礦要素空間配套關(guān)系及本次構(gòu)造地球化學(xué)異常特征，提出以下2個找礦靶區(qū)（圖8）。

圖8 財神廟鉛鋅礦床找礦靶區(qū)分布圖

A靶區(qū)位于191～193線之間，處于礦區(qū)北北東向礦化帶北東延伸方向，斷裂構(gòu)造帶延伸穩(wěn)定，圈定的構(gòu)造地球化學(xué)中溫成礦元素因子異常強度大（圖6a），先北東未圈閉，是礦區(qū)北北向礦體重要的找礦靶區(qū)。

B靶區(qū)位于165～175線之間，處于桂陽一中向斜核部，靶區(qū)南側(cè)已揭露規(guī)模較大的鉛鋅礦體，該區(qū)低溫成礦元素因子異常和中溫成礦元素因子異常均發(fā)育，尤其低溫成礦元素因子異常強度大，面積廣，并與已知礦體延伸方向一致，且低溫成礦元素異常區(qū)與中溫成礦元素異常區(qū)水平呈北東向雁行排列，綜合-110、-190m良中段構(gòu)造地球化學(xué)異常，垂向上向北西側(cè)伏的局勢，深部具有較好的找礦前景。

5 結(jié)論

（1）財神廟鉛鋅礦床礦體及蝕變受斷裂構(gòu)造控制明顯，具備良好的構(gòu)造地球化學(xué)找礦實施的前提。通過對樣品中的元素進行因子分析，獲得了與成礦有關(guān)的中溫成礦元素組合的因子（Pb、Zn、Cd、Ag、In、Cu、W、Sb、Bi、Sn、As）與低溫成礦元素組合的因子（Hg、Au、As、Tl），是重要的構(gòu)造地球化學(xué)找礦標志。

（2）構(gòu)造地球化學(xué)異常顯示，-110 m中段東端北北東向礦體與西端構(gòu)造地球化學(xué)因子等分異常、-110 m與-190 m兩中段構(gòu)造地球化學(xué)因子異常差別較大，指示礦化賦存空間及規(guī)模變化差異較大。

（3）通過成礦地質(zhì)條件及構(gòu)造地球化學(xué)異常信息，提出了2個找礦靶區(qū)，供進一步驗證。

注 釋

①湖南省有色地質(zhì)勘查局一總隊.2010.湖南省桂陽縣寶山鉛鋅銀礦接替資源勘查報告[R].