河南老灣金礦帶原生暈地球化學(xué)特征及深部找礦意義

郭 鵬 陳建立 陳英男 魏從玲 薛 艷

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)勘查院,河南 鄭州 450001;2.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,廣西 桂林 541004)

作為中央造山帶的一部分,秦嶺—大別造山帶經(jīng)歷了多期次的碰撞造山拼合事件,是重要的成礦集中區(qū)[1]。老灣金礦帶是秦嶺—大別山造山帶內(nèi)的一個(gè)典型超大型金礦床,近10 a來(lái)找礦成果顯著,累計(jì)新增金資源量達(dá)208 t,已成為河南省最大的單體金礦床。老灣金礦帶為俯沖(增生)造山型金礦,理論成礦深度可達(dá)15～20 km[2],目前總體控礦深度在1 000 m以淺。前人對(duì)老灣金礦帶的研究多集中在成礦年代、控礦構(gòu)造、成礦物質(zhì)來(lái)源、礦床成因等方面[3-4],對(duì)成礦深度的研究涉及較少。原生暈地球化學(xué)作為較成熟的熱液礦床深部研究方法[5-8],在成礦深度預(yù)測(cè)方面得到了成功應(yīng)用,取得了良好的找礦效果[9-10]。本研究通過(guò)原生暈地球化學(xué)研究對(duì)老灣金礦帶的典型礦床深部找礦前景進(jìn)行評(píng)價(jià),并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果布設(shè)深部鉆探進(jìn)行驗(yàn)證,在成礦地質(zhì)體深部探測(cè)到了金礦(化)體。

1 成礦地質(zhì)背景

老灣金礦帶位于秦嶺—桐柏—大別造山帶東部,夾持于南陽(yáng)盆地與吳城盆地之間,屬桐柏—大別有色貴金屬成礦帶的一部分。區(qū)內(nèi)變質(zhì)地層發(fā)育,巖漿活動(dòng)頻繁,構(gòu)造變形強(qiáng)烈,具備金銀、銅鋅多金屬礦良好的成礦地質(zhì)條件。老灣金礦帶東西長(zhǎng)約30 km,南北寬1.5～2.0 km,呈NWW向展布,自西向東分布有下肖灣金礦、歇馬玲金礦、上上河金礦、老灣金礦、北楊莊金礦、粉坊莊金礦等礦床(圖1)。

圖1 老灣金礦帶區(qū)域地質(zhì)特征[11]Fig.1 Regional geological characteristics of Laowan gold metallogenic belt

2 礦床地質(zhì)概況

2.1 礦床地質(zhì)特征

老灣金礦體賦存于中元古界龜山巖組,南部出露老灣花崗巖體;北部出露古元古界秦嶺巖群雁嶺溝巖組,巖性為大理巖、斜長(zhǎng)角閃片巖等;龜山巖組與老灣花崗巖、雁嶺溝巖組均呈斷層接觸(圖2)。龜山巖組地層包含兩個(gè)巖性段,中上部主要由二云石英片巖組成,夾有斜長(zhǎng)角閃巖,分布于礦區(qū)南部;下部主要由斜長(zhǎng)角閃片巖和絹云石英片巖組成,夾有大理巖透鏡體,分布于礦區(qū)北部[12]。

圖2 老灣礦區(qū)地質(zhì)特征Fig.2 Geological characteristics of Laowan mining area

老灣金礦帶位于老灣韌性剪切帶內(nèi),呈NWW向展布。南北兩側(cè)由區(qū)域性走滑斷層控制,南側(cè)為老灣斷裂,北側(cè)為松扒斷裂。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,地層及巖石經(jīng)歷了多期次的變形、變質(zhì)、逆沖、拼貼、推覆等構(gòu)造旋回,發(fā)育大量構(gòu)造巖片及混雜巖。

老灣金礦帶內(nèi)巖漿巖較為發(fā)育,分布有花崗巖、花崗斑巖、石英鈉長(zhǎng)斑巖、輝長(zhǎng)巖等。其中,老灣花崗巖體規(guī)模最大,長(zhǎng)約23 km,寬600～1800m,位于礦區(qū)南部。其早期沿老灣斷裂EW向展布充填,貫穿全區(qū),其后向北逆沖推覆及在燕山晚期疊加構(gòu)造熱液活動(dòng),與金成礦關(guān)系密切[13]。此外,花崗斑巖、石英鈉長(zhǎng)斑巖、輝長(zhǎng)巖在區(qū)內(nèi)呈脈狀產(chǎn)出,寬2～5m,走向近EW,長(zhǎng)約數(shù)百米到數(shù)千米,規(guī)模較小。

在老灣金礦帶內(nèi),除了松扒斷裂南側(cè)出現(xiàn)金礦化伴生銀外,全區(qū)蝕變巖型金礦化廣泛發(fā)育,局部伴有石英脈型金礦化。圍巖蝕變帶寬度為1m至數(shù)米,一般與礦體厚度具有正相關(guān)關(guān)系,蝕變種類(lèi)包括黃鐵礦化、絹云母化、硅化、綠簾石化、碳酸鹽化等。

原生礦石的金屬礦物主要為黃鐵礦和少量黃銅礦,方鉛礦、閃鋅礦、黝銅礦等僅在局部地段發(fā)育。其中黃鐵礦和黃銅礦是主要的載金礦物,尤以含銅黃鐵礦含金性最佳。脈石礦物主要為石英、方解石,另含少量螢石等,氧化礦物為褐鐵礦、菱鐵礦等。礦床成礦期可分為變質(zhì)熱液期、熱液成礦期和表生成礦期,熱液成礦期內(nèi)的金—多金屬硫化物—石英階段為主要成礦階段。

2.2 礦體特征

老灣金礦帶內(nèi)分布著眾多礦床或礦點(diǎn),礦體南北等間距分布,NW向斜列展布,中部以老虎洞為界,西側(cè)上上河、東側(cè)老灣,中部相連,金礦床規(guī)模巨大、最為典型,向礦帶兩端礦化變?nèi)?圖3)。區(qū)內(nèi)金礦體多達(dá)上百條,均賦存于龜山巖組中,沿走向和傾向均呈舒緩波狀彎曲,有時(shí)具有分支、復(fù)合、尖滅再現(xiàn)及膨縮現(xiàn)象。礦體走向290°～310°,上上河礦段北傾,傾角60°～85°,老虎洞一帶礦體陡立,其他南傾 42°～72°。

圖3 老灣金礦帶上上河—老灣礦體分布[14]Fig.3 Distribution of Shangshanghe-Laowan gold orebody in Laowan gold metallogenic belt

Ⅱ-2號(hào)金礦體為區(qū)內(nèi)主要礦體,位于礦區(qū)中部老灣礦段,為隱伏礦體,礦體沿走向長(zhǎng)2 084 m,傾向最大延深490 m,礦體平均厚度1.62 m,平均品位3.39×10-6,礦體形態(tài)為脈狀,礦體傾向 186°～197°,傾角40°～70°,深部延伸較好。

3 樣品采集與測(cè)試

本研究對(duì)老灣金礦帶W1勘探線(xiàn)施工了3個(gè)鉆孔(ZKW101、ZKW102、ZKW103)由淺到深系統(tǒng)采集巖石地球化學(xué)樣品,不同巖性分別取樣,樣品基本間距為10 m,對(duì)礦化蝕變加密取樣,取樣位置見(jiàn)圖4,共采集樣品212件。該剖面存在多個(gè)金礦體,其中Ⅱ-2號(hào)礦體規(guī)模最大,原生暈特征主要受其影響,重點(diǎn)對(duì)該礦體進(jìn)行研究。

圖4 老灣金礦帶W1勘探線(xiàn)剖面Fig.4 No.W1 prospecting line profile of Laowan gold metallogenic belt

樣品分析測(cè)試由具有甲級(jí)資質(zhì)的河南省地礦局第一地質(zhì)勘查院巖礦測(cè)試中心完成,進(jìn)行Au、Ag、Sn、As、Sb、Bi、Hg、Cu、Pb、Zn、W、Mo 等 12 個(gè)元素測(cè)試。采用AAnalyst800泡沫塑料富集-石墨爐原子吸收光譜儀對(duì)Au(檢出限0.000 3 ug/g)進(jìn)行測(cè)試,用Optima8000電感耦合等離子發(fā)射光譜儀對(duì)Cu、Pb、Zn、W、Mo(檢出限分別為 1.5、5.0、15.0、0.5、0.5 ug/g)進(jìn)行測(cè)試,用AFS-3100雙道原子熒光光度計(jì)對(duì)As、Sb、Bi、Hg(檢出限分別為 1.000 0、0.200 0、0.100 0、0.000 5 ug/g)進(jìn)行測(cè)試,用N0800540交流電弧-發(fā)射光譜儀對(duì)Ag、Sn(檢出限分別為0.03、1.00 ug/g)等元素進(jìn)行分析測(cè)試。

4 原生暈特征

4.1 元素濃度分帶

元素濃度分帶是熱液礦床原生暈的顯著特征,通過(guò)分析元素的分帶特征,可了解礦床埋深、剝蝕程度以及深部成礦潛力[15-16]。根據(jù)區(qū)內(nèi)地球化學(xué)找礦實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),本研究分析以累積頻率77%時(shí)的元素含量值為異常下限,以累積頻率92%時(shí)的元素含量值為中帶,內(nèi)帶的累頻數(shù)為98%。各元素分帶參數(shù)取值見(jiàn)表1。

表1 元素分帶參數(shù)Table 1 Element zoning parameters(×10-6)

根據(jù)原生暈空間分布圖(圖5)分析可知,各元素濃集中心明顯,分帶清晰,具體特征為:①各元素分帶明顯,均有清晰的內(nèi)、中、外帶,結(jié)構(gòu)完整,原生暈整體表現(xiàn)出南傾,與礦體傾向一致。 ②A(yíng)g、As、Cu、Sb、W在礦體中上部濃集明顯、分帶清晰,具有較強(qiáng)的異常強(qiáng)度,主要分布在-200～-400 m標(biāo)高,沿礦體延深異常強(qiáng)度減小減弱。③Sn、Hg在礦體中部濃集明顯,分帶清晰,表現(xiàn)出較高的異常強(qiáng)度,主要集中在-400～-570 m標(biāo)高,雖然在礦體中、下部均有異常分布,但異常強(qiáng)度小。 ④Au、Bi、Pb、Zn、Mo在整個(gè)原生暈分帶中出現(xiàn)了2個(gè)明顯的濃集中心,異常套合較好,其中Au異常強(qiáng)度主要在-280 m和-620 m標(biāo)高附近,說(shuō)明該原生暈?zāi)Ｊ绞嵌鄠€(gè)金礦體原生暈疊加的結(jié)果。這些元素異常分帶均未閉合,向下延伸較好,表明礦體向深部仍有延深伸,或深部存在盲礦體。⑤與成礦元素 Au關(guān)系密切的元素有 Bi、Pb、Zn、Mo,可以作為找金的地球化學(xué)標(biāo)志。

圖5 W1勘探線(xiàn)成礦成暈元素濃度分帶Fig.5 Concentration zonation of metallogenic halo elements in No.W1 prospecting line profile

4.2 原生暈軸向分帶特征

原生暈軸向分帶特征可以反映熱液礦床礦體疊加情況,指示礦體剝蝕深度,預(yù)測(cè)盲礦體,判斷深部成礦潛力[17-18]。格里戈良分帶指數(shù)法是研究原生暈軸向分帶特征的方法之一,本研究采用該方法對(duì)Ⅱ-2號(hào)金礦體原生暈的軸向分帶進(jìn)行分析。根據(jù)礦體控制情況,將W1勘探線(xiàn)剖面由淺至深分為3個(gè)中段,分別為-283、-474、-626 m。計(jì)算各中段暈中元素的線(xiàn)金屬量,將各中段不同元素的線(xiàn)金屬量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,通過(guò)線(xiàn)金屬量標(biāo)準(zhǔn)化值計(jì)算分帶指數(shù)(表2)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理,基于分帶指數(shù)最大值所在的中段,建立的分帶序列由上至下為(Ag,As,Hg,Mo)-(Sb,Zn,W)-(Au,Sn,Bi,Cu,Pb)。

表2 W1勘探線(xiàn)不同中段指示元素的分帶指數(shù)Table 2 Zoning indexes of primary halos in No.W1 prospecting line profile

對(duì)于分帶指數(shù)最大值處于同一中段的元素,采用變化指數(shù)、變化指數(shù)梯度差2個(gè)指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)區(qū)分。分帶指數(shù)最大值均在最上部的元素為Ag、As、Hg、Mo,計(jì)算其變化指數(shù)Iν,得到Iν(Ag)=8.240 4,Iν(As)=2.981 4,Iν(Hg)=3.635 4,Iν(Mo)=5.157 8,根據(jù)Iν(Ag)＞Iν(Mo)＞Iν(Hg)＞Iν(As),詳細(xì)分帶序列為Ag-Mo-Hg-As;分帶指數(shù)最大值均在中部的元素為Sb、Zn、W,計(jì)算其變化指數(shù)梯度差 ΔIν,得到 ΔIν(Sb)=0.048 9,ΔIν(Zn)=14.624 9,ΔIν(W)=0.017 9,根據(jù)ΔIν(W)＜ΔIν(Sb)＜ΔIν(Zn),詳細(xì)分帶序列為W-Sb-Zn;分帶指數(shù)最大值在最下部的元素為 Au、Sn、Bi、Cu、Pb,同樣計(jì)算其變化指數(shù)Iν,得到Iν(Au)=3.762 7,Iν(Sn)=3.470 8,Iν(Bi)=5.140 8,Iν(Cu)=3.775 3,Iν(Pb)=62.984 0,根據(jù)Iν(Sn)＜Iν(Au)＜Iν(Cu)＜Iν(Bi)＜Iν(Pb),詳細(xì)分帶序列為Sn-Au-Cu-Bi-Pb。最終得到Ⅱ-2號(hào)金礦體的軸向分帶序列由上至下為Ag-Mo-Hg-As-W-Sb-Zn-Sn-Au-Cu-Bi-Pb。

將老灣金礦帶Ⅱ-2號(hào)礦體軸向分帶序列與前人總結(jié)的典型金礦床綜合軸向分帶序列[19]進(jìn)行對(duì)比,認(rèn)為兩者存在明顯差異,本研究得到的軸向分帶序列高、中、低溫元素排列無(wú)序。高溫?zé)嵋涸豈o出現(xiàn)在低溫?zé)嵋涸豀g、As之前,高溫元素W出現(xiàn)在低溫元素Sb之前。這些特征表明原生暈是由不同期次多個(gè)礦體(礦化)疊加形成的,暗示深部可能出現(xiàn)新的礦體,說(shuō)明深部找礦潛力較好。

5 元素組合特征

5.1 相關(guān)性分析

數(shù)學(xué)地質(zhì)方法是研究地質(zhì)體元素組合特征的有效手段,利用相關(guān)分析可以評(píng)價(jià)和衡量元素的親和性和相關(guān)性。由表3可知:所有元素普遍相關(guān),其中Au與 Mo、Sn與 Hg、Sn 與 Mo、Bi與 Mo呈負(fù)相關(guān);Au 與Bi、Cu的相關(guān)系數(shù)均大于0.5,具有高度相關(guān)性,關(guān)系密切,Bi、Cu的分布對(duì)找金有指示意義;Ag、As、W 與Au 也有一定的相關(guān)性;Sn、Sb、Hg、Pb、Zn 與 Au 的相關(guān)性較差。

表3 巖石地球化學(xué)元素相關(guān)系數(shù)矩陣Table 3 Correlation coefficient matrix of lithogeochemical element

5.2 R型聚類(lèi)分析

本研究對(duì)12種元素做R型聚類(lèi)分析研究(圖6)。聚類(lèi)方法采用組間聯(lián)接,聚類(lèi)結(jié)果顯示,在相關(guān)系數(shù)0.5水平,元素可分為5組,分別為Cu-Bi-Au,As-W-Zn-Pb-Sb-Ag,Sn,Hg,Mo。 Cu、Bi與 Au 密切相關(guān),與相關(guān)分析結(jié)果一致。強(qiáng)的親硫性是Cu的突出地球化學(xué)特征,在老灣金礦區(qū)Cu以黃銅礦的形式存在。Bi同樣具有強(qiáng)的親硫性,常富集在黃銅礦、黃鐵礦中,前人研究已發(fā)現(xiàn)Bi與Au的正相關(guān)性很強(qiáng)[20],金礦化好的地段Bi含量都很高,Bi具有聚集貴金屬的特性,Bi是Au的近礦指示元素,并趨于在金礦體下方部位富集。Au和硫有一定的親和性,在成礦熱液中Au常與親銅元素一起遷移和富集,Au與Cu、Bi有著密切的成生關(guān)系,這與它們的原子半徑相近有關(guān)。在本區(qū)找礦實(shí)踐中,Cu、Bi可作為很好的找Au指示元素。

圖6 R型聚類(lèi)分析譜系Fig.6 R-type cluster analysis pedigree

5.3 因子分析

因子分析可從眾多變量中提煉出起主導(dǎo)作用的變量因子,闡明各變量之間的關(guān)系[21]以及變量因子與地質(zhì)作用的關(guān)系,數(shù)據(jù)分析模型可作為地質(zhì)作用解譯的依據(jù)[22-23]。本研究利用主成分分析法在12個(gè)元素中提取出了4個(gè)主因子,其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為74.94%,可以認(rèn)為基本包含了原始變量中的多數(shù)信息。通過(guò)方差最大旋轉(zhuǎn),對(duì)主因子載荷矩陣實(shí)施變換,得到正交旋轉(zhuǎn)載荷矩陣(表4)。由表4可知:4個(gè)主因子分別為F1(Cu-Pb-Zn-W)、F2(Au-Bi)、F3(Hg-Mo)、F4(Ag-As-Sb)。 即,Cu、Pb、Zn、W 元素富集或貧化受主因子F1影響,Au、Bi元素受主因子F2影響,Hg、Mo元素受主因子F3影響,Ag、As、Sb 元素受主因子F4影響。主因子F2(Au-Bi)代表了促使金富集的地質(zhì)作用,在這一過(guò)程中Au、Bi密切關(guān)聯(lián),為主成礦作用階段。4個(gè)主因子相互獨(dú)立,代表了4次重要的地質(zhì)作用過(guò)程,反映出老灣金礦帶經(jīng)歷了復(fù)雜的、多期次的地質(zhì)改造過(guò)程。

表4 R型因子分析正交旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣Table 4 Orthogonal rotation factor loading matrix in R-factor analysis

6 深部預(yù)測(cè)及靶區(qū)驗(yàn)證

6.1 因子得分的空間分布

因子得分即理想因子在各樣品中的權(quán)重,得分越高表明該因子代表的地質(zhì)作用在樣品中施加的影響越大[24]。本研究通過(guò)分析F2因子得分等值線(xiàn)圖(圖7),分析主成礦地質(zhì)作用在空間表現(xiàn)出的強(qiáng)弱程度。F2因子在-626 m標(biāo)高得分較高,表明主成礦作用在該部位表現(xiàn)強(qiáng)烈,Au高度富集,與施工鉆孔見(jiàn)礦位置一致。F2因子代表的成礦過(guò)程在W1勘探線(xiàn)剖面中的痕跡表現(xiàn)出南傾的趨勢(shì),與已揭露的金礦體傾向一致。F2因子得分等值線(xiàn)異常發(fā)育,-650 m標(biāo)高以下仍有延深且未閉合,表明深部具有較好的找礦前景。

圖7 F2因子得分等值線(xiàn)圖Fig.7 Contour map of F2 factor score

6.2 深部靶區(qū)驗(yàn)證

依據(jù)前述分析,認(rèn)為W1勘探線(xiàn)-650 m標(biāo)高以下礦體仍有延深,找礦前景較好。結(jié)合研究區(qū)開(kāi)展的勘查工作,對(duì)擬施工的鉆孔位置進(jìn)行優(yōu)化,對(duì)找礦靶區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證,在W1勘探線(xiàn)ZKW103鉆孔南部施工了ZKW104鉆孔,于深部探測(cè)到了多層金礦化體(表5),說(shuō)明本研究深部找礦靶區(qū)預(yù)測(cè)較為可靠。

表5 鉆孔ZKW104控礦數(shù)據(jù)Table 5 Ore-controlling data by ZKW104 drilling

7 結(jié) 論

(1)老灣金礦帶原生暈軸向分帶序列為Ag-Mo-Hg-As-W-Sb-Zn-Sn-Au-Cu-Bi-Pb,高、中、低溫?zé)嵋涸嘏帕袩o(wú)序,反映出原生暈是由多期礦化疊加形成的。 各元素濃度分帶清晰,而且 Au、Bi、Pb、Zn、Mo 元素濃度分帶未閉合,表明深部仍有金礦化延深。

(2)相關(guān)性分析、聚類(lèi)分析表明Au與Bi、Cu相關(guān)性較高,其中Au與Bi關(guān)系最為密切,暗示二者在成礦熱液中共同遷移、富集,說(shuō)明Bi、Cu元素可作為找金的指示元素。

(3)因子分析表明老灣金礦帶經(jīng)歷復(fù)雜的、多期次的地質(zhì)改造過(guò)程,主因子F2(Au-Bi)代表了促使金富集的地質(zhì)作用。此外,F2因子得分的空間分布特征顯示深部具有較好的找礦潛力,由此預(yù)測(cè)-650 m標(biāo)高以下仍屬于金富集區(qū)。通過(guò)鉆探工程驗(yàn)證,在深部探測(cè)到了多層金礦化體,說(shuō)明采用該方法進(jìn)行深部成礦預(yù)測(cè)較為可靠。