湘東北虎形山鎢礦床元素分帶及地球化學異常模式研究

徐軍偉，賴健清，陳碧瑩，陳飛劍，張靜鴻

(1.湖南省煤炭地質(zhì)勘查院，湖南 長沙 410000； 2.洞庭湖生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410129；3.中南大學有色金屬成礦預(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.)

0 引言

虎形山鎢礦床是湘東北地區(qū)近年來發(fā)現(xiàn)的重要大型白鎢礦床。礦區(qū)自2010年以來，進行了一系列區(qū)域及礦產(chǎn)勘查工作，積累了豐富的地質(zhì)資料。在普查階段提交了WO3資源量163 088 t，伴生組分BeO資源量30 053 t[1-2]?？傮w來說，研究區(qū)地質(zhì)勘查取得了良好的效果，目前對虎形山鎢礦床的研究主要集中在礦床地質(zhì)特征[3-4]、成礦物質(zhì)來源[3]、成巖成礦年代學[5]、礦床成因[6]、成礦機制[7]、成礦及成礦預(yù)測[8-9]等方面。礦區(qū)元素地球化學分帶及原生暈地球化學特征研究較少，而這些研究對于礦床深邊部找礦預(yù)測至關(guān)重要。在成礦過程中，礦床或礦體通常形成各自為中心的元素分帶異常，通過研究礦床原生暈的分帶特征，可以確定礦床的成礦指示元素及其分帶序列，預(yù)計礦體剝蝕深度、確定深部礦體形態(tài)產(chǎn)狀、尋找隱伏礦體，該方法是進行找礦預(yù)測和尋找隱伏盲礦體的一種有效實用的方法，在礦產(chǎn)勘查地球化學中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，取得了許多成功的實例[10-16]。基于普查工作，筆者系統(tǒng)采集了鉆孔原生暈樣品，通過系統(tǒng)分析研究礦床微量元素在縱向、垂向上的分布特征，建立元素垂向分帶序列，結(jié)合礦床地質(zhì)特征，建立虎形山鎢礦地球化學異常模式，為本礦床在礦區(qū)深邊部找礦提供指導(dǎo)，同時為同類礦床地球化學異常模式提供參考。

1 礦床地質(zhì)特征

虎形山鎢礦床大地構(gòu)造位置處于揚子地臺內(nèi)下?lián)P子臺褶帶與江南臺背斜之過渡部位[17-18]。行政區(qū)劃屬臨湘市儒溪鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)出露地層主要為長城系易家橋組(Chy)和下寒武統(tǒng)牛蹄塘組(∈1n)。其中，易家橋組巖性為千枚巖、板巖、粉砂質(zhì)板巖、變質(zhì)細砂巖及凝灰質(zhì)砂巖，為本區(qū)次要賦礦層位；牛蹄塘組巖性為薄層含炭質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、炭質(zhì)板巖，為本區(qū)主要賦礦層位[19-21](圖1)。

圖1 虎形山礦區(qū)地形地質(zhì)簡圖(據(jù)參考文獻[2]修編)

區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造為NWW向斷裂(F1)，走向長大于20 km。該斷裂呈近EW向至SEE向橫貫礦區(qū)，傾向南，傾角56°～65°，深部經(jīng)鉆孔揭露呈“S”形扭曲，為一逆沖斷層[22-23]。F1斷裂上盤地層為長城系易家橋組，下盤為下寒武統(tǒng)牛蹄塘組，區(qū)域上是中元古界與下古生界分界斷裂，是區(qū)內(nèi)重要含礦斷裂，鎢礦體就產(chǎn)于該斷裂及其下盤次級構(gòu)造裂隙中。此外，在F1斷裂上盤長城系家橋組及下盤下寒武統(tǒng)牛蹄塘組中，均有與之平行的次級斷裂，其中下寒武統(tǒng)牛蹄塘組中次級斷裂有鎢礦體充填，屬主要含礦斷裂，長城系易家橋組中的次級斷裂亦有鎢礦體充填，屬次要含礦斷裂。

虎形山鎢礦主要賦存于主斷裂帶(F1)下盤寒武系白云質(zhì)灰?guī)r中，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，鎢礦化的主要類型為脈型礦化，主要以石英-白鎢礦-白云母組成的云英巖脈出現(xiàn)，礦區(qū)共圈定了鎢礦體23個，其中主要礦體5個。礦體長1915～2180 m，深部延伸470～640 m，厚度為1.52～65.79 m，一般厚度為6～26 m。金屬礦物主要為白鎢礦，其次黑鎢礦、綠柱石、黃銅礦、輝鉬礦、閃鋅礦、輝鉍礦等，少量黃鐵礦、磁黃鐵礦、方鉛礦。脈石礦物主要有方解石、白云石、石英、螢石、云母、綠泥石、透閃石、透輝石、石榴子石等。圍巖蝕變主要為云英巖化、矽卡巖化、硅化、絹英巖化、綠泥石化、螢石化等，其中云英巖化、矽卡巖化與礦化關(guān)系密切。礦體WO3品位為0.12%～0.165%。

2 樣品采集、分析方法及異常下限確定

原生暈的樣品采集于鉆孔，布樣統(tǒng)一按鉆孔孔深每5 m采集1件，在遇到地層、巖性、礦化明顯不同的層位分開采取。采樣方法為連續(xù)撿塊法，采樣重量不少于200 g。本次工作共采集樣品650件，采樣鉆孔編號和位置見圖1。

樣品加工 首先在鍔式破碎機上粗碎至粒徑小于1 mm，再縮分為正樣和余樣，余樣棄除，正樣大于80 g，再在棒磨筒上細磨過200目(0.074 mm)篩，過篩率>95%，送化驗室分析化驗。測試在湖南有色地質(zhì)勘查研究院測試中心完成。各元素分析方法見表1。

表1 地球化學元素分析方法

異常下限值的確定 根據(jù)虎形山鎢礦床元素組分工業(yè)可利用性，分主成礦元素(W、Li、Be)組和伴生元素組兩類，分別予以確定。為使主成礦元素異常與礦(化)體或地質(zhì)體直接聯(lián)系，并賦予特殊的地質(zhì)找礦意義，采用“聯(lián)合指標法”即主成礦元素邊界品位的1%作為背景值，最低工業(yè)品位的1%則作為異常下限值。伴生元素所指是間接找礦指示元素，以常規(guī)的計

表2 元素異常下限及濃度帶劃分

3 礦床地球化學分帶特征

3.1 元素縱向分布規(guī)律

為了解元素在主成礦區(qū)間縱向上的分布情況，選取50線、42線、30線、18線、7線、33線、45線上的7個代表性鉆孔(鉆孔位置見圖1)，根據(jù)鎢礦體厚度大小，利用每孔中不同礦體附近原生暈樣品中的主成礦元素平均含量變化情況，以1號、2號礦體為例，來探討不同礦體中元素在縱向上的空間變化規(guī)律。各孔中代表樣品的元素平均含量見表3和表4。

表3 鉆孔中礦體微量元素平均含量(1號礦體)

表4 鉆孔中礦體微量元素平均含量(2號礦體)

由表3和表4可知：

1號礦體 W元素在礦區(qū)中部的18線、中西部的42線、中東部的33線平均含量較高；Sn、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn等元素在18線平均含量較高；Ag、Au、As、Sb在中東部幾條線的平均含量較高；Li和Be則是在西部和東部含量相對較高，在中部含量較低。總體來說，對于1號礦體，中部的18線中高溫元素含量高，向東依次出現(xiàn) Be-(Li、Ag)-As-(Sb、Au) 的元素組合分帶，向西則依次出現(xiàn) Li-Be-(Au、As) 的元素組合分帶?？傮w來說呈現(xiàn)出從中心到兩側(cè)，中高溫到中低溫的元素分帶組合特征。

2號礦體 W元素在中東部的18線、7線和33線含量高，Li、Be、Zn等元素也在中東部的7線附近含量較高。若以18線為中心，則向東，依次出現(xiàn) (Sn、Cu、Au、As、Sb)-Bi、Zn-W、Be、Li-Mo、Ag、Sb、Au 的復(fù)雜元素分帶；向西，則依次出現(xiàn) (Sn、W、Cu、Au、As、Sb)-(Li、Be)-Mo、Bi、Cu、Pb、Sb-(As、Au) 的元素組合分帶?？梢钥闯?，中心略微向東偏移，但總體仍呈現(xiàn)從中心到兩側(cè)，中高溫到中低溫的元素分帶組合特征。

綜上，在縱向上，以18線為中心向東西兩側(cè)，元素組合大體呈現(xiàn)由高溫—中高溫—低溫的變化趨勢，表明成礦熱液以18線為中心向東西兩側(cè)遷移成礦。

3.2 元素垂向分帶規(guī)律

為了解元素在主成礦區(qū)間垂向上的分布情況，選取42線、30線、33線、45線4條勘探線，每條勘探線兩個共8個代表性鉆孔(鉆孔位置見圖1)，同一線上的2號孔較1號孔控制礦體的深度較深，一般2個孔之間礦體相距(斜距)200～250 m，來探討同一礦體中元素在垂向上的空間變化規(guī)律。各孔中代表樣品的元素平均含量見表5。

表5 不同線號礦體微量元素平均含量

由表5可知，42線從1號到2號孔，由淺部到深部，礦體中W、Mo、Bi、Cu、Pb、As、Sb、Li、Be等元素平均含量由高到低變化，而Sn、Zn、Ag、Au由低到高變化，這反映出1號孔控制了礦體的中部，而2號孔控制了礦體尾部或無礦地段。30線、33線、45線由1號孔到2號孔，由淺部到深部，W、Bi、Pb、Zn、Li、Be、Au等元素平均含量增高，Cu、As、Sb則降低，這與30線、33線、45線鉆孔控制礦體的中部或中上部有關(guān)。

綜上，從幾條勘探線鉆孔控制不同深部的礦體來看，W、Mo、Bi、Cu、Pb、As、Sb、Li、Be等多數(shù)元素趨于在礦體中部富集，而Sn、Zn、Ag、Au等趨于在礦體下部或尾部富集。

采用重心法計算42線、30線、33線、45線4條勘探線不同鉆孔不同中段的襯值線金屬量。重心法是樸壽成等[24]1994年提出的一種研究分帶序列的方法應(yīng)用物理學中求剛體質(zhì)心的原理計算出每個元素在不同方向上的異常濃集重心，并以濃集重心的高低(遠近)排出分帶序列，此方法克服了原格氏法因元素種數(shù)或個數(shù)變化而元素位置發(fā)生變化的缺陷。用該方法計算出的4條勘探線不同中段襯值線金屬量(表6)、分帶指數(shù)(表7)，由此得到元素垂向分帶序列為(自上而下)：Mo-Sb-Bi-Li-Be-W-Zn-Pb-As-Cu-Sn-Ag-Au，該分帶系列與邵躍、李惠等[25-27]總結(jié)出的典型熱液型鉛鋅、鎢錫礦床原生暈垂向分帶系列的概率計算結(jié)果：礦體前緣暈及礦前暈 (B-I-As-Hg-F-Sb)、礦中暈 (Pb-Ag-Au-Zn-Cu)、及尾暈(W-Bi-Mo-Mn-Ni-Gd-Co-V-Ti)對比有所不同。該礦床中，Mo、Sb反映了礦體前緣暈—礦中暈特征，Bi、Li、Be、W反映了礦中暈特征，Zn、Pb、As反映了礦中暈—尾暈特征，Sn、Au、Ag反映了尾暈特征。本工作區(qū)元素分帶序列表明研究區(qū)至少發(fā)生過兩期或兩期以上的礦化作用，說明本區(qū)礦床具多建造疊加成暈特征。

表6 不同鉆孔各元素襯值

表7 不同勘探線不同鉆孔不同中段各元素分帶指數(shù)

4 礦體異常模式

4.1 異常分布特征

礦區(qū)33勘探線兩個鉆孔較好地控制了鎢礦體(圖2)，以此線為例，利用全孔原生暈分析結(jié)果，對主成礦元素及伴生元素的異常特征進行分析探討。本次研究基于元素異常下限值，并考慮控礦地質(zhì)因素，以有限插入法圈定異常，劃分內(nèi)(強)、中、外(弱)三個濃度帶，顯示異常濃度變化特征。其中，主成礦元素組是以最低工業(yè)品位值的1/10為內(nèi)(強)帶，中帶為下限值加內(nèi)帶值之和的1/2；伴生元素組按下限值2的等比劃分。得出33線鉆孔原生暈剖面圖(圖3)。

圖2 虎形山鎢礦床33線地質(zhì)剖面圖(據(jù)文獻[17]修編)

由圖3分析可知，各元素三個濃度帶異常特征如下：

W元素：以寬帶狀沿礦體(帶)展布，外帶較寬，包含了整個礦帶，中內(nèi)帶較窄，緊緊包裹礦體，中內(nèi)帶既反映礦體部位。在礦體上盤出現(xiàn)線狀異常，有中內(nèi)帶出現(xiàn)。

Bi元素：分布與W相同。外帶較寬，中內(nèi)帶較窄，且緊緊包裹礦體，中內(nèi)帶即反映了礦體所在位置。

Be元素：沿礦帶及上盤呈帶狀分布，外帶較寬，包括了整個礦帶及上盤，中帶略窄，包括了主要礦體，內(nèi)帶窄，緊緊包裹礦體，一般內(nèi)帶所在位置即為礦體所在位置。

Li元素：沿礦帶及上盤呈帶狀分布，外帶寬，包括了整個礦帶及上盤，但中帶不發(fā)育，僅主礦體上見及，無內(nèi)帶。

Mo元素：呈窄帶狀沿礦帶展布，外帶不發(fā)育，中帶較發(fā)育，基本與外帶分布相同，包含了礦體或礦帶，內(nèi)帶不發(fā)育，僅局部礦體上出現(xiàn)。

Sn元素：呈線狀沿礦體分布，外帶較窄，基本包裹礦體，中內(nèi)帶不發(fā)育。

Cu元素：呈條帶狀沿礦體分布，外帶范圍包含了礦帶范圍，中內(nèi)帶范圍較窄，基本緊緊包裹礦體。

Pb元素：呈線狀沿礦體分布，外帶不發(fā)育，基本包含礦體，中帶不發(fā)育，僅主礦體上有分布。在礦體上盤也出現(xiàn)線狀的異常，反映存在上盤暈。

Zn元素：呈窄帶狀沿礦帶分布，外帶較發(fā)育，基本包含了礦帶的范圍，但中內(nèi)帶不發(fā)育，僅主礦體上有分布，范圍窄。上盤暈不發(fā)育。

Ag元素：呈線狀沿礦體分布，范圍窄，基本包含了礦體范圍，中帶不發(fā)育，僅局部礦體上出現(xiàn)，無內(nèi)帶出現(xiàn)。

Au元素：呈條帶狀分布在礦體或礦帶的上盤，出現(xiàn)外中內(nèi)帶異常，但外帶不甚發(fā)育，中內(nèi)帶較發(fā)育，比外帶略窄。

As元素：主要呈帶狀分布礦體的上盤，中內(nèi)帶較發(fā)育，基本與外帶相同。

Sb元素：呈寬帶狀沿礦帶及上盤展布，中帶發(fā)育，基本與外帶相同，內(nèi)帶也發(fā)育，基本包含了礦帶的范圍，且往下盤未封閉。從異常強度看，似乎下盤暈要比上盤暈發(fā)育。

圖3 虎形山鎢礦床33線鉆孔原生暈剖面圖

4.2 異常結(jié)構(gòu)模型

以上述方法對礦區(qū)其他勘探線異常分布特征進行分析，結(jié)果顯示：在礦體上盤長城系地層中，出現(xiàn)Au、As、Pb、Zn、W、Sn、Bi、Li、Be組合異常，且從33線—30線—42線—58線，隨著礦體剝蝕程度由淺到深，依次出現(xiàn)Au、As-Pb、Zn、Sb-W、Sn、Bi、Li、Be組合異常，即上盤出現(xiàn)由低溫—中溫—高溫元素分帶，在主礦體中(F1斷層中)則出現(xiàn)三個半環(huán)狀異常，第一環(huán)即外環(huán)為Au、As，第二環(huán)即中環(huán)為Li、Be、Sb，第三環(huán)即內(nèi)環(huán)為W、Sn、Bi、Mo、Cu、Zn、Ag，形成“三環(huán)一帶”結(jié)構(gòu)模型。結(jié)合礦體水平方向(縱向)分帶特征，總結(jié)出虎形山鎢礦床地球化學異常綜合模式(圖4)。

圖4 虎形山鎢礦床地球化學異常綜合模式圖

5 討論

5.1 地球化學異常與成礦的關(guān)系

虎形山鎢礦床為石英、云英巖細脈帶型白鎢礦床，礦床類型較簡單。礦體呈脈狀產(chǎn)出，主要受F1斷裂帶及其下盤寒武系牛蹄塘組控制。礦體走向與F1斷裂帶近于平行，圈定鎢礦體共計23個，其中主礦體5個。本區(qū)主礦體總體傾向南，傾角50°～80°之間，在橫剖面上表現(xiàn)為上陡下緩的 “S”形。本次研究獲得的元素垂向分帶序列反映的是一種逆向分帶序列，因此，當出現(xiàn)Au、As異常為主時，反映是隱伏標志；當出現(xiàn)Pb、Zn、Sb異常為主時，反映中淺剝蝕標志；當出現(xiàn)W、Be、Bi、Li、Sn、Cu、Pb、Zn、Ag異常，且W、Be、Bi、Li異常規(guī)模較大，強度較高，出現(xiàn)中內(nèi)帶異常，而Cu、Pb、Zn、Ag異常規(guī)模較小，出現(xiàn)中外帶異常，則意味著礦體剝蝕程度較深；當出現(xiàn)Mo、Bi異常，并迭加有Au、As異常，且Au、As異常規(guī)模較大，強度較高，出現(xiàn)中內(nèi)帶，而其他元素范圍較窄，強度較低，出現(xiàn)中外帶，則深部還存在隱伏礦體。

5.2 找礦方向

通過元素縱向分帶特征可知，主礦段元素在縱向上大體以18線為中心向東、西兩側(cè)呈對稱分布，表明成礦熱液以18線為中心向東西兩側(cè)遷移成礦，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)特征，推測深部可能存在隱伏巖體。通過元素垂向分帶特征可知，成礦元素在深部異常沒有封邊，除W、Be礦化外，Cu、Mo、Bi礦化增強，推測深部有尋找銅鉬多金屬礦床的潛力。結(jié)合區(qū)內(nèi)主要賦礦層位為寒武系牛蹄塘組，主要控礦容礦構(gòu)造為F1斷層，礦區(qū)已知鉆孔情況可知，研究區(qū)北區(qū)深部尚未穿透寒武系牛蹄塘組巖層，且部分鉆孔深部可見F1斷層信息，通過綜合分析，筆者認為在研究區(qū)北側(cè)淺部、南側(cè)深部均有尋找鎢礦體的潛力。

6 結(jié)論

1)鉆孔原生暈樣品的元素縱向分帶特征反映主成礦元素及伴生元素含量，在空間上主礦段元素在縱向上存在一定的分帶性，且大體以18線為中心向東西兩側(cè)呈對稱分布，表明成礦熱液以18線為中心向東西兩側(cè)遷移成礦。

2)采用重心法計算得到虎形山鎢礦床元素垂向分帶序列，總結(jié)了不同元素組合對礦體的指示作用，提出了研究區(qū)發(fā)生過兩期或兩期以上的礦化作用，反映虎形山鎢礦床具多建造疊加成暈特征。

3)根據(jù)原生暈濃度分帶特征建立了虎形山鎢礦床地球化學異常綜合模式。根據(jù)鉆孔原生暈垂向分帶特征、垂向分帶序列的建立，結(jié)合礦床地質(zhì)特征，對礦區(qū)下一步找礦方向進行了有益的探討。