安徽西灣鉛鋅礦巖石樣微量元素特征及其指示作用

程培生，張建明，李壯，汪曙潮

(1.東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江西 南昌 330013; 2.安徽省勘查技術(shù)院, 安徽 合肥 230031)

0 引言

隨著地表和淺部礦產(chǎn)資源的逐漸枯竭，急需尋找新的礦床來(lái)遞補(bǔ)資源需求，而覆蓋區(qū)將是未來(lái)地質(zhì)找礦的主戰(zhàn)場(chǎng)。覆蓋區(qū)找礦信息少，找礦難度大。地質(zhì)、物化探專(zhuān)家進(jìn)行了大量研究，發(fā)展了勘查技術(shù)，提高了找礦效果(葉榮等，2003；汪青松，2010；孟貴祥等，2019；畢炳坤等，2020)。20世紀(jì)50年代以來(lái)，眾多地球化學(xué)學(xué)家通過(guò)對(duì)大量熱液礦床進(jìn)行原生暈研究，發(fā)現(xiàn)熱液礦床具有明顯的原生暈分帶規(guī)律，即每個(gè)礦體都有自己的前緣暈、近礦暈和尾暈(李惠等，2015)。原生暈指成礦作用過(guò)程中與礦體同時(shí)形成且分布于礦體周?chē)哪承┰氐牡厍蚧瘜W(xué)異常(邵躍，1997；楊德平等，2012；劉雪敏等，2012)，為指示深部礦體或盲礦體最有效的指標(biāo)之一(林成貴等，2020)。國(guó)內(nèi)利用原生暈找金礦床效果顯著，原生暈在指導(dǎo)覆蓋區(qū)找礦過(guò)程中起到越來(lái)越重要的作用。

2010年開(kāi)始，安徽省勘查技術(shù)院在系統(tǒng)總結(jié)區(qū)域成礦規(guī)律、控礦地質(zhì)因素的基礎(chǔ)上，通過(guò)綜合物探及鉆探等勘查手段，在廬樅盆地北東緣發(fā)現(xiàn)了首個(gè)產(chǎn)于三疊系東馬鞍山組灰?guī)r中的西灣大型鉛鋅礦床。由于礦區(qū)第四系覆蓋厚、水網(wǎng)發(fā)育，指示礦體延伸及進(jìn)一步找礦方向的地質(zhì)、物探信息較少，進(jìn)一步找礦需要充分挖掘勘查過(guò)程中獲得的有限地質(zhì)資料中包含的成礦信息。研究表明(邵躍，1984；余學(xué)東等，1995；劉崇民，2006；劉崇民和馬生明，2007；席明杰等，2010；賴(lài)曉丹等，2020)，礦區(qū)巖石樣的微量元素含量特征包含了豐富的成礦信息，是礦床特征研究和成礦預(yù)測(cè)的重要依據(jù)。本文利用鉆孔巖石樣的微量元素分析結(jié)果，對(duì)礦區(qū)巖石中的元素含量特征進(jìn)行研究，指示了成礦熱液的富集規(guī)律和運(yùn)移方向，為進(jìn)一步找礦提供了依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

廬樅中生代斷陷式火山巖盆地位于長(zhǎng)江中下游中段(常印佛等，1991；翟裕生等，1992)，盆地內(nèi)廣泛發(fā)育早白堊世龍門(mén)院組、磚橋組、雙廟組和浮山組的陸相火山巖，總厚度達(dá)2500～3300 m(任啟江等，1993)?；鹕綆r以角度不整合覆蓋于基底沉積巖層之上?；壮练e巖層主要有中、下侏羅統(tǒng)陸相碎屑巖和上三疊統(tǒng)海相、海陸交互相碎屑巖、碳酸鹽巖及膏(巖)層(吳明安等，1996)。

圖1 廬樅盆地大地構(gòu)造位置圖(a)及地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)(據(jù)張冠華等，2012修改)1—白堊系下統(tǒng)浮山組；2—白堊系下統(tǒng)雙廟組；3—白堊系下統(tǒng)磚橋組；4—白堊系下統(tǒng)龍門(mén)院組；5—侏羅系上統(tǒng)羅嶺組；6—二長(zhǎng)巖；7—正長(zhǎng)巖；8—A型花崗巖；9—斷裂；10—鐵礦床；11—銅礦床；12—鉛鋅礦床；13—鈾金礦床

該區(qū)燕山期巖漿活動(dòng)頻繁，礦化作用強(qiáng)烈，鐵、硫、明礬石、銅、鉛鋅銀等礦產(chǎn)豐富(圖1)。鐵礦主要有玢巖型和沉積—熱液疊加改造型，典型礦床分別有羅河、泥河和龍橋、馬鞭山鐵礦；多金屬礦主要有銅、鉛鋅等，以沙溪斑巖型銅礦、岳山熱液型鉛鋅礦為代表。主要的成礦帶有三條：缺口—羅河、黃屯—樅陽(yáng)兩條北東向成礦帶和清水塘—黃屯近東西向成礦帶(吳明安等,2007)。處于兩個(gè)成礦帶交匯處的黃屯地區(qū)，是鐵、硫、鉛鋅銀、銅金礦的集中產(chǎn)出區(qū)，先后發(fā)現(xiàn)了龍橋、馬鞭山鐵礦、黃屯硫鐵礦(張冠華等,2012)、岳山鉛鋅礦(張礦和許強(qiáng)平，2019)、朱崗鉛鋅礦(蔡曉兵等，2015)、黃屯銅金礦(謝杰等，2019)等礦產(chǎn)。近年發(fā)現(xiàn)的西灣鉛鋅礦，以主要賦存于基底地層中、規(guī)模達(dá)大型而備受關(guān)注(程培生等，2013；李壯等，2020)。

2 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)為第四系覆蓋區(qū)。據(jù)區(qū)域資料，該區(qū)位于黃姑—黃泥崗—祈雨山背斜的核部及其南東翼。

2.1 地層

礦區(qū)下伏地層主要有中三疊統(tǒng)東馬鞍山組(T2d)、銅頭尖組(T2t)、下白堊統(tǒng)龍門(mén)院組(K1l)，地層總體走向北東，傾向南東(圖2)。受斷裂及基底隆起影響，孟湖里一帶局部地層傾向北西，傾角15°～30°。

圖2 西灣礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖1—白堊系下統(tǒng)龍門(mén)院組；2—侏羅系下統(tǒng)磨山組；3—三疊系上統(tǒng)拉犁尖組；4—三疊系中統(tǒng)銅頭尖組；5—三疊系中統(tǒng)東馬鞍山組；6—三疊系下統(tǒng)南陵湖組；7—粗安斑巖；8—閃長(zhǎng)巖；9—推測(cè)地質(zhì)界線(xiàn)；10—推測(cè)斷層及編號(hào)；11—礦體水平投影范圍；12—探礦權(quán)范圍；13—地名

東馬鞍山組(T2d)：礦區(qū)內(nèi)僅揭露到第一、二巖性段。第一巖性段自下而上分別為膏巖層、破碎溶蝕帶和角礫狀灰?guī)r。膏巖層，以灰—灰白色中厚層硬石膏巖為主，夾多段灰白色膏溶角礫巖、灰黑色灰?guī)r，厚度大于487.10 m；破碎溶蝕帶，分布于膏巖層之上，主要由溶蝕灰?guī)r角礫、蜂窩狀灰?guī)r等組成；角礫狀灰?guī)r，主要由灰?guī)r角礫、微晶方解石及少量泥質(zhì)膠結(jié)物組成，角礫呈棱角狀—次棱角狀，大小不一。揭露的角礫狀灰?guī)r厚17.10～204.06 m，為賦礦的主要部位。第二巖性段為紫紅色鈣鐵質(zhì)粉砂巖，上部可見(jiàn)少量灰?guī)r角礫和鈣鐵質(zhì)結(jié)核。

銅頭尖組(T2t)：主要為灰綠色、紫紅色鈣質(zhì)粉砂巖、砂巖、石英細(xì)砂巖、雜砂巖，厚度大于886 m。

龍門(mén)院組(K1l)：區(qū)內(nèi)僅揭露到下段，主要分布于礦區(qū)中部，巖性主要為灰褐色粗安質(zhì)巖屑、晶屑(沉)角礫凝灰?guī)r夾灰綠色、灰紫色凝灰質(zhì)砂巖、(沉)凝灰?guī)r等，厚30～150 m，與下伏基底沉積地層呈不整合接觸。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于北東向的黃屯—楊橋基底斷裂與北西向的廬江南—蜀山推測(cè)斷裂的交匯部位，斷裂發(fā)育。據(jù)綜合物探和鉆探資料，在礦區(qū)確定4條北東向斷層(F1～F4)和1條北西向斷層(F5)。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)西南部的粗安斑巖主要產(chǎn)于白堊系龍門(mén)院組的火山巖中；閃長(zhǎng)巖則分布在礦區(qū)的東北部，侵入于東馬鞍山組，接觸帶有弱的大理巖化，無(wú)明顯的礦化。

2.4 蝕變

礦區(qū)蝕變?nèi)?，無(wú)明顯的分帶。東馬鞍山組灰?guī)r區(qū)普遍有碳酸鹽化、石膏化，火山巖、次火山巖區(qū)主要有高嶺石化、綠簾石化、綠泥石化和碳酸鹽化。

3 礦床特征

礦區(qū)圈出鉛鋅主礦體4個(gè)、小礦體35個(gè)。平面上礦體整體走向北東東(圖3)、傾向北西、傾角中等(圖4)，剖面上呈“V字”型(圖5)。礦體主要賦存于東馬鞍山組角礫狀灰?guī)r中，上覆的龍門(mén)院組火山巖、次火山巖和東馬鞍山組下部的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、膏溶角礫巖中也有脈狀鉛鋅礦分布。

4個(gè)主礦體賦存標(biāo)高相對(duì)穩(wěn)定，可明顯分為4層(圖4、圖5)：I號(hào)主礦體賦存于龍門(mén)院組火山巖和次火山巖中，主要受裂隙控制。礦體呈薄板狀、透鏡狀產(chǎn)出，有尖滅再現(xiàn)的特點(diǎn)。礦石主要為細(xì)脈狀，為低品位鉛鋅礦體；Ⅱ號(hào)主礦體賦存于龍門(mén)院組火山巖與東馬鞍山組角礫狀灰?guī)r的接觸帶附近，主要受接觸帶控制，呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出。礦石以脈狀和浸染狀為主，為工業(yè)鉛鋅礦體；Ⅲ號(hào)主礦體賦存于東馬鞍山組角礫狀灰?guī)r中，呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出。礦石以浸染狀為主，局部脈狀或團(tuán)塊狀，為工業(yè)鉛鋅礦體；Ⅳ號(hào)主礦體賦存于東馬鞍山組角礫狀灰?guī)r下部，呈似層狀、透鏡狀。礦石以浸染狀為主，局部脈狀或團(tuán)塊狀，為工業(yè)鉛鋅礦體。4個(gè)主礦體初步估算的鉛鋅礦推斷資源量97.4萬(wàn)噸，規(guī)模達(dá)大型(李壯等，2020)?？傮w上，礦體有一定的分帶性，南西端以鋅礦為主，中部為鉛鋅礦，北東部為鉛礦為主。

礦石礦物成分較簡(jiǎn)單，主要金屬礦物有閃鋅礦、方鉛礦，次要金屬礦物有黃鐵礦，少量黃銅礦、自然銀等；非金屬礦物除原巖蝕變礦物及交代殘余礦物外，還有長(zhǎng)石、方解石、硬石膏、重晶石、石英等。

4 微量元素特征

4.1 含量特征

按5～10 cm的間距，在礦區(qū)的19個(gè)鉆孔巖芯中采集了1682件巖石樣，分析Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi、W、Mo 10個(gè)元素，獲得16820個(gè)數(shù)據(jù)。分析測(cè)試由國(guó)土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心嚴(yán)格按《地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試質(zhì)量管理規(guī)范》執(zhí)行，測(cè)試結(jié)果符合《地球化學(xué)普查規(guī)范》的要求，分析質(zhì)量可靠。在分別統(tǒng)計(jì)了不同鉆孔、不同地質(zhì)單元、不同巖性的元素平均含量(表1)的基礎(chǔ)上，取得以下認(rèn)識(shí)。

(1)與安徽省同類(lèi)型巖石元素含量(楊佩明等，2005)比較，本區(qū)灰?guī)r中As、Sb、Pb、Zn、Ag、Mo等元素含量明顯富集，Ag濃集系數(shù)達(dá)42.89，Pb、Zn和As、Sb的濃集系數(shù)在7.76、9.76以上；本區(qū)砂巖的As、Sb、Bi、Zn、W、Mo富集，Sb、Bi的濃集系數(shù)分別為6.17和4.0，其余元素的濃集系數(shù)在2左右；閃長(zhǎng)巖除As、Sb明顯富集外，W、Mo、Pb、Ag略有富集。因此，本區(qū)以前緣元素As、Sb為代表的中低溫?zé)嵋夯顒?dòng)強(qiáng)烈，以鉛鋅銀為主的礦化作用主要發(fā)生在灰?guī)r區(qū)。

圖3 礦體水平投影圖1—勘探線(xiàn)及編號(hào)；2—未見(jiàn)礦鉆孔及編號(hào)；3—見(jiàn)礦鉆孔及編號(hào)；4—資源量估算范圍

圖4 西灣鉛鋅礦20線(xiàn)地質(zhì)剖面圖1—第四系；2—白堊系下統(tǒng)龍門(mén)院組；3—三疊系中統(tǒng)東馬鞍山組；4—粗安斑巖；5—地質(zhì)界線(xiàn)；6—膏鹽層界線(xiàn)；7—鉛鋅礦體及編號(hào)；8—石膏礦體；9—鉆孔及編號(hào)

圖5 西灣鉛鋅礦縱Ⅱ線(xiàn)地質(zhì)剖面圖1—第四系；2—白堊系下統(tǒng)龍門(mén)院組；3—三疊系中統(tǒng)東馬鞍山組；4—粗安斑巖；5—閃長(zhǎng)巖；6—地質(zhì)界線(xiàn)；7—鉛鋅礦體及編號(hào)；8—鉆孔及編號(hào)

表1 西灣礦區(qū)巖石樣元素含量統(tǒng)計(jì)表

(2)與礦區(qū)元素平均含量比較，龍門(mén)院組的Au、Sb、Bi、Cu、Pb、Zn、Ag、W、Mo含量較高，東馬鞍山組的As、Sb、Pb、(Zn)、Ag含量高。這種特征與鉛鋅礦化主要發(fā)生在龍門(mén)院組與東馬鞍山組接觸帶(硅鈣面)相對(duì)應(yīng)。

(3)構(gòu)造角礫巖中As、Sb、Pb、Zn、Ag明顯高于礦區(qū)平均元素含量，表明構(gòu)造角礫巖中成礦作用強(qiáng)烈，為中低溫成礦熱液沉淀的有利場(chǎng)所。

(4)礦區(qū)W、Cu、Au總體含量較低，其中W、Cu在龍門(mén)院組火山巖和粗安斑巖中含量較高，推測(cè)由上述巖性引起。

4.2 組合特征

將1682個(gè)巖石樣的10個(gè)元素的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，獲得的相關(guān)系數(shù)矩陣如表2。As-Sb-Pb-Zn-Ag-Mo相關(guān)系數(shù)大，為本區(qū)鉛鋅礦化的指示；W、Cu、Au有一定的相關(guān)性，可能為龍門(mén)院組火山巖、次火山巖的指示。

表2 西灣礦區(qū)巖石樣因子分析相關(guān)系數(shù)表

4.3 含量分布特征

(1)橫剖面：選擇20勘探線(xiàn)進(jìn)行元素含量特征統(tǒng)計(jì)(表3)。ZK2001孔各元素平均含量比其它各孔明顯偏高，這與該孔礦化強(qiáng)度大、礦體厚、品位高的地質(zhì)特征相對(duì)應(yīng)?？疾炱溆嚆@孔元素含量特征，發(fā)現(xiàn)自ZK2013至ZK2004，Pb、Zn、Ag、As、Sb等與鉛鋅礦成礦密切相關(guān)的元素含量有明顯的遞減趨勢(shì)，這與礦體傾向北西的地質(zhì)特征及成礦熱液自北西向南東遷移的地質(zhì)認(rèn)識(shí)相吻合。

表3 西灣礦區(qū)20勘探線(xiàn)元素含量特征統(tǒng)計(jì)表

(2)縱剖面：西灣礦區(qū)縱Ⅱ勘探線(xiàn)元素含量特征統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4?？傮w上元素含量與礦體規(guī)模、品位有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，表現(xiàn)為：礦區(qū)南西段ZK113的As、Sb、Ag、Mo含量高，中段ZK2407、ZK2807的Pb、Ag及東北段的ZK3207、ZK4401的As、Sb、Pb、Zn含量高。

元素組合為反映同一個(gè)地質(zhì)體的一組特征指示元素，利用元素組合含量的累加、累乘或比值特征，可以解釋找礦工作中的地質(zhì)地球化學(xué)問(wèn)題(邵躍，1997；葉天竺，2004；羅先熔等，2007)。礦區(qū)元素組合的統(tǒng)計(jì)參數(shù)揭露了以下成礦信息：ω(As+Sb)指示，自中部的ZK1607向兩端有增大的趨勢(shì)，北東段含量高于南西段，可能指示熱液總體來(lái)自南西方向；ω(Pb+Zn)除ZK2407明顯較高外，總體上向北東方向有升高趨勢(shì)；ω(As+Sb)/ω(Pb+Zn)南西段高和ω(Pb+Zn)/ω(Mo)北東段高都指示了礦化北東段強(qiáng)于南西段；ω(Pb)/ω(Zn)和ω(Pb)/ω(Zn+Ag)北東段大于南西段，說(shuō)明北東段鉛礦化強(qiáng)于鋅礦化，這與熱液來(lái)自南西的判斷相對(duì)應(yīng)。

表4 西灣礦區(qū)縱Ⅱ勘探線(xiàn)元素含量特征統(tǒng)計(jì)表

以上分析說(shuō)明，巖石樣元素含量提供了豐富的成礦信息。本區(qū)以中低溫鉛鋅多金屬礦化為主，熱液自南西向北東向運(yùn)移，龍門(mén)院組與東馬鞍山組接觸帶、構(gòu)造破碎帶為主要運(yùn)移通道，東馬鞍山組灰?guī)r(第一巖性段上部)為主要賦礦層位，礦區(qū)北東段較南西段鉛鋅礦化強(qiáng)，且北東段鉛礦化強(qiáng)于鋅礦化，應(yīng)向北東方向進(jìn)行進(jìn)一步找礦。

5 結(jié)論

(1)巖石樣的分析結(jié)果表明，As、Sb、Pb、Zn、Ag為西灣鉛鋅礦的主要成礦指示元素，上述元素在構(gòu)造角礫巖中含量高，指示了本區(qū)成礦作用以中低溫?zé)嵋簽橹鞯奶攸c(diǎn)。且熱液主要沿構(gòu)造破碎帶或地層不整合接觸面運(yùn)移，主體方向是南西向北東。

(2)礦區(qū)巖石樣的分析結(jié)果中包含了豐富的成礦信息，在地質(zhì)信息較少的覆蓋區(qū)，可以充分利用上述資料，分析找礦方向，指導(dǎo)進(jìn)一步找礦。