甘肃肃北县460金矿床地质特征及原生晕地球化学找矿预测
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Geological Characteristics and Primary Palo Geochemical Prospecting Prediction of the 460 Gold Deposit in Subei County,Gansu Province
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收稿日期: 2018-06-06 修回日期: 2018-08-28
基金资助: |
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Received: 2018-06-06 Revised: 2018-08-28
作者简介 About authors
惠伟光(1966-),男,陕西长安人,工程师,从事地质矿产勘查工作 , E-mail:762298157@qq.com
雷明选(1966-),男,陕西临潼人,高级工程师,从事区域地质调查、矿产勘查及化探工作 , E-mail:leimingx19660606@163.com
关键词:
Keywords:
本文引用格式
惠伟光, 雷明选, 夏元鹏, 张晓斌, 孙青, 段绪省.
HUI Weiguang, LEI Mingxuan, XIA Yuanpeng, ZHANG Xiaobin, SUN Qing, DUAN Xusheng.
20世纪末至21世纪初,我国许多大中型矿山保有资源储量不足问题十分严重,寻找接替资源迫在眉睫。根据成矿地质条件分析,发现很多危机矿山都有进一步找矿的潜力,但如何在原有矿山周边和深部找到新矿体,需要有效的技术方法[1]。
460金矿床位于甘肃省酒泉市肃北县马鬃山一带,由甘肃省地质局第二区测队于20世纪60年代末发现,截至2016年6月30日全矿区累计查明331+332+333类矿石总量346.45×104t,金金属总量34 375 kg,金平均品位为9.92×10-6,达中型金矿床规模[9]。460金矿采矿权属肃北县霍勒扎德盖北东矿业有限责任公司,矿山建有日处理1 000 t矿石的选矿厂。经多年开采,矿区金矿资源储量逐渐趋于枯竭,为落实后备资源,实现矿山黄金生产可持续发展,曾开展了大量的地质找矿和科研工作。孙凤舟等[10]采用构造叠加晕方法,对460金矿区24个含金石英脉、蚀变带进行构造叠加晕研究及深部预测,共圈定出9处有利成矿部位和23处预测靶位。
2015~2017年,矿山企业委托陕西地矿第六地质队在该矿区开展金矿成矿规律及找矿预测研究[11]。本文以该研究项目为依托,在总结区域成矿地质背景的基础上,研究了460金矿床地质特征和成矿地质条件,并总结了成矿规律。通过对脉石矿物中流体包裹体进行岩相学、热力学特征研究,激光拉曼成分分析以及金属矿物中硫同位素测定,研究了成矿物质来源,并类比区内金矿成矿年龄,探讨了该矿床成因,对指导矿区深部找矿和深化成矿过程的认识具有重要意义。选择矿山当前主采的10条金矿脉,在系统开展岩石地球化学测量的基础上,总结了原生晕的分带性和分带序列。按照作者独创的图解法,在元素含量深度变化图上,找出不同元素的同位点,确定同位线,建立了不同金矿脉的原生晕预测模型,预测各金矿脉深部盲矿体可能出露位置,为指导矿山的探、采矿生产以及进一步增储勘查指明了方向。
1 区域地质概况
图1
图1
460金矿区区域地质简图(据文献[9]、[21]修改)
Ⅰ-星星峡—旱山微板块:Ⅰ-1-大南湖—雀儿山—狐狸山早古生代活动陆缘带;Ⅰ-2-黄山—红石山—路井晚古生代陆内裂谷带;Ⅰ-3-星星峡—明水—旱山地块;Ⅰ-4-白玉山南—公婆泉—七一山早古生代活动陆缘带;Ⅱ-敦煌微板块:Ⅱ-1-方山口—营毛沱—鹰嘴红山早古生代被动陆缘带;Ⅱ-2-花牛山早古生代陆缘裂谷带(裂陷槽);Ⅱ-3-磁海—红柳园—白山堂晚古生代陆内裂谷带;Ⅱ-4-敦煌地块;1.第四系;2.新近系苦泉组;3.上石炭统次火山岩;4.中石炭统扫子山组;5.下石炭统白山组;6.华力西期花岗岩;7.华力西期闪长岩;8.华力西期辉长岩;9.未确定时代的基性岩;10.地质界线;11.不整合地质界线;12.背斜;13.向斜;14.复合断层;15.逆断层;16.正断层;17.性质不明断层;18.金矿床及金铜矿床;19.铁矿床及铜矿床;20.缝合线;21.构造分界线;22.国界线;23.省界
Fig.1
Outline map of regional geology in the 460 gold mine area(modified according to references[9]、[21])
区域出露地层主要为下石炭统白山组(C1bs)和中石炭统扫子山组(C2s),为一套浅变质浅海相沉积碎屑岩夹大理岩、灰岩及中酸性、酸性火山岩建造,呈近EW向展布,分布面积广泛;其次为新近系上新统苦泉组(N2k),主要分布于南部霍勒扎德盖—吉勒大泉一带,为一套湖相沉积碎屑岩建造;第四系全新统(Q4)分布于低洼处和沟谷中(图1)。
区域经历了加里东晚期、华力西期、燕山期和喜山期等多期构造运动,形成较为复杂的构造格局。其中,华力西中期构造运动在本区反映最为强烈,其构造形迹主要表现为近EW向褶皱紧闭及与其相配套的EW、NEE向断裂。
区域岩浆活动频繁,侵入岩发育,主要为华力西中、晚期侵入,基性—中性—酸性岩均有出露,呈岩基、岩株或岩枝状产出。脉岩较发育,主要有辉长岩脉、辉绿岩脉、闪长岩脉、闪长玢岩脉、花岗闪长岩脉、花岗闪长斑岩脉和石英脉等。
北山北带成矿带作为该区金矿的主要集中地,可划分为3个矿带:(1)460—狼娃山金矿带。主要分布在北山北带的西北侧,由460、狼娃山、霍勒扎德盖东、霍勒扎德盖北东、扫子山和双尖山等金矿床(点)等组成,已发现金矿床(点)20余处;(2)马庄山—南金山金矿带。主要分布在北山北带的西南侧,由马庄山、南金山、修翁哈拉和双井子等金矿床(点)组成;(3)流沙山—饮水井金矿带。主要分布在北山北带的东侧,由流沙山和饮水井等金矿床(点)组成[12]。
2 矿床地质特征
矿区北部出露地层为下石炭统白山组中亚组(C1bs2),其下部岩性为绿泥绢云石英片岩,夹安山岩和含铁石英岩(碧玉岩)小扁豆体,上部为安山岩夹绿泥绢云石英片岩。矿区南部出露地层为白山组上亚组(C1bs3),其下部岩性为片理化粉砂质板岩、凝灰质板岩、英安质岩屑晶屑凝灰岩夹安山岩,上部为浅褐黄色—灰色长石石英砂岩(图2)。
图2
矿区经历了加里东晚期、华力西期、燕山期和喜山期等多期次构造活动,在持续SN向挤压应力作用下,形成近EW向线性次级褶皱及与之相配套的NEE、NE、NW向压扭断裂和近SN向张性断裂,另外,层间滑动、层间剥离和层间破碎带亦较为发育。这些断裂为含矿热液上升和迁移提供了良好通道,与成矿作用关系密切。
矿区岩浆岩极为发育,以华力西期中酸性侵入岩为主,呈岩株和岩枝状产出,岩性主要为花岗闪长岩,其次为闪长岩。花岗闪长岩成岩年龄为340~341 Ma,地质时期相当于早石炭世中期[25]。区内早石炭世火山活动频繁,形成大量安山凝灰岩和安山岩。矿区脉岩发育,主要有花岗闪长岩脉、含金石英脉和碳酸盐脉等,少见闪长玢岩脉、石英闪长玢岩脉、英安斑岩脉、细粒斜长花岗岩脉、花岗斑岩脉和闪斜煌斑岩脉等。
矿区金矿化主要赋存于花岗闪长岩体内的断裂破碎带中;其次分布于下石炭统白山组断裂破碎带中。金矿化与石英脉关系密切。
2.1 金矿脉及矿体地质特征
图3
区内金矿脉按走向可划分为NEE、NE、NWW-NW和近SN向4组。NEE向金矿脉最为发育,走向70°~85°,向北陡倾,倾角50°~70°,矿脉规模最大,长度多为数百米,含矿性最好,主要分布于矿区东部,平行排列,疏密相间分布。NE向金矿脉走向20°~40°,向北西陡倾,数量不多,但规模较大,含矿性亦较好,集中分布于矿区西部。NWW-NW向金矿脉走向280°~340°,向北东或南西陡倾,仅有数条,但规模较大,长度为数百米,具有较好的含矿性,集中分布于西部,斜列式平行排列,等间距分布。近SN向金矿脉多向东或向西陡倾,个别倾角较平缓,规模较小,数量不多,含矿性较差,在矿区中西部成群出现,平行排列,等间距分布。
金矿脉由含矿石英脉和构造蚀变岩组成,局部地段可见断层泥。
石英脉呈透镜状、串珠状断续或斜列式分布于金矿脉中,规模大小不一,长度多为数米至数十米,最长可达100多米,厚度0.1~1.0 m不等,最大厚度可达5 m。石英脉脉壁较为平直,可见断层阶步和擦痕。石英脉中常见金属硫化物矿化,主要为黄铁矿和褐铁矿,其次为黄铜矿和方铅矿,呈星点状、星散状、细脉状、条带状或浸染状分布。石英脉按生成顺序可划分为4个期次:一期石英脉呈乳白色,规模最大,长度为数十米至100多米,厚度多为1~2 m,最厚可达数米,矿化差,仅有少量星点状自形粒状黄铁矿化,金品位低,仅有个别脉体能构成工业矿体[图4(a)]。二期和三期为含金属硫化物石英脉,新鲜面烟灰色,规模中等,长度几米至几十米,厚度多为十几厘米至数十厘米,个别厚度可达4~5 m。多金属矿化强烈,以黄铁矿和黄铜矿为主,其次为方铅矿,呈细脉状、条带状或浸染状分布于脉体边部或中部。金品位较高,构成本区金矿床的主体[图4(a)]。四期为方解石—石英脉,呈灰白色,规模较小,长度多为几米,厚度几厘米至十几厘米,脉体中见稀疏星点状黄铁矿化,金品位低,不能构成工业矿体[图4(b)]。
图4
图4
多期石英单脉组成的金矿脉
①-一期石英脉;②-二期矿化石英脉;③-三期矿化石英脉④-四期方解石石英脉;⑤-绿泥石二云石英片岩
Fig.4
Ore-bearing quartz veins composed of multi-phase quartz single veins
构造蚀变岩主要为蚀变破碎花岗闪长岩、片理化蚀变花岗闪长岩和片理化蚀变辉绿玢岩等,岩石较为致密,具有压扭性应力作用的特点。近SN向金矿脉构造岩多为劈理化花岗闪长岩,岩石碎裂明显,其中分布的脉体有“追踪”多组裂隙的现象,表现出张性应力作用的特点。构造岩蚀变强烈,主要有硅化、绿泥石化、绢云母化、碳酸盐化、黄铁矿化和褐铁矿化。
矿区每条金矿脉中可圈出1条或多条金矿体,共圈出金矿体达150多条。多数矿体由连续或串珠状断续分布的含金石英脉构成,个别由石英脉和矿化蚀变岩组成。矿体长度数十米至数百米不等,延深变化于30~600 m之间。在浅部矿体延伸较长,向深部矿体沿走向逐渐收缩。多数矿体向深部存在向NW或SW侧伏的现象。金矿体厚度为0.14~5.46 m,厚度变化系数在26.78%~117.73%之间,属于稳定—较稳定型;金品位在0.98×10-6~357.20×10-6之间,平均品位为9.69×10-6,品位变化系数为165%,属于分布较均匀—不均匀型。
2.2 矿石质量特征
(1)矿石矿物成分。矿石中矿物多达20余种,金属矿物主要为黄铁矿,其次为黄铜矿、方铅矿和钛铁矿等,微量自然金;次生矿物以褐铁矿为主,黄钾铁钒、菱铁矿、铜蓝、斑铜矿和孔雀石等次之。脉石矿物主要为石英,其次为长石、辉石、绢云母、绿泥石、方解石和黏土矿物等。
(2)矿石化学成分。矿石主要化学成分:SiO2含量为86%~98%、Fe2O3为1.67%~5.36%、FeO为1.39%~1.93%、Al2O3为0.30%~1.58%。有用组分为金,品位在0.98×10-6~357.20×10-6之间,平均品位为9.92×10-6;伴生有用组分为银,平均含量为4.43×10-6~6.18×10-6,金、银含量呈正相关[9]。
(4)矿石类型。按矿物成分及共生组合,矿石划分为4种自然类型:①自然金—含黄铁矿—石英矿石,品级较好,为区内主要矿石类型,占80%以上;②自然金—含黄铜矿、黄铁矿—石英矿石,较为少见;③自然金—含黄铁矿—菱铁矿、方解石—石英矿石;④自然金—石英矿石[9]。
2.3 金的赋存状态
金主要以自然金形式存在,占89.80%,平均成色893.20‰;其次为银金矿,占10.20%,平均成色681.50‰[9]。
金矿物呈金黄色,多为不规则细粒状、微粒状(粒径为0.003~0.030 mm,少数达0.1~0.5 mm),其次为叶状、薄膜状、卷曲状和粉尘状,偶见树枝状、纤脉状和蠕虫状。金矿物主要以包裹金、粒间金和裂隙金3种嵌布方式存在,以裂隙金为主,占39.95%,主要为褐铁矿裂隙金和脉石裂隙金;其次为粒间金,占32.74%;包裹金最少,占27.31%[9]。
2.4 矿体围岩及蚀变特征
矿体上下盘围岩主要为构造蚀变岩类—片理化蚀变岩、花岗闪长岩、安山质凝灰岩、闪长玢岩和辉绿岩等。围岩中蚀变不甚发育,仅在含矿断裂带两侧较小的范围内蚀变较强烈,主要有绢云母化、碳酸盐化、绿泥石化、硅化和黄铁矿化,还有少量绿帘石化和黑云母化等。其中黄铁矿化、硅化、绢云母化与矿化关系较密切。
3 矿床成因及金矿成矿规律
本文在对矿区主要金矿脉进行野外地质特征观测的基础上,通过硫同位素及包裹体样品测试分析,对460金矿床成因进行了探讨,并总结出区内金矿成矿规律。
3.1 矿床成因探讨
(1)控矿因素。区内断裂发育,且具有多期活动特点。金成矿受NEE及NW向区域性断裂的联合控制,次一级NEE、NW及NE向断裂为容矿构造,金矿多产于这3组断裂破碎带中。多数近SN向断裂为晚期活动,其对已有矿体具破坏作用,仅有少数近SN向断裂属于容矿构造。区内金矿体主要产于华力西期花岗闪长岩体内,仅个别分布于下石炭统白山组及其与岩体的内外接触带中,所以华力西晚期花岗闪长岩体和下石炭统白山组,是区内的主要赋矿层位。矿区成矿作用与华力西期花岗闪长岩体侵位及含矿热液活动关系密切,具有成因联系。
表1 硫同位素测试结果
Table 1
样品 编号 | 取样对象 | 测试矿物 | 测试结果 | |
---|---|---|---|---|
δ34S‰ | σ‰ | |||
平均 | -4.309 | |||
ST01 | 一期石英脉 | 黄铁矿 | -4.995 | 0.010 |
ST02 | 二期石英脉 | 黄铁矿 | -4.813 | 0.011 |
ST03 | 三期石英脉 | 黄铁矿 | -3.416 | 0.009 |
ST04 | 四期石英脉 | 黄铁矿 | -4.418 | 0.015 |
ST05 | 含矿石英脉 | 黄铁矿 | -4.611 | 0.011 |
ST06 | 褐铁矿化石英脉 | 黄铁矿 | -3.600 | 0.009 |
样品由中国科学院地质与地球物理研究所稳定同位素地球化学实验室测试,测试仪器为Delta-S型质谱仪,2017
表2 脉石英包裹体温度、成分测试结果
Table 2
样号 | 序列号 | 冰点温度 /℃ | 均一温度 /℃ | 取样对象 (标高) | 包裹体特征 | 气相/% | 液相/% | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
CO2 | CH4 | N2 | H2 | CO2 | H2O | ||||||
BG01 | 1 | -4.2 | 312.5 | 一期石英脉 (1 274 m) | 包裹体较密集,间距10~20 μm,形态较规则,大小3~5 μm。由气、液相组成,气泡大小为1 μm | 22.7 | - | 77.3 | - | - | 100.0 |
2 | -4.1 | 312.3 | |||||||||
3 | -3.7 | 309.2 | |||||||||
BG09 | 1 | -1.6 | 220.1 | 二期石英脉 (1 340 m) | 包裹体明显呈疏密不等的条带状排列,形态不甚规则,大小为2~4 μm,边界模糊,气泡圆形。分为气液相,气相成分较多 | 80.2 | 2.0 | 15.6 | 2.2 | 0.13 | 99.87 |
2 | -1.5 | 220.0 | |||||||||
3 | -0.8 | 219.1 | |||||||||
4 | -0.8 | 213.7 | |||||||||
5 | -0.5 | 212.3 | |||||||||
BG03 | 1 | -3.2 | 188.5 | 二期石英脉 (1 274 m) | 包裹体较规则,大小为3~5 μm,由气、液两相组成 | - | - | 85.9 | 14.1 | - | 100.0 |
2 | -3.1 | 188.4 | |||||||||
3 | -2.7 | 187.0 | |||||||||
BG02 | 1 | -2.8 | 135.5 | 三期石英脉 (1 274 m) | 包裹体形态较规则,大小为3~5 μm | 10.0 | 6.2 | 83.8 | - | 0.04 | 99.6 |
2 | -2.7 | 135.4 | |||||||||
3 | -2.4 | 130.1 | |||||||||
4 | -2.2 | 130.1 |
样品由中国地质调查局西安地质调查中心实验测试中心测试。包裹体成分测定使用英国Renishaw公司inVia型激光拉曼探针,实验条件:半导体激光器波长514 nm,激光功率30 mW,扫描速度10 s/5次叠加,光谱仪狭缝20 μm,温度23 ℃;湿度65%;均一温度系在显微镜下加热台上观察测试;寄主矿物为石英
图5
图5
流体包裹体岩相学特征图
(a)一期石英脉中孤立分布的椭圆状水溶液包裹体;(b)、(c)二期石英脉中成群分布的椭圆状、不规则状水溶液包裹体;(d)三期石英脉中孤立分布的不规则状、椭圆状水溶液包裹体;V-气相;L-液相
Fig.5
Fluid inclusion petrography feature pattern
图6
图6
流体包裹体激光拉曼图谱
(a)一期石英脉BG01样品;(b)二期石英脉BG09样品;(c)二期石英脉BG03样品;(d)三期石英脉BG02样品。 红色为气相;黑色为液相
Fig.6
Laser Raman atlas of fluid inclusion
本文研究的寄主矿物为石英,其中的包裹体多为原生流体包裹体,在一、二、三期石英脉中均有发育。流体包裹体形状多呈规则椭圆状、似圆状,少量为不规则状,个体较小,大小较均一,多集中在3~5 μm之间。室温下包裹体为气液两相,未见固相,属于富液相包裹体,气、液相比例普遍较小,多在20%~30%之间。液相成分主要为H2O,气相成分以CO2及N2为主,含量占85%以上,其次为CH4及H2。从激光拉曼图谱可以看出,各成矿阶段流体包裹体成分类似,类型较为单一,气相和液相成分均显示为不甚宽缓的水峰,未见其他组分(图6),表明成矿流体为不含NaCl而富含CO2和N2的较均一的热液体系。以上特征总体说明热液主要来源于大气降水,其次为岩浆来源。
一期石英脉中包裹体完全均一温度为309.2~312.5 ℃;二期石英脉中包裹体完全均一温度为187.0~220.1 ℃;三期石英脉中包裹体完全均一温度为130.1~135.5 ℃。总的来说,从早阶段到晚阶段,石英脉中流体包裹体的均一温度从高到低变化,出现310 ℃±、200 ℃±和130 ℃± 3个峰值,总体上表现出中、低温特征。
(4)矿石矿物组合特征。矿石中原生金属矿物主要为黄铁矿,其次为黄铜矿、方铅矿、钛铁矿和菱铁矿等,脉石矿物主要为石英,其次为绢云母、绿泥石、方解石和黏土矿物等;矿石中常见条带状、脉状—网脉状以及后期方解石组成的晶簇状构造;石英矿物具有梳状构造;围岩蚀变主要为黄铁矿化、硅化、绢云母化、绿泥石化和碳酸盐化等中、低温蚀变组合,未见高温蚀变组合。上述特征显示矿石矿物生成于中低温环境。
(5)矿床成因探讨。根据控矿因素和矿石矿物的共生组合特征,结合硫同位素组成、包裹体温度、成分测试结果判断,区内金矿床属于中、低温热液裂隙充填型矿床,金等成矿物质主要来源于岩浆对含矿围岩的萃取,其次为岩浆来源,成矿热液主要来自大气降水,其次为岩浆热液。成矿作用过程大致可划分为4个脉动期次:一期成矿温度为309~313 ℃,二期成矿温度为187~220 ℃,三期成矿温度为130~136 ℃,四期为方解石—石英脉(不成矿)。
成矿时代:①金矿体切穿下石炭统白山组,说明成矿发生在早石炭世之后;②花岗闪长岩体形成于早石炭世中期(李雷[25]测试矿区岩体锆石206Pb/238U年龄为340~341 Ma),金矿体与花岗闪长岩体在时空上密切相关,即金矿成矿年龄与岩体成岩年龄之间存在耦合关系。由此推断460金矿床形成于华力西中、晚期。
成矿过程:区域上的北山北带地区,在泥盆世—早石炭世时期,北侧的西伯利亚(古洋壳)板块与南侧的哈萨克斯坦板块(古洋壳)发生双向俯冲和消减作用[12,16,17,20,31,32]。涉及到本区,随着俯冲作用的进行,伴随有大量中酸性岩浆侵入、喷发,释放出Au、Ag等成矿物质和热液流体,同时提供成矿热源,驱动大气降水循环萃取赋矿围岩下石炭统白山组及中性火山岩中的含矿组分,并与围岩发生了交代反应,形成硅化、绿泥石化和绢云母化等蚀变。含矿热液在向上运移的过程中,由于流体的减压降温,在岩体及下石炭统白山组中的构造破碎带、裂隙内沉淀,形成宽大的贫矿石英脉。随着大气降水的不断加入,在地壳浅部大气降水与含矿热液不断混合,促使含矿热液再次发生运移,在岩体、接触带或早期宽大石英脉内的构造裂隙内沉淀,形成脉状、细脉状或网脉状金矿床。到后期,含矿热液温度不断降低,无法继续萃取围岩中的含矿组分,形成细脉状、网脉状方解石石英脉。
3.2 金矿成矿规律
(1)受NW、NEE向区域性断裂联合控制,矿区发育NEE、NE、NWW-NW和近SN向4组金矿脉,主要发育NEE向矿脉,其次为NE和NWW-NW向,近SN向不发育。矿区西部受NW(F6)及NEE向断裂(F4、F5)联合控制,各组金矿脉均有发育,以NW和NE向为主,其次为NEE向,少见SN向。NW向金矿脉数量少但规模较大,斜列式平行排列,等间距分布;NE向脉体规模较大,基本呈等间距分布;NEE向脉体分布稀少,规模为中等,含矿性较好。矿区东部受NEE向区域断裂(F4、F5)控制,金矿脉密集分布,多呈NEE向展布,平行排列,疏密相间分布,由东向西出现多个金矿脉分布密集区。
(2)金矿脉构造富集部位:①当NEE-NE向与NWW-NW向矿脉交会时,矿体赋存在交会点附近“入”字形的锐角部位。②在走向NE倾向NW与走向NW倾向S的2组矿脉交会点附近“入”字形的锐角部位多有较大规模矿体赋存,矿体的连续性好,延深较大。③金矿脉沿走向、倾向呈舒缓波状变化地段,金矿石较为富集,往往形成厚度大且品位较高的矿体。
(3)金矿化蚀变与华力西期中酸性侵入岩关系密切,矿体与岩体在空间位置上密切相关。矿体主要赋存于花岗闪长岩体内的断裂破碎带中,仅个别产于内外接触带或中下石炭统白山组中。
(4)金矿脉内常见多条含金石英脉,呈透镜状、串珠状尖灭侧现的平行脉体或复脉分布,金富集与石英脉期次关系密切。区内石英脉划分为4个期次:一期石英脉规模大、矿化差,多分布于矿体顶底板或独立存在;二期石英脉含金性最好,金矿化多富集在脉体中、下部;三期石英脉含矿性次之;四期方解石—石英脉规模最小,矿化最差,几乎不含矿。
(5)金的贫富变化与矿石类型、矿石结构构造等因素之间的关系:①金品位与金属硫化物含量呈正相关关系,与黄铁矿关系最密切,且二期黄铁矿含金最好,与黄铜矿、方铅矿关系较密切。②金—多金属硫化物—石英脉型矿石含金性最好,金—黄铁矿—石英脉型矿石含金性较好。③中—细粒结构,条带状、细脉状、团块状构造矿石含金好;自形晶粒状结构和稀疏浸染状结构的矿石含金性差。④围岩蚀变为绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化、硅化和黄铁矿化等低温蚀变矿物组合,含金性较好;表现为钾长石化和黑云母化等中高温蚀变矿物组合,含金性差。
(6)地表化探原(次)生晕异常,特别是以Au为主的异常,与含矿脉体空间位置基本吻合,是寻找金矿脉的明显标志之一。
(7)原生晕岩石地球化学研究表明,在金矿成矿过程中,活动性较强的Hg、As和Sb等元素,倾向于在矿体的前缘富集,形成矿上晕(前晕);Ag、Au、Pb、Zn、Cu、Mo和Bi等成矿元素,倾向于在矿体附近富集,形成近矿晕(矿中晕);活动性较差的Ni、Co和W等元素,倾向于在矿体的尾部富集,形成矿下晕(尾晕)。当蚀变围岩及金矿脉中富集有Hg、As和Sb等元素时,指示其深部可能存在盲矿体。
4 原生晕地球化学测量
选择D348、A112、A106、B211、B204、B250、Q5、Q8、D335和D330等10条金矿脉,利用探采坑道、槽探和钻探工程,在地表及各中段进行岩石原生晕测量,系统测制1∶500岩石地化剖面,圈定各条金矿脉的原生晕异常,研究原生晕在三维空间的浓度分带及组分分带,确定指示元素的分带序列,为攻深探盲提供原生晕地球化学依据。
4.1 样品采集与分析
垂直于金矿脉,按大致40~80 m的间距,在地表、探槽、钻孔及坑道中对应位置布设采样线进行系统采样。单样长度为2 m,单样重量为200~300 g。共采集样品3 592件,由陕西省地勘局汉中地质大队实验室测试分析,分析项目包括Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi、Hg、W、Mo、Ni和Co等13种元素。
4.2 异常下限的确定
表3 各矿脉元素异常下限
Table 3
金矿脉编号 | 异常下限 | ||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Au | Ag | Co | Ni | Cu | Zn | Mo | W | Pb | Bi | As | Sb | Hg | |
A106 | 150 | 200 | 10 | 9 | 80 | 44 | 4 | 1 | 6 | 0.3 | 1.5 | 0.2 | 18 |
A112 | 56 | 105 | 7.7 | 6 | 26 | 38 | 1.5 | 1 | 5 | 0.18 | 0.7 | 0.2 | 10 |
B204 | 200 | 250 | 13 | 17 | 30 | 42 | 2.1 | 0.8 | 4.5 | 0.17 | 1.1 | 0.14 | 40 |
B211 | 50 | 90 | 15 | 16 | 27 | 48 | 1.2 | 0.7 | 4.4 | 0.1 | 1.3 | 0.18 | 9 |
B250 | 150 | 150 | 17 | 18 | 35 | 43 | 0.6 | 0.4 | 3.3 | 0.2 | 1.2 | 0.1 | 14 |
D330 | 48 | 110 | 10 | 17 | 38 | 32 | 1 | 0.7 | 5 | 0.15 | 2 | 0.3 | 20 |
D335 | 110 | 250 | 16 | 35 | 70 | 90 | 2.5 | 2.5 | 22 | 0.5 | 5 | 2 | 40 |
D348 | 35 | 110 | 16 | 30 | 50 | 80 | 1.56 | 2.93 | 20 | 0.48 | 2.1 | 0.34 | 20 |
Q5 | 310 | 580 | 16 | 32 | 145 | 71 | 6 | 2.5 | 15 | 0.5 | 3.5 | 1.4 | 59 |
Q8 | 34 | 580 | 12 | 15 | 120 | 46 | 6 | 1.6 | 6 | 0.1 | 2.5 | 1 | 60 |
Au、Ag、Hg元素含量单位为10-9,其他元素单位为10-6
4.3 异常特征简述
在各中段元素组合原生晕平面、剖面水平投影图上,圈定出Hg、As、Sb的原生晕异常(水平投影),各金矿脉中均圈出多处Hg、As和Sb 3种元素异常,多数为面异常,仅个别为点异常,异常值一般较大,衬度较高,异常面积亦较大。Hg、As和Sb 3种元素异常在空间位置上套合性一般较好。
其余10种元素未圈定异常水平投影图,但从剖面元素含量(异常)及Au线金属量随深度变化曲线图(图7)上可以看出,各条金矿脉中:Ag、Au、Pb、Cu、Mo和Bi等近矿元素异常随深度变化基本与Au线金属量变化同步,个别剖面有超前或滞后现象,而Ni、Co和W等矿尾元素则与Hg、As和Sb等前缘元素明显呈消长相关,W元素与Au线金属量亦呈消长相关。
图7
图7
B204金矿脉B39剖面元素含量及Au线金属量随深度变化图
Fig.7
Variation of B39 profile element content and Au line metal content with depth in B204 gold vein
5 矿产预测
5.1 预测模型的建立
图8
图8
矿区单一成矿期次原生晕异常模式图
Fig.8
Primary halo anomaly pattern of single mineralization period in the mining area
(2)原生叠加晕及构造叠加晕。自然界中多数矿床是含矿热液经多阶段脉动叠加成矿形成的,叠加成矿的同时,必然伴随有叠加成晕作用,形成原生晕叠加结构[7]。研究原生叠加晕的特征,找出某一次或多次脉动成矿阶段形成的矿体与其原生晕的空间位置关系,根据原生晕分布范围和位置,可以预测深部盲矿体出露位置,这就是原生叠加晕法找盲矿的理论基础。
460金矿床严格受断裂控制,矿体上、下盘围岩蚀变不甚发育,研究表明围岩中的原生晕亦不发育,而在金矿脉赋存的构造带内,蚀变强烈发育,原生晕强度高且范围大,特别是前缘晕(Hg)在矿体前缘可达206~345 m。因此,本次研究工作选用金矿脉(构造带)中采集的蚀变叠加样品,强化了原生晕的强度或盲矿预测信息,同时大大减少采样及分析工作量,提高工作效率和找矿效果。
(3)矿体预测主元素的选择。在前缘晕指示元素Hg、As和Sb中,Hg与Au原子序数最靠近,二者关系极为密切。研究表明,本矿区Hg元素往往在矿体上方约200 m处,甚至更远的地方形成浓集晕,且区内金矿脉中Hg元素异常值高,表明原生晕强度高,指示的盲矿预测信息明显,因此,本研究选择Hg作为预测深部金矿体的主元素。而As、Sb元素与Au元素密切程度次之,且区内金矿脉中As、Sb异常值低,原生晕强度较低,指示的盲矿预测信息不甚明显,在成矿预测时只能起辅助作用。
(4)预测模型的建立。原生晕预测的方法很多,本文尝试介绍一种在元素含量深度变化曲线图上,用图解法找出不同元素同一期次成矿的同位点,确定出同位线,从而建立预测模型,并进行深部矿体预测的方法。该方法是由笔者首创的,操作简单且方便实用。①元素含量深度变化曲线。在采样剖面上,以中段垂向标高为纵轴,各采样线上金矿脉(含矿构造带)不同元素的含量均值为横轴,作各元素含量及Au线金属量随深度变化曲线图,平行纵轴标出各元素异常下限线(图7)。②建立金矿脉矿体预测模型。每一次脉动成矿,各元素在构造带的适合位置都会出现一个浓集地段,亦即原生晕,表现在元素含量随深度变化曲线图上,各元素含量就会出现一个峰值。通过研究认为:在元素含量随深度变化曲线图上,不同脉动成矿期,同一元素出现峰值的位置(高程)不同,多期次、多阶段成矿,同一元素就形成不同位置(高程)的峰值点。用图解法找到不同元素同一期次成矿的峰值点(称为同位点),一般只需找出前缘元素Hg、As和Sb的同位点,将各元素的同位点用直线连接起来,称为同位线。研究同位点(线)与已知矿体(或Au线金属量峰值)的对应关系,确定各元素特别是Hg元素同位点与对应已知矿体的垂向距离,建立原生晕预测模型(图9)。这样,根据Hg元素同位点的所处高程,就能预测出盲矿体的出露位置。
图9
图9
B211矿脉16线剖面原生晕预测模型图
Fig.9
Primary halo prediction model for 16-line profile of B211 vein
(5)预测模型的可靠性分析。①野外取样是在已形成的探采工程中进行的,其工程位置由探采设计决定。而各元素异常峰值点是自然形成的,取决于成矿时的流体场及其物化条件。实际中工程的分布与异常峰值点分布位置重合的几率极小,所以准确发现同位点和同位线的几率也非常小。因而,由探采工程采样线获得的同位线、同位点与已知矿体的垂距可能与实际情况存在误差,会影响预测矿体的具体位置。②矿区个别金矿脉由于采样条件所限,获得的成果资料明显不足,很难找到同位点,不能建立该金矿脉独立的原生晕预测模型。这种情况下,可利用其他类似矿脉建立的原生晕预测模型进行预测定位,其可靠程度有待工程验证。③本次原生晕预测模型是建立在假定成矿热液中微量元素完全垂向迁移的基础上,如果成矿过程中存在元素斜向上迁移现象,预测矿体位置有待进一步研究。
5.2 预测操作
在矿体垂直纵投影图或水平投影图上,标出每条采样剖面位置,并绘制每条采样剖面Hg元素含量(异常)随深度变化图,根据Hg元素异常(峰值)位置(采样点位置),并利用确定出的各金矿脉的预测模型(即Hg原生晕异常位置与已知矿体的垂向距离),垂直向下给出预测矿体的上、下界线点在该条采样剖面的位置,依次连接各相邻界线点,圈定预测矿体位置(图10)。
图10
图10
金矿脉原生晕预测矿体垂直纵投影图
(a)B204金矿脉垂直纵投影图;(b)Q5金矿脉垂直纵投影图
Fig.10
Vertical longitudinal projection for predicted ore bodies by primary halo of gold vein
为了提高预测的可靠性,应尽可能多地增加垂向采样剖面。可将诸多不在一条剖面上的取样点连成垂向剖面图,依据取样点Hg原生晕异常(峰值)位置,给出预测矿体的上、下界线点。
5.3 预测成果
本研究工作分别建立了D348、A112、A106、B211、B204、B250、Q5、Q8、D335和D330共10条主采金矿脉的原生晕预测模型,对其进行深部矿体预测。利用72条采样垂向剖面,在10条金矿脉深部共预测出21条盲矿体(表4)。
表4 金矿脉预测矿体成果一览
Table 4
金矿脉编号 | 预测矿体号 | 金矿脉编号 | 预测矿体号 |
---|---|---|---|
B204 | B204-1 | B211 | B211-1 |
Q5 | Q5-1 | B211-2 | |
D330 | D330-1 | D335 | D335-1 |
D330-2 | A112 | A112-1 | |
Q8 | Q8-1 | A112-2 | |
Q8-2 | A112-3 | ||
Q8-3 | A106 | A106-1 | |
D348 | D348-1 | A106-2 | |
D348-2 | B250 | B250-1 | |
D348-3 | B250-2 | ||
D348-4 | 共21条盲矿体 |
5.4 预测矿体工程验证
选择规模较大的B204-1、Q5-1、D330-2和Q8-2共4条预测矿体,布置钻探进行验证。本研究工作结题时,布设的验证工程尚未施工。目前验证钻孔已经施工,在预计标高见矿情况良好。
1.原生晕剖面位置;2.Hg异常剖面;3.已知金矿体;4.采空区;
5.预测金矿体;6.中段;7.见矿钻孔;8.未见矿钻孔;9.设计钻孔
6 结论
(1)460金矿床受NW及NEE向区域性断裂控制,且与华力西期中酸性侵入岩关系密切,金矿脉及矿体主要赋存于花岗闪长岩体内的断裂带,仅个别分布于岩体的内外接触带或白山组中。
(2)金矿脉按走向可划分为NEE、NE、NWW-NW和近SN向4组,以NEE向为主,含矿性好,其次为NE向及NWW-NW向,含矿性较好,近SN向不甚发育。
(3)460金矿床属于中、低温热液裂隙充填型矿床,热液及成矿物质主要来源于大气降水和含矿围岩,其次源于岩浆。大致可划分为4个脉动成矿期,成矿温度范围为130~309 ℃,主成矿温度为130~220 ℃,成矿时代为华力西中、晚期。
(4)通过系统开展岩石地球化学测量,研究各金矿脉原生晕的分带性和构造叠加晕特征。在元素含量随深度变化曲线图上,利用不同元素同一期次成矿形成的同位点,用图解法确定原生晕同位线位置,并建立原生晕预测模型,进行深部盲矿体预测。经预测,矿区10条主采金矿脉深部可能存在21条盲矿体。经初步钻探验证,在预测盲矿体的范围内见矿情况良好。
(5)本次工作仅对矿区100多条金矿脉中的10条主采矿脉进行了原生晕深部盲矿体预测,建议下一步在矿区其他金矿脉推广应用构造叠加晕法,以预测深部盲矿体,扩大找矿成果。
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