陕西凤太矿集区铅锌矿的矿体定位规律研究

曾令高,张 均 ,胡 鹏 ,石 凯

(中国地质大学(武汉)资源学院,武汉 430074)

0 引言

矿体定位规律研究是大比例尺、小范围成矿预测,其核心是查明矿体的空间赋存特征与矿体产出地质环境之间的内在联系,明确矿体局部富集和空间定位的机制,以便为矿区探边摸底提供科学依据。

随着凤太矿集区找矿工作的不断深入,地表矿和浅埋藏矿日趋减少,找矿难度日益加大;现有矿山深部和外围的隐伏矿将成为今后找矿勘查工作中的主要勘查对象。因此,研究凤太矿集区铅锌矿的矿体空间定位规律,对认识区内铅锌成矿规律和指导找矿勘探具有重要意义。

1 成矿地质背景

凤太矿集区位于西秦岭西成—凤太铅锌多金属成矿带东部,呈近EW向展布。区内出露地层以泥盆系为主,其次为石炭系、二叠系、三叠系和白垩系,下古生界有零星分布(图1)。

中泥盆统古道岭组上岩段(D2g2)和上泥盆统星红铺组(D3x)为区内出露的主要地层,是铅锌 矿的主要含矿层位。

古道岭组上岩段为一套灰岩地层。下部为薄层结晶灰岩、含碳灰岩夹钙质含碳千枚岩,中部为中厚层结晶灰岩夹薄层灰岩、生物碎屑灰岩,上部为薄层灰岩夹白云质灰岩;古道岭组上岩段为铅锌矿的主要含矿层位,产有大型层状、似层状矿体。

星红铺组为一套浅变质的泥砂质碎屑岩夹薄层灰岩,分为3个岩性段。上段为绿泥石绢云母千枚岩、绿泥石粉砂质千枚岩,岩性稳定,为赋矿层之上覆岩层;中下段为铁白云质千枚岩、铁白云石绢云母千枚岩、钙质千枚岩,以及少量生物碎屑灰岩、泥灰岩等,层位稳定,底部常由薄层含碳生物碎屑灰岩、碳质千枚岩、硅化灰岩、硅化铁白云质灰岩和硅质岩组成,为铅锌矿的近矿围岩。星红铺组地层与下伏古道岭组呈断层接触关系;局部可见九里坪组覆盖于星红铺组之上,两组地层呈整合接触关系。九里坪组为杂砾岩、砂质灰岩、绢云母千枚岩、泥灰岩以及粉砂岩等组成的杂岩层,赋存有极少量的小型铅锌矿床及矿化点。

区内基本构造格架为古岔河—殷家坝复式向斜,构造线呈NWW向;次级褶皱和断裂发育。次级背斜的虚脱部位为重要的容矿空间,控制了铅锌矿的绝大部分储量。发育的次级同生断裂是热水喷流活动的通道,同时也是矿化的重要场所,其制约了矿化的分布范围和展布型式,铅锌矿化由于受控于这些断裂而具有NWW向的带状分布特征。矿集区南北以深大断裂为界(图1),北部为凤镇—山阳断裂(F1),南部为酒奠梁—狮子坝断裂(F5),两条 断裂自泥盆纪以来长期活动,对泥盆纪的沉积、成矿及后期构造-岩浆演化成矿均具有重要意义,目前发现的重要矿床均分布在两条断裂所限制的区域内[2]。

图1 陕西凤太矿集区地质矿产简图(据李强等(2007)资料修编)Fig.1 The geological sketch of mineral cluster region in Fengtai

区内岩浆活动不太发育,岩浆侵入受控于区域性深大断裂,岩体沿区域构造线方向展布,出露面积较大的仅西坝和何家庄等中酸性岩体,但脉岩(如花岗斑岩、闪长玢岩、煌斑岩)较为发育。

2 矿床空间展布特征

区内铅锌矿床的空间分布具有分带性和集中产出的特点。按矿床产出地理位置和矿化地质特征的不同,区内铅锌矿床大致沿孔管子—松坪复背斜轴分为南、北两个成矿亚带(图2)。八方山、二里河、银母寺、岩房湾等铅锌矿床位于该复背斜的北翼,构成八方山—王家楞矿带,铅锌矿床以遭受印支-燕山期热液强烈改造[3-5]为特征,矿化强度较大,矿石成分复杂;铅硐山、峰崖、手搬崖、银洞梁等铅锌矿床位于复背斜的南翼,构成铅硐山—苇子坪矿带,铅锌矿床经历了较弱的后期热液改造作用,矿化强度相对较小,矿石成分较为简单。

从图2可以看出,区内铅锌矿床的空间展布具有丛聚性分布特征,密集产出于受同生断裂控制的次级热水沉积盆地中,尤其是在 H1和 H2次级断陷海盆中赋存了区内所有大、中型铅锌矿床和绝大部分铅锌储量,H3和 H4次级断陷海盆中有少量的小型矿床及矿化点;热水沉积盆地为铅锌矿床定位的容矿空间,矿床大多分布于热水沉积盆地边缘的斜坡带构造-岩相变化区。区内已探明的主要铅锌矿床均分布在凤镇—山阳断裂以南、西河断裂以西的浅海陆棚及碳酸盐台地相沉积区,集中分布于两个成矿亚带内,两条同生断裂共同制约了铅锌矿床的空间分布格局。区内铅锌矿床的空间展布表现出自西向东铅锌矿化逐渐减弱的趋势;自矿集区西部的铅硐山,东经八方山、银母寺到大黑沟一带,矿床规模表现为大型→中型→中、小型→矿化点的变化趋势,这种规律性的变化正好与泥盆纪时期区内的裂陷活动西强东弱的态势相吻合。

3 矿体定位规律

3.1 地层、岩性对成矿的控制

为了查明铅锌矿体在地层中的空间定位规律,笔者运用 GIS空间分析法对区内出露地层进行了属性分析,将所有地层和铅锌矿床(点)作了面对点的相交分析,结果如图3所示。

从图3可以看出,区内所有铅锌矿床(点)均赋存于不同地层的接触带上,尤其是中泥盆统古道岭组和上泥盆统星红铺组的接触带赋存了区内所有大中型铅锌矿床和大部分小型矿床,铅锌储量占有绝对优势,而在上泥盆统星红铺组和九里坪组的接触带上仅赋存了极个别的小型矿床及矿化点。由此可见,区内的铅锌矿体的空间定位具有明显的层控性,中泥盆统古道岭组和星红铺组是区内最为有利的赋矿地层单元。

图2 凤太矿集区铅锌矿床空间分布略图(据王瑞延等(2007)资料修编)Fig.2 Sketch map showing spatial diatribution of lead-zinc deposits in Fengtai mineral cluster region

图3 凤太矿集区地层控矿信息图Fig.3 The information graph of ore-controlling stratum in Fengtai mineral cluster region

为了进一步明确铅锌矿体在地层中的产出定位规律,笔者在空间分析的基础上利用 GIS的统计功能,统计分析了不同岩性组合中铅锌矿床(点)的产出情况(表1)。从表中可以看出,铅锌矿化对岩性具有明显的选择性,硅质岩、硅化岩和碳质岩石控矿明显,其中以硅质岩最为重要,所赋存的铅锌矿无论在矿床数量上还是在储量上都占有绝对优势,矿床多为大中型。一般来说,面状硅化愈强,碳质千枚岩愈发育,含矿性愈好,容易形成厚富的矿体。由此可见,区内铅锌矿体的空间定位受控于海相碳酸盐岩-硅质岩-泥质岩岩石组合。

表1 凤太矿集区不同岩性组合地层中铅锌矿床产出情况Table 1 Statistics of Pb-Zn deposits in different lithologic associations

3.2 构造对成矿的控制

区内铅锌矿床受构造控制作用明显,主要表现为同生断裂和同沉积背斜对成矿的控制,矿集区南北的深大同生断裂主导了铅锌矿化的展布格局,在有利地层、岩相中的构造组合控制了铅锌矿体的空间定位。区内的同生断裂往往发育在热水沉积盆地边缘斜坡带构造-岩相区岩性变化较大的部位,大致可分为近 EW向、NW-NWW向和NE向3组,它们是深部成岩、成矿物质(含矿流体等)进入古裂谷盆地的重要通道,这些断裂的活动频率和持续时间在一定程度上制约了矿体的时空分布和矿床产出规模,同时由其导致的局部沉积洼地也是赋矿的重要场所,不同方向断裂的交汇部位往往是热水沉积成矿作用的有利地带,并以NW-NWW向断裂最为发育,直接控制了矿化的分布[8]。区内成矿由于受断裂控制明显,具有一定规模的铅锌矿床均产于NWW向与NE向构造的交汇部位,造就了东西成带、北东成行的铅锌矿化成矿结构特征。

为了定量分析断裂构造对矿体空间定位的最佳控制范围,笔者利用GIS空间分析对断裂构造与已知矿床(点)进行了线缓冲区(buffer)分析,根据相应buffer半径所控制的矿产当量与总矿产当量的比值来确定断裂对成矿的最佳控制范围,当buffer半径为8.5 mm(实际距离425 m)时矿产当量比值激增,且所折合的矿产当量已占全区的86%,涵盖了所有大中型和绝大部分小型铅锌矿床,当继续增加buffer半径时所增加的矿产当量已相当微弱,从矿产勘查最优地质效果与经济效果相统一原则来看已不宜扩大勘查范围。由此可以推测断裂两侧约425 m为最佳有效勘查范围,据此半径对断裂进行buffer分析所得的断裂有效控矿影响范围如图4所示。

区内铅锌矿体的空间定位与次级同沉积背斜有着极为密切的关系,矿体严格受控于这些背斜,其形态、产状、厚度规模以及品位变化均与背斜构造空间形态密切相关。控矿背斜常常为一个两翼不对称的紧闭褶皱,倾伏部位和轴向发生变化部位对成矿极为有利,铅锌矿主要赋存于其鞍部及两翼,陡倾斜翼甚至倒转翼矿体厚而富,延深较大,缓倾斜翼则刚好相反,其储量约占此类矿床的70%以上[9],其余的矿体主要呈似层状及透镜状赋存于剥离空间上盘的千枚岩及下盘的生物礁灰岩中。铅锌矿体的空间定位由于严格受同沉积背斜构造控制,因而其在剖面上的形态常呈“八”字型、“抛物线”型、“新月”型和“M”型产出[10],在鞍部厚大而向两翼迅速尖灭,表现为膨大尖灭的变化特征。

同沉积背斜的形成过程与铅锌矿化的关系十分密切,在沉积作用阶段生物礁的存在为热水沉积成矿作用提供了各种有利条件,在改造作用阶段由于褶皱作用而在同沉积背斜鞍部产生了大规模剥离空间,为矿体的规模性富集提供了有利场所[9,11]。同时,由于古道岭组灰岩与星红铺组千枚岩的岩性、物化性质的差异,在其接触部位产生大量的层间滑动断层,它们为含矿热液的规模迁移提供了重要通道,同时也是区内铅锌矿体最为直接的控矿断裂,定位于其两侧450 m范围内的铅锌矿体的金属储量占全区探明储量的80%以上。

图4 凤太矿集区断裂构造有效控矿范围分布图Fig.4 Control range of faults on ore in the Fengtai mineral cluster region

3.3 矿体的空间定位规律

区内铅锌矿体的空间定位严格受中、上泥盆统控制,硅质岩、硅化灰岩以及碳质千枚岩等为矿体的直接容矿岩石,铅锌矿化受控于被动大陆边缘碳酸盐台地相的生物礁-硅质岩-泥质岩岩石组合,矿体形态比较简单,主要呈层状、似层状、鞍状、透镜状等,与围岩基本整合产出;局部出现脉状、不规则状矿体与围岩呈不整合或切层关系,其往往为后期热液作用的产物。铅锌矿体主要赋存于古道岭组顶部灰岩与星红铺组底部千枚岩岩性接触界面的背斜虚脱空间及其附近围岩中,具体赋矿部位包括古道岭组靠近接触带灰岩地层、两组地层岩性接触带虚脱空间和星红铺组靠近接触带的千枚岩地层(图5)。其中背斜虚脱空间为主要的赋矿空间,矿体厚大完整,赋存了整个矿床的绝大部分金属储量。单个矿床往往包含大小悬殊的若干个矿体,主矿体常由1个或2个最大的矿体组成,具有较大的延长与延深比值,如铅硐山有10个矿体,Ⅰ号和Ⅱ号构成的主矿体金属储量占整个矿床的90%以上,Ⅰ号矿体延长是延深的2.35倍,这种现象也出现于八方山等矿床[9]。八方山铅锌矿体严格受同沉积背斜控制,矿体赋存于其鞍部而向两翼迅速尖灭,而沿轴部可延长数千米。掌握上述矿体空间定位规律有利于指导一系列矿床规模扩大及新矿化地段的发现,如在八方山矿床的东延部位发现了二里河矿床。

区内铅锌矿床矿化强度、品位与矿体厚度及印支-燕山期的热液改造程度密切相关。经历了强烈的改造作用的矿床 (如二里河铅锌矿床),矿化富集程度与矿体厚度呈正相关,往往在同沉积背斜鞍部的虚脱空间形成厚富的矿化浓集中心,Pb-Zn品位在垂向上具有从深部向浅部逐渐增高的趋势;而仅经历了弱改造作用的矿床 (如铅硐山铅锌矿床),矿化富集程度则与矿体厚度大致呈负相关,矿体具有厚而贫、薄而富的矿化特征,在垂向上,Pb和Zn的富集区一般互不重合,具有上Zn下 Pb的矿化富集格局,一般来说,矿化在顶、底板较富,中部较贫。

3.4 矿体的侧伏规律

矿体的侧伏规律是指矿体的产状特征及其组合关系,是矿体空间定位规律研究的重要内容。确切把握矿体的侧伏规律可以较好地指导区内成矿预测工作,尤其是对已知矿床开展大比例尺定位预测起着至关重要的作用,对指导矿山深部隐伏矿体定位预测和新矿化带的发现具有重要意义。

图5 凤太矿集区铅锌矿床矿体赋存部位示意图Fig.5 The schematic diagram of ore-body location for lead-zinc deposits in Fengtai mineral cluster region

区内铅锌矿体具有明显的侧伏特征,矿体的空间定位表现出了规律性的侧伏,在南北矿带中矿体呈现出相背侧伏的展布规律。为了确切证实这一地质现象,笔者选取了区内勘查程度最高的2个典型矿床的部分勘探线剖面进行了综合研究(图6),区内铅锌矿体具有十分明显的侧伏特征,以铅硐山铅锌矿床为代表的南矿带矿床中矿体表现出向西侧伏的态势,随着埋藏深度的增加,矿体遭受后期风化剥蚀影响越小,矿体的完整程度增高,矿体规模呈现出增大的趋势,尤其是南翼矿体变得完整而具有较大的延深,但与此同时Pb-Zn品位也呈现出急剧降低的趋势;而以八方山—二里河铅锌矿床为代表的北矿带中的铅锌矿体则表现为向东侧伏的特征,随埋藏深度增加矿体规模逐渐变小,矿石品位下降不太明显。

凤太矿集区内的铅锌矿体具有侧伏规律的认识,目前已运用到区内的铅锌找矿工作中,并取得了一些突破,如长沟—核桃沟铅锌矿床的发现就得益于侧伏规律的指导。

图6 凤太矿集团铅锌矿床矿体侧伏规律示意图Fig.6 The schematic diagram of orebody plunge pattern for lead-zinc deposits in Fengtai cluste region

4 结语

区内铅锌矿化表现出“一区二带多中心”的总体展布格局,矿体的空间定位呈现出明显的规律性,地层控矿性明显,铅锌矿化对岩性具有明显的选择性,铅锌矿体定位于有利的断裂-褶皱构造组合,在空间上表现出沿岩性界面分布,在次级同沉积背斜转折端富集,南北两带相背侧伏的空间定位规律。基于对矿体空间定位规律的新认识,区内的找矿工作取得了较好的成效。

致谢:在野外调研及资料搜集过程中,得到了西北有色717队的领导、同仁们无私的指导和帮助,在论文完成之际得到了课题组成员的大力帮助和支持,在此一并表示感谢!

[1] 李强,薛春纪,刘淑文,等.南秦岭凤县八方山—八卦庙 Pb-Zn与Au矿化的共生/共存关系研究[J].地质论评,2007,53(1):65-73.

[2] 钟建华.陕西秦岭泥盆系区域成矿大地构造演化[J].大地构造与成矿学,1997,21(3):242-249.

[3] 刘建宏,张新虎,赵彦庆,等.西秦岭成矿系列、成矿谱系研究及其找矿意义[J].矿床地质,2006,25(6):727-734.

[4] 卢欣祥,李明立,王卫,等.秦岭造山带的印支运动及印支期成矿作用[J].矿床地质,2008,27(6):762-771.

[5] 姚书振,丁振举,周宗桂,等.秦岭造山带金属成矿系统[J].地球科学——中国地质大学学报,2002,27(5):599-603.

[6] 王瑞廷,王涛,高章鉴,等.凤-太多金属矿集区主要金属矿床成矿系列与找矿方向[J].西北地质,2007,40(2):77-84.

[7] 曹新志,高秋斌,徐伯骏.矿区深部矿体定位预测的有效途径研究——以山东招远界河金矿为例[M].武汉:中国地质大学出版社,2001.

[8] 贾润幸,隗合明,郭健.秦岭凤太矿田金属成矿系列初探[J].西北地质科学,1999,20(2):42-50.

[9] 王集磊,何伯犀,李健中,等.中国秦岭型铅锌矿床[M].北京:地质出版社,1996.

[10] 李建华.陕西省凤太地区新一轮铅锌找矿前景预测[J].有色金属矿产与勘查,1999,8(6):666-668.

[11] 何进忠,姚书振,彭德启,等.西秦岭地区生物礁与铅锌矿关系的再认识[J].地球学报,2008,29(1):61-71.