安徽宁国石口金矿找矿前景——来自Ⅲ矿化带地球化学原生晕的证据

肖万峰,洪大军,张 旭,陈科夫,刘 宏,雷丁尔

(1.安徽省勘查技术院,安徽 合肥 230041;2.安徽省地质调查院,安徽 合肥 230001)

钦杭成矿带是华南地区最重要的内生金属成矿带,其北东段发育一批超大型、大中型的铜金多金属矿床[1]。皖南地区正位于钦杭成矿带的北东段,具有较好的金矿潜力,区内已经发现天井山金矿、璜尖金矿、东山坞金矿等众多小型矿床或矿化点,但未获得大型矿产地[2-3]。因此,中国地质调查局及安徽省公益性地调中心在该区部署了一系列地质矿产勘查项目,力求在该地区取得金矿找矿勘查突破。石口金矿是近年来新发现的具有较好找矿潜力的独立岩金矿,初步估算金资源量1.1吨,已达小型金矿床规模,现有资料表明石口金矿Ⅲ矿化带存在有较大的找矿空间[4]。

矿床勘查实践表明,矿体周围发育的地球化学原生晕特征,是判断矿体剥蚀程度、推测隐伏矿体进行深部找矿预测的一个有效方法[5]。根据研究区找矿勘查工作的实际需要,在前人研究的基础上,本文以土壤地球化学测量及岩石原生晕分析为支撑,探讨石口金矿的找矿潜力,为矿区下一步找矿勘查工作及皖南地区金矿床勘查研究工作提供参考。

1 地质背景

研究区在大地构造上位于扬子板块东南边缘、江南造山带北东端(图1(a)),分别以江山—绍兴缝合带、江南断裂为界与华南板块、长江中下游南缘冲断带南北相邻[6]。地层属扬子地层区江南地层分区广德—休宁地层小区,出露有元古宙—中生代地层(图1(b)),元古宙浅变质岩系构成变质基底,震旦纪—奥陶纪海相沉积、侏罗纪—白垩纪陆相地层等构成沉积盖层[7]。出露地层由老到新依次为:皮园村组、荷塘组、杨柳岗组、华严寺组、西阳山组、印渚埠组、宁国组、胡乐组、砚瓦山组、黄泥岗组和长坞组,岩性主要为碳酸盐岩、硅质岩、泥(页)岩等。

1.侏罗纪—白垩纪陆相沉积盖层;2.震旦纪—奥陶纪海相沉积盖层;3.元古宙浅变质岩系;4.燕山期花岗岩;5.燕山期花岗闪长岩;6.晋宁期花岗斑岩;7.晋宁期花岗闪长岩;8.蛇绿构造混杂岩;9.区域断层及其编号;10.韧性剪切带;F1.绩溪—宁国断裂;F2.乐安江断裂;F3.西天目山断裂;F4.皖浙边界断裂;F5.三阳断裂;F6.浙西断裂;F7.祁门—潜口断裂图1 皖南石口地区大地构造位置图(a)和区域地质构造略图(b)[7-8]Fig. 1 Geotectonic map (a) and regional geological sketch (b) of Shikou, South Anhui[7-8]

受多期次的构造运动影响,区域地质构造复杂,发育一系列不同规模的褶皱、断裂,形成了以NE向构造为主体的格局。区内褶皱有两期,早期有石口背斜,晚期为大石岩背斜。较大断裂有F1、F2、F3、F7、F9,其中断裂F9为区域绩溪—宁国断裂在区内出露部分;断裂F1斜贯矿区,总体倾向SW,局部倾向NE,倾角37°～62°,是区内重要的控矿构造。岩浆岩主要分布于安徽南部和皖浙赣交界处,为晋宁期和燕山期中酸性岩[7]。区内无大规模岩体出露,仅见有闪长玢岩岩脉沿NE向断裂充填。

1.第四纪沉积物;2.晚奥陶世长坞组;3.晚奥陶世黄泥岗组;4.晚奥陶世砚瓦山组;5.早—晚奥陶世胡乐组;6.早—中奥陶世宁国组;7.早奥陶世印渚埠组;8.晚寒武世—早奥陶世西阳山组;9.晚寒武世华严寺组;10.中寒武世杨柳岗组;11.早寒武世荷塘组;12.晚震旦世—早寒武世皮园村组;13.闪长玢岩岩脉;14.断裂破碎带;15.地质界线;16.逆断层;17.正断层;18.性质不明断层;19.推测断层;20.背斜;21.褶皱期次及编号;22.金矿(化)体及编号图2 安徽宁国石口金矿地质图[9]Fig. 2 Geological map of the Shikou gold deposit in Ningguo City, Anhui Province [9]

(a).钻孔岩心;(b).含金黄铁矿化构造角砾岩图3 断裂F1岩石特征照片Fig. 3 Featured photos of rocks from Fault F1

区内共发现规模不等的金矿(化)体9个,主要呈透镜状、似层状产于NW向或NE向断层破碎带中或旁侧,围岩蚀变主要为碳酸盐化、硅化。矿石类型主要为断裂角砾岩型,金属矿物为黄铁矿、毒砂和金,脉石矿物为石英、方解石、绢云母和黏土矿物,矿石结构主要为它形粒状结构,构造为脉状构造、角砾状构造和浸染状构造[9],初步研究结果表明区内金矿成因类型属于热液型金矿。

2 Ⅲ矿化带特征

Ⅲ矿化带是研究区内最重要的矿化带,主要受断裂F1控制(图2)。断裂F1在走向上延伸稳定,长达3 km,下盘为荷塘组—西阳山组,上盘为西阳山组—长坞组。断裂F1在太子湾一带发育宽约100 m的破碎带,产状235°∠67°,断裂面粗糙不平,零星可见粗短擦痕,带内主要为碎裂状钙质泥岩、构造角砾岩(图3(a)),普遍发育硅化、绢云母化及黄铁矿化(图3(b)),角砾多呈不规则棱角状,大小混杂,数毫米到数厘米不等,杂乱分布,多为石英脉、方解石脉胶结[9]。

目前,Ⅲ矿化带内共发现金矿体2个,分别为Ⅲ-①、Ⅲ-②号矿体。Ⅲ-①号矿体产状为212°∠60°～62°,呈似层状,走向延伸>100 m,控制深部延伸约110 m(根据钻探工程的见矿情况推断)。矿体单工程厚度1.33～1.80 m,矿石品位为(0.97～3.57)×10-6。矿体由含金断裂角砾岩组成,其顶底板为断裂角砾岩或硅化泥岩。Ⅲ-②号矿体产状为206°～224°∠57°～79°,沿断裂带波状起伏,走向延伸>200 m,控制深部延伸约130 m(根据钻探工程的见矿情况推断),局部有分支、复合(图4)。矿体单工程厚度1.17～6.7 m,矿石品位为(1.07～1.95)×10-6。矿体由含金断裂角砾岩组成,其顶底板为断裂角砾岩或硅化泥岩。

3 岩石原生晕特征

3.1 样品采集与测试

本次工作共采集岩石原生晕分析样品79件,分别采自钻孔ZK801、ZK802,按照5～10 m的间距自上而下连续采样合并组成一个样品,矿化、蚀变部分加密取样,采样不跨层,样品重>150 g。

样品的测试由安徽省地勘局313地质队实验室完成,测试元素为Au、Ag、As、Sb、Cu、Pb、Zn、Hg、F、W、Mo、Sn、Bi,测试方法为化学光谱法、发射光谱法、催化极谱法、离子选择电极法、原子荧光光谱法、等离子体发射光谱法,测试仪器为BS-124S分析天平-1、Z-5000原子吸收分光光度计-2和ELEMENT-Ⅱ高性能高分辨等离子质谱仪,检出精度优于10-9,相对标准偏差(RFB)控制在3%以内,检测环境温度24 ℃,湿度50%。

1.早奥陶世印渚埠组;2.晚寒武世华严寺组;3.残坡积:4.泥岩;5.硅质泥岩;6.灰岩;7.构造角砾岩;8.硅化;9.实测断层/推测断层;10.推测地质界线;11.钻孔位置及编号;12.产状;13.矿体及编号图4 石口金矿8线勘探线剖面图Fig. 4 Geological section along the exploration line 8 of the Shikou gold deposit

3.2 元素统计分析特征

分析元素间的相关性能更好地找出特征指示元素,为此,通过SPSS统计软件对钻孔岩石原生晕样品分析数据进行相关性分析[5, 10]。相关性分析结果显示(表1),主成矿元素Au与元素As、Ag、Sb表现出显著的正相关,此外挥发份F还可作为特征指示元素。

表1 石口金矿原生晕元素相关系数矩阵

R型聚类分析的结果(图5)显示,Zn具有一定的独立性,当相似系数取0.5时,13种元素可分为3个元素组合,分别为Ⅰ:Au、As、Ag、F、Sb、Sn、W元素,Ⅱ:Cu、Bi、Mo、Hg、Pb元素,Ⅲ:Zn元素;当相似系数取0.6时,Au、As、Ag、F、Sb仍为一个元素组合。以上结果说明成矿元素Au与元素As、Ag、Sb等密切程度较高。

图5 石口金矿原生晕元素R型聚类分析图Fig. 5 R-type cluster analysis results of primary halo elements in Shikou gold deposit

利用R型因子分析进行降维处理,从众多变量中提取出起主导作用的因子,在地质应用上可用来解释元素共生组合和成因联系[5]。为了进一步探讨元素的分类关系,利用SPSS统计软件对数据进行R型因子分析。

首先,进行KMO和Bartlett检验(表2),以判别数据是否符合进行因子分析的条件[5,10]。当取样足够度的KMO度量值>0.7,意味着变量间的相关性强,变量适合作因子分析[11]。而当Bartlett的球形检验Sig.值<0.05时,数据才有结构效度,才具备因子分析的条件[12]。根据表2结果,取样足够度的KMO度量值为0.758(>0.7),Bartlett的球形检验Sig.值为0(<0.05),因此可以对研究区原生晕元素数据进行因子分析。

表2 石口金矿原生晕元素因子分析KMO和Bartlett的检验[10]

其次,利用主成分分析法所得因子的初始特征值及方差贡献值[10](表3),从中可以看出没有一个因子的方差贡献率超过50%,说明很难找到一个因子来表征各元素的综合信息,因此利用初始特征值>1来提取前4个因子[13],其累计方差贡献率达到了81.750%,说明提取的4个因子可以表征13种元素的主要信息。

表3 石口金矿原生晕元素因子分析方差累计表[10]

最后,利用最大分差法所得因子旋转成分矩阵[10](表4)。由表4发现各因子的成分组成情况为,F1因子:Au、As、Ag、F、Sb元素;F2因子:Cu、Bi、Mo、Hg、Pb元素;F3因子:W、Sn元素;F4因子:Zn元素。由此可以看出,F1—F4因子的组成和R型聚类分析的结果相互映证,同R型聚类分析中相似系数取0.6时的分类结果一致。4个因子可能代表了4个主要的成矿阶段,揭示了石口金矿可能经历了多期多阶段的成矿作用,F1因子代表了金多金属硫化物成矿过程,其中Au、As、Ag、Sb元素是典型的元素共生组合,其他三者在剖面上的异常分布情况,一定程度上可以指示Au成矿的可能性。

表4 石口金矿原生晕元素因子分析旋转成分矩阵表[10]

3.3 原生晕轴向分带序列

利用热液矿床原生晕的分带性,可以评价原生晕的含矿性,确定矿体的深度,对矿床的远景及矿体位置做出预测[14]。利用改良的格里戈良分带指数法[15]对ZK801、ZK802钻孔岩石原生晕分带序列进行计算,所得结果如表5所示。根据最大的分带指数所在水平及分带指数变化梯度差得到以上钻孔的原生晕轴向分带序列分别为:

表5 石口金矿原生晕轴向分带序列计算结果[15]

(1)ZK801：Sn-Sb-F-Au-Ag-As-W-Pb-Cu-Mo-Hg-Zn-Bi。

(2)ZK802:Bi-Sn-W-Cu-Ag-Sb-Au-As-Pb-Mo-Zn-Hg-F。

对比中国原生金矿床综合轴向分带序列[16],我们发现以上钻孔的原生晕轴向分带序列并未严格按照由浅到深依次出现B-As-Hg-F-Sb-Ba(矿体上部及前缘)-Pb-Ag-Au-Zn-Cu(矿体中部)-W-Bi-Mo-Mn-Ni-Cd-Co-V-Ti(矿体下部及尾晕)的元素分带序列,具体的表现为:

(1)ZK801：尾晕元素Sn出现在序列前端,W出现在序列中部,前缘晕元素Hg、近矿晕元素Zn出现在序列尾部。

(2)ZK802：尾晕元素Bi、Sn、W出现在序列前端,前缘晕元素Sb、As出现在序列中部,Hg、F出现在序列尾部。

2个钻孔的原生晕轴向分带序列特征显示,矿体极有可能为多期叠加形成,主矿体集中在剖面中上部;尾晕元素出现在序列前端呈现“反分带”,指示矿体向下延伸,深部可能具有一定的金矿成矿潜力[16]。

4 找矿前景

4.1 外围找矿潜力

1∶1万土壤地球化学调查结果[17]显示,Ⅲ矿化带内分布HT-2、HT-4等2个综合异常,沿NW向断裂F1呈串珠状分布,为Au-Ag-As-Sb元素组合(表6,图6),各异常元素套合较好、规模大、连续性好、浓集中心明显,均发育Au元素的三级浓度分带。各综合异常区内的探槽工作揭露了一些金矿化线索,并通过钻孔在深部发现并控制了Ⅲ-①、Ⅲ-② 等矿体,以上结果表明HT-2、HT-4综合异常为矿致异常。目前已有工程控制的矿体仅限于HT-2、HT-4综合异常一级分带范围内,岩石剖面测量结果显示这两个综合异常的二、三级分带范围内同样具有较好的找矿潜力,但现有的探槽、钻探等工程对矿体在走向上的延伸情况控制程度较低,因此，下一步勘查工作可以考虑沿Ⅲ-①、Ⅲ-② 矿体走向进行追索。

表6 石口金矿Ⅲ矿化带各元素地球化学异常特征

1.早—中奥陶世宁国组;2.早奥陶世印渚埠组;3.晚寒武世—早奥陶世西阳山组;4.晚寒武世华严寺组;5.中寒武世杨柳岗组;6.地质界线;7.实测断层;8.推测断层;9.金矿体及编号;10.土壤地球化学测量综合异常及编号图6 石口金矿Ⅲ矿化带Au(a)、Ag(b)、Sb(c)和As(d)异常图Fig. 6 Au (a), Ag (b), Sb (c) and As (d) anomalous maps of the Ⅲ ore section in Shikou gold deposit

4.2 深部找矿前景

在R型因子分析中,因子得分即为因子在各样品中的取值,因此可根据R型因子得分讨论地质成因过程在剖面上的演化规律[18]。表5中F1因子代表的是Au-Ag-As-Sb元素组合,其得分反映了金成矿作用在空间上的分布规律(图7)。由图7可知:①在标高150～100 m内(图中蓝框区域)F1因子得分异常发育,是Ⅲ-②号矿体所在位置;②在标高100 m以深(现有钻探工程控制的矿体底部,图中绿框区域),F1因子得分的异常等值线未封闭、有向下延伸的趋势,说明深部具有良好的找矿前景,下一步勘查工作应继续对Ⅲ-②号矿体深部进行控制。

1.推测断层;2.钻孔位置及编号;3.矿体及编号;4.实际见矿范围;5.预测见矿范围图7 石口金矿8号勘探线F1因子得分等值线图Fig. 7 Contour map of F1 factor score of exploration line 8 in the Shikou gold deposit

5 结论

(1)通过统计分析,认为主成矿元素Au与元素As、Ag、Sb密切相关,挥发份F可作为特征指示元素,F1因子(Au、As、Ag、F、Sb元素组合)代表了金多金属硫化物成矿过程。

(2)原生晕轴向分带序列同中国原生金矿床综合轴向分带序列出现差异,说明矿体极有可能为多期叠加形成,尾晕元素出现在序列前端,指示深部具有一定的金矿成矿潜力。

(3)1∶1万土壤地球化学调查结果显示,Ⅲ矿化带已有矿体沿着走向仍有进一步的找矿空间;F1因子得分的空间分布表明,Ⅲ-②号矿体标高100 m以深具有良好的找矿前景。

致谢：本文野外工作得到了安徽省公益性地质调查中心及安徽地质调查院领导的大力支持与指导,匿名审稿专家及编辑为完善本文提出了宝贵的意见,在此表示衷心的感谢!