庐枞盆地北东缘西湾铅锌矿床原生晕地球化学特征及其对矿体圈连的指示意义

张建明,肖 涛,程培生,王芝水,李 壮,杜东旭

(1.安徽省勘查技术院,安徽 合肥 230031;2.江西省地质矿产勘查开发局物化探大队,江西 南昌 330009)

原生晕指成矿作用过程中与矿体同时形成且分布于矿体周围的某些元素的地球化学异常[1-3]。20世纪80年代以来,国内外学者通过对原生晕进行研究,发现热液矿床原生晕具有明显的分带规律,即每个矿体都有独特的前缘晕、近矿晕和尾晕[4-7]。目前,国内原生晕找矿主要应用于金矿床[8],在铅锌矿床中的应用较少。

庐枞盆地是长江中下游多金属成矿带的重要组成部分,区内铁、硫、铜及明矾石等矿产分布较广[9-20]。西湾铅锌矿床位于庐枞盆地北东缘,2010年开始,在系统总结区域成矿地质条件、成矿规律及控矿因素等基础上,安徽省勘查技术院通过大比例尺地磁、重力测量、综合物探剖面测量及钻探等勘查工作,在西湾地区孟湖里一带发现了首个产于三叠纪东马鞍山组灰岩中的西湾大型铅锌矿床。该矿床虽已具大型规模,但研究程度较低。本文通过对西湾矿区岩石样品进行测试,采用聚类分析和因子分析等相关统计分析方法，分析成矿元素与成晕元素之间的关系。以16号勘探线为例进行钻孔原生晕地球化学特征研究,圈定地球化学异常,建立地球化学找矿预测标志,进一步指导矿体圈连,为深部找矿和隐伏矿预测提供依据,为庐枞盆地北东缘找矿勘查提供参考资料。

1 区域地质背景

庐枞盆地地处扬子地块北缘、郯庐断裂带南段,位于长江中下游断陷带内,是长江中下游成矿带的重要矿集区之一。中生代,该区进入强烈的板内变形阶段,发生了强烈的构造-岩浆活动,形成了一系列NNE向—NE向构造岩浆带,发育丰富的铁、铜、金等矿产[19-20]。

庐枞盆地地层主要为中三叠统—第四系,可分为基底地层、火山岩盖层、白垩系红层及第四系。断裂主要有NE向、NW向、近SN向和EW向深断裂,这些不同方向的断裂构成了该区独特的网络状断裂体系[18]。盆地基底隆起、火山机构及其派生的环状及放射状断裂是重要的控岩、控矿构造。岩浆作用主要为燕山期火山岩-次火山岩活动及大规模的岩浆侵入活动,岩浆活动具多期次特点,岩石类型主要为中基性、中性、中酸性、中偏碱性火山岩[18]。区内主要金属矿产成矿均与燕山期岩浆活动和演化有关,盆地内及其周边已发现罗河、泥河、龙桥等大型铁矿及岳山铅锌矿、朱岗铅锌矿等,西湾铅锌矿床位于岳山铅锌矿床北东4 km处、朱岗铅锌矿床北东7 km处。

2 矿床地质特征

西湾铅锌矿床位于黄姑—黄泥岗—祈雨山背斜核部及其南东翼,为第四系覆盖区。下伏地层主要为中三叠世东马鞍山组(T2d)、铜头尖组(T2t)和早白垩世龙门院组(K1l),地层总体走向NE,倾向SE(图1)。受断裂及基底隆起影响,孟湖里一带局部地层倾向NW,倾角15°～30°。根据综合物探和钻探资料推测,矿区NE向断裂有4条(F1、F2、F3、F4),是砖桥—黄屯—蜀山—杨桥基底断裂及其次级断裂在矿区的反映;NW向断裂有1条(F5),是庐江南—蜀山基底断裂(洪巷断裂)在矿区的反映(图1)。推测孟湖里一带存在基底(膏岩层)隆起,局部形成小褶曲。矿区岩浆岩不发育,主要有西南部粗安斑岩和中北部周杨村闪长岩等。

图1 西湾矿区基岩地质简图Fig. 1 Geological sketch map of bedrock in Xiwan mining area

西湾铅锌矿床为隐伏矿床,共圈定4个主矿体(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ),以铅锌矿为主,个别为单铅或单锌矿体,局部含硫铁矿、重晶石矿。矿体主要赋存于中三叠世东马鞍山组角砾状灰岩及其上部次火山岩、龙门院组火山岩与东马鞍山组灰岩接触带附近,下部白云质灰岩、膏溶角砾岩中也有脉状铅锌矿(化)体分布(图2)。矿体形态呈“V”型,整体走向NEE(近60°),倾向NW,倾角2°～62°,呈带状展布;矿体规模、大小不一,具膨胀、收缩、尖灭再现、分叉现象,呈似层状、透镜体、薄板状产出。矿石矿物成分简单,金属矿物主要为闪锌矿、方铅矿,其次为黄铁矿及少量黄铜矿、自然银等;非金属矿物除原岩蚀变矿物及交代残余矿物外,还有长石、方解石、硬石膏、重晶石、石英等。

图2 西湾铅锌矿纵Ⅱ线地质剖面图Fig. 2 Geological section of line Ⅱ in Xiwan lead-zinc deposit

3 样品采集及分析测试

对西湾铅锌矿区钻孔进行岩石样品采集,钻孔位置见图1。根据不同岩性、矿化及蚀变分别采样,采用连续捡块法,基本样长10 m,矿化蚀变较强区段加密采样,基本样长5 m。样品加工及测试在自然资源部合肥矿产资源监督检测中心完成,严格按照《DZ/T 0248—2014岩石地球化学测量技术规程》[21]执行。样品分析采用火焰原子吸收分光光度法分析Cu、Zn,原子荧光光度法分析As、Sb、Bi,直读发射光谱法分析Ag、Pb、Mo,石墨炉原子吸收分光光度法分析Au,催化极谱法分析W。各元素分析方法的检出限及报出率均满足规范要求,分析质量符合要求。

4 元素相关性分析

4.1 地球化学背景

共采集西湾矿区钻孔原生晕岩石样品1 680件,经参数统计(表1)并与安徽省扬子地层区表壳丰度值[22]进行对比,发现研究区Pb、Zn、Ag、Sb为强富集(c1≥2), As、Cu、W、Mo为较强富集(1.25≤c1<2),Au为基本相当(0.8≤c1<1.25),Bi为强贫化(c1<0.4);As、Sb、Cu、Ag、W为强分异(cv≥0.7),Pb、Zn、Bi、Mo、Au为较强分异(0.4≤cv<0.7)。综上所述,西湾铅锌矿区Ag、Sb具高背景强分异特征,Pb、Zn具高背景较强分异特征,As、Cu、W具较高背景强分异特征,Mo具较高背景较强分异特征。

表1 西湾矿区岩心样品地球化学参数统计结果

4.2 聚类分析

对西湾铅锌矿区1 680件钻孔原生晕样品分析数据进行R型聚类分析(图3)。当相关系数R=0.42时,As、Sb、Pb、Zn、Ag、Mo聚为一类,Cu、Au、Bi、W聚为一类;当相关系数R=0.485时,Ag、Pb、Zn聚为一类,Sb、As聚为一类,Mo、Cu、Au、Bi、W聚为一类。结合地质背景,认为研究区Pb、Zn、Ag为主成矿元素组合,As、Sb、Mo为相关指示元素组合,Cu、Au、Bi、W与铅锌矿成矿无关。

4.3 因子分析

因子分析可以分析成晕元素的共生组合关系,可以反映矿床成因并指导找矿勘查工作[2]。研究区10个元素因子分析结果(表2)表明,F1因子由与成矿作用关系较密的Pb、Zn、Ag、As、Sb、Mo组成,F2因子由与成矿无直接关系的Cu、Au组成,F3因子由Bi组成,F4因子由Zn组成,F5因子由W组成,Zn同时出现在F1因子和F4因子中,说明Zn成矿具多期次多阶段性。可见,因子分析结果与R型聚类分析结果基本一致。

注:1 680件岩石光谱样在置信度95%时,相关系数临界值为0.047 826 5;在置信度90%时,相关系数临界值为0.040 144。图3 西湾铅锌矿指示元素聚类分析谱系图Fig. 3 Hierarchical cluster graph of the indicator elements in Xiwan lead-zinc deposit

表2 西湾矿区指示元素正交旋转载荷矩阵

5 原生晕分带特征

原生晕是赋存于基岩中的由成岩成矿作用引起的岩石地球化学异常[2-3]。原生晕研究是建立在热液矿床原生晕轴向分带理论[23]基础上,以相关元素分带特征为研究对象,探讨其与成矿的相关关系。本文以西湾铅锌矿床16号勘探线为例进行原生晕特征研究。

5.1 浓度分带特征

研究浓度分带的前提是确定合理的异常下限,运用地球化学勘查数据一体化处理系统(Geochem Studio软件) 对样品进行数据处理,成矿元素(Pb、Zn、Ag)异常下限采用《热液矿床岩石测量(原生晕法)找矿》[3]中的异常圈定方法圈定原生晕异常浓度分带,即以各元素最低工业品位下推一个数量级后含量值的四分之一为异常下限,以异常下限1、2、4倍分别圈定异常的3个浓度分带(表3)。其他指示元素(As、Sb、Bi、Au、Cu、W、Mo)确定异常下限的步骤如下:① 运用迭代剔除法按平均值±3倍标准离差法逐步剔除数据的离群值,直到剔除后的数据基本符合正态分布;② 对剔除离群值后的数据进行统计分析,采用算术平均值+2倍标准离差为异常下限值,结合区域地壳元素丰度值选取合适的异常下限圈定异常;③ 按照异常下限的1、2、4倍分别圈定异常的3个浓度分带(表3)。异常下限的算法和内、外带的划分并非一成不变,实际成图中需不断调试,使各元素在原生晕剖面图上突显最佳分带效果。根据异常浓度分带值分别绘制西湾铅锌矿16号勘探线原生晕地球化学异常剖析图(图4)。

表3 西湾矿区原生晕异常浓度分带值统计结果

图4 西湾铅锌矿床16号勘探线及原生晕地球化学异常剖析图Fig. 4 Analysis of geochemical anomalies of the primary halo on the exploration line 16 of the Xiwan lead-zinc deposit

(1)As、Sb浓度分带清晰,中、外带异常面积较大,内带异常面积较小,三级浓度分带齐全且展布特征相似。内带异常与铅锌矿体对应,为矿体的反映。

(2)Pb、Zn、Ag浓度分带清晰,面积大,强度高,三级浓度分带齐全且展布特征相似。Pb、Zn内带异常面积大,强度高,为矿体最直接的反映;Ag内带异常面积较小,与铅锌矿体基本对应。

(3)与Pb、Zn、Ag、As、Sb异常相比,Mo异常不发育,仅Ⅱ、Ⅳ号矿体附近有异常,Ⅱ号矿体附近发育中、外带异常,Ⅳ号矿体附近发育外带异常。

(4)Cu、Au、Bi、W异常与铅锌矿体无明显的对应关系。

结合矿体空间分布、地球化学异常特征及成矿成晕元素相互关系,可将As、Sb作为前缘晕指示元素,Pb、Zn、Ag作为近矿晕指示元素,Mo作为尾晕指示元素。Ⅱ号矿体附近同时存在前缘晕、近矿晕、尾晕,推测矿体沿倾向还有延伸。

5.2 轴向分带特征

在矿体剥蚀程度判定及深部盲矿体预测方面,原生晕轴向分带序列具有独特的地质意义[24]。应用较广的原生晕轴向分带序列研究方法有格里戈良分带指数法和广义衬值法[25-30],本文采用格里戈良分带指数法改良法[26]对西湾铅锌矿床16号勘探线Ⅲ号矿体进行轴向分带研究。将各矿体样品分析数据进行平均,将采样位置中点标高作为各中段标高(表4)进行标准化,使所有元素数值均统一到[0,1]数据区间(表5);用格里戈良分带指数计算方法计算出新的分带指数(表6),初步得出Ⅲ号矿体分带序列为(Mo、W、Ag、Au)-(Pb、Zn)-(As、Sb、Bi、Cu),括号表示重叠元素,最后根据重叠元素的变化梯度得出Ⅲ号矿体轴向分带序列为Ag-W-Mo-Au-Zn-Pb-Sb-Cu-As-Bi。

表4 16号线矿体微量元素含量测试结果

表5 16号线矿体微量元素标准化数据

表6 16号线矿体分带指数

西湾铅锌矿床Ⅲ号矿体轴向分带序列具“反分带”现象,即矿体头部出现尾晕元素Mo,尾部出现前缘晕元素As、Sb。原生叠加晕理论[31]认为,轴向分带出现“反常、反分带”现象是多次成矿-成晕叠加的结果,且将反分带、前尾晕共存作为预测盲矿的重要标志。西湾矿床Ⅲ号矿体具“反分带”特征,揭示其成矿作用较复杂,可能为多期成矿或深部矿体还有延伸。

6 矿体圈连

通过对比原生晕研究前后的矿体圈连情况(图5),探讨原生晕地球化学特征对矿体圈连的指示意义。

西湾铅锌矿床赋矿围岩中三叠世东马鞍山组灰岩溶蚀破碎现象明显,主矿体以浸染状为主,地层和矿体产状难辨识。原生晕研究前,矿体圈连以“就矿连矿”为原则,同时充分考虑矿体厚度和品位。G区段和B区段的矿体厚度和品位相差不大,故将其连接为一个主矿体,其他均作为单独矿体(图5(a))。原生晕研究后,根据原生晕地球化学异常特征(图4),首先对A、B、C 3个异常区段进行样品补采,经分析测试,在火山岩和灰岩接触带上部火山岩中发现了铅锌矿体。根据原生晕地球化学异常剖析图(图4),结合新发现的铅锌矿体特征,对矿体进行重新连接(图5(b)),将赋存于灰岩与火山岩接触带附近的A、B、C 3个区段的矿体连接为一个矿体(Ⅱ号矿体),将矿体厚度和品位基本相当的D 、E、F 3个区段的矿体连接为一个矿体(Ⅲ号矿体),将厚度较大、品位较高的G区段矿体单独连接(Ⅳ号矿体)。

图5 原生晕研究前(a)、研究后(b)矿体圈连对比图Fig. 5 Comparison of orebody circles before (a) and after (b) the primary halo study

矿体重新圈连后,Ⅱ号矿体赋存于灰岩与火山岩接触带附近,11、Ⅲ、Ⅳ号矿体赋存于中三叠世东马鞍山组角砾状灰岩中。矿体产状相对平缓,与相邻勘探线矿体的展布特征基本一致,更符合客观地质规律,说明原生晕地球化学特征对矿体的圈连具有较好指示。

7 结论

(1)西湾铅锌矿区原生晕地球化学特征显示,As、Sb、Pb、Zn、Ag、Mo与铅锌矿成矿关系密切,前缘晕指示元素为As、Sb,近矿晕指示元素为Pb、Zn、Ag,尾晕指示元素为Mo。

(2)西湾铅锌矿床16号勘探线Ⅲ号矿体原生晕轴向分带特征具“反分带”现象,揭示其成矿作用较复杂,可能为多期成矿或深部矿体沿倾向还有延伸。

(3)西湾铅锌矿床原生晕地球化学异常与矿体的对应关系表明,钻孔原生晕地球化学特征对矿体的圈连具有较好的指示。