地球化学原生晕对鄂东南石头咀铜铁矿床外围找矿方向的指示

秦志军， 刘红亮， 王 磊， 余国飞， 阮业东， 闫 芳

(1.湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034; 2.湖北省地质勘查工程技术研究中心,湖北 武汉 430034;3.湖北省地质勘查基金管理中心，湖北 武汉 430071; 4.湖北省地质局 第一地质大队,湖北 大冶 435100)

鄂东南矿集区是长江中下游成矿带的重要组成部分,具有矿体厚度大、矿种齐全、矿石品位高的特点[1]。石头咀铜铁矿床位于矿集区内铜绿山矿田东部,是典型的矽卡岩型铜铁矿床。2006年以来,围绕铜绿山矿田内的铜绿山铜铁矿床和鸡冠咀铜金矿床两个大型矿床实施了危机矿山找矿项目,对矿体的最大控制深度已超过-1 500 m标高,新增铜、金资源量接近湖北省同期新增资源量的一半。目前石头咀铜铁矿床的最大控制深度仅在-900 m标高左右,矿体沿走向和倾向均未尖灭,和矿田内其他同类型的大中型矿床相比,深部可能存在600 m高差的找矿空间,显示出巨大的找矿潜力。在综合研究石头咀铜铁矿床地质特征的基础上,通过地球化学原生晕进一步探讨找矿方向,对开展深部找矿工作具有重要意义。

1 区域地质背景

鄂东南矿集区位于长江中下游成矿带最西端,扬子克拉通北缘,北邻大别超高压变质带,被长阳—阳新断裂、襄樊—广济断裂和麻城—团风断裂等区域性深大断裂所围限,并被长江深断裂沿走向穿过矿集区[2]。区内地层发育较为齐全,除下—中泥盆统、下石炭统缺失外,古生界—新生界地层均有出露,其中三叠系大冶组碳酸盐岩与铜铁矿关系最为密切[3]。区内发育大面积的侵入岩和火山岩,其出露面积约占全区总面积的23%。侵入岩包括六大岩体,分别为鄂城、铁山、金山店、灵乡、阳新和殷祖岩体,另外还有100多个中酸性花岗闪长斑岩、闪长玢岩等小岩体[4]。石头咀铜铁矿床所在的铜绿山矿田位于鄂城—大幕隆起带的轴部,姜桥—下陆断裂带的中段,大冶复向斜的南翼,阳新岩体的西北端,处于鄂东南三角形构造岩浆岩区的中部[5],成矿地质条件十分优越(图1)。

图1 鄂东南区域地质图Fig.1 Regional geological map of Southeast Hubei1.第四纪；2.白垩纪中期火山岩；3.晚三叠世—中侏罗世碎屑岩；4.寒武纪—中三叠世碳酸盐岩夹碎屑岩；5.白垩纪花岗岩；6.早白垩世早期花岗闪长斑岩；7.早白垩世早期石英闪长岩；8.铁矿床；9.铜矿床；10.铁铜矿床；11.金铜矿床；12.铜铁金矿床；13.铜钼矿床；14.钨铜矿床；15.钨铜钼矿床。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质特征

矿区被第四系湖冲积层全掩盖。据工程揭露,第四系覆盖层之下分布的三叠系大冶组和嘉陵江组大理岩呈两种产出形态：一是被岩浆岩分割包围形成舌状体或捕虏体,主要分布于矿区西部；二是与岩浆岩成反“S”形陡倾斜覆盖于岩浆岩之上,大规模分布于矿区中部以东。控矿构造主要为接触带构造,其控制了矿体的空间形态、产状等,尤其是沿接触带分布的断裂—侵入复合带是成矿最有利部位。本区岩浆岩为阳新岩体的一部分,岩体与围岩呈侵入接触且四周均向外陡倾。该岩体为多期次侵入的复式岩体,由多种岩石类型组成,主体为中—细粒石英闪长岩,往中心过渡为中粒石英闪长岩[6](图2)。

2.2 矿体地质特征

石头咀铜铁矿床为中型规模的接触交代型矿床。矿体主要赋存于石英闪长岩与大理岩接触带(图2),其空间分布、形态和产状严格受接触带及同向断裂控制,尤其是两者复合部位最有利于成矿。主矿体均分布于接触构造带上,全长900 m,倾向NE,倾角40°～85°。

图2 石头咀矿区地质略图Fig.2 Geological map of Shitouzui mining area1.嘉陵江组三段白云岩；2.嘉陵江组二段灰岩；3.石英闪长岩；4.矽卡岩；5铁帽；6.矿体水平投影位置及编号。

矿区共探明7个铜铁矿体和1个辉钼矿体,矿体赋存标高为+36～-784 m。截至2020年,累计探明资源量：铜金属量25.94万t,铁矿石量2 126.2万t,金金属量10.208 t,银金属量152 t,钼金属量1 214 t。

矿区内规模最大的矿体为Ⅰ号矿体,分布于1线-20线之间,全长900 m,赋存标高为+27～-980 m。该矿体总体走向NWW,倾向NNE,产出形态受两种接触构造所控制,9线以西(含9线)主要受大理岩舌状体或捕掳体控制,矿体呈透镜状；9线以东主要受岩体主接触带控制,矿体倾向延伸稳定,产状随主接触带产状变化。该矿体的1-4线部分主要为铁矿石；4-7线部分以铁矿为主,伴生铜矿；8-20线部分以铜矿为主,伴生铁矿。总体来讲,Ⅰ号矿体由西向东具有由铁矿转变为铜矿的趋势,但主体还是以铜铁矿为主。此外,Ⅰ号矿体由西向东具有明显的侧伏规律,矿体的控制标高由3线的-166 m下降至15线的-980 m(12线以东矿体走倾向未控制)。目前Ⅰ号矿体已查明铜金属资源量25.47万t、铁矿石资源量2 069万t,占全区总资源量的97%以上。

2.3 矿石特征

矿石按自然类型划分有铁矿石、铜铁矿石、铜矿石、钼矿石四类,以铜铁矿石为主(占总储量的90%以上),其他矿石类型次之。按组成矿体的矿石类型特点,全区可划分为三个不同的矿石分带,即：铁矿石带,分布于矿区西段3-5线；铜铁矿石带,分布于5-15线；铜矿石带,分布于矿区东段17-20线。

矿石中的矿物共有60余种,含铜矿物有黄铜矿、斑铜矿、孔雀石、辉铜矿等；含铁矿物有赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、菱铁矿等；含钼矿物主要有辉钼矿；脉石矿物有方解石、白云石、透辉石、蒙脱石、石英、长石等。

矿石结构主要有自形—半自形粒状结构、它形粒状结构、固熔体分离结构、胶状结构、鳞片状结构、压碎结构和交代结构等。矿石构造主要为浸染状构造、细脉浸染状构造、块状构造、脉状构造、角砾状构造和条带状构造等。

矿床有用组分以Cu、Fe为主,Cu平均品位为1.30%,Fe平均品位为32.70%。共生组分为Mo,平均品位为0.147%。有益伴生组分有Au、Ag、Co、Re、Ga等,Au平均品位为0.51×10-6,Ag平均品位为7.73×10-6,可综合回收利用；Co、Re、Ga由于实际生产中选矿工艺等原因暂未综合利用。矿石中有害元素为S、P、SiO2、MgO、As、Zn等,均低于允许规定要求。

3 地质成矿规律

3.1 地质特征

综合矿床地质特征,总结成矿特征如下：

(1) 石头咀铜铁矿床主要受铜绿山岩体北缘断裂—接触复合带控制,矿体厚度大、走向和倾向延伸稳定,呈“台阶状”分布规律和串珠状形态特征,并具有局部膨缩、尖灭再现等特征。

(2) 主矿体向SE侧伏,由西向东矿体埋深加大(图3),倾向延伸增大；矿体整体倾向NW,但局部存在反“S”形,主要是受到主接触带构造控制所致。

图3 石头咀矿区矿体联合剖面图Fig.3 Joint profile of ore body in Shitouzui mining area1.石英闪长岩；2.大理岩；3.铜铁矿；4.铜矿；5.铁矿；6.地质界线；7.基线。

(3) 矿石类型随矿体厚度变化而有所差异,在矿体中心部位(10-15线),无论沿走向还是倾向方向,矿体均表现为厚度大、品位富,以铜铁矿石为主,向东逐渐过渡为铜矿石。

(4) 矿体连续性好,多为单层矿体产出，极少存在多层矿体,显示本区交代作用较为彻底。

3.2 地质特征对找矿的指示

2019年以来,通过在石头咀矿区开展深部普查和详查工作,先后施工20个钻孔,其中19孔见矿,单孔最大穿矿厚度为78.81 m,预计新增铜金属量3.6万t、铁矿石量300万t。通过勘查工作证实主矿体在-720 m以下仍有稳定延伸,并将已知矿体最大控制深度推进至-900 m。但是由于矿权范围的限制,矿区深部和外围尚未进行足够的探索,矿床边深部勘查工作相对滞后。

相比于铜绿山和鸡冠咀矿床的最大矿体控制深度(-1 500 m),石头咀矿床边深部在理论上可能还存在高差600 m以上的探索空间。根据矿床赋存规律,认为Ⅰ号主矿体由西向东具有明显的侧伏规律,矿体埋深加大,同时矿体在倾向延伸方向上也具有明显增大趋势,因此矿区边部的16线和17线所见矿体可能是矿头或矿上,矿体向深部很可能有比较大的延伸。由此判断,在石头咀矿区外围北东部,可以对Ⅰ号主矿体沿走向和倾向进行追索。

4 原生晕对找矿的指示

4.1 钻孔原生晕

地球化学异常(尤其是钻孔原生晕异常)在鸡冠咀和铜绿山矿床深部找矿中起到重要的指示作用。根据对成矿元素及共伴生元素的分析,可以推断已知矿体是否向深部延伸或是否存在尖灭再现的新矿体。在前期研究中,采用“迭代法”对矿区12个钻孔的589件原生晕样品进行分析,计算并归纳了石头咀矿床元素的背景值和异常下限,初步确定石头咀矿区成矿指示元素为Cu、Au、Ag、Zn,近矿指示元素为Ba、Mo、Co、Ni,前缘指示元素为As、Sb、Pb(图4)。

图4 石头咀矿区14线钻孔(-720 m以下)原生晕剖面对比图(据参考文献[7])Fig.4 Comparison of primary halo profile of 14 boreholes (below-720 m) in Shitouzui mining area1.石英闪长岩；2.大理岩；3.矽卡岩；4.石英闪长岩；5.大理岩；6.矽卡岩；7.铜铁矿矿体；8.钻孔编号；9.地质界线；10.取样位置及编号。

本次利用2019年施工的12个钻孔中176个矿体化学样数据,开展三维钻孔原生晕分析。从12-17线剖面的三维原生晕异常(图5)来看,Cu、Au等成矿指示元素的浓集中心与钻孔实际揭露的矿体空间位置基本一致,As、Sb等前缘指示元素在-720 m中段之下仍存在多个异常浓集中心,可能为深部多期次多阶段成矿作用叠加的结果,表明矿体向深部仍有延伸趋势或可能发育尖灭再现的新矿体。

图5 石头咀矿区钻孔原生晕三维展示图Fig.5 Three- dimensional display of primary halo of boreholein Shitouzui mining area

4.2 矿体地球化学指标

根据前人研究成果,铜绿山矿田内铁铜矿床的地球化学判别指标主要有两个,即：Cu×50/Fe值(矿上>3,矿中1～3,矿下<1),Ag×1 000/Cu值(矿上>1,矿中0.1～0.5,矿下<0.1)[8],这两个判别指标主要适用于预测已知矿体向深部的延伸情况。

本次统计了13-17线-720 m中段之下的176个矿体化学样的Cu×50/Fe值(表1),结果显示13-15线矿体的Cu×50/Fe值变化范围为1.50～2.77,指示为矿中；16-17线矿体的Cu×50/Fe值的变化范围为5.70～18.11,指示为矿上。Cu×50/Fe值由13线向17线具有明显的上升趋势(图6),指示矿体从西向东由矿中过渡为矿上,这与Ι号矿体向东侧伏的规律一致,进一步佐证了13-17线钻孔可能仅揭露到Ι号矿体的中部或上部,矿体向深部可能存在较大的延伸。

图6 石头咀矿区钻孔原生晕三维展示图Fig.6 Three- dimensional display of primary halo of boreholein Shitouzui mining area

表1 石头咀矿区-720 m中段下部矿体元素比值统计表(13-17线)Table 1 Statistical table of ore body element ratio in the lower part of-720 m middle section of Shitouzui mining area

5 结论

(1) 石头咀铜铁矿床的矿体赋存于三叠系碳酸盐岩与石英闪长岩接触带部位,受NWW向断裂—接触复合带控制,其深部矿体呈“台阶状”分布,并具有局部膨缩、尖灭再现等特征。

(2) 矿体三维原生晕异常显示,As、Sb等前缘指示元素在-720 m之下仍存在多个异常浓集中心；矿体的Cu×50/Fe值由西向东具有明显的上升趋势,与Ι号矿体向SE侧伏的规律一致,指示矿体向深部可能存在较大的延伸。

(3)通过对已知矿体赋存规律研究,结合钻孔原生晕及地球化学指标分析,认为应在矿区北东方向沿走向和倾向追索Ⅰ号矿体,并在矿区东部寻找Ⅰ号矿体侧列再现或尖灭再现的新矿体。