云南个旧Sn-Cu多金属矿田风流山矿段原生晕分带与深部成矿预测

杨 融，陈永清

(中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083)

0 引言

近年来随着地浅表资源的枯竭，“攻深找盲”、“探边摸底”已成为现实的勘查战略(赵鹏大，2007)，寻找深部资源的需求日趋迫切。热液矿床原生晕研究是一种寻找隐伏矿体的有效途径(邵跃，1997；李惠等，2006；刘崇民等，2006；Wang et al.，2013；王俊林等，2019)。在我国，原生晕测量法广泛应用于金矿床的隐伏预测(朴寿成，2006；钱建平等，2017；张涛等，2017)，近年来原生晕测量法在热液矿床的深部矿体预测方面显有成效(王崇云，1987；周磊等，2019)。据悉前苏联用原生晕测量法预测深部矿体有很高的成功率 (刘崇民等，2006；叶红刚等，2018)，总的来说原生晕测量法在对热液矿床进行深部预测时有实际效果 (邵跃，1984；陈玉明等，2008；章永梅等，2010；刘光永等，2014；刘怀金等，2016；吴小雷，2017)；对于脉状铅锌矿床也取得过良好的预测效果(陈永清等，2011)。但原生晕分带原理及其深部矿体预测技术在预测受花岗岩体控制的层状、似层状锡铜多金属矿体，尤其是对具有多期次、多阶段叠加成矿特征的矿体方面的推广应用还面临新的挑战(Chen et al.，2008)。本文通过对云南个旧矿田风流山34矿段第5勘探线剖面的元素进行原生晕分带序列定量研究，并建立矿体深部预测模型和深部矿体定量预测指标，旨在为矿区深部找矿提供依据。

1 矿区地质

个旧超大型Sn-Cu多金属矿区是滇东南多金属成矿带的重要组成部分，其地处兰坪-思茅褶皱系、扬子地台、华南褶皱系三个构造单元的汇聚地带(张建军，2017)。风流山Sn-Cu矿段是云南个旧Sn、Cu多金属矿区东区老厂矿田中的一个组成部分，属于蚀变花岗岩型矿床，矿化主要发生在岩体裂隙之中。

风流山Sn-Cu矿段的岩性主要为中三叠统个旧组马拉格段的碳酸盐岩，燕山期的花岗岩隐伏在矿区深部(图1)。矿区内褶皱、断裂相互影响、多期叠加。成矿流体沿着构造运动形成的通道侵入碳酸盐岩层中，在岩石裂隙、节理、褶皱层间滑脱带和断裂等有利地带结晶分异，富集冷却；最后形Sn、Cu金属热液矿床。

图1 云南个旧矿集区地质简图(据西南冶金地质勘探公司修编)Fig.1 Geological map of Gejiu ore concentration area in Yunnan Province(modified from Metallurgy and Geological Exploration Company of Southwest China)1-断层;2-复背斜;3-复向斜;4-中三叠统个旧组碳酸盐岩;5-中三叠统法郎组碳酸盐岩;6-燕山晚期花岗岩;7-燕山早期或印支晚期 辉长岩-二长岩;8-辉长岩;9-燕山晚期碱性岩;10-个旧市；11-风流山矿段1-fault;2-compound anticline;3-compound syncline;4-Middle Triassic Gejiu Formation carbonatite;5-Middle Triassic Falang Formation carbonatite;6-Late Yanshanian granite;7-Early Yanshanian or Late Indosinian gabbro-monzonite;8-gabbro;9-Late Yanshanian alkaline rock;10-Gejiu;11-Fengliushan ore section

1.1 矿段地层

风流山矿段地层的岩性组成主要为中三叠统个旧组碳酸盐岩，地表被第四系沉积物覆盖。根据以往的相关地质资料，将风流山矿段内地层划分为七层，一共三段(李遥，2015)。由新到老划分为:

(1)个旧组上段(T2g3)：只发育个旧组(T2g31)灰色石灰岩，中、厚层状；夹少量浅灰色条带状灰质白云岩。层厚变化范围在29 m到115 m之间。

(2)个旧组中段(T2g2)：岩性主要为白云岩和灰质白云岩，灰白色，中厚层状。根据岩性变化，从上往下将个旧组中段又细分为四层：① T2g24:灰质白云岩和白云质灰岩，中厚层状，部分岩石中可见纹理结构，底层出现灰岩层，并呈现逐渐变厚的趋势。② T2g23:为深灰色白云岩，中到厚层状。整体岩层较厚，局部可达500多米。③ T2g22:岩性不稳定，主要为灰色到深灰色的白云质灰岩，厚度也不均匀，薄层和中厚层都有。④ T2g21:为深灰色灰质白云岩与灰色白云岩互层，中厚层状，岩层平均厚度大于300 m。

(3)个旧组下段(T2g1)：岩性较为复杂，石灰岩、灰质白云岩和白云质灰岩都有出露。依据岩性出露特征，区域上个旧组下段细分为六层，但风流山矿段内只出露个旧组下段：① T2g16:岩性主要为浅灰色石灰岩，中厚层状，夹灰白色灰质白云岩；平均层厚大于150 m。该层赋存残积氧化矿。② T2g15:岩性相对复杂，受深部花岗岩体的影响，开始出现变质岩。该层顶底部主要岩性为灰白色大理岩，中厚层状，夹有淡黄色泥质灰岩；中间为大理岩、灰岩和白云岩三种岩石的互层。

1.2 侵入岩

风流山矿段内的燕山期花岗岩，分布于同碰撞环境向造山期后环境过渡的区域，花岗岩锆石U-Pb年龄分布于79.5～86.6 Ma，在晚白垩世壳幔混熔形成(陈永清等，2020)。在矿段内出露的主要为中细粒黑云母花岗岩和似斑状黑云母花岗岩。该矿段内的花岗岩体的B、F、Si等元素含量高于其他地方，而Ca、Fe含量较低，这表明矿区的花岗岩体为蚀变花岗岩型Sn、Cu 多金属矿的赋矿岩体，是形成大型锡矿床的重要条件之一(邓小虎，2015)。

1.3 构造

个旧矿区内地质构造运动十分活跃，呈现多期次性，构造类型多样。五子山复式背斜贯穿个旧东区的五大矿田，研究区域主要受次级褶皱黄茅山背斜控制。

风流山矿段断裂构造复杂，东西向断裂有炸药库断裂和背阴山断裂，北西向断裂主要有黄茅山断裂，北东向断裂主要有兰蛇硐断裂和坳头山断裂。背阴山断裂是区内主要的控矿构造。

2 矿体及围岩特征

2.1 矿体特征

风流山地区矿床类型有两类：

(1)接触带矽卡岩硫化物矿床：矿体沿接触带产出，在岩体凹陷部位和地层产状明显变化的区域富集，以Sn、Cu矿化为主，矿体形态相对简单。

(2)蚀变花岗岩型Sn、Cu多金属矿床：矿体产出于岩体内蚀变带中，主要呈透镜状，部分为脉状，受花岗岩内的东西向纵节理控制，矿脉走向近东西，倾角较大，宽度为1 m左右，矿体赋存标高在1700 m到1900 m之间(图2)。

图2 风流山34矿段第5勘探线剖面地质图Fig.2 Geological cross section along No.5 exploration line in Fengshan 34 ore section1-碳酸盐岩；2-花岗岩；3-矽卡岩；4-矿体；5-钻孔1-carbonatite;2-granite;3-skarn;4-orebody;5-borehole

风流山矿段5勘探线剖面南北走向，剖面长约1000 m。在个旧组碳酸盐岩岩层中有燕山期花岗岩侵入，岩体厚度约100 m，岩体中发育矿体(图2)。

矿种以Sn、Cu为主，局部含W矿。热液蚀变对热液矿床有很强的指示作用，在蚀变花岗岩中金属矿物多以星点状、斑状、网脉状充填分布(陈守余等，2011)。

2.2 矿体围岩特征

风流山Sn-Cu矿段的岩性主要为中三叠统个旧组马拉格段的碳酸盐岩类岩石，其与中酸性岩浆发生接触变质作用。矿区内围岩蚀变较为普遍，蚀变类型主要有钾长石化、电气石化、萤石化、矽卡岩化、绿帘石化等，次要的有绢云母化、大理岩化等。其中矽卡岩化、萤石化对找矿有重要意义。

矽卡岩手标本中能看到棕红色半自形-他形粒状石榴子石(图3a)，镜下可以观察到墨绿色阳起石(图4a)；黄铜矿化、黄铁矿化和磁黄铁矿化分布广泛，偶见斑铜矿化(图3b，图3c和图4c)；电气石呈自形-半自形柱状(图4b)，常见电气石脉(图3b)；萤石为紫色粗粒晶体，与黄铜矿、黄铁矿共生，呈不规则角砾状(图3d)，有萤石存在的光片中发现了锡石(图4d)，说明萤石对锡矿的形成具有一定的指示意义。风流山矿段大理岩化也相对发育，手标本中可以看到大理岩化和硫化物矿化的明显界线(图3c)。

图3 个旧风流山矿段蚀变矿化手标本照片Fig.3 Hand specimens of altered mineralization in Gejiu Fengshan ore sectionGrt-石榴子石；Py-黄铁矿；Ccp-黄铜矿；Po-磁黄铁矿；Tur-电气石；Bn-斑铜矿；Fl-萤石；Marble-大理岩Grt-garnet;Py-pyrite;Ccp-chalcopyrite;Po-pyrrhotite;Tur-tourmaline;Bn-bornite;Fl-fluorite;Marble-marble

图4 个旧风流山矿段蚀变矿化镜下照片Fig.4 Altered mineralization of Gejiu Fengshan ore section under microscopeGrt-石榴子石；Act-阳起石；Py-黄铁矿；Ccp-黄铜矿；Po-磁黄铁矿；Tur-电气石；Fl-萤石；Cst-锡石Grt-garnet;Act-actinolite;Py-pyrite;Ccp-chalcopyrite;Po-pyrrhotite;Tur-tourmaline;Fl-fluorite;Cst-cassiterite

3 原生晕分带特征

本文研究的原生晕分带的地球化学样品采自风流山34矿段5线剖面的Zk14/6018、Zk14/6019、Zk14/6069、Zk14/6202、Zk14/6203、Zk15/2021、Zk15/2022、Zk15/2074、Zk14/6183、Zk14/6182十个钻孔岩心，共198件样品。样品由河南岩矿分析实验室进行定量分析。

3.1 异常分带

通过对风流山34矿段5线剖面样品的15种元素异常下限的计算，获得15种元素的背景值和标准离差(表1)，通过确定的异常下限绘制出了各元素原生晕剖面图(图5)，根据原生晕图总结出以下特征：

图5 风流山34矿段第5勘探线成矿成晕元素浓度分带Fig.5 Zonation of primary halos in the No.5 exploratory line of the Fengliushan 34 ore section

表1 成晕元素浓度分带参数Table 1 Zoning parameters of halo-generation element concentration

(1)Pb、Zn两种元素在矿体中上部浓度分带清晰，结构也很完整，外中内三个分带明显，表明Pb、Zn两种元素在矿体中上部异常强度较强，而在矿体的中下部以及尾部异常内中外三个带变窄，且相对分散，其中Pb元素内带基本消失，Pb、Zn元素在矿体中下部异常强度变弱。Pb、Zn元素可以认为是前缘元素。

(2)As、Ag、Cu、Sn四种元素异常范围大，异常强度也大，浓度分带和矿体走向基本相同，具有完整的外、中和内三个带。As、Ag、Cu、Sn四种元素可以认为是近矿元素。

(3)U元素在矿体下部和尾部异常相对比较发育，可以认为是尾晕元素。

(4)Ta元素异常范围小，富集中心不明显并且分布较为分散。

通过以上分析并且结合风流山34矿段第5勘探线剖面原生晕分带及矿体图(图5)，初步确立前缘元素为Pb、Zn，近矿元素为As、Ag、Cu、Sn、Sn，尾晕元素为Sb和U，这些元素能够不同程度指示盲矿体的存在。

3.2 原生晕轴向分带特征

原生晕分带作为一种地球化学找矿方法，对深部矿体的预测和盲矿体的指示有着重要的参考意义。

3.2.1 格里戈良分带指数法的原理

先计算出元素线金属量，根据线金属量得到分带指数，根据各元素分带指数最大值所在截面顺序排列元素的位置，得到初步的分带序列。在同一截面有多个最大值时，用变异性指数(G)和变异性指数梯度差(ΔG)确定元素次序 (陈永清等，2011；李随民等，2016；潘能海等，2017；刘孜等，2019)。

(1)变异性指数(G)公式：

Dmax为某种元素的分带指数最大值；Di是该元素在i中段的分带指数值(除Dmax中段)；n是中段数(除Dmax中段)。

(2)变异性指数梯度差ΔG=G上-G下或(G下-G上)。G上和G下分别代表Dmax所在中段以上的变异性指数值和Dmax所在中段以下的变异性指数值。

3.2.2 轴向分带序列的确定

根据线金属量的计算方法，得到异常元素的线金属量，对其进行标准化(表2)。在线金属量的基础上计算得到分带指数(表3)，得到初步分带序列(由浅至深为)：(Ag-Bi-Mo-Sn)-(As-Co-Cu-F-W)-(Pb-Sb-Zn)-(B-Ta-U)。

表2 标准化线金属量Table 2 Amount of standardized line metal

表3 成矿成晕元素分带指数Table 3 Zoning indexes of primary halos

多个元素在相同截面同时拥有分带指数最大值时，进一步计算确定元素次序。

(1)对于元素(Ag-Bi-Mo-Sn)在上截面同时拥有分带指数最大值，运用变异性指数(G)计算如下：

GAg=16.89，GSn=37.74，GMo=409.99，GBi=20.94。

当剖面上部截面同时拥有多个分带指数最大值时，运用变异性指数G，G越大说明元素向上富集的趋势越大，Mo元素向上富集趋势最大，Sn次之，Ag元素向下富集，因此元素(Ag-Bi-Mo-Sn)元素由浅及深的排序为：Mo-Sn-Bi-Ag。

(2)对于元素(As-Co-Cu-F-W)在中上部截面同时拥有分带指数最大值，运用变异性梯度差(△G=△G上-△G下)计算如下：

ΔGAs=-40.84，ΔGCo=-13.59，ΔGCu=-33.98，ΔGW=-26.19，ΔGF=-1.83。

当剖面中上部截面同时拥有多个分带指数最大值时，运用变异性梯度差△G=△G上-△G下计算。△G越大说明元素向下富集的趋势越大，As元素向上富集，Cu元素次之，F元素向下富集。因此元素(As-Co-Cu-F-W)由浅及深的排序为：As-Cu-W-Co-F。

(3)对于元素(Pb-Sb-Zn)在中部截面同时拥有分带指数最大值，运用变异性梯度差(△G)计算如下：

ΔGSb=0.08,ΔGZn=-19.18,ΔGPb=-27.81

当剖面中部截面同时拥有多个分带指数最大值时，运用变异性梯度差△G=△G上-△G下计算，△G越大说明元素向下富集的趋势越大，Pb元素向上富集，Zn次之，Sb元素向下富集,因此元素(Pb-Sb-Zn)由浅及深的排序为：Pb-Zn-Sb。

(4)对于元素(B-Ta-U)在下截面同时拥有分带指数最大值，运用变异性指数(G)计算如下：

GB=8.12，GTa=8379.94,GU=24.87。

当剖面下截面同时拥有多个分带指数最大值时，运用变异性指数(G计算)，G越大说明元素向下富集的趋势越大，Ta元素向下富集，U元素向下富集的大小次之，而B元素向上富集,因此元素(B-Ta-U)由浅及深的排序为：B-U-Ta。

利用分带指数原理，最终得到风流山34矿段5线剖面15种成矿元素的准确的轴向分带序列由浅至深为：Mo-Sn-Bi-Ag-As-Cu-W-Co-F-Pb-Zn-Sb-B-U-Ta。

3.2.3 原生晕分带序列的解释

风流山34矿段第5勘探线剖面原生晕轴向分带序列为Mo-Sn-Bi-Ag-As-Cu-W-Co-F-Pb-Zn-Sb-B-U-Ta，相对中国热液多金属矿床的原生晕综合轴向分带序列：B-I-As-Hg-G-F-Sb-Ba-Pb-Ag-Au-Zn-Cu-W-Bi-Mo-Mn-Ni-Cd-Co-V-Ti(李惠等，1999)，风流山矿段原生晕轴向分带序列有如下特征：

(1)Mo出现在前缘晕元素组合中，而B出现在尾晕元素组合中，分带序列比较复杂，与岩浆多期次侵入，多期次成矿有关。

(2)U元素出现在尾晕元素组合中，U元素是亲氧元素，指示花岗岩在形成过程中发生过分异作用，花岗岩成分与壳幔熔融有关。

(3)W、As出现在近矿元素组合中，这两种元素主要赋存与黑钨矿和毒砂中，与锡矿床共生。

(4)在分带序列的尾部出现了前缘晕元素B和Sb，预示深部具有成矿潜力。

3.3 矿体深部预测模型

通过对风流山34矿段第5勘探线剖面钻孔数据计算得出元素分带指数值，前缘晕元素分带指数累乘值(或累加值)与尾晕元素分带指数累乘值(或累加值)的比值大小表示前缘晕相对于尾晕的发育程度，这个比值可以定量评价深部矿体资源潜力(Beus and Grigorian，1977；章永梅等，2010；王瑞军等，2016)。

本次选择(Mo×Bi×Zn)D/(U×B×Sb)D和(Mo+Bi+Zn)D/(U+B+Sb)D作为构建深部矿体定量评价模型的指标。该指标从浅部至深部经历了减小→增强的过程(图6)。(Mo×Bi×Zn)D/(U×B×Sb)D具体表现为：矿体上部(1920 m标高)4.15→矿体中上部(1860 m标高)9.64×10-4→矿体中部(1820 m标高)1.20×10-4→矿体尾部(1740 m标高)5.90×10-3。(Mo+Bi+Zn)D/(U+B+Sb)D具体表现为：矿体上部(1920 m标高)1.47→矿体中上部(1860 m标高)0.24→矿体中部(1820 m标高)5.88×10-2→矿体尾部(1740 m标高)7.57×10-2。累加和累乘两个比值都随深度增加在矿体上部和中部逐渐减小，在深部两个比值都突然变大，预示深部可能存在隐伏矿体。

图6 深部矿体地球化学预测模型Fig.6 Geochemical prediction model of deep orebodies1-碳酸盐岩；2-花岗岩；3-矽卡岩；4-矿体1-carbonatite;2-granite;3-skarn;4-orebody

4 结论

本文以原生晕基本理论为基础，对风流山34矿段第5勘探线剖面的钻孔岩心原始数据进行处理，将数据和矿区蚀变特征相结合，根据成矿元素的轴向分带序列与成矿关系，推测矿区矿体的延伸程度和深部矿体的存在，并建立深部找矿模型，总结得出以下结论：

(1)Pb、Zn是前缘元素，从原生晕分带图中可以直观看出Pb、Zn两种元素在矿体中上部浓度分带清晰，结构完整，外中内三个带明显。As、Ag、Cu、Sn四种元素是近矿元素，四种元素异常范围大，异常强度大，浓度分带和矿体走向基本相同。U元素是尾晕元素，在矿体下部和尾部异常比较发育。

(2)利用分带指数原理，对上述截面分带指数的变异性指数和变异性梯度差进行计算，得到风流山34矿段第5勘探线剖面15种成矿元素的准确的轴向分带序列由浅至深为：Mo-Sn-Bi-Ag-As-Cu-W-Co-F-Pb-Zn-Sb-B-U-Ta。U元素出现在尾晕元素组合中，指示花岗岩在形成过程中发生过分异作用，花岗岩成分与壳幔熔融有关；在分带序列的尾部出现了前缘晕元素B和Sb，预示深部存在盲矿体的可能，对深部找矿具有重要指示作用。

(3)选取(Mo×Bi×Zn)D/(U×B×Sb)D和(Mo+Bi+Zn)D/(U+B+Sb)D作为构建深部矿体定量评价模型的指标。该指标从浅部至深部经历了减小→增强的过程。两个比值都随着深度的增加而逐渐降低，在深部突然增大，推测深部可能存在盲矿体。

[附中文参考文献]

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