地物化综合方法在新县陡山萤石矿勘查中的探索应用

贠鹏超，孙春霞，祝少辉，王巧玲，乔海霞，王冠华

(1.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心， 河南 郑州 450016； 2.河南省有色金属地质矿产局第七地质大队， 河南 郑州 450016)

0 引言

随着新兴领域快速扩展，素有工业味精的氟元素的需求日益增长，萤石矿在全球愈发紧缺。我国萤石矿资源量居世界前列，已探明萤石矿资源量占世界三分之二，是萤石资源最多的国家之一(陈石义和张寿庭，2013)，但随着我国经济高速发展，对萤石资源需求的不断扩大，加之部分矿山(企业)无节制、无规划粗放开采开发模式盛行，导致地表和浅部萤石资源面临枯竭，萤石矿找矿勘查逐步向深部发展，如何定位预测深部矿体将成为今后很长一个时期的难题和热点。以往传统单一的找矿技术手段已不能满足现阶段萤石矿勘查的要求，针对不同类型的萤石矿类型，选用合理的地物化综合方法进行定位预测研究，对萤石矿勘查发展将起到决定性的作用。

陡山萤石矿位于河南省信阳市新县浒湾乡一带，地理坐标为东经114°45′40″～114°52′16″；北纬31°41′05″～31°43′42″，属北大别变质杂岩带(江来利等，2010)，地质条件复杂，区域上主要以产于燕山晚期中—粗粒似斑状花岗岩中的受构造控制的热液脉型萤石矿床(曹俊臣，1994；王吉平等,2010；方贵聪等，2020)为主。区内植被茂盛、覆盖严重，仅依靠以往传统单一萤石矿勘查手段在该区域很难有所突破。本文利用地质调查、土壤地球化学测量、可控源音频大地电磁测深、槽探及钻探等地物化综合勘查方法，强调不同方法之间的有机结合、互相验证，结合区内萤石矿体的垂向分带规律及特征，对新县陡山一带萤石矿开展浅覆盖区、隐伏矿体定位预测，极大的提高预测找矿靶区的可靠性、精确性，为该区受构造控制的脉状萤石矿体的找矿勘查提供借鉴。

1 区域地质背景

新县陡山萤石矿大地构造位置位于北大别变质杂岩带北淮阳构造亚带的桐柏—大别变质核杂岩隆起亚带的大银尖—汤家坪(F5)以南部分(图1)，以片麻岩穹窿带为主，地质构造复杂，断裂构造发育，岩浆活动强烈。大别山北麓构造格架主要以近东西向和南北向构造交织形成的网络状构造为主。区域内萤石矿床主要产于鸡公潭韧性剪切带以南，以石英—萤石型(罗麟，2019)矿为主，其次为萤石型、萤石—石英型、碳酸盐—萤石型等。

图1 工作区大地构造图(据杨泽强，2017修改)1—中新生代;2—二郎坪群;3—龟山岩、南湾组;4—肖家庙岩组;5—秦岭岩群、寒武系;6—桐柏—大别变质杂岩;7—红安岩群;8—榴辉岩;9—白垩纪火山岩;10—石炭系;11—燕山期花岗岩;12—晋宁期花岗岩;13—地质界线;14—断裂带及编号;15—大别造山带边界;16—工作区;17—华北板块;18—大别造山带;19—扬子板块

区域地层出露有太古宇大别岩群、中—上元古界浒湾岩组、震旦—奥陶系肖家庙岩组、泥盆系南湾组以及新生界第四系。浒湾岩组为该区萤石矿的主要赋矿围岩，总体呈北西西—南东东向带状分布于千斤河棚—浒湾—八里畈一带。岩性为上下两段，以片麻岩为主，有黑云斜长角闪片麻岩、白云母钾长片麻岩等。桐柏—商城深大断裂为扬子板块的北界断裂，其北侧为泥盆系南湾组片岩等陆源碎屑岩，南侧为燕山期花岗岩基、大别片麻杂岩等，是一条规模较大、多期活动、性质复杂的韧性、脆性断裂组成的巨型构造带。该断裂控制着区内燕山期花岗岩的分布，燕山期花岗岩主要分布于该断裂带的南侧，燕山期斑岩体在空间上呈北西西向沿该断裂带成群成带分布，而单一成矿岩体多位于北西西—近东西向桐柏—商城深大断裂和次级构造北东—近南北向脆性断裂的两组断裂交汇处。区域上岩浆侵入活动频繁，以酸性岩为主，有元古代—古生代侵入体、早白垩世侵入体及大量岩脉。

2 矿区地质特征

新县陡山萤石矿出露地层为中—上元古界浒湾组和新生界第四系。浒湾组区内主要有灰白色白云母钾长片麻岩、斜长角闪片麻岩、黑云斜长角闪片麻岩等；第四系主要为河床冲积物和洪积物，为黄土、亚砂土等，位于塔沙河两侧和坡地。区内构造以断裂为主，主要有北东—南西向、近东西向和近南北向(F1、F2、F3、F4、F5)，其中近东西向断层为主要控矿构造。断层地表残坡积物覆盖严重，沿断层断续见少量石英脉出露。区内岩浆岩广泛发育，大量出露片麻状钾长花岗岩、混合花岗岩，少量二长花岗质片麻岩、花岗闪长岩及石英闪长岩。区内覆盖严重，植被发育，萤石矿化带地表出露连续性较差，一般沿断裂构造呈透镜状、脉状发育，宽约0.45～17 m，总体走向302°～40°、倾角45°～70°，萤石矿化带简述如下(图2)。

图2 矿区地质简图(据杨泽强,2017修改)1—第四系;2—中—上元古界浒湾岩组;3—早白垩世二长花岗岩;4—早白垩世石英闪长岩;5—晚古生代含榴混合花岗岩;6—早古生代片麻状钾长花岗岩;7—新元古代二长花岗质片麻岩;8—构造及矿化带;9—地质界线;10—可控源大地电磁测深剖面及编号;11—土壤地球化学测量范围

(1)1号、3号、4号及7号矿化带均呈脉状产于F2断裂构造中，受断裂控制，该断裂早期表现为逆断层、晚期为正断层，区内断续出露约8.50 km，近东西走向，倾向15°～25°，倾角57°～68°。其中1号矿化带产状20°～40°∠56°～68°，地表断续出露长约500 m，宽1.0～17.0 m，品位20%～45%；3号矿化带产状340°∠59°，地表断续出露长约600 m，宽2～2.5 m，品位20%～40%；4号矿化带产状 10°～36°∠67°～70°，地表断续出露长约1000 m，宽0.6～2.6 m，品位23%～32%；7号矿化带产状 322°～23°∠60°～66°，地表断续出露长约1000 m，宽1～3.5 m，品位30%～55%。矿物组合以萤石、石英为主，萤石矿化主要以团块状、角砾状为主，少量发育细脉状、次生淋滤孔洞状，蚀变主要有硅化、钾化、高岭土化等。

(2)2号矿化带呈脉状赋存于F3断裂构造中，该断裂区内断续出露约2.90 km，倾向357°～10°，倾角58°～62°。断层两盘均为晚古生代混合花岗岩。该矿化带受断裂构造控制，产状357°～10°∠58°～62°，地表断续出露长约1500 m，宽1～1.5 m，品位20%～35%，矿物组合以萤石、石英为主，萤石矿化主要呈团块状、脉状构造，围岩蚀变主要有绢英岩化、硅化、钾化、高岭土化等。

(3)5号矿化带呈脉状赋存于新县二长花岗岩中，产状340°～0°∠48°～65°，地表断续出露长约300 m，宽0.45～1.4 m，品位15%～35%，矿物组合以石英、萤石为主，萤石矿化呈细脉状及少量网脉状，见硅化、萤石矿化、高岭土化等。

(4)6号矿化带呈脉状赋存于中—上元古界浒湾岩组地层中，产状24°∠67°，地表断续出露长约 100 m，向两侧隐伏延伸，宽2 m，品位20%～60%，矿物组合以萤石、石英为主，萤石矿化呈团块状、细脉状，见硅化、高岭土化、黄铁矿化、绿泥石化、绢云母化等。

区内萤石矿石多以紫色、褐色、翠绿色为主，少量白色、酒黄色或无色；粒状变晶结构、碎裂结构为主(图3)，构造以块状构造为主，细脉状、网格状构造次之，偶见条带状。矿石矿物主要为萤石，脉石矿物以石英为主，其次为玉髓、方解石、高岭石及绿泥石等。结合矿石构造和矿物特征，初步认为区内萤石矿成矿期次(徐少康等，2011；刘纪峰等，2015)大致划分为成矿早期(石英+萤石矿物组合为主)、成矿中期(萤石+石英矿物组合为主)和成矿晚期(碳酸盐+萤石矿物组合为主)3个成矿阶段。

图3 萤石矿标本及镜下结构矿物缩写：Fl—萤石

3 化探方法探索实践

土壤地球化学测量是一种经济、高效的快速缩小靶区的找矿方法(谢学锦等，2004；韩成林和李玉松，2015；李富等，2017)。在寻找铅、锌、锑、金、铜等矿产中具有优越的找矿效果(何艳芝，2018)，对于萤石矿勘查采用土壤地球化学测量技术手段还缺少系统有效的验证。本次通过对以往完成土壤测量样品(样品一般由采集三处以上的B层或B+C层土壤组成，采样深度一般大于20 cm，过-60目筛后样品质量不小于150 g，样品点/线距为20 m/100 m，样品总件数9424件)补测氟元素，对区内氟元素地球化学特征进行了系统的分析、分类和评序，圈定氟元素异常，本次地球化学测量背景值和异常下限的确定选用迭代法(黄利平等，2016；邓世林等，2017；陈明和李金春，2018)。区内规模较大氟异常简介如下。

F-24异常呈不规则宽带状分布于王沟水库北部一带，面积较大、强度高、规模显著。峰值为2.123×10-2、面积0.082 km2，具内、中、外浓度带。出露中—上元古界浒湾岩组及早古生代夏洼片麻状钾长花岗岩。该异常位置与F1、F2控制的1号萤石矿化带关系密切(图4)。

图4 F-24异常与萤石矿化带简图

F-41、F-43、F-44、F-45异常呈不规则宽带状或面状分布于罗湾至华湾一带，面积较大、强度高、规模显著。峰值分别为0.976×10-2、0.802×10-2、1.122×10-2、0.344×10-2，面积分别为0.130 km2、0.030 km2、0.027 km2、0.048 km2，具内、中、外浓度带。出露第四系、中—上元古界浒湾岩组及晚古生代混合花岗岩，韧性剪切带呈东西向穿过该区，南部见一定规模的东西向带状萤石脉出露，方向与韧性剪切带走向一致。其中F-41、F-45与F3断裂构造控制的2号萤石矿化带关系密切(图5)。

图5 F-41异常与萤石矿化带简图

F-14异常呈长带状分布于高洼至石湾一带，强度较低，但面积较大，具一定规模。峰值为0.179×10-2、面积为0.107 km2，具中、外浓度带。出露第四系及早古生代夏洼片麻状钾长花岗岩、早白垩世新县二长花岗岩，其延展方向与两岩体的接触带分布一致。F-14、F-12氟异常与3号萤石矿化带西段关系密切(图6)。

图6 F-14异常与萤石矿化带简图

4 物探方法探索实践

可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)是为克服MT信号强度差的缺点而发展起来的一种人工源频率域测深方法，具有信噪比高，观测信号强的优点，在深部找矿、地热资源勘查等方面都取得了良好的效果(汤井田和何继善，2005)。运用可控源音频大地电磁测深来进行萤石矿勘查相对较少，鉴于本次工作区内萤石矿主要受构造控制，且萤石矿类型主要以石英—萤石型、萤石—石英型为主，结合矿体与围岩的电性特征，利用可控源音频大地电磁测深技术手段提取含矿构造及深部延伸情况等相关信息(古志文和张光之，2013；雷振等，2017)，可间接指导区内寻找隐伏萤石矿体。本次可控源大地电磁测深工作仪器采用GDP-32II，工作点距 50 m，采用赤道装置进行标量测量(观测Ex/Hy，接收电极分布在供电电极中垂线两侧Ex或Hy场平面覆盖范围内30°角)，水平方向电场(MN)平行于场源(AB)，水平磁场垂直于场源。水平方向磁棒采用森林罗盘仪定位，误差小于2°。沿测线多道同时观测(共用一个磁探头)记录数据，再进行数据整理、处理及二维反演(雷达等，2004；毕炳坤和马玉昊，2020)，绘制测线图件。

根据可控源音频大地电磁测深135号剖面图(图7)中显示，电阻率与相位拟断面图均较好的展示了断裂构造、岩性界面等地质体的垂向展布特征，结合该区萤石矿主要为受断裂构造控制的热液脉型矿床，构造带为区内的主要的找矿标志，经过综合分析研究，在低阻带地表位置进行槽探揭露，发现萤石矿化体，进而初步证实该低阻带走向与已知断裂构造、矿化体方向存在一致性，结合充电率反演剖面及萤石矿化体物理特性，预测在深部存在一定规模的萤石矿化体。

图7 陡山一带萤石矿区135号可控源音频大地电磁测深剖面图

5 讨论

5.1 矿化体成因特征与预测评价

通过收集前人资料，结合本区工作情况综合分析研究，认为本区的萤石矿受东西向断裂构造控制，主要集中于燕山期花岗岩基(新县花岗岩基)内外接触带，部分离岩体较远。区内大面积出露新县花岗岩体，为萤石矿的形成提供了大量的成矿物质来源，矿液沿断裂通道运移过程中因空间、压力、温度、浓度等物理化学条件等因素突变，致使矿物结晶程度、矿石结构特征及构造类型表现出一定的空间分带(张寿庭等，1997)。区内萤石矿成矿早期以强硅化、次生石英岩、玉髓为主要特征，地表上一般由于硅质抗风化能力强多呈现正地形，多形成自形—半自形粒状高石英、低萤石含量的细脉状、条带状矿体；主成矿期(中期阶段)一般集中在矿体中下部，多为控矿断裂的交汇部位、膨大部位，热液集中在较大空间后使得温度降低相对缓慢，萤石结晶程度进一步提高，品位相对较高，多在40%以上，主要以自形—半自形、致密镶嵌状高萤石、低石英、低方解石含量的块状、角砾状矿体；成矿晚期由于工作区工作量有限、研究程度较浅未能进行实质性的工作验证。但结合前人经验初步认为方解石等碳酸盐类产物为该阶段的特征矿物，多形成他形粒状高方解石、低石英、低萤石含量的角砾状矿体。通过系统总结该区萤石矿垂向矿化分带特征及规律，对比已知各矿化带内矿化趋势及矿物特征，认为该区深部存在找较大规模萤石矿体的前景。

5.2 化探综合异常与预测评价

本次土壤地球化学找矿主要通过分析区内土壤中各种元素集中、分散以及分布的情况(金凯，2013)，结合土壤中元素的含量及浓度变化特征(赵志强等，2020)，推断出半覆盖区以及覆盖区松散层之下的岩石空间分布特征及类型，进一步预测定位隐伏萤石矿体。由于土壤地球化学测量成果能够直接指示氟元素浓度及变化信息，结合异常检查及验证，初步查明了区内氟元素地球化学异常以条带状、不规则状为主；少量呈星点状，总体上分布于浒湾岩组与南侧大别变质岩块接触部位，走向与断层走向较吻合，且异常强度高值多位于断裂构造附近。氟异常可作为该区隐伏萤石矿的重要预测标志，能大幅提高找矿效率和成功率，为该区利用土壤地球化学测量氟异常寻找热液构造脉型萤石矿提供了重要依据。

5.3 物探综合异常与预测评价

该区可控源音频大地电磁测量成果中，萤石控矿构造显示了典型的低阻异常带特征，从而为间接获取中深部萤石矿体的控矿断裂或矿化蚀变带的空间展布特征及相关信息提供了较好的基础条件。通过区内开展多条可控源音频大地电磁测深剖面，多条剖面中低阻带与已知控矿构造或矿化带露头均呈现出较好的对应关系，较好的展示了断裂构造在深部延伸的规模及方向，充分的指示了萤石矿化带的在深部的成矿空间、成矿规模等多种信息(图8)，初步预测了区内构造矿化异常、萤石矿体的找矿方向及成矿远景。

图8 可控源音频大地电磁测深成矿远景预测简图

5.4 综合预测与钻探验证

该区地表覆盖较强，萤石矿化地表出露较差，仅零星发育极少量硅化强烈的石英—萤石脉，仅依靠传统地质工作很难取得较大突破。因此，通过开展地质填图、可控源音频大地电磁测深及土壤地球化学测量等综合方法，多重叠加，不断放大找矿信息、强化找矿线索，认为区内深部可能发育隐伏—半隐伏萤石矿体。地质和物化探综合剖面表明，土壤地球化学测量圈定的主要氟元素异常区与地表已发现的矿化脉基本吻合；异常方向与主控矿构造带、矿化露头带走向基本一致；可控源音频大地电磁测深获取的低阻异常带与本区主控矿构造延伸方向、矿化体延伸方向有明显正相关性；为定位预测深部隐伏构造矿化带提供了新思路。

根据区内土壤、物探及地质工作提供的预测成果，选择部分重点部位实施钻孔验证，共发现8条萤石矿体(表1)，累计估算萤石推断资源量+预测资源量矿石量64.08万吨。结合已实施钻孔内萤石矿品位、矿石类型及矿物组成等特征，推测萤石矿体深部仍具备较大的找矿潜力，需引起高度重视。

表1 新县陡山一带萤石矿体一览表

6 结论

新县陡山一带萤石矿体受断裂控制较强，通过地表及已实施钻孔中萤石矿品位、矿石类型及矿物组成等一系列特征，结合土壤地球化学测量氟异常揭示出的该区主含矿断裂带的空间展布特征，及可控源音频大地电磁测深法显示的断裂构造在深部延伸的规模及方向，再参考矿体垂向分布特征，综合分析认为该区已验证的矿体深部均存在较好的资源潜力和找矿前景，在该区增加深部验证工作有望取得更大突破。