高精度磁测在吉林辉南石棚沟金矿区找矿中的应用

谢天月,杨言辰,韩世炯,韩梓衡,于秋阳

(吉林大学地球科学学院)

引 言

石棚沟金矿床位于铁岭-靖宇(次级隆起)Fe-Au-Ag-Cu-Pb-Zn成矿带、辉南-抚民AuFe找矿远景区内。该矿床附近矿点较多,沿楼街、石棚沟、芹菜沟、石道河子一带呈北东向展布,表明该区域具有较好的成矿条件与找矿前景[1-5]。通化地质大队、四平地质大队、吉林省有色金属地质勘查局、吉林地勘设计研究院等多家单位对该区域进行了相关地质勘探工作,并形成了较为丰富的资料。尽管石棚沟金矿床具有悠久的开采历史,生产单位先后开展了一系列勘查工作,但由于矿体形态复杂,规模较小,几十年来找矿工作没有取得突破进展。本文利用高精度磁测成果,结合石棚沟金矿区矿化特征,分析成矿结构面与成矿地质体,以期对该区域今后的找矿勘查工作起到参考作用。

1 矿区地质概况

矿区出露地层主要为太古宇夹皮沟群杨家店组(Ary)、三道沟组(Arsd)及第四系(Q)(见图1)。其中,杨家店组主要分布在矿区西北部,岩石组合主要为斜长片麻岩、斜长角闪岩、绿泥石片岩、黑云母片岩、磁铁石英岩等。杨家店组主要为TTG岩系(前人统一定为混合花岗岩[6]),主体为黑云母奥长花岗岩,内部含有较多花岗闪长岩。三道沟组广泛分布在矿区中部和东南部,岩性以黑云斜长片麻岩为主,夹斜长角闪岩和磁铁石英岩等,偶见变粒岩。沿河谷发育第四系冲积、堆积物[7-9]。

矿区岩浆岩主要为隐伏的前寒武纪变质深成花岗岩及基性岩。区域上,变质深成花岗岩大面积出露,分布于石棚沟-石道河子一带,岩性主要为长英质片麻岩[10],其原岩大体为二长花岗岩和花岗闪长岩,部分岩石遭受变形,形成一系列变形强度不同的糜棱岩化带,主要以包裹体形式存在于花岗质岩石中,岩石类型主要为斜长角闪岩。斜长角闪岩在空间上呈包裹体赋存于花岗质岩石中,展布方向比较复杂。矿区内除变质深成花岗岩外,未见大面积岩浆岩出露。此外,矿区内发育金山屯隐伏闪长岩体,深部可能与黄泥河岩体相连[11]。

断裂是矿区内的主要构造类型,按方向可分为北东向、东西向2组,按变形特性可分为韧性和脆性2类。韧性剪切带与矿化关系密切[12-13]。矿区内见2条韧性剪切带。其中,韧性剪切带R1分布在矿区北侧,呈北东东向展布。韧性剪切带R2贯穿整个矿区,呈北东东向展布,倾向北西,产状基本与地层一致。断裂内岩石由构造角砾岩、糜棱岩化片麻岩、糜棱岩组成,其为金元素迁移、富集提供热液等条件。次级近南北向断裂为金元素富集、沉淀提供空间,从而形成了近南北向矿体。韧性剪切带为控矿构造,断裂为主要容矿构造。F101断裂走向北东,分布在矿区的北西侧。F301断裂走向北西,分布在矿区北侧石棚沟-金山屯沟中。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

矿区从西到东划分4个矿井,共见6条矿体。其中,1号矿体、2号矿体、3-1号矿体为主矿体。

1号矿体:主要为含金石英脉型,走向近南北(350°～5°),倾向西(260°～275°),倾角80°～89°,延伸平直,走向上具有明显的膨缩特征,走向延长113 m,倾向延伸80 m,宽0.30～0.60 m,金品位0.51×10-6～26.70×10-6,最高可达4 222.44×10-6;显示其为一系列扁豆状矿体呈串珠状排列而成。赋存矿体的断裂错动明显,两侧围岩发生褶皱,为压性构造性质。

2号矿体:主要为石英脉型,沿断裂充填,被北东向断裂左旋错断。矿体深部北侧接近矿权边界,向南东倾伏方向未封闭。矿体呈薄脉状(见图2),走向为北北西,倾向南西,倾角较陡。矿体厚度0.40～1.39 m,平均值1.01 m,厚度变化均匀。金品位0.50×10-6～31.74×10-6,平均值6.08×10-6,品位变化均匀。2号矿体沿倾向膨缩明显,呈透镜状或豆荚状产出,控矿断裂总体显示右旋张性构造特征。

图2 2号矿体15 m中段特征Fig.2 Characteristics of Level 15 m in No.2 Orebody

3-1号矿体:为矿区重要矿体之一,属于北东向石英脉型矿体,矿体深部基本封闭。矿体呈脉状、透镜状(见图3),总体走向北东,倾向南西,倾角变化较大。345 m中段以上倾角为44°～50°,之下变陡为80°左右。矿体最大走向控制长度117 m,倾向最大延伸457 m。矿体平均厚度1.20 m,变化较为稳定,金平均品位6.06×10-6,品位变化均匀。

图3 3-1号矿体特征(局部)Fig.3 Characteristics of No.3-1 Orebody(local)

2.2 矿石特征及成矿期次

矿石类型主要为含金石英脉型。矿石中的金属矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、自然金、方铅矿、闪锌矿、磁铁矿等。其中,黄铁矿为主要的载金矿物。脉石矿物主要为石英,少量方解石。矿石结构包括粒状结构、压碎结构、固溶体结构、包含结构等。矿石构造包括细脉浸染状构造、脉状构造、角砾状构造等。

黄铁矿是最主要的金属矿物和载金矿物。根据野外观察及显微镜鉴定,可见2类黄铁矿:第一类自形黄铁矿粒度稍大,多呈自形-半自形浸染状、团块状产出,赋存于早期石英脉中或片麻岩内,含金性较差;第二类半自形细粒黄铁矿粒度较小,主要产于主成矿期石英脉中或围岩裂隙带中,有时呈浸染状、团块状分布,颗粒不完整,该类黄铁矿与金矿化关系密切。

黄铜矿呈他形粒状、粒度0.01～0.20 mm,集合体常以细脉状、团块状产出,黄铜矿与半自形细粒黄铁矿关系密切,同为金矿物载体,金矿物常被黄铜矿包裹。

方铅矿在金属矿物中比较少见,分布也不均,呈他形粒状,粒度在0.01～0.20 mm,常与黄铜矿共生。

根据野外调查及镜下观察,初步将该矿床划分为5个成矿阶段:早期石英阶段、多属氧化物阶段、石英-黄铁矿阶段、多金属硫化物阶段、石英-碳酸盐阶段。其中,石英-黄铁矿阶段、多金属硫化物阶段为金的主要富集阶段,并于这2个阶段形成工业矿体。

2.3 围岩蚀变

围岩蚀变种类比较简单,主要蚀变类型包括硅化、绢云母化、绿泥石化、碳酸岩化等。其中,硅化含金性也较好,主要产出于矿体与围岩接触部位,形态以脉状为主,少见有团块状集合体。绢云母化由斜长石蚀变所致,其强度呈现出由矿脉中间向两侧围岩逐渐减弱的趋势,部分绢云母由于表生风化作用而转变为高岭土。绢云母化产出位置与硅化基本类似,均为矿体与围岩接触部位。硅化、绢云母化与金矿化关系密切[14-15]。

结合前人研究资料,石棚沟金矿床矿体与北东东向韧性剪切带及北东向、北北东向断裂关系密切,成矿物质主要来源于围岩地层,成矿流体为变质水、岩浆水、大气降水的混合。矿体受太古宇变质岩、燕山早期中酸性侵入岩及断裂共同控制,围岩地层提供物源、侵入岩体提供热源、脆性构造提供容矿空间[11-12]。初步认为,石棚沟金矿床成因类型为造山型。

3 高精度磁测异常特征及构造解译

高精度磁测常被应用于分析成矿控制因素,确定构建地质体和结构面的三维地质特征。对矿区1∶1万高精度磁测数据进行不同深度、不同方向的水平一阶导数计算,确定结构面,进而分析线性构造及产状变化。对不同深度数据进行垂向二阶导数计算,确定成矿地质体边界[16-19]。石棚沟金矿区磁异常等值线图见图4。因为磁偏角对于矿区磁场分布是有一定影响的,通过化极处理可以解决这一问题,所反应的岩浆岩和地层分布也会更加准确[16]。石棚沟金矿区磁异常化极等值线图见图5。地质解译以已有地质测量成果为基础,通过对不同方向、不同高度构造的关联、筛选,最终确定结构面位置、特征及地质体分布特征。

1-第四系 2-杨家店组 3-三道沟组 4-地质界线 5-未见矿钻孔及见矿钻孔 6-矿体及编号 7-探槽及编号 8-水库 9-村落 10-韧性剪切带及编号 11-蚀变矿化带及编号 12-勘探线及编号 13-断裂及编号 14-正磁异常等值线 15-负磁异常等值线 16-零等值线图4 石棚沟金矿区磁异常等值线图Fig.4 Magnetic anomaly contours of Shipenggou Gold District

3.1 高精度磁测异常特征

通过化极处理,磁偏角对矿区内磁场的影响被消除,能够使结果更确切反映实际磁异常分布特征。磁异常总体北东东向展布,梯度带北东东向展布;矿区中部发育近南北向的煌斑岩脉、岩墙,以及近南北向带状正磁异常。三道沟组地层总体为负磁异常,局部夹透镜状及不规则状正磁异常,主要矿化发育地段及南部因绢云绿泥片岩、黑云二长片麻岩、混合片麻岩夹二云母片岩、角闪片岩等含有较多暗色矿物,表现为低缓负磁异常,夹杂出现一系列低缓正异常。三道沟组二段大面积分布于矿区中部,总体表现为北东东向负磁异常夹北东东向透镜状正磁异常,正磁异常可能与磁铁石英岩分布有关。

3.2 结构面及地质体解译

经过化极处理,将高精度磁测数据进行向上延拓与导数计算,通过垂向二阶导数确定地质体边界;通过不同方向的水平一阶导数计算,确定矿区内的线性构造,得到物性结构面及物性地质体边界[20],结果见图6、图7。

1-北东向线性构造 2-北西向线性构造 3-东西向线性构造 4-南北向线性构造 5-矿体及编号图6 石棚沟金矿区磁异常解译线性构造图Fig.6 Linear structure diagram of magnetic anomaly interpretation in Shipenggou Gold District

1)结构面解译。结构面解译即矿区线性构造解译。总体由东西向构造、南北向构造构成结晶基底,叠加北东向构造、北西向构造。矿区整体构造格架由北西向构造与北东向构造共同组成。同时,矿区内广泛发育北东东向构造与东西向构造。总体表现为与区域辉发河断裂类似的平行构造,早期属于鞍山群变质基底构造,控制面理发育;晚期受辉发河断裂影响,形成北东东向构造,其控制成矿带或矿化带发育,局部控制层型石英脉及金矿化发育,为该矿区重要控岩控矿构造。矿区中西部发育南北向构造。地表部分矿体总体受南北向构造控制,但矿体连续性差,厚度变化较大,显示其追踪张性构造属性。矿区北东向构造比较发育,形成多条贯穿矿区的北东向构造,综合控制矿化及化探异常的分布。

2)环形构造解译。环形构造解译即地质体解译。矿区深部归为2个地质体,向上呈现为岩枝且形态不规则,中深部划分为2～3个岩株,到浅部变化成一系列小岩株,局部与地表地质测量发现的岩体与前人简单定名为混合花岗岩的岩体完全对应,呈北东东向串珠状分布,控制4个重要矿化地段;地表浅部成矿地质体相连,形态复杂。分析认为,金矿化形成并分布在成矿地质体形态复杂、产状发生变化的有利部位。

4 蚀变矿化带控矿及找矿方向

4.1 蚀变矿化带控矿

根据矿区地质特征及高精度磁测解译成果,金矿化受杨家店组、三道沟组地层,以及断裂与深部成矿岩体综合控制,简要介绍主要蚀变矿化带。

Ⅰ蚀变矿化带分布于矿区西部高磁异常解译出的成矿地质体内部,该蚀变矿化带主要受控于三道沟组赋矿围岩及成矿地质体南北向的凸出部位。高精度磁测解译结果显示,Ⅰ蚀变矿化带产于北东向断裂与北西向断裂交会部位,产状受控于南北向构造,对比不同深度的解译结果,该南北向构造西倾,这一点与地表所见矿化特征吻合。

Ⅱ蚀变矿化带分布于中西部成矿地质体内部及边部,主要受北西向断裂控制。通过对比地表观察到的岩性、构造特征和不同深度下高精度磁测解译的结构面可发现,该蚀变矿化带倾向南西。已施工钻孔ZK8703、ZK8705未见矿,可能与钻孔布设方位有关。

Ⅲ蚀变矿化带分布于矿区中部,通过磁异常解译出成矿地质体西侧边缘及形态变化部位,根据更大深度的解译结果,该地质体与Ⅱ蚀变矿化带深部属于同一成矿地质体,主要控矿因素为北西方向断裂及三道沟组绢云绿泥片岩、黑云母片岩、二云母片麻岩与隐伏岩体间的结构面。高精度磁测解译结果显示:该蚀变矿化带发育倾向南西的结构面,与钻孔ZK8814的钻探结果吻合。

4.2 找矿标志与找矿方向

结合矿区已有土壤岩屑地球化学测量结果,对Cu、Pb、Zn、Co、Ni、As、Sb、Bi、Hg、Mo、Sn、W、Ag、Au等14种元素的相关参数进行统计,结果表明:Au、Ag及Hg等3种元素具有较高变异系数和浓集系数,为主要成矿元素。其他元素成矿强度较低,活动性弱,总体反映地质体高背景含量特征,成矿过程中的活化迁移强度低。聚类分析及因子分析结果显示:Hg与Sn为负相关关系,Cu-Ni-Zn-Co、Au-Ag-Hg-Bi-W为主要组合异常(见图8)。激电异常在蚀变矿化带处显示高阻高极化异常控矿。

1-第四系 2-杨家店组 3-三道沟组 4-地质界线 5-未见矿钻孔及见矿钻孔 6-矿体及编号 7-探槽及编号 8-水库 9-村落 10-韧性剪切带及编号 11-蚀变矿化带及编号 12-勘探线及编号 13-断裂及编号 14-Au-Ag-Hg-Bi-W组合异常 15-Cu-Ni-Zn-Co组合异常图8 石棚沟金矿区综合信息成矿预测图Fig.8 Comprehensive information mineralization prediction diagram of Shipenggou Gold District

矿区金矿化主要蚀变找矿标志为硅化、绢云母化;主要地球化学找矿标志为Au异常、Ag异常及Cu-Ni-Zn-Co组合异常、Au-Ag-Hg-Bi-W组合异常。Bi异常、Zn异常、Hg异常及Pb异常理论具有作为找矿标志的作用,但因实际这些异常不发育,故而指导找矿的意义不大,其他元素异常基本不具有找矿指导作用;激电异常找矿标志为高阻高极化异常。

结合蚀变矿化带控矿、高精度磁测异常分布特征与结构面地质体特征、土壤岩屑地球化学测量结果及激电异常特征,矿区具有良好的找矿潜力。

Ⅰ蚀变矿化带位于南北向构造东部,出露三道沟组地层,南北向、东西向、北东向构造发育。发育较大规模、套合完整、近南北向展布的Au异常、Hg异常,同时发育Ag异常、Mo异常、Zn异常。高精度磁测结果表明,成矿地质体浅部形态不规则,规模大,与含金石英脉产出及Au异常分布相吻合。成矿地质条件良好,具有明显的地质、物化探找矿标志,表明该区找矿潜力较好。

Ⅱ、Ⅲ蚀变矿化带地质、物化探条件较好,找矿标志相对明显,综合认为是最具找矿潜力的地段。从高精度磁测不同深度成矿地质体显示的信息来看,控制二者成矿地质体在深部归为同一地质体,二者都产于浅部地质体边部及形态复杂变化部位,空间上均受北北西向断裂控制,发育在北东向、北西向构造交会部位。土壤地球化学测量结果显示:Ⅱ、Ⅲ蚀变矿化带发育较大规模Au异常及Ag异常、Zn异常、Pb异常、Hg异常、Ni异常,发育2处Au-Ag-Hg-Bi-W、Cu-Zn-Ni-Co组合异常,异常套合好,浓集中心明显;Au异常及组合异常空间分布受成矿地质体形态产状变化部位控制。根据激电测量结果,该区段圈出5处高阻异常和3处极化率异常,表明Ⅱ、Ⅲ蚀变矿化带深部具有较好的找矿潜力。

5 结 论

1)石棚沟金矿区矿体呈脉状、透镜状,受杨家店组、三道沟组地层,以及断裂与深部成矿岩体综合控制。矿床成因类型为造山型。

2)高精度磁测解译确定出矿区主要构造格架由北东向构造、北西向构造构成。矿区中发育隐伏闪长岩岩株。不同方向构造交会部位和成矿地质体形态复杂变化部位往往对成矿有控制作用。

3)石棚沟金矿区具有较好的找矿潜力。特别是Ⅱ、Ⅲ蚀变矿化带地质条件有利,物化探找矿标志明显,综合认为找矿潜力较大。