2. 中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室/地球科学与资源学院, 北京 100083;
3. 陕西略阳铧厂沟金矿, 陕西 略阳 724312
2. State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources/School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
3. Lueyang Huachanggou Gold Mine, Lueyang 724312, Shaanxi Province, China
Goldberg等对大量的矿床原生晕进行了元素分带性研究后,发现矿床原生晕的分带性是普遍存在的,并认为这是因为不同物理、化学条件会影响成矿溶液的运动过程,使原生晕具有分带性[1]. 此后,学者们对原生晕进行了深入的研究,基于岩浆热液成矿学说,Beus等认为地热可以对矿床原生分带进行控制,温度对矿物在溶液中沉淀析出有着重要的影响,元素的分带序列受到侵入体周围温度变化的影响[2-4].
近年来,关于金矿床的地质研究发展十分迅速,越来越多的学者意识到金矿的成矿过程与原生晕的形成具有密切的关系. 在金矿的地球化学研究中,原生晕已成为一个重要的组成部分[4],地质工作者也已经建立了初步的标准模型. 如邵跃、李惠等地球化学家提出了一套金矿的原生晕分带序列,建立了金矿原生晕分带模型[5-7],并认为在金矿床的原生晕中,轴向分带通常指示含矿气液的运移方向. 当轴向分带与垂向分带一致时,表明含矿带是倾斜方向;当轴向分带与水平方向一致时,表明含矿带为水平方向[8-10].
铧厂沟金矿位于西秦岭勉略缝合带内的泥盆系三河口群中,为20世纪90年代发现的大型金矿[11]. 一经发现,就引起了国内外学者们的注意,及在矿床地质特征、成矿流体特征、矿床成因等方面的大量研究[12-13]. 然而,在矿床原生晕分布特征方面的研究依然薄弱,阻碍了进一步的找矿勘查. 为了进一步了解矿区原生晕特点,有必要在前人的研究基础上,详细分析铧厂沟金矿的原生晕分带特征,对矿体、矿化进行科学预测.
本文在详细研究铧厂沟矿床地质的基础上,通过对不同中段、不同勘探线矿石微量元素的特征、元素分带性、原生晕叠加模型的研究,探讨矿山主矿带原生晕的分带特征,并对深部矿体成矿进行预测分析.
1 铧厂沟金矿地质概况 1.1 区域地质概况秦岭造山带有着复杂的地壳组成和物质结构,其西部经历了Rodinian大陆裂解过程[14]. 在新生代后期,西秦岭地区因青藏高原的大幅抬升而发生隆生,并成为现今国内最大的卡林型-类卡林型金矿成矿地区,该区矿床表现出从卡林型金矿过渡到造山型金矿的特点[15-16]. 勉略缝合带是该区最重要的构造带,为一个由北到南的逆冲推覆构造带,其派生出的一系列北西-东西向的韧性剪切带,控制了铧厂沟金矿矿体的形成及分布. 该地区主要发育新元古界碧口群、泥盆系三河口群及石炭系略阳组地层,各地层之间均为断裂接触[17](图 1).
铧厂沟金矿位于陕西省略阳县,处于秦岭微板块(南秦岭)与扬子板块交界处的南缘,基性火山岩系列和韧性剪切带对金矿的形成产生了重要的作用[18]. 区域构造往东西向扩展,岩浆活动频繁,基性-超基性及中酸性岩体是该区域主要发育的岩体,局部地区可见岩脉,其总体的构造线为东西向波状伸展[19].
中—新元古界碧口群(Pt2-3bk22-3)地层主要为酸性凝灰岩夹基性火山岩,出露在矿区南部;中—下泥盆统三河口群(D1-2sh)[20]地层局部中夹杂基性凝灰岩透镜体,主要出露在矿区北部. 后者为主要的含矿地层,根据岩性可以划分为3个岩性段:其中第一岩性段和第二岩性段有3个岩性层,粉砂质绢云千枚岩、钙质千枚岩、粉砂岩等构成第一岩性段-岩性层,中—薄层状微晶灰岩、泥质灰岩、中—厚层状结晶灰岩构成第一岩性段二岩性层,凝灰质绢云千枚岩、凝灰质板岩等构成第一岩性段三层岩性;钙质千枚岩、粉砂质绢云千枚岩、变质石英砂岩构成第二岩性段一岩性层,薄—中厚层状结晶灰岩、微晶灰岩、泥质灰岩构成第二岩性段二岩性层,灰紫色凝灰质板岩、凝灰质千枚岩、中基性熔岩构成第二岩性段三层岩性;第三岩性段的主要构成为灰色薄—中厚层结晶灰岩、黄绿色板岩、粉砂质板岩. 三河口群的总厚度超过900 m [21-22]. 矿区整体为向北倾斜的单斜构造,其北部地区属于康县-略阳华力西褶皱带,南部地区属于摩天岭加里东褶皱带,向东西方向展布(图 1).
1.3 矿床地质特征铧厂沟金矿目前共发现4个含矿带,呈近东西向展布,北西西向倾斜. 矿化带西起窑上湾,东至庙湾,整个矿带长约3600 m,宽20~60 m,受到细碧岩及绢云千糜岩的控制[24].
矿体由南至北分别为南南矿带、南矿带、主矿带和北矿带[25]. 南南矿带位于万家山-刘家河一带,倾向北,倾角在55~65°之间,Au品位为0.8×10-6~4.2×10-6,可见一些具有工业价值的矿体[26-27]. 南矿带(AuI)位于寨子湾-刘家河坝一带,倾角40~75°,品位为3.03×10-6~12.57×10-6,最高品位达39.84×10-6. 主矿带位于寨子湾-刘家河坝东侧一带,共5条主矿体,分别为Au8、Au9、Au10、Au11、Au14(图 2),矿体大致上呈脉状或透镜状产出. 北矿带(AuII)分布在刘家河坝铁夹树湾至庙湾一带,倾角60~80°. 品位较高,一般为4.0×10-6~24.50×10-6,最高品位达54.67×10-6. 北矿带、南矿带围岩有明显的硅化现象,表现为硅化千枚岩、硅化灰岩等. 矿物的排列具有定向性,其中以绢云母和绿泥石的排列最具代表性[28]. 另外,波状消光特征在某些矿物中也有所体现. 这些特征都说明了在蚀变发生的同时,也发生了韧性剪切运动.
成矿过程可根据脉体穿插关系、矿床地质特征、矿石组构和矿物组合等划分为4个期次[29-30],分别是海底火山喷发沉淀期、区域浅变质期、热液矿化蚀变期和表生作用氧化期. 热液矿化蚀变期是主要的成矿阶段,该阶段又可以划分为石英-黄铁矿阶段(Ⅰ)、石英-多金属硫化物阶段(Ⅱ)、石英-碳酸盐阶段(Ⅲ)等3个阶段. 矿床中金主要富集在第Ⅲ阶段,以裂隙金和晶隙金的形式出现[28].
2 铧厂沟金矿微量元素特征 2.1 样品采集及测试本次采集了主矿带990中段、1030中段的47件样品进行微量元素含量的测试. 共测定17种元素,其中Au采用无火焰原子吸收光谱法(AAN)测定,Ag采用发射光谱法(ES)测定,As采用氢化物-原子荧光光谱法(HG-AFS)测定,Hg采用冷蒸气-原子荧光光谱法(CV-AFS)测定,其他采用等离子体质谱法(ICP-MS)测定.
2.2 测试结果分析根据主矿带样品特征,采用数学地质方法对所得数据进行了系统分析,经相关性分析、聚类分析以及因子分析后得出成矿元素之间的规律性特征.
2.2.1 相关性分析利用相关分析可以衡量各元素间的相关性和亲和性,从而找出与成矿元素密切相关的伴生元素,这些元素对找矿具有重要的指示意义. 主矿带的990和1030中段采自36~70勘探线,其中40勘探线和44勘探线包含有1070中段样品. 对主矿带的矿石样品进行相关性分析后得出17种元素的相关性系数r,结果如下表所示(表 1). 取置信度为95%可得到主矿带的相关系数α=0.281,由表 1可以看出,Au与Ag、As、Hg、Te呈正向关系;Ag与Au、As、Hg、Te呈正向关系;As与Au、Ag、Bi、Hg、Pb、Te呈正向关系;Bi与As、Hg、Pb、Te呈正向关系;Cd与Mn、Mo、Zn呈正向关系;Zn与Cd、Co、Mn呈正向关系. 与Co呈正向相关的有Sc、Zn;与Cu呈正向关系的是Sc;与Hg呈正向关系的有Au、Hg、As、Bi、Pb、Sb、Te;与Mn呈正向关系的有Cd、Co、Ni、Sc;与Mo呈正向关系的有Cd、Zn;与Ni呈正向关系的有Co、Mn、Sc;与Pb呈正向关系的有As、Bi、Hg、Te;与Sb呈正向关系的有Hg、Se;与Sc呈正向关系的有Co、Cu、Mn、Ni;与Se呈正向关系的有Sb;与Te呈正向关系的有Au、Ag、As、Bi、Hg、Pb. 其中Ag与Au之间的相关性很高,为0.805,同时Ag与As、Hg、Te的相关性都很高,这种特性与Au保持一致,由此可见,Ag是最主要的伴生元素.
聚类分析主要遵从“物以类聚”的原则将性质相近的元素归为一类,从而找到近矿指示元素,辅助找矿. 采用R型聚类分析将变量进行归类分析,研究出岩体之间以及不同的成矿期次之间的内在关系. 由于物理化学条件的改变,不同的元素沉淀在成矿元素的运移和富集过程中有所差别,R型聚类分析正好揭示这些差别所在[30]. 利用SPSS数据统计分析软件得到主矿带47件样品的树形谱系图(图 3).
由图 3看出,以相似系数0.4为界,可以将17种元素分为3组:Au、Ag、Pb、Bi、Te、As为第一组;Cd、Zn、Mo、Hg、Sb、Se为第二组;Co、Ni、Sc、Mn、Cu为第三组. 在0.8~1之间,Au与Ag,Pb与Bi,As与Te相关性密切. 在前人研究基础上,可认为与Au成矿联系较为密切的有Pb、Bi、As、Te,Au的主要伴生元素为Ag,次要伴生元素为Bi、Pb、As和Te,都可以形成较好的地球化学原生晕.
2.2.3 因子分析R型因子分析是一种数据的降维分析,将存在复杂关系的较多变量根据元素之间的内在联系生成几种新的变量,这几种新的变量就是形成的新的因子量,反映的是元素的组合以及地球化学信息与成矿之间的关系[31-32]. 本文采用SPSS软件进行R型因子分析,得到因子载荷矩阵和极大方差旋转矩阵及因子散点图(图 4).
如图 4所示,前5个因子特征值都大于1,且变化范围较大,对整体的影响也很大;第6~17个因子的特征值均分布于0~1之间,变化幅度很小,对整体因子影响较小. 因此,在整个数据处理过程中,将前5个因子作为整体进行因子分析. 数据分析结果如表 2、3.
由表 2、3可以看出,前5个主因子占据了因子载荷矩阵和方差极大正交矩阵. F1:Te、Pb、As、Bi、-Sc、Hg、Au、Ag,F2:Co、Zn、Cd、Ni、Mn,F3:Mo、-Cu,F4:Sb、Se,F5为空,可以总结为因子载荷矩阵的5个因子. F1:Pb、Te、Bi、As,F2:Co、Ni、Sc、Cu,F3:Ag、Au,F4:Cd、Zn、Mo、Mn,F5:Sb、Se、Hg,总结为方差极大正交旋转矩阵的5个因子. 5个因子特征值如表 4.
由表 4可以看出,前5个因子的累积特征值都达到了74.99%,反映了17种元素的74.99%的地球化学信息. 经过方差正交旋转之后,各因子特征值发生了改变,可以看出F1:Pb、Te、Bi、As代表的是多金属硫化物阶段. 从F2和F4的元素可以推测出,这是代表着深部岩浆有关的中高温成矿作用. F3代表金的主因子,而F1、F3、F5的元素代表着多期次的多金属硫化物矿化及成晕,一般为中低温的成矿元素. 结合因子分析结果,可得到Au元素因子模型:Au=0.89F3+0.22F1+0.04F4-0.02F2-0.04F5.
3 原生晕分带特征 3.1 主矿带原生晕轴向分带序列成矿地球化学研究、找矿勘探、剥蚀深度、盲矿预测等离不开金矿床原生晕分带序列的研究[7, 33-34]. 根据采样位置的不同,将样品分为5组,得到一个原生晕轴向分带序列. 将大量元素金属量相加可以起到减小原始数据误差的作用. 按照取平均值-标准化-求分带指数-求变异指数-分带序列的顺序对其进行了系统分析(表 5),得到原生晕轴向分带序列如下.
990中段:Au、Ag、As、Bi、Te
1030中段:Hg、Pb、Sb、Zn
1070中段:Co、Ni、Sc
1110中段:Cd、Cu、Mo、Se
1150中段:Mn
通过元素的变异分带指数,得到轴向分带序列:Ag-Bi-As-Te-Au-Hg-Pb-Sb-Zn-Sc-Ni-Co-Mo-Se-Cd-Cu-Mn. 通过对全国63个典型金矿床原生晕轴向分带序列进行概率统计后,得到国内金矿床原生晕综合轴向分带序列:矿体前缘及上部为B-As-Hg-F-Sb-Ba,矿体中部为Pb-Ag-Au-Zn-Cu,矿体下部及尾晕为W-B-Mo-Mn-Ni-Cd-Co-V-Ti [7]. 总结了前人有关铧厂沟主矿带原生晕的研究后,提出其理想的前缘晕序列为:Sb-As-Cu-Hg,理想的近矿晕为Au-Ag-Bi-Pb-W,理想的尾晕Ni-Co-Mn-Mo-Zn-Cd [25]. 结合中国金矿原生晕综合轴向分带序列的总体特征,对比本次研究所得出的轴向分带序列,发现990中段和1030中段都出现了前缘晕和近矿晕的元素,1070中段则出现了尾晕元素,Cu、Se等前缘晕或者近矿晕元素在1110中段重新出现,1150中段出现的是尾晕元素. 由各中段的元素分布情况明显看出Ag、Au元素提前出现在前缘晕,或者是As、Sb出现在了近矿晕,Cu则出现在尾晕系列中. 由此可以看出在990中段的前缘晕中叠加了1030中段的近矿晕的成分,1110中段则叠加了矿体的前缘晕与近矿晕,1150中段则为尾晕元素. 在前人研究结论中,前缘晕、近矿晕和尾晕同时在1150中段叠加,1110中段和1070中段则为近矿晕和尾晕叠加. 综合可见,从990~1150中段之间,存在2~3个或更多矿体在不同中段相互叠加的现象,并且在990中段还存在一定规模的往下继续延伸至950中段的矿体.
根据以上分析并结合前人的研究成果,可以得到铧厂沟主矿带的理想原生晕的前缘晕分带序列为As-Te-Sb-Hg,近矿晕分带序列为Ag-Au-Bi-Pb-Zn-Se,尾晕分带序列为Sc-Co-Ni-Mo-Cu-Cd-Mn.
3.2 勘探线原生晕轴向分带序列各种不同的原生晕轴向分带序列分布于各勘探线上,根据采样的特点选用56~70线进行原生晕的轴向分带序列分析,从而更加详细地了解主矿带矿体原生晕的分带特征,有利于对矿区的盲区部位进行预测. 得出各勘探线的原生晕轴向分带序列如表 6所示.
各个勘探线均包含1030中段和990中段,其中40和44勘探线包含1070中段原生晕数据.(近矿晕+尾晕)→(尾晕+近矿晕+前缘晕)为36勘探线的分带趋势;(前缘晕+近矿晕)→(近矿晕+尾晕)→尾晕为40勘探线的分带趋势,(尾晕+前缘晕)→(近矿晕+尾晕)→(尾晕+近矿晕+前缘晕)为44勘探线的分带趋势,(前缘晕+近矿晕)→(尾晕+近矿晕)为48勘探线的分带趋势,(前缘晕+近矿晕)→(近矿晕+前缘晕+尾晕)为56勘探线的分带趋势,(近矿晕+前缘晕+尾晕)→(尾晕+前缘晕)为60勘探线的分带趋势,(前缘晕+近矿晕+尾晕)→(尾晕+近矿晕+前缘晕)为62勘探线的分带趋势,(尾晕+近矿晕)→(前缘晕+近矿晕)为64勘探线的分带趋势,(尾晕+近矿晕+前缘晕)→(前缘晕+尾晕+近矿晕)为66勘探线的分带趋势,尾晕→(近矿晕+前缘晕+尾晕)为68勘探线和70勘探线的分带趋势(图 5).
综合以上分析,从48~70勘探线,自西向东方向矿体的叠加位置从990中段逐渐往上偏移至1030中段,62勘探线附近990中段往下存在矿体向深部延伸,往70勘探线方向,深部延伸矿体逐渐减少. 在这之间不同层位的矿体存在不同程度的叠加,40和44勘探线从1070~1030中段有矿体分布,结合1030~990中段的分布规律,可推断从1070~1030中段的其余勘探线也存在矿体分布.
4 矿体原生晕叠加模型利用数学地质方法分析铧厂沟采样数据以及上述分析研究发现不同勘探线上的矿体具有多样化特点,即有完整的矿体存在,也有上下两个或多个矿体出现叠加的现象. 如40和44勘探线包含1070中段矿体特征,40勘探线在990中段下部未见新的矿体出现,44勘探线则出现一个新的前缘晕,推测可能存在下部隐藏矿体. 56勘探线所示,从1030~990中段为一个完整的矿体. 上部矿体的中下部出现在60勘探线1030中段,而下部矿体的上部出现在990中段,因此可以推断990中段往下还会存在矿体的延伸. 62、64、66勘探线都存在反分带现象,由特征图可得知,990中段下部存在矿体延伸. 1030中段处近矿晕和尾晕发育较强,990中段处则发育较多前缘晕和尾晕. 由此可以体现出1030中段以上矿体的中下部特征以及990中段矿体的特征,在60~66勘探线,990中段有部分矿体向深部延伸.
综合以上分析,结合前人研究的部分成果,本次建立主矿带1070~990中段矿体原生晕叠加理想模型,预测990深部矿体延伸趋势(图 6). 从1070中段向1030中段延伸方向存在矿体,规模较小,在1030中段附近尖灭. 1030~990中段出现新的矿体延伸,有明显的前缘晕和少许近矿晕出现,推测从990~950中段存在矿体延伸.
通过建立原生晕特征图和原生晕叠加的理想模型,得到如下结论.
(1)铧厂沟主矿带原生晕前缘晕分带序列为As-Te-Sb-Hg,近矿晕分带序列为Ag-Au-Bi-Pb-Zn-Se,尾晕分带序列为Sc-Co-Ni-Mo-Cu-Cd-Mn.
(2)矿区从48勘探线至70勘探线,从990中段向上部1030中段,矿体自西向东发生叠加的位置偏移. 推测44勘探线附近可能存在深部隐伏矿体,从60~66勘探线处,矿体出现多重叠加.
(3)在1030中段处出现新矿体,并向下延伸至990中段而未尖灭,由此可推测990中段以下还存在新的矿体.
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