湘南財神廟鉛鋅礦床構造地球化學及找礦預測

鄭旭，劉建平，劉少青，李波，陳衛康，邵擁軍，丁濤，劉忠法

(1.中南大學有色金屬成礦預測與地質環境監測教育部重點實驗室，湖南 長沙 410083；2.中南大學地球科學與信息物理學院，湖南 長沙 410083；3.昆明理工大學 國土資源工程學院/有色金屬礦產地質調查中心西南地質調查所，云南 昆明 650093)

0 引言

構造地球化學理論構建和方法探索始于20世紀50—60年代（韓潤生，2005；錢建平，2009），其研究內容為各類構造作用與地球化學過程之間在空間、時間和成因的關系（陳國達和黃瑞華，1984）。構造地球化學的分支應用——即構造地球化學找礦，經過礦產勘查工作者不斷探索，在工作方法、分析測試、數據處理和異常解釋等方面逐漸形成了較為完善的方法體系（韓潤生等，2003），由于其取樣為斷層泥、蝕變巖、石英脈、成礦后的脈巖等物質，能夠強化異常，捕捉深部礦化信息（程志中等，2021），在熱液型金、銅、鉛鋅等礦床具有顯著的找礦效果，逐漸成為隱伏礦體定位預測的主要技術之一（韓潤生等，2003）。近10年來，構造地球化學找礦主要集中于礦田或礦床尺度范圍內進行，重點對膠東金礦床（錢建平等，2017；梁平等，2018；李衣鑫等，2020）、川滇黔鉛鋅礦床（李波等，2014；張權等，2017；周俊朋等，2019）和貴州卡林型金礦床（譚親平等，2020；李松濤等，2021）開展了工作，其中韓潤生教授團隊對云南、貴州等省的銅鉛鋅礦床開展了大量的構造地球化學找礦探索（王明志等，2016；杜麗娟等，2017；郭澤華等，2019；萬新等，2020），為礦山深邊部隱伏礦體的預測提供了重要的依據。此外，近年來部分學者對區域性構造地球化學找礦進行了試驗，吳衛國（2018）對粵北一六礦田進行了1∶5萬巖石構造地球化學測量，圈定的異常與礦床的吻合度高于水系沉積物化探異常。程志中等（2021）開展了甘肅省西和地區兩個5萬圖幅的巖石構造地球化學測量試驗，圈定了多處異常，為找礦靶區篩選提供了重要的依據，異常已被工程驗證。因此，構造地球化學找礦是礦產普查及礦床勘探中不可替代的勘查方法。

湘南是南嶺地區重要的鎢錫鉛鋅銀礦集區（車勤建，2005），其深部資源潛力巨大，尤其以凹陷帶的坪寶礦田為典型，危機礦山項目在寶山和黃沙坪鉛鋅礦床深部取得找礦重大突破（周偉平，2011；王炯輝等，2019），該礦田內目前勘探礦化深度達1700 m，但礦化深部尚未完全控制，顯示了深部具有良好的找礦潛力（黃富年和李茂平，2019）。“十三五”期間，科技部啟動了國家重點研發計劃項目，對湘南地區開展了深部礦產探測技術示范研究。坪寶地區巖漿成礦系統受構造控制明顯，具有構造地球化學找礦應用的良好基礎。本文以寶山礦田北部財神廟鉛鋅礦床為研究對象，開展礦床深部坑道構造地球化學測量工作，為深部礦產勘查提供了地球化學依據。

1 成礦地質背景及礦床地質特征

寶山礦田位于臨武—郴州斷裂帶的西側（圖1a），出露地層為中上泥盆統—石炭系海相-淺海相碳酸鹽巖夾陸源碎屑巖組合（圖1b），巖性以碳酸鹽巖為主，碎屑巖次之，容礦地層為下石炭統石磴子組灰巖和梓門橋組白云巖（印建平，1998）。礦田內復式向斜受北東或東西向逆斷層（如F109、F21、F25、F38等）和北西向平移正斷層（F5、F3、F4等）影響，導致礦田構造十分復雜（圖1b）。礦田及外圍發育眾多的巖株及巖脈，侵位明顯受北西向基底構造控制（印建平，1998）。礦田出露兩個巖帶，東塔嶺-財神廟-苗圃巖帶和八角井-寶嶺-竹子嶺（隱伏）巖帶（圖1b），兩個巖帶巖性均為花崗閃長斑巖。這些巖帶均不同程度地發生礦化蝕變，在寶山中部礦床發育矽卡巖型銅鉛鋅礦化，而沿F5、F4斷層產出的巖體周圍蝕變礦化較弱，前者被認為屬于成礦后巖體（齊釩宇等，2018）。巖漿巖石學及巖石地球化學研究顯示巖石是由于軟流圈物質上涌，引起深部地殼物質重熔作用形成的I型花崗閃長巖（Kong et al.,2018），形成時代為161～154 Ma（伍光英等，2005；路遠發等，2006；全鐵軍等，2012；彌佳茹等，2018），中部矽卡巖型銅鉛鋅礦石中輝鉬礦Re-Os年齡及石榴子石U-Pb年齡均為160 Ma（Li et al.,2019;路遠發等，2006），表明成巖成礦時代一致。

圖1 區域地質及礦區地質簡圖

寶山礦田發育多個銅鉬鉛鋅多金屬礦床，根據產出構造位置，可以分為產于F3與F5斷層之間的中部銅鉬礦床、西部鉛鋅礦床、東部鉛鋅礦床和產于F4斷層北東側的財神廟鉛鋅礦床（圖1d）。中部礦床為矽卡巖型礦床，東部礦床、西部礦床及財神廟礦床為熱液脈型礦床。眾多學者認為產于F3與F5斷層之間的礦床為同一成礦系統，以中部礦床為中心，東部和西部礦床為中部礦床的邊部，大量深部探礦工程顯示中部礦床向深部向西部礦床側伏并在深部相連。而財神廟礦床與前三個礦床之間存在F3—F4無礦間隔，近年來詳細的成礦構造研究（諶鵬遠等，2020）表明財神廟礦床可能屬于另外一個成礦中心。

財神廟鉛鋅礦床分布于F4斷層的北東側（圖1c～d），位于軸向為北東向桂陽一中向斜與財神廟倒轉背斜的正常翼，核部地層為下石炭統石磴子組，翼部為下石炭統測水組、梓門橋組和中上石炭統壺天群。其中石磴子組灰巖為主要賦礦地層，次為測水組砂頁巖和梓門橋組白云巖（圖1b～d）。礦體受背斜中近東西向F23、F25和F4斷層控制（圖1c～d）。礦區巖漿巖為沿F4斷層分布的花崗閃長斑巖（圖1c），巖脈長約2000 m（周孟祥，2006）。巖體的產狀受斷層面的產狀控制（圖1d），厚薄不一，出露寬度5～50 m。礦區礦體主要有三種產狀：（1）產于F23和F25斷層主破碎帶中的呈層狀、似層狀礦體。礦體走向60°～75°，傾向北西，礦體長在350 m以上，傾向延伸約150 m。（2）產于次級斷層帶中的呈脈狀、透鏡狀的礦體。礦體產狀可分為兩個主要走向：北東向和北西向，礦體延伸和走向長度均在50 m左右，且具有側伏和尖滅再現、分枝復合現象；（3）產于巖體邊或中間的呈不規則狀、扁豆狀的礦體。走向280°～310°，傾向北東，傾角80°，延伸一般在60 m左右，走向長度為100～200 m（周孟祥，2006）。

2 構造控礦特征

財神廟礦床整體處于桂陽一中向斜的南東翼與F23、F25及F4斷裂帶交匯部位（圖2），礦體產于斷裂帶附近或兩斷裂之間的次級斷裂中，單個礦體規模較小，但礦體群整體受三條斷裂控制。坑道調查過程中，斷裂帶中碳酸鹽化、硅化、綠泥石化、褐鐵礦及黃鐵礦化等礦化蝕變發育（圖3），整體上靠近F4斷裂帶內發育較強的硅化和黃鐵礦化（圖3a），與F4斷裂帶的巖漿-熱液活動關系密切，而F4斷裂帶以北多發育強烈方解石化（圖3b）。

圖2 財神廟礦床-110 m中段（a）與-190 m中段（b）地質簡圖（據湖南省有色地質勘查局一總隊，2010①修改）

圖3 財神廟礦床地質剖面圖

3 構造地球化學

3.1 樣品采集及測試

在礦床構造調查基礎上，根據礦山深部坑道情況，選擇了深部-110 m，-190 m兩個中段開展了坑道構造地球化學測量，野外工作流程及要求參考韓潤生（2005）和錢建平（2009），對控制了礦區161～197勘探線之間的斷裂構造進行樣品采集，共采集樣品208件。樣品經過了破碎、研磨至200目，并采用Thermo Fisher ELEMENT XR型ICP-MS進行微量元素定量分析，分析了Be、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Cs、Ba、∑REE、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Th、U、As、Hg、Sb、Ge、Au、Ag等33個元素。分析要求嚴格按照國標（GB/T 14506.30-10硅酸鹽巖石化學分析方法）執行，所有樣品分析在北京科薈測試技術有限公司完成。

3.2 元素組合特征

（1）-110 m中段

對-110 m中段共計92件樣品進行總體分析，選取Be、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Cs、Ba、∑REE、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Th、U、As、Hg、Sb、Ge、Au、Ag等33個微量元素進行R型聚類分析（圖4）和因子分析（表1）。

表1 財神廟礦床-110 m構造地球化學樣品的方差極大旋轉因子載荷矩陣

圖4 財神廟礦床-110 m中段構造地球化學樣品R型聚類分析譜系圖

在距離系數為0.80時，財神廟礦床-110 m中段構造巖樣品微量元素可以分為五組元素組合：①∑REE、Ge、Rb、Ba、Be、Ga、Th、Nb、Cs、Sc、V、Zr、Hf、Ta；②Tl、Hg、Au；③Cr、U、Mo、As；④Cu、Bi、Ag、In、Sn、W、Sb、Zn、Cd、Pb；⑤Co、Ni。第①組代表了與花崗巖有關的稀有稀土元素組合；第②組代表了低溫成礦元素組合；第③組地質意義不明；第④組代表了高中低溫元素組合；第⑤組為親鐵的元素組合。

當累計方差貢獻率達79.48%時，財神廟礦床-110 m中段構造巖樣品微量元素可以得出5個主因子元素組合：

Fa1因子：Th、Ga、Be、Nb、Ge、Sc、Cs、Ba、V、Hf、REE、Rb、Zr、Ta、Tl、Cr；

Fa2因子：In、Ag、Cu、Zn、Cd、Pb、Bi、W、Sn、Sb、As；

Fa3因子：Hg、Au、（As、Tl）；

Fa4因子：Co、Ni；

Fa5因子：Tl。

結合礦區地質情況，本文認為Fa1因子代表了與花崗巖有關的元素組合，Fa2因子代表了高中低溫元素組合，Fa3、Fa5因子代表了低溫成礦元素組合，Fa4代表了親鐵元素組合，可能反映圍巖化學特征信息。

（2）-190 m中段

對-190m中段116件樣品進行總體分析，選取Be、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Cs、Ba、∑REE、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Th、U、As、Hg、Sb、Ge、Au、Ag等33個微量元素進行R型聚類分析（圖5）和因子分析（表2）。

圖5 財神廟礦床-190 m中段構造地球化學樣品R型聚類分析譜系圖

表2 財神廟礦床-190 m中段構造地球化學樣品的方差極大旋轉因子載荷矩陣

續表

在距離系數為0.92，寶山礦床-190 m中段構造巖樣品微量元素可以分為五組元素組合：①∑REE、Sc、Li、Be、Ga、Nb、Th、Ge、Ta、Rb、Cs、Ba、U、Zr、Hf；②Cr、Mo、Tl；③V、Co、Hg、Au；④Cu、Bi、Sn、In、Zn、Cd、Pb、Ag、W、Sb、As；⑤Ni、Sr。第①組代表了與花崗巖有關的稀有稀土元素組合；第②、③組代表了圍巖組分元素和低溫成礦元素；第低溫成礦元素組合；第④組為成礦元素組合；第⑤組代表了圍巖組分元素。

當累計方差貢獻率達73.59%時，寶山礦床-190 m中段構造巖樣品微量元素可以得出5個主因子元素組合：

Fa1因子：Nb、Th、Ga、Ge、Be、Sc、Ta、Cs、Rb、Ba、REE、Tl、（Hf、Sb、W、U）、Ni；

Fa2因子：Pb、Zn、Cd、Ag、In、Cu、W、Sb、Bi、Sn、As；

Fa3因子：Co、V、Cr、（Ni）；

Fa4因子：Zr、Hf；

Fa5因子：Tl、Hg、（As、Mo）。

該中段的因子分類與-190 m中段類似，Fa1、Fa4因子代表了與花崗巖有關的元素組合，Fa2因子代表了高中溫元素組合，Fa3因子代表了親鐵元素組合，Fa5因子代表了低溫成礦元素組合。

3.3 構造地球化學異常

財神廟礦床為典型的受斷裂控制的與巖漿熱液有關的脈狀鉛鋅礦床，礦區斷裂構造發育，為熱液運移提供了良好的通道，上述元素組合因子分析顯示，代表中溫成礦元素組合的因子及代表低溫成礦元素組合的因子，與鉛鋅成礦關系密切，對礦床的找礦預測具有重要指示意義。故本文選擇中溫成礦元素組合和低溫成礦元素組合的因子，分中段分別繪制了構造地球化學異常圖（圖6 和圖7）。

圖6 -110 m中段Fa2（a）、Fa3（b）、Fa5（c）因子得分等值線異常圖

圖7 -190 m中段Fa2（a）、Fa5（b）因子得分等值線異常圖

（1）-110 m中段

該中段因子得分異常圖（圖6）顯示代表中溫成礦元素組合的Fa2因子可以圈出3個異常區（圖6a，異常Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），Ⅰ異常區為等軸狀展布，分布于187～189線之間南穿位置，該異常處于北北東向鉛鋅礦體與南東東向花崗巖脈交匯部位，在該異常北西部形成了小面積的異常，與異常Ⅰ形成北西向異常帶。Ⅱ號異常區為北東向展布，分布于191～193線北穿之間，該區異常面積大，向北東出圖未圈閉，異常整體北北東礦脈的延伸方向。異常Ⅲ為一低緩的等軸狀異常，分布于173線北穿，異常的北東側發育規模較大的鉛鋅礦體。代表低溫成礦元素組合的Fa3和Fa5因子得分異常圖顯示具有類似的特征，總體北側異常高，南側異常低。其中Fa3因子圈出了規模較大的Ⅳ號異常區（圖6b），分布于171～179線之間的北穿，異常范圍與Ⅲ號異常部分重合。相對Fa3因子，Fa5因子的異常在中段范圍內形成了5個異常中心（圖6c，異常Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ），Ⅴ號異常呈等軸狀富集中心，分布于191線南穿，位于北東向礦體東側。Ⅵ號異常區與Ⅰ號異常區部分重合，構成了北北西向異常帶。Ⅶ與Ⅷ號異常區與Ⅳ異常區整體分布范圍一致，Ⅸ號為一低緩異常，異常整體為北東東向展布，分布于165～167線之間南穿，處于花崗巖旁側的鉛鋅礦體。

綜合分析-110 m中段三個因子異常圖顯示在東部揭露規模較大鉛鋅礦體與中溫異常區吻合好，而在北側出露的規模較大礦體處于低緩的中溫異常區與低溫異常區范圍部分重合，暗示了東西兩端的鉛鋅礦體的成礦環境有所差異，其深部找礦前景存在差異。

（2）-190 m中段

該中段因子得分異常圖（圖7）顯示代表中溫成礦元素組合的Fa2因子圈出兩個異常區（圖7a，異常Ⅹ和異常Ⅺ），其中Ⅹ異常區分布于187線北穿，該異常為等軸狀，異常濃集較高，尚未揭露礦體。Ⅺ異常分布于181～183線南穿，異常為北東東向，該處異常與鉛鋅礦體吻合度較好。代表低溫成礦元素的因子Fa5圈出2個異常區（圖7b，異常Ⅻ和異常ⅩⅢ）。其中Ⅻ異常區分布于181線北穿，該異常呈北東走向，未揭露礦體，ⅩⅢ異常區分布于171～177線之間北穿，北東東走向展布，未揭露礦體。綜合分析-190 m中段代表中溫成礦元素和低溫成礦元素組合的因子異常展布特征，兩個異常帶大致平行，二者呈雁式排列，為推測深部礦化空間分布提供了良好的信息。

4 找礦預測

根據礦區成礦規律、控礦要素空間配套關系及本次構造地球化學異常特征，提出以下2個找礦靶區（圖8）。

圖8 財神廟鉛鋅礦床找礦靶區分布圖

A靶區位于191～193線之間，處于礦區北北東向礦化帶北東延伸方向，斷裂構造帶延伸穩定，圈定的構造地球化學中溫成礦元素因子異常強度大（圖6a），先北東未圈閉，是礦區北北向礦體重要的找礦靶區。

B靶區位于165～175線之間，處于桂陽一中向斜核部，靶區南側已揭露規模較大的鉛鋅礦體，該區低溫成礦元素因子異常和中溫成礦元素因子異常均發育，尤其低溫成礦元素因子異常強度大，面積廣，并與已知礦體延伸方向一致，且低溫成礦元素異常區與中溫成礦元素異常區水平呈北東向雁行排列，綜合-110、-190m良中段構造地球化學異常，垂向上向北西側伏的局勢，深部具有較好的找礦前景。

5 結論

（1）財神廟鉛鋅礦床礦體及蝕變受斷裂構造控制明顯，具備良好的構造地球化學找礦實施的前提。通過對樣品中的元素進行因子分析，獲得了與成礦有關的中溫成礦元素組合的因子（Pb、Zn、Cd、Ag、In、Cu、W、Sb、Bi、Sn、As）與低溫成礦元素組合的因子（Hg、Au、As、Tl），是重要的構造地球化學找礦標志。

（2）構造地球化學異常顯示，-110 m中段東端北北東向礦體與西端構造地球化學因子等分異常、-110 m與-190 m兩中段構造地球化學因子異常差別較大，指示礦化賦存空間及規模變化差異較大。

（3）通過成礦地質條件及構造地球化學異常信息，提出了2個找礦靶區，供進一步驗證。

注 釋

①湖南省有色地質勘查局一總隊.2010.湖南省桂陽縣寶山鉛鋅銀礦接替資源勘查報告[R].