閩北邵武地區螢石礦綜合信息找礦方法研究

栗克坤, 商朋強, 韓志坤, 王春連, 焦 森,王桂香, 袁昌盛, 張青松, 劉增政, 閆曉博,范亞洲, 蔣濟勇, 靳乾峰

1)中化地質礦山總局河南地質局, 河南鄭州 450011;2)中化地質礦山總局, 北京 100013;3)中國地質科學院礦產資源研究所, 自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室, 北京 100037;4)華北水利水電大學地球科學與工程學院, 河南鄭州 450045

螢石作為重要的戰略性礦產資源, 是現代氟化工的重要礦物原料, 廣泛應用于新能源、新材料、國防、新醫藥等戰略性新興產業(栗克坤等, 2020;陳軍元等, 2021; 游超等, 2022)。長期以來, 中國螢石礦由于過度開采、過量出口, 現有儲量靜態保證年限不足8年(商朋強等, 2020)。閩北地區是我國螢石礦主要礦集區, 以往找礦工作多采用地質填圖尋找地表露頭、槽探工程揭露和鉆探工程深部驗證等傳統地質方法組合, 對隱伏-半隱伏螢石礦的綜合勘查方法研究較少(張江海等, 2014), 因此找礦效果不甚理想。目前, 螢石礦勘查找礦工作逐漸向隱伏礦和深部礦轉移, 研究有效的螢石礦綜合信息找礦方法組合, 建立螢石礦綜合信息預測模型對指導我國螢石礦勘查評價, 保證螢石礦資源儲備具有重要意義。

王猛等(2018)利用1: 1萬高精度磁測、高密度電法以及聯合剖面法測量對隆化縣招素溝螢石礦進行了試驗, 取得一定的效果。栗克坤等(2019)在閩北光澤地區利用區域化探、高精度磁法測量、視電阻率聯合剖面測量和高密度電阻率法測量等物化探綜合信息找礦方法取得了較好的找礦效果。

本文以福建邵武地區物化探綜合找礦勘查實例, 探討隱伏-半伏熱液充填型螢石礦物化探綜合預測方法組合, 總結尋找隱伏-半隱伏熱液充填型螢石礦的地物化技術方法組合特征, 為螢石礦勘查評價工作提供參考。

1 地質概況

研究區大地構造單元屬武夷—云開—臺灣造山系(Ⅴ)、華夏陸塊(Ⅴ-3)、武夷古弧盆系(Ⅴ-3-1)。成礦區劃屬濱太平洋成礦域(Ⅰ-4), 華南成礦省(Ⅱ-16), 浙中—武夷隆起螢石成礦帶(Ⅲ-81)(王吉平等, 2015)(圖1)。

圖1 福建邵武地區區域地質礦產簡圖Fig. 1 Sketch map of regional geology and mineral resources in Shaowu area, Fujian Province

區內出露地層有元古界大金山巖組(Pt1d), 太源片麻巖群(Pt2n)、下峰組(Pt3x)、西溪組(Zx)變質巖地層以及中生界梨山組(J1l)、長林組(J3c)沉積巖地層(圖2)。

圖2 福建邵武地區地質礦產簡圖Fig. 2 Geological minerals sketch in Shaowu area, Fujian Province

區內構造主要為斷裂。以北東向及北西向斷裂為主, 北北東向、近南北向次之, 北東向斷裂規模大、數量多、礦化蝕變強烈, 具有多期活動、先壓扭后引張的特點, 為研究區螢石礦的主要控礦構造。

區內加里東期及燕山早期侵入巖發育。加里東期巖漿巖為志留紀二長花崗巖、正長花崗巖, 呈巖株、巖瘤分布。燕山早期侵入巖發育, 受北東向構造控制, 呈北東向巖基分布, 主要為晚侏羅世黑云母正長花崗巖、含黑云母正長花崗巖。

2 礦床地質特征

研究區螢石礦床(點)眾多, 已發現南山下、大坪大型螢石礦床 2個, 張厝中型螢石礦床 1個,黃山井、黃土嶺、蠟燭山、胡焦坑、俞厝墩等小型螢石礦床10余個。螢石礦床為受北東向、近南北向斷裂控制的熱液充填型螢石礦床, 礦體呈脈狀、透鏡狀賦存于NE向、近SN向斷裂破碎帶中, 礦體產狀與賦礦斷裂一致。礦體傾角較大, 一般55°～90°, 部分礦體在走向和傾向上出現產狀倒轉的現象。礦石顏色主要為淺綠色、白色, 墨綠色、紫色、無色; 主要結構有半自形粒狀結構、它形粒狀結構, 次要結構有交代溶蝕結構、碎斑結構等;礦石構造主要有正(負)角礫狀構造、致密塊狀構造、條帶狀構造、蜂窩狀構造、爐渣狀構造, 次要構造有網脈狀構造等。礦石類型主要為石英-螢石型和螢石-石英型, 其次為螢石型; 礦石礦物為螢石, 脈石礦物主要為石英, 次為長石、高嶺石、絹云母和蛋白石等。

圍巖主要為正長花崗巖, 圍巖蝕變為硅化、絹云母化、高嶺土化, 以硅化與螢石礦成礦關系最為密切。圍巖蝕變分帶性不明顯, 但整體上硅化靠近螢石礦體。

3 化探異常特征

3.1 水系沉積物地球化學異常

依據研究區地球化學景觀特征, 選擇開展1:5萬水系沉積物地球化學測量工作, 面積1200 km2,共采取樣品5878件, 點密度4.72點/km2。采樣介質主要為細沙, 加工后取–10～+80目物質作為送檢樣品, 送檢樣品由河南省地質礦山勘查開發局第一地質勘查院巖礦檢測中心完成。根據分析測試結果, 按規范對測試數據統計、計算得到研究區各元素異常下限(申伍軍和王學求, 2010), 其中 F元素異常下限為 600×10–6, CaO 異常下限為 2 000×10–6。

區內圈出11個水系沉積物綜合異常(表1, 圖3),異常檢查表明: 5個綜合異常源內(HS-2、HS-6、HS-14、HS-16、HS-20)發現螢石礦床(點); 4個綜合異常源內(HS-3、HS-9、HS-12、HS-21)有螢石礦賦礦斷裂通過, 可見硅化破碎帶發育; 2個(HS-18、HS-26)異常源內見小規模的硅化破碎帶。測量區共有 20個螢石礦床(點), 統計發現 13個礦床(點)位于含F元素綜合異常源范圍內, 6個螢石礦點由于位于三級水系邊部, 無法采取樣品, 1個螢石礦點沒有異常顯示。

表1 研究區綜合異常特征表Table 1 Characteristics of comprehensive anomalies in the study area

圖3 研究區綜合異常分布圖Fig. 3 Distribution of comprehensive anomalies in the study area

研究發現, 含有F、CaO元素的綜合異常一般異常區內有一定規模的螢石礦床(點)。

3.2 1: 1萬地化(土壤)剖面異常

針對水系沉積物地球化學測量圈出的張厝螢石礦預測區內的 AS-20號綜合異常垂直于異常延伸方向以150～200 m不等間距布置了10條1: 1萬地化(土壤)綜合剖面對 AS-20異常進行檢查。采樣點距40 m, 采樣介質為距地表30～50 cm深處的B層(淀積層)或C層(底層)物質。樣品加工后取–10～＋80目的物質作為送檢樣品, 送檢樣品由河南省地質礦山勘查開發局第一地質勘查院巖礦檢測中心完成。

10條地化(土壤)剖面測量結果顯示水系沉積物F、CaO元素異常具有很好的再現性, 1: 1萬土壤F、CaO、Au元素的異常與已知螢石礦床(點)和控礦斷裂吻合性較好(圖4), 尤其 F、CaO元素異常對區內螢石礦床(點)指示最好。

圖4 DH07、DH06地化(土壤)剖面圖Fig. 4 Geochemical (soil) profile of DH07 and DH06

4 物探異常特征

4.1 物性

4.1.1 磁性

研究區螢石礦圍巖為正長花崗巖。物性測量結果顯示, 相對于正長花崗巖(磁化率為(10～25)×10–5SI), 螢石礦石、硅化破碎帶(磁化率為(0～9)×10–5SI)磁性較低, 磁性差異明顯, 為開展高精度磁法測量提供了地球物理前提。

4.1.2 電性

物性測量結果顯示, 隨著螢石含量增加, 研究區螢石礦石電阻率增大, 表現為螢石礦石(7700 Ω?m)＞花崗巖(7500 Ω?m)＞硅化破碎帶(2500 Ω?m),螢石礦石電阻率和花崗巖電阻率接近, 硅化破碎帶電阻率遠低于花崗巖電阻率。研究區螢石礦賦礦斷裂硅化破碎帶厚度遠大于螢石礦體厚度。硅化破碎帶與圍巖電性特征差異明顯, 為開展視電阻率聯合剖面測量和高密度電阻率法測量提供了前提。

4.2 高精度磁法測量異常

高精度磁法測量儀器選用WCZ-1型質子磁力儀,按150 m×40 m或200 m×40 m網格進行測網布置。

針對張厝螢石預測區內的 AS-20號綜合異常垂直于異常延伸方向以150～200 m不等的間距布置了 10條高精度磁法測量剖面進行檢查, 剖面與1: 1萬地化(土壤)綜合剖面重合。AS-20號綜合異常發育部位圈出明顯的北東向低磁異常帶, 低磁異常帶與局部出露的構造角礫巖、螢石礦采礦老硐吻合, 推測該區存在一規模較大的北東向斷裂帶(圖5)。

圖5 張厝螢石礦預測區高精度磁法測量異常平面圖Fig. 5 High precision magnetic survey anomalies in the prospecting area of the Zhangcuo fluorite mine

4.3 視電阻率聯合剖面測量異常

視電阻率聯合剖面測量儀器選用奔騰 WDJD-4直流激電儀為測控主機。

依據筆者在閩北光澤地區方法性試驗成果, 本次選擇測量點距MN=10 m、OA=OB=105 m和測量點距MN=10 m、OA=OB=95 m裝置參數進行測量。

在張厝螢石礦預測區低磁異常帶上分別以上述2種裝置參數布置4條視電阻率聯合剖面。2種裝置參數視電阻率低阻異常均顯示明顯(圖6)。推測斷裂近直立, 整體傾向北西。

圖6 視電阻率聯合剖面測量曲線圖Fig. 6 Joint profile measurement curve of apparent resistivity

4.4 可控源大地音頻電磁測深測量

4.4.1 儀器設備及質量標準

儀器設備為美國ZONGE公司生產的GDP32多功能電法儀。收發距 R=5.7～7.6 km, 測量偶極距20 m。采用多個電場分量公用一個磁場分量的排列組合進行觀測, 磁探頭安置在排列的中心點附近,一個排列布置完成5個點的測量工作。測深使用的頻率范圍為1～8192 Hz, 發射電流高頻8192 Hz為2.5 A, 2048 Hz以下為6.0 A以上。

用均方相對誤差作為衡量野外視電阻率質量的標準:

4.4.2 異常特征

選擇張厝螢石礦預測區東北部的大坪螢石礦(大型)布署 DH06剖面進行可控源大地音頻電磁測深方法有效性試驗, 結果表明螢石礦體顯示明顯的低電阻率異常(圖7a)。螢石礦體的膨大部位處于低電阻率異常帶中, 電阻率升高部位。根據物性特征分析認為, 低電阻率異常帶整體反映的為構造破碎帶; 異常帶中電阻率升高部位反應存在厚度大、品位好、裂隙少的螢石礦。

圖7 DH06(a)、DH07(b)剖面CSAMT反演電阻率斷面圖Fig. 7 CSAMT inversion resistivity section of DH06 (a) and DH07 (b)

選擇張厝螢石礦預測區內化探(土壤)、高精度測法、視電阻率聯合剖面異常顯示較好的 DH06、DH07剖面布署可控源大地音頻測深剖面, 結果顯示存在低電阻率異常帶(圖7b), 推斷存在淺部傾向南東、深部傾向北西, 傾角 70°～90°, 傾向延伸約165 m 的螢石礦化帶, 螢石礦化帶在距地表70～150 m膨大。

5 異常檢查和鉆探驗證

綜合分析張厝螢石礦預測區地物化成果, 在預測區開展大比例尺專項地質測量, 在物化探異常指示有利成礦地帶施工了7條探槽進行揭露, 3個鉆孔進行深部驗證(圖8)。驗證結果表明, 賦礦斷裂地表延伸長度1.7 km, 走向為NE40°, 地表傾向SE, 深部傾向 NW, 傾角為 70°～90°, 整體傾角 81°。螢石礦(化)體與 F、CaO化探異常中心吻合。斷裂破碎帶地表厚4.2～35.7 m, 深部最厚可達61.2 m, 螢石礦化最厚達55.3 m, 主要為硅質角礫巖、蝕變花崗巖、碎裂花崗巖、螢石礦(化)體。礦體形態、位置與物化探推斷結果一致。

圖8 張厝螢石礦預測區DH07號勘探線剖面圖Fig. 8 Profile of DH07 exploration line in Zhangcuo fluorite ore prediction area

張厝螢石礦預測區圈出工業品位螢石礦體1條、礦化體6條, 礦體形態為脈狀, 礦體產狀與控礦斷裂產狀一致。礦體長度730 m, 走向為NE40°,地表傾向 SE、深部傾向 NW, 整體傾角 81°, 礦體深部延伸200 m。礦體地表厚度0.7～3.02 m, 深部厚度0.75～11.97 m, 整體為礦體向深部60～150 m厚度變大, 150 m后厚度變小, 礦體平均厚度3.2 m,平均品位 CaF2: 48.52%。估算螢石礦推斷資源量(CaF2): 63.02 萬 t。

6 結論

(1)化探測量圈出的 F、CaO等元素綜合異常信息可初步圈定螢石礦找礦預測區。物探測量可用于判別是否存在斷裂及斷裂規模、形態。物化探綜合找礦方法對閩北地區隱伏-半隱伏熱液充填型螢石礦勘查評價工作具有較好的效果。

(2)可控源大地音頻電磁測深對螢石礦體深部形態具有較好的指示, 通過地物化綜合信息找礦方法,在福建邵武張厝螢石礦預測區新發現熱液充填型中型螢石礦床1處。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (No. DD20190816), National Natural Science Foundation of China (No. 42102039), and North China University of Water Resources and Electric Power (No. 40775).