安徽西灣鉛鋅礦巖石樣微量元素特征及其指示作用

程培生，張建明，李壯，汪曙潮

(1.東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國家重點實驗室, 江西 南昌 330013; 2.安徽省勘查技術(shù)院, 安徽 合肥 230031)

0 引言

隨著地表和淺部礦產(chǎn)資源的逐漸枯竭，急需尋找新的礦床來遞補資源需求，而覆蓋區(qū)將是未來地質(zhì)找礦的主戰(zhàn)場。覆蓋區(qū)找礦信息少，找礦難度大。地質(zhì)、物化探專家進(jìn)行了大量研究，發(fā)展了勘查技術(shù)，提高了找礦效果(葉榮等，2003；汪青松，2010；孟貴祥等，2019；畢炳坤等，2020)。20世紀(jì)50年代以來，眾多地球化學(xué)學(xué)家通過對大量熱液礦床進(jìn)行原生暈研究，發(fā)現(xiàn)熱液礦床具有明顯的原生暈分帶規(guī)律，即每個礦體都有自己的前緣暈、近礦暈和尾暈(李惠等，2015)。原生暈指成礦作用過程中與礦體同時形成且分布于礦體周圍的某些元素的地球化學(xué)異常(邵躍，1997；楊德平等，2012；劉雪敏等，2012)，為指示深部礦體或盲礦體最有效的指標(biāo)之一(林成貴等，2020)。國內(nèi)利用原生暈找金礦床效果顯著，原生暈在指導(dǎo)覆蓋區(qū)找礦過程中起到越來越重要的作用。

2010年開始，安徽省勘查技術(shù)院在系統(tǒng)總結(jié)區(qū)域成礦規(guī)律、控礦地質(zhì)因素的基礎(chǔ)上，通過綜合物探及鉆探等勘查手段，在廬樅盆地北東緣發(fā)現(xiàn)了首個產(chǎn)于三疊系東馬鞍山組灰?guī)r中的西灣大型鉛鋅礦床。由于礦區(qū)第四系覆蓋厚、水網(wǎng)發(fā)育，指示礦體延伸及進(jìn)一步找礦方向的地質(zhì)、物探信息較少，進(jìn)一步找礦需要充分挖掘勘查過程中獲得的有限地質(zhì)資料中包含的成礦信息。研究表明(邵躍，1984；余學(xué)東等，1995；劉崇民，2006；劉崇民和馬生明，2007；席明杰等，2010；賴曉丹等，2020)，礦區(qū)巖石樣的微量元素含量特征包含了豐富的成礦信息，是礦床特征研究和成礦預(yù)測的重要依據(jù)。本文利用鉆孔巖石樣的微量元素分析結(jié)果，對礦區(qū)巖石中的元素含量特征進(jìn)行研究，指示了成礦熱液的富集規(guī)律和運移方向，為進(jìn)一步找礦提供了依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

廬樅中生代斷陷式火山巖盆地位于長江中下游中段(常印佛等，1991；翟裕生等，1992)，盆地內(nèi)廣泛發(fā)育早白堊世龍門院組、磚橋組、雙廟組和浮山組的陸相火山巖，總厚度達(dá)2500～3300 m(任啟江等，1993)。火山巖以角度不整合覆蓋于基底沉積巖層之上。基底沉積巖層主要有中、下侏羅統(tǒng)陸相碎屑巖和上三疊統(tǒng)海相、海陸交互相碎屑巖、碳酸鹽巖及膏(巖)層(吳明安等，1996)。

圖1 廬樅盆地大地構(gòu)造位置圖(a)及地質(zhì)簡圖(b)(據(jù)張冠華等，2012修改)1—白堊系下統(tǒng)浮山組；2—白堊系下統(tǒng)雙廟組；3—白堊系下統(tǒng)磚橋組；4—白堊系下統(tǒng)龍門院組；5—侏羅系上統(tǒng)羅嶺組；6—二長巖；7—正長巖；8—A型花崗巖；9—斷裂；10—鐵礦床；11—銅礦床；12—鉛鋅礦床；13—鈾金礦床

該區(qū)燕山期巖漿活動頻繁，礦化作用強烈，鐵、硫、明礬石、銅、鉛鋅銀等礦產(chǎn)豐富(圖1)。鐵礦主要有玢巖型和沉積—熱液疊加改造型，典型礦床分別有羅河、泥河和龍橋、馬鞭山鐵礦；多金屬礦主要有銅、鉛鋅等，以沙溪斑巖型銅礦、岳山熱液型鉛鋅礦為代表。主要的成礦帶有三條：缺口—羅河、黃屯—樅陽兩條北東向成礦帶和清水塘—黃屯近東西向成礦帶(吳明安等,2007)。處于兩個成礦帶交匯處的黃屯地區(qū)，是鐵、硫、鉛鋅銀、銅金礦的集中產(chǎn)出區(qū)，先后發(fā)現(xiàn)了龍橋、馬鞭山鐵礦、黃屯硫鐵礦(張冠華等,2012)、岳山鉛鋅礦(張礦和許強平，2019)、朱崗鉛鋅礦(蔡曉兵等，2015)、黃屯銅金礦(謝杰等，2019)等礦產(chǎn)。近年發(fā)現(xiàn)的西灣鉛鋅礦，以主要賦存于基底地層中、規(guī)模達(dá)大型而備受關(guān)注(程培生等，2013；李壯等，2020)。

2 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)為第四系覆蓋區(qū)。據(jù)區(qū)域資料，該區(qū)位于黃姑—黃泥崗—祈雨山背斜的核部及其南東翼。

2.1 地層

礦區(qū)下伏地層主要有中三疊統(tǒng)東馬鞍山組(T2d)、銅頭尖組(T2t)、下白堊統(tǒng)龍門院組(K1l)，地層總體走向北東，傾向南東(圖2)。受斷裂及基底隆起影響，孟湖里一帶局部地層傾向北西，傾角15°～30°。

圖2 西灣礦區(qū)地質(zhì)簡圖1—白堊系下統(tǒng)龍門院組；2—侏羅系下統(tǒng)磨山組；3—三疊系上統(tǒng)拉犁尖組；4—三疊系中統(tǒng)銅頭尖組；5—三疊系中統(tǒng)東馬鞍山組；6—三疊系下統(tǒng)南陵湖組；7—粗安斑巖；8—閃長巖；9—推測地質(zhì)界線；10—推測斷層及編號；11—礦體水平投影范圍；12—探礦權(quán)范圍；13—地名

東馬鞍山組(T2d)：礦區(qū)內(nèi)僅揭露到第一、二巖性段。第一巖性段自下而上分別為膏巖層、破碎溶蝕帶和角礫狀灰?guī)r。膏巖層，以灰—灰白色中厚層硬石膏巖為主，夾多段灰白色膏溶角礫巖、灰黑色灰?guī)r，厚度大于487.10 m；破碎溶蝕帶，分布于膏巖層之上，主要由溶蝕灰?guī)r角礫、蜂窩狀灰?guī)r等組成；角礫狀灰?guī)r，主要由灰?guī)r角礫、微晶方解石及少量泥質(zhì)膠結(jié)物組成，角礫呈棱角狀—次棱角狀，大小不一。揭露的角礫狀灰?guī)r厚17.10～204.06 m，為賦礦的主要部位。第二巖性段為紫紅色鈣鐵質(zhì)粉砂巖，上部可見少量灰?guī)r角礫和鈣鐵質(zhì)結(jié)核。

銅頭尖組(T2t)：主要為灰綠色、紫紅色鈣質(zhì)粉砂巖、砂巖、石英細(xì)砂巖、雜砂巖，厚度大于886 m。

龍門院組(K1l)：區(qū)內(nèi)僅揭露到下段，主要分布于礦區(qū)中部，巖性主要為灰褐色粗安質(zhì)巖屑、晶屑(沉)角礫凝灰?guī)r夾灰綠色、灰紫色凝灰質(zhì)砂巖、(沉)凝灰?guī)r等，厚30～150 m，與下伏基底沉積地層呈不整合接觸。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于北東向的黃屯—楊橋基底斷裂與北西向的廬江南—蜀山推測斷裂的交匯部位，斷裂發(fā)育。據(jù)綜合物探和鉆探資料，在礦區(qū)確定4條北東向斷層(F1～F4)和1條北西向斷層(F5)。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)西南部的粗安斑巖主要產(chǎn)于白堊系龍門院組的火山巖中；閃長巖則分布在礦區(qū)的東北部，侵入于東馬鞍山組，接觸帶有弱的大理巖化，無明顯的礦化。

2.4 蝕變

礦區(qū)蝕變?nèi)酰瑹o明顯的分帶。東馬鞍山組灰?guī)r區(qū)普遍有碳酸鹽化、石膏化，火山巖、次火山巖區(qū)主要有高嶺石化、綠簾石化、綠泥石化和碳酸鹽化。

3 礦床特征

礦區(qū)圈出鉛鋅主礦體4個、小礦體35個。平面上礦體整體走向北東東(圖3)、傾向北西、傾角中等(圖4)，剖面上呈“V字”型(圖5)。礦體主要賦存于東馬鞍山組角礫狀灰?guī)r中，上覆的龍門院組火山巖、次火山巖和東馬鞍山組下部的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、膏溶角礫巖中也有脈狀鉛鋅礦分布。

4個主礦體賦存標(biāo)高相對穩(wěn)定，可明顯分為4層(圖4、圖5)：I號主礦體賦存于龍門院組火山巖和次火山巖中，主要受裂隙控制。礦體呈薄板狀、透鏡狀產(chǎn)出，有尖滅再現(xiàn)的特點。礦石主要為細(xì)脈狀，為低品位鉛鋅礦體；Ⅱ號主礦體賦存于龍門院組火山巖與東馬鞍山組角礫狀灰?guī)r的接觸帶附近，主要受接觸帶控制，呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出。礦石以脈狀和浸染狀為主，為工業(yè)鉛鋅礦體；Ⅲ號主礦體賦存于東馬鞍山組角礫狀灰?guī)r中，呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出。礦石以浸染狀為主，局部脈狀或團(tuán)塊狀，為工業(yè)鉛鋅礦體；Ⅳ號主礦體賦存于東馬鞍山組角礫狀灰?guī)r下部，呈似層狀、透鏡狀。礦石以浸染狀為主，局部脈狀或團(tuán)塊狀，為工業(yè)鉛鋅礦體。4個主礦體初步估算的鉛鋅礦推斷資源量97.4萬噸，規(guī)模達(dá)大型(李壯等，2020)。總體上，礦體有一定的分帶性，南西端以鋅礦為主，中部為鉛鋅礦，北東部為鉛礦為主。

礦石礦物成分較簡單，主要金屬礦物有閃鋅礦、方鉛礦，次要金屬礦物有黃鐵礦，少量黃銅礦、自然銀等；非金屬礦物除原巖蝕變礦物及交代殘余礦物外，還有長石、方解石、硬石膏、重晶石、石英等。

4 微量元素特征

4.1 含量特征

按5～10 cm的間距，在礦區(qū)的19個鉆孔巖芯中采集了1682件巖石樣，分析Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi、W、Mo 10個元素，獲得16820個數(shù)據(jù)。分析測試由國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心嚴(yán)格按《地質(zhì)礦產(chǎn)實驗室測試質(zhì)量管理規(guī)范》執(zhí)行，測試結(jié)果符合《地球化學(xué)普查規(guī)范》的要求，分析質(zhì)量可靠。在分別統(tǒng)計了不同鉆孔、不同地質(zhì)單元、不同巖性的元素平均含量(表1)的基礎(chǔ)上，取得以下認(rèn)識。

(1)與安徽省同類型巖石元素含量(楊佩明等，2005)比較，本區(qū)灰?guī)r中As、Sb、Pb、Zn、Ag、Mo等元素含量明顯富集，Ag濃集系數(shù)達(dá)42.89，Pb、Zn和As、Sb的濃集系數(shù)在7.76、9.76以上；本區(qū)砂巖的As、Sb、Bi、Zn、W、Mo富集，Sb、Bi的濃集系數(shù)分別為6.17和4.0，其余元素的濃集系數(shù)在2左右；閃長巖除As、Sb明顯富集外，W、Mo、Pb、Ag略有富集。因此，本區(qū)以前緣元素As、Sb為代表的中低溫?zé)嵋夯顒訌娏遥糟U鋅銀為主的礦化作用主要發(fā)生在灰?guī)r區(qū)。

圖3 礦體水平投影圖1—勘探線及編號；2—未見礦鉆孔及編號；3—見礦鉆孔及編號；4—資源量估算范圍

圖4 西灣鉛鋅礦20線地質(zhì)剖面圖1—第四系；2—白堊系下統(tǒng)龍門院組；3—三疊系中統(tǒng)東馬鞍山組；4—粗安斑巖；5—地質(zhì)界線；6—膏鹽層界線；7—鉛鋅礦體及編號；8—石膏礦體；9—鉆孔及編號

圖5 西灣鉛鋅礦縱Ⅱ線地質(zhì)剖面圖1—第四系；2—白堊系下統(tǒng)龍門院組；3—三疊系中統(tǒng)東馬鞍山組；4—粗安斑巖；5—閃長巖；6—地質(zhì)界線；7—鉛鋅礦體及編號；8—鉆孔及編號

表1 西灣礦區(qū)巖石樣元素含量統(tǒng)計表

(2)與礦區(qū)元素平均含量比較，龍門院組的Au、Sb、Bi、Cu、Pb、Zn、Ag、W、Mo含量較高，東馬鞍山組的As、Sb、Pb、(Zn)、Ag含量高。這種特征與鉛鋅礦化主要發(fā)生在龍門院組與東馬鞍山組接觸帶(硅鈣面)相對應(yīng)。

(3)構(gòu)造角礫巖中As、Sb、Pb、Zn、Ag明顯高于礦區(qū)平均元素含量，表明構(gòu)造角礫巖中成礦作用強烈，為中低溫成礦熱液沉淀的有利場所。

(4)礦區(qū)W、Cu、Au總體含量較低，其中W、Cu在龍門院組火山巖和粗安斑巖中含量較高，推測由上述巖性引起。

4.2 組合特征

將1682個巖石樣的10個元素的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，獲得的相關(guān)系數(shù)矩陣如表2。As-Sb-Pb-Zn-Ag-Mo相關(guān)系數(shù)大，為本區(qū)鉛鋅礦化的指示；W、Cu、Au有一定的相關(guān)性，可能為龍門院組火山巖、次火山巖的指示。

表2 西灣礦區(qū)巖石樣因子分析相關(guān)系數(shù)表

4.3 含量分布特征

(1)橫剖面：選擇20勘探線進(jìn)行元素含量特征統(tǒng)計(表3)。ZK2001孔各元素平均含量比其它各孔明顯偏高，這與該孔礦化強度大、礦體厚、品位高的地質(zhì)特征相對應(yīng)。考察其余鉆孔元素含量特征，發(fā)現(xiàn)自ZK2013至ZK2004，Pb、Zn、Ag、As、Sb等與鉛鋅礦成礦密切相關(guān)的元素含量有明顯的遞減趨勢，這與礦體傾向北西的地質(zhì)特征及成礦熱液自北西向南東遷移的地質(zhì)認(rèn)識相吻合。

表3 西灣礦區(qū)20勘探線元素含量特征統(tǒng)計表

(2)縱剖面：西灣礦區(qū)縱Ⅱ勘探線元素含量特征統(tǒng)計見表4。總體上元素含量與礦體規(guī)模、品位有明顯的對應(yīng)關(guān)系，表現(xiàn)為：礦區(qū)南西段ZK113的As、Sb、Ag、Mo含量高，中段ZK2407、ZK2807的Pb、Ag及東北段的ZK3207、ZK4401的As、Sb、Pb、Zn含量高。

元素組合為反映同一個地質(zhì)體的一組特征指示元素，利用元素組合含量的累加、累乘或比值特征，可以解釋找礦工作中的地質(zhì)地球化學(xué)問題(邵躍，1997；葉天竺，2004；羅先熔等，2007)。礦區(qū)元素組合的統(tǒng)計參數(shù)揭露了以下成礦信息：ω(As+Sb)指示，自中部的ZK1607向兩端有增大的趨勢，北東段含量高于南西段，可能指示熱液總體來自南西方向；ω(Pb+Zn)除ZK2407明顯較高外，總體上向北東方向有升高趨勢；ω(As+Sb)/ω(Pb+Zn)南西段高和ω(Pb+Zn)/ω(Mo)北東段高都指示了礦化北東段強于南西段；ω(Pb)/ω(Zn)和ω(Pb)/ω(Zn+Ag)北東段大于南西段，說明北東段鉛礦化強于鋅礦化，這與熱液來自南西的判斷相對應(yīng)。

表4 西灣礦區(qū)縱Ⅱ勘探線元素含量特征統(tǒng)計表

以上分析說明，巖石樣元素含量提供了豐富的成礦信息。本區(qū)以中低溫鉛鋅多金屬礦化為主，熱液自南西向北東向運移，龍門院組與東馬鞍山組接觸帶、構(gòu)造破碎帶為主要運移通道，東馬鞍山組灰?guī)r(第一巖性段上部)為主要賦礦層位，礦區(qū)北東段較南西段鉛鋅礦化強，且北東段鉛礦化強于鋅礦化，應(yīng)向北東方向進(jìn)行進(jìn)一步找礦。

5 結(jié)論

(1)巖石樣的分析結(jié)果表明，As、Sb、Pb、Zn、Ag為西灣鉛鋅礦的主要成礦指示元素，上述元素在構(gòu)造角礫巖中含量高，指示了本區(qū)成礦作用以中低溫?zé)嵋簽橹鞯奶攸c。且熱液主要沿構(gòu)造破碎帶或地層不整合接觸面運移，主體方向是南西向北東。

(2)礦區(qū)巖石樣的分析結(jié)果中包含了豐富的成礦信息，在地質(zhì)信息較少的覆蓋區(qū)，可以充分利用上述資料，分析找礦方向，指導(dǎo)進(jìn)一步找礦。