宁镇中段夕卡岩型铜多金属矿床多元信息成矿预测初步研究

张术根,余旭辉,徐 莺

(中南大学地学与环境工程学院,长沙410083)

0 引言

成矿预测是一项难度大、要求高、涉及面广的综合性研究工作,近年来区域矿产预测领域形成了许多成矿预测理论方法体系,大致分为三个方向,即基于地质成矿理论研究的区域成矿预测方向;基于成矿动力学理论研究的区域矿产预测;以及以成矿地质环境和成矿规律研究为基础,以计算机为手段的地质、地球物理、地球化学、遥感地质多元信息综合预测[1]。

宁镇中段地区位于长江中下游铁铜多金属成矿带的东端,有伏牛山、安基山、铜山等数十处中小型铜、钼、铁、硫矿床及矿点,以夕卡岩型成矿作用为重要成矿特色。作者通过野外现场调查和室内综合研究,并结合前人资料,综合提取地质、地球物理、地球化学、遥感等多元成矿信息,建立综合信息成矿预测模型,开展研究区全区成矿预测,其研究思路与工作流程见图1。

图1 综合信息找矿思路与流程Fig.1 The comprehensive information based

1 地质成矿特点

研究区的地理范围为东经 119°00′00″—119°15′ 00″,北纬 32°02′30″—32°11′00″,分属南京江宁区和镇江句容市及丹徒县管辖。宁镇山脉系中生代块断隆起区,西接宁芜凹陷,东南侧为句容凹陷[2],出露地层主要为上古生界至中生界侏罗系,部分地段还有志留系、白垩系、第三系及第四系零星分布。区域构造线总体方向为NEE向或 EW向,褶皱和断裂极为发育。岩浆岩主要为中酸性岩株,并广泛发育中酸性脉岩,侵位到古生界—中生界中,侵位年龄为123～88.7 Ma,属燕山晚期岩浆活动产物[3](图2)。这些岩体与石炭系、二叠系及三叠系碳酸盐岩的接触带普遍出现强烈的夕卡岩化,并伴随夕卡岩型金属矿化。

宁镇中段铜多金属矿床以接触交代型为主体,同时伴有热液脉型及细脉浸染型。其中,成矿的岩浆因素主要为岩体的侵位深度、演化分异程度、含矿性及形态产状;地层因素主要为碳酸盐岩的成分、组构、含矿性、产状及分布;构造因素主要为背斜构造、近EW向和近SN向断裂及交汇部位、接触带构造、岩性界面的层间断裂破碎带;物理化学因素主要考虑压力及热圈闭效果。成矿过程主要考虑接触交代成矿期的各演化阶段,兼顾金属矿物组合和非金属矿物组合,既反映金属元素成矿过程,又反映接触变质过程。成矿规律可从成矿作用演化规律和矿化就位规律两方面表达。成矿作用演化规律为岩浆侵位→演化分异→接触交代→热液成矿,矿化就位规律为背斜+断裂交叉汇合+接触带+(层间断裂破碎带)+(岩体顶部及边缘裂隙带)。

2 成矿预测信息

2.1 地质成矿信息

2.1.1 主要岩浆岩侵入体的控矿信息

伏牛山、安基山和铜山岩体是宁镇中段主要的铜多金属矿床成矿岩体,其中伏牛山和安基山为Cu-Mo-Pb-Zn成矿元素组合,铜山为Cu-Mo成矿元素组合。

图2 宁镇中段地质平面简图Fig.2 Geological map of the study area

(1)岩性组成:安基山和伏牛山岩体的岩性主要为石英闪长(斑)岩和花岗闪长(斑)岩,铜山岩体主要为石英二长岩,西银坑岩体主要由二长花岗(斑)岩和花岗闪长(斑)岩及石英闪长玢岩组成,洪水宕岩体主要为斑状花岗闪长岩,下蜀岩体主要为石英闪长岩和石英二长岩。根据铜山、安基山及伏牛山岩性组成的共同特征,与铜多金属成矿关系最密切的岩石类型为石英闪长岩类。

(2)岩体的成岩深度和剥蚀程度(表1):下蜀岩体的成岩深度最深,洪水宕岩体成岩深度次之,其他各岩体均为中浅成侵入体,尤其以伏牛山和安基山岩体侵入深度最浅。侵入岩体自西向东、自南向北剥蚀程度逐渐增高:东北部的下蜀岩体浅部带和中部带都已经完全剥蚀;北部的铜山岩体浅部带完全剥蚀,中部带可能有部分剥蚀;洪水宕岩体浅部带基本被剥蚀;而西部和南部岩体则仅是浅部带被少量剥蚀。从铜山和下蜀岩体成矿特征看,至少岩体中部带及深部带的上部还有成型的接触交代矿床形成。安基山、伏牛山、西银坑岩体保留部分浅部带,洪水宕岩体的中部带基本保留,故这些岩体的深部还有较大成矿空间。

2.1.2 主要层位的地层控矿信息

宁镇中段浅部碳酸盐岩组合是铜多金属矿的主要赋矿层位。碳酸盐岩层位以栖霞组灰岩的岩性组成较为复杂,主要为生物碎屑灰岩、结晶灰岩和粒屑灰岩,呈薄-中薄层,微层理和裂隙极为发育,富含有机质和S,另外Cu,Pb和 Zn等元素的相对富集程度都很高(表2),有利于形成铜多金属矿床。

2.1.3 地质构造的控矿信息

从成矿预测与找矿角度考虑,构造成矿信息可以分为4个控矿层次。第一层次:区域性近EW向、NNW向、NE向基底断裂(部分上切)控制含矿岩浆岩带的分布及侵入岩体定位;第二层次:EW向复背斜及同向断裂控制铜多金属矿化带的展布;第三层次:复背斜部位近 EW向断裂与近SN向断裂交汇部位控制矿床分布;第四层次:接触界面形态复杂的接触带控制矿床的具体就位,接触带复合成因的接触界面、夕卡岩带、岩性界面、内外接触带的断裂及裂隙控制矿体就位。成矿预测的构造信息主要是第三和第四层次的控矿构造。

表1 宁镇中段成矿压力及岩体成岩温度、压力、深度表Table 1 Metallogenic pressure and diagenetic temperature,pressure and depth of intrusive complex

表2 宁镇中段二叠系碳酸盐岩成矿元素分析结果Table 2 Metallogenic elements concentration in Permian carbonate rocks

2.1.4 接触交代变质与热液蚀变信息

夕卡岩化发育部位强度越高、类型越复杂、规模越大,并且夕卡岩分带性越完善,分带重叠或反复发育,则成矿概率越高、矿床规模越大。同时,湿夕卡岩阶段特征矿物的延伸发育及相互叠加是夕卡岩型矿床成矿的重要标志。夕卡岩分带还具有矿化专属性,如磁铁矿主要赋存在透辉石夕卡岩带,黄铜矿主要赋存在石榴石夕卡岩带等。

在矿化岩体、碎屑岩或夕卡岩化带上发育明显的钾长石化、黑云母化、硅化、绿泥石化、绢云母化、高岭土化及碳酸盐化,并且具有明显的分带性,常常多重蚀变呈空间上的重叠,总体表现为热液蚀变类型越齐全、总蚀变强度越高、蚀变空间规模越大,成矿概率越高,矿床规模越大。

2.2 遥感地质信息

2.2.1 环形影像信息

该地区已知矿化地段普遍有环形构造发育,如铜山、伏牛山、螺丝冲、老人峰,盘龙岗等矿化地段,环形构造都极为发育,且有显著的地质成因标志,明显表现出复杂的环形构造组合,如环套环、环连环、多环嵌套、串珠环等。从找矿角度出发,根据宁镇中段铜多金属矿床成因及就位规律,最具找矿价值的环形构造主要是处在断裂带、断裂交汇部位、岩体与地层接触部位的环形构造(图3)。

2.2.2 蚀变提取信息

采用 ETM+和ASTER影像数据,针对铁矿化、夕卡岩化、绿泥石化及黏土化的光谱学特征进行主成分分析、比值运算及光谱角填图等增强处理,将获得的上述4类异常信息进行逻辑的“与”运算,求得各类异常信息叠加区。结果显示,遥感异常信息叠加区明显沿龙仓复背斜、宝巢复背斜及汤仑复背斜上近EW向断裂带展布,主要发育在岩体与地层的接触带、近EW向与近SN向断裂的交汇部位、较大规模的顶垂体边缘、碎屑岩与碳酸盐岩岩性界面附近,也有少数分布在岩脉边缘、第四系覆盖区及下古生界分布区(图3)。几乎所有的已知矿化区都是 明显的遥感异常信息叠加区。因此,结合宁镇中段铜多金属矿床成因及就位规律,筛选出示矿价值较高的异常信息叠加区,可作为多元信息综合预测的遥感信息源。

图3 宁镇中段遥感解译综合信息平面图Fig.3 Comprehensivly interpreted information plan of remote sensing images of the the study area

2.3 地球物理信息

前人在宁镇中段大部分地段完成了1/5万自电测量和1/1万磁法测量,以该区地质成矿实际特征为基础,正确认识各地段自电异常和磁异常形成的可能原因,其成果可以提供成矿预测的重要信息。

2.3.1 电异常信息

从自电异常分布与地质体、地质构造、已知矿化、遥感异常、磁异常的关系来看,所有带状异常都主要分布在复背斜上,沿近 EW向断裂带延伸,异常带总体沿岩体与地层接触界面附近分布。而在有上二叠统龙潭组分布的异常带,异常中心地带几乎山、伏牛山岩体周边磁异常信息相对缺乏,说明无Fe-Cu-S组合矿化的显示,而其他各岩体周边则有比较丰富的磁异常信息。结合该区铜多金属矿床的成矿元素组合特征分析不难发现,高强度磁异常主都位于上二叠统龙潭组分布部位,在没有龙潭组分布的异常带,异常中心地带或为下奥陶统,或为下志留统,亦或为中石炭统,视异常分布地带的地层组合情况而异,显然与这些地层中碳质含量高有密切关系(图4)。此外,高强度异常中心也有部分分布在下二叠统、岩体边缘接触带、两组断裂交汇部位甚至岩体内部,且高强度中心长轴方向与地层延伸方向显著不协调,如小石浪山西侧、伏牛山北东侧、宝华山、孟塘南侧、象山与连山间的几处高强度异常中心。这些高强度异常中心显然与碳质高低没有显著关联,是成矿预测的有用信息。

2.3.2 磁异常信息

区内地面磁异常比较复杂,既有强度较高的正异常,也有强度较高的负异常,但大部地区无明显异常或仅为低强度宽缓正(或负)异常(图4)。安基要与Fe-S及Fe-Cu-S组合有关,浅部磁铁矿化显然是该区高强度磁异常产生的关键原因。因此,高强度正磁异常是该区 Fe-Cu-S组合的重要有效信息,但非Cu-Mo-S组合矿床的有效信息。

图4 宁镇中段物化探异常分布图Fig.4 Geophysical and geochemical anomaly map of the middle segment of Nanjing-Zhenjiang Mesozoic magma belt

2.4 地球化学信息

根据华东有色地勘局所完成的宁镇中段1/1万化探成果资料(华东有色地勘局地质研究所,1985),该区Cu,Mo,Pb,Zn异常分布(图4)具有以下特点:①总体展布呈带状,分布在区内龙仓、宝巢、汤仑3个复背斜中,集中分布在接触带附近;②Cu异常规模相对较大,Mo异常和 Pb异常规模普遍较小,总体上异常规模普遍偏小;③Cu异常最为发育,Mo异常次之,Pb异常发育程度最低;④Cu异常普遍有Mo异常相随,Pb-Zn异常分布在Cu-Mo异常的外围,具有空间分带特点,但在部分砂页岩分布区有孤立的低强度Mo异常沿地层走向分布;⑤几乎所有已知矿化地段都是Cu-Mo异常集中区,但Cu-Mo异常发育强度及规模与已知矿化强度及规模间没有对应关系。

3 多元信息成矿预测

宁镇中段铜多金属矿床主要为接触交代型矿床,地物化遥多层次找矿信息丰富,其成矿预测的基本方法是逻辑信息法,通过综合提取地物化遥成矿信息实行成矿预测。

多元信息成矿预测要素包括:①成矿流体、金属元素、矿化剂元素源区及传输系统;②赋矿地层岩性组构;③成矿流体卸载沉淀空间系统;④矿化分布与矿体就位空间规律;⑤矿体形态、规模及其空间变异;⑥找矿地质标志;⑦找矿地球物理标志;⑧找矿地球化学标志;⑨找矿遥感信息标志。

4 找矿靶区圈定与优选排序

找矿靶区的圈定是依据宁镇中段1/5万—1/1万地质图、遥感构造解译成果图、遥感蚀变矿化信息提取成果图、化探成果图及物探成果图,突出成矿地质条件,进行综合圈定。

找矿靶区按照地质成矿条件有利程度、物探异常(磁法为主)强度与规模、化探异常(Cu,Mo为主)强度与规模、环形构造发育程度、铁矿化显现强度与规模、夕卡岩化显现强度与规模、泥化显现强度与规模进行综合判别确定。在宁镇中段地区共圈定了5个找矿靶区(图5)。从初步掌握的地物化遥多元成矿信息分析,这5个找矿靶区的成矿条件较好、综合矿化信息较丰富、预测依据较充分。找矿靶区的综合预测信息及分级列于表3。

表3 宁镇中段铜多金属矿床多元信息定位预测找矿靶区信息Table 3 multi-information-based location prediction informatior of Cu-pdymetallic deposits in the study area

5 成矿预测区分析

(1)Ⅰ号靶区:靶区位于汤仑复背斜北翼的近EW向弧形轴线向南突出的弧顶部位,也是伏牛山及骑马岗等矿床(点),根据勘查资料和现场观察,矿化类型主要为夕卡岩型。从地球物理测量资料来看,该靶区除在伏牛山铜矿上方存在自电异常外,伏牛山岩体北缘接触带还存在多处自行封闭的局部自电异常,可能与龙潭组煤系有关,部分则出现在栖霞岩体向南凸出的膨胀部位。靶区内发育一系列近SN向断层,部分断层被石英闪长斑岩等岩脉充填。靶区主体处在伏牛山岩体与北侧石炭-二叠系地层接触带及安基山岩体与伏牛山岩体相接地带的地层顶垂体、捕虏体及正常接触部位。区内已知矿床有伏牛山岩体南缘接触带的伏牛山、仙人桥、小石浪山组及其与岩体接触部位,且与 NE-NNE向、NWNNW向断裂或接触界面具有相似的延伸规律。该靶区磁异常主要为低缓且形态复杂的弱磁异常,伏牛山铜矿所在部位仅有局部正磁异常,形态类似但更微弱的局部正磁异常在小石浪山西部、伏牛山北 部、骑马岗及其南部也有存在,但仅个别与局部自电异常套合。从化探测量结果来看,该靶区Cu,Mo,Zn,Pb异常都比较发育,并且具有不甚显著的异常分带现象,靠近岩体主要为Cu,Mo异常,远离岩体主要为Zn,Pb异常。从遥感信息来看,整个靶区为复杂环形构造系统,近EW向、近SN向线性构造密集,蚀变信息显著,呈 NE向、近 SN向及NW向串珠状或成片分布,与物化探异常重叠度较高,与接触界面、断裂构造及岩性层分布具有一定的联系。

图5 宁镇中段多元信息综合预测平面图Fig.5 Comprehensive prediction plan based on multi-information in the study area

(2)Ⅱ号靶区:位于宝巢复背斜西段核部,为西银坑岩体北缘的指状接触带外侧。靶区内有已知铜矿床1处,为近SN向断裂密集分布地段。从地球物理测量成果来看,该区为自电异常封闭区,异常中心主要处在石炭系及二叠系栖霞组碳酸盐岩分布区,但区内无明显磁异常。从化探测量成果来看,区内Pb,Zn异常十分发育,并有较好的套合。在东部及北部出现较弱的Cu异常,并且部分与 Pb,Zn异常基本套合。从遥感信息来看,该区线性构造密集,在石炭-二叠系碳酸盐岩分布地段散布较多的蚀变叠加信息,这些部位多与Cu或Zn异常对应。该地段岩体与地层的接触界面形态复杂,且宝巢复背斜的东、西两侧的地质特征明显不同,西部背斜核部仅出露石炭系,而东部则被显著抬升,核部出露志留系,而在近SN向的分界线及其以西,石英闪长斑岩岩体呈指状向北插入。虽然无明显磁异常,Cu异常也较微弱,但自电异常显著,而 Pb,Zn异常强烈,故深部是否有隐伏铜多金属矿床产出值得深入研究,该区具有一定找矿前景,应加强勘查验证。

(3)Ⅲ号、Ⅳ号靶区:均位于龙仓复背斜南翼的铜山段,为复式背斜近EW向弧形轴线向南突出的弧顶部位,也是铜山岩体向南凸出的膨胀部位。近EW向与近SN向断裂密集交切。靶区主体处在铜山岩体南侧与石炭-二叠系地层接触带,接触界面形态复杂,产状陡倾甚至反倾,区内已知矿床为铜山(羊山)及石砀山矿床,矿化类型主要为夕卡岩型铜钼矿化。从地球物理测量成果来看,靶区为与接触 界面同向,异常中心主要出现在栖霞组,部分出现在龙潭组,呈向南凸出的弧形自电异常带和较强的正磁异常带。从化探测量成果来看,该靶区主要出现强度较高、范围较大的Cu异常,异常中心主要集中在紧贴接触界面的内接触带。在靶区西段南侧外围出现规模较大、强度较高、相互套合的Zn,Pb异常,与靶区内部大规模的Cu异常构成异常分带。这些异常,特别是磁异常和Cu异常,除铜山矿床、石砀山矿床所在地段已经勘查验证为矿致异常外,铜山以西及铜山与石砀山之间还有规模较大、强度较高、自行封闭或与矿致异常连为整体的异常存在,特别是Ⅲ号靶区,矿致异常的可能性更大。从遥感信息来看,该靶区为较复杂的环形构造密集地段,为3环相扣的复杂地段,线性构造密集,靶区西段、铜山及其以东部分则沿接触界面或石炭-二叠系界面出现串珠状夕卡岩化、绿泥石化、蛇纹石化及黏土化蚀变叠加信息,这些蚀变信息与岩性、接触界面及断裂构造也具有一定联系。综合上述各类成矿信息分析,该找矿靶区应具有较好的找矿前景,是宁镇中段应重点进行勘查验证的靶区。

(4)Ⅴ号靶区:位于宝巢复背斜南翼的东毛山段洪水宕岩体东南侧与二叠系、三叠系的接触带,区内已知矿床为盘龙岗铜铁矿床,矿化类型为夕卡岩型铜铁矿化。从地球物理测量成果来看,该区自电异常封闭,明显的正磁异常沿接触界面展布。从化探测量成果来看,Pb,Zn异常沿断裂、接触带发育,套合较好,Cu异常分布在靶区西侧,与正磁异常基本套合。从遥感解译信息来看,环形构造密集交叉,线性构造切穿,均沿接触界面发育,该部位及其他几处断裂带位置同时也见多处蚀变叠加信息,这些蚀变信息与接触位置的岩性和构造具有一定的联系。综合上述各类成矿信息分析,该区具有一定找矿前景,应加强勘查验证。

6 成矿预测区工程验证

为了检验预测效果,根据各预测靶区的综合找矿条件,华东有色地质勘查集团选择Ⅰ号靶区设计并完成2个钻孔进行验证。结果表明,ZK575孔在花岗闪长斑岩与二叠系、三叠系碳酸盐岩接触位置见28 m厚的夕卡岩化带,其中发育3层品位较好的黄铜矿化层,矿化层厚度分别为1.82 m(w(Cu)=0.471%),3.71 m(w(Cu)=0.60%)和2.69 m(w(Cu)=1.04%),有利地证明伏牛山岩体北侧接触带存在夕卡岩型铜多金属矿床。成矿预测的效果良好,也充分说明在该靶区具有沿接触带的有利部位进一步找矿的前景,在今后的工作中应加大勘查验证力度。

7 结论

本文以宁镇中段夕卡岩型铜多金属矿床多元信息综合预测为实例,对宁镇中段地质成矿信息、遥感图像线环构造及矿化蚀变信息、地球物理信息、地球化学信息的综合提取,通过MAPGIS平台将多元信息进行空间叠加、套合分析,形成如下认识:

(1)基于该区铜多金属矿床的地、物、化、遥信息标志,依据逻辑信息法成矿预测思路,建立了该区铜多金属矿床多元信息定位预测要素组合。

(2)通过多元信息提取获得的各类异常信息重叠最多的地段是地质结构复杂的地段,也是找矿最有利的地段。区内中酸性岩体与碳酸盐岩地层接触地段,接触面形态越复杂,界线越长,褶皱断裂构造越发育,同时能够与遥感解译的线环构造、蚀变叠加信息,物化探异常信息形成对应关系,则认为是矿床赋存的有利部位,可圈定为找矿预测靶区。

(3)基于逻辑信息法成矿预测方法和成矿预测要素组合,在伏牛山北侧、宝华山、铜山南侧和东毛山的4个接触带部位,圈定出5个找矿预测靶区。其中伏牛山北侧(Ⅰ号靶区)和铜山南侧(Ⅲ号和Ⅳ号靶区)的地质结构相对更为复杂,遥感解译信息和物化探异常信息也更为突出,与地质信息的重叠度更高,成矿的可能性更大。

(4)经钻孔验证,伏牛山岩体北侧接触带存在夕卡岩型铜多金属矿化,具有进一步沿接触带的有利部位找矿的前景,为该区寻找夕卡岩型矿拓展了找矿空间,对宁镇中段采用多元信息成矿预测的可行性奠定了基础。

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