地球化学定量预测法在武夷成矿带铜资源潜力评价中的应用＊

2014-03-19黄正清

华东地质 2014年4期

湛龙，黄正清，龚鹏

（1 中国地质调查局南京地质调查中心，南京 210016）（2 中国地质大学信息工程学院，武汉 430074）

武夷成矿带位于浙闽赣粤四省边界的仙霞岭－武夷山脉地区，北起浙江衢县，南至广东梅县，南北长约600km，东西宽约160km。区内已全部完成了1：20万水系沉积物测量和1∶20 万区域地质及矿产调查，部分地区已完成1∶5万区域矿产地质调查。区内已发现大型矿床十余处，中小型矿床数百处。为了促进武夷山成矿带地质找矿工作、阐明区内铜矿产资源潜力，本文采用以地球化学定量预测理论为基础的技术方法，对铜矿资源的找矿潜力进行预测和探讨。

1 区域地质特征

武夷成矿带大地构造位置上隶属于元古代华夏陆块活动大陆边缘的武夷－云开岛弧系，包括该岛弧系北段的火山弧和弧后盆地［1］。东以温州－南靖－陆丰超岩石圈断裂与南海－印支陆块的中生代岩浆活动带为界，北以江绍断裂与扬子陆块的龙门山－九岭元古代岛弧带为邻，西边是华夏陆块的加里东褶皱带，向南与元古代云开岛弧带相接。

图1 武夷成矿带大地构造位置图（据华东地区大地构造图修编）Fig．1 Geotectonic location of Wuyi metallogenic belt

区内地层自上太古界至第四系发育齐全。根据地层岩性、岩相、成岩环境差异及建造演化史、变质程度和构造变形特征，将该区地层分为三个大的断代岩系：前泥盆纪基底岩系、泥盆纪－中三叠世以海相沉积为主的盖层岩系和中新生代陆相碎屑及火山岩系，各断代地层均以明显的角度不整合为界。

区内构造－岩浆岩带基本呈NE－NNE 向展布，且岩浆活动有从NW－SE由老到新的分布特征。总体上，除零星出露的元古代花岗岩表征前寒武系结晶基底的存在外，古生代花岗岩和早中生代花岗岩呈面式分布于区内，而晚侏罗世火山岩浆作用拉开了华南晚中生代大规模岩浆作用的序幕，形成大面积火山岩和侵入岩，与区内很多成矿活动相关，形成了一系列斑岩型、火山热液型、隐爆角砾岩型Cu、Pb、Zn、Au、Ag、W、Sn矿床，是我国东部最重要的构造－岩浆成矿带之一。

本区内已知的铜铅锌金银钨锡钼等矿种的矿床（点）共一千余个［1］，如紫金山铜金矿、永平铜矿、冷水坑银铅锌矿、铁砂街铜矿、行洛坑钨矿、南平西坑铌钽矿、梅县嵩溪银锑矿、玉水铜多金属矿等。整体而言，北部以铜矿为主，也有锡、稀有和金矿出现；南部以钨锡和稀土、稀有为主。铜矿和铅锌矿与同熔型花岗岩有关，钨、锡矿则与重熔型花岗岩有关。

2 定量预测思路与方法

目前地球化学块体法、体积品味法、丰度法、面金属量法是勘查地球化学界中应用最广泛的四种定量预测方法［2］。不同的预测方法适应于不同的预测尺度。例如，地球化学块体法［3］是对大型或巨型矿床而提出的，多适应于成矿省或成矿域的资源量预测；体积品味法更适用于矿田或矿床的资源量预测。自全国矿产资源潜力评价项目开展以来，以中国地质大学（武汉）马振东教授为首的科研团队经过反复试点研究，在丰度法和面金属量法的基础上，完成了矿产资源地球化学模型建立与定量预测方法技术研究❶❷。本文应用该技术方法，对武夷成矿带铜矿进行地球化学资源量定量预测研究，取得了良好的应用效果。

地球化学定量预测包括两个核心内容，即典型矿床地球化学模型的建立和定量预测研究。地球化学模型实质上由成矿地质特征和地球化学特征两个方面组成；而定量预测研究是在建模的基础上，根据预测区的矿床类型，选择相应的地球化学定量预测计算方法进行资源量估算。具体工作流程包括：①搜集资料：搜集工作区内各尺度勘查地球化学数据、地质矿产图、主要铜矿床勘查储量报告等；②建立预测模型：建立成矿物源、时空分布规律、成矿模式、主控矿因素、区域地球化学异常特征与矿区地球化学特征；③相关数据处理及地球化学图件的编制，包括相似度图、衬值异常图、剥蚀程度图等；④圈定预测靶区：依据圈定要素（相似度、剥蚀程度），根据预测区评价准则，将遴选出的靶区进行评价（分成A、B、C类异常）；⑤预测资源量：依据矿床类型、预测尺度，选择地球化学预测方法进行储量计算。

2．1 资料来源

本次用于武夷成矿带地球化学定量预测的基础资料为成矿带内涉及江西、浙江、福建、广东4省范围内相关1∶20万水系沉积物测量数据，面积约16万km2，样品件数为40120件，分析元素为39种，获得分析数据约为1．56×106个。依据中国地质调查局《关于印发（区域化探资料质量评估要求）的函》与《1∶20万区域化探资料质量评估方法》，各省数据均通过了专家的评审，数据质量可靠。

2．2 典型矿床模型的建立

地球化学资源量预测的基本思想是相似类比，典型矿床的地质、地球化学模型的建立是进行成矿预测的基础。武夷成矿带铜多金属成矿以岩浆成因为主，与海相火山活动、陆相火山活动、岩浆侵入活动（如斑岩－潜火山活动）有关，尤其与燕山晚期中酸性斑岩及其热液活动关系密切。本次定量预测选取7个铜矿典型矿床，几乎涵盖了武夷成矿带所有的铜矿成矿类型，具体特征见表1。因每个地球化学模型的建模思路与方法基本一致，在此以紫金山铜金矿为例，说明相似元素组合、剥蚀程度指标的挑选过程，其地质特征等参见文献［1］，本文主要介绍典型矿床模型的地球化学特征。

紫金山铜金矿区域地球化学特征：1∶20 万化探异常元素组合Cu－Mo－Au－Pb－Zn－W－Ag－Bi－Sn－Cd－As－Sb，异常面积152km2，区域上该异常呈岛状展布，多元素套合程度高，浓集中心明显，形成非常醒目的地球化学异常（图2），异常与紫金山复式岩体范围基本一致，受岩体和北东向构造控制。

1∶5万区域地球化学异常（其化探异常特征见表2）与1∶20万区域化探异常有继承性关系，同样形成大规模分布的Cu－Pb－Mo－Au－Ag－Zn－W－As组合异常，其主要成矿元素异常规模大，元素组合复杂，元素套合程度高。

图2 上杭紫金山铜金矿区1∶20万区域化探异常剖析图Fig．2 1：200000regional geochemical anomaly map of Zijinshan Copper－gold orefield

表1 武夷成矿带铜典型矿床特征Table 1 Characteristics of typical copper deposits in Wuyi metallogenic belt

区内局部开展过50km21∶1万原生晕地球化学测量工作，根据地表原生晕测量元素定量分析成果，主要异常分布于紫金山复式岩体及其接触带上（图3）。其原生晕地球化学测量工作可以看出，其原生晕分带自上而下为：Au、Ag、Bi、Hg、Mo（As）（前缘晕）→Cu、As、Sb、Pb、Bi、Au、Ag（矿中晕）→Cu、W、Sn、Mo（矿尾晕）。结合其1∶20万区域地球化学特征、1∶5万地球化学特征、矿区1：1万地球化学特征及原生晕地球化学特征，挑选Cu－Pb－Mo－Bi－Au－Ag作为其相似元素组合，并选择一组矿尾晕与前缘晕元素组合的累加之比（W＋Sn）／（Ag＋Hg）来评价该类型矿床的剥蚀程度。

2．3 相关地球化学图件的编制

（1）编制相似度图

标准样本的指定：相似度是指地球化学相似系数或相近系数。从元素组合的角度，通过构建“标准样本”元素组合，利用距离公式定量判断未知成矿元素组合与已知区成矿元素组合之间的相似程度或相近程度的参数，它是判别未知矿化与已知矿化关系的重要参数。

表2 上杭紫金山1∶5万化探异常特征［4］Table 2 Characteristics of 1∶50000geochemical anomalies of Zijinshan

图3 上杭紫金山铜金矿区1∶1万化探异常剖析图［4］Fig．3 1∶10000geochemical anomaly map of Zijinshan copper－gold orefield

制作“标准样本”对选取的元素组合进行赋值，为了取值比较合理，每个典型矿床采用其各元素异常内带的平均含量进行赋值，这样可以克服极个别特高值点对相似度计算的影响。本次定量预测工作选取的7个典型矿床的标准样本参数见表3。利用制作的典型矿床标准样本，计算每个原始1∶20万水系沉积物数据的相似度值：先计算样点与典型矿床的相似距离（D（Si）），再通过公式转为相似系数（R）。

图4 紫金山铜金矿床地球化学异常模型❸Fig．4 Geochemical anomaly model of Zijinshan coppergold orefield

表3 武夷成矿带典型矿床标准样本参数Table 3 Standard sample parameter table of typical deposits in Wuyi metallogenic belt

其中，s代表已知矿床（标准样本），i为需要判别的未知样点，p 为选取的典型矿床的变量个数，Xsk表示标准样本在第k个变量（如Cu元素）上的取值，Xik表示第i个样本在第k个变量上的取值，Max（D）为样点间距离的最大值。每个样点计算出相似度值后，采用7 级累频分级的方法，分级频数为：25%－50%－75%－90%－95%－98%，各典型矿床分级标准见表4。对应于相似度的累频分级，可以认为98%的含义是2%的样点与已知矿床相似，属于成矿信息，相似度的累频分级对应一定的成矿率。

表4 武夷成矿带典型矿床相似度图累频分级Table 4 Tired frequency grading of typical deposits in Wuyi metallogenic belt

（2）编制衬值异常图

衬值处理的基本方法为，以计算样点为中心，按给定背景范围搜索数据并计算背景平均值，计算点值与所处背景平均值之比值，其中在某一尺寸对高分位值有一个“拐点”效应，即随着尺寸的继续加大，对高异常的突出有限；当若窗口开的过大，异常形态则过于集中，无法区分不同矿床各自的异常，衬值图效果过犹不及。经试验后，本次圈定衬值异常最终选择30km 作为背景尺寸。经过衬值处理过的数据值，再采用累频分级的方式成图，具体分级的标准与相似度图一致。

（3）编制剥蚀程度图

按照原生晕分带理论，由于元素的活动性和沉淀温度的差异，往往会在矿体周围形成低温远矿元素组合（矿头晕）、中温近矿元素组合（矿中晕）、高温矿尾元素组合（矿尾晕）。在不考虑多期叠加的情况下，哪种晕对应元素组合出现的强度越高、规模越大，就说明矿床剥蚀到了哪个程度。应用水系沉积物的元素组合特征可以判别矿床的剥蚀程度，不同的矿床类型具备不同的分带组合，以矿带内典型矿床的岩石原生晕测量为基础，结合矿床的蚀变和矿化分带，选择与实际情况吻合最佳的元素组合（实验对比），如紫金山陆相火山岩型铜金矿床选择的元素组合为：（W＋Sn）／（Ag＋Hg），浦城管查热液脉状型铜矿床选择的元素组合为：（Sn＋As）／（Pb＋Zn），会昌红山隐爆角砾岩－斑岩型铜矿床和平和钟腾斑岩型铜矿床选择的元素组合为（W＋Sn＋Mo）／（As＋Sb＋Hg）；对于梅州玉水海底热水喷流－沉积叠加改造型铜矿床、弋阳铁砂街海底热水喷流叠加改造型铜矿床、铅山永平层控叠加改造型铜矿床，因岩石原生晕资料缺失，无法确定判别矿头晕与矿尾晕的元素组合，暂不考虑剥蚀程度。比值计算完后，按7级累频分级的方法进行成图，分级频数为50%－85%－90%－95．5%－98%－99%。

2．4 预测指标选取与分级准则

2．4．1 分级指标

在典型矿床地质、地球化学特征研究及地球化学找矿模型建立的基础上，对圈定预测区所需的地质－地球化学要素进行提取，概括为以下7个指标：

条件1：元素组合与典型铜多金属矿床的相似度值大于累频分级≥98%的对应值（如紫金山的对应值为0．59）；

条件2：成矿地质条件有利（岩体、岩体与围岩接触带、断层等）；

条件3：已发现矿点（矿化点）；

条件4：相似典型矿床所对应的特征元素组合平均衬值较大（累频分级≥95%，如紫金山铜矿对应的特征元素组合为Cu－Pb－Au－Ag－Mo－Bi）；

条件5：Cu 衬值异常具备中带；

图5 A、B级预测区圈定过程示意图Fig．5 Schematic diagrams of delineation of A and B grade prediction zones

条件6：相似典型矿床所对应的特征元素组合中至少三个元素衬值不低于累频分级95%对应值；

条件7：相似典型矿床所对应的特征元素组合中至少四个元素衬值不低于累频分级95%对应值。

2．4．2 分级准则

由以上7个地质地球化学指标，根据有无相似度的准则划分为A、B、C 三级，具体分级标准如下：

A级：满足条件1－2－3－4－5－6；

B级：满足条件1－2－4－5－6（缺少3）；

C级：满足条件2－4－5－7（缺少1 和3，必须满足7）。

其中，可信度级别为：A＞B＞C。

2．5 各级预测区的圈定

首先将相似度图、各相关元素衬值异常图、矿产图进行叠合，将与典型矿床相似度高，且具备3种以上特征元素衬值异常、异常区有已知铜矿（化）点的区域先圈为A 类预测区（如图5中A－YC－22，相似度高、有Cu－Zn－Ag－Cd 衬值异常，且有已知铜矿点）；将仅有相似度高和衬值异常、而无已知矿（化）点的区域圈为B类预测区（如图5中B－YC－28仅具备相似度高和Cu－Pb－Zn－Cd 异常，无已知铜矿化点）；将相似度较低，但具备4种以上衬值异常的圈为C类预测区，再结合地质矿产图，验证该区域是否具备典型矿床所需的必要控矿要素。利用此方法，在武夷成矿带共圈定A 级预测靶区23处，B 级预测靶区31处，C级预测靶区37处。

3 铜资源量预测结果

选用丰度法和面金属量法两种方法对A、B 级预测靶区进行资源量估算，C 级靶区由于相似度指标达不到要求，缺乏最佳相似矿床数据，不能计算资源量，只能作为有利的成矿远景区。上述两种方法均考虑剥蚀系数，类比法计算公式为：预测区资源量（Vd）＝［预测区异常规模Q×（1－预测区剥蚀系数F）×相似系数R］／［系数K× （1－典型矿床剥蚀系数F）］；面金属量法计算公式为：预测区资源量（Vs）＝［预测区面金属量P×（1－预测区剥蚀系数F）×相似系数R］／［系数K×（1－典型矿床剥蚀系数F）］；最终取上述两类加权平均的方法（类比法加权系数为0．6，面金属量法加权系数为0．4来确定资源量：预测资源量（V）＝0．6×类比法（Vd）＋0．4×面金属量法（Vs）。

据全国矿产资源潜力评价项目最新矿产地数据资料显示，武夷成矿带已探明铜资源量约573．83万t（主要包括上杭紫金山196．72万t、管查2．4万t、红山49．95万t、铁砂街5．61万t、永平146．68万t、玉水11万t、钟腾2．24万t、萝卜岭8．13万t），经本次预测，新增A 级预测区预测资源量452．3万t，B级预测区预测资源量113．4万t。根据矿床式分类，在预测的资源量中，以红山式斑岩型铜矿227万t（预测区7个），永平层控叠加改造型铜矿137．7万t（预测区9 个）和紫金山式的陆相火山岩型铜矿136．1万t（预测区5个）为主。预测结果显示武夷山成矿带具有较强的铜矿找矿潜力，为武夷山成矿带矿床勘察工作部署提供了有利的地球化学依据。

4 预测成果的检验

在本次圈定的A－YC－13预测区内，其样本与红山铜矿标准样本显示出极高的相似度，相似度值达0．84，铜异常三级浓度分带明显，又具备Cu－Pb－Zn－Ag等多元素套合衬值异常和燕山期中酸性侵入体的存在，因此推测在该区域具备寻找火山热液型－斑岩型铜矿的前景。南京地质调查中心在该区域开展的浙闽松政地区矿产远景调查工作，已经相继在该区域发现了多条隐爆角砾岩脉和青盘岩化、黄铁绢英岩化等蚀变现象，圈出了3条细脉浸染状铜矿化带。目前已施工三个钻孔，发现多层铜矿体。