福建省铁帽山钼矿床地质、地球化学异常特征与找矿方向研究

刘 鹤 ,姚敬金,任 宏,刘碧洪

1)中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室,北京 100083;2)中铁资源集团有限公司,北京 100039

福建铁帽山斑岩型钼矿床是近年来新发现的一处中型钼矿床。该矿床位于福建省连城县境内,区域成矿带划分上属于华南成矿省,永安—梅州—惠阳铁铅锌铜金成矿带(徐志刚等,2008),该成矿带以紫金山矿田的发现而闻名于世。前人对紫金山矿田展开了大量的研究,积累了丰富的资料和成果(张德全等,2001,2005;邱小平等,2010;王少怀等,2010;陈静等,2011;于波等,2013)。而后随着闽西南地区以斑岩型矿床为目标的勘查工作的深入,相继又发现了一系列斑岩型矿床或勘查区(图1B),包括行洛坑斑岩型钨钼矿床(张家箐等,2008)、学堂坑斑岩型钼矿床(艾国栋,2007)、郭坑斑岩型铜钼矿床(张顺金等,2009)、山口斑岩型钼矿床(卢俊胜,2008)、铁帽山斑岩型钼矿床等。由于这些新的斑岩型矿床的发现时间较晚,其矿床学特征和找矿方向等方面的研究程度相对较低。本文系统描述了铁帽山斑岩型钼矿床的地质特征以及土壤地球化学异常特征,总结了围岩蚀变作用和地球化学异常与矿化作用的关系,分析了后期断裂构造的特征及其对矿体和异常的影响,从地质和勘查地球化学的角度讨论了矿区的找矿方向,以期为该地区进一步的矿产勘查工作和矿床学研究提供依据。

图1 铁帽山钼矿区地质及钻探工程布置图Fig.1 Geological map of the Tiemaoshan molybdenum ore district,showing deployment of drillings

1 矿床地质特征

1.1 矿区地质

福建铁帽山钼矿床位于中生代东南沿海火山活动带以西,武夷山隆起以南的闽西南拗陷带内(图1B)(张德全等,2001;毛建仁等,2002;钟军等,2011),矿区整体分布于中生代花岗杂岩体之上(图1A)。区域上的中生代花岗岩侵位于古生界的火山-沉积岩地层中,局部又被中生界侏罗—白垩系沉积序列所覆盖。前人研究表明,闽西南地区的斑岩型矿床均与中生代花岗杂岩体有关(张家箐等,2008;卢俊胜,2008;张顺金等,2009;于波等,2013)。

铁帽山矿区出露岩性全为花岗质侵入岩(图1A),主要岩性包括中粗粒二长花岗岩、中粗粒钾长花岗岩、花岗斑岩和少量石英闪长岩。从不同岩体的侵入接触关系看,二长花岗岩、钾长花岗岩和石英闪长岩形成较早,花岗斑岩呈岩株状侵位于二长花岗岩和钾长花岗岩中(图2C),并使得部分二长花岗岩发生钾化蚀变而成为钾长花岗岩。花岗斑岩斑晶粒径可达5～20 mm,由石英、钾长石和斜长石组成,钾长石和斜长石具明显的伊利石化,基质由隐晶质的长石、石英和角闪石等矿物组成(图3D)。钼矿化作用主要发生在蚀变的二长花岗岩中(图2C,3A),钾长花岗岩内有少量的钼矿化作用,花岗斑岩内部则几乎不含矿,但可能是主要的成矿热液和动力来源。锆石 U-Pb法测年结果显示铁帽山地区花岗杂岩体的形成年代集中在(172.6±3.3) Ma和(160.6±1.1) Ma两个时间段内(王丽娟等,2007),反映了岩浆多期侵位活动的特点。

图2 L0线土壤地球化学测量剖面(A、B)和地质剖面图(C)Fig.2 Soil geochemical survey profile (A,B) and geological section along L0 exploration line (C)

矿区内发育有近北北东向和北北西向的两组断裂构造。这些断裂构造全部形成于岩体侵位和钼矿化作用之后,切割了岩体和矿体,对矿体和地球化学异常具有明显的破坏和截断作用。其中北北东向的 F1断层略向西倾,倾角约为 70°～80°。钻探结果显示(图2C),F1断层西盘浅部出露二长花岗岩,深部为钾长花岗岩,而断层东盘从浅部至深部始终为钾长花岗岩,据此判断,F1断层是一条西盘相对下降,东盘相对上升的正断层。近北北西向的各条断层 F2、F3、F4和近北东向的断层 F5分布于 F1断层的西侧,为一系列规模相对较小的正断层,北侧相对下降,南侧相对上升,可能为 F1断层的次级断裂,对矿体和地球化学异常同样具有明显的错断、破坏作用,目前发现的钼矿体主要位于F2以南和F3以北。

1.2 围岩蚀变

矿区的围岩蚀变作用强烈,与钼矿化作用关系密切,并具有明显的分带特征。根据蚀变矿物的组合特点,矿区以深部花岗斑岩为中心,自下而上、由内向外依次发育钾化带、石英-伊利石化带、蒙脱石化带和高岭石化带,但各蚀变带在局部也有相互穿插的现象。(1)高岭石化位于近地表处岩石较为破碎的地段,较为少见,可能主要为成矿后期流体活动以及近地表风化作用所致。(2)蒙脱石化带形成于弱蚀变的二长花岗岩中,石英-伊利石化带的外围,矿化作用较弱或无矿化(图2C)。(3)石英-伊利石化带形成于钾长花岗岩上方的二长花岗岩中(图2C),以强烈的硅化和伊利石化为特征,与辉钼矿化作用的关系最为密切。伊利石具有淡绿-深绿的特征标识色,呈自形-半自形粒状结构(图 3A)或呈细脉状充填于裂隙中,粒状的伊利石常常保存了钾长石或斜长石的晶形。伊利石化作用与钼矿化具有较好的相关性,围岩中辉钼矿的含量越高,伊利石化程度越强。硅化形成的石英可呈细脉或宽脉状穿插于蚀变二长花岗岩中,也可以表现为弥散的面状硅化,使原二长花岗岩中石英的含量明显增高(图3A,C)。辉钼矿常与细脉状、宽脉状和面状的石英共存。(4)钾化带形成于花岗斑岩岩株顶部和外围(图2C),以钾长石化作用为主,同时也发生较为普遍的伊利石化作用(图 3D)。钾化作用常常使花岗斑岩上方的二长花岗岩蚀变为钾长花岗岩。钾化带中的伊利石与石英-伊利石化带中的伊利石具有相似的矿物学特征,但钾化带中钼矿化作用较弱甚至无矿化。

图3 铁帽山钼矿区矿化特征与围岩蚀变Fig.3 Mineralization and alteration characteristics of the Tiemaoshan molybdenum ore district

由此可见,铁帽山钼矿床具有典型的斑岩型矿床的蚀变类型及分带特征(Lowell et al.,1970;Cannell et al.,2005;侯增谦,2004;简伟等,2010;邵军等,2012;赵俊兴等,2011)。在各条蚀变带中,以石英-伊利石化带与钼矿化作用的关系最为密切。

1.3 矿体特征

矿区内目前已经发现了三十余条矿体,全为未出露于地表的隐伏矿体。矿体呈透镜体状、似层状、不规则条带状或脉状产出,多数赋存于花岗斑岩岩株上方蚀变的二长花岗岩中,少数形成于钾长花岗岩中。从上向下看,矿体是围绕着矿区中部的花岗斑岩体的凸起部分呈环状分布的。从 L0线剖面看(图2C),矿体产状近似水平,西侧的矿体略向东倾,东侧的矿体略向西倾。多数钼矿体受到断裂构造的破坏而截断,目前所发现的矿体全部位于北北东向的F1断层以西,以及北北西向的F2和F3断层之间。

钼的主要矿石矿物是辉钼矿。辉钼矿主要有三种产出形式:(1)细脉状的辉钼矿分布于石英细脉的脉壁上,并与周围浸染状的矿石共同构成细脉浸染状构造(图3A);(2)片状的颗粒较大的辉钼矿以团块状集合体存在于石英脉或围岩中(图3B);(3)辉钼矿以斑点状或细粒浸染状分布于蚀变二长花岗岩中(图 3C)。

2 矿区地球化学异常特征

2.1 数据处理和分析

矿区全区开展了1:10000土壤地球化学测量工作,采样网度是100 m×40 m,测线方向为113°,共计采样469件,测量面积为2.0 km2(图1A所示全区),分析元素包括Ag、As、Cu、Pb、Zn、Sn、W、Mo、Bi、Sb,共10种。为了解各元素与矿区主要成矿元素 Mo之间的相关性,首先绘制出各元素对数值与Mo元素对数值的散点图(图4),并拟合出线性函数。从图4中可以看出,其他各元素与Mo元素的相关性均不明显。

图4 各元素对数值与Mo元素对数值相关性散点图(单位:10-6)Fig.4 Scatter plot of logarithmic value of each element versus lg Mo (unit:10-6)

从 L0线剖面上各元素的变化规律也可以在一定程度上看出各元素与 Mo元素的定性消长关系(图2)。在L0线剖面自西向东,Mo元素值呈现多次高低起伏变化(图2B),在钻孔ZK004、ZK010和ZK009一带首先出现高值区,而至ZK008和ZK001附近,则形成了一个“低谷”,向东至 ZK007、ZK2201和ZK2202一带时Mo元素值又显著升高,而在越过F1断层后,Mo元素的值又急剧下降。L0线剖面上Mo元素的高值与隐伏的钼矿体具有非常明显的空间对应关系,推测隐伏矿体上方土壤中的Mo元素异常是由近地表的钼矿体所形成的地球化学晕延伸到地表而导致的,表明了 Mo元素的地球化学异常在矿区具有直接的找矿意义。低温成矿元素Pb、Zn、Ag和高温成矿元素Sn(邵跃,1997),在L0线上的变化与Mo元素则相反(图2A),它们均在ZK008和ZK001附近形成了高值区,刚好对应于矿区中部矿化较弱和无矿化的区域。Sb和As元素与Mo元素具有较为相似的起伏变化规律,但Sb和As元素在F1断层东西两侧的值也不具有显著差异,与钼矿体的对应关系不明显。

从上述统计学规律和 L0线剖面的各元素与矿化作用关系的研究中可以看出,Mo元素的高值异常是铁帽山矿区最具有找矿意义的标志,与钼矿化作用具有直接的对应关系;而Ag、Zn和Sn等元素的高值异常则常常对应于矿化较弱或无矿化的区域。

2.2 异常下限的确定

为了确定矿区 Mo元素的异常下限,首先使用Statistica软件制作Mo元素对数值的频率直方图(图5),研究Mo元素的统计分布规律。从Mo元素对数值的频率分布直方图可以看出,Mo元素的对数值呈双峰式分布,不宜用传统的计算方法(如以平均值或众值加上2倍标准偏差)来确定异常下限。值得说明的是,近年来多位学者的研究表明,许多热液矿床的主要成矿元素在土壤中的含量均不符合对数正态分布(Cheng,1999,2007;Deng et al.,2001,2009,2010;Gong et al.,2013;李随民等,2005;成秋明等,2009)。这种双峰式分布是热液矿床成矿作用的鲜明写照,它可以看作是两个正态分布的部分叠加:左侧的低值部分代表了矿区背景值区的Mo元素分布形式,反映了未矿化的围岩中 Mo元素含量的分布规律;右侧的高值部分则代表了受含矿热液活动影响的异常区的元素分布形式,是成矿作用的结果。双峰间的谷底的横坐标值可以作为Mo元素异常下限的对数值(罗先熔等,2007),如图5中两条拟合的曲线交点处的横坐标值为 1.086×10-6,故矿区土壤中Mo元素的异常下限值可设为12.2×10-6。其他元素的各项统计参数及采用的异常下限见表1。其中,由于Ag、As、Cu、Pb、Zn、Sn、Sb元素基本符合对数正态分布,仅有少量样品为异常值(高于对数众值加上2倍标准偏差),故不设异常下限;而对于具有双峰式分布特征的W和Bi元素,其异常下限可以借助直方图拟合钟形曲线来确定。

2.3 异常特征与地质解释

基于元素分布规律和Mo元素的异常下限(图5),可以绘制 Mo元素和其他元素的异常平面图(图6),分析各元素的平面分布特征及与钼矿化作用的关系。由于Sn、Ag、Zn元素仅少数样品存在异常,为了表现出各元素的品位分布特征,这里根据需要选取适当的值绘制等值线。各元素异常特征具体表现为:(1)Mo元素的异常形态与钼矿体的空间对应关系最为密切。Mo元素的主异常位于矿区中部(图6A),近似呈环状分布,异常的主体部分东西向长约770 m,南北向长约950 m。异常具备内、中、外带,有两处规模较大的浓集中心,一处出现在矿区中北部 12线的 ZK1205、ZK1204、ZK1203和 16线的 ZK1607、ZK1602、ZK1608、ZK1609等钻孔附近;另一处浓集中心位于矿区中南部的 ZK306、ZK305、ZK307和ZK308等钻孔附近,这两处异常浓集中心范围内及附近的钻孔多数为见矿效果较好的钻孔,而环状 Mo异常的中心低值区刚好对应于钼矿化作用较弱的“核”。(2)环状的 Mo元素异常完全被限制在 F1断层以西,而 F2和 F3两条断层对异常的形态也有明显的错断作用(图6A)。在F2断层以北和F3断层以南的地区,虽然也出现一系列面积较小的 Mo异常,经钻探验证后均未发现钼矿体,可能为个别高含量样品扰动所致,不具有经济意义。(3)Sn、Ag和 Zn元素的异常主要分布在环状Mo异常的外围和中心低值区,与钼矿体和Mo元素异常的分布基本不重叠或较少重叠。这些元素异常形态也同样受到F1、F2、F3和F5等断层的破坏、截断作用,例如,Sn元素的异常主要分布于F1断层以东,Ag元素的异常则多数位于F1断层以东和F2断层以北,Sn、Ag和Zn元素均在环状Mo异常的中心低值区附近出现高值(图6B,C,D)。

图5 Mo元素对数值的频率分布直方图Fig.5 Frequency distribution histogram of lg Mo

表1 各元素的统计参数表(单位:10-6)Table 1 Statistic parameters of some elements (unit:10-6)

图6 Mo(A)、Sn(B)、Ag(C)、Zn(D)元素地球化学异常平面图(钻孔图例和钻孔号参见图1)Fig.6 Geochemical anomaly maps of Mo (A),Sn (B),Ag (C) and Zn (D)(see Fig.1 for legend and serial number of drill holes)

3 找矿标志与找矿方向

3.1 找矿标志研究

铁帽山钼矿的地质方面找矿标志可以重点从围岩岩性、蚀变分带特征和断裂构造的影响三方面着手。(1)从围岩岩性方面来看,矿区内的斑岩型钼矿体多数是围绕着矿区中部的花岗斑岩岩株的凸起部分呈环状分布的,主要赋存于花岗斑岩外围的蚀变二长花岗岩中,钾长花岗岩中的矿化作用相对较弱,花岗斑岩中几乎无钼矿体的存在。(2)从围岩蚀变作用来看,矿区的围岩蚀变呈现明显的分带现象,其中以石英-伊利石化带与钼矿化作用的关系最为密切,而钾化带和蒙脱石化带中的钼矿化作用相对较弱。(3)从断层对矿体的破坏作用来看,矿区内的F1、F2、F3和F5等一系列断层对矿体乃至地球化学异常均具有明显的破坏和截断作用,换言之,这些断层限制了矿体在水平方向上的延伸,现有钻探资料表明,目前铁帽山矿区所发现的矿体全部位于F1断层以西、F2断层以南和F3断层以北的区域内,在这三条断层以外的区域施工的钻孔均未见到钼矿化作用。

地球化学方面:(1)由于Mo元素与斑岩型钼矿化作用具有非常好的空间对应关系,且目前所发现的矿体基本上位于 Mo元素异常范围内,因此,位于矿区中部的 Mo元素主异常是最直接的找矿标志。(2)在 F1断层北段东侧、F3和 F5断层南侧的一系列规模较小的 Mo异常,虽然单个样品的 Mo元素分析值较高,但经钻探验证后未能发现具有经济意义的钼矿体,可能为小规模的钼矿化作用所致。(3)Zn、Ag和Sn元素的异常主要出现在环状分布的钼矿体和 Mo元素异常的中心和外围,钼矿体多数位于Zn、Ag和Sn元素的低值区内,因此,可以用Zn、Ag、Sn等元素高值异常来指示未矿化的区域,间接指导找矿工作。

3.2 找矿方向探讨

铁帽山矿区下一步找矿工作仍应在F1、F2、F3和 F5四条断层所围限的区域内,以矿区中部的 Mo元素主异常为指导施工钻探工程。在施工过程中应密切关注岩性和蚀变类型的变化,以发育石英-伊利石化的二长花岗岩为主要目标,当钻孔已经穿过石英-伊利石化带而进入钾化蚀变带内,岩性转变为钾长花岗岩或花岗斑岩时,则应考虑终止施工以节约工程成本。

4 结论

1)铁帽山钼矿床是一个斑岩型钼矿床,矿体主要围绕着深部的花岗斑岩岩株的外围呈环状分布,赋存于花岗斑岩体上方的蚀变二长花岗岩中。围岩蚀变具有明显的分带特征,自下而上依次出现钾化、石英-伊利石化、蒙脱石化和高岭石化,各蚀变带之间也有相互穿插的现象。其中,石英-伊利石化蚀变与斑岩型钼矿化作用的关系最为密切。

2)成矿期后形成的北北东向区域性断裂F1和其分支断裂对矿体具有明显的截断和破坏作用,限制了矿体在水平方向的延伸规模。

3)土壤地球化学测量结果表明,Mo元素地球化学异常近似呈环状分布,与钼矿体具有非常好的空间对应关系,是矿区最直接的找矿标志,而Ag、Zn和 Sn元素的高值异常主要分布于环状分布的钼矿体和 Mo异常的中心和外围,可以用来辅助指示无矿化的区域。

致谢:龙岩东方虹展矿业有限公司对野外工作提供了协助,审稿人对本文提出了建设性意见,在此表示感谢。

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