湘南三合圩锡多金属矿成矿规律及找矿方向

王 庆，孔 华，邹建林

(1.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410083；2.湖南省地球物理地球化学勘查院，湖南 长沙 410116 )

0 引言

20世纪80时代，湖南省物探队在临武县三合圩地区开展了物化探和地质找矿工作，三合圩锡多金属矿在1984年被发现，为隐伏矿体，1990年提交湖南省临武县三合圩矿区锡铅锌多金属矿普查地质报告，当时矿床规模较小，没有开发利用价值。前人对三合圩研究较少，而围绕三合圩所在的香花岭矿集区的地质勘查和研究历史悠久，工作程度高，并取得丰硕的成果。特别是20世纪80年代以来，围绕癞子岭、尖峰岭等代表性岩体开展了成矿作用(毛景文[1]；来守华[2])、矿床分带(张德全[3])、隐伏岩体(伍光英[4])、成岩成矿物质来源(周涛[5]；邱瑞照[6])、找矿方向(王增润[7]；钟江临[8])等方面的研究。曾提出层控型(乌家达[9])、双控型(张国林[10])、岩浆热液型(邱瑞照[11])等多种矿床模式。

近年来，依托中国地质调查局基金项目，以深部资源调查新增资源量为目的，通过地质找矿工作，发现并圈定主要锡多金属矿体4个、次要矿体15个，取得初步的找矿突破。本次研究采用的方法主要有资料收集、野外地质调查和物化探调查、室内综合研究，指明了找矿方向，预期成果新增锡金属推断资源量1万吨。

1 区域地质背景

三合圩锡多金属矿位于湖南省临武县香花岭矿田北侧(图1)，地处耒阳临武SN向构造带与郴州—临武大断裂南段西侧的复合部位，位于香花岭短轴背斜的北倾伏端。区域大地构造位于扬子陆块(扬子地台)与华南板块(华南褶皱系)拼接部位，属南岭EW向构造带中段北缘与耒(阳)—临(武)SN向构造带南端西侧复合部位的通天庙穹窿之中[12]。

香花岭是一个与燕山期的癞子岭、通天庙及尖峰岭3个铁锂云母二长(钾长)花岗岩有关的锡钨铅锌铌钽多金属及玉石矿田。钨锡铅锌多金属矿除围绕癞子岭和尖峰岭2个岩体的内、外接触带分布外，在远离上述3个岩体的碎屑岩地层的构造破碎带亦有广泛的分布，甚至在侵入于碎屑岩中的花岗斑岩脉岩中亦可形成斑岩型矿床[13-14]。围绕癞子岭岩体分布的主要矿床有香花岭矿区锡矿床、香花岭矿区铅锌多金属矿床；围绕尖峰岭岩体分布的主要矿床有香花铺钨锡多金属矿床、香花铺铅锌多金属矿床、东山矿区白钨矿床、包金山矿区锡矿床、包金山矿区铅锌矿床、尖峰岭矿区铌钽矿床。分布于碎屑岩地层中的热液充填型矿床主要有三十六湾矿区钨锡多金属矿床、三十六湾矿区铅锌多金属矿床、蛇形坪钨锑矿床、玉岭矿区铅锌锡多金属矿床、三合圩矿区锡多金属矿床、铁砂坪矿区锡多金属矿床。围绕通天庙岩体分布的则为著名的通天玉[15]，一种可与黄龙玉、台山玉相媲美的优质石英岩质玉。

图1 湖南三合圩矿区地质简图Fig.1 Geological sketch map of Sanhexu mining area1—第四系 2—上泥盆统佘田桥组 3—中泥盆统棋梓桥组上段 4—中泥盆统棋梓桥组中段 5—中泥盆统棋梓桥组下段 6—中泥盆统黄公塘组 7—中泥盆统易家湾组 8—中泥盆统跳马涧组中段 9—铁锰帽 10—地质界线 11—断层 12—产状 13—见矿钻孔及编号 14—采矿权范围 15—勘探线及编号

2 矿区地质

在湖南南部三合圩锡多金属矿区，区内出露地层为中泥盆统跳马涧组(D2t)、易家湾组(D2y)、棋梓桥组(D2q)和第四系(Qj)。跳马涧组在矿区地表广泛出露，为一套滨海—浅海相的碎屑岩系，并呈角度不整合覆盖在下伏寒武系之上。易家湾组(D2y)出露在矿区中部，主要为泥岩建造夹泥灰岩建造，为灰绿、灰黄色薄层泥岩、钙质页岩为主，夹薄层状泥灰岩。棋梓桥组出露在矿区北部及东部，为一套浅海相的碳酸盐岩系，主要为泥晶灰岩建造、粒屑泥晶灰岩建造夹白云岩建造、白云质灰岩建造。

区内锡矿的主要赋矿地层为中泥盆统跳马涧组(D2t)，主要分布在南部，区内仅出露有中段，中段(D2t2)可分为两层。① 第二层(D2t2-2)为白色中厚—厚层状石英砂岩、杂色砂岩及硅质页岩，靠顶部有一层厚约2 m的较稳定的豆状赤铁矿砂岩。层厚80～120 m。② 第一层(D2t2-1)为紫红色砂岩层，主要为紫红色砂岩，间夹少量灰白色石英砂岩及1～2层含豆状赤铁矿砂岩。

矿区位于香花岭短轴背斜北部倾伏端，区内地层自西向东倾向由NNW转为北倾至NE倾，局部东倾，基本为一弧形单斜构造。

区内断裂构造较发育，按走向主要可分为NE向、NW向两组。① NE向断裂：区内NE向断裂较多，主要有F94、F95、F96-1、F112断裂等，倾向NW、SE均有，倾角62°～80°。F112断裂：走向长约1000 m，倾向NW320°，倾角60°～70°，正断层，地表未见矿化、蚀变，深部见铅锌锡矿体。② NW向断裂：区内NW断裂不多，主要有F120、F125断裂等。F120断裂：已知走向长度大于2000 m，倾向SW205°，倾角70°，逆断层，地表局部见铅锌矿化，深部见钨矿体，本断裂形成较晚，截切了所有与其相交的断层。

矿区内无岩浆岩出露。

根据可控源音频大地电磁法(CSAMT)测量成果，每条测线中深部均出现有较为明显的高阻异常，其分布具有一定规模，具有一定的起伏变化特征，且电阻率值较高，一般大于3000 Ω·m，初步推测中深部高阻异常对应为隐伏岩体，隐伏岩体顶界面平均埋深大约为450 m。

通过3个钻孔(ZK3001、ZK1601、ZK1201)验证，深部隐伏有燕山早期(155 Ma)癞子岭黑云母花岗岩(图2)，岩体埋深分别为461.52 m、405.85 m、582.07 m，与物探推测完全吻合。岩体中心相为细—中粒黑云母二长花岗岩，岩相分界明显。岩体的内外接触部位具云英岩化、钾化、硅化、黄铁矿化蚀变。

图2 三合圩矿区隐伏岩体等深线图Fig.2 Contour map of the depth of concealed rock mass in Sanhexu mining area1—可控源大地音频电磁测深线 2—见矿钻孔 3—岩体侵入等深线及高程 4—已设采矿权范围

3 矿床地质

3.1 矿床地质条件

三合圩锡矿的主要赋矿地层为中泥盆统跳马涧组中段第二层(D2t2-2)，为白色中厚—厚层状石英砂岩、杂色砂岩及硅质页岩，靠顶部有一层厚约2 m的较稳定的豆状赤铁矿砂岩。层厚80～120 m。

控矿构造为岩体侵入早期断裂，多为NE—SN走向，产状相对平缓，形成的矿脉相对厚大，并具有稳定延伸。

矿床存在的隐伏花岗岩体，是成矿母岩，一方面提供了成矿物质来源，另一方面为成矿提供了热动力，与香花岭矿田内的瘌子岭岩体均属陆壳重熔型花岗岩，为同期不同阶段产物[16]。

3.2 矿体特征

通过研究矿体类型、产出状态、赋存规律、空间位置等特征，结合钻孔数据对比分析，圈定主要矿体4个，编号分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号，其中Ⅳ号矿体为岩体中的铷矿；次要矿体15个，编号分别为①～。

Ⅰ号矿体：由ZK1201、ZK1601及矿山实施的ZK001、ZK002揭露控制，矿体走向NW—SE向约110°，倾向NE，倾角12°～37°。赋存于中泥盆统跳马涧组石英砂岩的层间破碎带中，受层间裂隙碎裂带控制，其产状与地层产状一致，形状为似层状，主要有用组分为Sn、Pb、Zn，矿石矿物为锡石、方铅矿、闪锌矿，呈浸染团块状、脉状分布。矿体平均品位：Sn 0.35%，Pb 1.06%，Zn 1.69%，矿体平均厚度为3.63 m。

Ⅱ号矿体：由ZK3001、ZK1601揭露控制，结合老虎崖矿山资料可知[17]，矿体走向NW—SE向约110°，倾向NE，倾角20°。赋存于中泥盆统跳马涧组石英砂岩的层间破碎带中，受层间裂隙碎裂带控制，矽卡岩型矿化蚀变，其产状与地层产状一致，形状为似层状，主要有用组分为Sn、Zn，矿石矿物为锡石、闪锌矿，呈浸染团块状分布。矿体平均品位：Sn 0.231%，Zn 2.03%，矿体平均厚度为3.57 m。

Ⅲ号矿体：由钻孔ZK3001揭露控制，矿体真厚2.92 m，矿体倾角47°，赋存于断裂带中，形状为似层状、透镜状产出。主要有用组分为Sn，矿体平均品位：Sn 0.505%。

Ⅳ号矿体：铷矿体赋存于隐伏岩体中，由ZK3001、ZK1601、ZK1201揭露控制，已控制平均厚度为51.86 m，品位为0.112%～0.147%，平均品位为0.134%。

3.3 矿石特征

本区钻孔所见锡多金属矿体组成的矿物成分较复杂，主要有来自围岩的角砾以及含矿热液携带来的金属硫化物，一部分热液石英以及在热液成矿过程中生成的蚀变矿物(表1)。矿石结构为自形—半自形、他形粒状、交代结构(图3)，矿石构造为条带状、浸染状、细脉穿插状构造。矿石类型以锡石-石英型锡和锡石-硫化物型锡铅锌矿石为主。

表1 三合圩矿区主要矿石矿物组分Table 1 List of the main ore components in Sanhexu mining area

3.4 围岩蚀变特征

矿区围岩蚀变普遍，主要有硅化、矽卡岩化、云英岩化、萤石化、铁锰碳酸盐化、绿泥石化、透闪石化等。围岩蚀变多与成矿关系密切，矿体与围岩界线部分清楚、部分呈渐变过渡关系。云英岩化中常伴生有W、Sn矿化，并随蚀变增强而构成矿体；矽卡岩化强烈地段，伴生有Sn、Zn矿化；萤石化中常有Sn、Pb、Zn矿化。绿泥石化及碳酸盐化蚀变除伴生有黄铁矿产出外，同时有Pb、Zn矿化伴生。广泛发育的硅化，可作为找矿的一种间接标志，一般在强硅化石英砂岩层下部，赋存有一定规模的Pb、Zn矿体。特别是当上述蚀变有两种或多种叠加时，常形成较大规模的锡铅锌矿体或铅锌矿体。

图3 矿区岩矿石显微镜照片Fig.3 Microscopic photo of rock and ore in the mining area(a)毒砂(Ars)交代磁黄铁矿(Pyr)，(单偏光，反射光)；(b)方铅矿(Gal)、黄铜矿(Cp)交代磁黄铁矿(Pyr)，(单偏光，反射光)；(c)锡石(Cas)结晶半自形—他形粒状，呈红棕色，颜色分布不均匀，具环带状构造，(单偏光)；(d)锡石(Cas)结晶他形粒状，具环带状构造和简单双晶，浸染状分布在矿石中，(正交偏光)。

4 成矿规律

1)初步将三合圩矿区控矿核心因素归纳为岩体接触带—断裂扩容构造[18-19]。热液充填型、类矽卡岩型锡矿体不仅受岩体接触带控制，也同样受接触带附近的断裂构造控制。断裂构造有两个期次，一种为岩体侵入同期，形成于该类断裂的矿脉通常较窄，产状陡立；一种为岩体侵入早期断裂，多为NE—SN走向，产状相对平缓，形成的矿脉相对厚大，并具有稳定延伸。

2)矿区中泥盆统棋梓桥组的碳酸盐岩为成矿提供了一定的铅锌来源，浅变质砂岩系则为成矿提供了一定的锡、铋、锑、砷来源。构造破碎带的角砾岩、碎裂岩等是成矿的有利围岩，矿床中的大部分矿体产于断裂破碎带中，因为此类岩性一方面利于矿液流通，另一方面利于矿物质充填、交代、沉淀。

3)矿区内存在的隐伏花岗岩体，与香花岭矿田内的瘌子岭岩体均属陆壳重熔型花岗岩，为同期不同阶段产物，一方面提供了成矿物质来源，另一方面为成矿提供了热动力，便于成矿物质迁移、充填、交代等，是成矿母岩。矿体产于赋存在岩体上方的层状低阻异常中。

4)矿体呈似层状、脉状、矿石为硫化物类型，由深部向上，矿种的垂直分带顺序是锡石-锡铅锌-铅锌锡-铅锌矿；围岩蚀变由垂直向下的顺序是铁锰碳酸盐化-硅化-绿泥石化-阳起石化-透闪石化-电气石化，其中绿泥石化与锡矿关系最密切。

5 找矿方向

5.1 钻探见矿情况

通过对区内开展的大比例尺专项地质填图、物化探测量成果进行综合研究后，先后实施3个钻孔ZK3001、ZK1601、ZK1201，成功揭露了与岩体侵入相关的成矿体，并验证隐伏花岗岩体的侵入情况。成矿类型以热液交代型和矽卡岩型为主，矿化种类表现出的垂向分带特征，从地表到深部矿化规律：铅锌→铅锌锡→锡铅锌[20]。

ZK3001深度为510.52 m，该孔在设计相应深度揭露2层矿体，编号分别为Ⅱ、Ⅲ号；钻孔还揭露其他3层矿(化)体，但其真厚均小于最低可采厚度；同时，钻孔还成功验证了深部隐伏花岗岩体的侵入情况(图4)。

ZK1601为直孔，终孔深度为456.89 m，于孔深405.85 m处揭露岩体，该孔主要揭露3层工业矿体，编号分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ号；钻孔还揭露其他5层铅锌矿(化)体，其中2层达到最低可采厚度，Pb+Zn品位为1.52%～4.39%；矿石矿物以锡石、(铁)闪锌矿、磁黄铁矿呈浸染团块状分布。同时，钻孔还成功验证了深部隐伏花岗岩体的侵入情况，发现岩体中含有铷矿，该孔控制铷矿体厚度为51.04 m，Rb的平均品位为0.139%。

ZK1201为终孔深度为634.75 m，于孔深582.07 m处揭露岩体；该孔主要揭露2层工业矿体，编号分别为Ⅰ、Ⅳ号；此外，钻孔还揭露其他7层矿(化)体，其中3层达到最低可采厚度。同时，钻孔还成功验证了深部隐伏花岗岩体的侵入情况，发现岩体中含有铷矿，该孔控制铷矿体厚度为51.04 m，各矿(化)体特征见(表2)。

5.2 技术方法组合

对隐伏岩体的研究是三合圩矿区找矿的重点及难点，发现和圈定隐伏及半隐伏岩体对本区深部找矿工作有着重要意义。以1∶5万航磁数据的3D反演成像为基础，结合高精度物探测量(CSAMT、SIP)和地质信息，选取适当的磁化率边界，对区内岩体的空间分布进行识别和圈定，并对其3D空间形态进行定量分析[21](图5)。

图4 三合圩矿区30勘探线剖面图Fig.4 Sectional map of the prospecting line No.30 in Sanhexu mining area

表2 三合圩矿区ZK1201控矿一览表Table 2 List of the orebodies controlled by drilling hole ZK1201 in Sanhexu mining area

图5 矿区Ⅱ号矿体边界推测Fig.5 The inferred boundary of No.Ⅱ orebody in the mining area1—第四系 2—中泥盆统棋梓桥组中段 3—中泥盆统棋梓桥组下段 4—泥盆系易家湾组 5—中泥盆统跳马涧组中段第二层 6—中泥盆统跳马涧组中段第一层 7—地质界线 8—断层 9—勘探线及编号 10—产状 11—见矿钻孔及编号 12—设计钻孔及编号 13—Ⅰ号隐伏矿体 14—Ⅱ号隐伏矿体 15—推测Ⅱ号隐伏矿体延伸边界

利用化学分析方法、原子光谱、X荧光分析、电子探针等分析方法分析岩矿成分，利用包裹体分析成矿温度、压力以及含矿流体成分，利用铅、硫同位素或者40Ar/39Ar同位素测定成矿时代、成矿物质来源，对三合圩矿区的基础地质问题进行系统研究，提升成矿认知，指导找矿实践。

5.3 下步找矿靶区

通过可控源大地音频测深L6～L22线的综合反演，初步构建了隐伏岩体侵入及等深分布的模型。下步拟通过综合物探测量，相互印证岩体反演的可靠性。

结合前人的研究成果[22-25]，分析认为找矿有利区位位于隐伏岩体的南侧，理由：① 南侧两个已施工见矿钻孔都证实了与岩体侵入相关的成矿线索；② 有利的钙质碎屑岩岩层延伸至隐伏岩体南侧，埋深均小于500 m，具备较好的成矿空间，成矿有利层位在岩体北侧埋深较大，且可能发生倒转；③ 隐伏岩体提供成矿物质，岩体两侧300 m范围内找矿潜力大。

综合分析，推断Ⅱ号隐伏锡多金属矿体向东延伸，可在三合圩矿区20线选择有利地段开展钻探验证，追索岩体延伸及成矿空间，扩大三合圩找矿成果。