云南省保山西邑铅锌矿区地电化学方法找矿预测研究

2020-03-03刘攀峰文美兰

矿产与地质 2020年6期

陈彪，刘攀峰，文美兰

( 1.广西壮族自治区地质调查院广西南宁 530023；2.桂林理工大学地球科学学院广西桂林 541006；3.桂林理工大学环境科学与工程学院广西桂林 541006 )

0 引言

地电化学法是一种非常规化探找矿方法[1]。该找矿方法自20世纪70年代由前苏联地质学家发明并引入国内，80年代初经过国内地质找矿工作者改进创新后应用到找矿勘查中，并获得了良好的找矿效果[2-6]。在国外，地质研究人员根据电化学溶解的理论，为查明硫化物矿床次生分散作用的可能电化学机理，先后开展了一系列岩石固体中硫化物矿体模拟实验，结果发现硫化物矿体周围的电位和次生晕之间有一定关系，即电化学反应的结果可能使硫化物矿体的元素发生分散，从而肯定了元素以电化学迁移机制的存在[7-11]。在国内，经过三十多年的发展，方法的理论基础、成晕机制和野外工作设备都得到不同程度的完善，多所科研单位的专家学者在不同矿种、不同矿床类型和不同类型覆盖区开展了地球电化学找矿研究，并取得良好找矿成果[12-17]。针对云南省保山西邑铅锌矿区第四系覆盖厚、矿化露头少、受次生环境影响小、常规化探找矿效果不佳，本文运用地电化学技术着重矿区对铅锌矿地电化学异常特征及在西邑铅锌矿区外围寻找铅锌矿的效果进行讨论，以达到推广该技术方法寻找铅锌矿的目的。

1 概况

中国西南三江地区位于特提斯与环太平洋两大巨型构造域的汇合部位，是我国重要的、在全球有着深远影响的有色-稀、贵金属成矿带。研究区位于怒江断裂与澜沧江断裂之间，以柯街断裂为界的保山地块中，大地构造单元属西藏—三江造山系保山微陆块[18](图1b)。区内出露地层以石炭系和泥盆系为主，岩性多为灰、浅灰色泥质灰岩、泥灰岩夹薄层状页岩，局部夹少量肉红色白云质灰岩、生物碎屑灰岩，位于研究区中北部，少量出露三叠系和第四系地层，第四系由砂砾岩、黏土组成，分布于研究区西南部。区内断裂发育，以NE向为主，是控制沉积建造、变质作用、岩浆活动及其有关矿产的主要构造，而次级派生的倒“入”字型断层则为控矿构造，区内岩浆岩出露少，仅有少量辉绿岩脉侵入地层，零散呈SN向分布，推测辉绿岩的侵入提供部分矿质来源(图1c)。根据区域重力、航测资料，研究区南部的航磁负异常及重力低显示有隐伏花岗岩存在[19-20]。研究区内共圈定7条工业矿体，图1c可见V2、V4矿体，产于炭质灰岩(板岩)下部的蚀变破碎带中，带内岩石具碎裂岩化、碳酸盐化、黄铁矿化、铅锌矿化，矿床受多期构造活动和热液作用，蚀变叠加改造，围岩蚀变发育，类型较多，主要有黄(褐)铁矿化、硅化、大理岩化、方解石化、重晶石化等，其中重晶石化与铅锌矿化关系最为密切。

图1 研究区位置、大地构造及地质简图Fig.1 Tectonic location and geological sketch map of the study area(a)研究区位置图 (b)研究区大地构造图 (c)研究区地质简图1—第四系全新统 2—三叠系河湾街组 3—上石炭统卧牛寺组 4—上石炭统丁家寨组 5—下石炭统铺门前组 6—下石炭统香山组上段 7—下石炭统香山组中段 8—中上泥盆统何元寨组 9—辉绿岩体 10—重晶石化 11—构造破碎带及编号 12—地质界线 13—平行不整合界线 14—断层 15—矿体及编号 16—采样点

2 地电化学原理及提取方法

地电化学技术基本原理是基于隐伏在地下深处的金属矿体内部不同矿物之间存在自然电位差，矿体受电化学场作用会产生电化学溶解，并在矿体周围形成离子晕，这些与矿体有关的离子在电化学电场、地气搬运、地下水运动等各种自然营力作用下迁移到近地表形成浅部离子晕。地电化学成晕的物质来源就是这种近地表的离子晕，该离子晕来自于深部矿体，具有动态性[1-3]。因此，利用地电化学方法收集并分析土壤中的电解物，可发现与矿有关的金属离子异常，从而达到找矿和评价的目的。

地电提取方法主要选用具有极强吸附能力的活化高密聚醚型聚氨脂泡塑、导线、滤纸和碳棒组装成的提取器，放置在有机物影响较小的B层土壤中，并在硝酸作为活化剂的条件下进行提取。地电提取装置及电极结构(图2)，本次测网布设按照垂直主构造线，间距200 m×50 m，共采集地电化学样品288件。

3 样品处理及分析测试

提取样品(泡塑)处理在室内进行晾晒、编号、装袋，送有色金属桂林矿产地质测试中心分析测试。测试仪器为美国热电X series电感耦合等离子体质谱仪。该质谱仪优点在于精密度好，灵敏度高，检出限低，多元素同时检测，可分析研究不同类型样品中痕量元素。本次测试各元素检出限及控制样监控限见表1和表2。

图2 独立供电偶极子地电提取装置及电极结构示意图Fig.2 Schematic diagram of the independent power supply dipole earth electric extraction device and electrode structure1—电源 2—导线 3—提取电极 4—腐殖层 5—风化层 6—石墨碳棒 7—吸附材料 8—过滤纸

本次所有地电提取样品均符合相关测试分析要求，测试结果准确可靠，见表3和表4。

表1 X-series电感耦合等离子体质谱仪方法检出限Table 1 X-series ICP-MS detection limit

表2 精密度控制样监控限[19]Table 2 Monitoring limit of precision controlling sample[19]

表3 李家寨测区地电化学测试原始数据Table 3 Analysis data of geoelectro-chemical measurement in Lijiazhai survey area

续表3

表4 赵家寨测区地电化学测试原始数据Table 4 Analysis data of geoelectro-chemical measurement in Zhaojiazhai survey area

续表4

4 数据处理及结果

4.1 因子分析

因子分析可以通过对地质观测数据的分析来建立1个成因系统。它的作用主要表现为通过因子分析可以用最简洁的形式描述地质对象，即对观测到的大量地质现象进行综合归纳，以再现它们之间的内在联系；对因子分析结果进行解释可探索各种地质现象的成因联系。例如在成矿作用中，因子可能具有矿化阶段的含义。

在上述基础上采用R型因子分析方法，将关系错综复杂的成矿元素归结为数量较少的几个主因子来代表研究区的成矿作用的特点，首先进行KMO和Bartlett检查，结果见表5。

表5 KMO和 Bartlett的检验表Table 5 Test table of KMO and Bartlett

由表5可见，Bartlett的球形度检验所得的Sig为0.000，小于显著性水平0.05，因此拒绝Bartlett的球形度检验的零假设，适合作因子分析。Kaiser-Meyer-Olkin度量值为0.856，大于统计学家Kaiser给出的0.6的标准，所以处理后的地电提取数据适合进行因子分析。

以初始因子载荷矩阵特征值λ>1为选取标准，选取了前4个因子，计算其方差贡献和积累方差贡献，由表6可知，F1、F2、F3、F4四个主因子的累计方差贡献率已达76.167%，基本上可以反映出全部地电提取元素的特征。

由旋转因子矩阵表(表7)可以得到F1(Pb-Zn-Ge-Ag-As-Mn-Cd)、F2(Sb-Mo-Bi)、F3(Au)、F4(Cu)四组因子，每一组因子都是不同的元素组合，分别代表了不同的地质意义。

表6 因子分析特征值及方差贡献表Table 6 List of factor analysis eigenvalue and variance contribution

表7 旋转因子矩阵表Table 7 List of rotation factor matrix

F1(Pb-Zn-Ag-Ge-As-Mn-Cd)是中低温成矿元素组合，属于含矿热液喷流至海底或者地表沉积，铅锌多金属聚集，代表研究区主成矿阶段；F2(Sb-Mo-Bi)是中温元素组合，属于矿床后期热液改造成矿阶段；F3(Au)表现较强的独立性，属于表生氧化淋滤改造阶段；F4(Cu)按其矿物明显分带性，重晶石-黄铁矿-方铅矿-闪锌矿-黄铜矿[18]，表明该因子代表成矿初期成矿溶液喷流阶段。

上述分析说明：F1和F4代表了与中低温热液或者沉积作用相关的成矿作用，是主成矿阶段的元素组合；F2和F3代表了与中温热液改造活动有关的元素组合。这四个主因子基本代表了西邑Sedex型铅锌矿的成矿作用特点。

4.2 单点异常衬度值法

异常衬度是异常清晰度的度量，是一个无量纲地球化学参数。异常衬度不仅可以作为一个反映异常标志，还可以用来对比不同元素之间的异常高低和富集程度为消除不同区块、不同背景值之间的干扰。本次研究工作采用单点异常衬度值法对研究区的所有样品分析结果数据进行分区处理。其计算见公式(1)：

单点衬度值=该区该元素分析值/该区该元素背景值，即：

K=C/C0

(1)

其中：K为异常衬度，C为该区元素含量，C0为该区块内元素背景值。

通过单点衬度值公式(1)，计算各点衬度值后，在MapGIS软件下进行数据网格化，绘制各元素衬值异常等值线图，后经窗口过滤勾绘各元素等级异常图。

5 找矿预测

根据以上数据处理，结合已知地质情况，在矿区外围李家寨和赵家寨测区共布设13条测线，利用地电化学技术、MapGIS软件成图，圈定地电化学Pb、Zn、Ge各元素衬值异常等值线图(图3a、3b、3c)，并根据异常指标吻合度、地质成矿条件划分三类异常靶区。

5.1 异常特征

铅(Pb)衬度异常特征：共圈定5个异常，面积共5237.13 m2。Pb-1异常位于李家寨测区偏东南位置，呈哑铃状，异常衬度为3.6，异常强度较强，异常区与其东侧的北西—南走向F1断层有一定的相关性；Pb-2异常位于李家寨测区西北部，呈不规则状，异常衬度为2.7，异常强度较弱，异常规模大，推测异常区与其平行不整合界面有密切相关性；Pb-3异常分布于赵家寨测区南段，呈带状，异常衬度为2.2，异常强度弱，异常规模较小；Pb-4异常位于赵家寨测区中东部，呈不规则状，异常衬度为2.64，异常强度较强，异常规模较大，异常区与香山组与丁家寨组不整合界面及南北走向F1断层有关；Pb-5异常位于其西北端位置，呈不规则状，异常衬度为2.2，异常强度中等，异常规模中等。推测异常区与北东走向F4断层有密切相关性。

锌(Zn)衬度异常特征：共圈定6个异常，面积共6104.22 m2，Zn-1异常分布于李家寨测区东部，呈圆球状，异常衬度为2.4，异常强度较强，异常规模小；Zn-2异常位于其中部位置，呈近似透镜状，异常衬度为2.9，异常强度较弱，异常规模小，异常区受表生作用影响大；Zn-3异常位于其西北部，呈不规则状，异常衬度为3.7，异常强度强，异常规模大，推测异常与其西侧的南北走向F1断层有一定相关性；Zn-4异常位于赵家寨测区南端，呈近似条带状，异常衬度为3.8，异常强度较强，异常规模中等；Zn-5异常位于其东部，呈卵状，异常衬度为4.6，异常强度强，异常规模较大，异常走向与F1走向一致；Zn-6异常位于北端，呈近似带状，异常衬度为3.1，异常强度较强，异常规模大，异常区与其内部的北东走向F4断层及东侧南北走向F2断层有密切的相关性。

锗(Ge)衬度异常特征：共圈定6个异常，面积共4802.59m2，Ge-1异常位于李家寨测区东部，呈哑铃状，异常衬度为2.3，异常强度较弱，异常规模较小，受SN向F1断层影响较大；Ge-2位于其中部位置，呈不规则状，异常衬度为3.3，异常强度中等，异常规模中等，推测异常与香山组上段地层有关；Ge-3异常位于其西北部，呈多卵状，异常衬度为3.2，异常强度较强，异常规模较小；Ge-4异常分布于赵家寨测区南部，异常衬度为2.0，异常强度较弱，异常规模中等；Ge-5异常位于其中东部，呈不规则状，异常衬度为2.1，异常强度较弱，异常规模小，异常区与南北走向F1断层有密切的相关性；Ge-6异常位于其西北端，呈不规则状，异常衬度为1.96，异常强度弱，异常规模较小，推断异常与F4断层密切相关。

5.2 找矿靶区圈定

通过对各类异常分布特征、可靠度及吻合程度分析，结合地质情况，共圈定4个找矿靶区(图3d)，并按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类三个等级对其进行找矿潜力评价。

Ⅰ级靶区：位于测区南部何元寨组地层内，跨越两条测线，面积约为1785.45m2。成矿元素Pb、Zn、Ge、Ag异常规模和强度大，成矿相关元素异常较明显，出现规模较大的伴生元素叠加异常，多指标异常重合性好，吻合较佳。何元寨组为附矿层位，地质成矿条件有利，可作为下一步工作部署重点。

图3 西邑铅锌矿区地电元素异常及找矿靶区图Fig.3 The schematic map of geoelectro-chemical anomalies and prospecting targets in Xiyi lead-zinc mining area(a)西邑铅锌矿区地电元素Pb异常图 (b)西邑铅锌矿区地电元素Zn异常图 (c)西邑铅锌矿区地电元素Ge异常图 (d)西邑铅锌矿区找矿靶区图1—第四系全新统 2—三叠系河湾街组 3—上石炭统卧牛寺组 4—上石炭统丁家寨组 5—下石炭统铺门前组 6—下石炭统香山组上段 7—下石炭统香山组中段 8—中上泥盆统何元寨组 9—辉绿岩体 10—重晶石化 11—构造破碎带及编号 12—地质界线 13—平行不整合界线 14—断层及编号 15—矿体及编号 16—研究区范围 17—衬度值1～1.5 18—衬度值1.5～2 19—衬度值2～2.5 20—Ⅰ类靶区 21—Ⅱ类靶区 22—Ⅲ类靶区

Ⅱ-1级靶区：位于测区中部，面积约为1151.41 m2。主成矿及伴生指示元素规模和强度一般，但重合程度较高；靶区位于SN向F1、F2断层末端，区内出露以灰色、深灰色中—厚层状灰岩为主，并在河湾街组内发现粒状褐铁矿，依据异常区划分，认为本区有较大的找矿潜力。

Ⅱ-2级靶区：位于测区东侧，面积约为1644.61m2。成矿元素Pb、Zn、Ge、Ag异常规模和强度大，成矿相关元素异常较明显，出现少量伴生元素叠加异常，多指标异常重合性好，吻合一般。靶区位于平行不整合界面上，并与F1断层走向一致，不排除该异常区有寻找隐伏矿体的可能。

Ⅲ级靶区：位于测区北端，面积1064.36m2。主成矿元素及伴生指示元素异常强度一般，吻合程度差，大多都是单线甚至单点异常，暂时把该区段划分为Ⅲ类靶区。