湘南财神庙铅锌矿床构造地球化学及找矿预测

郑旭，刘建平，刘少青，李波，陈卫康，邵拥军，丁涛，刘忠法

(1.中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室，湖南 长沙 410083；2.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410083；3.昆明理工大学 国土资源工程学院/有色金属矿产地质调查中心西南地质调查所，云南 昆明 650093)

0 引言

构造地球化学理论构建和方法探索始于20世纪50—60年代（韩润生，2005；钱建平，2009），其研究内容为各类构造作用与地球化学过程之间在空间、时间和成因的关系（陈国达和黄瑞华，1984）。构造地球化学的分支应用——即构造地球化学找矿，经过矿产勘查工作者不断探索，在工作方法、分析测试、数据处理和异常解释等方面逐渐形成了较为完善的方法体系（韩润生等，2003），由于其取样为断层泥、蚀变岩、石英脉、成矿后的脉岩等物质，能够强化异常，捕捉深部矿化信息（程志中等，2021），在热液型金、铜、铅锌等矿床具有显著的找矿效果，逐渐成为隐伏矿体定位预测的主要技术之一（韩润生等，2003）。近10年来，构造地球化学找矿主要集中于矿田或矿床尺度范围内进行，重点对胶东金矿床（钱建平等，2017；梁平等，2018；李衣鑫等，2020）、川滇黔铅锌矿床（李波等，2014；张权等，2017；周俊朋等，2019）和贵州卡林型金矿床（谭亲平等，2020；李松涛等，2021）开展了工作，其中韩润生教授团队对云南、贵州等省的铜铅锌矿床开展了大量的构造地球化学找矿探索（王明志等，2016；杜丽娟等，2017；郭泽华等，2019；万新等，2020），为矿山深边部隐伏矿体的预测提供了重要的依据。此外，近年来部分学者对区域性构造地球化学找矿进行了试验，吴卫国（2018）对粤北一六矿田进行了1∶5万岩石构造地球化学测量，圈定的异常与矿床的吻合度高于水系沉积物化探异常。程志中等（2021）开展了甘肃省西和地区两个5万图幅的岩石构造地球化学测量试验，圈定了多处异常，为找矿靶区筛选提供了重要的依据，异常已被工程验证。因此，构造地球化学找矿是矿产普查及矿床勘探中不可替代的勘查方法。

湘南是南岭地区重要的钨锡铅锌银矿集区（车勤建，2005），其深部资源潜力巨大，尤其以凹陷带的坪宝矿田为典型，危机矿山项目在宝山和黄沙坪铅锌矿床深部取得找矿重大突破（周伟平，2011；王炯辉等，2019），该矿田内目前勘探矿化深度达1700 m，但矿化深部尚未完全控制，显示了深部具有良好的找矿潜力（黄富年和李茂平，2019）。“十三五”期间，科技部启动了国家重点研发计划项目，对湘南地区开展了深部矿产探测技术示范研究。坪宝地区岩浆成矿系统受构造控制明显，具有构造地球化学找矿应用的良好基础。本文以宝山矿田北部财神庙铅锌矿床为研究对象，开展矿床深部坑道构造地球化学测量工作，为深部矿产勘查提供了地球化学依据。

1 成矿地质背景及矿床地质特征

宝山矿田位于临武—郴州断裂带的西侧（图1a），出露地层为中上泥盆统—石炭系海相-浅海相碳酸盐岩夹陆源碎屑岩组合（图1b），岩性以碳酸盐岩为主，碎屑岩次之，容矿地层为下石炭统石磴子组灰岩和梓门桥组白云岩（印建平，1998）。矿田内复式向斜受北东或东西向逆断层（如F109、F21、F25、F38等）和北西向平移正断层（F5、F3、F4等）影响，导致矿田构造十分复杂（图1b）。矿田及外围发育众多的岩株及岩脉，侵位明显受北西向基底构造控制（印建平，1998）。矿田出露两个岩带，东塔岭-财神庙-苗圃岩带和八角井-宝岭-竹子岭（隐伏）岩带（图1b），两个岩带岩性均为花岗闪长斑岩。这些岩带均不同程度地发生矿化蚀变，在宝山中部矿床发育矽卡岩型铜铅锌矿化，而沿F5、F4断层产出的岩体周围蚀变矿化较弱，前者被认为属于成矿后岩体（齐钒宇等，2018）。岩浆岩石学及岩石地球化学研究显示岩石是由于软流圈物质上涌，引起深部地壳物质重熔作用形成的I型花岗闪长岩（Kong et al.,2018），形成时代为161～154 Ma（伍光英等，2005；路远发等，2006；全铁军等，2012；弥佳茹等，2018），中部矽卡岩型铜铅锌矿石中辉钼矿Re-Os年龄及石榴子石U-Pb年龄均为160 Ma（Li et al.,2019;路远发等，2006），表明成岩成矿时代一致。

图1 区域地质及矿区地质简图

宝山矿田发育多个铜钼铅锌多金属矿床，根据产出构造位置，可以分为产于F3与F5断层之间的中部铜钼矿床、西部铅锌矿床、东部铅锌矿床和产于F4断层北东侧的财神庙铅锌矿床（图1d）。中部矿床为矽卡岩型矿床，东部矿床、西部矿床及财神庙矿床为热液脉型矿床。众多学者认为产于F3与F5断层之间的矿床为同一成矿系统，以中部矿床为中心，东部和西部矿床为中部矿床的边部，大量深部探矿工程显示中部矿床向深部向西部矿床侧伏并在深部相连。而财神庙矿床与前三个矿床之间存在F3—F4无矿间隔，近年来详细的成矿构造研究（谌鹏远等，2020）表明财神庙矿床可能属于另外一个成矿中心。

财神庙铅锌矿床分布于F4断层的北东侧（图1c～d），位于轴向为北东向桂阳一中向斜与财神庙倒转背斜的正常翼，核部地层为下石炭统石磴子组，翼部为下石炭统测水组、梓门桥组和中上石炭统壶天群。其中石磴子组灰岩为主要赋矿地层，次为测水组砂页岩和梓门桥组白云岩（图1b～d）。矿体受背斜中近东西向F23、F25和F4断层控制（图1c～d）。矿区岩浆岩为沿F4断层分布的花岗闪长斑岩（图1c），岩脉长约2000 m（周孟祥，2006）。岩体的产状受断层面的产状控制（图1d），厚薄不一，出露宽度5～50 m。矿区矿体主要有三种产状：（1）产于F23和F25断层主破碎带中的呈层状、似层状矿体。矿体走向60°～75°，倾向北西，矿体长在350 m以上，倾向延伸约150 m。（2）产于次级断层带中的呈脉状、透镜状的矿体。矿体产状可分为两个主要走向：北东向和北西向，矿体延伸和走向长度均在50 m左右，且具有侧伏和尖灭再现、分枝复合现象；（3）产于岩体边或中间的呈不规则状、扁豆状的矿体。走向280°～310°，倾向北东，倾角80°，延伸一般在60 m左右，走向长度为100～200 m（周孟祥，2006）。

2 构造控矿特征

财神庙矿床整体处于桂阳一中向斜的南东翼与F23、F25及F4断裂带交汇部位（图2），矿体产于断裂带附近或两断裂之间的次级断裂中，单个矿体规模较小，但矿体群整体受三条断裂控制。坑道调查过程中，断裂带中碳酸盐化、硅化、绿泥石化、褐铁矿及黄铁矿化等矿化蚀变发育（图3），整体上靠近F4断裂带内发育较强的硅化和黄铁矿化（图3a），与F4断裂带的岩浆-热液活动关系密切，而F4断裂带以北多发育强烈方解石化（图3b）。

图2 财神庙矿床-110 m中段（a）与-190 m中段（b）地质简图（据湖南省有色地质勘查局一总队，2010①修改）

图3 财神庙矿床地质剖面图

3 构造地球化学

3.1 样品采集及测试

在矿床构造调查基础上，根据矿山深部坑道情况，选择了深部-110 m，-190 m两个中段开展了坑道构造地球化学测量，野外工作流程及要求参考韩润生（2005）和钱建平（2009），对控制了矿区161～197勘探线之间的断裂构造进行样品采集，共采集样品208件。样品经过了破碎、研磨至200目，并采用Thermo Fisher ELEMENT XR型ICP-MS进行微量元素定量分析，分析了Be、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Cs、Ba、∑REE、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Th、U、As、Hg、Sb、Ge、Au、Ag等33个元素。分析要求严格按照国标（GB/T 14506.30-10硅酸盐岩石化学分析方法）执行，所有样品分析在北京科荟测试技术有限公司完成。

3.2 元素组合特征

（1）-110 m中段

对-110 m中段共计92件样品进行总体分析，选取Be、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Cs、Ba、∑REE、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Th、U、As、Hg、Sb、Ge、Au、Ag等33个微量元素进行R型聚类分析（图4）和因子分析（表1）。

表1 财神庙矿床-110 m构造地球化学样品的方差极大旋转因子载荷矩阵

图4 财神庙矿床-110 m中段构造地球化学样品R型聚类分析谱系图

在距离系数为0.80时，财神庙矿床-110 m中段构造岩样品微量元素可以分为五组元素组合：①∑REE、Ge、Rb、Ba、Be、Ga、Th、Nb、Cs、Sc、V、Zr、Hf、Ta；②Tl、Hg、Au；③Cr、U、Mo、As；④Cu、Bi、Ag、In、Sn、W、Sb、Zn、Cd、Pb；⑤Co、Ni。第①组代表了与花岗岩有关的稀有稀土元素组合；第②组代表了低温成矿元素组合；第③组地质意义不明；第④组代表了高中低温元素组合；第⑤组为亲铁的元素组合。

当累计方差贡献率达79.48%时，财神庙矿床-110 m中段构造岩样品微量元素可以得出5个主因子元素组合：

Fa1因子：Th、Ga、Be、Nb、Ge、Sc、Cs、Ba、V、Hf、REE、Rb、Zr、Ta、Tl、Cr；

Fa2因子：In、Ag、Cu、Zn、Cd、Pb、Bi、W、Sn、Sb、As；

Fa3因子：Hg、Au、（As、Tl）；

Fa4因子：Co、Ni；

Fa5因子：Tl。

结合矿区地质情况，本文认为Fa1因子代表了与花岗岩有关的元素组合，Fa2因子代表了高中低温元素组合，Fa3、Fa5因子代表了低温成矿元素组合，Fa4代表了亲铁元素组合，可能反映围岩化学特征信息。

（2）-190 m中段

对-190m中段116件样品进行总体分析，选取Be、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Cs、Ba、∑REE、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Th、U、As、Hg、Sb、Ge、Au、Ag等33个微量元素进行R型聚类分析（图5）和因子分析（表2）。

图5 财神庙矿床-190 m中段构造地球化学样品R型聚类分析谱系图

表2 财神庙矿床-190 m中段构造地球化学样品的方差极大旋转因子载荷矩阵

续表

在距离系数为0.92，宝山矿床-190 m中段构造岩样品微量元素可以分为五组元素组合：①∑REE、Sc、Li、Be、Ga、Nb、Th、Ge、Ta、Rb、Cs、Ba、U、Zr、Hf；②Cr、Mo、Tl；③V、Co、Hg、Au；④Cu、Bi、Sn、In、Zn、Cd、Pb、Ag、W、Sb、As；⑤Ni、Sr。第①组代表了与花岗岩有关的稀有稀土元素组合；第②、③组代表了围岩组分元素和低温成矿元素；第低温成矿元素组合；第④组为成矿元素组合；第⑤组代表了围岩组分元素。

当累计方差贡献率达73.59%时，宝山矿床-190 m中段构造岩样品微量元素可以得出5个主因子元素组合：

Fa1因子：Nb、Th、Ga、Ge、Be、Sc、Ta、Cs、Rb、Ba、REE、Tl、（Hf、Sb、W、U）、Ni；

Fa2因子：Pb、Zn、Cd、Ag、In、Cu、W、Sb、Bi、Sn、As；

Fa3因子：Co、V、Cr、（Ni）；

Fa4因子：Zr、Hf；

Fa5因子：Tl、Hg、（As、Mo）。

该中段的因子分类与-190 m中段类似，Fa1、Fa4因子代表了与花岗岩有关的元素组合，Fa2因子代表了高中温元素组合，Fa3因子代表了亲铁元素组合，Fa5因子代表了低温成矿元素组合。

3.3 构造地球化学异常

财神庙矿床为典型的受断裂控制的与岩浆热液有关的脉状铅锌矿床，矿区断裂构造发育，为热液运移提供了良好的通道，上述元素组合因子分析显示，代表中温成矿元素组合的因子及代表低温成矿元素组合的因子，与铅锌成矿关系密切，对矿床的找矿预测具有重要指示意义。故本文选择中温成矿元素组合和低温成矿元素组合的因子，分中段分别绘制了构造地球化学异常图（图6 和图7）。

图6 -110 m中段Fa2（a）、Fa3（b）、Fa5（c）因子得分等值线异常图

图7 -190 m中段Fa2（a）、Fa5（b）因子得分等值线异常图

（1）-110 m中段

该中段因子得分异常图（图6）显示代表中温成矿元素组合的Fa2因子可以圈出3个异常区（图6a，异常Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），Ⅰ异常区为等轴状展布，分布于187～189线之间南穿位置，该异常处于北北东向铅锌矿体与南东东向花岗岩脉交汇部位，在该异常北西部形成了小面积的异常，与异常Ⅰ形成北西向异常带。Ⅱ号异常区为北东向展布，分布于191～193线北穿之间，该区异常面积大，向北东出图未圈闭，异常整体北北东矿脉的延伸方向。异常Ⅲ为一低缓的等轴状异常，分布于173线北穿，异常的北东侧发育规模较大的铅锌矿体。代表低温成矿元素组合的Fa3和Fa5因子得分异常图显示具有类似的特征，总体北侧异常高，南侧异常低。其中Fa3因子圈出了规模较大的Ⅳ号异常区（图6b），分布于171～179线之间的北穿，异常范围与Ⅲ号异常部分重合。相对Fa3因子，Fa5因子的异常在中段范围内形成了5个异常中心（图6c，异常Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ），Ⅴ号异常呈等轴状富集中心，分布于191线南穿，位于北东向矿体东侧。Ⅵ号异常区与Ⅰ号异常区部分重合，构成了北北西向异常带。Ⅶ与Ⅷ号异常区与Ⅳ异常区整体分布范围一致，Ⅸ号为一低缓异常，异常整体为北东东向展布，分布于165～167线之间南穿，处于花岗岩旁侧的铅锌矿体。

综合分析-110 m中段三个因子异常图显示在东部揭露规模较大铅锌矿体与中温异常区吻合好，而在北侧出露的规模较大矿体处于低缓的中温异常区与低温异常区范围部分重合，暗示了东西两端的铅锌矿体的成矿环境有所差异，其深部找矿前景存在差异。

（2）-190 m中段

该中段因子得分异常图（图7）显示代表中温成矿元素组合的Fa2因子圈出两个异常区（图7a，异常Ⅹ和异常Ⅺ），其中Ⅹ异常区分布于187线北穿，该异常为等轴状，异常浓集较高，尚未揭露矿体。Ⅺ异常分布于181～183线南穿，异常为北东东向，该处异常与铅锌矿体吻合度较好。代表低温成矿元素的因子Fa5圈出2个异常区（图7b，异常Ⅻ和异常ⅩⅢ）。其中Ⅻ异常区分布于181线北穿，该异常呈北东走向，未揭露矿体，ⅩⅢ异常区分布于171～177线之间北穿，北东东走向展布，未揭露矿体。综合分析-190 m中段代表中温成矿元素和低温成矿元素组合的因子异常展布特征，两个异常带大致平行，二者呈雁式排列，为推测深部矿化空间分布提供了良好的信息。

4 找矿预测

根据矿区成矿规律、控矿要素空间配套关系及本次构造地球化学异常特征，提出以下2个找矿靶区（图8）。

图8 财神庙铅锌矿床找矿靶区分布图

A靶区位于191～193线之间，处于矿区北北东向矿化带北东延伸方向，断裂构造带延伸稳定，圈定的构造地球化学中温成矿元素因子异常强度大（图6a），先北东未圈闭，是矿区北北向矿体重要的找矿靶区。

B靶区位于165～175线之间，处于桂阳一中向斜核部，靶区南侧已揭露规模较大的铅锌矿体，该区低温成矿元素因子异常和中温成矿元素因子异常均发育，尤其低温成矿元素因子异常强度大，面积广，并与已知矿体延伸方向一致，且低温成矿元素异常区与中温成矿元素异常区水平呈北东向雁行排列，综合-110、-190m良中段构造地球化学异常，垂向上向北西侧伏的局势，深部具有较好的找矿前景。

5 结论

（1）财神庙铅锌矿床矿体及蚀变受断裂构造控制明显，具备良好的构造地球化学找矿实施的前提。通过对样品中的元素进行因子分析，获得了与成矿有关的中温成矿元素组合的因子（Pb、Zn、Cd、Ag、In、Cu、W、Sb、Bi、Sn、As）与低温成矿元素组合的因子（Hg、Au、As、Tl），是重要的构造地球化学找矿标志。

（2）构造地球化学异常显示，-110 m中段东端北北东向矿体与西端构造地球化学因子等分异常、-110 m与-190 m两中段构造地球化学因子异常差别较大，指示矿化赋存空间及规模变化差异较大。

（3）通过成矿地质条件及构造地球化学异常信息，提出了2个找矿靶区，供进一步验证。

注 释

①湖南省有色地质勘查局一总队.2010.湖南省桂阳县宝山铅锌银矿接替资源勘查报告[R].