闽北邵武地区水系沉积物地球化学特征及找矿预测

2022-06-14韩志坤栗克坤张青松张静杰闫晓博靳乾峰蒋济勇刘增政

地球学报 2022年3期

韩志坤, 栗克坤, 张青松, 张静杰, 闫晓博,靳乾峰, 蒋济勇, 刘增政

中化地质矿山总局河南地质局, 河南郑州 450011

邵武地区位于武夷山南麓, 行政区划隶属福建省南平市。研究区隶属于邵武地区位于浙中—武夷山(隆起)W-Sn-Mo-Au-Ag-Pb-Zn-Nb-Ta-(叶腊石)-萤石成矿带(Ⅲ-81), 闽西北萤石矿成矿亚带(Ⅳ-1)的西南部, 邵武南山下—龙湖热液型萤石矿远景区(徐志刚等, 2008; 王吉平等, 2014, 2015; 金松等2022), 成矿地质条件良好, 具有一定的找矿前景。前人对该地区进行了顺昌幅 1:20万水系沉积物测量(卓已钰等, 1995)工作, 结果显示, 具寻找 Au、Ag、Pb、Zn、Nb、Ta、萤石等矿产潜力。为进一步明确找矿方向, 本次在邵武地区开展 1:5万水系沉积物测量, 对水系沉积物地球化学特征和异常所处地质背景进行定性和定量综合评价, 圈定找矿预测区, 以期为该区深入开展矿产勘查提供基础资料和有利依据(花林宝等, 2011; 张运强等, 2015; 栗克坤等, 2019, 2022; 蒋起保等, 2021)。

1 区域地质背景

研究区位于武夷—云开—台湾造山系(Ⅰ级);Ⅱ级构造单元位于华夏陆块(Ⅴ-3); Ⅲ级构造单元位于武夷基底杂岩(Ⅴ-3-1); 属光泽—泰宁古弧间盆地(Ⅴ-3-1-2)(潘桂棠等, 2009; 张青松等, 2021)(图1)。

图1 研究区大地构造位置及成矿带分布图Fig. 1 Tectonic location and metallogenic belt distribution map of the study area

研究区发育的地层(图2)主要有: ①古元古界大金山岩组(Pt1d), 其岩性主要为黑云斜长变粒岩、云母片岩、云母石英片岩与云母变粒岩、黑云斜长变粒岩互层; ②中元古界南山岩组(Pt2n), 其岩性主要为灰、深灰色条纹状条带状黑云斜长变粒岩、黑云变粒岩、黑云(二云)石英片岩、云母片岩; ③新元古界下峰组(Pt3x), 其岩性主要为云母斜长变粒岩。

图2 邵武地区地质简图Fig. 2 Geological minerals sketch of Shaowu area

研究区断裂构造沿 NE走向极为发育, 主要构造有: ①邵武—桂林断裂(F2), 区内走向呈北东向NE50°, 分布于区内西北部的邵武黄山井一带,②黄源岩—和平断裂(F1), 区域上称西坑—米罗湾断层, 区内走向呈北东向 NE30°; ③南山下—长坪断裂(F5), 区域上称岚谷—长坪断裂, 区内走向呈北东向 30°左右; ④拿口—张厝北东向断裂带(F7、F8、F9、F10、F11、F12), 断裂带在区内宽约3.5 km, 长约18 km, 总体走向约北东50°。这些断裂构造是萤石矿主要的控矿构造。

研究区岩浆活动较为强烈, 侵入岩以中部张厝岩体为代表, 成多期次活动、多时期叠加, 主要有加里东期、燕山早期和燕山晚期侵入岩, 以岩基或岩株状产出, 岩性以酸性花岗岩类为主, 不同期次的岩体相互穿插, 老侵入岩体多被较新侵入岩体侵入。其中加里东期主要为志留系花岗岩, 侵入于元古代变质岩地层中; 燕山早期主要为晚侏罗世正长花岗岩, 侵入于元古界变质岩和晚侏罗世长林组地层中, 并被燕山晚期花岗斑岩侵入。

研究区内分布南山下大型萤石矿床 1处, 邵武大坪、顺昌南舟中型萤石矿床 2处, 邵武上坡、皇山井、吴家塘、坳上、大坪、炉上山、下坪、上芦、杨家坪等萤石矿床(点)19个, 均为南山下式中低温热液充填型萤石矿床(曹俊臣, 1987; 徐有华等,2008)。

2 样品采集与加工分析

研究区共测量1:5万水系沉积物1200 km2, 采样点主要分布在一级水系中(＜500 m多呈树枝状、羽毛状, 形成较均匀而密集的水系网络), 部分分布在二级水系中, 采样点共 5878个, 采样密度为4.72样/km2, 采用粒度为–10～+80目, 按照中国地质调查局《地球化学普查规范(1: 50000)》(DZ/T 011-2015)执行; 选择测试 19种元素, 采用离子选择电极法分析 F, 采用王水溶矿-泡塑吸附石墨炉原子吸收法分析 Au, 采用发射光谱分析 Ag和Sn、采用王水溶矿-原子荧光光谱分析As、Sb、Bi, 采用四酸溶矿-电感耦合等离子体发射光谱法分析 Ca、Cu、Pb、Zn、Ni、Mo, 采用电感耦合等离子体质谱法分析 W、U、Li、Be、Nb、Ta。上述分析方法检出限、准确度、精密度、重复性检验、报出率及外检分析等质量指标均到达规范要求。

3 地球化学特征

3.1 元素的含量特征

本文对各元素原始数据及剔除离群数据后的最大值(Max)、最小值(Min)、算术平均值(X)、标准离差(S)和变异系数(CV)、富集系数(K)地球化学参数来讨论水系沉积物中元素含量特征(表1)。K为均值与中国水系沉积物元素丰度(迟清华和鄢明才, 2007)之比。

表1 邵武地区水系沉积物地球化学特征参数Table 1 Geochemical characteristic parameters in Shaowu area

从表1可知, 与中国水系沉积物背景值相比,研究区Pb元素相对富集, Sn、Be、Li、Ta元素相对持平, Au、Ag、Cu、Zn、Mo、W、F等元素相对贫乏; 富集系数仅反映研究区与中国水系沉积物丰度的相对比值, 并非代表各元素在研究区的总体分布态势, 平均值较低的元素在局部地区仍有相对富集的可能。

为研究各元素含量变异程度、高强数据的多少,进而探讨富集成矿的可能性, 利用原始数据集的变异系数CV0及CV0与剔除离群数据变异系数CV的比值绘制元素变异系数解析图(图3)。

图3 邵武地区各元素变异系数解析图Fig. 3 Variation coefficients of various elements in Shaowu area

研究区 Bi、W、Mo、Nb、Ta、F、Au、Ag 等元素含量变化区间大, 存在较多高强度数据, 而且分布分散, 富集成矿的可能性较大, 可作为区域找矿的指示元素; Cu、Ni、Pb、Zn、Li、Be、U 等元素变异系数较小, 说明这些元素含量在区内分布较为均匀, 不太利于成矿。

3.2 元素的分布特征

为研究区内元素富集贫化与地层、岩性的关系及不同地质单元中元素的离散程度, 制作相对丰度曲线(各地质单元中元素均值相对于全区均值比值)及变异系数曲线图(图4, 图5)。

图4 邵武地区各地质单元水系沉积物中各元素相对丰度Fig. 4 Relative abundances of elements in stream sediments from various geological units in Shaowu area

图5 邵武地区各地质单元水系沉积物中各元素变异系数Fig. 5 Variation coefficients of elements in stream sediments from various geological units in Shaowu area

不同地质单元中元素含量具有明显的差异, 其中各元素在西溪组、林田组中具有较高的背景值,F、W、Mo、Nb、Ta、U、Sn、Bi、Be元素在晚侏罗世富集。各元素在元古界变粒岩中呈现低背景值,在焦坑组中各元素相对丰度集中在“1”上下, 且波动幅度小。

岩浆岩出露区, F、W、Mo、Nb、Ta、Sn、Bi、Cu、Ni具有较高的变异系数, 说明元素分布均匀,为成矿的有力地段。

结合相对丰度曲线和变异系数曲线, 晚侏罗世中, F、W、Mo、Nb、Ta、Sn、Bi不仅具有较高的丰度, 还具有较高的变异系数, 成矿可能性最大。

3.3 元素组合特征

对研究区5628个水系沉积物样品的19种元素测试成果进行变量(R型)聚类分析, 谱系图(图6)显示Nb、Ta与W、Bi相关性最好, 其相关系数均大于0.8。以相关系数为0.44为界, 结合元素亲和性、空间分布特征及成矿地质背景, 研究区成矿元素分为4类组合。

图6 邵武地区水系沉积物R-型聚类分析谱系图Fig. 6 Cluster analysis diagram of elements from stream sediments in Shaowu area

(1)F-Li-Be-Nb-Ta-U元素组合(图7), 主要分布在研究区西南部、南部、东北部, 与岩浆岩活动及北东向断裂构造密切相关, 该元素组合在南山下—长坪断裂(F5), 拿口—张厝北东向断裂(F11)呈NE向及西南部的岩体与围岩接触部位呈现大面积高背景,展布范围与构造走向一致, 各元素异常规模较大,强度高, 套和性好, 浓集中心明显, 富集成矿的可能性较大。该元素组合也是研究区内主要的成矿元素组合, 反映与断裂构造及岩浆活动密切相关的中低温热液成矿作用相关的矿化信息。

图7 邵武地区水系沉积物地球化学F-Li-Be-Nb-Ta-U组合异常图Fig. 7 F-Li-Be-Nb-Ta-U integrated anomaly of stream sediments in Shaowu area

(2)W-Mo-Bi-Sn元素组合, 主要异常分布在西南部祝岭—洋半天一带、呈现大面积高背景; 东北部和东南部分布有零星异常, 在酸性岩体及其与围岩接触部位。各元素异常规模大, 强度一般, 套和性好, 有富集成矿的可能性, 该元素组合反映与酸性岩浆活动密切相关的高温热液成矿作用相关的矿化信息。

(3)Pb-Zn-Ag-Cu-Ni元素组合, 主要分布在西南部、东北部、东南部, 与断裂构造及岩浆活动密切相关。

(4)Au-As-Sb元素组合, 离散程度高, 异常分布于 NE断裂构造线基本一致, 主要与断裂构造及局部岩浆活动有关, 异常规模一般, 强度高, 套和密切, 浓集中心吻合性较好, 有富集成矿的可能。

3.4 单元素异常特征

在研究元素数据分布特征和元素空间分布特征的基础上, 全区19种元素, 对于大于X+3S与小于X–3S的数据进行逐步剔除, 剩下的数据统计其平均值(X), 采用平均值(X)加2倍标准差(S)计算异常下限, 并根据研究区地质背景进行调整, 最终确定异常下限值, 异常浓度分带采用1、2、4倍确定。研究区内共圈定各类单元素异常652个, 其中Ⅰ级异常 88个、Ⅱ级异常 153个、Ⅲ级异常411 个(表2)。

表2 单元素异常统计表Table 2 Single element anomaly statistical table

3.5 综合异常特征及找矿预测区

根据研究区内成矿地质背景、单元素异常分布特征、异常元素组合特征, 按矿床的不同成因类型,把同一成矿系列的元素, 在空间位置上, 与主要成矿元素的异常分布一致、异常相互重合、以及与某一特征地质体相吻合的多个单元素异常圈定为一个综合异常。研究区圈出各类地球化学综合异常26处。其中甲类异常5处、乙类异常15处、丙类异常6处, 如图8和表3所示。

图8 邵武地区地球化学综合异常及找矿预测区分布图Fig. 8 Integrated geochemical anomalies and prospecting target in Shaowu area

表3 邵武地区地球化学综合异常分类Table 3 Integrated geochemical anomalies in Shaowu area

异常带的分布总体与构造格局一致, 主要沿北东向断裂构造展布, 可分为南山下—吴家塘、祝岭—洋半天、张厝—拿口异常带; 分别与南山下—长坪断裂(F5), 拿口—张厝北东向断裂带(F7、F8、F9、F10、F11、F12)相对应, 可见构造是影响研究区地球化学异常的主要因素之一。

根据元素地球化学特征、地质工作成果及区域成矿类型、控矿因素, 结合异常区内已发现的矿床(点)及矿化线索等成矿地质背景, 圈定出村尾—下炉铅锌矿、吴家塘—南山下萤石矿、祝岭—洋半天萤石矿、铅锌矿、半岭—张厝萤石矿找矿预测区4处。

(1)村尾—下炉铅锌矿找矿预测区

预测区位于位于工作区西北部, 面积:26.18 km2; 出露地层侏罗系下统梨山组(J1l1)、寒武系林田组(l), 其分布有综合异常 HS7、HS10、HS13、HS14, 该预测区包含多处 Pb、Zn、Au、Ag、F等单元素异常, 且中部有北东向断裂构造F4通过;具有较好的铅锌矿找矿潜力。

(2)吴家塘—南山下萤石矿找矿预测区

预测区位于研究区东北部, 面积: 24.85 km2; 出露地层大金山组(Pt1d)、南山岩组(Pt2n)、下峰岩组(Pt3x); 其分布有综合异常 HS1、HS2、HS6、HS8, 异常以 F、Au、Ag等元素为主, 异常强度较高、规模较大; 且有北东向断裂构造(F5)与北西向断裂构造(F19)相交; 带内有已知矿床: 南山下大型萤石矿、吴家塘小型萤石矿; 寻找萤石、金矿的前景较好。

(3)祝岭—洋半天萤石矿、铅锌矿找矿预测区

预测区位于研究区西南部, 面积: 45.40 km²;异常带内基岩出露复杂, 地层出露主要有二叠系栖霞组(P2q)、三叠系焦坑组(T3J)、侏罗系梨山组(J1l1)、古元古界大金山组(Pt1d)、震旦系西溪组(Zx)、寒武系林田组(l), 岩浆岩主要为晚侏罗世正长花岗岩;构造沿NE向发育。分布有1个综合异常HS14, 该异常带 F、Li、Be、Bi、Nb、Ta、W、Mo、Cu、Pb、Zn等元素, 异常强度、规模都较大, 组合元素较多。异常带内分布有 3个探矿权, 1个采矿权,均为铅锌多金属矿探(采)矿权, 已知萤石矿点 1处,有一定的寻找萤石、铅锌、钨钼、铌钽矿的前景。

(4)半岭—张厝萤石矿找矿预测区

预测区位于研究区中南部半岭—张厝一带, 面积: 27.77 km², 呈NE—SW向带状分布, 预测区分布有综合异常 HS20一处, 异常元素以 F-Ca为主,伴生Nb-Ta-U-Bi; 沿北东NE向西坑—张厝—大坪—半岭—庄上断裂带F11与NNE向新坪东—铜锣丘断裂构造分布, F、Ca异常规模大, 强度高, 浓度分带性明显, 具有内中外带, 浓集中心吻合, 其中F-20有异常点 11处, 异常平均值 1877×10–6, 最大值 8565×10–6; F-22有异常点 7处, 异常平均值2148×10–6, 最大值 12 480×10–6; 该预测区内 F、Ca异常与区内已知大坪、半岭、俞厝墩、黄土岭萤石矿套和紧密(图9, 表4)。

图9 半岭—张厝找矿预测区异常剖析图Fig. 9 Geochemical anomaly map of Banling–Zhangcuo area

表4 半岭—张厝萤石矿找矿预测区地球化学参数统计Table 4 Statistics of geochemistry parameters in the prospecting area of the Banling–Zhangcuo area

对该预测区进行异常查证, 新发现张厝、新坪、铜锣丘萤石矿点 3处, 均产于晚侏罗世少斑中细粒正长花岗岩岩体内 NE向F11和 NNE向 F31构造破碎带中, 矿石矿物为萤石, 主要呈浅绿色、白色; 它形-自形粒状。脉石矿物主要为石英、方解石、玉髓,长石, 次要矿物为绢云母、绿泥石、碳酸盐矿物; 围岩中普遍具有强烈硅化、绢云母化、绿泥石化、高岭土化, 其中以硅化、绢云母化与萤石矿成矿关系最为密切, 一般硅化、绢云母化强度越高、规模越大, 萤石矿化越好, 矿体规模及矿石质量越好。通过若干条探槽工程揭露, 取样化验分析结果显示,其CaF2含量19.13%～75.78%。

综上所述, 半岭—张厝萤石矿找矿预测区, 成矿地质条件优越, 地球化学异常明显, 具备形成中低温热液充填型萤石矿床的地质-地球化学条件,具有寻找萤石矿的潜力, 值得开展进一步矿产勘查工作。