湘东北虎形山钨矿床元素分带及地球化学异常模式研究

2022-06-23徐军伟赖健清陈碧莹陈飞剑张静鸿

矿产与地质 2022年1期

徐军伟，赖健清，陈碧莹，陈飞剑，张静鸿

(1.湖南省煤炭地质勘查院，湖南长沙 410000； 2.洞庭湖生态环境遥感监测湖南省重点实验室，湖南长沙 410129；3.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.)

0 引言

虎形山钨矿床是湘东北地区近年来发现的重要大型白钨矿床。矿区自2010年以来，进行了一系列区域及矿产勘查工作，积累了丰富的地质资料。在普查阶段提交了WO3资源量163 088 t，伴生组分BeO资源量30 053 t[1-2]。总体来说，研究区地质勘查取得了良好的效果，目前对虎形山钨矿床的研究主要集中在矿床地质特征[3-4]、成矿物质来源[3]、成岩成矿年代学[5]、矿床成因[6]、成矿机制[7]、成矿及成矿预测[8-9]等方面。矿区元素地球化学分带及原生晕地球化学特征研究较少，而这些研究对于矿床深边部找矿预测至关重要。在成矿过程中，矿床或矿体通常形成各自为中心的元素分带异常，通过研究矿床原生晕的分带特征，可以确定矿床的成矿指示元素及其分带序列，预计矿体剥蚀深度、确定深部矿体形态产状、寻找隐伏矿体，该方法是进行找矿预测和寻找隐伏盲矿体的一种有效实用的方法，在矿产勘查地球化学中已经被广泛应用，取得了许多成功的实例[10-16]。基于普查工作，笔者系统采集了钻孔原生晕样品，通过系统分析研究矿床微量元素在纵向、垂向上的分布特征，建立元素垂向分带序列，结合矿床地质特征，建立虎形山钨矿地球化学异常模式，为本矿床在矿区深边部找矿提供指导，同时为同类矿床地球化学异常模式提供参考。

1 矿床地质特征

虎形山钨矿床大地构造位置处于扬子地台内下扬子台褶带与江南台背斜之过渡部位[17-18]。行政区划属临湘市儒溪镇管辖。矿区出露地层主要为长城系易家桥组(Chy)和下寒武统牛蹄塘组(∈1n)。其中，易家桥组岩性为千枚岩、板岩、粉砂质板岩、变质细砂岩及凝灰质砂岩，为本区次要赋矿层位；牛蹄塘组岩性为薄层含炭质白云质灰岩、泥灰岩、炭质板岩，为本区主要赋矿层位[19-21](图1)。

图1 虎形山矿区地形地质简图(据参考文献[2]修编)

区内主要断裂构造为NWW向断裂(F1)，走向长大于20 km。该断裂呈近EW向至SEE向横贯矿区，倾向南，倾角56°～65°，深部经钻孔揭露呈“S”形扭曲，为一逆冲断层[22-23]。F1断裂上盘地层为长城系易家桥组，下盘为下寒武统牛蹄塘组，区域上是中元古界与下古生界分界断裂，是区内重要含矿断裂，钨矿体就产于该断裂及其下盘次级构造裂隙中。此外，在F1断裂上盘长城系家桥组及下盘下寒武统牛蹄塘组中，均有与之平行的次级断裂，其中下寒武统牛蹄塘组中次级断裂有钨矿体充填，属主要含矿断裂，长城系易家桥组中的次级断裂亦有钨矿体充填，属次要含矿断裂。

虎形山钨矿主要赋存于主断裂带(F1)下盘寒武系白云质灰岩中，呈层状、似层状产出，钨矿化的主要类型为脉型矿化，主要以石英-白钨矿-白云母组成的云英岩脉出现，矿区共圈定了钨矿体23个，其中主要矿体5个。矿体长1915～2180 m，深部延伸470～640 m，厚度为1.52～65.79 m，一般厚度为6～26 m。金属矿物主要为白钨矿，其次黑钨矿、绿柱石、黄铜矿、辉钼矿、闪锌矿、辉铋矿等，少量黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿。脉石矿物主要有方解石、白云石、石英、萤石、云母、绿泥石、透闪石、透辉石、石榴子石等。围岩蚀变主要为云英岩化、矽卡岩化、硅化、绢英岩化、绿泥石化、萤石化等，其中云英岩化、矽卡岩化与矿化关系密切。矿体WO3品位为0.12%～0.165%。

2 样品采集、分析方法及异常下限确定

原生晕的样品采集于钻孔，布样统一按钻孔孔深每5 m采集1件，在遇到地层、岩性、矿化明显不同的层位分开采取。采样方法为连续捡块法，采样重量不少于200 g。本次工作共采集样品650件，采样钻孔编号和位置见图1。

样品加工首先在锷式破碎机上粗碎至粒径小于1 mm，再缩分为正样和余样，余样弃除，正样大于80 g，再在棒磨筒上细磨过200目(0.074 mm)筛，过筛率>95%，送化验室分析化验。测试在湖南有色地质勘查研究院测试中心完成。各元素分析方法见表1。

表1 地球化学元素分析方法

异常下限值的确定根据虎形山钨矿床元素组分工业可利用性，分主成矿元素(W、Li、Be)组和伴生元素组两类，分别予以确定。为使主成矿元素异常与矿(化)体或地质体直接联系，并赋予特殊的地质找矿意义，采用“联合指标法”即主成矿元素边界品位的1%作为背景值，最低工业品位的1%则作为异常下限值。伴生元素所指是间接找矿指示元素，以常规的计

表2 元素异常下限及浓度带划分

3 矿床地球化学分带特征

3.1 元素纵向分布规律

为了解元素在主成矿区间纵向上的分布情况，选取50线、42线、30线、18线、7线、33线、45线上的7个代表性钻孔(钻孔位置见图1)，根据钨矿体厚度大小，利用每孔中不同矿体附近原生晕样品中的主成矿元素平均含量变化情况，以1号、2号矿体为例，来探讨不同矿体中元素在纵向上的空间变化规律。各孔中代表样品的元素平均含量见表3和表4。

表3 钻孔中矿体微量元素平均含量(1号矿体)

表4 钻孔中矿体微量元素平均含量(2号矿体)

由表3和表4可知：

1号矿体 W元素在矿区中部的18线、中西部的42线、中东部的33线平均含量较高；Sn、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn等元素在18线平均含量较高；Ag、Au、As、Sb在中东部几条线的平均含量较高；Li和Be则是在西部和东部含量相对较高，在中部含量较低。总体来说，对于1号矿体，中部的18线中高温元素含量高，向东依次出现 Be-(Li、Ag)-As-(Sb、Au) 的元素组合分带，向西则依次出现 Li-Be-(Au、As) 的元素组合分带。总体来说呈现出从中心到两侧，中高温到中低温的元素分带组合特征。

2号矿体 W元素在中东部的18线、7线和33线含量高，Li、Be、Zn等元素也在中东部的7线附近含量较高。若以18线为中心，则向东，依次出现 (Sn、Cu、Au、As、Sb)-Bi、Zn-W、Be、Li-Mo、Ag、Sb、Au 的复杂元素分带；向西，则依次出现 (Sn、W、Cu、Au、As、Sb)-(Li、Be)-Mo、Bi、Cu、Pb、Sb-(As、Au) 的元素组合分带。可以看出，中心略微向东偏移，但总体仍呈现从中心到两侧，中高温到中低温的元素分带组合特征。

综上，在纵向上，以18线为中心向东西两侧，元素组合大体呈现由高温—中高温—低温的变化趋势，表明成矿热液以18线为中心向东西两侧迁移成矿。

3.2 元素垂向分带规律

为了解元素在主成矿区间垂向上的分布情况，选取42线、30线、33线、45线4条勘探线，每条勘探线两个共8个代表性钻孔(钻孔位置见图1)，同一线上的2号孔较1号孔控制矿体的深度较深，一般2个孔之间矿体相距(斜距)200～250 m，来探讨同一矿体中元素在垂向上的空间变化规律。各孔中代表样品的元素平均含量见表5。

表5 不同线号矿体微量元素平均含量

由表5可知，42线从1号到2号孔，由浅部到深部，矿体中W、Mo、Bi、Cu、Pb、As、Sb、Li、Be等元素平均含量由高到低变化，而Sn、Zn、Ag、Au由低到高变化，这反映出1号孔控制了矿体的中部，而2号孔控制了矿体尾部或无矿地段。30线、33线、45线由1号孔到2号孔，由浅部到深部，W、Bi、Pb、Zn、Li、Be、Au等元素平均含量增高，Cu、As、Sb则降低，这与30线、33线、45线钻孔控制矿体的中部或中上部有关。

综上，从几条勘探线钻孔控制不同深部的矿体来看，W、Mo、Bi、Cu、Pb、As、Sb、Li、Be等多数元素趋于在矿体中部富集，而Sn、Zn、Ag、Au等趋于在矿体下部或尾部富集。

采用重心法计算42线、30线、33线、45线4条勘探线不同钻孔不同中段的衬值线金属量。重心法是朴寿成等[24]1994年提出的一种研究分带序列的方法应用物理学中求刚体质心的原理计算出每个元素在不同方向上的异常浓集重心，并以浓集重心的高低(远近)排出分带序列，此方法克服了原格氏法因元素种数或个数变化而元素位置发生变化的缺陷。用该方法计算出的4条勘探线不同中段衬值线金属量(表6)、分带指数(表7)，由此得到元素垂向分带序列为(自上而下)：Mo-Sb-Bi-Li-Be-W-Zn-Pb-As-Cu-Sn-Ag-Au，该分带系列与邵跃、李惠等[25-27]总结出的典型热液型铅锌、钨锡矿床原生晕垂向分带系列的概率计算结果：矿体前缘晕及矿前晕 (B-I-As-Hg-F-Sb)、矿中晕 (Pb-Ag-Au-Zn-Cu)、及尾晕(W-Bi-Mo-Mn-Ni-Gd-Co-V-Ti)对比有所不同。该矿床中，Mo、Sb反映了矿体前缘晕—矿中晕特征，Bi、Li、Be、W反映了矿中晕特征，Zn、Pb、As反映了矿中晕—尾晕特征，Sn、Au、Ag反映了尾晕特征。本工作区元素分带序列表明研究区至少发生过两期或两期以上的矿化作用，说明本区矿床具多建造叠加成晕特征。

表6 不同钻孔各元素衬值

表7 不同勘探线不同钻孔不同中段各元素分带指数

4 矿体异常模式

4.1 异常分布特征

矿区33勘探线两个钻孔较好地控制了钨矿体(图2)，以此线为例，利用全孔原生晕分析结果，对主成矿元素及伴生元素的异常特征进行分析探讨。本次研究基于元素异常下限值，并考虑控矿地质因素，以有限插入法圈定异常，划分内(强)、中、外(弱)三个浓度带，显示异常浓度变化特征。其中，主成矿元素组是以最低工业品位值的1/10为内(强)带，中带为下限值加内带值之和的1/2；伴生元素组按下限值2的等比划分。得出33线钻孔原生晕剖面图(图3)。

图2 虎形山钨矿床33线地质剖面图(据文献[17]修编)

由图3分析可知，各元素三个浓度带异常特征如下：

W元素：以宽带状沿矿体(带)展布，外带较宽，包含了整个矿带，中内带较窄，紧紧包裹矿体，中内带既反映矿体部位。在矿体上盘出现线状异常，有中内带出现。

Bi元素：分布与W相同。外带较宽，中内带较窄，且紧紧包裹矿体，中内带即反映了矿体所在位置。

Be元素：沿矿带及上盘呈带状分布，外带较宽，包括了整个矿带及上盘，中带略窄，包括了主要矿体，内带窄，紧紧包裹矿体，一般内带所在位置即为矿体所在位置。

Li元素：沿矿带及上盘呈带状分布，外带宽，包括了整个矿带及上盘，但中带不发育，仅主矿体上见及，无内带。

Mo元素：呈窄带状沿矿带展布，外带不发育，中带较发育，基本与外带分布相同，包含了矿体或矿带，内带不发育，仅局部矿体上出现。

Sn元素：呈线状沿矿体分布，外带较窄，基本包裹矿体，中内带不发育。

Cu元素：呈条带状沿矿体分布，外带范围包含了矿带范围，中内带范围较窄，基本紧紧包裹矿体。

Pb元素：呈线状沿矿体分布，外带不发育，基本包含矿体，中带不发育，仅主矿体上有分布。在矿体上盘也出现线状的异常，反映存在上盘晕。

Zn元素：呈窄带状沿矿带分布，外带较发育，基本包含了矿带的范围，但中内带不发育，仅主矿体上有分布，范围窄。上盘晕不发育。

Ag元素：呈线状沿矿体分布，范围窄，基本包含了矿体范围，中带不发育，仅局部矿体上出现，无内带出现。

Au元素：呈条带状分布在矿体或矿带的上盘，出现外中内带异常，但外带不甚发育，中内带较发育，比外带略窄。

As元素：主要呈带状分布矿体的上盘，中内带较发育，基本与外带相同。

Sb元素：呈宽带状沿矿带及上盘展布，中带发育，基本与外带相同，内带也发育，基本包含了矿带的范围，且往下盘未封闭。从异常强度看，似乎下盘晕要比上盘晕发育。

图3 虎形山钨矿床33线钻孔原生晕剖面图

4.2 异常结构模型

以上述方法对矿区其他勘探线异常分布特征进行分析，结果显示：在矿体上盘长城系地层中，出现Au、As、Pb、Zn、W、Sn、Bi、Li、Be组合异常，且从33线—30线—42线—58线，随着矿体剥蚀程度由浅到深，依次出现Au、As-Pb、Zn、Sb-W、Sn、Bi、Li、Be组合异常，即上盘出现由低温—中温—高温元素分带，在主矿体中(F1断层中)则出现三个半环状异常，第一环即外环为Au、As，第二环即中环为Li、Be、Sb，第三环即内环为W、Sn、Bi、Mo、Cu、Zn、Ag，形成“三环一带”结构模型。结合矿体水平方向(纵向)分带特征，总结出虎形山钨矿床地球化学异常综合模式(图4)。

图4 虎形山钨矿床地球化学异常综合模式图

5 讨论

5.1 地球化学异常与成矿的关系

虎形山钨矿床为石英、云英岩细脉带型白钨矿床，矿床类型较简单。矿体呈脉状产出，主要受F1断裂带及其下盘寒武系牛蹄塘组控制。矿体走向与F1断裂带近于平行，圈定钨矿体共计23个，其中主矿体5个。本区主矿体总体倾向南，倾角50°～80°之间，在横剖面上表现为上陡下缓的 “S”形。本次研究获得的元素垂向分带序列反映的是一种逆向分带序列，因此，当出现Au、As异常为主时，反映是隐伏标志；当出现Pb、Zn、Sb异常为主时，反映中浅剥蚀标志；当出现W、Be、Bi、Li、Sn、Cu、Pb、Zn、Ag异常，且W、Be、Bi、Li异常规模较大，强度较高，出现中内带异常，而Cu、Pb、Zn、Ag异常规模较小，出现中外带异常，则意味着矿体剥蚀程度较深；当出现Mo、Bi异常，并迭加有Au、As异常，且Au、As异常规模较大，强度较高，出现中内带，而其他元素范围较窄，强度较低，出现中外带，则深部还存在隐伏矿体。

5.2 找矿方向

通过元素纵向分带特征可知，主矿段元素在纵向上大体以18线为中心向东、西两侧呈对称分布，表明成矿热液以18线为中心向东西两侧迁移成矿，结合矿区地质特征，推测深部可能存在隐伏岩体。通过元素垂向分带特征可知，成矿元素在深部异常没有封边，除W、Be矿化外，Cu、Mo、Bi矿化增强，推测深部有寻找铜钼多金属矿床的潜力。结合区内主要赋矿层位为寒武系牛蹄塘组，主要控矿容矿构造为F1断层，矿区已知钻孔情况可知，研究区北区深部尚未穿透寒武系牛蹄塘组岩层，且部分钻孔深部可见F1断层信息，通过综合分析，笔者认为在研究区北侧浅部、南侧深部均有寻找钨矿体的潜力。