安徽西湾铅锌矿岩石样微量元素特征及其指示作用

2022-07-26程培生张建明李壮汪曙潮

矿产勘查 2022年5期

程培生，张建明，李壮，汪曙潮

(1.东华理工大学核资源与环境国家重点实验室, 江西南昌 330013; 2.安徽省勘查技术院, 安徽合肥 230031)

0 引言

随着地表和浅部矿产资源的逐渐枯竭，急需寻找新的矿床来递补资源需求，而覆盖区将是未来地质找矿的主战场。覆盖区找矿信息少，找矿难度大。地质、物化探专家进行了大量研究，发展了勘查技术，提高了找矿效果(叶荣等，2003；汪青松，2010；孟贵祥等，2019；毕炳坤等，2020)。20世纪50年代以来，众多地球化学学家通过对大量热液矿床进行原生晕研究，发现热液矿床具有明显的原生晕分带规律，即每个矿体都有自己的前缘晕、近矿晕和尾晕(李惠等，2015)。原生晕指成矿作用过程中与矿体同时形成且分布于矿体周围的某些元素的地球化学异常(邵跃，1997；杨德平等，2012；刘雪敏等，2012)，为指示深部矿体或盲矿体最有效的指标之一(林成贵等，2020)。国内利用原生晕找金矿床效果显著，原生晕在指导覆盖区找矿过程中起到越来越重要的作用。

2010年开始，安徽省勘查技术院在系统总结区域成矿规律、控矿地质因素的基础上，通过综合物探及钻探等勘查手段，在庐枞盆地北东缘发现了首个产于三叠系东马鞍山组灰岩中的西湾大型铅锌矿床。由于矿区第四系覆盖厚、水网发育，指示矿体延伸及进一步找矿方向的地质、物探信息较少，进一步找矿需要充分挖掘勘查过程中获得的有限地质资料中包含的成矿信息。研究表明(邵跃，1984；余学东等，1995；刘崇民，2006；刘崇民和马生明，2007；席明杰等，2010；赖晓丹等，2020)，矿区岩石样的微量元素含量特征包含了丰富的成矿信息，是矿床特征研究和成矿预测的重要依据。本文利用钻孔岩石样的微量元素分析结果，对矿区岩石中的元素含量特征进行研究，指示了成矿热液的富集规律和运移方向，为进一步找矿提供了依据。

1 区域地质背景

庐枞中生代断陷式火山岩盆地位于长江中下游中段(常印佛等，1991；翟裕生等，1992)，盆地内广泛发育早白垩世龙门院组、砖桥组、双庙组和浮山组的陆相火山岩，总厚度达2500～3300 m(任启江等，1993)。火山岩以角度不整合覆盖于基底沉积岩层之上。基底沉积岩层主要有中、下侏罗统陆相碎屑岩和上三叠统海相、海陆交互相碎屑岩、碳酸盐岩及膏(岩)层(吴明安等，1996)。

图1 庐枞盆地大地构造位置图(a)及地质简图(b)(据张冠华等，2012修改)1—白垩系下统浮山组；2—白垩系下统双庙组；3—白垩系下统砖桥组；4—白垩系下统龙门院组；5—侏罗系上统罗岭组；6—二长岩；7—正长岩；8—A型花岗岩；9—断裂；10—铁矿床；11—铜矿床；12—铅锌矿床；13—铀金矿床

该区燕山期岩浆活动频繁，矿化作用强烈，铁、硫、明矾石、铜、铅锌银等矿产丰富(图1)。铁矿主要有玢岩型和沉积—热液叠加改造型，典型矿床分别有罗河、泥河和龙桥、马鞭山铁矿；多金属矿主要有铜、铅锌等，以沙溪斑岩型铜矿、岳山热液型铅锌矿为代表。主要的成矿带有三条：缺口—罗河、黄屯—枞阳两条北东向成矿带和清水塘—黄屯近东西向成矿带(吴明安等,2007)。处于两个成矿带交汇处的黄屯地区，是铁、硫、铅锌银、铜金矿的集中产出区，先后发现了龙桥、马鞭山铁矿、黄屯硫铁矿(张冠华等,2012)、岳山铅锌矿(张矿和许强平，2019)、朱岗铅锌矿(蔡晓兵等，2015)、黄屯铜金矿(谢杰等，2019)等矿产。近年发现的西湾铅锌矿，以主要赋存于基底地层中、规模达大型而备受关注(程培生等，2013；李壮等，2020)。

2 矿区地质

矿区为第四系覆盖区。据区域资料，该区位于黄姑—黄泥岗—祈雨山背斜的核部及其南东翼。

2.1 地层

矿区下伏地层主要有中三叠统东马鞍山组(T2d)、铜头尖组(T2t)、下白垩统龙门院组(K1l)，地层总体走向北东，倾向南东(图2)。受断裂及基底隆起影响，孟湖里一带局部地层倾向北西，倾角15°～30°。

图2 西湾矿区地质简图1—白垩系下统龙门院组；2—侏罗系下统磨山组；3—三叠系上统拉犁尖组；4—三叠系中统铜头尖组；5—三叠系中统东马鞍山组；6—三叠系下统南陵湖组；7—粗安斑岩；8—闪长岩；9—推测地质界线；10—推测断层及编号；11—矿体水平投影范围；12—探矿权范围；13—地名

东马鞍山组(T2d)：矿区内仅揭露到第一、二岩性段。第一岩性段自下而上分别为膏岩层、破碎溶蚀带和角砾状灰岩。膏岩层，以灰—灰白色中厚层硬石膏岩为主，夹多段灰白色膏溶角砾岩、灰黑色灰岩，厚度大于487.10 m；破碎溶蚀带，分布于膏岩层之上，主要由溶蚀灰岩角砾、蜂窝状灰岩等组成；角砾状灰岩，主要由灰岩角砾、微晶方解石及少量泥质胶结物组成，角砾呈棱角状—次棱角状，大小不一。揭露的角砾状灰岩厚17.10～204.06 m，为赋矿的主要部位。第二岩性段为紫红色钙铁质粉砂岩，上部可见少量灰岩角砾和钙铁质结核。

铜头尖组(T2t)：主要为灰绿色、紫红色钙质粉砂岩、砂岩、石英细砂岩、杂砂岩，厚度大于886 m。

龙门院组(K1l)：区内仅揭露到下段，主要分布于矿区中部，岩性主要为灰褐色粗安质岩屑、晶屑(沉)角砾凝灰岩夹灰绿色、灰紫色凝灰质砂岩、(沉)凝灰岩等，厚30～150 m，与下伏基底沉积地层呈不整合接触。

2.2 构造

矿区位于北东向的黄屯—杨桥基底断裂与北西向的庐江南—蜀山推测断裂的交汇部位，断裂发育。据综合物探和钻探资料，在矿区确定4条北东向断层(F1～F4)和1条北西向断层(F5)。

2.3 岩浆岩

矿区西南部的粗安斑岩主要产于白垩系龙门院组的火山岩中；闪长岩则分布在矿区的东北部，侵入于东马鞍山组，接触带有弱的大理岩化，无明显的矿化。

2.4 蚀变

矿区蚀变弱，无明显的分带。东马鞍山组灰岩区普遍有碳酸盐化、石膏化，火山岩、次火山岩区主要有高岭石化、绿帘石化、绿泥石化和碳酸盐化。

3 矿床特征

矿区圈出铅锌主矿体4个、小矿体35个。平面上矿体整体走向北东东(图3)、倾向北西、倾角中等(图4)，剖面上呈“V字”型(图5)。矿体主要赋存于东马鞍山组角砾状灰岩中，上覆的龙门院组火山岩、次火山岩和东马鞍山组下部的灰岩、白云质灰岩、膏溶角砾岩中也有脉状铅锌矿分布。

4个主矿体赋存标高相对稳定，可明显分为4层(图4、图5)：I号主矿体赋存于龙门院组火山岩和次火山岩中，主要受裂隙控制。矿体呈薄板状、透镜状产出，有尖灭再现的特点。矿石主要为细脉状，为低品位铅锌矿体；Ⅱ号主矿体赋存于龙门院组火山岩与东马鞍山组角砾状灰岩的接触带附近，主要受接触带控制，呈似层状、透镜状产出。矿石以脉状和浸染状为主，为工业铅锌矿体；Ⅲ号主矿体赋存于东马鞍山组角砾状灰岩中，呈似层状、透镜状产出。矿石以浸染状为主，局部脉状或团块状，为工业铅锌矿体；Ⅳ号主矿体赋存于东马鞍山组角砾状灰岩下部，呈似层状、透镜状。矿石以浸染状为主，局部脉状或团块状，为工业铅锌矿体。4个主矿体初步估算的铅锌矿推断资源量97.4万吨，规模达大型(李壮等，2020)。总体上，矿体有一定的分带性，南西端以锌矿为主，中部为铅锌矿，北东部为铅矿为主。

矿石矿物成分较简单，主要金属矿物有闪锌矿、方铅矿，次要金属矿物有黄铁矿，少量黄铜矿、自然银等；非金属矿物除原岩蚀变矿物及交代残余矿物外，还有长石、方解石、硬石膏、重晶石、石英等。

4 微量元素特征

4.1 含量特征

按5～10 cm的间距，在矿区的19个钻孔岩芯中采集了1682件岩石样，分析Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi、W、Mo 10个元素，获得16820个数据。分析测试由国土资源部合肥矿产资源监督检测中心严格按《地质矿产实验室测试质量管理规范》执行，测试结果符合《地球化学普查规范》的要求，分析质量可靠。在分别统计了不同钻孔、不同地质单元、不同岩性的元素平均含量(表1)的基础上，取得以下认识。

(1)与安徽省同类型岩石元素含量(杨佩明等，2005)比较，本区灰岩中As、Sb、Pb、Zn、Ag、Mo等元素含量明显富集，Ag浓集系数达42.89，Pb、Zn和As、Sb的浓集系数在7.76、9.76以上；本区砂岩的As、Sb、Bi、Zn、W、Mo富集，Sb、Bi的浓集系数分别为6.17和4.0，其余元素的浓集系数在2左右；闪长岩除As、Sb明显富集外，W、Mo、Pb、Ag略有富集。因此，本区以前缘元素As、Sb为代表的中低温热液活动强烈，以铅锌银为主的矿化作用主要发生在灰岩区。

图3 矿体水平投影图1—勘探线及编号；2—未见矿钻孔及编号；3—见矿钻孔及编号；4—资源量估算范围

图4 西湾铅锌矿20线地质剖面图1—第四系；2—白垩系下统龙门院组；3—三叠系中统东马鞍山组；4—粗安斑岩；5—地质界线；6—膏盐层界线；7—铅锌矿体及编号；8—石膏矿体；9—钻孔及编号

图5 西湾铅锌矿纵Ⅱ线地质剖面图1—第四系；2—白垩系下统龙门院组；3—三叠系中统东马鞍山组；4—粗安斑岩；5—闪长岩；6—地质界线；7—铅锌矿体及编号；8—钻孔及编号

表1 西湾矿区岩石样元素含量统计表

(2)与矿区元素平均含量比较，龙门院组的Au、Sb、Bi、Cu、Pb、Zn、Ag、W、Mo含量较高，东马鞍山组的As、Sb、Pb、(Zn)、Ag含量高。这种特征与铅锌矿化主要发生在龙门院组与东马鞍山组接触带(硅钙面)相对应。

(3)构造角砾岩中As、Sb、Pb、Zn、Ag明显高于矿区平均元素含量，表明构造角砾岩中成矿作用强烈，为中低温成矿热液沉淀的有利场所。

(4)矿区W、Cu、Au总体含量较低，其中W、Cu在龙门院组火山岩和粗安斑岩中含量较高，推测由上述岩性引起。

4.2 组合特征

将1682个岩石样的10个元素的分析数据进行因子分析，获得的相关系数矩阵如表2。As-Sb-Pb-Zn-Ag-Mo相关系数大，为本区铅锌矿化的指示；W、Cu、Au有一定的相关性，可能为龙门院组火山岩、次火山岩的指示。

表2 西湾矿区岩石样因子分析相关系数表

4.3 含量分布特征

(1)横剖面：选择20勘探线进行元素含量特征统计(表3)。ZK2001孔各元素平均含量比其它各孔明显偏高，这与该孔矿化强度大、矿体厚、品位高的地质特征相对应。考察其余钻孔元素含量特征，发现自ZK2013至ZK2004，Pb、Zn、Ag、As、Sb等与铅锌矿成矿密切相关的元素含量有明显的递减趋势，这与矿体倾向北西的地质特征及成矿热液自北西向南东迁移的地质认识相吻合。

表3 西湾矿区20勘探线元素含量特征统计表

(2)纵剖面：西湾矿区纵Ⅱ勘探线元素含量特征统计见表4。总体上元素含量与矿体规模、品位有明显的对应关系，表现为：矿区南西段ZK113的As、Sb、Ag、Mo含量高，中段ZK2407、ZK2807的Pb、Ag及东北段的ZK3207、ZK4401的As、Sb、Pb、Zn含量高。

元素组合为反映同一个地质体的一组特征指示元素，利用元素组合含量的累加、累乘或比值特征，可以解释找矿工作中的地质地球化学问题(邵跃，1997；叶天竺，2004；罗先熔等，2007)。矿区元素组合的统计参数揭露了以下成矿信息：ω(As+Sb)指示，自中部的ZK1607向两端有增大的趋势，北东段含量高于南西段，可能指示热液总体来自南西方向；ω(Pb+Zn)除ZK2407明显较高外，总体上向北东方向有升高趋势；ω(As+Sb)/ω(Pb+Zn)南西段高和ω(Pb+Zn)/ω(Mo)北东段高都指示了矿化北东段强于南西段；ω(Pb)/ω(Zn)和ω(Pb)/ω(Zn+Ag)北东段大于南西段，说明北东段铅矿化强于锌矿化，这与热液来自南西的判断相对应。