江西相山矿田乐家测区地电提取异常特征及找矿预测

2022-12-05欧阳菲罗先熔同锐灵韩淑朋杨笑笑王葆华

金属矿山 2022年11期

欧阳菲罗先熔同锐灵韩淑朋杨笑笑王葆华

(1.桂林理工大学地球科学学院,广西桂林 541004;2.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,广西桂林 541004;3.广西区域地质调查研究院,广西桂林 541003;4.广西壮族自治区三一〇核地质大队,广西桂林 541000)

相山是我国特大型铀矿田,为充实我国铀矿资源储备发挥了重要作用[1-3]。随着经济的发展,先后在北部、西部发现了大量不同规模的矿床;中部地区尚未取得明显找矿突破,但具备良好的成矿条件。其中,杏树下地区已经开展了“中国铀矿3 000 m科学深钻(CUSD2-1)”的研究工作,发现了4处铀矿化段和5处铅锌金铜等多金属矿化[3-4]。断裂构造与晚期岩脉复合定位式和断裂构造与火山层间离张构造(基底界面)复合部位是相山深部第二找矿空间[5]。相山铀矿田现有已知矿床埋深均在600～1 200 m[6-9],主要分布在基底界面附近。中部地区为火山盆地中心,预计其基底深度均超过1 000 m[9];最深处在相山—杏树下之间,深达2 500 m标高以下[10]。因此,相山中部地区的基底深度大,矿体也具有很大埋藏深度,大多数的地球化学勘查手段效果欠佳。构建2 000～3 000 m深度的铀矿深部探测技术体系是“十三五”国家重点研发计划“深地资源勘查开采”专项的研究目标之一。本研究以相山矿田中部地区作为试验区,探讨地电提取法的深部探测应用效果。

作为穿透性地球化学勘查技术之一[11],地电提取法寻找隐伏铀矿工作已在多个矿区开展并取得了明显效果。鄂尔多斯盆地东胜地区的已知矿体上方测得 U、Th、Ti、Mo、Pb、Zn、Cu、Ag 等元素异常[12]。澳大利亚Four Mile East矿区的已知矿体上方测得U、Mo、Ag、Cu、Co 等元素异常[13]。浙江江山地区开展找矿预测工作,测得 U、Th、Ti、Mo、Pb、Zn、Cu、Ag 等元素异常[14]。在江西盛源盆地的已知矿体上方测得U、Mo元素异常[15]。相山矿田居隆庵矿床64#线剖面已知矿体上方测得 U、Th、Mo、Pb、Zn、Cu、Ag 等元素异常[16]。以上研究实例中矿体的埋藏深度均在300～400 m,最深的是相山矿田居隆庵矿床,深度达700 m。因此,相山中部地区的找矿预测工作所要求的深度明显超过了以往工作,这不仅对研究区的找矿突破具有重要意义,而且对于推进地电提取法的技术发展也具有十分重要的意义。

本研究在相山中部地区的乐家一带开展了地电提取找矿预测研究,通过分析各元素(组合)的异常特征和空间分布规律,进一步分析了其地质意义和深部找矿效果。

1 相山矿田地质背景

相山矿田[9]位于扬子准地台与华夏褶皱系的过渡部位,为赣杭火山岩成矿带和大王山—于山花岗岩成矿带的交汇部位。受NE向遂川—抚州深断裂与NNE向宜黄—安远深断裂控制,在中生代出现大规模的中酸性火山岩喷发和岩浆浅成侵入活动,形成一个大型火山坍塌盆地(相山盆地)。

相山火山盆地岩性(图1)以火山岩为主,其次为次火山岩,还包括少量的中基性岩脉;岩浆岩均为隐伏,或分布在外围。盆地由基底、盖层一起组成双层结构:基底主要为中元古界浅变质岩系,部分地段发育下石炭统、上三叠统地层;基底之上为盆地内部的火山岩盖层,包括打鼓顶组(K1d)和鹅湖岭组(K1e),火山盆地北西侧被白垩系红层覆盖。次火山岩分布于盆地的北部、东部和南部,围绕盆地边缘侵入、充填于断裂和火山塌陷构造中;岩性为次花岗斑岩、次花岗闪长斑岩和次斑状花岗岩,它们与铀成矿关系密切。地表中基性岩脉分布较少,主要隐伏于地下,与矿体关系密切,岩性有煌斑岩、辉绿岩、英安斑岩等。

图1 相山地质简图及地电化学测区位置[9]Fig.1 Xiangshan geological sketch and location of geo-electrochemistry survey area

相山地区构造活动具明显的多期性,经历了挤压、左旋走滑、伸展拉张、压扭等阶段,分别发育NW、EW、NE、NS向断裂。

基底构造主要由EW、NE及NS向3组构造组成,也存在NW向构造。EW向褶皱构造及断裂构造发育且规模较大,为主要基底褶皱方向。NE向断裂及其配套的NW向断裂是基底主要断裂方向。NE向遂川深断裂在矿田北西侧通过,控制了本区NE、NW、SN向断裂的形成。该断裂形成于加里东期并长期活动,是赣杭构造带的主要组成部分。

盖层构造以断裂构造和火山构造为主。断裂以NE向为主,是导矿、控矿构造;NW向断裂与前者一起形成菱形构造系统,对铀矿床具有重要的控制作用;EW、SN向构造也是在NW向构造的基础上演化而成。盖层构造的形成受基底构造控制,在其基础上活化、迁就、改造、发展而成。火山构造包括火山口、侧侵出管道、环状构造、断块塌陷构造、爆发角砾岩筒等。主火山口位于相山主峰附近;环状构造遍布火山盆地(特别是东部),控制了次火山岩的分布;侧侵出管道在主火山口东侧,形成了云际矿床;断块塌陷构造在西部特别发育,形成了阶梯式塌陷,使得火山岩系地层产生褶曲并发育密集的裂隙群,控制了相山西部矿体形态,形成了居隆庵、邹家山矿床;爆发角砾岩筒主要出现在盆地北缘,形成了巴泉矿床。

矿石矿物主要有沥青铀矿、钛铀矿、铀石、铀钍石等,矿石类型一般分为铀—赤铁矿型、铀—绿泥石型、铀—萤石型和铀—硫化物型等4个类型。相山矿田铀多金属元素组合类型[7]主要有U-Th-Mo、U-Pb-Zn-Ag、Pb-Zn-Ag、Au-Cu 等。

2 取样分析

乐家一带地电提取测量的测区范围如图1所示。采用500 m线距、100 m点距的取样网度,共取样341件。工作条件为:提取时间24 h、工作电压9 V、两电极距离1 m、提取液为15%浓度硝酸1 000mL。地电提取样品送有色金属桂林矿产地质测试中心分析,采用ICP-MS和 ICP-AES分析方法,共分析了 U、Th、Mo、Pb、Zn、Cu、V、Ti、Co、Ni、As、Sb 等 12 种元素,分析数据的单位均为(×10-6)。

3 测试结果分析

3.1 统计分布特征

本研究地电提取元素的含量参数取值见表1。

表1 地电提取元素含量参数统计Table 1 Statistics of the element content parameters of geo-electric extraction

分析表1可知:12种元素均存在较大离散性,各元素极大值与均值(或中值、众数)都相差较大。从变异系数来看,U、Pb达到了15%以上,其次为V、Co、Zn、As,这些元素为异常划分的主要依据,其他元素作为次要参考。所有元素均不服从正态分布,均为正偏、高峰度,因此对数转换后的箱状图能更加客观地反映元素的统计分布特征[17]。经过对数转换之后,大多数元素符合正态分布(图2),中位数位于箱子最中间,呈上下对称特征,但Cu、Zn仍具有较明显的正偏特征。箱状图(图2)中绝大多数元素都存在离群数据,其中U、Pb、V、Co、As等元素离群值较多。

图2 元素含量对数转换后的箱状图Fig.2 Box diagram of element content after logarithm ic conversion

对原始数据进行Z标准化,再进行聚类分析。首先,进行标准化计算Z得分,然后使用平方Euclidean距离作为度量标准,采用组间连接方法,进行聚类分析,结果如图3所示。

图3 聚类分析树状图Fig.3 Cluster analysis dendrogram

由图3可知:距离值为15时,12种元素可以分为 3 组:U、Th、Mo、V、Ti、Co、Ni、Cu,Pb、As、Sb,Zn;距离值为5时,U、Th、Ti、Mo为1组,清晰地反映了铀成矿作用的特点。相关研究显示[8-9,18-20]:相山北部和西部多为复杂元素型矿床,矿石沉淀顺序为磷灰石—铀、钍、钛的氧化物—铀(钍)硅酸盐,U、Th、Mo、Ti在矿石中是伴生的。地电提取的聚类分析结果与以上规律相吻合。同时,由于Mo与U在热液成矿过程有许多相似性,可以贯穿热液活动从早期到晚期的整个过程,相山矿田中铀、钼矿化在空间分布上基本一致[8]。Mo矿化一般与斑岩无明确关系,是独立的构造热液活动产物[21]。 Cu、V、Ti、Co、Ni等元素可能反映了U元素的物质来源于深部地幔流体,或者与变质基底、基性岩脉等有关,同时也可能与矿田中的红化(赤铁矿化)现象有关。Pb、As、Sb代表了多金属硫化物沉淀阶段,或者与酸性岩浆和热液作用有关。

利用因子分析的主成分分析方法对地电提取的12种元素的原始含量数据进行降维处理。表2中的Pearson相关系数显示,绝大多数元素相关性较强,只有Zn与其他元素联系稍弱。因此,本研究对除了Zn以外的11种元素进行因子分析。当选择3个因子时,其累积总方差贡献达到87%。用最大方差法对因子载荷矩阵进行旋转变换(表3和图4),选0.7载荷作为标准来区分各因子的代表性元素。最终确定F1因子代表U-Th-Mo-V-Ti-Cu组合,方差贡献率为56%,指示了主要成矿作用;F2因子代表Pb-As-Sb组合,方差贡献率为16%,可能与多金属硫化物沉淀或者酸性岩浆、热液作用有关;F3因子代表Co-Ni组合,方差贡献率为8%,可能代表了煌斑岩脉的分布。

表2 因子分析的变量相关系数矩阵Table 2 Variable correlation coefficient matrix of factor analysis

图4 因子分析的旋转成分Fig.4 Rotation component of factor analysis

表3 因子分析的旋转成分矩阵Table 3 Rotation component matrix of factor analysis

根据以上地电提取的12种元素的统计分布特征,分析认为:U、Th、Mo、V、Ti、Co、Ni、Cu 等 8 种元素彼此相关性强,而Pb、As、Sb等3种元素彼此相关性强;U、V、Co、Pb、As元素离群高值较多,异常分带明显,可以作为划分异常的主要依据;Th、Mo、Ti、Ni、Sb、Cu作为前面5种元素的补充,Zn元素一般情况下不做考虑。根据矿区成矿规律和地质特征初步推测:U、Th、Mo、Ti等元素可能反映了主要成矿作用的结果(尤其是碱交代成矿);Pb、As、Sb等元素可能与多金属硫化物沉淀或者酸性岩浆、热液作用有关;Cu、V、Ti等元素受成矿作用和基性岩脉双重影响;Co、Ni等元素主要反映了基性岩脉,或者来自盆地基地;Zn元素意义不明。

3.2 单元素平面特征

单元素含量的平面特征包含了背景值和异常特征两方面:①背景值的变化反映了矿区各类地质体的综合影响;②元素异常主要反映了微量元素富集情况和成矿作用的影响(包括隐伏矿体和控矿构造)。乐家测区地电提取的12种元素中,以U、Th元素含量变化为主要找矿指标,其平面特征较为相似;除了Zn以外的其他元素均有一定的参考意义。

3.2.1 U、Th元素

U、Th两元素的空间分布高度相关,不但背景值变化趋势相近,异常的分布位置也类似,差别在于异常的强度。

U元素(图5)有两处明显异常,分别位于杏树下北侧35#线中部、上家岭北东侧。其中,杏树下异常范围宽(约300 m)、强度大,并且伴随着NW向高背景带。上家岭异常强度更大,但其范围小,且相应的高背景区面积也小。在30#线西端出现异常高背景区和单点异常。Th元素特征与U类似(图6):在28#线出现明显的高背景带,其两侧为NW向低背景;在29#～30#线东南端出现明显的低背景带,在30#线西端出现异常;在杏树下北东侧尽管无异常,但存在高背景区。

图5 地电化学U元素异常平面Fig.5 Anomalous plane of U element in geo-electrochemistry

图6 地电化学Th元素异常平面Fig.6 Anomalous plane of Th element in geo-electrochemistry

由图6可知:U元素分布总体以NW向延伸为主,其含量变化与AMT推测的基底深度结果较为吻合,呈现出“NW向高背景带对应AMT大深度区、NW向低背景带对应AMT相对小深度区”的特点。为了更加清晰地表达该特征,计算了U、Th两元素的含量比值,如图7所示。

图7 乐家测区w(U)/w(Th)平面分布Fig.7 Plan distribution of w(U)/w(Th)in Lejia survey area

图7 AMT推测深度显示,测区东侧的脑似上—杏树下之间存在一条NW向深度在1 450 m以下的大深度带,与其对应的地电提取特征为“U元素(高异常+高背景带)+高w(U)/w(Th)”组合,主要包括32#线主体和部分 31#线、33#线、34#线样品。在该大深度带东侧出现大面积的地电低背景区和低w(U)/w(Th)值,包括34#线、35#线东南端,其对应 AMT深度为1 450～1 000 m的相对小深度带。在下泥浆—乐家区域,AMT存在一条深度约1 000m的NW向相对大深度带,在其两侧为深度850～1 000m的NW向相对小深度带;与AMT对应的地电元素U背景区也呈NW向,28#线主体为高背景带,两侧的26#～27#线和29#～30#线为低背景区,w(U)/w(Th)也呈中间高两侧低的特征。以上结果表明:地电 U含量、w(U)/w(Th)受基底深度控制,具有明显的正相关关系。由图7可知:w(U)/w(Th)一般在2以下,在U、Th异常周围,w(U)/w(Th)则上升至5。

尽管U、Th元素总体变化趋势相似,但测区东、西部分别存在差异(以NS向的下泥浆断裂为界),如表4所示。

表4 测区东、西部U、Th统计参数对比Table 4 Comparison of the statistical parameters of U and Th between the east and the west of survey area

由表4可知:东部Th元素的均值和中值均低于西部,U元素则相反(东部略大于西部),原因是东部火山岩厚度明显大于西部,杏树下—相山主峰一带为火山喷发中心。95百分位数一般可以作为初步的化探异常下限值,可以看出东部Th异常下限低,而U异常下限高。异常下限值的明显差异可能反映出东、西部存在不同的成矿条件。从各元素异常图(图5)来看,东部U元素异常规模大,异常明显;西部异常不明显,存在多个单点弱异常;东部Th元素尽管无异常,却存在高背景值;西部则反之,Th异常明显、强度高、规模大。该结论与相山矿田现有的研究成果一致,例如李子颖[9]将相山矿田的铀矿化分为简单的铀矿化和复杂的铀钍钼磷型,或者按元素分为单铀型、铀钍型、铀磷型、铀钍钼型,说明 U、Th、Ti、Mo 的矿化在空间上存在明显的差异性;李延河等[22]也认为在矿田北部、东部以单铀矿种为主,西部为铀钍共生。

3.2.2 其他元素

V元素的空间分布特征(图8)与U元素类似,共有3处明显异常。在杏树下出现了明显异常和NW向高背景带,在上家岭也为强异常。乐家北东侧1 km处异常明显,由3处单点异常和明显的高背景区组成。

图8 地电化学V元素异常平面Fig.8 Anomalous plane of V element in geo-electrochemistry

Ti元素的空间分布特征(图9)更接近Th元素,共有3处异常,分别位于杏树下、乐家北东侧和上家岭。Ti在杏树下为单点异常,但周围有明显的NW向高背景带,其他两处位于断裂交汇处。

图9 地电化学Ti元素异常平面Fig.9 Anomalous plane of Ti element in geo-electrochemistry

Co、Ni元素总体与U相似(图10、图11),但存在一定的差异。在出现3处U异常的区域,同时也出现了Co、Ni异常。杏树下异常也呈NW向,异常明显,有高背景带。与U元素的不同之处为:①在杏树下异常附近分别出现了NE向高背景带和不连续异常;② 在乐家周边Co、Ni异常中心位置与U略有偏差,呈明显的NNE向,与附近的断裂平行。

图10 地电化学Co元素异常平面Fig.10 Anomalous plane of Co element in geo-electrochemistry

图11 地电化学Ni元素异常平面Fig.11 Anomalous plane of Ni element in geo-electrochemistry

Cu、Zn元素总体彼此相似(图12、图13),与U、Th、Mo等有明显差异,与Co、Ni有一定相似性。在U元素异常的3个位置,Cu、Zn元素也有单点异常和高背景出现,但异常形态和规模完全不同;同时,Cu、Zn元素异常呈现明显的NE向延伸特点。

图12 地电化学Cu元素异常平面Fig.12 Anomalous plane of Cu element in geo-electrochemistry

图13 地电化学Zn元素异常平面Fig.13 Anomalous plane of Zn element in geo-electrochemistry

Pb、As、Sb元素总体彼此相似(图14至图16),与其他元素不同。在U元素出现异常的3个位置也出现了Pb、As、Sb异常。此外,3个元素的高背景区呈一定的SN、NE向延伸特点。

图14 地电化学Pb元素异常平面Fig.14 Anomalous plane of Pb element in geo-electrochemistry

图15 地电化学As元素异常平面Fig.15 Anomalous plane of As element in geo-electrochemistry

图16 地电化学Sb元素异常平面Fig.16 Anomalous plane of Sb element in geo-electrochemistry

Mo元素的空间分布(图17)与U元素也较为类似,但异常位置一般出现在U、Th异常的外围。在测区中间出现明显的弧形低背景区,由北段的SN向变为南段的NW向。在28#线也出现了NW向高背景带,其两侧为低背景区。异常主要有4处,分别在乐家北东侧1 km处、乐家北侧1 km处、杏树下北东侧、上家岭北侧。杏树下异常呈弧形分布于U异常外围,其他3处异常均位于断层交汇处。

图17 地电化学Mo元素异常平面Fig.17 Anomalous plane of Mo element in geo-electrochemistry

3.3 多元素组合特征

根据前文聚类分析、因子分析结果,将除了Zn元素以外的11种元素分为3组,分别是F1因子(以U、Th、Mo、V、Ti、Cu 为代表),F2因子(以 Pb、As、Sb 为代表),F3因子(以Co、Ni为代表)。将因子综合得分绘制成平面图,为了方便对比,将因子综合得分为0～0.6的称为正得分带,得分为0.6～1.0的称为高得分带,得分为1～2的称为异常带,大于2的称为特高异常带,如图18至图20所示。

图18 F1因子得分平面Fig.18 Plan of F1factor score

图19 F2因子得分平面Fig.19 Plan of F2factor score

图20 F3因子得分平面Fig.20 Plan of F3factor score

F1因子(图18)反映了主要成矿作用发生的位置,是 U、Th、Mo、V、Ti、Cu 等 6 种元素的综合体现。在杏树下出现了高得分带,并在周边地区伴随着NW—NNW向正得分带。F1因子存在一定的线状分布特征:从上家岭—杏树下—罗家出现不连续的线状分布,总体呈NNE向,由正得分带、高得分带、特高异常带等组成。最高值位于上家岭,得分高达16,但属于单点异常。

F2因子(图19)是Pb、As、Sb等3种元素的综合体现。最高值位于乐家北东侧1 km处,有3条断裂交汇于此,得分高达16。在杏树下呈半环形分布于F1因子周围,为正得分带+高得分带组合。在下泥浆呈NE向分布,为正得分带+高得分带组合。

F3因子(图20)是 Co、Ni等2种元素的综合体现,最高值为7,出现在下泥浆东侧的28#线。该因子元素少,因此得分超过1的异常带很常见。在杏树下附近为NNE向线状分布,由正得分带、高得分带、特高异常带等组成。在乐家附近呈NE向分布,也由正得分带、高得分带、特高异常带等组成。

4 讨论

本研究地电提取的异常解译工作是在矿田地质特征、矿化作用和构造特征综合分析的基础上进行的。以主成矿U元素为主要依据,结合聚类分析、因子分析结果,对地电测区内的元素平面特征和异常进行了分析,进而探讨其地质成因。测区内地质情况简单(图1、图7),除了鹅湖岭组(K1e)火山岩地层外,最主要的是多组断裂分布,出现极少量花岗斑岩脉(γπK1),NE向、SN向断裂是最主要的构造。

4.1 地电提取金属元素与矿区地质背景的关系

地电提取异常受相山地区成矿作用和地质过程的控制,其金属元素来源于地下矿体和相关成矿地质体,通过地电提取溶解产生活化,然后经过漫长时间和过程迁移,最后到达地表并沉淀。相对而言,土壤地球化学异常由地表原岩在原地风化而成;地电提取异常则与之不同,其来源深度更大。在地下较大深度(可达数百米、甚至更大)的区域,原岩可以在有水的条件下产生变化。这种变化以电化学反应为主,所形成的化学物质一般粒度较细,可以达到纳米级。经过各种物理、化学过程(包括地下水、上升气流等多种途径)迁移至地表,最终在土壤中沉淀并形成地电提取异常。地电提取所获得的金属元素主要受地下水和气体影响,以较为活性的赋存形态为主,受土壤中纳—微米级颗粒影响最大,并不能提取出土壤中的全部金属。

地电提取异常显然离不开测区的地质背景和矿床特征。相山矿田内成矿和蚀变作用尽管很复杂,但仍然有一些规律。从时间顺序来看:相山矿田的矿化早期为碱交代铀成矿,形成以U、Th、Mo、Ti等元素为主的氧化物沉淀;中期还发生了多金属硫化物成矿,形成了Pb、Zn、Au、Ag等元素富集;晚期为酸交代铀(萤石-水云母型)成矿,形成以U硅酸盐为主的沉淀。从空间分布来看,东部、北部以碱交代为主,西部的酸交代作用几乎完全覆盖了碱交代范围。大多数矿体产于酸碱交代叠加部位。成矿前多期次的岩浆作用和演化为铀成矿奠定了物质基础[9],中生代深部热点活动引起地幔热流物质上涌并与硅铝壳混溶。同时,酸性火山岩及侵入岩导致的热液蚀变也会形成Cu、Pb、Zn等元素的富集,这与U成矿过程中所形成的元素异常相互叠加。总体来说,U成矿既与V、Ti、Co、Ni、Cu等铁族元素密切相关,又与热液过程中发生的沉淀相关。同时,与U关系最为密切的还是放射性元素Th。相山盆地的成矿热液与红盘密切相关[22],来自红盆的高盐、高氧逸度的卤水经后期岩浆活动加热,并萃取火山岩和变质基底岩石中的U元素,形成富铀成矿溶液。由此可见,U及伴生元素的来源可能还与震旦系基底地层有关。西部的居隆庵、邹家山矿床属于U-Th-REE-Mo-P型元素组合,北部的云际矿床为UP型,沙洲矿床为U-Pb-Zn-Ag型[7]。

相山盆地以SN向罗陂—上南断裂为界,被分为东、西两部分,其蚀变、矿化作用和构造特征均具有明显差异[23]。地电提取元素也存在类似特征。根据图1和图7,测区东部靠近相山主峰,其地质特征表现为基底深度较大(AMT推测深度超过1 000 m),为主火山口的岩浆通道,不整合面产状相对较陡,火山岩厚度大,变质岩基底埋藏深。其周边地区断裂以NE向、SN向为主,断裂分布相对较稀。地电测区西部靠近邹家山矿床,其基底相对较浅(700～1 000 m),变质岩基底与火山岩之间的不整合面产状平缓,构造以NW向和NE向组成的菱形断块为特征(尤其是邹石断裂以西[10]),同时存在其他方向的断裂,断裂分布较密集。相山矿田东、西部的构造差异[7,24-26]以SN向断裂(图7中的脑似上—下泥浆断裂,分布在徜坑—罗陂—下泥浆—油溪—游家山等地)为分界。地电测区西部地质特征与相山盆地剖面图(图21)的左侧部分相近,地电测区东部与剖面图的中间部分(相山主峰)相近。结合前文U、Th元素在东西部差异的分析,本研究认为:测区东部的成矿特点可能与盆地北侧沙洲矿床类似,以断裂控矿为主,矿体主要赋存在控矿断裂中,以富矿为主,矿化以单铀为主,其他元素的富集程度较低;西部可能与邹家山、居隆庵等类似,即矿体赋存在NE向断裂与次级断裂的交汇部位(或附近密集裂隙群中),矿化以铀钍型为主,各种金属元素的富集程度均高于东部。

图21 相山盆地剖面[22]Fig.21 Profile of Xiangshan Basin

4.2 地电提取多元素综合异常特征

对地电提取元素的平面分布特征进行了对比、分析和总结,划分了3处综合异常,即杏树下异常、上家岭异常、乐家北东侧异常(分别对应于图22中LJ1、LJ2、LJ3异常),其中杏树下异常(LJ1异常)为最主要的异常,所有异常或高背景区均与断裂有关。

图22 地电提取综合异常划分Fig.22 Division of the comprehensive anomaly of geo-electric extraction

4.2.1 地电提取异常与断裂的关系

U、Th元素的空间分布呈NW向带状延伸特点,可能意味着NW向断裂在局部控制了火山岩厚度分布和元素的分布规律。胡宝群等[26]发现在相山等华东南的铀矿田中,常见先形成“X”形节理,后在力偶作用下沿“X”形节理的一枝发生平行滑动,形成间断、侧列、菱形的张性小断块。“X”形节理可能控制了第一期打鼓顶组(K1d)的分布和火山盆地的基底形态。由于U、Th元素与火山岩的厚度基本保持一致,所以总体上以NE向为主的断裂周边出现异常,但在远离断裂的位置出现NW向分布的带状高、低背景区。

测区内几乎所有元素的异常都受断裂控制(图5至图17)。大多数异常分布在已知NNE向断裂北西侧或者SN向断层东侧,杏树下、乐家北东侧等两处主要异常位于NE、SN向断裂的交汇位置,断层经过的区域,大多数元素都出现低背景带。只有Co、Ni元素不受NW向断裂的影响,在乐家周边呈NNE向带状分布,并跨越了NW向断层。同时,还有不少元素的背景呈NE、SN向带状分布,但它们不在任何已知的断裂附近,推测存在隐伏断裂或者中基性岩脉。Cu、Zn元素异常的NNE向带状分布特征十分明显,Cu在乐家—脑似上—邹家大队一带最明显,Zn在上家岭—杏树下—圳上—罗家一带最明显。

因子分析结果也呈现类似规律,即F1因子(图18)出现明显的NE向分布特点,杏树下、上家岭等两处的主要高值区都与断裂有明显关系;F2因子(图19)在乐家北东侧的异常为3条断裂交汇处,而在下泥浆—杏树下一带呈NNE向分布;F3因子(图20)异常存在NE向和NNE向两个延伸方向。

南岭地区铀矿受区域断裂控制,铀矿床在铀矿田内往往受1条或数条二、三级的主干断裂及与其直交或斜交的次级断裂控制[27],铀矿体受局部性低级别的断裂和裂隙控制。相山矿田不同级别的断裂对矿体的控制极为重要,基性岩脉的分布也与断裂、成矿密切相关。以往在相山地区的研究成果也显示了明显受断裂控制的带状分布特征[16]。

4.2.2 杏树下异常

杏树下异常(图22中LJ1异常)中,所有元素在杏树下周边都出现了异常。最典型的是U、Th元素:U异常规模大、异常明显;Th尽管无异常,但出现了高背景区,相对周围的低背景区来说,Th元素的富集趋势还是存在的。w(U)/w(Th)的异常分布最明显。V、Ti两种元素的平面特征较接近,尽管V的异常强度高、范围大,但是如果将周边的高背景区考虑进来,则两者的分布范围几乎相同。Co、Ni的异常特征相似,异常范围接近,但Co的异常强度比Ni高。Pb、As、Sb的异常特征相似,只有Sb为单点异常。Cu、Zn在杏树下北侧也存在异常,但综合分析认为他们主要与断裂有关。

F1、F2、F3因子均在杏树下附近出现了异常,区别在于F2因子围绕在F1的南侧外围。这可能暗示了成矿作用的顺序或者范围不同:U的沉淀范围更小,多金属成矿范围要大些;或者早期在异常中心发生了铀矿化,而晚期热液上升向南迁移了。F1因子在杏树下为“单点异常+高得分带”组合;F2因子以异常带分布在F1因子外围,也是“单点异常+高得分带”组合;F3因子为明显异常带。

杏树下位于主火山口的岩浆通道中,既是AMT异常显示的深基底中,也是布格重力异常边缘。其东侧不远处存在SN向断裂,并且该断裂发育一条NE向次级断裂。以上地质特征表明,杏树下的成矿潜力巨大。地电异常中主要元素U在此处的异常最明显,同时其他元素均显示了或强或弱的异常。所以,杏树下异常为本次工作最佳的找矿靶区。

4.2.3 上家岭异常

上家岭异常(图22中的LJ2异常)中,所有元素在上家岭都出现了强异常,但以单点异常为主,只有Mo、As为多点异常。异常都位于35#线上,34#线并无异常,35#线为测区最边缘的一条线,其异常形态未完全控制。

尽管存在上述不利因素,但是上家岭异常找矿潜力仍然较好。上家岭异常位于SN向断裂东侧,附近也有规模明显的NW向断裂,属于断裂交汇的附近区域。综合考虑认为,上家岭的找矿潜力比杏树下要小,但优于乐家北东侧。林子榆等[10]研究表明,该处存在一个重、磁反演的基底小凸起(代表火山岩底界面起伏),可能是小的斑岩体或岩脉。

4.2.4 乐家北东侧异常

乐家北东侧异常(图22中的LJ3异常)位于乐家北东侧约1 km处,该异常为3条断裂交汇处。U元素出现弱异常,其他元素也出现了或强或弱的异常。U元素为3个单点异常+高背景区组合;Th、Mo、Ti、V、Cu、Ni、Pb、As、Sb 均出现强异常;Co 在该处为高背景,但在附近出现NNE向强异常带;Zn只有单点弱异常,且位置有偏移。F2因子在此处呈现强烈异常,即该处可能是热液活动较强的位置。F1因子得分为0左右,表明各元素的异常位置并不吻合,彼此有一定偏移。F3因子在该处有异常,但有偏移。

尽管乐家北东侧异常中分布有3条规模明显的断层,但从地电提取的指标来看并不理想,尤其是U元素只有弱异常。

4.2.5 上家岭—罗家推测断层Fx

在上家岭—杏树下—圳上—下泥浆—罗家一带存在一条NNE向的F1高得分带(图18至图20中的“Fx”),以正值为主,同时也经过杏树下异常和上家岭异常。F2因子也有显示,不过长度要短,从罗家—杏树下北西侧就终止了,且位置略向西偏移。F3因子也呈明显的带状分布,但在28#线上向罗家东侧偏移。

各单元素在该带周边出现不同的带状分布特点(图5至图 17)。 V、Ti、Cu、Ni在该带上呈现中间低值、两侧高值的NNE向分布。Co的NNE向特征不明显,但局部呈NE向分布特征。值得一提的是,Zn在此带上特征最为明显。U、Th、Mo等元素不明显,但图7中的w(U)/w(Th)值呈现断续的带状分布特征。据此推测,Fx可能为一条发育在火山岩中的NNE向断裂。

本研究推测的上家岭—罗家NNE向构造体(Fx)与邹家山、牛脑上、乐家、杏树下等4条断裂呈近似等间距排列(图1)。后3条断裂也呈NNE向,在相山地区规模明显、延伸远。林子榆等[10]研究表明:王泥坑—上家岭—杏树下—罗家一带存在NNE向构造,与高精度磁测[8]所推测的NE向断裂(游坊—上家岭—阳家山)位置相吻合。窦小平等[28]研究中提及了该断层的存在。

4.3 地电提取结果对深部找矿的指示意义

(1)地电提取 U、Th元素的空间分布特征和w(U)/w(Th)值较好地反应了相山盆地的基底深部或火山岩厚度,这说明地电提取测量结果能够反映较大深部特定地质体的存在,其有效深部可达1 000 m以上;相对于背景区来说,具有更高强度的异常区可能是深部矿体造成的。

(2)不同的地电提取元素组合能够反映和区分特定的地质体和地质作用,据此可以在一定程度上判断成矿作用的范围和特点、地质体的成因联系,甚至物质来源。在进行成矿预测时,通过分析不同元素组合所代表的地质含义,来筛选合适的元素,判断异常是否具有找矿意义。

(3)相山矿田的地电提取异常与断裂有明显关系,各元素在空间的分布特征受成矿断裂控制。相山矿田中的铀矿体围岩有火山熔岩、次火山岩和隐爆角砾岩,甚至变质岩,无明显的岩性专属性;铀矿化都严格受断裂所控制,一旦离开断裂及两侧的强蚀变岩,就基本不含铀矿[7]。一方面断裂控制了矿体的赋存,导致元素异常往往出现在断裂附近;另一方面,断裂破坏了原有岩石中元素的空间分布特点,导致元素背景区被断裂切割并在断裂周围出现低值区。