湖南宝山Cu-Pb-Zn多金属矿深边部找矿远景预测

宋之方,张鹏飞,杨齐智,何庆瑞

(1.湖南省矿产资源调查所,湖南 长沙 410129;2.湖南宝山有色金属矿业有限责任公司,湖南 桂阳 424400)

0 引言

湖南宝山铅锌银矿是Cu-Pb-Zn多金属矿开采和加工的大型企业集团,现生产规模为年开采矿石量约 45万t、生产金属量约4万t。截至2020年底,矿山企业已连续生产约50 多年,已采出Cu-Pb-Zn多金属矿石量约2 000余万t、生产金属量约200余万t,是湖南省内大型Cu-Pb-Zn多金属矿开采和生产加工基地。由于矿山长期大规模的勘探和开发,浅部资源已消耗殆尽,为保障区内铜铅锌多金属矿床开发的持续性和稳定性,对矿山深边部接替资源找矿及富有研究价值的资源远景区开展研究工作。宝山矿区已进行大规模的地质矿产勘查工作,省内外众多地质院校、科研单位和生产单位在该地区广泛地开展以有色多金属矿产找矿为中心的地质找矿勘查和专题研究工作,例如区内岩体的地球化学特征、包裹体测温与同位素定年特征以及找矿模式与找矿前景等[1-3]。本文对前人资料进行综合分析,在总结宝山矿区内Cu-Pb-Zn多金属矿的分布特征、成矿作用、地球动力学背景、控矿地质物化场环境条件、矿床富集规律等的基础上,结合生产勘查和科研成果,对区内有色多金属矿床深边部成矿有利地段的资源分布情况进行综合推演,并对区内与成矿有关的岩浆岩体进行补充调研工作,以期为下一步深边部的找矿工作奠定基础。

1 控矿地质背景条件

宝山Cu-Pb-Zn多金属矿位于南岭纬向构造带中段北缘,耒阳—临武南北向构造成矿带南段,坪宝复式向斜的北端(图1),地处南岭钨、锡、钼、铋、铅、锌、铜、铁、锰、金、银等元素高度浓集的地球化学块体之中,是南岭成矿带的重要蕴矿区段。区内地层主是为石炭系,构造复杂,岩浆活动频繁而强烈,地质物化场特征显著,有色金属矿产丰富,且具多期次多成因迭加的成矿史。矿区内已圈定不同类型的Cu-Pb-Zn多金属矿体300余个,经查明的Cu-Pb-Zn多金属矿石资源在高程为-400 m以上达2000余万t,-400 m以下达700余万t,区内大型规模的Cu-Pb-Zn多金属矿体主要集中在中、西部矿段。矿体的形成和分布位置受岩浆岩、地层岩性以及构造环境等因素的联合控制[10]。在有岩脉出现的矽卡岩带、NE组断裂破碎带、石炭系测水组层间破碎带、测水组砂页岩与梓门桥组白云岩以及与石磴子组灰岩岩性界面、宝岭倒转褶皱轴部的碎裂带或剥离虚脱空间等部位构成有利于成矿的物理化学障环境。

图1 构造纲要图

1.1 地层岩性组合条件

矿区主要赋矿的地层岩性为石炭系下统石磴子组灰岩、测水组砂页岩、梓门桥组白云岩(图2)。石磴子组中灰岩岩性层往往含有较丰富的成矿元素Pb、Zn、Ag、Cu、Mo、Sn等,成矿元素的含量值均高于涂氏值,其有色多金属元素的高值区往往是中—小型Cu-Pb-Zn多金属矿体的赋存场所;梓门桥组中白云岩岩性层易碎裂,常形成剥离空间和节理裂隙构造对矿液充填交代有利,往往是大—中型Cu-Pb-Zn多金属矿体富集成矿的理想地段;测水组中砂页岩岩性层是良好的遮挡层、盖层,在测水组砂页岩层间破碎带中也赋存有次要的小型Cu-Pb-Zn多金属矿体。测水组砂页岩与梓门桥组白云岩岩性组合、测水组砂页岩与石磴子组灰岩岩性组合是成矿物质高度综合聚集的地层条件。

1.2 构造环境条件

区内褶皱和断裂构造相当发育,由轴向近NE向的倒转背斜和向斜、走向NNE向的逆断裂和NWW向的横断裂构成(图2)。区内褶皱呈南北向排列,往南收敛、往北撒开,呈“帚状”形态。宝岭倒转向斜及其次级呈近NE向平行排列的褶皱构造,和走向NNE向与NWW向的逆冲断裂构造联合控制着区内矿质的溶滤交代和富集定位,而倒转褶皱轴部的涨裂或剥离空间部位、多种断层构造体系的复合迭加部位,特别是“S”型构造带中局部产状的弯曲转折部位、构造交叉交接或环状封闭的围限部位、侵入体接触带部位及白云岩中的碎裂和层间滑动破碎带部位等,为矿质和矿液的运移提供良好的通道,也对富集成矿提供有利的空间环境。

图2 湖南宝山矿区地质及靶区预测矿产分布[3]

1.3 侵入岩特征

区内与成矿有关的岩体为花岗闪长斑岩、花岗斑岩、煌斑岩等,沿NWW向呈漏斗状或脉状的小岩体群展布。其中以花岗闪长斑岩为主,代表性岩体为宝岭岩体面积约0.5 m2,是与成矿有关的主要岩体,各中小型矿体均分布在接触带或褶皱转折扭曲的虚脱空间,断裂构造弯曲转折、复合迭加、交叉交接,层间滑动破碎带或剥离空间、环闭围限部位等空间中,其矿(体)床、矿种组合和蚀变类型呈现出以岩体为中心的规律性分带特征;花岗斑岩体规模小,矿区内局部有分布,面积均小于0.01 m2,在岩体上侵的接触带及其附近见有中小型矿体存在;而煌斑岩仅在局部坑道中见有,规模很小,在岩体上侵的内接触带部位偶见有矿化现象。另外在矿区外围可见英安质凝灰角砾岩、石英斑岩、辉绿玢岩等,其均属浅成—超浅成中酸性小岩体,其同位素年龄为182～145 Ma,属燕山早期富钾钙而贫钛镁铁碱性过铝质岩体,LREE富集,Eu弱异常,微量元素显示其具有壳幔混合性质[5-8]。

区内物源主要来自岩浆,为进一步探究岩体的岩石化学特征,本次在-400 m以上的探采矿坑道和-400 m以下的岩芯钻孔中,分别采集岩石化学样品。据样品分析成果,各酸性岩体中的主成矿元素含量值与维氏值比较,Pb、Zn、Cu、Mo、Sn的含量值一般高出4～33.3倍。W含量值高出53～93倍,是一个主成矿元素的高正值异常区;与华南燕山早期(南京大学)岩体的元素含量值比较,Pb、Zn、Cu、W、Mo、Sn的含量值高出3.8～21倍,也是一个主成矿元素的较高正值异常区(表1)。

表1 宝山Cu-Pb-Zn多金属矿区岩浆岩主要成矿元素特征

2 物化场特征

该区重力布格异常总体呈NE—SW向展布,局部呈NW、SN及EW向,形成NE向重力梯度带,宝山矿区位于该梯度带中段北西侧的重力低值异常平台区内,该梯度带的北重力高、重力场平稳,而该梯度带的南侧重力低、重力场起伏变化大,形成明显不一样的差异。根据重力异常源分析,其重力低值异常应反映深部隐伏着与成矿有关的中酸性岩体,因为该区褶皱、断层、地层分界几乎不引起异常。该区航磁异常相对较弱,属负磁异常中心区的突出部位,大致与重力异常对应,根据航磁异常源分析,其局部磁异常均与岩浆的侵位、构造活动、矿化蚀变等有关。总之,区内布格重力异常和航磁异常均反映出坪宝隐伏岩体在深部可能与骑田岭岩体连为一体[3]。

在已知矿床区内分布有较大面积的高强度的Cu、Pb、Zn、Ag、As、W、Mo、Sn、F等多元素组合的原/次生晕异常,浓集中心明显、元素组合复杂、范围大、强度高,形成一套以宝山中部矿床为中心的由成矿元素及矿物组成的高—中—低温热液异常分带。在已知矿床内异常特征元素自异常中心向外侧,也出现由高温W、Mo、Bi、Sn组合异常—中温Cu、Pb、Zn组合异常—低温As、Sb、Ag组合异常的分带特征(表2),其中Pb、Zn、Ag有3个浓集中心,分别位于宝山中部、宝山西、北部矿床之上。区内重砂矿物种类繁多,其综合异常分布广、规模大,以宝山为界线可分为南、北部2个大异常区:在南部异常区则以氧化矿物锡石、白钨矿、黑钨矿异常为主,次有铅矿物、辰砂、金矿物、毒砂等矿物;而北部异常区则以铅矿物异常为主,次有金银矿物、锡石、白钨矿、毒砂等矿物。这些重砂矿物异常与原/次生晕异常和已知矿床(点)的吻合程度较高,且受断裂构造和岩浆侵入体的控制(图3)。

3 成矿富集规律及矿床成因

3.1 成矿富集规律

(1)分带性

以花岗闪长斑岩或花岗斑岩体为中心向外形成矿化分带,即自岩体(与围岩)接触带向外,依次形成矽卡岩型Cu矿或Cu-Mo-W-Bi矿 → 矽卡岩型Cu-Pb-Zn矿 → 热液裂隙交代充填型Pb-Zn-Ag矿 → 热液裂隙交代充填型Ag-Mn矿。

(2)富集规律

通过对区内钻探与坑探工程揭露矿体的分布特征,主要归纳为以下几点:①控矿断裂构造破碎带中常形成脉状、透镜状矿体,特别是在走向上呈“S”形或反“S”形的转折部位,倾向上倾角变缓的部位往往形成形成富厚矿体;②在测水组砂页岩与梓门桥组白云岩、石磴子组灰岩接触界面(或接触带),其岩性碎裂带有利于矿液的运移和沉淀,常形成似层状、透镜状、囊状矿体,特别是在该接触界面与控矿断裂交汇地段,往往形成厚大的富矿包;③控矿主断裂旁侧的节理裂隙,常形成细脉带型的楔形矿体并靠近控矿主断裂矿体,矿体品位高,厚度深;④层间破碎带与剥离空间,倒转背向斜核部与倒转翼有利于矿液的充填交代,多形成透镜状、脉状矿体;⑤矿区NE向的倒转背向斜之间的压扭性逆冲走向断层、石磴子或梓门桥—测水组地层岩性组合、燕山期早期侵入的中酸性小岩体等三者的联合,构成形成该矿床的良好条件;⑥矿床一般位于NNE向岩带与NWW向岩脉的交汇部位,当其存在沿褶皱轴和NEE或近SW走向断裂带侵入的小岩枝与深部较大隐伏岩体联系时,是较有利的成矿部位。

表2 宝山矿区各矿床类型特征元素组合分带特征

图3 宝山矿区重砂测量异常(a)与铜铅趋势平面(b)

3.2 矿床成因

(1)成矿物源

该区成矿物质的主要物源、热源和液压源来自岩浆。从包裹体测温与同位素定年中已得到证实:①硫同位素δS34为小正值或小负值(6‰～-3‰),具有塔式分布,利用外推法对矿床介质水硫同位素计算得δ34ΣS为-6.5～2.8岩浆硫特点。②矿体铅同位素组成为地壳铅和岛弧铅的混合,硫化铅同位素组成比较单一和集中,大多数铅同位素落在正常铅演化模式图的增长线上,而地层铅同位素组成比较复杂,同时,铅的模式年龄大多位于岩体年龄140 Ma范围内,表明铅主要直接来自于混合岩浆源。③包裹体均一温度测定在140～355℃,显示成矿的多阶段特点。④成矿溶液类型从岩体到矿体均显示K>Na,而矿物中的伴生金银组分含量高等显示了深源物质特点。⑤铅锌矿石稀土元素特征与矽卡岩、花岗闪长斑岩相近,而明显不同于花岗斑岩、煌斑岩和赋矿地层,指示成矿物质可能主要来源于花岗闪长斑岩[4-9]。总之,本区已知的矿床—矿种—元素组合的水平和垂直分带特征,以及同位素源、水源、挥发分和含矿热液源等的特征,显示出成矿物质主要来自岩浆本身。

(2)成矿作用

成矿作用总体表现为以花岗闪长斑岩或花岗斑岩体为中心,自岩体(与围岩)接触带向外,依次形成近源中高温热液接触交代矽卡岩型Cu矿或Cu-Mo-W-Bi矿 → 中源中温热液交代矽卡岩型Cu-Pb-Zn矿 → 远源中低温热液裂隙交代充填型Pb-Zn-Ag矿 → 远源低温热液裂隙交代充填型Ag-Mn矿,以及相应的矿化蚀变分带(如矽卡岩化 → 绿泥石化 → 大理岩化 → 铁锰碳酸盐化等)。

(3)矿床成因类型

根据成矿物源主要来自岩浆热液,成矿作用主要为中高温热液接触交代作用以及中低温热液充填交代作用,可得出矿床成因类型主要属于岩浆期后中高温热液接触交代矽卡岩型铜钼钨铋多金属矿床和中低温热液裂隙交代充填型铅锌银矿床。

4 深边部成矿预测区划分及找矿远景分析

根据矿床的成因特征,矿区成矿地质条件较好,目前矿区主要勘探区和生产区集中在F3断层以北和以南两大区块,其中北区块有宝山北部Pb-Zn-Ag矿床,南区块有宝山东部Pb-Zn-Ag矿床、宝山中部Cu-Mo-W-Bi矿床、宝山西部Pb-Zn-Ag矿床。矿山在边采边探的过程中不断地在开采区段矿床(体)的深边部发现有新矿体、大矿体。通过综合分析矿区已有的勘查和勘探开采成果资料等,可将矿区深边部成矿地段划分为:-100 m以上边部浅部找矿靶区(靶区1)、-100～-800 m中部找矿靶区(靶区2)、-800～-1 600 m深部找矿靶区(靶区3)3个既相对独立又相互关联的找矿预测靶区(图2、图4)。

4.1 -100 m以上边部浅部找矿靶区

-100 m以上找矿靶区为现有开拓工程和勘探工程所控制的浅部成矿预测区,该成矿预测区东、中、西、北部探明的资源量已消耗殆尽,初估铅锌多金属达4万余t,但杉木岭向斜靶区1-1和F5断层以南靶区1-2可作为浅部边部成矿预测区,寻找新的突破点。靶区1-1位于150 线剖面所施工钻孔均见到较好的铅锌矿体,位于F3和隐伏的F22断层带上,与已知的主要生产开拓区东、中、西、北部含矿富矿区段对比,其具有最主要的NE—SW向的向斜构造及向斜之间的压扭性逆冲走向断层、梓门桥—测水组岩性组合、燕山期早期侵入的中酸性小岩体的三者组合,成矿地质条件十分相似,可以进行类比;靶区范围大致杉木岭向斜南冀区域的0 m上下,有少量钻孔工程控制,其中ZK11孔在-68 m处所控制的铅锌矿体厚度达2.22 m,Pb、Zn品位分别为6.14%、5.52%;ZK10孔在+92 m处所控制的铅锌矿体厚度达2.85 m,Pb、Zn品位分别为3.95%、2.87%,初步预测铅锌资源量可达1万余t,具有较大的找矿潜力;靶区1-2位于F5断层以南的F21— F103断层之间的区域(图2、图4),在158线剖面的SHK16孔中见到矿体厚度达1.62 m、Pb品位为8.00%、Zn品位为15.51%的铅锌矿体,位于F21断层带上。本区施工的钻孔工程量少,勘查程度较低,根据野外钻孔岩芯观察矿体赋存于次级裂隙中并受其影响,镜下观测方铅矿与闪锌矿、黄铁矿紧密嵌生,常呈枝叉状、脉状充填于矿石裂隙中(图5)。可推测与主成矿导矿断层F21有关,具有提供稳定热源和成矿物质的构造地理位置优势,往往能在其周边的次级构造或剥离空间和节理裂隙中富集成矿。可见靶区1-1和靶区1-2具有较好的铅锌多金属矿资源前景,是边部浅部成矿预测区寻找突破的新亮点。

4.2 -100～-800 m中部找矿靶区

-100～-800 m找矿靶区为现有开拓工程和勘探工程所控制的中部成矿预测区,该中部成矿预测区中、西部开拓工程已落底至-300 m,勘探工程已全覆盖东、中、西、北部-100～-400 m,中、西部-400～-800 m已有较多勘探工程控制。靶区平面上位于F4～F5断层之间的162—165线剖面之间,位于F103断层的杉木岭向斜的区域中(图2、图4),是矿山主要的含矿赋矿区段,也是矿山最主要的生产开拓区。近年来矿山在开采和勘探的过程中,在F103断层的-50～-720 m的162—165线剖面之间发现有大型的PZ-26号中低温热液裂隙充填交代型铅锌银矿体(图4),矿体主要赋存在断层附近的梓门桥组白云岩中,由5个开拓巷道工程和28个勘探钻孔工程所控制,且其东部和深部尚未控边,矿体走向长度达700余米,平均厚度达6.30 m,Pb、Zn、Ag的平均品位分别为7.69%、9.76%、219.75×10-6,根据找矿靶区内已探明矿体的控矿长度、矿段的平均品位和确定的资源储量类型以及区内控矿的地质环境条件、矿体投影面积的大小进行推断和预测矿体,采用地质块段法估算铅锌银资源量可达600余万t。同时,成矿预测区内已发现中小型和零星Cu-Pb-Zn多金属矿体达200余个,初步统计资源量可达2 000余万t,资源前景可观,特别是区内的白云岩型大型矿体可作为典型案例在今后的找矿工作中推广。

图4 宝山铅锌银矿区165线剖面靶区分布

图5 黄铁铅锌矿矿石光片

4.3 -800～-1 600 m深部找矿靶区

-800～-1 600 m找矿靶区为现有开拓工程未及的深部成矿预测新区,亦少有勘探工程到达。靶区位于165线剖面所施工钻孔均见到厚大的矽卡岩型铜矿体,位于深部隐伏的F101断层带上。靶区范围大致在F3断层南大区块区域的-1 100～-1 400 m之间(图2、图3),其中国家科研项目ZK16508孔在-1 365 m处所控制的铜-18号矿体厚度达2.05 m、Cu品位为0.51%,和铜-32号矿体厚度达15.69 m、Cu品位为0.51%;矿山深部找矿项目KZ16505孔在-1 105 m处所控制的铜-32号矿体厚度达3.10 m、Cu品位为0.55%。矿体往EW走向及倾向延深方向均无探矿工程封边、封底控制,可继续进行追索,同时预测深部可能隐伏着岩基或较大的岩突,是寻找深部与隐伏岩体有关的相当规模的矽卡岩型、云英岩型、斑岩型铜多金属矿床类型的有利地段。按照2010年核定的储量计算有关参数,对已控制铜-18、铜-32号2个主要预测矿体沿走向和倾向,进行合理推断估算推断资源量,初步估算预测铜资源量可达35万余吨。可见该深部找矿靶区具有较好的Cu-Pb-Zn多金属矿资源前景。

5 结论

(1)该矿区矿床类型主要为岩浆期后高中温热液接触交代矽卡岩型铜钼钨铋多金属矿床和中低温热液裂隙充填交代型铅锌银矿床,其整体反映出以岩体为中心,自岩体与围岩接触带向外,依次形成接触交代矽卡岩型Cu矿或Cu-Mo-W-Bi矿床→交代矽卡岩型Cu-Pb-Zn矿床→裂隙交代充填型Pb-Zn-Ag矿床或Ag-Mn矿床等。

(2)区位于大面积的重力中负值异常和航(地)磁负值异常区,且Cu、Pb、Zn、Ag、As、W、Mo、Sn、F等多元素组合的原/次生晕异常范围大、强度高、浓集中心明显;在物探、化探和重砂异常吻合性较好的地段,往往是形成接触交代型及交代充填型Cu-Pb-Zn多金属矿十分有利的地段。

(3)矿区在有岩脉的接触矽卡岩带,石炭系测水组层间破碎带,测水组砂页岩与梓门桥组白云岩以及与石磴子组灰岩岩性界面,宝岭倒转背向斜的虚脱空间,NE组断裂破碎带,燕山早期超浅成中酸性小岩体等是成矿赋矿的有利空间。

(4)宝山铅锌银矿成矿物质完全集中分布于南东起F103断层—北西杉木岭向斜、和北东起F4断层—南西F5断层的区域中(图2)有一个长不超过2 000 m,宽不超过1 400 m,平均垂深不超过2 000 m的地质体。成矿有用元素在相应的地物化场中高度综合聚集,形成宝山Cu-Pb-Zn多金属特大型综合矿床。

(5)本研究将矿区深边部成矿地段划分出3个找矿预测靶区,且认为在-800 m以下的矿区深部具有极好的资源找矿潜力,有望成为Cu-Pb-Zn多金属矿床的第二高度综合聚集区,从而延长矿山服务年限。