湖南沃溪金矿区及其外围烃汞叠加晕找矿方法的应用效果

图1 矿区地质构造简图

1—白垩系; 2—震旦系;3—板溪群五强溪组;4—板溪群马底驿组;5—冷家溪群小木坪组;6—蚀变岩;7—不整合线; 8—正断层;9—逆断层; 10—向斜;11—背斜

Fig.1 Simplified geological map of structure

1—Cretaceous system;2—Sinian system;3—Wuqiangxi formation of Banxi group;4—Madiyi formation of Banxi group;5—Xiaomuping formation of Lengjiaxi group;6—alterated rock;7—unconformity surface; 8—normal fault;9—thrust fault;10—syncline;11—anticline

鱼儿山金矿床为中—低温热液石英脉型,具有两个成矿期特点^[21,22],第一期是形成于加里东期的W(Au),成矿物质主要来源于围岩,流体为变质热液和大气降水;第二期是印支—燕山期的Au-Sb成矿,成矿物质主要来自深源,流体主要为岩浆热液和大气降水。其矿脉自北往南(由上而下)分别赋存有V₁、V₂、V₆脉3条工业矿体(图2),产状与岩层基本一致,走向近EW,倾向N。矿体沿走向呈扁豆状、透镜状。单个矿体长20~350 m,矿脉厚0.20~2.5 m,沿倾斜呈板柱状,倾斜延伸180~500 m以上。矿脉均产于马底驿组的灰紫色—紫红色绢云母含钙板岩中,受近乎顺层产出的层滑断层及脆—韧性剪切带控制,具有层控矿床特点,空间上则受褶皱、层间断裂和节理断裂控制。

图2

图2 鱼儿山金锑钨矿区87号勘探线剖面示意

1—第四系;2—板溪群五强溪组;3—板溪群马底驿组;4—浮土;5—板岩;6—砂质板岩;7—断层及编号;8—矿脉及编号;9—蚀变岩

Fig.2 Cross section of line-87 in Yuershan Au,Sb,W deposit

1—Quaternary system;2—Wuqiangxi formation of Banxi group;3—Madiyi formation of Banxi group;4—drifting dust;5—slate;6—sandy slate;7—fault and number;8—vein and number;9—alterated rock

红岩溪矿段主要是鱼儿山V₁脉向西延伸至该区,其内赋存有V₁脉及支脉,产于层间破碎带中,属破碎蚀变岩型。产状与岩层基本一致,走向近EW,倾向N。倾角较缓,30°左右,地表出露长200~400 m,倾向延长约150 m,宽2~10余m,Au、Sb、W矿化都很强烈,断层下盘黄铁矿化及硅化强烈,上盘蚀变弱。

2 烃汞叠加晕试验方法及背景场特征

2.1 试验方法

本次烃汞叠加晕深部找矿试验选择沃溪矿区鱼儿山矿段V₆脉为研究对象,通过烃汞构造叠加晕及其矿体上方对应的土壤地球化学异常特征研究,总结土壤烃汞综合异常与矿体空间对应关系和深部找矿预测模式,并对西部延伸端的红岩溪—马儿桥矿段开展烃汞土壤地球化学异常深部找矿预测。

2.1.1 土壤中烃汞组分富集层位、富集粒级(含岩石)

为了查明区内土壤烃汞组分富集层位、富集粒级(含岩石),在沃溪矿区鱼儿山和红岩溪矿段土壤垂直剖面发育良好的地段安排了3条垂直剖面,分别采集B、C层土壤和D层新鲜岩石样品作为富集层位和粒级试验样品,土壤样品按-40目、-80目、-120目、-160目、-200目,岩石样品按-120目、-160目、-200目划分,共分析测试了34件样品中Au、Sb、W、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、乙烯、丙烯、吸附汞等13个指标。结果表明(表1):土壤B、C层总体来看烃类组分含量变化不大,所以在沃溪矿区开展土壤烃汞测量,采集B、C层土壤都能满足要求;土壤样品5个不同粒度级别分析结果表明,样品在-160~-200目之间,分析结果相对比较稳定,所以烃汞土壤测量加工粒度在-160~-200目均可保证其代表性,本次加工粒度确定为-200目;岩石样品3个不同粒度级别分析结果表明,样品在-160~-200目之间,分析结果相对比较稳定,所以岩石样品加工粒度在-160~-200目均可保证其代表性,本次加工粒度确定为-200目。

表1 样品不同层位、不同粒度烃汞含量特征

Table 1 Content characteristics of hydrocarbon mercury with different granularity and horizon of sample

类型	参数	甲烷	乙烷	丙烷	异丁	正丁	异戊	正戊	乙烯	丙烯	汞
土壤	B层	2.84	0.16	0.089	0.053	0.087	0.025	0.061	1.36	0.53	26.2
	C层	3.12	0.25	0.121	0.056	0.131	0.027	0.135	1.75	0.83	21.8
	-40目	1.26	0.070	0.034	0.006	0.017	0.005	0.012	0.245	0.072	38.76
	-80目	1.25	0.053	0.028	0.008	0.016	0.007	0.020	0.301	0.075	38.49
	-120目	1.95	0.140	0.074	0.014	0.037	0.015	0.030	0.353	0.117	41.32
	-160目	2.42	0.162	0.127	0.027	0.097	0.018	0.072	0.787	0.302	31.41
	-200目	2.56	0.185	0.130	0.023	0.093	0.016	0.085	0.628	0.354	34.64
岩石	-120目	26.9	1.68	1.07	0.118	0.452	0.115	0.246	2.61	1.41	0.03
	-160目	29.0	2.15	1.27	0.159	0.493	0.129	0.232	4.55	1.98	0.34
	-200目	28.1	2.61	1.58	0.166	0.471	0.184	0.276	5.05	1.59	0.39

注:烃类含量单位为μL/kg;吸附汞含量单位为10^-9。

2.1.2 烃汞构造叠加晕工作方法

根据构造叠加晕采样要求^{[17,18,19,20]},选择在沃溪矿区鱼儿山矿段V₆盲脉深部不同标高,分别采集新鲜矿石、强蚀变围岩、弱蚀变围岩和未蚀变围岩样品,通过分析研究成矿元素Au、Sb、W和部分微量元素As、Bi、Mo以及烃类的甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、乙烯、丙烯和吸附汞等16个指标在不同地质体,尤其是金矿体不同期次的成矿作用叠加演化规律,获得能指示深部成矿关键要素等。

2.1.3 烃汞土壤剖面测量工作方法

土壤剖面测量:采样点距20 m,采集B层(或C层)土壤样品,分析了Au、Sb、W、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、乙烯、丙烯、吸附汞等13个指标。并统计全区(包括测区)695件土壤样品中各指标的算术平均值 $\overset{̅}{x}$ 和方差σ,进行多次循环剔除x≥ $\overset{̅}{x}$ +3σ值后,再求得其算术平均值为该元素背景值,以 $\overset{̅}{x}$ +2σ为异常下限值,以异常背景值为纵坐标中轴绘制土壤地球化学剖面图。

2.2 烃汞背景场特征

为了查明矿区烃汞背景场特征,在矿区外围无矿区内安排3条长剖面,对矿区出露的冷家溪组、马底驿组、五强溪组、白垩系地层及其对应的土壤分别采集了B、C层土壤样32件和D层新鲜岩石样品16件,作为区域地层背景和土壤—岩石富集系数研究类样品;在沃溪矿区内采集未蚀变原生晕样16件,分别检测了Au、Sb、W、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、乙烯、丙烯和吸附汞13个指标。通过研究得到了以下认识:

区内无含煤系地层和岩浆岩活动,也无有机物河流污染,说明烃汞背景场不存在这些因素的干扰。

区域和矿区原生晕烃汞组分的算术平均值结果(表2)表明,区域和矿区烃汞组分的变异系数相对较小,说明烃类含量变化较均匀,对背景场影响较小。

表2 矿区地层原生晕烃类组分背景含量

Table 2 Hydrocarbon background values of Madiyi formation primary halo in mine district

参数		甲烷	乙烷	丙烷	异丁	正丁	异戊	正戊	乙烯	丙烯	汞
区域	平均值	161	34.4	20.6	1.46	6.5	1.2	1.8	28.8	21.3	2.2
区域	C_v	0.55	0.52	0.51	0.54	0.53	0.56	0.54	0.52	0.55	0.99
矿区	平均值	817	150	69.0	4.7	21	3.7	5.6	125	82	3.9
矿区	C_v	0.55	0.49	0.46	0.56	0.46	0.46	0.45	0.49	0.48	2.5

注:烃类含量单位为μL/kg;吸附汞含量单位为10^-9;C_v(变异系数)=标准差/平均值。

矿区地层烃汞组分含量明显高于区域地层,说明矿区烃类组分具有明显叠加特点。因此,烃类组分作为本区找矿预测的重要指标是合适的。

区域内土壤与其母岩富集系数统计结果(表3)表明,岩石风化成壤过程中,烃类组分明显贫化,冷家溪组、马底驿组、五强溪组地层烃类组分贫化最为严重(富集系数0.01~0.09),白垩系地层中烃类组分贫化相对较小(富集系数0.34~0.66)。由于区域背景研究烃类组分明显偏低,说明岩石风化成壤烃类组分含量更低,加之选用工作方法为岩石和土壤烃汞测量,烃类组分的提取以吸留相、包裹相、结合相形式^[16]为主,因此土壤烃类组分异常的形成与后期成矿活动的叠加改造关系密切,同样可以说明烃类组分作为本区找矿预测的重要指标是合适的。

表3 区域不同地层对应土壤与岩石比值(富集系数)

Table 3 Content ratios of geochemical indexs in soils and rocks of different strata in mine district (aenrichment cofficients)

地层	甲烷	乙烷	丙烷	异丁	正丁	异戊	正戊	乙烯	丙烯	吸附汞
冷家溪组	0.03	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01	0.02	0.03	7.2
马底驿组	0.04	0.03	0.03	0.07	0.05	0.07	0.07	0.06	0.04	23
五强溪组	0.04	0.03	0.03	0.05	0.04	0.05	0.05	0.05	0.09	18
白垩系	0.46	0.45	0.40	0.41	0.38	0.36	0.34	0.58	0.66	3.19

3 已知矿区不同地质体烃汞异常场特征

为了查明沃溪矿区不同地质体烃汞组分的分布和V₆号脉垂向分带特征,在鱼儿山矿段V₆号脉-400、-425、-450 m标高分别采集了矿体—强蚀变—弱蚀变—未蚀变围岩新鲜岩石样,共分析测试了83件样品中Au、Sb、W、As、Bi、Mo、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、乙烯、丙烯、吸附汞等16个指标。

3.1 矿体及近围烃汞分布特征

矿区不同地质体样品分析结果(表4)表明,烃汞组分在不同类型地质体中的算术平均含量均显著高于背景值, 说明烃汞组分参与成矿,并起到积极的作用。从矿体—强蚀变—弱蚀变—未蚀变围岩,各烃汞组分含量明显呈由高变低的变化特征,显示出成矿元素Au与烃汞组分之间具有同步消长关系,说明成矿热液在就位、沉淀成矿过程中,其伴生的烃汞组分受热力作用、内压作用和浓度梯度变化的驱动,不断向周边围岩扩散,最终会形成一个以矿体为中心的晕圈异常。

表4 矿区不同地质体烃类组分含量特征

Table 4 Content characteristics of hydrocarbon and merury in different geobody in mine district

	Au	甲烷	乙烷	丙烷	异丁	正丁	异戊	正戊	乙烯	丙烯	汞
背景值	8.9	161	34.4	20.6	1.46	6.5	1.2	1.8	28.8	21.3	2.2
矿体	3000	5877	865	272	17	79	12	22	747	504	36
强蚀变	1246	4331	626	199	13	62	10	17	576	411	36
弱蚀变	284	1010	163	59	4	18	3	5	138	91	89
未蚀变	28	501.2	81.8	31.5	2.0	9.2	1.5	3.0	64.6	40.9	6.5

注:烃类含量单位为μL/kg;吸附汞、Au含量单位为10^-9。

各烃汞组分在不同地质体中的含量虽然不同,但各组分之间的高低变化组成比例是同步协调的,这表明各烃类组分与Au来源于同一母体,且经历了类似的地质地球化学历程。烃汞组分异常信息能较好地反映或指示金矿化信息。

3.2 矿体构造原生叠加晕特征

根据李惠教授对不同矿区金矿体构造叠加晕深部找矿预测研究成果^[18,19,20],通过对鱼儿山矿段V₆脉成矿元素金及烃汞组分和部分微量元素进行的相关分析、R型聚类分析和矿体构造叠加晕纵向分带特征分析,可得出如下认识:

相关性分析(表5)表明,Au与甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、乙烯、丙烯和吸附汞均具有较好的相关性,说明烃汞参与成矿并具有同源性。

表5 鱼儿山矿段各指标相关系数统计

Table 5 Calculation results of relevant parametersin Yuershan district

指标	Sb	W	Au	甲烷	乙烷	丙烷	异丁	正丁	异戊	正戊	乙烯	丙烯	汞
Sb	1.00
W	0.06	1.00
Au	0.64	0.18	1.00
甲烷	0.24	0.13	0.63	1.00
乙烷	0.21	0.12	0.64	0.99	1.00
丙烷	0.17	0.13	0.56	0.98	0.99	1.00
异丁	0.17	0.14	0.55	0.98	0.98	0.99	1.00
正丁	0.16	0.15	0.57	0.98	0.99	0.99	0.99	1.00
异戊	0.14	0.16	0.54	0.98	0.98	0.99	0.99	0.99	1.00
正戊	0.15	0.16	0.57	0.98	0.99	0.99	0.99	0.99	0.99	1.00
乙烯	0.26	0.17	0.68	0.99	0.99	0.98	0.98	0.98	0.97	0.98	1.00
丙烯	0.27	0.19	0.72	0.98	0.98	0.97	0.97	0.97	0.96	0.97	0.99	1.00
汞	0.13	0.38	0.70	0.29	0.34	0.26	0.25	0.28	0.25	0.30	0.37	0.41	1.00

对V₆脉矿石样品16个变量的分析结果进行统计,得到聚类分析谱系图(图3),按相似水平20进行分类,元素可以分为3组。

图3

图3 鱼儿山矿段V₆脉R型聚类分析谱系

Fig.3 General graph of R-type cluster analysis of V₆-vein in Yuershan district

1组:烃类组分(C₁~C₉),相关性良好,相关系数均接近1,但该组分呈分散状态,且与成矿元素Au相关性良好,Sb、W的相关性相对较差,说明该组分在成矿过程中参与程度较高。

2组:Mo、Sb组合,该组合比较独特,相关系数达0.98,相关性良好, Mo呈分散状态,并没有形成独立的矿体。而Sb形成了独立矿体,与Au相关性比较好(相关系数0.64),表明Mo参与成矿活动。

3组:As、Hg、Au、W,该组元素中的Au、W为成矿元素,其他为分散元素,其中As、Hg、Au关系最为密切,Au跟As、Hg吸附汞相关系数分别为0.668、0.737、0.987,说明该组元素参与成矿活动。但Au与W相关性相对较差(相关系数0.182),如果相似性水平按15分类,W单独可分一类,这说明Au、W成矿大部分不在同一期,而且W与烃类气体相关性较差(相关系数0.15),Au与烃类气体相关性较好(相关系数0.5~0.7之间),说明W矿成矿过程中烃类气体参与较少,Au矿成矿过程中烃类气体大量参与。

根据V₆脉不同中段矿石样品化验结果,分别计算了Hg、W、Au、Sb、As、Bi、Mo 和烃类组分等16个指标的分带指数并进行排序,发现V₆脉元素纵向分带序列为:甲烷、Sb、Mo、W、Au、As、乙烷、乙烯、丙烯、Hg、丙烷、正丁烷、Bi、异戊烷、正丁烷、正戊烷。纵向分带比较混乱,说明V₆脉成矿具有多期次叠加的特点。据以往沃溪矿区鱼儿山矿构造叠加晕研究成果^[21],前缘晕元素为Hg、As,尾晕元素为Mo、Bi,结合本次分带指数研究,按前缘晕元素Hg、As、烃类气体,尾晕元素Mo、Bi,圈定V₆脉在-400~-450 m区间元素异常范围,总结了元素垂向分带规律,建立了V₆脉构造叠加晕分带模式(图4),根据构造叠加晕判别原则^{[17,18,19,20]},证实V₆矿脉具有明显的构造叠加特点。

图4

图4 鱼儿山矿段V₆脉元素垂向分带模式示意

Fig.4 Sketch of element vertical zoning mode of V₆-vein in Yuershan district

3.3 矿体上方土壤烃汞叠加异常特征

矿体上方烃汞土壤测量主要根据坑道调查结果与其对应的地表位置87勘探线开展,采样点距20 m,采集B层(或C层)土壤样品,分析了Au、Sb、W、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、乙烯、丙烯、吸附汞等13个指标,目的是查明已知矿体上方土壤烃汞与成矿元素Au、Sb、W之间的关系,是否存在叠加的特点以及空间对应关系,以指导预测区土壤烃汞综合气体异常的评价。

3.3.1 土壤元素相关性分析

元素组合是元素亲和性在地质体内的具体表现^[25,26],为了对不同变量进行有效分类,引用相关分析等多元统计分析方法是可行的^{[25,26,27,28,29]}。相关分析(表6)表明,土壤中Au与甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、丙烯、吸附汞呈正相关,说明土壤中的Au有部分来自深源热液叠加。

表6 鱼儿山矿段土壤元素相关系数统计

Table 6 Relevant parameters of soil elements in Yuershan district

指标	Sb	W	Au	甲烷	乙烷	丙烷	异丁	正丁	异戊	正戊	乙烯	丙烯	汞
Sb	1.00
W	0.37	1.00
Au	0.45	0.85	1.00
甲烷	0.11	0.15	0.23	1.00
乙烷	0.11	0.23	0.30	0.76	1.00
丙烷	0.31	0.14	0.19	0.47	0.80	1.00
异丁	0.32	0.20	0.25	0.57	0.73	0.81	1.00
正丁	0.40	0.12	0.17	0.39	0.65	0.92	0.78	1.00
异戊	0.42	0.03	0.07	0.30	0.35	0.61	0.62	0.71	1.00
正戊	0.45	-0.03	0.02	0.24	0.21	0.51	0.51	0.66	0.79	1.00
乙烯	0.48	-0.09	-0.09	-0.03	-0.13	0.32	0.28	0.46	0.48	0.63	1.00
丙烯	0.24	0.03	0.08	0.14	0.21	0.35	0.30	0.32	0.36	0.29	0.38	1.00
汞	0.62	0.15	0.16	0.12	0.09	0.31	0.32	0.40	0.34	0.41	0.45	0.26	1.00

3.3.2 土壤地球化学异常特征

土壤地球化学异常分布和空间对应关系有如下特征(图5):

图5

图5 鱼儿山矿段87线土壤地球化学剖面

1—第四系;2—板溪群五强溪组;3—板溪群马底驿组;4—浮土;5—板岩;6—砂质板岩;7—甲烷;8—乙烷和丙烷;9—异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷;10—乙烯;11—丙烯;12—断层及编号;13—矿脉及编号;14—蚀变岩;15—采样点

Fig.5 Soil geochemistry profiles of line 87 in Yuershan district

1—Quaternary system;2—Wuqiangxi formation of Banxi group;3—Madiyi formation of Banxi group;4—drifting dust;5—slate;6—sandy slate;7—methane;8—ethane,propane;9—isobutane,N-butane,isopentane,N-contour;10—ethylene;11—propylene;12—fault and number;13—vein and number;14—alterated rock;15—sampling point

土壤中Au、Sb、W、Hg和烃类组分形成了3个较好的综合异常,即AS₁、AS₂、AS₃,总体来看,3个综合异常中Au、Sb、W明显高于异常下限,异常发育良好;Hg高于异常下限值(120×10^-9)1~3倍;稳定性良好的饱和链烃类C₁(甲烷)在AS₂综合异常处高于异常下限值(6 μL/kg)7倍,C₂(乙烷和丙烷)、C₃(正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷)异常发育相对较好,均高于异常下限值1倍;而稳定性较差的不饱和烃类C₄(乙烯)、C₅(丙烯)异常相对较差,总体来看单元素异常套合较好。

AS₁和AS₃综合异常峰与V₁脉对应良好,两峰值之间的相对低值区对应为V₁脉,烃类的高值异常峰分布在AS₃号异常一带,位于矿体倾斜方向尾部,AS₁和AS₃号异常形成了明显的对偶双峰异常模式,控制V₁脉产出位置。

在AS₁~AS₃两峰值之间的相对低值区出现AS₂号烃汞异常,并且Au、Hg、链烷烃类(C₁、C₂、C₃)和成矿元素(Au、Sb、W)形成良好的综合异常,与深部V₆盲脉头部对应良好,具有头部异常的特征,而V₆盲脉尾部异常还没有出现,根据“对偶双峰异常模式”特征^[1],表明AS₂以北具有较好的找矿前景。

87线土壤烃汞综合异常空间对应关系表明,在AS₁和AS₃形成的对偶双峰异常模式中,头部异常峰(AS₁)和尾部异常峰(AS₃)与已知矿体V₁产出位置对应良好,在两峰之间烃汞相对低值区出现具有头部特征的烃汞和成矿元素形成的综合异常(AS₂),并且与深部平行盲脉V₆的头部对应良好,说明V₆盲脉形成了另一个对偶双峰异常模式并且叠加在前一个(V₁脉)对偶双峰异常模式之上,形成对偶双峰异常叠加模式的特点比较明显。这与目前鱼儿山V₁和V₆脉深部开采情况十分吻合。

4 预测区土壤烃汞综合异常场特征及成矿预测

预测区主要是指红岩溪和马儿桥矿段,其中红岩溪矿段原来主要开采V₁脉,因资源危机,于2014年停采闭坑;马儿桥矿段在20世纪70年代开展地质普查工作,地表发现较好的金钨矿化,曾施工过12个钻孔验证,效果不理想。2006年沃溪危机矿山项目又开展传统的 1∶1万土壤化探扫面工作,获得一批较好的Au、Sb、W等元素综合异常,图7中地表槽探(TC4703)揭露取得过较好的找矿信息(Au平均品位1.93×10^-6,矿体厚1.35 m),但钻探(ZK4701)验证效果较差。通过在红岩溪和马儿桥矿段开展烃汞土壤地球化学剖面测量,采用烃汞叠加晕法进行综合评价,其结果如下。

图7

图7 马儿桥矿段161线土壤地球化学剖面

1—白垩系;2—马底驿组;3—杂砂岩;4—板岩;5—甲烷;6—乙烷、丙烷;7—异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷;8—乙烯;9—丙烯;10—矿脉及编号;11—蚀变带;12—采样点

Fig.7 Soil geochemistry profiles of line 161 in Maerqiao district

1—Cretaceous system;2—Madiyi formation of Banxi group;3—graywacke;4—slate;5—methane;6—ethane,propane;7—isobutane,N-butane,isopentane,N-contour;8—ethylene;9—propylene;10—vein and number;11—alteration zone;12—sampling point

4.1 烃汞叠加异常特征

4.1.1 红岩溪矿段

相关分析(表7)表明,红岩溪矿段131线土壤中Au与甲烷、乙烷、丙烷、丙烯、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、乙烯、丙烯、汞相关性较好,且Au、Sb、W之间相关性较好,说明Au与烃类组分具有同源性^[30],土壤中的Au、Sb、W具有深源叠加的特点,对深部找有利。

表7 红岩溪131线土壤元素相关系数

Table 7 Relevant parameters of line 131 soil elements in Hongyanxi district

指标	Sb	W	Au	甲烷	乙烷	丙烷	异丁	正丁	异戊	正戊	乙烯	丙烯	汞
Sb	1.00
W	0.29	1.00
Au	0.66	0.29	1.00
甲烷	0.39	0.02	0.31	1.00
乙烷	0.44	0.03	0.24	0.84	1.00
丙烷	0.65	0.06	0.51	0.73	0.75	1.00
异丁	0.62	0.06	0.41	0.57	0.58	0.75	1.00
正丁	0.62	0.03	0.41	0.56	0.62	0.89	0.78	1.00
异戊	0.54	0.01	0.33	0.26	0.26	0.55	0.71	0.61	1.00
正戊	0.63	0.14	0.47	0.38	0.41	0.69	0.76	0.86	0.72	1.00
乙烯	0.67	0.11	0.49	0.56	0.49	0.86	0.75	0.83	0.57	0.72	1.00
丙烯	0.41	0.08	0.30	0.54	0.42	0.54	0.45	0.40	0.26	0.32	0.49	1.00
汞	0.64	0.18	0.71	0.30	0.23	0.50	0.44	0.44	0.29	0.48	0.56	0.35	1.00

土壤烃汞异常分布、异常结构和空间对应关系研究表明(图6),土壤中Au、Sb、W、Hg和烃类组分形成了3个较好的综合异常,即AS₁、AS₂、AS₃,其中,AS₁综合异常相对较差(因采矿丢样);AS₂、AS₃综合异常发育相对较好,异常元素 Au、Sb、Hg、C₁(甲烷)、C₂(乙烷和丙烷)、C₃(正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷)均形成较好异常,Au、Hg异常峰值高于背景2倍,其他指标均在1倍以上, C₄(乙烯)、C₅(丙烯)相对较差,单元素异常套合相对较好。

图6

图6 红岩溪矿段131线土壤地球化学剖面

1—第四系;2—白垩系;3—板溪群五强溪组;4—板溪群马底驿组;5—浮土;6—砂砾岩;7—板岩;8—甲烷;9—乙烷、丙烷;10—异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷;11—乙烯;12—丙烯;13.断层及编号;14.矿脉及编号;15.蚀变岩;16.采样点

Fig.6 Soil geochemistry profiles of line 131 in Hongyanxi deposit

1—Quaternary system;2—Cretaceous system;3—Wuqiangxi formation of Banxi group;4—Madiyi formation of Banxi group;5—drifting dust;6—graywacke;7—slate;8—methane;9—ethane,propane;10—isobutane,N-butane,isopentane,N-contour;11—ethylene;12—propylene;13—fault and number;14—vein and number;15—alterated rock;16—sampling point

烃类异常结构和空间分布表明:AS₁和AS₃综合异常与V₁脉对应良好,两峰值之间的相对低值区对应为V₁脉,烃类的高值异常峰分布在AS₃号异常一带,位于矿体倾斜方向尾部,并呈现明显的对偶双峰异常模式,并与V₁脉产出位置对应良好。

在AS₁~AS₃两峰值之间的相对低值区出现AS₂号烃汞异常,Au、Hg、链烷烃类(C₁、C₂、C₃)和成矿元素(Au、Sb、W)形成良好的综合异常,并与深部V₆盲脉头部对应良好,具有头部异常的特征,而V₆盲脉尾部异常还没有出现,表明AS₂以北具有较好的找矿前景。

131线土壤烃汞综合异常空间对应关系与鱼儿山矿段87线具有相同的特点,131线中AS₁和AS₃综合异常形成对偶双峰异常模式,控制V₁脉位置。在两峰之间烃汞相对低值区出现AS₂综合异常,并且与深部平行盲脉V₆的头部对应良好,说明V₆盲脉形成了另一个对偶双峰异常模式并且叠加在前一个(V₁脉)对偶双峰异常模式之上,形成对偶双峰异常叠加模式,表明AS₂综合异常就近找矿及以北地段均具有较好的找矿前景。

4.1.2 马儿桥矿段

相关分析(表8)表明,马儿桥矿段161线土壤中Au与烃汞相关性较差(相关系数接近0),说明土壤中的Au没有深源叠加的特点,因此其深部找矿潜力较差。

表8 马儿桥161线土壤元素相关系数

Table 8 Relevant parameters of line 161 soil elements in Maerqiao district

指标	Sb	W	Au	甲烷	乙烷	丙烷	异丁	正丁	异戊	正戊	乙烯	丙烯	汞
Sb	1.00
W	0.11	1.00
Au	0.18	0.38	1.00
甲烷	(0.04)	(0.18)	(0.06)	1.00
乙烷	(0.07)	(0.16)	(0.07)	0.99	1.00
丙烷	0.15	(0.11)	(0.03)	0.87	0.87	1.00
异丁	0.21	(0.17)	(0.02)	0.72	0.69	0.85	1.00
正丁	0.24	(0.05)	0.00	0.71	0.70	0.94	0.84	1.00
异戊	0.21	(0.19)	(0.05)	0.43	0.40	0.67	0.87	0.74	1.00
正戊	0.28	(0.00)	0.02	0.54	0.50	0.77	0.79	0.87	0.80	1.00
乙烯	0.60	(0.05)	0.21	0.19	0.13	0.48	0.58	0.58	0.60	0.64	1.00
丙烯	0.44	(0.15)	0.06	0.77	0.73	0.89	0.84	0.85	0.65	0.75	0.74	1.00
汞	0.55	(0.05)	0.15	0.02	(0.01)	0.31	0.35	0.40	0.37	0.42	0.81	0.54	1.00

土壤烃汞异常分布、异常结构和空间对应关系研究表明(图7),土壤中Au、Sb、W、Hg和烃类组分形成了AS₁、AS₂、AS₃、AS₄ 4个综合异常,其中AS₁、AS₂、AS₃主要以Hg异常为主,C₁(甲烷)、C₂(乙烷和丙烷)、C₃(正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷)、C₄(乙烯)、C₅(丙烯)异常均较差。AS₄综合异常中烃汞异常相对较好,Hg、C₁(甲烷)、C₂(乙烷和丙烷)、C₃(正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷)、C₄(乙烯)、C₅(丙烯)均形成相对较好异常,但往北未封闭。

成矿元素Au、Sb在AS₁异常区发育较好,其他异常区只见Sb异常。

烃类异常结构和空间分布表明,AS₂号和AS₄号异常虽然具有对偶双峰异常模式,但中部低值区控制V₅蚀变带,缺乏Au异常,烃类异常较差,找矿意义不大。

AS₃号异常产于AS₂和AS₄号异常形成的对偶双峰异常模式相对低值区,与F1断层(V₁脉)地表出露位置对应,Hg和C₂(乙烷和丙烷)为弱异常,具有V₁脉头部异常特点,但由于该异常烃汞和成矿元素异常强度较低,找矿意义不大。

AS₄综合异常烃汞异常发育较好,异常元素组合全,强度相对较强,异常往北未封闭,存在深部盲脉(V₁、V₆)叠加的可能,但成矿元素异常较差,AS₄综合异常就近找矿意义不大,但不排除往北找矿的可能。

4.2 成矿预测及验证情况

对上述红岩溪和马儿桥矿段土壤烃汞综合异常特征总结和烃类组分异常衬度计算结果(表9)表明,沃溪矿区蚀变带矿化至少存在两种不同的地球化学成矿叠加作用,形成两类叠加异常,即同生叠加异常和深源叠加异常。

表9 红岩溪—马儿桥矿段异常元素衬值

Table 9 Contrast value of each abnormal element of Hongyanxi-Ma'erqiao ore block

矿段	特征值	Hg	C₁	C₂	C₃	C₄	C₅
全区	异常下限	120	6	0.6	0.3	13	3
红岩溪	异常均值	188	7.5	1.3	0.7	24.4	3.9
	衬值	1.56	1.25	2.17	2.33	1.87	1.3
马儿桥	异常均值	177	5.84	0.56	0.27	10.57	1.94
	衬值	1.47	0.97	0.93	0.9	0.81	0.64

注:烃类含量单位为 μL/kg;吸附汞含量单位为10^-9;衬值=异常平均值/异常下限值。

深源叠加异常以红岩溪矿段为代表,其特征是:土壤中的Au与烃类组分相关性较好,说明土壤中Au与烃类组分具有同源性,而烃类组分异常反映其为深部成矿热液带来的。该区形成的AS₁、AS₂、AS₃综合异常烃汞组分比较齐全,异常强度相对较强,异常衬度值相对较高(表8),具有明显的深源叠加特征,预示深部找矿潜力较大。同时,在已知V₁脉由AS₁~AS₃两烃汞综合异常组成的对偶双峰异常模式低值区出现AS₂深源叠加异常,预示V₁脉下部存在平行盲脉,推测为深部V₆脉叠加形成,具有较好的找矿潜力。

同生叠加异常以马儿桥矿段为代表,土壤中的Au与烃汞不相关(表7),说明土壤中没有深源热液带来成矿物质的叠加,该区形成的AS₁、AS₂、AS₃、AS₄ 4个综合异常烃汞组分异常组分较简单,异常强度较弱,异常衬度值相对较低(均小于1)(表8),并且都缺乏稳定性良好的饱和链烃类C₂(乙烷和丙烷)、C₃(正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷)异常和不饱和烃类C₄(乙烯)、C₅(丙烯)异常。结合以往勘查成果,认为该类异常形成是在区域变质或动力变质作用下,地层中元素的进一步活化、迁移、初步富集而成,为同生叠加异常,找矿意义不大。

通过对红岩溪矿段131线和马儿桥161线开展钻探验证,结果如下:

红岩溪矿段在131线AS₂异常中心位置施工了一个钻孔ZK13501(图6),在标高-210 m处发现了真厚度8.58 m、Au平均品位为3.55×10^-6的金矿体,同时,矿山企业在131线东面的129线、西面的135线、137线同时施工了7个钻孔,目前有4个钻孔取得了良好的找矿效果,其他还在施工中。

在马儿桥矿段161线AS₄异常位置,为了验证烃汞异常结论,施工了一个钻孔ZK16101(图7),在标高-160 m处发现厚度9.27 m蚀变带,取样分析Au品位0.16×10^-6,与预测结果一致。

5 分析与探讨

研究表明,中大型金矿床大多具有多期成矿的特点^{[17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31]},按地质成因,地球化学场可分为地球化学同生场和地球化学叠加场两大部分。同生场反映成岩作用的元素分布,叠加场反映后期蚀变矿化作用的元素分布^[25]。通过对沃溪矿区土壤烃汞组分与成矿元素异常叠加特点研究发现,土壤中烃汞组分与成矿元素形成的综合异常与矿化蚀变关系十分密切,一般来说,构造蚀变带地表出露或者深部矿体产出的位置均形相对较好的烃汞综合异常,前人大量的烃类异常与矿体对应关系以及烃类异常形成的机理研究成果都得到了较好的证明^{[7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]}。但由于不同的地质地球化学成矿作用或者多期成矿作用的叠加,使得地球化学场通常表现为复杂的叠加场。根据叠加场形成的机理不同,笔者将地球化学叠加场划分为同生叠加场和深源叠加场。同生叠加场反映区域变质或者动力变质作用形成的,成矿元素主要来自地层,由于变质作用,变质热液将地层中成矿元素重新活化、迁移、富集,在构造有利部位形成良好的成矿元素的地球化学叠加异常,这类叠加异常由于缺乏后期成矿热液带来成矿物质的叠加,一般形成异常面积较小,异常元素组合不全,除成矿元素外其他组分异常强度相对较低,可能会形成较好的矿点,形成中大型矿床的机遇相对较小;深源叠加场反映深源含矿热液带来成矿物质叠加形成的异常,是对同生叠加场的再次叠加,其异常元素组合相对齐全,成矿元素异常不一定很强,但能代表深源组分的异常强度都处于较高水平,多种研究方法表明具有深源热液带来成矿物质的叠加特点。两者虽然都具有叠加特点,但从找矿意义来讲,代表的是性质和意义截然不同的两种地质地球化学作用过程。所以,传统的地球化学勘查或者单一的地球化学勘查新方法虽然可表征元素异常模式和异常结构特征,但由于缺乏异常元素叠加特点的进一步研究,在地球化学意义的表征、变化规律和结构的揭示等还是不够严格。一般来说,元素组合的成因特征能有效地反映地质地球化学的多期性^[26]。而有效的多元统计分析方法,能够对研究矿床形成环境、成矿期次、成矿阶段、不同的元素组合等提供支持^[29]。所以,利用多元统计分析方法,从分布复杂、无序的地球化学元素中提取与深部成矿有关的参数,来阐明地球化学异常与深部成矿统一的表征和定位,才是地球化学深部找矿评价的有效途径。

基于上述分析,通过运用烃汞叠加晕找矿方法对研究区内土壤地球化学所获得的烃汞和成矿元素形成的综合异常进行分类筛选,认为鱼儿山—红岩溪矿段为深源叠加异常,马儿桥矿段为同生叠加异常,再加强了烃汞对偶双峰异常模式的叠加特点研究并进行深部找矿预测,通过钻探研究取得了良好的预测效果。

6 结论

1) 研究区烃汞测量土壤采样层位以C层(或B)为主;土壤和原生晕(岩石)样品加工粒度为-200目。

2) 烃汞组分在区域地层处于较低含量水平,对背景场影响较小;区域烃汞组分背景含量明显低于矿区背景,说明矿区烃类组分具有明显的叠加特点;区域地层岩石风化成壤烃类组分贫乏严重,从而证明土壤烃类组分异常的形成与后期成矿活动的叠加改造关系密切。

3) 烃汞组分含量在矿石与蚀变围岩中明显高于未蚀变岩,矿脉中Au与烃汞组分相关性良好,说明本区成矿过程中存在有机物的参与,其中的烃汞组分可作为该区找矿预测的重要标志。

4) 研究区内土壤地球化学叠加场存在同生叠加场和深源叠加场2大类。

同生叠加场深部找矿效果较差,而深源叠加场深部找矿效果良好,从找矿意义来讲,深源叠加场又可分为2类综合异常,一类是成矿元素和烃汞类组分异常均发育良好,异常强度较强,如果成矿元素异常峰值较高,异常面积较大,说明浅部(就近)找矿效果较好,并且沿矿脉倾斜方向的深部找矿潜力较大;二类是成矿元素和烃汞类组分异常均发育一般,异常强度相对较弱,说明浅部(就近)找矿效果一般,但沿构造控矿层倾斜方向的深部存在一定的找矿潜力,是下一步深部找矿的重点靶区。

5) 研究区烃汞综合异常模式主要以对偶双峰异常模式为主,头部峰和尾部峰控制矿脉产出位置,两峰值之间的相对低值区对应为矿脉,如果在低值区内出现成矿元素和烃汞类异常峰,表明由深部平行盲脉叠加造成,矿体的剥蚀深度,取决于矿体尾部异常的位置。

6) 矿区烃汞叠加晕研究成果及钻探验证,不但显示了红岩溪矿段及以北白垩系红层地区具有较大的深部找矿潜力,马儿桥矿段深部找矿潜力相对较差,同时表明了烃汞叠加晕法在盖层厚和红层覆盖区也能发挥其独特的技术优势,开拓了地球化学深部找矿新的技术手段。

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