0 引言
近年来,国内外地质科技工作者依据汤中立院士的“小岩体成大矿”[1]的成矿理论建立了超基性岩铜(铂)镍矿床的岩浆通道成矿模式和岩浆通道成矿系统模型[2],并依据该成矿理论建立了甘肃金川、吉林红旗岭、云南金宝山、云南白马寨等超基性岩的成矿模型,为岩浆岩金属硫化物矿区的深部找矿工作提供了理论支撑。大地电磁测深技术是深部地质研究及找的矿重要技术手段,近年来国内地质工作者使用大地电磁测深、音频大地电磁测深等综合手段进行了岩浆岩型金属硫化物矿床的深部找矿工作,取得了很好的找矿效果[3,4]。在对金川铜镍矿床岩浆通道的研究过程中,国内地质学者尝试通过铂族元素以及w(Ni)/w(Cu)比值变化特征来判断岩浆通道的运移方向,取得了较好的效果[2,5-6]。
四川省丹巴县杨柳坪铜镍硫化物矿床为20世纪80年代探明的大型低品位岩浆铜镍硫化矿床,由杨柳坪、正子岩窝、协作坪、台子坪等4个矿段组成,平均Ni品位为0.39%。经过10多年的开采,各矿段中品位较高的部分(Ni品位大于0.7%)已经被开采殆尽,亟待寻找新的接替资源。依据前人的研究成果,杨柳坪超基性岩铜镍矿床属于岩浆通道系统成矿[7,8,9],但未对其岩浆通道系统进行研究,导致该地区深部找矿工作无法开展。本次研究工作根据“小岩体成大矿”和“岩浆通道成矿系统”理论,运用w(Pd)/w(Ir)、w(Ni)/w(Cu)在各矿体品位的变化规律判断岩浆通道的运动方向,依据早年的地面高精度磁测资料,采用地质剖面、地面高精度磁测剖面及音频大地电磁测深(AMT)方法寻找隐伏岩浆通道。通过AMT测深资料的二维反演,圈定了与岩浆通道有关的低阻异常体,推动了矿区的深部找矿工作。
1 区域及矿区地质特征
丹巴地区大地构造位于松潘—甘孜造山带中的丹巴弧形构造岩片之上,多层次的顺层剪切带及穹状构造体发育是丹巴地区一个典型的构造特征[10]。丹巴地区的矿床大多与穹隆构造有关,分别有:产在杨柳坪穹隆的杨柳坪铜镍矿床、产在铜炉房穹隆中的铜炉房金矿、产在青杠林穹隆中的独狼沟金矿床、产于格宗穹隆南东翼的落河洞金矿。
丹巴地区位于峨眉山大火成岩省北部。区内与峨眉山地幔柱有关的基性—超基性岩浆岩大量发育,围岩为泥盆系危关组二段(Dw2)、三段(Dw3)片岩、变砂岩、千枚岩,喷出岩为二叠系大石包组(P2d)蚀变玄武岩,顺层韧性剪切带发育。在2000年的大调查项目中[11],在杨柳坪矿区南东方向的鱼海子一带大石包组蚀变玄武岩(P2d)中发现了大量呈NW向墙状产出的集块岩,表明该地区存在基性岩的岩浆喷发通道。
图1
岩石的自变质作用强烈,种类较多,由岩体底部至顶部依次出现蛇纹岩岩相带、滑石岩相带、次闪石岩相带和蚀变辉长岩相带。根据岩矿鉴定及化学分析恢复原岩为方辉橄榄岩相、二辉橄榄岩相、二辉辉石岩相和辉长岩相。岩体具明显分异现象,规模大者分异好,除辉长岩相外,均含矿,尤以岩体下部的二(方)辉橄榄岩或方辉辉橄岩相含矿最好,蚀变辉长岩相不含矿。
丹巴杨柳坪金属硫化物矿床总资源量为大型,但品位均较低。杨柳坪矿段的平均Ni品位为 0.31%~0.38%;正子岩窝矿段平均Ni品位 0.29%~0.48%;协作坪矿段平均Ni品位为0.41%~0.48%;台子坪矿段平均Ni品位0.15%~0.198%。整个矿床伴生元素的平均品位分别为Cu:0.146%,Co:0.016%,ΣPt:0.5×10-6,Au:0.2×10-6,Ag:3.43×10-6。
2 地球化学特征及岩浆流动方向判断
铂族元素(PGE)地球化学性质对岩浆演化过程十分敏感,是良好的地质过程指示剂。Cu、Ni、Co等元素在硫化物中常有着与 PGE 相似的物理化学性质,统称为亲铜元素。前人实验研究表明,PGE在硫化物/硅酸盐岩浆中的分配系数高达104~106,Ni、Cu等在两者中的分配系数在102左右。在硫化物的结晶分离过程中,PGE 极易进入硫化物相,从而造成硅酸盐熔体中PGE的显著亏损[6]。
杨柳坪矿区所有的岩体都经过了强烈后期蚀变,岩浆的后期热液、大气降水或者变质流体等均可能引起铂族元素(PGE)的活动迁移。后期蚀变作用易引起Pd、Ir之间的分离,Ir的热液活动性较弱,而Pd相对活动性更强。在使用w(Pd)/w(Ir)和w(Ni)/w(Cu)比值判断岩浆的流动方向之前,先使用了2018年杨柳坪矿区补充详查所采集的12组组合分析样品的PGE元素分析结果,对这些样品的副样进行了Rb、Sr分析,以了解PGE元素受热液蚀变后的活动迁移情况。各样品中的PGE元素(Ru、Rh、Pt和Pd与Ir)具有良好的线性相关性(图2),而Sr和各PGE元素的相关性较差(图3)。 Rb和Sr与PGE的相关性暗示与Rb、Sr相关的热液蚀变虽然对PGE的含量有一定影响,但影响不大。
图2
图3
图3
Rb、Sr和PGE的相关关系
Fig.3
PGE-Rb,PGE-Sr covariation diagram of Yangliuping Cu-Ni sulfide deposit
为了判断各岩体的先后生成顺序,本次选用了台子坪矿段、杨柳坪矿段和正子岩窝矿段1979年和2018年各矿段的钻探工程原始分析数据进行算术平均后计算比值(表1),协作坪矿段未能收集到PGE元素的详细分析结果,故未计算w(Pd)/w(Ir)比值。
表1 杨柳坪矿区Ni、Cu、Pd和Ir元素统计
Table 1
| 岩体名称 | 平均含量 | 比值 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| w(Ni)/% | w(Cu)/% | w(Pd)/10-6 | w(Ir)/10-6 | w(Ni)/w(Cu) | w(Pd)/w(Ir) | |
| 协作坪 | 0.433 | 0.176 | 2.46 | |||
| 正子岩窝 | 0.347 | 0.161 | 0.321 | 0.015 | 2.16 | 21.4 |
| 杨柳坪 | 0.317 | 0.093 | 0.1115 | 0.0125 | 3.41 | 8.92 |
| 台子坪 | 0.1855 | 0.0537 | 0.0975 | 0.01187 | 3.45 | 8.22 |
从表1中可以看出,协作坪矿段w(Ni)/w(Cu)比值为2.46,正子岩窝矿段w(Ni)/w(Cu)比值为2.16,杨柳坪矿段w(Ni)/w(Cu)比值为3.41,台子坪矿段w(Ni)/w(Cu)比值为 3.45,w(Ni)/w(Cu)比值呈由低到高的趋势,而相应的w(Pd)/w(Ir)比值呈由高到低的趋势。硫化物上侵过程中,岩浆通道前缘和边缘部位温度下降最快,在此类位置岩浆结晶迅速,形成的矿石相对富集Ni和IPGE(铱族铂族),而在通道中心部位,尤其是靠近岩浆通道口附近,温度下降较慢,岩浆结晶速度较缓,相对富集残余硫化物熔浆,结晶形成的矿石中相对富集PPGE及Cu[6]。由于Cu-Ni硫化物矿浆在深部岩浆房和上升过程中存在单硫化物固溶体熔离作用, 因此,在硫化物矿床中可利用w(Ni)/w(Cu)比值、铂族金属含量等来判断岩浆通道的运移方向[2,5]。根据金川[5]、Hawk Ridge[12]、沃伊西湾(Voisey’s Bay)[13,14]等国内外铜镍硫化物矿床的矿床特征综合分析,越靠近岩浆通道口的铜镍矿体的品位越高,在成矿时间上,越晚期侵位的矿体其品位越高。
根据上述论述,对照表1认为台子坪岩体为前锋岩体,侵位时间最早,然后侵位的是杨柳坪岩体,最后侵位的正子岩窝岩体和协作坪岩体。
3 地球物理磁异常特征
3.1 岩矿石物性特征
表2 杨柳坪矿区岩(矿)石标本磁参数测定统计
Table 2
| 岩矿石名称 | 剩余磁化强度Jr/10-6CGSM | 磁化率κ/10-6CGSM | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 最小值 | 最大值 | 常见值 | 变化范围 | 最小值 | 最大值 | 常见值 | 变化范围 | |
| 稀疏浸染镍矿石 | 122 | 3743 | 773 | 300~1062 | 29 | 2643743 | 125 | 31~220 |
| 稠密浸染镍矿 | 402 | 9606 | 5293 | 756~9200 | 478 | 5819 | 3145 | 570~5720 |
| 矿化滑石岩 | 440 | 1297 | 868 | 440~1297 | 55 | 202 | 128 | 55~202 |
| 次闪石岩 | 84 | 195 | 140 | 84~195 | 26 | 29 | 28 | 26~29 |
| 蚀变辉长岩 | 124 | 138 | 131 | 124~138 | 38 | 213 | 126 | 38~213 |
| 石英大理岩 | 81 | 605 | 262 | 81~442 | 52 | 673 | 248 | 52~448 |
| 炭质板岩 | 86 | 134 | 106 | 86~128 | 92 | 191 | 132 | 92~175 |
| 绢云英片岩 | 73 | 276 | 199 | 80~275 | 252 | 690 | 417 | 252~690 |
表3 杨柳坪矿区岩(矿)石标本电性参数测定统计
Table 3
| 岩矿石名称 | 极化率η/% | 电阻率ρ/(Ω·m) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 最小值 | 最大值 | 常见值 | 变化范围 | 最小值 | 最大值 | 常见值 | 变化范围 | |
| 稀疏浸染镍矿 | 2.84 | 33.26 | 16.37 | 3.60~29.15 | 272 | 3200 | 1407 | 350~2460 |
| 稠密浸染镍矿 | 7.24 | 11.10 | 8.47 | 6.36~10.58 | 60 | 256 | 124 | 64~184 |
| 矿化滑石岩 | 12.70 | 13.93 | 13.32 | 12.70~13.93 | 1672 | 2073 | 18.72 | 1672~2073 |
| 次闪石岩 | 5.47 | 17.32 | 11.40 | 5.47~17.32 | 2233 | 2551 | 2392 | 2233~2551 |
| 蚀变辉长岩 | 5.39 | 4.27 | 4.83 | 4.27~5.39 | 3696 | 4652 | 4174 | 3696~4652 |
| 石英大理岩 | 3.74 | 18.12 | 8.70 | 3.74~14.15 | 4534 | 10409 | 7758 | 5416~10100 |
| 炭质板岩 | 9.66 | 38.35 | 21.63 | 9.66~34.21 | 218 | 4552 | 2004 | 218~4004 |
| 绢云英片岩 | 5.60 | 9.60 | 7.25 | 5.60~9.60 | 5352 | 11781 | 8726 | 5500~11781 |
由表2可以看出,镍矿石总磁化强度是围岩的3倍以上,镍矿体和围岩之间磁性差异明显,具备开展高精度磁测的前提。测区所获磁异常主要与铜镍矿(化)体及超基性岩体有关,地面磁测成果中的相对高磁异常可指示测区内成矿的有利部位和重点的找矿方向。
3.2 磁异常特征
由于杨柳坪地区局部地段地形切割强烈,无法进行规则测网布设,使用手持GPS进行定位精度本来就不高,加之断崖陡壁大量存在,在悬崖附近会使手持GPS信号丢失,影响了局部地区高精度磁测定位及磁测结果。另一方面,橄榄石在蛇纹石化过程中会析出大量的微细粒状磁铁矿, 从而使该岩相段产生磁异常[16]。在实际磁测过程中, 磁铁矿所显示出的磁场强度比磁黄铁矿显示出的磁场强度至少高出1 个数量级, 这就意味着含有10%磁铁矿的橄榄岩所显示的磁场强度不会低于由纯单斜晶系磁黄铁矿所构成的硫化物矿体所显示的磁场强度,对判断矿致磁异常产生明显干扰,因此对于磁异常物理意义的解释应谨慎,只有在磁异常与电法异常吻合的情况下才可判断矿致异常[16]。
图4
图4
杨柳坪矿区高精度磁异常及综合物探剖面布置
Fig.4
The plan of magnetic survey and profiles of integrated geophysics survey
在协作坪附近可见7处近于平行的高磁异常体,其中一处磁异常范围与产于滑石岩相中的矿体相吻合。位于协作坪与正子岩窝之间的打枪岩窝岩体见有滑石岩和次闪石岩出露,其规模大致与协作坪岩体群相当,但打枪岩窝岩体仅呈现出规模较小的弱磁异常。在协作坪一带由于地形较为有利,地表有镍矿体出露,地面高精度磁法测量的测网较为规则,有明显的多个高磁异常区出现,地表无较大规模的岩体或矿体出露,显示深部很可能有规模较大的隐伏岩体或者矿体。
4 岩浆通道位置判断与验证
4.1 岩浆通道位置的判断
根据w(Pd)/w(Ir)、w(Ni)/w(Cu)比值以及各矿体的矿化变化情况,可以大致判断出协作坪岩体最后侵位,岩浆通道可能就在协作坪岩体附近。
打枪岩窝岩体为位于深切割的银厂沟两岸出露的海拔最低的。在银厂沟下游方向(矿区北部)尽管地形切割强烈,仅见零星的小型超基性岩体顺层产出,未见有明显切层产出的岩体出露(图1),说明在打枪岩窝附近可能有岩浆侵入通道存在。依据地面高精度磁测成果,推测在协作坪矿体西及南西外围可能有隐伏的岩体或者矿体产出。
综上所述,推测杨柳坪矿区在协作坪矿体往南—南西一带有岩浆通道存在的可能,其空间位置与高磁性体异常范围一致。
4.2 岩浆通道位置的验证
为了验证对岩浆通道位置的推断,本次在协作坪西南布设了4条地面高精度磁法、电法(AMT)综合剖面,P1、P2和P3长800 m,方向145°,间距100 m。P4剖面用于了解协作坪矿体深部的地球物理特征,未平行于其他3条剖面布设,方向189°,长600 m。其中磁测点距为20 m点,AMT点距为100 m。本次磁测工作所参照的电性参数见表3。
由表3可以看出,镍矿石视电阻率明显低于围岩,镍矿石与围岩间具有较为明显的电性差异,具备开展音频大地电磁测深测量的前提。
此次AMT工作使用了凤凰公司的V8多功能电磁观测系统,磁法测量工作使用WCZ-1型质子磁力仪,野外工作严格依据《天然音频大地电磁法技术规程》(DZ/T 0305—2017)和《地面高精度磁测技术规程》(DZ/T 0071—1993)进行,AMT反演使用成都理工大学研发的MTSoft2D软件进行。
AMT测深数据通过二维反演(图5),结合区内岩(矿)石的特征,圈定出一条连续的高阻异常体。从SW到NE,相对低阻异常体的深度增加,延伸至海拔1 900 m之下,其厚度增大,最薄处为P2剖面,厚400 m,最厚处P3、P4,厚度大于1 700 m。低阻体宽度从P2~P4剖面逐渐增加,最宽处为P3剖面,大于800 m。从P2剖面到P4剖面,低阻异常体的厚度、宽度均变化很大,特别是P3剖面上低阻异常体的长度大于800 m,从海拔3 400 m延伸至海拔2 000 m以下。在P4剖面可见低阻异常体与相对高阻体呈陡倾角接触,宽度迅速变窄。从SW到NE低阻异常体埋深逐渐变浅,在P1、P2剖面上低阻异常体的形态变化较大,见有分支现象。
图5
图5
综合物探剖面切片
Fig.5
The slice diagram of profiles of integrated geophysics survey
从物探综合切片图(图5)可以看出, P4剖面从协作坪矿体上通过,该剖面上磁异常幅值较高,最高值分布在协作坪铜镍矿体上,说明矿体中磁性物质较多,而且在地表出露为泥盆系围岩的情况下,该剖面上也有较高的磁异常值,但矿(化)体中并不都是正磁异常,说明其磁性物质含量不均匀,矿(化)体的范围比磁异常的范围大。同样在P1、P2和P3剖面上,地表岩体出露地段的ΔT值一般都较低,局部岩体上方磁异常呈负值状态,而ΔT高值区的地表多为泥盆系危关组第二段的(Dw2)地层出露,说明下部有隐伏的磁性体产出。
本次圈定的低阻异常体东西向长度大于450 m,南北最长大于800 m,最大垂深超过1 700 m,在P1剖面上规模较小,形态变化大,在P1、P2剖面上有分支现象,往东其厚度逐渐变厚,宽度变大,形态变规则,在P4剖面上低阻体与高阻体的分界线突然变为直立。根据区内各地层的电阻率值(表3),结合各剖面上典型特征,推断在P1、P2、P3和P4剖面上出现的低阻层为隐伏的超基性岩体,依据其产出特征推断为一个总体产状直立的超基性岩岩筒,为一中心位置大致在P3剖面的隐伏岩浆岩浆通道。
5 结论
1) 依据丹巴杨柳坪铜镍硫化物矿床的w(Ni)/w(Cu)、w(Pd)/w(Ir)比值变化、矿化变化情况,判断出岩浆的流动方向为由南至北,其侵位先后顺序为:台子坪→杨柳坪→正子岩窝→协作坪。
2) 依据地形条件、含矿矿体的侵位先后顺序和地面高精度磁测成果的综合分析,推断出可能存在岩浆通道的位置,在此基础上选择地面高精度磁测的高磁异常区,利用AMT法观测深度大、反演后可以直观地反映深部地质构造特征的特点来寻找深部隐伏的岩浆通道的方法,对该矿区今后的深部找矿工作具有积极的意义。
3) 本区铜镍矿体、超基性岩体与区内其他岩类之间的电阻率差异较明显,因此通过地面高精度磁测与音频大地电磁测深相结合探查岩浆通道,了解岩体产状及延伸情况,从物探角度评价该区域的深部找矿潜力是有效的。但AMT仪器对浅部的低阻体分辨能力较弱,如P4剖面上的地表出露的含矿岩体变现为相对高阻体特征。在以后的找矿实践中应该加以辨别。
4) 杨柳坪矿区出露的所有岩体均为顺层侵位,在矿区内顺层剪切活动强烈,现在出露的矿(岩)体的最低底板标高不一定是成矿活动的底界,依据本次AMT测深的结果,推测深部应有很大的找矿潜力。
5) 对于杨柳坪矿区局部地段地形切割强烈区,在今后的深部找矿过程中可以利用先进的无人机航磁测量技术进行规则网度的航空高精度磁法测量,然后使用CSAMT或AMT法进行查证,生产效率和工作质量应该能大大提高。
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