烃汞叠加晕找矿法在湖南沃溪金矿红岩溪矿段勘查中的应用及工程验证

图1 矿区地质构造简图

1—燕山构造层;2—武陵构造层;3—雪峰—加里东构造层;4—不整合界线;5—逆断层;6—性质不明断层;7—推覆断层;8—变形带分界线;9—韧脆性断层;10—反“S”型构造带;11—背斜;12—向斜;13—倒转向斜;14—推测背斜;15—断层编号;16—褶皱编号

Fig.1 Simplified map of geological structure

1—Yanshan structure layer;2—Wuling structure layer;3—Xuefeng-Calidon structure;4—unconformity boundary;5—reverse fault;6—unknown fault;7—nappe fault;8—deformation zone boundary;9—ductile and brittle fault;10—anti-“S” type structural belt;11—anticline;12—syncline;13—reverse syncline;14—speculative anticline;15—fault number;16—fold number

前人对区内金矿床地球化学特征及矿床成因等进行了详细的研究 $^{[1319]}$ ,普遍认为区内成矿物质主要来源于含矿地层,成矿与变质作用相关;其次,有部分研究成果认为,区内金成矿物质不仅来源于含矿地层, 也来自深部岩浆。尤其是笔者通过对沃溪矿区地幔亚热柱演化—幔枝构造—不同成矿地质特征—深部流体(岩浆或幔源流体)—不同流体成矿元素演化—地球化学异常之间的耦合关系研究^[14],进一步论证了沃溪矿床存在两期大的成矿,第一期发生在加里东期,主要以W成矿为主,成矿物质主要来源于含矿地层,成矿流体以浅表流体为主;第二期发生在印支—燕山期,主要以Au、Sb成矿为主,成矿物质来自深源,成矿流体主要以幔源流体(岩浆热液)为主的多流体混合及多级演化的结果。

红岩溪矿段为沃溪金矿床的重要组成部分,具有同样的特征,其矿脉由浅而深分别赋存有V₁、V₆脉2条工业矿体(图2),其中,V₁脉走向近EW,倾向N,矿体沿走向呈扁豆状、透镜状,单个矿体长20~350 m,矿体厚0.20~2.5 m,沿倾向呈板柱状,倾向延伸180~500 m以上。V₆脉为2019年烃汞叠加晕试验新发现的含矿脉,其矿体空间展布不明。矿脉均产于板溪群马底驿组的紫红色绢云母含钙质板岩中,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、层间断裂和节理控制。

图2

图2 红岩溪金矿床131号勘探线剖面示意

1—白垩系;2—五强溪组;3—马底驿组;4—砂砾岩;5—板岩;6—不整合线;7—断层及编号;8—矿脉及编号;9—蚀变岩

Fig.2 Cross section of Line-131 in Hongyanxi Au deposit

1—Cretaceous; 2—Wuqiangxi formation;3—Madiyi formation;4—graywacke;5—slate;6—unconformity line;7—fault and number;8—vein and number;9—alterated rock

2 烃汞叠加晕找矿方法的理论基础及试验方法2.1 理论基础

烃类组分与金属成矿的关系研究表明,从成矿物质的初始富集、活化转移、富集成矿直至矿体形成后叠加改造的整个成矿过程都存在烃类组分参与并发挥重要作用 $^{[212]}$ ,大部分研究成果集中在有机成因烃类与金属成矿作用的关系方面。笔者研究发现,烃类组分存在有机成因和无机成因之分,并且两者成矿作用存在较大的差异。一般来说,有机成因的烃类组分来自成岩过程中动植物、微生物残体腐解。有研究表明^[19],沉积岩中C主要来自海水作用,其含量高于火成岩20倍,但沉积岩经变质作用后其C的含量并没有变化,最好的解析是沉积岩在变质时,有机物早已被氧化或蒸发掉。邵靖帮等通过对沃溪矿床未蚀变岩石、钨矿化蚀变岩石和金锑矿化蚀变岩石的有机质热解色谱、有机质热解参数、有机质成熟度等对比研究发现未蚀变岩石中有机烃类未经复杂热液改造,热稳定性较差^[20]。因此,有机成因烃类组分容易被分解就近释放,并呈分散状态,该类烃类组分参与成矿的可能性较少。无机成因的烃类组分来源于深源流体(幔源流体及岩浆热液)。大量的研究成果表明 $^{[2128]}$ ,幔源流体主要由CO₂和H₂O或 C、H、O、N、S、碱金属和F、Cl、P等组成,并含有大量的烃类组分(如烷类、非饱和烃类的烯烃和炔烃类)。地幔流体是一种超临界流体,超临界CO₂可以通过加H反应形成醇类、羧酸类化合物(如甲醇、乙醇、甲酸、乙酸等)^[24];从C和H化学性质来看,H原子半径小(0.46 Å),具有较高的电势能(13.595电子伏特)与C电离势(11.256电子伏特)比较接近,C和H容易形成共价键化合物;电负性2.15的H能与电负性较强的C(2.6)形成化合物^[29]。这可能是火山气含有CH₄和幔源流体含有大量烃类组分的原因之一。其次,关于无机成因的烃类组分,中国科学院深海科学与工程研究所彭晓彤研究员团队与荷兰研究人员通过高分辨率电子显微镜并结合原位振动光谱技术,发现水深6 413 m蛇纹岩化橄榄岩中固态有机质由脂肪族和芳香族化合物组成,但尚未发现与生物有机质有关的信息^[30]。该类烃类由于经过复杂热液的改造,热稳定性良好,以烃类络合物(螯合物)或烃类衍生物随热液运用,当物理化学条件改变时,烃类气体释放也比较平缓,形成的烃类异常也比较集中。

如前所述,研究区存在两期不同的成矿作用。第一期以W成矿为主,并伴有Au的成矿,成矿物质主要来源于含矿地层,以浅地表流体(地层水或建造水、地热水、卤水、大气降水、变质水等)为主,Au主要是以Au(HS $)_{2}^{-}$ 形式迁移为主 $^{[1219]}$ ,随着氧化还原条件的改变,使Au被还厡而沉淀成矿。由于成矿物质仅来源于含矿地层,该期烃类组分以生物成因为主,该烃类未经复杂热液改造,烃类组分参与成矿的程度较低,表现出Au与烃类组分相关性较差,并且稳定性较低,易于释放,土壤吸附该类烃类形成的异常较为分散,强度相对较低,称之为“同生叠加异常”。第二期以Au、Sb成矿为主,成矿物质来自深源,据湘西北13处金钨锑砷矿床207件硫同位素组成测定结果,多数以轻硫为特征,δ³⁴S值平均+0.55‰,反映硫源来源于地壳深部 $^{[1319]}$ 。沃溪的δ³⁴S在-5.1‰~2.1‰之间,硫以地幔来源为主^[25];碳酸盐可被视为研究地幔流体地球化学的“探针岩石”^[24],刘丛强等据489件样品统计分析发现,幔源δ¹³C为 -2‰~-8‰,平均-5.01‰,毛景文据700件金刚石样品统计幔源δ¹³C为 -2‰~-9‰^[25]。沃溪矿床4件方解石和1件白云石的δ¹³C平均值-5.6‰,具幔源性质 $^{[1319]}$ 。石英流体包裹体检测发现^[13],不同成矿阶段石英包裹体存在大量烃类组分,其中CH₄在石英—白钨矿、石英—金—黄铁矿阶段、石英—金—辉锑矿阶段含量分别为24.7×10^-6、10.8×10^-6、6.74×10^-6;C₂H₂分别为8.8×10^-6、1.16×10^-6、28.2 ×10^-6;C₂H₆分别为4.3×10^-6、5.5×10^-6、4.1×10^-6等; Hg在V₃脉从3平、27平、40平大幅增加(800×10^-9、4 550×10^-9、17 500×10^-9); V₆脉相关分析表明,Au与烃汞组分存在良好的相关性^[12],说明烃汞是深部成矿作用的重要伴生组分。由于深源流体带来大量成矿物质和烃类组分,这些烃类在高温条件下会发生卤化反应(250~400 ℃)、硝化反应(400~450 ℃)、磺化反应(400~450 ℃)等,形成氯代烷、硝基化合物、烷基磺酸等,成矿元素Au取代卤素、硝基,与烃类基团形成Au(CH₃ ${)_{2}^{+}}^{[3132]}$ ,因氧化还原条件的改变,使Au沉淀成矿,叠加在第一期成矿之上。该期烃汞组分参与程度较高,表现出Au与烃汞组分相关性较好,烃汞组分异常强度增强,并且较为集中,称之为“深源叠加异常”。

关于汞与金属成矿关系的研究,一般将Hg作为找金矿的前缘晕和隐伏断裂构造的指示元素。石油化探中Hg与成油关系研究相对较多,涂修元研究表明^[33],Hg同样存在生物成因Hg和幔源Hg。生物成因气含汞量低,如人造沼气含汞量为n×10 ng/m³;幔源Hg含量较高,如火山气汞一般认为来源于上地慢,是幔源汞的一个证据,一般为n×1 000~(2~3)×10 000 ng/m³。天然气一般含汞n×100 ng/m³,在油气成熟阶段的汞的含量最高,并且汞与重烃呈显著相关,与油气一样,具有活动性高、相似的运移和聚集条件以及对温度和压力的变化具有相同的效应等特点。其次,Hg具有较高的电离势(10.43电子伏特),易于还原为自然汞(直径3.006×10^-10 m),比烃气中直径最小的CH₄(直径3.8×10^-10 m)还要小,且小于水分子的有效直径(3.2×10^-10 m),在水中的溶解度极低,水分子对其螯合作用力差,运移阻力小,同时,汞具有很强的挥发性,具有较强的穿透能力。所以汞不需舍近求远,以向上运移方式直接穿过盖层,如果盖层条件较好,Hg在深源流体形成的矿体中上部形成较好的异常。而烃类随着分子量的逐渐增大,分子直径增大,运移阻力增大,在矿体尾部形成较好的异常^[8]。由于沃溪矿床烃汞具有较好的相关性,又具有相同的示源性,所以,烃汞结合来开展地球化学深部找矿评价具有更好的指示意义。

烃汞异常模式研究表明^[8],烃汞异常模式主要有对偶双峰式、顶端单峰式、多峰式3大类,以“对偶双峰式”居多。前期鱼儿山已知矿脉烃汞对偶双峰异常模式特征十分明显^[2],烃汞组分因成矿热液温度较高,围岩受到成矿热液的高温烘烤,伴生烃类以及有机络离子将向围岩低温区扩散,并在矿体周围一定距离形成富集,同时,有机物受热后转化生成的烃气亦向外扩散,在剖面上表现有两种情况,一是矿体产状较陡或者多条平行矿脉产出,一般表现为多峰异常模式;二是矿体产状较平缓,由于烃汞地球化学性质的差异,不同烃汞组分形成异常位置存在差异。其次,矿体在中下部地温也相对较高,氧逸度较低,具有较好的还原环境,有利于烃类转化,提供更多的烃气,因此,异常高值区偏向于矿体尾部区域 $^{[1516]}$ ,在矿体的头部和尾部形成对偶双峰异常模式。如果深部存在平行矿脉,同样形成另一个对偶双峰模式,与上部矿体的对偶双峰模式形成对偶双峰叠加模式。不同矿区可能存在不同的模式特征,沃溪矿区鱼儿山—红岩溪段只存在2条含矿脉,矿脉产状较为平缓,呈雁型排列,形成对偶双峰叠加模式的较多。

关于同生叠加和深源叠加异常的分辨,实际上属于地球化学场的分解。前人运用“分形理论”或“多重分形”作了大量的方法应用研究工作 $^{[3442]}$ ,在应用到地球化学场分解方面,大都停留在对地球化学背景场和异常场的研究,而对不同成矿作用的叠加场的分解研究很少。“分形理论”指出^[38],如果某一随机过程可以用各种等级的空间尺度等几率去描述,那么由该过程形成的物体或产生的现象往往具有分形特征,而“自相似原则”和“迭代生成原则”是分形理论的两条重要原则。笔者认为,就地质地球化学成矿作用而言,一般都存在由几种随机过程(如:成岩作用、变质作用、构造动力、深部岩浆活动等)在某些地段(深源叠加不是每个地段都有)会形成地球化学场的叠加。而地球化学场的“自相似性”与“自相关性”同样存在着某种必然联系^[34],所以地球化学场分解应把代表不同成矿作用形成的异常结构分离出来,然后以小结构的代表成分,通过对采用原始测量数据,计算成矿元素与其他组分之间的相关性,以及结合聚类分析、因子分析来划分指标之间的归类,并赋予其地质意义,来研究异常元素组合特征与不同的成矿作用的耦合关系,开展深层次的地球化学评价,这对研究地球化学成矿过程动力学、成矿地质作用、矿床形成过程、成矿环境、成矿阶段等都将产生积极促进作用。

前期烃汞叠加晕法深部找矿应用试验表明^[1],沃溪矿区土壤地球化学叠加场存在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深源成矿热液带来成矿物质的叠加,深部找矿潜力较小;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,由于深源流体带来大量的成矿物质叠加,深部找矿潜力大;其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类组分异常峰,表明由深部平行盲脉叠加造成。由于克服了传统的烃汞测量和构造叠加晕法单一方法的不足,提高了预测的准确性,取得了良好的深部找矿效果。

2.2 工作方法及样品加工测试

采用160 m×20 m不规则化探测网布设15条土壤剖面(图9),采集B层(或C层)土壤样品。烃汞类样品全部在阴凉通风室内晾干,手工碎样,全部过孔径为-40目筛混匀,缩分后取不小于160 g样重,采用无污染研磨加工至-200目。分别采用电感耦合等离子体质谱(Au)、原子荧光光谱(As、Sb、Bi)、电感耦合等离子体质谱(W、Mo)、气相色谱(甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、乙烯、丙烯)、测汞仪(热释汞)等测试方法分析上述16个指标。

2.3 室内数据处理及综合研究

1) 全区共采集土壤样品1 185件,分别对红岩溪(11条剖面)、鱼儿山(4条剖面)研究区统计了Au、Sb、W、As、Mo、Bi、C₁(甲烷)、C₂(乙烷+丙烷)、C₃(正丁烷+异丁烷+异戊烷+正戊烷)、C₄(乙烯)、C₅(丙烯)、吸附汞等12个指标的算术平均值 $\bar{x}$ 和方差σ,进行多次循环剔除x≥ $\bar{x}$ +3σ值后,再求得其算术平均值为背景值,以 $\bar{x}$ +2σ为异常下限值,以异常下限值为纵坐标中轴绘地球化学剖面图,以1、2、4倍异常下限圈定地球化学等值线平面图作为研究基础图件。

2) 以每一条剖面为研究单元,对15条土壤剖面样品中12个指标进行多元数据处理,开展同生叠加异常和深源叠加异常分类研究。

3) 对15条土壤剖面分别研究了成矿元素与烃汞异常特征、异常结构和空间对应关系,建立每一条剖面烃汞综合异常模式。

4) 将每一条地球化学剖面中对偶双峰异常模式的头部和尾部异常峰分别投影到平面等值线图上,总结头部和尾部异常峰分布规律,开展地球化学深部找矿综合评价。

3 烃汞叠加异常特征

3.1 异常分类特征

利用SPSS软件计算15条土壤剖面样品中Au、W、Sb、As、Mo、Bi、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、乙烯、丙烯、Hg等16个变量之间的相关系数,并将相关分析与已知矿体上方土壤相关系数进行比较,结合R型聚类分析和因子分析研究结果,确定红岩溪矿段红层土壤烃汞叠加异常可划分两大类(表1)。

表1 异常分类特征

Table 1 Anomaly classification features

分类	产出位置	特点
深源叠加异常	T2、T8、T10、T12、 T14、T16、T18、T20、 T24、T83、T87、T79、T73	成矿元素Au与烃汞组分相关性较好,大部分在0.2~0.53之间,聚类分析和因子分析划分的指标与矿区深部成矿形成良好的耦合关系,显示出深源叠加特征,深部找矿潜力大
同生叠加异常	T4、T6	成矿元素Au与烃汞组分相关性都比较差,大部分在0.01~0.1之间,聚类分析和因子分析划分的指标与矿区变质作用成矿形成良好的耦合关系,显示出同生叠加,深部找矿潜力不大

3.1.1 相关分析

表2表明,T4线土壤中Au与烃汞(无论滤波和不进行滤波)相关性均较差,说明该区段土壤Au、W与烃汞组分关系不密切,Au、W与烃汞不具同源性。而Au与W、Sb、As、Mo、Bi相关系数在0.2以下,呈不显著相关,W与Sb、As、Bi相关性较好,W的成矿集中在加里东期,成矿流体以变质热液为主。

表2 T4线土壤各指标相关系数统计

Table 2 Relevant parameters of indicators in soil of T4 line

指标	As	Mo	Sb	W	Au	Bi	甲烷	乙烷	丙烷	正丁	异丁	异戊	正戊	乙烯	丙烯	Hg
As	1
Mo	0.50	1.00
Sb	0.87	0.26	1.00
W	0.58	0.30	0.54	1.00
Au	0.27	0.17	0.20	0.22	1.00
Bi	0.69	0.59	0.57	0.45	0.12	1.00
甲烷	0.26	0.06	0.23	0.11	0.04	0.08	1.00
乙烷	0.28	0.05	0.24	0.13	0.04	0.08	1.00	1.00
丙烷	0.20	0.19	0.17	0.10	0.06	0.04	0.96	0.97	1.00
正丁	0.13	0.30	0.13	0.05	0.09	0.14	0.85	0.86	0.93	1.00
异丁	0.13	0.25	0.09	0.02	0.06	0.13	0.92	0.93	0.98	0.93	1.00
异戊	0.01	0.43	0.02	0.02	0.08	0.24	0.70	0.72	0.83	0.87	0.88	1.00
正戊	0.13	0.35	0.18	0.17	0.03	0.40	0.48	0.50	0.62	0.64	0.73	0.77	1.00
乙烯	0.22	0.45	0.26	0.10	0.04	0.48	0.52	0.54	0.67	0.71	0.73	0.78	0.75	1.00
丙烯	0.14	0.23	0.12	0.06	0.06	0.08	0.93	0.94	0.98	0.93	0.96	0.82	0.62	0.72	1.00
Hg	0.34	0.15	0.42	0.09	0.12	0.53	0.06	0.07	0.18	0.22	0.24	0.27	0.50	0.66	0.22	1

表3表明, Au、W与烃汞相关性较好,Hg与Au、W相关性较差,但滤波后Au的相关性较好(0.26),而W的相关性较差(0.06),说明该区段土壤Au与烃汞具有同源性。

表3 T8线土壤各指标相关系数统计

Table 3 Relevant parameters ofindicators in soil of T8 line

指标	As	Mo	Sb	W	Au	Bi	甲烷	乙烷	丙烷	正丁	异丁	异戊	正戊	乙烯	丙烯	Hg
As	1
Mo	0.11	1.00
Sb	0.67	0.21	1.00
W	0.92	0.08	0.47	1.00
Au	0.44	0.54	0.80	0.33	1.00
Bi	0.36	0.69	0.43	0.35	0.53	1.00
甲烷	0.43	0.10	0.46	0.36	0.26	0.17	1.00
乙烷	0.43	0.23	0.48	0.37	0.33	0.24	0.98	1.00
丙烷	0.51	0.13	0.59	0.44	0.42	0.18	0.95	0.96	1.00
正丁	0.52	0.02	0.65	0.46	0.45	0.12	0.86	0.86	0.95	1.00
异丁	0.49	0.14	0.58	0.43	0.44	0.16	0.91	0.93	0.99	0.94	1.00
异戊	0.49	0.11	0.59	0.45	0.44	0.08	0.73	0.70	0.84	0.92	0.85	1.00
正戊	0.27	0.17	0.45	0.26	0.51	0.13	0.62	0.67	0.77	0.78	0.84	0.82	1.00
乙烯	0.49	0.07	0.54	0.45	0.51	0.06	0.67	0.68	0.82	0.84	0.86	0.88	0.84	1.00
丙烯	0.46	0.20	0.52	0.39	0.44	0.20	0.92	0.93	0.95	0.88	0.95	0.78	0.76	0.85	1.00
Hg	0.20	0.40	0.48	0.08	0.09	0.10	0.15	0.09	0.17	0.26	0.15	0.26	0.04	0.00	0.01	1.00

3.1.2 R型聚类分析

图3表明,T4线土壤中元素(组分)分为2组,Au单独为一组;而Sb、W、As、Mo、Bi、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、乙烯、丙烯、Hg为一组。相关分析表明,T4线Au、W与烃汞相关性均较差,说明烃汞参与Au、W的成矿作用程度较低;W与Sb、As、Bi相关性较好,说明Sb、As、Bi参与W的成矿;而Au单独一组显示出其成矿作用比较弱。烃汞为同生叠加特征较明显。

图3

图3 T4线R聚类分析谱系

Fig.3 General graph of R-type cluster analysis of T4

图4表明,T8线土壤中元素(组分)分为2组,Au、 Sb、W、As、Mo、Bi、Hg为一组,而甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、乙烯、丙烯为一组。Au、W与烃相关性良好,说明参烃类组分与Au、W的成矿作用;Hg与Au相关性较好,与W相关性较差,说明Hg参与Au的成矿,参与W的成矿程度较低。烃汞为深源叠加特征较明显。

图4

图4 T8线R聚类分析谱系

Fig.4 General graph of R-type cluster analysis of T8

红岩溪矿段T4线和T8线土壤元素(组分)聚类分析表明,地球化学异常存在两类不同成矿作用的叠加,指示出找矿意义的不同。

3.1.3 因子分析

孟宪伟等指出^[33],不同的地质作用必定形成独特元素组合形式,而某特定的元素组合形式能够反映地球化学作用的特定环境。因子分析能够归纳和提炼元素的组合,通过元素组合的成因专属性可以推断和解释地质成因和地球化学作用过程。

表4表明,T4线代表其成矿作用的因子有2个,即F1、F2。其中F1代表的元素组合为甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、乙烯、丙烯组合,为矿化剂组分因子;F2元素组合为W、Sb、As、Mo、Bi组合,代表以W为主要成矿元素的成矿作用因子组合。T8线代表其成矿作用的因子有3个,即F1、F2、F3。其中F1代表的元素组合为甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、正戊烷、乙烯、丙烯组合,为矿化剂组分因子;F2元素组合为Mo、Sb、Au、Bi组合,表明为以Au为主要成矿元素的成矿作用因子组合;F3元素组合为W、As为组合,代表以W为主要成矿元素的成矿作用因子组合,结合相关分析和聚类分析结果,显示出良好的两期叠加成矿的特征。

表4 因子分析结果

Table 4 Factor analysis results

T4线正交旋转载荷矩阵			T8线正交旋转载荷矩阵
指标	F1	F2	指标	F1	F2	F3
As	-0.1371	0.8613	As	-0.1369	0.2488	0.858
Mo	0.2486	0.6498	Mo	-0.0313	0.9237	0.0101
Sb	-0.1208	0.7646	Sb	-0.1417	0.6415	0.3055
W	0.0118	0.8251	W	-0.1803	0.0939	0.9181
Au	0.0052	0.234	Au	-0.1005	0.7956	0.2271
Bi	0.1177	0.7794	Bi	0.10000	0.7767	0.1883
甲烷	0.9346	-0.2116	甲烷	0.9544	-0.0992	-0.0654
乙烷	0.9346	-0.2116	乙烷	0.9544	-0.0992	-0.0654
丙烷	0.9886	-0.0984	丙烷	0.9682	-0.0954	-0.1034
异丁	0.9525	-0.0004	异丁	0.8719	0.0323	-0.1168
正丁	0.9983	0.0086	正丁	0.949	-0.102	-0.1028
异戊	0.8776	0.1352	异戊	0.718	0.1277	-0.1259
正戊	0.7021	0.2562	正戊	0.6148	-0.0389	0.0088
乙烯	0.721	0.2951	乙烯	0.7306	0.0368	-0.1576
丙烯	0.9787	-0.0365	丙烯	0.9198	-0.1038	-0.0899
Hg	0.2109	0.2392	Hg	0.0549	0.1034	0.0782
主因子方差贡献	7.5226	3.4206	主因子方差贡献	6.7888	2.6526	1.8579

3.2 烃汞叠加异常剖面特征

3.2.1 深源叠加异常

以T8线为代表,其土壤烃汞异常分布、异常结构和空间对应关系研究表明(图5),Au与烃类、汞形成了4个较好的综合异常,即AS₁、AS₂、AS₃、AS₄。其中, AS₁为浅表综合异常,成矿元素Au、Sb、W和伴生元素As、Mo、Bi等异常发育良好(Au峰值462×10^-9),而烃类组分异常低于异常下限值,Hg异常良好(峰值395×10^-9);AS₂为中深部综合异常,Au相对较好(峰值16.6×10^-9),烃类组分中C₁、C₂、C₃异常良好(为异常下限1~2倍),Hg异常良好,异常峰值541×10^-9;AS₃综合异常Au、Hg异常一般,重烃C₂、C₃较好(为异常下限1~2倍),C₁相对低;AS₄综合异常Hg异常一般,烃类(C₁、C₂、C₃)异常良好(为异常下限2~4倍),由于矿脉埋藏较深,成矿元素和伴生元素无异常。

图5

图5 红岩溪矿段T8线地球化学剖面

1—白垩系;2—五强溪组;3—马底驿组;4—板岩;5—砂砾岩;6—不整合接触界线;7—实、推测断层及编号;8—实、推测蚀变带及编号;9—矿脉及编号;10—品位(10^-6)/厚度(m);11—甲烷;12—乙烷和丙烷;13—异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷;14—乙烯;15—丙烯

Fig.5 Geochemical section of T8 line in Hongyanxi ore-block

1—Cretaceous;2—Wuqiangxi Formation;3—Madiyi Formation;4—slate;5—glutenite;6—unconformity contact boundary;7—actual and inferred faults and numbers;8—actual and inferred alteration zone and number;9—orevein and number;10—grade(10^-6)/thickness(m);11—methane;12—ethane and propane;13—isobutane, n-butane, isopentane, n-pentane;14—ethylene;15—acrylic

烃类异常结构和空间分布表明:AS₁与AS₃异常具有相同结构,AS₃异常烃类组分含量明显高于AS₁异常,而Hg异常峰值低于AS₁异常,呈对偶双峰异常模式,控制V₁脉的产出。在AS₁与AS₃两峰值之间的相对低值区出现AS₂异常与AS₄异常,两者具有相同的异常结构,AS₄异常烃类组分含量明显高于AS₂异常,而Hg异常峰低于AS₂异常,AS₂异常为头部特征,AS₄为尾部异常,形成另一个对偶双峰异常模式,推测控制V₆脉产出,显示出两峰低值区具有较好的找矿前景。

3.2.2 同生叠加异常

以T4线为代表,其土壤烃汞异常分布、异常结构和空间对应关系研究表明(图6),Au和烃汞类组分形成3个较好的综合异常,即AS₁、AS₂、AS₃。其中,AS₁为矿脉浅表综合异常,烃类(C₁、C₂、C₃)、Au、Sb、Hg异常发育良好,Hg连续性较差; AS₂综合异常烃类(C₁、C₂、C₃、C₄、C₅)均高于异常下限值,其中烃类、Hg异常发育良好,Au、Sb异常一般;AS₃综合异常具有多峰异常组合特征,范围大,烃类异常强度较强,均高于异常下限值1~8倍,Hg异常虽然连续性差,但异常峰值较高(533×10^-9),Au无异常,Sb相对较好。

图6

图6 红岩溪矿段T4线地球化学剖面

1—白垩系;2—五强溪组;3—马底驿组中段;4—板岩;5—砂质板岩;6—砂砾岩;7—不整合接触界线;8—实、推测断层及编号;9—实、推测蚀变带及编号;10—矿脉及编号;11—品位(10^-6)/厚度(m);12—甲烷;13—乙烷和丙烷;14—异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷;15—乙烯;16—丙烯

Fig.6 Geochemical profile of T4 line in Hongyanxi ore-block

1—Cretaceous;2—Wuqiangxi formation;3—middle section of Madiyi formation;4—slate;5—sandy slate;6—glutenite;7—unconformity contact boundary;8—actual and inferred faults and numbers;9—actual and inferred alteration zone and number;10—orevein and number;11—grade(10^-6)/thickness (m);12—methane;13—ethane and propane;14—isobutane, n-butane, isopentane, n-pentane;15—ethylene;16—acrylic

从T4线所圈定的3个烃汞综合异常的分布和单个异常结构来看,AS₁、AS₂与V₁脉对应较好,具有对偶双峰异常模式特点;AS₃呈多峰式异常模式,往北情况不明。从地球化学场的观点考虑,AS₁、AS₂、AS₃的划分并不十分严谨,又存在分散异常的特征,考虑该区段Au与烃汞相关性较差,结合聚类分析和因子分析结果,深源带来的成矿物质有限,深部找矿潜力较小,但不排除AS₃以北深部找矿潜力。

3.3 烃汞异常平面分布特征及成矿预测

3.3.1 平面分布特征

图7表明,烃类(C₁、C₂、C₃、C₄、C₅)高值和低值异常区其形态和产出位置套合良好,高值区集中分布在测区中部,呈马蹄状;Hg异常高值区与烃汞低值区套合良好,形成“镶坎式”套合结构,而成矿元素Au异常表现规律性较差,在测区东部Au异常分布在烃类组分低值区,中西部Au异常分布在烃类异常场高值区。测区内东部、中部、西部烃类组分异常形成3条明显低值带,呈NE和近SN向展布,并与测区南部烃类低值区连成一片,根据烃汞异常形成机理 $^{[1013]}$ ,在平面上一般在矿体周边形成“晕圈异常”,在剖面上表现为“对偶双峰异常模式”,头部和尾部异常峰分别控制矿体头部和尾部产出位置,低值区为矿体。

图7

图7 红岩溪矿段烃汞综合异常

1—第四系;2—白垩系;3—震旦系;4—五强溪组;5—马底驿组;6—蚀变带及编号;7—实测、推测地层界线;8—地层不整合界线;9—断层;10—见矿钻孔;11—低品位钻孔;12—未见矿钻孔;13—成矿预测区

Fig.7 Comprehensive anomaly of Hydrocarbon-mercury in Hongyanxi ore block

1—Quaternary;2—Cretaceous;3—Sinian;4—Wuqiangxi formation;5—Madiyi formation;6—alteration zone and number;7—measured and inferred strata boundary;8—unconformity interface;9—Fault;10—discovery ore boreholes;11—low grade drilling;12—barren boreholes;13—metallogenic prediction area

3.3.2 烃汞综合异常及成矿预测

通过对每一条剖面中烃汞综合异常与矿脉空间对应关系研究,将控制不同矿脉的头部和尾部异常峰投影到平面等值线图上,根据同一条矿脉头部和尾部异常分布规律,圈定4条找矿潜力较好的重要靶区(图8),编号为预1、预2、预3、预4,其中,预1为鱼儿山已知矿区V₆盲脉对偶双峰模式对应区,预4为已知矿区V₁脉对偶双峰异常模式对应区,与开采情况吻合良好,预2和预3分别产于测区白垩系与板溪群不整合面附近东西两侧白垩系红层中,沿不整合面呈NE向展布,均为烃汞综合异常低值区与剖面图中V₆盲脉对偶双峰模式对应区,该区成矿元素与烃汞相关性较好,推测为V₆脉成矿重要靶区。预2区T4和T6线为同生叠加异常区,考虑到AS₂和AS₃为多峰异常峰值位置,两峰值之间存在相对低值区,不排除存在深源叠加可能,加之T2线AS₃和AS₄对偶模式的存在,推测可能存在深部找矿的潜力。预3区多峰异常均存在同样的考虑。

图8

图8 红岩溪矿段深部成矿预测及工程验证

Fig.8 Deep metallogenic prediction in Hongyanxi ore block and engineering verification test

4 工程验证与探讨

4.1 工程验证

重点对预2区深源叠加异常(图8)开展钻探工程验证,分别在T6~T14线共施工了11个钻孔,其中8个见矿孔,从见矿孔的分布来看,显示出不仅仅与V₆脉对偶双峰异常模式对应良好,而且矿脉的侧伏方向呈NE向,与预2区矿脉展布方向十分吻合。

在同生叠加异常区,在T6线施工一个钻孔ZK11501,在标高-570 m左右矿脉厚5.03 m,Au品位0.16 g/t;T4线-450中段揭露(图6),矿脉厚 5.56 m,Au品位0.63 g/t。

预1区为鱼儿山V₆脉已知采矿区,其东部79线~73线为本次探边扫盲布设,79线在AS₂(V₆脉头部)深部-550中段揭露矿脉厚2~6 m、EW走向长100余m,Au平均品位2.2 g/t;83线和87线是V₆脉目前主采区,新开拓的-475 m、-500 m、-525 m、-550 m 4个中段V₆脉倾向延伸非常稳定,与前期预测结果一致。

以上工程验证表明,同生叠加异常为无矿段,深源叠加异常为有矿段,倾向上对偶双峰模式控制区为有矿段,反之,为无矿段,V₆脉金矿体呈NE方向侧伏的特点。

4.2 分析与探讨

红岩溪矿段烃汞叠加晕存在同生叠加和深源叠加异常,根据烃汞叠加晕找矿方法的基础理论表明,同生叠加异常中烃类组分一般来源有机成因,烃类组分未经复杂热液改造,热稳定性较差^[20],容易被分解就近释放,形成的烃类异常强度相对较弱,呈分散状态,由于缺乏深部流体带来成矿物质的叠加,其找矿潜力较差;深源叠加异常中烃汞来源于深源流体,烃类组分经复杂热液改造,热稳定性较高^[20],随热液迁移,形成的异常强度相对较强,中心比较突出,深部找矿潜力较大,在剖面图上表现出头部和尾部异常控制矿体产出位置形成对偶双峰异常模式,在平面上表现为两个烃汞异常高值区夹持的低值异常区为矿体产出部位。通过将每条剖面不同“对偶双峰异常模式”中头部和尾部异常投影到烃汞等值线平面图上进行综合评价,推测图8中预1、预2、预3为最有利的成矿区,预1、预2和预3异常区的南部与预4异常区存在重叠现象,表明V₁脉下部存在盲脉可能。通过上述预1和预2工程验证,取得了良好的相应预测效果,并表现出在矿脉走向上,同生叠加异常为无矿段,深源叠加异常为有矿段;在矿脉倾向上,对偶双峰异常模式控制矿体产出位置为有矿段,反之,为无矿段;在平面图上,由对偶双峰异常模式中头部和尾部异常形成的环带异常的展布方向,为矿体侧伏方向;不同环带异常叠加,说明深部有平行盲脉产出。

5 结论

1)研究区内土壤烃类组分地球化学叠加场存在同生叠加和深源叠加异常2大类。同生叠加异常反映的是浅部流体萃取含矿地层带来成矿物质叠加形成的异常,其烃汞组分以生物成因为主,深部找矿潜力较差;深源叠加异常反映的是深源流体带来成矿物质的叠加形成异常,烃类组分以无机成因为主,深部找矿潜力较大。

2)烃类组分中轻烃(C₁)和汞高值含量主要分布于矿体头部上方,矿体下部或尾部重烃(C₂、C₃)异常强度相对较强。深源成矿活动均会形成一个完整的对偶双峰异常模式,在剖面上表现出头部和尾部异常峰控制矿体产出位置;在平面上,烃类组分异常表现为环带状特点,2条平行矿脉在平面图上表现为不同环带的叠加。

3)工程验证表明,同生叠加异常为无矿段,深源叠加异常为有矿段;在矿脉倾向上,对偶双峰异常模式控制矿体产出位置为有矿段,反之,为无矿段;在平面图上,由对偶双峰异常模式中头部和尾部异常形成的环带异常的展布方向,为矿体侧伏方向;不同环带异常叠加,说明深部有平行盲脉产出。

上述试验结果表明,在白垩系红层覆盖特殊景观区开展深部找矿,烃汞叠加晕法提供了“多成因矿床—叠加成矿—多元地球化学信息提出方法—地球化学异常与矿体空间对应关系等”新的研究思路和方法,为其他矿区深部找矿提供了借鉴。同时,对加深地球化学深部找矿预测的方法研究起到抛砖引玉的作用。

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