0 引言
自2009年起,本项目组在该区开展勘查,通过地质测量和槽探在地表发现含金蚀变岩带以及岩浆活动迹象,与盖层厚度达几千米的传统认识相矛盾,因而,对金属矿物成分的来源与动力源提出疑问。为了厘清成矿物质来源,分析该区是否有形成规模金矿床的可能性,本文采用广域电磁法获得了3 km深度内的电阻率分布特征,圈定了低阻异常,推断了电性接触面,在综合分析该区地质地层特征的基础上,采用2 km深孔进行验证。该钻孔为永宁盆地第一深孔。基于岩芯的系统采样分析,对各岩性层位的接触关系进行了详细的统计研究,尤其对永宁组地层与太古代基底的接触界面以及低阻异常体的性质进行了研判,以期为实现区内找矿突破和对永宁盆地的研究提供基础资料。
1 地质和地球物理背景
1.1 地质背景
工作区位于辽宁瓦房店市,地层区划属华北地层区,大连—复州小区(图1)。
图1
华北克拉通东部在晚中生代发生了强烈的岩浆活动和大规模成矿作用,形成了多处重要的金矿聚集区。辽东发育了以五龙金矿、四道沟金矿和猫岭金矿等为代表的大中型金矿床[5⇓⇓-8],瓦房店金伯利岩型金刚石矿更佐证了晚中生代有大规模岩浆活动的观点[9]。许多学者认为华北克拉通在早白垩世大部分时期为伸展构造体制,大面积发育裂谷盆地和变质核杂岩,多金属成矿与克拉通破坏的演化过程可能有成因关联。工作区位于永宁盆地的盆底部位,郯庐断裂带东部,金州断裂带东侧,金州变质核杂岩发育区位于工作区东南约7 km。金州变质核杂岩区域延伸约300 km,由基底至盖层构成了变质基底—中间剥离断层带—盖层的3层结构模式。上部为永宁组盖层,伸展构造具区域成矿、控矿作用,沿基底剥离断层可寻找相似韧性剪切带型金矿,同时期岩浆活动活跃,对成矿有利[10⇓⇓-13]。
1.2 地球物理背景
由工作区的岩石电性参数统计表1可以看出,区内各岩性组之间的电阻率和幅频率存在较大差异,矿化岩脉体具有明显的低电阻率和高幅频率特征,可以运用地球物理勘查方法对其进行辨识。
表1 工作区岩石电性参数统计
Table 1
| 岩性 | 样本数/块 | 幅频率 平均值/% | 电阻率 平均值/(Ω·m) |
|---|---|---|---|
| 花岗斑岩 | 35 | 1.8 | 5422.6 |
| 闪长玢岩 | 35 | 1.4 | 4698.7 |
| 长石砂岩 | 40 | 1.2 | 4428.5 |
| 砂砾岩 | 35 | 1.5 | 2045.6 |
| 闪长岩体 | 35 | 1.6 | 11246.3 |
| 矿化岩脉体 | 30 | 10.5 | 565.6 |
2 数据采集及成果解释
图2
图3
图3
广域电场与天然场对比
Fig.3
Comparison between wide field electric field and natural field
野外采集到的大地电磁数据,通过《地球物理资料综合处理解释一体化系统》进行数据处理及反演成图。结合反演电阻率断面(图4a)和地表地质资料,将L1线自西向东可以分为3个区域,区域间电阻率变化部位均以岩性或者构造断裂接触。0~3.5 km为Ⅰ号区域,以海拔-200 m和-1 200 m的低阻层为界可分为5个电性层; 3.5~9.5 km为Ⅱ号区域,海拔-500 m以浅电性分层不明显,多表现为团状异常,海拔-500~-1 000 m见层状中低阻异常带,异常连续性较好且有一定起伏,呈现中间低两端高的规律,海拔-1 000 m以下为高阻; 9.5~14.0 km为Ⅲ号区域,左侧见一深大异常带,异常在浅部近直立,深部略向西倾斜,海拔-3 000 m处未见其封闭。
图4
图4
L1线广域电磁剖面(a)及大深度激电(b)综合分析结果
Fig.4
Comprehensive analysis diagram of WFEM (a) and large depth IP (b)
根据上述地层电性特征分析结果,认为:
1)地表的低阻异常带与永宁组砂砾岩含水有关;
2)金州拆离断层带起伏较大,最大高差在1 000 m以上,由西向东逐渐变浅,至金州断裂处断层带出露地表;
3)拆离断层带底部基地高阻为太古宙和古元古代变质基底,由太古宙变质深成岩、变质表壳岩,古元古代层状变质岩系组成;
4)海拔-1 200 m以下局部超高阻异常带为深部侵入岩体引起;
5)地表出露有多处金矿化细脉,地下局部低阻异常带也与金属矿化有关,拆离断层带位置异常梯度变化激烈,其表现多期叠加矿化可能与之有关。
本区已知的F1~F9和金州断裂在图4a上有明显的反映,广域电磁法反演电阻率与已知断裂,尤其是与金州断裂吻合度高,与航磁资料推断的构造位置吻合度也较高。除F2外,其余断裂延伸至基底的可能性较大。推断底部高阻为基底和隐伏岩体所引起的,断面中连续性较好的低阻层为拆离断层带,起伏达1 000 m以上,由西向东逐渐变浅,至金州断裂出露地表,上覆均为永宁组盖层,地表高阻由脉岩、砂砾岩等引起,低阻由断裂构造或含水层引起。
为了进一步解剖L1线西段低阻异常的性质,我们采用广域电磁仪开展大功率(180 kW)、大深度的激发极化法测量。即采用广域电磁仪接收机多个通道同时测量,滚动前进的方式进行布置,点距50 m,得到的结果既有剖面法的效果,也有测深的效果,按照测点布置范围的不同可以得到倒梯形、倒三角或心形断面图。视幅频率反演结果如图4b所示,幅频率区间为0.15%~0.29%,推测深度能达到海拔-1 500 m左右,超过0.25%视幅频率区域与低电阻率区套合较好。在与L1线距离1 000~1 600 m,海拔-800~-1 000 m存在低阻高幅频异常区,推断该异常是由含金属因子地层或岩石引起的,因此布设钻孔ZK1--1进行验证,设计孔深2 000 m。
3 深孔验证(2 km)
3.1 样品标本采集分析化验参数
钻孔位于L1线1 500 m处(图2),钻孔终孔深度为2 001.10 m,为永宁盆地第一深孔。全孔取芯,岩芯采取率达到90%以上,对钻孔岩芯进行了系统取样,采样点距1~2 m,最小采样点距为0.4 m,采用面团法进行物性测量。采用连续拣块(打块)法在采样点距内均匀采集粒径20 mm的5~8块子样组成化学测试样品,样品质量不少于300 g。样品的加工缩分按切乔特公式Q=Kd2(式中:Q为样品的最低可靠质量(kg);d为样品中最大粒径(mm);K为缩分系数,根据岩石样品特性确定)进行缩分,将样品碎到一定程度方进行缩分。碎样全过程中样品累计损失率不大于5%,缩分误差不大于3%。样品加工至200目进行分析,基本分析保留副样,岩矿石样品的采集与测试均符合标准及规范要求。
3.2 岩芯组成与物性分析
按电性特征自上而下可分为七段:第一段,0~300 m,以砂岩、砾岩为主,主要表现为中低阻特征;第二段,300~450 m,视电阻率总体升高,高阻由闪长玢岩及玄武安山玢岩所致,部分低阻由含金矿化蚀变带所引起;第三段,450~550 m,以中粗粒石英砂岩为主,主要表现为中低阻特征;第四段,550~950 m,主要岩性为中细粒石英砂岩,偶见破碎,视电阻率有一定起伏,与砂岩成分有关,破碎、矿化蚀变表现为低阻,其余为中阻;第五段,950~1 400 m,岩性较为复杂,以石英砂岩为主,脉岩极为发育,多见页岩、泥岩等,视电阻率波动较大,低阻由页岩、泥岩或含金矿化蚀变带引起,高阻由闪长玢岩、花岗斑岩、长石斑岩等脉岩引起;第六段,1 400~1 500 m,岩性以片麻岩为主,多见糜棱岩化、矿化蚀变岩,视电阻率总体偏低;第七段,1 500~2 000 m,以新太古代变质深成岩为主,表现为稳定的中高阻特征。
图5所示的孔深1 350 m附近岩芯验证结果表明,低阻异常带系永宁组盖层与太古宙基底之间界面,上盘为永宁组砂砾岩及脉岩群,下盘为太古宙片麻岩,与广域电磁法推断一致。广域电磁的电性分层与钻孔物性总体吻合,认为高阻由脉岩引起,低阻由永宁底部粉砂岩、页岩、泥岩等细粒碎屑岩及构造作用形成的含金矿化蚀变带等引起。
图5
3.3 含金矿化蚀变带特征
通过对不同部位含金矿化蚀变带进行对比分析,从而研究地表及2 km深孔岩芯岩矿石之间存在的关联。
1)地表含金矿化蚀变带。位于工区中部,地表由探槽控制、延深由浅钻控制。地表出露长480 m,宽0.15~0.30 m,蚀变岩带顶、底板稳定,呈光滑面,在走向及倾向上呈舒缓波状,产状76°~125°∠69°~85°、245°~325°∠85°~87°(图6a)。Au品位(0.14~38.03)×10-6。
图6
图6
岩矿石标本与镜下照片
a—地表金矿化蚀变带内多金属硫化物细脉;b—120 m深度含金构造蚀变岩带岩心照片;c—1 400 m深度含金构造蚀变岩带岩心照片
Fig.6
Rock and ore samples and microscopic photos
a—Polymetallic sulfide veins within the surface gold mineralization alteration zone;b—Core photo of 120 m deep gold bearing structural altered rock zone;c—Core photos of 1 400 m deep gold bearing structural altered rock zone
带内主要为碎裂长石砂岩,沿裂隙充填1.0~5.0 cm宽褐铁矿细脉,褐铁矿细脉多分布于边部,即顶底板附近。带内矿化主要为褐铁矿化,弱硅化,局部见黄铁矿、毒砂、黄铜矿、黝铜矿、铜蓝矿化;部分样品Ag品位达到(218.27~352.68)×10-6,Cu品位1.35%~3.95%。
2)120 m深含金构造蚀变岩带。孔深120~140 m范围内发育垂厚约16 m的含金构造蚀变岩带。岩石组成为碎裂中粗粒长石石英砂岩,带内见有多条陡立裂隙,裂隙轴夹角10°,裂隙面构造破碎见有绿泥石化构造泥等构造蚀变,沿裂隙充填0.1~3.0 cm宽以黄铁矿为主的多金属硫化物,由于热液蚀变作用,整体蚀变褪色为灰白色。带内矿化主要为黄铁矿化,局部见方铅矿化、闪锌矿化等(图6b)。经取样分析,Au品位(0.17~0.78)×10-6,平均品位0.36×10-6;Pb品位0~0.08%;Zn品位0~0.11%。
3)500 m深含金构造角砾岩带。孔深340~580 m之间发现4层构造角砾岩带,总厚度约200 m,普遍见有黄铁矿化、硅化等矿化蚀变,Au品位(0.11~0.27)×10-6。其内多处见有钼矿化,岩芯取样Mo品位0.003%~0.061%。
4)1 400 m深含金构造蚀变岩带。孔深1 465.24~1 468.24 m,垂厚3 m。岩石组成为斜长角闪片麻岩,具有明显细粒化定向特征,可见矿化有黄铁矿化、磁黄铁矿化、方铅矿化、黄铜矿化等,多为浸染状和星点状分布,局部为团块状,1 465.24~1 468.24 m矿化较强(图6c)。经取样分析,Au品位(0.97~1.31)×10-6,平均品位1.17×10-6;Pb品位0.09%~0.19%。
区内地表及浅部共发现了25条规模不等的含金矿化蚀变带,本次在孔内发现了21条含金矿化蚀变带,指示本区无论是浅表还是深部的构造活动及矿化蚀变作用均较强。对地表及孔内采集的356件岩石样品做了Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi、Hg、Mo等10种元素的聚类分析(图7)得出,各类元素高值与圈定的含金矿化蚀变岩带吻合较好,多种元素相关性均较好,几乎所有含金矿化蚀变带附近及其他构造裂隙蚀变部位均存在多种元素高值异常,尤其永宁组盖层与太古代基底接触界面附近(图5)Au、Ag、Cu、Pb、Zn等元素均存在聚集。通过对不同深度岩矿石结构成分分析,区内地表与深部矿化蚀变物质高度吻合,为郑屯地区成矿物质来源研究提供了有力证据。
图7
图7
钻孔验证地球化学测量R型聚类分析
Fig.7
R-type cluster analysis diagram of borehole verification geochemical survey
4 广域电磁法及深孔的地质意义
4.1 深部地质模型
按照广域电磁法7条剖面及2 km深孔的成果,地质编录共划分124个岩性层,归类为4个陆相层序。永宁组穿层厚度1 345.1 m,盆地下部是内陆河流相—湖泊相沉积,为灰白—灰紫色中细粒石英砂岩及长石石英砂岩(局部轻微变质),接近盆地底部夹具微细水平层理或斜层理的粉砂岩和页岩。盆地上部则主要为冲积扇沉积,岩性为灰色—灰绿色—紫红色中粗粒石英砂岩和长石石英砂岩夹砾岩,砾石成分及结构成熟度较低,分选差,成分复杂。永宁组地层与下伏太古代基底呈不整合接触关系,钻孔内永宁组盖层与太古代基底间未见明显剥离构造滑动迹象,推测区域上伸展构造发育期形成的剥离断层存在不同的表现形式。
传统观点认为永宁盆地盖层达几千米,甚至更大,对含矿流体的运移不利,致使形成大规模金属矿床的可能性较小。通过本次工作,可以确定研究区存在一期或多期强烈的岩浆和流体活动,成矿流体在温压驱动下于不同的位置就位、与不同性质的围岩发生交代蚀变作用,形成不同形式的矿床类型(图8)。地表矿化说明盖层厚度没有厚大到完全阻隔热液,深孔也验证了这一点。
图8
图8
郑屯地区成矿模式
a—成矿模式示意; b—局部实测地质剖面
Fig.8
Metallogenic model map of Zhengtun area
a—Metallogenic pattern map ; b—Local measured geological profile
深孔证实盖层仅千米左右,华北克拉通破坏时期含矿变质流体或岩浆热液运移至界面上部甚至地表成为可能。区内一定厚度的新元古界沉积盖层,对成矿热液具有一定的封闭隔挡作用,本区处于变质核杂岩分布区,金矿矿床成因类型多属岩浆期后热液成因系列,地表发育多期活动的断裂构造,伴随构造活动有多期次中基性、中性、酸性岩浆深成—浅成侵入活动,形成广泛分布的深成岩体和一系列平行断裂带密集分布的浅成岩脉群,佐证了华北克拉通破坏的岩浆热液活动成矿机制,有利于金及多金属的富集成矿[20⇓-22]。矿区深部盖层与基底之间的接触界面、界面以下发育的主断裂派生的张裂带、隐伏岩体周围接触带甚至一期或多期热液活动涉及区域均为成矿有利部位,成矿前景较好。
4.2 地质意义总结
通过对地表岩矿石标本和钻孔岩芯详细的地球化学分析和物性分析,结合广域电磁法剖面的成果对该区的成矿物质的结构、成分和分布类型有了较全面的认识,认为地表与深部矿化蚀变物质性质高度吻合,为该区寻找克拉通破坏型金矿提供思路。
本次应用广域电磁法及深孔成果确认了永宁组地层与下伏太古宙基底接触面在深度千米左右,呈不整合接触关系,永宁组盖层与太古宙基底间未见明显剥离构造滑动迹象,证实前人对永宁盆地盖层厚度达几千米的认识存在误区。通过广域电磁法剖面及深孔综合分析的地质成果对该区找矿突破和永宁盆地研究都具有重要的地质意义。
5 结论
1)广域电磁法具有勘探深度大、精度高的特点,进行剖面测量及采用偶极—偶极的工作方法采集的深部激电数据为2 km深孔定位提供了关键依据。
2)广域电磁法成果及深孔揭示永宁组盖层与下伏的太古代片麻岩及长石斑岩等脉岩为不整合接触,二者接触部位为金州拆离断层带,实际盖层厚度在千米左右,使华北克拉通破坏时期含矿变质流体或岩浆热液运移至界面上部成为可能。
3)浅表地质工作和钻孔资料的分析表明浅表与深部成矿物质性质高度吻合,永宁组盖层与基底之间的接触界面、界面上下发育的主断裂派生的张裂带、隐伏岩体周围接触带、甚至一期或多期热液活动涉及区域均为成矿有利部位。这些成果都为该工作区找矿突破和永宁盆地研究提供了重要地层资料,具有重要的地质意义。
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