微量元素地球化學(xué)在水口山礦田中的應(yīng)用

微量元素地球化學(xué)在水口山礦田中的應(yīng)用

1湘南地區(qū)震旦紀(jì)—區(qū)域地質(zhì)、地球化學(xué)背景水口山鉛錫金銀礦區(qū)位于湖南省衡寧縣。坐標(biāo)為北緯11230591124113。北緯262536262542，其中鉛含量（金屬量）約200萬噸，金礦床約100萬噸。構(gòu)造位置位于湘中早古生代活動(dòng)陸緣(弧)異地地體(IV)與湘東早古生代活動(dòng)陸緣(弧)異地地體(Ⅵ)間的株州—零陵地體縫合線邊部,湘南地體(Ⅴ)與邵陽(yáng)—郴州轉(zhuǎn)換斷層北端(圖1)。古代生耒(陽(yáng))—臨(武)南北褶斷帶北緣,中生代衡陽(yáng)裂谷南緣的裂肩部位。由于受濱太平洋板塊作用,使該區(qū)域地殼長(zhǎng)期處于高熱流聚集環(huán)境。前人對(duì)湘南地區(qū)震旦紀(jì)—侏羅紀(jì)地層中不同層位、不同巖石中微量元素的統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn),震旦紀(jì)以后的地層對(duì)該區(qū)域巖漿的形成及其成礦不起主導(dǎo)作用,而對(duì)深循環(huán)熱液成礦過程有比較重要的影響。與世界同類巖石相比,該區(qū)域各時(shí)代地層的巖石富集Sb、As、Mo、Sn、Cu、Pb、Zn、Ag等成礦元素,一般富集2~10倍,Ag、Bi富集1~2倍。Sb含量一般為40×10-6,以石炭系、二疊系、三疊系最高(分別為157×10-6、339×10-6、183×10-6)。與地殼背景值相比,泥質(zhì)巖富集Sb約3倍,碳酸鹽巖富集Sb約35倍、Cu5倍、Sn5~3倍。Cu、Pb、Zn、Sb、Bi、Mo、Sn、Au也比南嶺區(qū)域背景值偏高2.6~10倍。2礦床地質(zhì)特征在水口山礦田近200km2范圍內(nèi),自中泥盆統(tǒng)—新生界沉積總厚達(dá)3000多米。晚三疊世地層為淺海相碳酸鹽巖夾含鐵、煤濱海相砂、頁(yè)巖建造,晚三疊—白堊紀(jì)地層以陸源碎屑磨拉石建造為主,下二疊統(tǒng)棲霞組(P1q)炭質(zhì)條帶狀灰?guī)r、含燧石灰?guī)r是該區(qū)鉛鋅金銀礦的主要容礦層位,當(dāng)沖組(P1d)含鐵錳硅質(zhì)巖及泥灰?guī)r是該區(qū)金礦主要容礦層位。由于受印支運(yùn)動(dòng)?xùn)|西向區(qū)域應(yīng)力擠壓作用,使自泥盆紀(jì)—三疊紀(jì)地層形成一系列大小不一的褶皺和與褶皺相應(yīng)配套的性質(zhì)不一的斷層。燕山運(yùn)動(dòng)則因沿襲和發(fā)展了印支期構(gòu)造,使褶皺進(jìn)一步倒轉(zhuǎn),部分?jǐn)鄬踊ハ鄿贤ㄐ纬梢?guī)模較大的疊瓦式推覆斷層。全區(qū)共有大小火成巖體70余個(gè),可分為花崗閃長(zhǎng)質(zhì)淺成侵入系列及英安質(zhì)潛火山巖超淺成噴發(fā)系列。這些大大小小火成巖體及各內(nèi)生礦床定位空間均與區(qū)內(nèi)褶皺及相關(guān)斷裂有著密切關(guān)系。礦田中鉛鋅金銀礦床可分內(nèi)生、外生礦床兩大類。而內(nèi)生礦床依據(jù)產(chǎn)出部位、礦物共生組合、礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及礦床成礦物、化條件,可進(jìn)一步分為4個(gè)亞類:A接觸交代夕卡巖型鐵、銅、菱鐵礦床(中區(qū))B熱液交代充填型鉛鋅、菱鐵礦床(老鴉巢、鴨公塘)C層間硅化破碎帶熱液充填型鉛鋅金銀礦床(康家灣)D斷層破碎帶熱液充填型鉛鋅礦床(溫塘)外生礦床可分風(fēng)化淋濾鐵帽型金礦床(龍王山)和風(fēng)化淋濾黑土夾角礫金礦床(仙人巖)兩類(圖2)。3礦區(qū)地層和巖石元素的地球化學(xué)特征3.1sb、hg元素區(qū)內(nèi)地層微量元素變化特點(diǎn)總體上由老到新(泥盆紀(jì)—侏羅紀(jì))Cu、Pb、Zn等元素的含量由低到高,而W、Sn、As、Sb、Hg元素則由高到低。其中泥盆系上統(tǒng)錫礦山組中As元素高出地殼含量37.7倍,Sn元素以石炭系測(cè)水組較高,為34.8×10-6,Pb元素在二疊系下統(tǒng)棲霞組、當(dāng)沖組濃度系數(shù)分別為3.3和1.6,Zn元素在當(dāng)沖組濃度系數(shù)為1.23,Ag元素主要集中于二疊系當(dāng)沖組、斗嶺組地層,為24.86×10-6~74.29×10-6(表1)。3.2巖石微量元素含量不同巖石巖性不同,微量元素富集規(guī)律不同(表3),從碳酸鹽巖→硅質(zhì)巖→泥質(zhì)巖→碎屑巖,Pb濃集系數(shù)分別為8.87→6.08→3.54→2.22,逐漸降低;Ag元素濃集系數(shù)分別為1.93→8.87→1.59→1.16,在硅質(zhì)巖中最高;As元素濃集系數(shù)為5.8→19.0→9.9→20.5,Sb元素為6.84→14.9→4.87→41.22,均在碎屑巖中含量較高,碳酸鹽巖和泥質(zhì)巖中最低;Mo元素在二疊紀(jì)硅質(zhì)巖類含量較高,濃集系數(shù)為45.5,Au在各地層巖石中均低于地殼豐度,相對(duì)而言,在二疊紀(jì)、三疊紀(jì)地層的泥質(zhì)巖石中含量較高,分別為3.23×10-9、3.36×10-9,白堊紀(jì)碎屑巖最高達(dá)6×10-9。綜合上述不同地層、不同巖石中的主要微量元素含量來看,與該礦床有關(guān)的Au、Ag元素相對(duì)于二疊系當(dāng)沖組硅質(zhì)巖、棲霞組碳酸鹽巖中豐度值含量較高,這與礦田Pb、Zn、Au、Ag賦礦或容礦層位吻合。尤其Ag元素與二疊系當(dāng)沖組硅質(zhì)巖關(guān)系密切,而礦田中該地層硅質(zhì)巖類廣泛分布,為該礦田找銀指示了方向。4構(gòu)造地球化學(xué)特征4.1裂裂巖帶斷裂構(gòu)造地球化學(xué)可分兩種類型。第一類主要表現(xiàn)為元素的斷裂構(gòu)造動(dòng)力分異作用及由此產(chǎn)生的物質(zhì)成分變化屬半開放體系。該類斷裂主要由礦田早期東西向、北東東向、北西向及南北向斷裂帶組成,多屬?gòu)埿?、張扭?密度一般0.3~1m,由斷層角礫巖、斷層泥、碎裂巖組成。在這些斷裂帶中Cu、Pb、Zn、Au、Ag、As、Sb、Mn、Ti、Cr、V元素含量與斷裂通過的圍巖有關(guān),與圍巖含量成正比。且斷裂帶剖面中元素含量出現(xiàn)高值處,一般附近會(huì)出現(xiàn)一個(gè)低含量帶(圖3)。這表明元素與斷裂構(gòu)造動(dòng)力分異作用是就地取材為主,斷裂巖帶屬于半開放系統(tǒng)。第二類為燕山期北北東向或近南北走向,規(guī)模較大的滑脫斷層或推覆斷層,是礦田中主要導(dǎo)巖、導(dǎo)礦斷裂,局部為儲(chǔ)礦構(gòu)造。以強(qiáng)硅化為特點(diǎn),組成硅化角礫巖帶。該類斷裂以剪應(yīng)力為主,元素變遷雖以構(gòu)造動(dòng)力分異作用為主,但金屬元素疊加富集成礦強(qiáng)度大,既有斷裂動(dòng)力分異作用,也有熱流體交代作用,屬典型的聚集系列開放體系。Cu、Pb、Zn、Au、Ag、As、Sb、Mn、Ti、Cr、V等元素高于上、下盤圍巖(圖4),具聚集特征,而Sr、Bi元素明顯減少具分散特征。4.2層間滑動(dòng)構(gòu)造破碎帶的宏觀特征根據(jù)鉆孔巖心采樣分析的結(jié)果說明,在同一褶皺的不同部位,倒轉(zhuǎn)背、向斜軸部的層間滑動(dòng)構(gòu)造破碎帶中,一些離子半徑大,壓縮性、壓熔性小的、不穩(wěn)定微量元素,易于具濃集趨勢(shì),是相應(yīng)巖石含量的數(shù)倍,局部不見礦化現(xiàn)象(表3)。5微量元素地球化學(xué)與鉛鋅銅成礦有密切關(guān)系的花崗閃長(zhǎng)巖類淺成侵入系列巖石中,各種與成礦有關(guān)的微量元素具有明顯的礦化疊加現(xiàn)象,不能正確代表各巖體的原始微量元素豐度值。鑒此,劉順生等根據(jù)Vistelius的地球化學(xué)過程的基本定律,即單一地球化學(xué)過程形成的單一地質(zhì)體中,化學(xué)元素的含量服從正態(tài)分布。也就是說巖體或沉積巖形成時(shí)元素的初始含量服從正態(tài)分布,而后期地球化學(xué)作用疊加后的元素含量的混合分布,則為偏離正態(tài)分布(多峰偏態(tài)分布),且多為正偏表象。采用Vistelius元素含量概率分布密度函數(shù)計(jì)算得表5。水口山礦田兩類淺成侵入巖中取樣分析見表6。從以上兩表可以看出,與銅鉛鋅成礦系列有關(guān)的花崗閃長(zhǎng)巖類,Cu、Pb、Zn、Au、Ag等微量元素,原始豐度值高出華南同類巖石3~9倍。這對(duì)近接觸帶類礦體形成,無疑有促進(jìn)作用,而與金銀鉛鋅成礦系列有關(guān)的遠(yuǎn)離礦體的英安質(zhì)潛火山巖-火山巖類,主要微量元素均低于淺成巖類巖石,對(duì)金銀礦體的形成無直接作用,但為該類礦床提供淺成低溫?zé)嵩磪s有著密切關(guān)系。6元素異常組合異常礦田內(nèi)原生暈的形成,以滲濾作用為主,擴(kuò)散作用次之,只有在礦體側(cè)向裂隙不發(fā)育處,才以擴(kuò)散作用起主導(dǎo)作用。原生暈的形成與構(gòu)造、巖性、礦體、礦床種類關(guān)系密切。與構(gòu)造關(guān)系往往是原生暈異常發(fā)育在倒轉(zhuǎn)背(向)斜軸部或?qū)娱g破碎帶中。與巖性關(guān)系是在具脆性的硅質(zhì)巖、碎屑巖中原生暈較發(fā)育。同時(shí)在侵入巖與碳酸鹽巖類巖石接觸處,由于熱液蝕變,交代作用的影響,一般原生暈均較發(fā)育。在巖石活潑性較差的泥質(zhì)巖類中,原生暈一般不發(fā)育。在熱液充填或交代礦床中,礦體及圍巖的原生暈異常,暈的組分和礦體中元素的組分是一致的。這一異常組分特點(diǎn),為尋熱液充填、交代型礦體提供了依據(jù)。次生暈異常是原生暈異常的補(bǔ)充。從礦田次生暈樣品資料來看,異常元素組合復(fù)雜,既有Pb、Zn、Cu、Mo、Bi組合異常,又有Au、Ag、Hg、Sb、As組合異常。通過驗(yàn)證分析,在眾多的元素組合異常中,真正具有找礦意義的主要為Au、Ag兩個(gè)元素,且Au異常豐度>200×10-9具有濃集分帶地段,可作為直接找金標(biāo)志。由于各類礦床的化學(xué)成分是復(fù)雜的,除主要成礦元素外,其它元素As、Sb、Bi、Sn、Mo、Ag、Hg、Mn、Ba、Ge、In、Fe、Cr……都有含量。由于原生暈與礦床類型關(guān)系密切,因此不同類型礦床的原生暈,表現(xiàn)出不同特征。1)與淺成侵入花崗閃長(zhǎng)巖類有關(guān)的接觸交代和充填型鐵銅鉛鋅硫伴生銀金礦床,其成礦元素主要為Pb、Zn、Au、Cu、Ag、Mo、As、Sb、Hg等。其中Pb、Zn、Cu、Au異常范圍和異常強(qiáng)度大。異常分帶明顯外,中帶可基本反映出礦床大體范圍,內(nèi)帶則反映出礦體或礦化體位置,如老鴉巢金礦床,平面上表現(xiàn)為Au、Pb、Zn、Sn、As綜合異常,緊靠巖體呈橢球狀展布,且分帶明顯,外帶為Au、Pb,中帶為Zn、Ag,內(nèi)帶為As、Sn異常(圖5a)。2)與英安質(zhì)潛火山-火山巖有關(guān)的層間硅化破碎角礫巖充填型鉛鋅金銀礦床或斷層破碎角礫巖型金礦床,不論近或遠(yuǎn)程指示元素和元素異常組合,均顯示出中低溫成礦類型特點(diǎn),如仙人巖硅化角礫型金礦床,平面上次生暈元素組合為Au、As、Zn、Bi等元素,外中帶為Au,內(nèi)帶為As、Zn、Bi(圖5b)。其中Au為主成礦元素,具三級(jí)濃度帶,高峰值>200×10-9,呈北北東向長(zhǎng)條狀分布。3)對(duì)兩類不同成礦系列,通過R聚類分析,與淺成侵入花崗閃長(zhǎng)巖類有關(guān)的接觸交代型或充填型銅鉛鋅硫,伴生銀金礦床的元素分成兩組:一組為Au、S、Cu,另一組為Ag、Pb、Zn;而與英安質(zhì)潛火山巖