多元素分析在巖性及含礦性判別的應用——以塞爾維亞佩吉銅金礦床為例

饒東平

（中色紫金地質勘查（北京）有限責任公司，北京 100012）

0 引言

塞爾維亞佩吉銅金礦是紫金礦業集團股份有限公司于2018年底從加拿大Nevsun資源有限公司手中收購的超大型高硫-斑巖型銅金礦，目前已探獲銅金屬量超1500萬t。該礦床位于塞爾維亞著名的Timok巖漿雜巖帶波爾銅金礦集區南部，目前在該巖漿雜巖帶上已相繼發現多個大型-超大型的斑巖型銅金礦床和高硫型銅金礦床，以及數量眾多的中小型銅金礦床/點（Albrecht et al.,2005;Handler et al.,2004）。Timok巖漿雜巖帶上多數大型銅金礦床具有上百年的發現及開采歷史（Zimmerman et al.,2008），而佩吉銅金礦床由于埋藏深度較大（超過500 m），先后經多家公司數十年的地質勘查，于2012年被發現，至目前已積累較豐富的原始地質資料。

佩吉銅金礦床由上部高硫型礦化和下部斑巖型礦化組成，礦化主要賦存在下部安山巖（LA）中。根據前人研究及地質編錄資料顯示，下部安山巖并非單一的巖性，可能由一系列流紋質至安山質的次火山巖、火山巖和火山沉積巖及深成侵入體組成，但由于蝕變較強，肉眼難以區分。

隨著近年來元素分析測試方法的不斷改進，各種元素分析精度逐步提高，測試成本大幅降低，多元素分析測試方法及商業應用越來越受國際礦業公司的青睞。目前多元素地球化學特征常用于巖石類型判別、蝕變分類、硫化物和硫酸鹽演化、微量元素示蹤等多個方面（Scott,2020）。本文從多元素地球化學特征著手，結合地質編錄情況，通過分析佩吉銅金礦床最典型的100勘探線多元素地球化學特征，進一步劃分下部安山巖組成，并對其含礦性進行初步判別。

1 地質概況

塞爾維亞佩吉銅金礦床位于特提斯歐亞成礦帶西端，阿爾卑斯-喜馬拉雅造山帶最西端的Timok雜巖帶南部（Jankovi?,1976,1997;Heinrich and Neubauer,2002;Schmid et al.,2008），如圖1所示。該雜巖帶為一個南北狹長的透鏡狀地塹，南北長約85 km，寬最大可達25 km，是由一系列與鈣堿性巖漿有關的安山巖-英安質亞火山巖、火山-沉積序列及主要為二長巖-閃長斑巖和花崗閃長巖組合而成的深成巖體（Ciobanu et al.,2002；韓寧等,2019）。區內主要出露的地層為侏羅系，分布于Timok巖漿雜巖帶的東西兩側，呈帶狀分布；上白堊統地層廣泛分布于Timok雜巖帶中；中新統沉積物覆蓋于東部地區。

圖1 區域大地構造位置圖（據Handler et al.,2004修改）

佩吉銅金礦床主要出露晚白堊世（次）火山巖、火山碎屑沉積巖，中新世粗碎屑巖和全新世沖洪積物。根據鉆孔揭露情況，從下至上大致劃分為下部安山巖、上部安山巖、泥灰巖、波爾礫巖和中新世沉積巖（圖2）。

圖2 塞爾維亞佩吉銅金礦100勘探線剖面示意圖

區內上部高硫型銅金礦化（礦體編號：UZ-1和UZ-2）主要產于上部安山巖與下部安山巖接觸部位或下部安山巖中，圍巖蝕變以泥化和高級泥化為主，主要礦石礦物為黃鐵礦、銅藍、硫砷銅礦，局部見少量輝銅礦和黃銅礦；下部斑巖型銅金礦化（LZ-1）主要賦礦圍巖為下部安山巖，圍巖蝕變以黃鐵絹英巖化為主，疊加泥化和高級泥化，局部見弱鉀化蝕變，主要礦石礦物為黃鐵礦、黃銅礦和銅藍，次為斑銅礦和硫砷銅礦。

2 樣品采集及分析

本次研究挑選100勘探線13個鉆孔3429件基本分析結果，涵蓋上部高硫型礦化和下部斑巖型礦化。鉆孔巖心采樣一般按2～3 m一個樣，從上部安山巖開始至孔底連續采樣，均勻采集二分之一巖心，每個樣品重量大于3 kg。樣品在送檢之前按一定比例插入標準樣、空白樣和重復樣，這些控制樣品一般占總樣品數的12%～15%，確保樣品具有較高的合格率。

所有樣品均分析Au、Cu、Ag、Pb、Zn等49種常量和微量元素。樣品送至北愛爾蘭澳實（ALS）實驗室，溶樣采用四酸（HCl、HNO3、HF和HClO4）溶解法。該方法相比起傳統的王水溶解法能更好的溶解長石、鋯石、獨居石等難溶礦物。分析方法采用等離子體質譜法（ICP-MS），若部分元素含量超過ICP-MS分析上限，再采用等離子光譜法（ICP-AES）或原子吸收光譜法（AAS）測試。Au元素采用火試金方法熔樣，火法熔樣后一般采用等離子光譜法（ICP-AES）測試；若Au含量大于10 g/t，則采用火試金+稱重法測定。各元素分析方法及檢出限詳見表1。

3 數據處理

前文已述，佩吉銅金礦主要產于下部安山巖中，下部安山巖可能由多期次不同成分的火山巖、次火山巖和侵入巖等巖石單元組成，但由于蝕變較強，肉眼難以區別。本文從多元素地球化學方面著手，對下部安山巖進一步細分。一般巖石越新鮮，多元素特征越趨近于原巖化學性質，原巖恢復也越接近于真實，且后期發育的脈體、礦化會顯著稀釋微量元素含量（Winter,2010）。本區下部安山巖蝕變廣泛發育，難于獲得新鮮巖石多元素數據，且部分樣品強烈蝕變礦化。因此，應先對礦化/蝕變較強的樣品進行剔除。

由于大部分巖漿巖的Al含量介于6%～9%之間，低Al含量指示了強烈熱液活動對元素含量的稀釋作用（Winter,2010）。例如細脈發育和強烈角礫化的巖石，后期填充的礦物（硫化物、石膏、石英和碳酸鹽等）稀釋了巖石中微量元素中的含量，顯示非其原始的微量元素分布特征。而對于元素含量被稀釋至接近檢出限的樣品，即使是元素比值有時也無法反映原巖的微量元素特征。因此，可先利用Sc-Al圖解（圖3），并結合地質編錄將低Al含量樣品剔除。

圖3 佩吉銅金礦床Sc-Al元素圖解

先將下部安山巖（LA）樣品全部挑選出，將其分類為Al含量大于6%和小于6%兩組。如圖3所示，橙色樣品為Al含量低于6%的樣品，該樣品空間分布正好位于上下部礦體對應位置（圖2,4），顯示為強烈蝕變和礦化樣品，將該樣品剔除，僅保留Al含量大于6%的樣品（綠色）。

4 討論

4.1 巖石組成的識別

地質學上通常是使用SiO2含量作為火成巖分類的標準，如酸性巖、中性巖、基性巖和超基性巖。但由于SiO2含量無法在四酸溶解的方法中測得，其會與HF反應形成SiF4配合物。因此，經前人研究認為，火成巖的分類還可以根據不活動的微量元素含量進行劃分。其中，Sc元素具有較好的劃分效果，因為它能以類質同象的形式替代鐵賦存于含鐵硅酸鹽和鐵鎂礦物中，如角閃石、輝石、黑云母、綠泥石等，因此Sc元素可以作為鎂鐵質-長英質巖石的指示元素（Scott,2020）。

圖4 佩吉銅金礦床下部安山巖樣品Al含量剖面分布示意圖

另外，Sc元素通常呈正三價且在大部分風化和熱液蝕變環境下仍然不易遷移（Williams-Jones and Vasyukova,2018）。在熱液環境下最不易移動的元素主要是正三價和正四價的高場強元素，而在通常的四酸溶解-ICP-MS/AES分析項目中，這些元素主要有Sc、Al、P、Ti、V、Cr、Y、Zr、Nb、La和Th，而Sc是這些元素里面最不易遷移的（Railsback,2003）。此外，過渡金屬元素Sc、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn都擁有相似的化學性質，在未蝕變巖石中，這些元素與Sc通常呈較好的線性關系，含量都隨巖漿分異程度而降低；在蝕變巖石中，其它元素和Sc線性關系的偏離可以顯示出不透明礦物的分離結晶作用、熔體中硫化物的飽和以及熱液環境下某些金屬元素的浸出。

一般玄武巖Sc含量大于30×10-6，安山巖Sc含量介于20×10-6～30×10-6之間，英安巖Sc含量介于10×10-6～20×10-6之間，而流紋巖Sc含量小于10×10-6（Scott,2020;Winter,2010）。

本次研究主要利用Sc、Nb、P、Th、Ti、V、Zr等不活動元素的相互關系，并結合地質編錄以及三維上的產狀和分布對巖石組合進行識別。前期先將強烈蝕變和礦化樣品剔除，再根據上述7個不活動元素含量系列圖解，進一步將原下部安山巖（LA）分為三個系列LA-1、LA-2和LA-3（圖5），代表三種不同成分的巖性組合，剖面分布見圖6。

圖5 各系列（LA-1、LA-2、LA-3）安山巖不活動元素特征分布圖

圖6 佩吉銅金礦床100勘探線下部安山巖（LA）重新劃分剖面示意圖

其中，LA-1顯示為英安質-安山質高Ti中Zr巖石，主要分布在上部及Bor2斷裂下盤，根據地質編錄顯示可能為比較早期的火山碎屑巖；LA-2顯示為英安質-流紋質低Ti低Zr巖石，主要分布在下部，特別是礦體上下盤，為本區的主要賦礦圍巖，地質編錄顯示主要為復成分火山角礫巖帶；LA-3顯示為英安質-安山質高Ti高Zr巖石，主要呈脈狀不規則分布，可能為侵入巖脈。

4.2 巖漿含礦性的判別

（1）V/Sc與Sc特征

前人發現富Cu的斑巖巖漿表現出隨SiO2升高，V/Sc也隨之升高的趨勢，將其解釋為熔體中較高的水含量使角閃石遠早于磁鐵礦的結晶（Loucks,2014）。但是在工業界一般采用的化驗方法無法測取SiO2，如前文4.1中所述，Sc作為可指示巖石鎂鐵質-長英質的指示元素，通常與原巖中SiO2呈反比，所以可在圖解中用Sc來代替SiO2。高V/Sc、低Sc指示高氧化含水的熔體，有利于形成富銅的斑巖體（Ballard et al.，2002；Richards，2011；Chiaradia，2014）。

V/Sc-Sc圖解（圖7）顯示，LA-2樣品主要分布在斑巖銅礦分布區，下部安山巖從LA-1→LA-3→LA-2，V/Sc值逐漸增加，而Sc含量逐漸降低的特征，反映LA-2原始巖漿可能為具有高氧化含水的富Cu斑巖巖漿。結合上文，LA-2巖石為區內高硫礦化和斑巖礦化的主要賦礦圍巖，因此是否指示區內的斑巖銅金礦化可能與LA-2這期巖漿關系最為密切，這一點需要進一步研究與探討。

圖7 下部安山巖V/Sc-Sc圖解（據Halley,2020）

（2）Sr/Y-Y特征

高Sr/Y和低Y也是富銅斑巖巖漿的一個特征（Richards and Kerrich,2007）。以俯沖大洋板塊直接熔融形成的埃達克巖漿由于具有較高的溫度和高氧逸度，具有較大的形成富金斑巖型銅金礦床的潛力。埃達克質巖漿一般具有高Sr（≥400×10-6）、低Y（≤18×10-6）和高Sr/Y比值（＞40）的特征（Defant and Drummond,1990;Kay,1978;Shafiei et al.,2008）。

Sr/Y-Y圖解（圖8）顯示，下部安山巖總體具有高Sr、低Y、高Sr/Y比值的特征，多數樣品分布在埃達克質巖漿范圍內。特別是LA-2巖石，具有較高的Sr/Y比，Sr/Y比值絕大多數在40以上，顯示該期巖漿是富銅的斑巖巖漿。

圖8 下部安山巖Sr/Y-Y圖解（據Halley,2020）

5 結論

通過對下部安山巖（LA）巖石多元素特征進行分析，并結合地質編錄，可以得到以下幾點認識：

（1）下部安山巖并非單一的巖性，而是多種巖性的組合，并大致劃分為LA-1、LA-2和LA-3三種具有較為顯著差異的巖性組合。

（2）LA-1為英安質-安山質高Ti中Zr巖石，為早期的火山碎屑巖；LA-2為英安質-流紋質低Ti低Zr巖石，可能為復成分火山角礫巖帶；LA-3為英安質-安山質高Ti高Zr巖石，可能為侵入巖脈。

（3）LA-2巖石為本區的主要賦礦圍巖，具有高V/Sc、低Sc和高Sr、低Y、高Sr/Y比值的特征，顯示該期巖漿與成礦最為密切。

（4）多元素地球化學特征分析可作為火山巖地層巖性和含礦性識別提供參考。

致謝感謝在野外地質資料收集整理及勘查實踐中項目組成員的共同努力，感謝甲方礦業公司對項目的大力支持和幫助，感謝評審專家對論文提出的寶貴意見。