遼西新民金礦床原生暈地球化學特征及深部找礦遠景

許云鵬 袁 和

(遼寧省第四地質大隊有限責任公司，遼寧 阜新 123000)

遼西阜新地區金屬礦產資源較為豐富，自20世紀60年代以來，該地區陸續發現了規模不等的金礦床，如排山樓金礦、新民金礦、靳家店金礦等，其中排山樓金礦床是我國典型的韌性剪切帶型金礦床[1-3]。據礦床的產出特征顯示，新民金礦床與排山樓金礦床產于同一韌性剪切帶內，礦床主要受近EW向韌性剪切帶控制。近些年，隨著新民金礦床的逐年開采，地表和地下淺部礦體已開采殆盡，“攻深找盲”已成為礦區今后工作的重點，為此迫切需要通過運用有效的方法來實現深部找礦突破。

截至目前，前人在新民金礦區開展的深部找礦工作所運用的方法主要為地球物理方法(電磁法、激電測深等)，但地球物理方法常具有多解性，使得深部找礦信息的可信度受到一定程度制約。在地球化學方面，前人的研究主要注重礦石樣品中Au品位及礦體厚度的變化，對于礦體原生暈軸向分帶特征以及深部盲礦體賦存狀態的研究涉及較少，并且對成礦元素與其他元素之間的相關性研究也有待深入，忽略了其他元素對深部找礦的指示作用。由于原生暈找礦法對深部盲礦體預測具有良好效果，被認為是尋找深部隱伏礦體的一種有效的地球化學方法，在尋找金、銀、銅等礦種方面得到了廣泛應用[4]。為此，本研究在礦區內選擇59號勘探線開展原生暈地球化學測量工作，采用因子分析和聚類分析來挖掘成礦元素與其他相關元素之間的關系，并運用重心法對礦體原生暈軸向分帶序列進行定量研究，構建深部找礦模型及深部盲礦體定量評價指標，為在礦區深部實現找礦突破提供理論依據。

1 區域成礦地質背景

新民金礦床大地構造位置位于華北板塊北緣燕遼成礦帶的最東端，NE向大巴—后三角山韌性剪切帶與近EW向排山樓—馬家荒剪切帶的交匯處(圖1)。華北板塊北緣被認為是我國重要的成礦區帶之一，蘊藏著豐富的金、鉬、稀土等重要礦產資源[5]。在早白堊世時期，華北陸塊經歷了大地構造體系的轉換，發生了從擠壓到伸展的巨大轉變[6]。在伸展背景下遼西地區發生了強烈的巖漿活動，導致區域內中生代巖漿活動頻繁以及NE向、近EW向韌性剪切帶較發育，并伴隨著大規模的金成礦地質作用[7]，致使區域地質情況復雜，成礦條件極為優越。

圖1 新民金礦區域地質特征Fig.1 Regional geological characteristics of Xinmin Gold Mine

區域內出露的地層有新太古界建平群小塔子溝組(Arx)、中元古界長城系大紅峪組(Pt2)、中元古界薊縣系高于莊組(Pt2)及中生界白堊系孫家灣組(K2s)。其中，新太古界建平群小塔子溝組巖性主要為黑云斜長片麻巖和角閃斜長片麻巖，其次為白云質大理巖。由于建平群金豐度值較高，被認為是區域內金成礦的重要源巖[8]。中元古界長城系大紅峪組巖性主要為粗碎屑巖，并夾有少量碳酸鹽巖;中元古界薊縣系高于莊組巖性主要為白云巖、白云質灰巖。中生界白堊系孫家灣組巖性主要為礫巖。

2 礦區地質特征

2.1 礦區地層巖性特征

礦區內分布的地層由老到新主要有新太古界建平群小塔子溝組，該組巖性由于受韌性剪切作用的影響而形成糜棱巖系;中元古界長城系大紅峪組巖性為石英巖質初糜棱巖;中元古界薊縣系高于莊組巖性為白云質糜棱巖。出露的脈巖主要有玄武玢巖、閃長玢巖、流紋斑巖(圖2)。區內發育3條斷裂構造，其性質為壓剪性和張性斷裂。其中F1壓剪性斷裂控制著礦體的分布，并且斷裂帶內見有蝕變較強的碳酸鹽化。

圖2 新民金礦礦區地質特征Fig.2 Geological characteristics of the mining area of Xinmin Gold Mine

2.2 礦體特征

目前地表共圈出1條金礦體，礦體呈脈狀產于近EW向韌性剪切帶內，并受韌性剪切帶及F1壓剪性斷裂控制。礦體走向近EW向、傾向N，傾角為48°～90°。礦體規模為大—中型，由工程控制的礦體長度為740 m，傾斜延深 410 m;礦體厚度為 1.33～43.52 m，平均厚度 15.67 m;Au品位為(1.01～4.95)×10-6，平均品位 1.63×10-6。礦石類型主要為長英質糜棱巖型和黑云斜長糜棱巖型兩種。礦石結構以糜棱結構為主，礦石構造以浸染狀構造為主，細脈狀構造次之。金屬礦物主要為黃鐵礦及少量黃銅礦。脈石礦物主要有石英、斜長石、絹云母等。

礦區內圍巖蝕變較發育，主要有硅化、綠泥石化、絹云母化、黃鐵礦化等，其中黃鐵礦化與金礦化關系最為密切，礦石中主要的載金礦物為黃鐵礦。

3 成礦模式

3.1 成礦物質來源

前人通過對區內地層進行研究發現，建平群小塔子溝組巖石中金含量為(3～108)×10-9，高于克拉克值[9]，認為該組巖性是區內金成礦的初始礦源層，為金礦床的形成提供了物源。此外，根據礦床的產出特征顯示，新民金礦床位于排山樓金礦床西側0.25 km，是排山樓金礦體沿走向向西延伸部分，兩者屬于同一礦體的不同礦段，認為其成礦物質來源可能為同源。前人對排山樓金礦區內的礦石、賦礦圍巖及二長花崗巖樣品中的黃鐵礦進行的Pb同位素測試結果[10-11]顯示，礦石樣品中Pb同位素組成變化范圍為:w(206Pb)/w(204Pb)=16.40～17.00，w(207Pb)/w(204Pb)=15.21～15.37，w(208Pb)/w(204Pb)=36.69～37.38，這與圍巖(15.15～15.62、15.11～15.27、35.61～38.45)、二長花崗巖(16.67～16.76、15.27～15.29、36.77～36.84)中的Pb同位素組成基本相近，暗示其成礦物質來源與圍巖、花崗巖具有一定的親緣性。

3.2 成礦流體來源

由于新民金礦床與排山樓金礦床屬于同一礦體的不同礦段，本研究認為兩者的成礦流體來源可能為同源。前人對排山樓礦區內7件礦石樣品中石英流體包裹體的氫氧同位素進行了測試，結果顯示:δ18O(H2O)值為 3.8‰ ～ 7.40‰，δD 值為 -116.2‰ ～-87.3‰[11]。據δD-δ18O 圖解(圖 3)顯示，數據投影點主要落在變質水—巖漿水的左下方，較接近巖漿水，總體屬于大氣—熱液水范疇，表明金礦床的成礦熱液可能為多種成因熱液參與，主要為巖漿水和變質水，后期又有大氣水加入。

圖3 δD-δ18O變化范圍圖解Fig.3 Illustration of the variation range of δD-δ18O

3.3 成礦機制

新民金礦床位于華北板塊北緣，從區域地質演化來看，華北板塊的演化是一個漫長而復雜的過程，是由多個陸塊及微陸塊相互碰撞拼接的結果[12]。在其碰撞過程中遼西地區發生了擠壓、抬升以及大規模的變質變形作用，使賦存于小塔子溝組巖石中的“散金”初步活化和“擠出”。同時伴隨著深部熱能聚集促使含礦流體庫爆發，驅動流體向上遷移。并且在強烈的韌性剪切作用下，原巖的物質成分發生改變，同時產生變質流體，礦物在動力重結晶過程中的可釋放金被活化進入流體相中，此時上侵的巖漿流體與變質流體混合沿韌性剪切帶發生遷移，在其遷移過程中常與圍巖發生一系列的巖—水反應形成蝕變帶。以礦體為中心，從遠離礦體到近礦體(包括礦體)，蝕變帶依次可以劃分為綠泥石化帶、碳酸鹽化帶和黃鐵礦—絹云母化帶。由于金與黃鐵礦關系密切，為此推斷Au主要以[Au(HS)2]-形式遷移，并在有大氣降水參與下形成深循環體系，Au通過以下反應從圍巖中萃取、活化:

隨著巖—水反應不斷進行使得成礦流體的溫度、壓力、氧逸度及pH值發生改變[13]，化學平衡遭到破壞，導致金硫絡合物的穩定性破壞，促使金發生沉淀富集，最終形成含金糜棱巖帶(圖4)。

圖4 成礦模式示意Fig.4 Schematic of metallogenic model

4 樣品采集與分析方法

為研究礦體原生暈分帶特征，在59號勘探線100 m中段及ZK5908、ZK5909號鉆孔內的礦體及圍巖部位進行了連續樣品采集(樣長1 m)，共采集了164件樣品，每件樣品加工后的質量在200 g以上。

樣品分析測試由具有甲級資質的中國建筑材料工業地質勘查中心遼寧測試研究所完成，分析元素有Au、Ag、Cu、Zn、Hg、As、Sb、Ba、Bi、Co、Mo、Ni、Mn 等13種元素，測試方法見表1。

表1 地球化學元素分析方法及檢出限Table 1 Geochemical analytical methods and their detection limits of elements

5 原生暈特征

5.1 成礦及伴生元素組合特征

確定成礦及伴生元素組合有助于了解各地球化學元素之間的相關關系。為此，本研究對164件樣品數據進行了因子分析和聚類分析。

5.1.1 因子分析

因子分析可以揭示各變量間的內在聯系，使變量具有明確的意義[14-17]。為此，本研究采用SPSS19.0軟件對164件樣品的13種元素進行因子分析，運用Bartlett和KMO檢驗方法對數據進行相關性檢驗，結果見表2。分析表2可知:KMO檢驗值為0.781，概率P值(sig.)為0，表明數據適合進行因子分析。

表2 因子分析正交旋轉因子載荷矩陣Table 2 Factor analysis orthogonal rotation factor load matrix

表2顯示:F1因子變量組合為 Sb、As、Zn，F2因子變量組合為 Mn、Co，F3因子變量組合為 Ni、Bi，F4因子變量組合為Hg、Au，F5因子變量組合為Mo、Ba，F6因子變量組合為Ag、Cu。因子累計方差貢獻率為70.296%，包含了原始變量中的大部分信息。其中F1、F4因子組合中的 As、Sb、Hg 3種元素具有較強的遷移能力，這幾種元素可能反映了與中低溫熱液礦化作用有關，通常作為尋找金礦床的重要指標。

5.1.2 聚類分析

本研究采用組間聚類方法計算各變量之間的相關系數，所得聚類分析譜系圖如圖5所示。由圖5可知:當距離系數取25時，將13種元素分為兩大類，第1 類元素組合為 As、Zn、Sb、Mn、Cu、Mo、Ba，第 2 類元素組合為 Au、Hg、Bi、Ni、Ag、Co。當距離系數取5 時，可將元素進一步劃分為3類:第1類為Au、Hg，第2類為 Ni、Bi，第 3 類為 As、Zn、Sb。

圖5 聚類分析譜系圖Fig.5 Cluster analysis pedigree diagram

式中，Fu為異常界限值(即異常下限);Sh為內散度;Qu為上四分位數;Q1為下四分位數。Qu位于25%位置上的數值，Q1位于75%位置上的數值，有50%的數據落在Qu和Q1之間，這個范圍構成了Sh的數據范圍。

依據該方法求取各元素的異常下限值，并以2倍、3倍的異常下限值來確定原生暈的中帶和內帶(表 3)。

表3 EDA技術處理各元素特征參數統計Table 3 Statistical of the characteristics parameters of the elements processed by EDA technique (×10-6)

上述分析表明:以距離系數取5為限，聚類分析與因子分析結果相一致，即成礦元素Au與Hg元素關系最為密切，認為Hg可作為尋找金的重要找礦指示元素。

5.2 成暈元素分帶

元素異常的分帶首先確定異常下限，傳統方法是運用“平均值+n倍標準差”來逐步剔除特高和特低異常值，進而求取各元素的異常下限，然而在剔除特高值和特低值時會改變原始數據結構，這種人為刪除異常數據效果往往不理想。為此，本研究采用EDA方法求取異常下限，該方法將數據按照從大到小順序進行排列，根據特定位置的數據進行分析。該方法最顯著的特點是能夠有效排除特高值和特低值的干擾，對于處理不服從正態分布或對數正態分布的數據具有一定的優勢[18]。EDA方法計算公式為

依據上述參數繪制了各元素濃度分帶圖，如圖6所示。分析該圖可知:①Au、Ag 2種元素的濃度分帶清晰，具有明顯的外、中、內3級分帶，其結構較完整，并且2種元素在礦體中部(100 m中段)異常規模較大，而在礦體尾部異常規模具有變小趨勢;②Ba、Mn 2種元素的剖面發育形態較為相似，主要分布在礦體中部，表現為中、外帶異常;③Hg、Bi、Mo、Ni、Co 5種元素在礦體尾部較發育，其異常規模隨著深度的增加

而逐漸增大;④Cu、Zn、As、Sb 4種元素自礦體中部至尾部均有分布，其中As主要發育在礦體尾部，具有明顯的3級分帶現象。

圖6 59號勘探線元素濃度分帶特征Fig.6 Element concentration zoning characteristics of No.59 exploration line

5.3 礦體原生暈軸向分帶確定

原生暈軸向分帶的研究不僅可揭示含礦溶液的運移方向，而且對于追蹤深部盲礦體具有重要的指示意義[19]。目前，計算原生暈軸向分帶序列最常用的方法為格里戈良法，但該方法存在明顯不足，即分帶序列中某元素的位置受參加計算的其他元素含量多寡或種類影響[20]。為此，本研究采用重心法[21]確定原生暈的軸向分帶序列。該方法將異常的空間位置(即標高)引入計算中，可以有效克服格里戈良法存在的不足，計算結果見表4。

表4 新民金礦區59號線元素分帶序列計算結果Table 4 Calculation results of element zoning sequence of No.59 line in Xinmin Gold Mining Area

5.4 原生暈分帶序列解譯

根據表3，將基于重心法求得的各元素在空間上的異常重心值由大到小進行排列，得出59號線礦體原生暈軸向分帶序列從上至下為Mn→Ba→Ag→Zn→Au→Sb→Co→As→Ni→Mo→Bi→Cu→Hg。與李惠等[22]統計的中國金礦床原生暈正常垂向分帶序列((前緣暈元素 B—I—As—Hg—F—Sb—Ba)—(礦體暈元素 Pb—Ag—Au—Zn—Cu)—(尾暈元素 W—Bi—Mo—Mn—Ni—Co))對比，得出標準軸向分帶序列的前緣暈指示元素Hg、As及礦體暈指示元素Cu分布在59號線分帶序列的尾部，此外在圖6(c)、圖6(d)和圖6(h)中也顯示出Hg、As、Cu異常在礦體尾部較發育。標準軸向分帶序列的尾暈指示元素Mn分布在59號線分帶序列的上部。上述現象恰好滿足李惠等[22]總結的構造疊加暈盲礦預測準則中的“反分帶”和“前、尾暈共存”準則。

依據“反分帶”準則，在59號線軸向分帶序列中，前緣暈指示元素Hg出現在序列的尾部，而尾暈指示元素Mn出現在序列的上部，表明已知礦體是由多個礦體疊加形成的結果，其成礦作用具有多期、多階段性，并且在已知礦體的尾部發育前緣暈異常，說明在礦區深部存在新的盲礦體的潛力較大[23]。根據“前、尾暈共存”準則，在已知礦體尾部有尾暈Mo、Bi、Ni異常的條件下，若同時出現前緣暈和尾暈共存現象，則表明礦區向深部賦存有新的盲礦體。由此推測，新民金礦區深部存在盲礦體的可能性較大。

5.5 深部礦體預測模型及遠景評價

考慮到各元素含量間存在數量級差異，本研究采用元素含量的幾何平均值與其背景值之比求取襯度系數表征元素的富集程度，結果見表5。由于多元素比值法能夠有效地構建深部盲礦體預測模型[24]，故本研究以元素的襯度值為基礎，運用成礦元素與前緣暈元素的襯度累乘值與尾暈元素組合的各元素襯度累乘值之比構建礦區深部盲礦體預測模型。

表5 元素襯度值統計Table 5 Statistics of the element contrast values

本研究選擇(Hg×Au)P/(Ni×Bi)P作為構建深部盲礦體定量評價模型的指標，該指標自礦體中部至礦體尾部具有“由降至升”的變化趨勢:在100 m中段為 1.87，65 m標高(ZK5908)為 1.21，-63 m標高(ZK5909)為2.03，并且在65 m標高(ZK5908)出現轉折(圖7)。前人研究認為:該指標隨深度的增加而降低之后，在某一深度突然升高，表明礦體常呈現出尖滅再現現象，即在礦區深部將會發現新的盲礦體[25]。這種現象主要是由深部盲礦體的前緣暈疊加其上部礦體的尾暈所致[26-27]，據此本研究推測礦區深部有新的盲礦體存在。

圖7 新民金礦區深部礦體地球化學預測模型示意Fig.7 Schematic of geochemical prediction model of deep orebody in Xinmin Gold Mining Area

基于本研究上述分析，在59號勘探線實施了ZK5911號鉆孔對深部礦體進行驗證。經工程驗證發現，在標高0 m處附近揭露出多條金礦體，鉆孔穿越礦體厚度為1.0～3.0 m，Au品位為(1.0～2.3)×10-6。據圖8顯示，礦體主要賦存于長英質糜棱巖中，礦體頂板圍巖為白云質糜棱巖，其底板圍巖為黑云斜長糜棱巖。結合以往探礦工程發現，ZK5911號鉆孔揭露的多條金礦體為主礦體的尾部礦，但被斷裂錯移至主礦體上部。根據深部礦體地球化學預測模型及原生暈軸向分帶理論，認為礦區深部存在盲礦體的潛力較大，并且該驗證孔的見礦成果充分說明了礦區深部具有良好的找礦遠景，同時也為后續深部鉆探工程布置提供了有利依據。

圖8 59號勘探線地質剖面Fig.8 Geological profile of No.59 exploration line

6 結 論

(1)新民金礦區出露的建平群小塔子溝組地層為金礦床的形成提供了物源，據Pb同位素研究顯示，成礦物質來源與圍巖、花崗巖具有一定的親緣性。氫氧同位素研究顯示，成礦流體來源主要為巖漿水和變質水，后期又有大氣水加入。

(2)礦區在強烈的韌性剪切作用下，上侵的含礦巖漿流體與變質流體混合并沿韌性剪切帶發生遷移，在其遷移過程中與圍巖發生巖—水反應形成蝕變帶，Au主要以[Au(HS)2]-形式遷移。隨著巖—水反應不斷進行，成礦流體的溫度、壓力、氧逸度及pH值發生改變，破壞了金硫絡合物的穩定性，促使金發生沉淀、富集形成含金糜棱巖帶。

(3)根據因子分析和聚類分析顯示，成礦元素Au與Hg關系最為密切，Hg可作為找金的重要指示元素。礦床原生暈軸向分帶序列為Mn→Ba→Ag→Zn→Au→Sb→Co→As→Ni→Mo→Bi→Cu→Hg，其中前緣暈As、Hg及礦體暈Cu分布在分帶序列尾部，Mn分布在分帶序列上部，具有“反分帶”和“前、尾暈共存”現象，暗示成礦作用具有多期、多階段性，并且指示在礦區深部具有良好的找礦遠景。

(4)根據(Hg×Au)P/(Ni×Bi)P指標構建了深部盲礦體預測模型，其預測評價指標自礦體中部至礦體尾部具有“由降至升”的變化趨勢:在100 m中段為1.87，65 m 標高(ZK5908)為 1.21，-63 m標高(ZK5909)為 2.03，并在 65 m標高(ZK5908)出現轉折，表明礦區內深部有新的盲礦體存在。根據鉆探工程驗證，在ZK5911號鉆孔標高0 m處附近發現了新礦體。

致 謝

論文撰寫過程中得到了桂林理工大學羅先熔教授和中國地質科學院礦產資源研究所王登紅教授的指導，在此表示衷心感謝!