閩北邵武地區(qū)螢石礦綜合信息找礦方法研究

栗克坤, 商朋強(qiáng), 韓志坤, 王春連, 焦 森,王桂香, 袁昌盛, 張青松, 劉增政, 閆曉博,范亞洲, 蔣濟(jì)勇, 靳乾峰

1)中化地質(zhì)礦山總局河南地質(zhì)局, 河南鄭州 450011;2)中化地質(zhì)礦山總局, 北京 100013;3)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 自然資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100037;4)華北水利水電大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院, 河南鄭州 450045

螢石作為重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源, 是現(xiàn)代氟化工的重要礦物原料, 廣泛應(yīng)用于新能源、新材料、國(guó)防、新醫(yī)藥等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)(栗克坤等, 2020;陳軍元等, 2021; 游超等, 2022)。長(zhǎng)期以來, 中國(guó)螢石礦由于過度開采、過量出口, 現(xiàn)有儲(chǔ)量靜態(tài)保證年限不足8年(商朋強(qiáng)等, 2020)。閩北地區(qū)是我國(guó)螢石礦主要礦集區(qū), 以往找礦工作多采用地質(zhì)填圖尋找地表露頭、槽探工程揭露和鉆探工程深部驗(yàn)證等傳統(tǒng)地質(zhì)方法組合, 對(duì)隱伏-半隱伏螢石礦的綜合勘查方法研究較少(張江海等, 2014), 因此找礦效果不甚理想。目前, 螢石礦勘查找礦工作逐漸向隱伏礦和深部礦轉(zhuǎn)移, 研究有效的螢石礦綜合信息找礦方法組合, 建立螢石礦綜合信息預(yù)測(cè)模型對(duì)指導(dǎo)我國(guó)螢石礦勘查評(píng)價(jià), 保證螢石礦資源儲(chǔ)備具有重要意義。

王猛等(2018)利用1: 1萬高精度磁測(cè)、高密度電法以及聯(lián)合剖面法測(cè)量對(duì)隆化縣招素溝螢石礦進(jìn)行了試驗(yàn), 取得一定的效果。栗克坤等(2019)在閩北光澤地區(qū)利用區(qū)域化探、高精度磁法測(cè)量、視電阻率聯(lián)合剖面測(cè)量和高密度電阻率法測(cè)量等物化探綜合信息找礦方法取得了較好的找礦效果。

本文以福建邵武地區(qū)物化探綜合找礦勘查實(shí)例, 探討隱伏-半伏熱液充填型螢石礦物化探綜合預(yù)測(cè)方法組合, 總結(jié)尋找隱伏-半隱伏熱液充填型螢石礦的地物化技術(shù)方法組合特征, 為螢石礦勘查評(píng)價(jià)工作提供參考。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)大地構(gòu)造單元屬武夷—云開—臺(tái)灣造山系(Ⅴ)、華夏陸塊(Ⅴ-3)、武夷古弧盆系(Ⅴ-3-1)。成礦區(qū)劃屬濱太平洋成礦域(Ⅰ-4), 華南成礦省(Ⅱ-16), 浙中—武夷隆起螢石成礦帶(Ⅲ-81)(王吉平等, 2015)(圖1)。

圖1 福建邵武地區(qū)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)簡(jiǎn)圖Fig. 1 Sketch map of regional geology and mineral resources in Shaowu area, Fujian Province

區(qū)內(nèi)出露地層有元古界大金山巖組(Pt1d), 太源片麻巖群(Pt2n)、下峰組(Pt3x)、西溪組(Zx)變質(zhì)巖地層以及中生界梨山組(J1l)、長(zhǎng)林組(J3c)沉積巖地層(圖2)。

圖2 福建邵武地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)簡(jiǎn)圖Fig. 2 Geological minerals sketch in Shaowu area, Fujian Province

區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為斷裂。以北東向及北西向斷裂為主, 北北東向、近南北向次之, 北東向斷裂規(guī)模大、數(shù)量多、礦化蝕變強(qiáng)烈, 具有多期活動(dòng)、先壓扭后引張的特點(diǎn), 為研究區(qū)螢石礦的主要控礦構(gòu)造。

區(qū)內(nèi)加里東期及燕山早期侵入巖發(fā)育。加里東期巖漿巖為志留紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖、正長(zhǎng)花崗巖, 呈巖株、巖瘤分布。燕山早期侵入巖發(fā)育, 受北東向構(gòu)造控制, 呈北東向巖基分布, 主要為晚侏羅世黑云母正長(zhǎng)花崗巖、含黑云母正長(zhǎng)花崗巖。

2 礦床地質(zhì)特征

研究區(qū)螢石礦床(點(diǎn))眾多, 已發(fā)現(xiàn)南山下、大坪大型螢石礦床 2個(gè), 張厝中型螢石礦床 1個(gè),黃山井、黃土嶺、蠟燭山、胡焦坑、俞厝墩等小型螢石礦床10余個(gè)。螢石礦床為受北東向、近南北向斷裂控制的熱液充填型螢石礦床, 礦體呈脈狀、透鏡狀賦存于NE向、近SN向斷裂破碎帶中, 礦體產(chǎn)狀與賦礦斷裂一致。礦體傾角較大, 一般55°～90°, 部分礦體在走向和傾向上出現(xiàn)產(chǎn)狀倒轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。礦石顏色主要為淺綠色、白色, 墨綠色、紫色、無色; 主要結(jié)構(gòu)有半自形粒狀結(jié)構(gòu)、它形粒狀結(jié)構(gòu), 次要結(jié)構(gòu)有交代溶蝕結(jié)構(gòu)、碎斑結(jié)構(gòu)等;礦石構(gòu)造主要有正(負(fù))角礫狀構(gòu)造、致密塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、蜂窩狀構(gòu)造、爐渣狀構(gòu)造, 次要構(gòu)造有網(wǎng)脈狀構(gòu)造等。礦石類型主要為石英-螢石型和螢石-石英型, 其次為螢石型; 礦石礦物為螢石, 脈石礦物主要為石英, 次為長(zhǎng)石、高嶺石、絹云母和蛋白石等。

圍巖主要為正長(zhǎng)花崗巖, 圍巖蝕變?yōu)楣杌⒔佋颇富⒏邘X土化, 以硅化與螢石礦成礦關(guān)系最為密切。圍巖蝕變分帶性不明顯, 但整體上硅化靠近螢石礦體。

3 化探異常特征

3.1 水系沉積物地球化學(xué)異常

依據(jù)研究區(qū)地球化學(xué)景觀特征, 選擇開展1:5萬水系沉積物地球化學(xué)測(cè)量工作, 面積1200 km2,共采取樣品5878件, 點(diǎn)密度4.72點(diǎn)/km2。采樣介質(zhì)主要為細(xì)沙, 加工后取–10～+80目物質(zhì)作為送檢樣品, 送檢樣品由河南省地質(zhì)礦山勘查開發(fā)局第一地質(zhì)勘查院巖礦檢測(cè)中心完成。根據(jù)分析測(cè)試結(jié)果, 按規(guī)范對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算得到研究區(qū)各元素異常下限(申伍軍和王學(xué)求, 2010), 其中 F元素異常下限為 600×10–6, CaO 異常下限為 2 000×10–6。

區(qū)內(nèi)圈出11個(gè)水系沉積物綜合異常(表1, 圖3),異常檢查表明: 5個(gè)綜合異常源內(nèi)(HS-2、HS-6、HS-14、HS-16、HS-20)發(fā)現(xiàn)螢石礦床(點(diǎn)); 4個(gè)綜合異常源內(nèi)(HS-3、HS-9、HS-12、HS-21)有螢石礦賦礦斷裂通過, 可見硅化破碎帶發(fā)育; 2個(gè)(HS-18、HS-26)異常源內(nèi)見小規(guī)模的硅化破碎帶。測(cè)量區(qū)共有 20個(gè)螢石礦床(點(diǎn)), 統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn) 13個(gè)礦床(點(diǎn))位于含F(xiàn)元素綜合異常源范圍內(nèi), 6個(gè)螢石礦點(diǎn)由于位于三級(jí)水系邊部, 無法采取樣品, 1個(gè)螢石礦點(diǎn)沒有異常顯示。

表1 研究區(qū)綜合異常特征表Table 1 Characteristics of comprehensive anomalies in the study area

圖3 研究區(qū)綜合異常分布圖Fig. 3 Distribution of comprehensive anomalies in the study area

研究發(fā)現(xiàn), 含有F、CaO元素的綜合異常一般異常區(qū)內(nèi)有一定規(guī)模的螢石礦床(點(diǎn))。

3.2 1: 1萬地化(土壤)剖面異常

針對(duì)水系沉積物地球化學(xué)測(cè)量圈出的張厝螢石礦預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)的 AS-20號(hào)綜合異常垂直于異常延伸方向以150～200 m不等間距布置了10條1: 1萬地化(土壤)綜合剖面對(duì) AS-20異常進(jìn)行檢查。采樣點(diǎn)距40 m, 采樣介質(zhì)為距地表30～50 cm深處的B層(淀積層)或C層(底層)物質(zhì)。樣品加工后取–10～＋80目的物質(zhì)作為送檢樣品, 送檢樣品由河南省地質(zhì)礦山勘查開發(fā)局第一地質(zhì)勘查院巖礦檢測(cè)中心完成。

10條地化(土壤)剖面測(cè)量結(jié)果顯示水系沉積物F、CaO元素異常具有很好的再現(xiàn)性, 1: 1萬土壤F、CaO、Au元素的異常與已知螢石礦床(點(diǎn))和控礦斷裂吻合性較好(圖4), 尤其 F、CaO元素異常對(duì)區(qū)內(nèi)螢石礦床(點(diǎn))指示最好。

圖4 DH07、DH06地化(土壤)剖面圖Fig. 4 Geochemical (soil) profile of DH07 and DH06

4 物探異常特征

4.1 物性

4.1.1 磁性

研究區(qū)螢石礦圍巖為正長(zhǎng)花崗巖。物性測(cè)量結(jié)果顯示, 相對(duì)于正長(zhǎng)花崗巖(磁化率為(10～25)×10–5SI), 螢石礦石、硅化破碎帶(磁化率為(0～9)×10–5SI)磁性較低, 磁性差異明顯, 為開展高精度磁法測(cè)量提供了地球物理前提。

4.1.2 電性

物性測(cè)量結(jié)果顯示, 隨著螢石含量增加, 研究區(qū)螢石礦石電阻率增大, 表現(xiàn)為螢石礦石(7700 Ω?m)＞花崗巖(7500 Ω?m)＞硅化破碎帶(2500 Ω?m),螢石礦石電阻率和花崗巖電阻率接近, 硅化破碎帶電阻率遠(yuǎn)低于花崗巖電阻率。研究區(qū)螢石礦賦礦斷裂硅化破碎帶厚度遠(yuǎn)大于螢石礦體厚度。硅化破碎帶與圍巖電性特征差異明顯, 為開展視電阻率聯(lián)合剖面測(cè)量和高密度電阻率法測(cè)量提供了前提。

4.2 高精度磁法測(cè)量異常

高精度磁法測(cè)量?jī)x器選用WCZ-1型質(zhì)子磁力儀,按150 m×40 m或200 m×40 m網(wǎng)格進(jìn)行測(cè)網(wǎng)布置。

針對(duì)張厝螢石預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)的 AS-20號(hào)綜合異常垂直于異常延伸方向以150～200 m不等的間距布置了 10條高精度磁法測(cè)量剖面進(jìn)行檢查, 剖面與1: 1萬地化(土壤)綜合剖面重合。AS-20號(hào)綜合異常發(fā)育部位圈出明顯的北東向低磁異常帶, 低磁異常帶與局部出露的構(gòu)造角礫巖、螢石礦采礦老硐吻合, 推測(cè)該區(qū)存在一規(guī)模較大的北東向斷裂帶(圖5)。

圖5 張厝螢石礦預(yù)測(cè)區(qū)高精度磁法測(cè)量異常平面圖Fig. 5 High precision magnetic survey anomalies in the prospecting area of the Zhangcuo fluorite mine

4.3 視電阻率聯(lián)合剖面測(cè)量異常

視電阻率聯(lián)合剖面測(cè)量?jī)x器選用奔騰 WDJD-4直流激電儀為測(cè)控主機(jī)。

依據(jù)筆者在閩北光澤地區(qū)方法性試驗(yàn)成果, 本次選擇測(cè)量點(diǎn)距MN=10 m、OA=OB=105 m和測(cè)量點(diǎn)距MN=10 m、OA=OB=95 m裝置參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。

在張厝螢石礦預(yù)測(cè)區(qū)低磁異常帶上分別以上述2種裝置參數(shù)布置4條視電阻率聯(lián)合剖面。2種裝置參數(shù)視電阻率低阻異常均顯示明顯(圖6)。推測(cè)斷裂近直立, 整體傾向北西。

圖6 視電阻率聯(lián)合剖面測(cè)量曲線圖Fig. 6 Joint profile measurement curve of apparent resistivity

4.4 可控源大地音頻電磁測(cè)深測(cè)量

4.4.1 儀器設(shè)備及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

儀器設(shè)備為美國(guó)ZONGE公司生產(chǎn)的GDP32多功能電法儀。收發(fā)距 R=5.7～7.6 km, 測(cè)量偶極距20 m。采用多個(gè)電場(chǎng)分量公用一個(gè)磁場(chǎng)分量的排列組合進(jìn)行觀測(cè), 磁探頭安置在排列的中心點(diǎn)附近,一個(gè)排列布置完成5個(gè)點(diǎn)的測(cè)量工作。測(cè)深使用的頻率范圍為1～8192 Hz, 發(fā)射電流高頻8192 Hz為2.5 A, 2048 Hz以下為6.0 A以上。

用均方相對(duì)誤差作為衡量野外視電阻率質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn):

4.4.2 異常特征

選擇張厝螢石礦預(yù)測(cè)區(qū)東北部的大坪螢石礦(大型)布署 DH06剖面進(jìn)行可控源大地音頻電磁測(cè)深方法有效性試驗(yàn), 結(jié)果表明螢石礦體顯示明顯的低電阻率異常(圖7a)。螢石礦體的膨大部位處于低電阻率異常帶中, 電阻率升高部位。根據(jù)物性特征分析認(rèn)為, 低電阻率異常帶整體反映的為構(gòu)造破碎帶; 異常帶中電阻率升高部位反應(yīng)存在厚度大、品位好、裂隙少的螢石礦。

圖7 DH06(a)、DH07(b)剖面CSAMT反演電阻率斷面圖Fig. 7 CSAMT inversion resistivity section of DH06 (a) and DH07 (b)

選擇張厝螢石礦預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)化探(土壤)、高精度測(cè)法、視電阻率聯(lián)合剖面異常顯示較好的 DH06、DH07剖面布署可控源大地音頻測(cè)深剖面, 結(jié)果顯示存在低電阻率異常帶(圖7b), 推斷存在淺部?jī)A向南東、深部?jī)A向北西, 傾角 70°～90°, 傾向延伸約165 m 的螢石礦化帶, 螢石礦化帶在距地表70～150 m膨大。

5 異常檢查和鉆探驗(yàn)證

綜合分析張厝螢石礦預(yù)測(cè)區(qū)地物化成果, 在預(yù)測(cè)區(qū)開展大比例尺專項(xiàng)地質(zhì)測(cè)量, 在物化探異常指示有利成礦地帶施工了7條探槽進(jìn)行揭露, 3個(gè)鉆孔進(jìn)行深部驗(yàn)證(圖8)。驗(yàn)證結(jié)果表明, 賦礦斷裂地表延伸長(zhǎng)度1.7 km, 走向?yàn)镹E40°, 地表傾向SE, 深部?jī)A向 NW, 傾角為 70°～90°, 整體傾角 81°。螢石礦(化)體與 F、CaO化探異常中心吻合。斷裂破碎帶地表厚4.2～35.7 m, 深部最厚可達(dá)61.2 m, 螢石礦化最厚達(dá)55.3 m, 主要為硅質(zhì)角礫巖、蝕變花崗巖、碎裂花崗巖、螢石礦(化)體。礦體形態(tài)、位置與物化探推斷結(jié)果一致。

圖8 張厝螢石礦預(yù)測(cè)區(qū)DH07號(hào)勘探線剖面圖Fig. 8 Profile of DH07 exploration line in Zhangcuo fluorite ore prediction area

張厝螢石礦預(yù)測(cè)區(qū)圈出工業(yè)品位螢石礦體1條、礦化體6條, 礦體形態(tài)為脈狀, 礦體產(chǎn)狀與控礦斷裂產(chǎn)狀一致。礦體長(zhǎng)度730 m, 走向?yàn)镹E40°,地表傾向 SE、深部?jī)A向 NW, 整體傾角 81°, 礦體深部延伸200 m。礦體地表厚度0.7～3.02 m, 深部厚度0.75～11.97 m, 整體為礦體向深部60～150 m厚度變大, 150 m后厚度變小, 礦體平均厚度3.2 m,平均品位 CaF2: 48.52%。估算螢石礦推斷資源量(CaF2): 63.02 萬 t。

6 結(jié)論

(1)化探測(cè)量圈出的 F、CaO等元素綜合異常信息可初步圈定螢石礦找礦預(yù)測(cè)區(qū)。物探測(cè)量可用于判別是否存在斷裂及斷裂規(guī)模、形態(tài)。物化探綜合找礦方法對(duì)閩北地區(qū)隱伏-半隱伏熱液充填型螢石礦勘查評(píng)價(jià)工作具有較好的效果。

(2)可控源大地音頻電磁測(cè)深對(duì)螢石礦體深部形態(tài)具有較好的指示, 通過地物化綜合信息找礦方法,在福建邵武張厝螢石礦預(yù)測(cè)區(qū)新發(fā)現(xiàn)熱液充填型中型螢石礦床1處。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (No. DD20190816), National Natural Science Foundation of China (No. 42102039), and North China University of Water Resources and Electric Power (No. 40775).