山西義興寨金礦床鐵塘硐礦段原生暈地球化學與深部找礦預測

胡喬青　王義天　毛景文　何猛　白曉明　孫榮良　劉俊辰　王鵬

摘要：義興寨金礦床是山西省規模最大的金礦床，其深部成礦潛力如何及是否發育隱伏礦體，是礦山亟待解決的實際問題。在對成礦特征、控礦因素和礦床成因有比較全面認識的基礎上，采用礦床原生暈地球化學法對義興寨金礦床鐵塘硐礦段開展了深部找礦預測研究。原生暈異常顯示，在6勘探線深部400～550 m標高和0 m標高附近存在2個主要Au異常中心，且0 m標高附近金礦化規模最大，異常區即推測礦體范圍。原生暈元素軸向分帶序列自上而下為：Sb-Mn-Mo-W-Ni-B-Sn-P-Au-Hg-Cr-Co-Cu-Pb-Zn-Ag-Bi-As-Ba。因此，認為鐵塘硐礦段深部具有很好的成礦潛力，推測在深部-400～-500 m標高附近區域存在規模較大的富礦段。預測成果得到了近期布置鉆探工程的驗證，新增金資源量8 t，為進一步深部找礦工作提供了可靠支撐。

關鍵詞：原生暈地球化學法；義興寨金礦床；鐵塘硐礦段；深部找礦預測；華北中部構造帶

中圖分類號：TD11 P618.51文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2023）07-0001-09doi：10.11792/hj20230701

引 言

義興寨金礦床位于華北中部構造帶北段，恒山雜巖帶南麓，是山西省規模最大的金礦床，累計探明金資源量超過91 t（金平均品位3.03 g/t）［1］。近年來，山西紫金礦業有限公司在原有石英脈型礦體深部發現了厚大蝕變斑巖型礦體，新增金資源量超過57 t，極大拓寬和擴大了深部找礦勘查的思路和靶區范圍。然而，已探明的河灣蝕變斑巖體和鐵塘硐隱爆角礫巖筒深部的資源潛力如何，深部是否發育更大規模的隱伏礦體，目前尚不清楚，這是礦山亟待解決的實際生產問題，也是同類型礦床實現深部找礦突破的一個難題。

礦床原生暈地球化學法是研究礦床深部找礦前景非常直接有效的手段，礦山的勘探和開發工作又為礦床原生暈研究工作提供了很好的條件［2-4］。自20世紀30年代起，國內外學者就開始了對金屬礦床原生暈的研究，最初由蘇聯學者將原生暈地球化學定義為“由熱液成礦作用形成的，富集了成礦元素及其相關元素的一種環境”［5］，經過多年對眾多典型礦床的研究，在工作方法、技術和原生暈分帶理論方面取得了重要進展，前蘇聯學者格里戈良、奧勃欽尼科夫等通過對蘇聯200多個不同類型熱液金屬礦床原生暈的研究，總結確定了熱液礦床元素的統一軸向分帶序列（從下至上）：W-Be-As-Sn1-U-Mo-Co-Ni-Bi-Cu1-Au-Sn2-Zn-Pb-Ag-Cd-Cu2-Sb-Hg-Ba-Sr［6］。其中，Sn、Cu元素均有2個位置，是因為它們在熱液礦床中賦存的礦物形式有變化，Sn1、Cu1以錫石和黃銅礦形式存在，而Sn2、Cu2以黃錫礦和黝銅礦形式存在［6］。隨后，國內外眾多學者深入研究了斑巖型銅鉬礦床，矽卡巖型銅礦床、鎢鉬礦床、錫礦床，脈狀金礦床、鉛鋅礦床等不同類型熱液礦床的原生暈分帶特征，提出了各種類型熱液礦床原生暈的地球化學模型，并成功預測了許多礦床深部的隱伏礦體［4，7-22］。因此，本文以義興寨金礦床鐵塘硐隱爆角礫巖筒為研究對象，在對其成礦特征、控礦因素和礦床成因有比較全面認識的基礎上，開展了礦床原生暈地球化學研究，以期為深部找礦工作提供有效支撐。本研究成果對同類型金礦床深部找礦預測也具有重要示范意義。

1 礦區地質概況

礦區廣泛出露太古代片麻巖夾少量斜長角閃巖和花崗偉晶巖等，片麻巖主要為黑云斜長片麻巖、花崗片麻巖等。片麻巖主要形成于2 526～2 475 Ma，少量形成于2 711～2 712Ma［23］。此外，少量中元古代白云巖和燧石角礫巖覆蓋在片麻巖之上（見圖1），白云巖主要出露于南門山礦段和鐵塘硐礦段，燧石角礫巖僅在南門山礦段局部出現，其為肉紅色、發育角礫狀構造。

礦區內主要發育北西向和近南北向2組斷裂。F4斷裂為北西向斷裂的主要代表，走向305°～335°，傾向南西，傾角65°～85°，形成的斷裂破碎帶寬數米到數十米。近南北向斷裂在礦區內廣泛分布，該組斷裂為石英脈型礦體的主要容礦構造。此外，少量北西向的次級斷裂分布于近南北向斷裂之間，也是石英脈型礦體的容礦構造之一。

礦區及周邊巖漿巖非常發育，主要包括義興寨石英斑巖巖群和南側的孫莊復式巖體。其中，義興寨石英斑巖巖群發育4個火山頸相，即河灣、南門山、鐵塘硐、金雞嶺，并發育眾多北西向、近南北向石英斑巖、霏細巖、流紋斑巖、細晶巖等。其中，河灣巖體出露面積最大，其石英斑巖鋯石U-Pb年齡為136～138 Ma［24］。火山頸被石英斑巖充填，其中可見長城系高于莊組白云巖塌陷角礫，鐵塘硐巖體和金雞嶺巖體還發育有矽卡巖。鐵塘硐矽卡巖及霏細巖的U-Pb年齡為138～139 Ma［1］。孫莊復式巖體呈不規則巖株出露，主巖體為含石英正長閃長巖，西部發育晚期花崗閃長斑巖和花崗斑巖，且被晚期含石英閃長玢巖脈穿插［25］。此外，礦區發育一組北西向古元古代輝綠巖脈，以及少量正長巖、正長斑巖、花崗巖、玄武巖、輝綠巖等巖脈和巖株。

鐵塘硐隱爆角礫巖筒的西側以3號金礦脈的控礦斷裂為界，東側以走向337°的斷裂為界，北西和南東兩邊則以走向50°的斷裂為界。平面形態略呈菱形，出露面積約0.05 km2，空間形態為向內陡傾的筒狀體。鐵塘硐隱爆角礫巖筒見有后期侵入的石英斑巖脈、細晶巖脈。

鐵塘硐隱爆角礫巖筒大致以1 070 m中段為界，可分為上部矽卡巖段和下部無矽卡巖段。其中，上部矽卡巖段可見矽卡巖、片麻巖及霏細巖等角礫（見圖2-a～d）等被自身巖屑或花崗質巖漿及閃長質巖漿膠結，構成隱爆角礫巖，常常發育強烈的蝕變。角礫狀矽卡巖成分復雜，形態不規則，主要發育透輝石、石榴石、方柱石、透閃石-陽起石、硅灰石、綠簾石、綠泥石、方解石、石膏等，礫徑為數毫米至數米（見圖2-a、b）。矽卡巖角礫中可見直徑幾厘米的團塊狀鏡鐵礦集合體（見圖2-b），浸染狀、團塊狀磁鐵礦，以及星散狀黃鐵礦。下部無矽卡巖段的角礫主要為蝕變片麻巖（見圖2-e、f），膠結物主要為硅質、綠泥石、黃鐵礦等。蝕變片麻巖角礫中可見稀疏浸染狀、細脈狀黃鐵礦（見圖2-f）。鉆孔資料顯示，多條石英斑巖脈穿切了下部無矽卡巖段（見圖3）。石英斑巖在鉆孔中的視厚度為2～50 m，發育綠泥石化、絹云母化、黃鐵礦化等蝕變。局部見南北向石英-硫化物脈穿插角礫巖。

2 樣品采集與分析方法

本次工作選取鐵塘硐礦段6勘探線剖面（見圖1、圖3），采樣包括1070SMJL、830SMJL、T830ZK601、T510ZK402、T510ZK604、T510ZK803等6個鉆孔巖芯，采樣規則總體按照6 m等間距采集，個別高品位樣品集中出現的部位進行了加密采樣，采集樣品合計306件。

原生暈地球化學分析測試元素共19種，包括Au、Cu、Ag、Pb、Zn、Bi、W、Mo、Cr、Hg、Sb、As、Mn、P、B、Ba、Sn、Co、Ni，分析測試工作在中冶一局環境科技有限公司測試中心完成。以先進的現代大型分析儀器電感耦合等離子體質譜儀為主體，結合其他專項分析儀器作為配套分析方案，具體方法如下：

①利用電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS），試料用氫氟酸、硝酸、高氯酸分解并趕盡高氯酸，用王水溶解后，移至聚乙烯試管中，定容，搖勻。分取澄清溶液，用硝酸溶液（3+97）稀釋至1 000倍（指試料總稀釋系數為1 000），用電感耦合等離子體質譜儀測定樣品中Co、Ni、Cu、Pb、Zn、W、Bi、Mo、Cr、Mn、Sb、Ba等12種元素。②利用發射光譜法（ES），將樣品和緩沖劑磨勻混合裝入2根下電極中，滴加蔗糖乙醇溶液（10 g蔗糖溶于500 ml乙醇（1+1）中），90 ℃烘干備測定用。在兩米光柵攝譜儀上射譜，CCD系統自動報出數據，測定Ag、Sn元素。③利用氫化物-原子熒光光譜法（HG-AFS），用王水分解樣品，經硫脲-抗壞血酸還原，以硼氫化鉀為還原劑，測定As元素。④利用冷蒸氣-原子熒光光譜法（CV-AFS），用王水分解樣品，直接分取溶液，用硼氫化鉀作為還原劑進行測定Hg元素。⑤利用泡沫塑料吸附-石墨爐原子吸收光譜法（GF-AAS），試樣經灼燒后用王水分解，在王水介質中，用聚氨酯泡沫塑料吸附，以硫脲溶液解脫后直接進行金的石墨爐原子吸收光譜法測定Au元素含量。⑥利用電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-OES），試料用硝酸、鹽酸、氫氟酸，高氯酸分解并趕盡高氯酸，用鹽酸（1＋1）溶解后，移至10 ml聚乙烯試管中，定容，搖勻，取澄清溶液，測定P元素。

3 測試結果

鐵塘硐礦段原生暈數據特征值統計結果見表1。由表1可知：各元素含量變化范圍總體較大，除Sn元素外，其他元素最大值和最小值變化范圍在1個數量級以上，個別可達4個數量級（如Au 1.3×10-9～ 12 444.6×10-9、Pb 6.3×10-6～ 17 210.0 ×10-6），可以很好地反映元素地球化學異常的分布特征。

鐵塘硐礦段原生暈元素相關性特征見表2。由表2可知：與Au明顯呈正相關的元素有Ag、Bi、Cu、Sn等，這與原生暈元素分布特征一致，暗示了Ag、Bi、Cu、Sn等可作為近礦暈元素組合。Bi、Sn、Cu通常指示高溫熱液相，暗示了鐵塘硐礦段金成礦溫度較高。與Ag呈正相關的元素有Pb和Zn，而Pb、Zn與Au無明顯相關性，暗示了Pb-Zn-Ag礦化與金礦化存在分帶性。且Zn、Ag等與指示低溫的As、Hg、Sb元素呈明顯的正相關性，指示了Pb、Zn、Ag、As、Hg、Sb等可作為頭暈元素組合。

4 原生暈軸向分帶特征

利用SURFER軟件，將獲得的所有數據通過反距離加權插值法進行網格化處理，獲得鐵塘硐礦段6勘探線的原生暈元素分布特征等值線圖（見圖4）。由圖4可知：Au、Cu、Ag元素在空間分布上具有很好的正相關性，這與相關性系數計算結果一致。通過數學推算確定了在400～550 m標高和0 m標高附近存在2個主要Au異常中心，異常中心的垂向距離約450 m，且0 m標高附近異常規模較大，可為圈定礦體提供參考依據。

結合6勘探線剖面圖，鐵塘硐礦段深部金礦化富集段與流紋狀石英斑巖的出現非常吻合。例如，200 m、0 m、-200 m標高附近出現的富礦樣品均來自石英斑巖或其附近。因此，角礫巖筒中穿插的石英斑巖脈或隱伏的斑巖體是重點關注對象。

利用格氏法［6］開展了礦床原生暈軸向分帶研究。首先，利用式（1）計算出各中段元素的線金屬量（Pl）：

式中：Ca為測線上的異常平均值（10-6）；Cb為背景平均值（10-6）；l為測線上異常線段的長度（m）。

將線金屬量標準化至同一數量級，就得到分帶指數，利用式（2）計算分帶指數：

每種元素的分帶指數最大值所在標高即為該元素在分帶系列中的位置。當2種以上的元素分帶指數最大值同時位于剖面的最上中段或最下中段時，可以用變異性指數（G）來進一步確定它們的相對位置，利用式（3）計算變異性指數：

式中：Dmax為某種元素的分帶指數最大值；Di為某元素在i中段的分帶指數值，不考慮分帶指數最大值所在的中段。

為保證礦床原生暈軸向分帶計算的樣品分布要求，選取鐵塘硐礦段6勘探線作為基準剖面，以200 m高程為間距，劃分為800 m、600 m、400 m、200 m、0 m、-200 m共6個中段，每個中段選取20件樣品（鉆孔高程±10 m的巖芯樣品），進行線金屬量計算。根據線金屬量、分帶指數及變化指數的計算結果（見表3、表4），獲得鐵塘硐角礫巖筒自上而下的金屬元素分帶序列為：Sb-Mn-Mo-W-Ni-B-Sn-P-Au-Hg-Cr-Co-Cu-Pb-Zn-Ag-Bi-As-Ba。

依據元素相關性和軸向分帶序列，參考熱液礦床的經典原生暈元素分帶模型［6］，本次工作提出鐵塘硐礦段原生暈頭暈、近礦暈、尾暈元素組合如下。

頭暈：As、Sb、Hg、Pb、Zn、Mn；

近礦暈：Au、Cu、Ag、Bi、Sn；

尾暈：Mo、W、Co、Ni。

整體上，鐵塘硐礦段原生暈軸向分帶序列具有以下特征：①金礦化主體位于400 m和0 m標高附近。②金礦化上部出現代表尾暈的Mo、W等元素，指示了800 m標高以上可能存在金礦化富集段。③代表頭暈的As元素出現在軸向分帶最下部，指示了深部可能存在隱伏礦體。

5 深部找礦靶區預測及鉆探驗證

對于深部找礦靶區的預測，可以通過分帶參數（分帶參數=頭暈元素/尾暈元素）來判斷垂向上的頭、尾暈疊加規律，高值異常區代表頭暈位置，中間值對應近礦暈區域，低值異常區對應尾暈范圍。通過已知礦體范圍及其深部出現的低值異常即可推斷疊加暈的存在，即深部可能存在隱伏礦體。從Au元素分帶參數等值線圖（見圖5-c）上看，鐵塘硐深部-100 m和 -250 m標高附近均出現了高值異常區，即頭暈元素組合異常，指示了-250 m標高以下可能存在隱伏礦體。綜合考慮原生暈軸向分帶序列的計算結果、分帶參數異常強度及異常區范圍，以及已知富集中心垂向距離，推測在-400 ～ -500 m標高區域可能存在另一個規模較大的富礦段，即深部有利找礦靶區。

礦山近期在510 m中段部署了坑內鉆探工程進行驗證，發現了蝕變巖型礦體（見圖5-a），估算新增金資源量8 t，與本次工作預測的Au異常區范圍非常吻合（見圖5-b），證實了礦床原生暈地球化學法在義興寨金礦區找礦預測工作中的有效性。此外，本次提出的-250 m標高以下找礦靶區，有待礦山進一步部署鉆探工程加以驗證。

6 結 論

1）義興寨金礦床鐵塘硐礦段原生暈元素軸向分帶序列自上而下為：Sb-Mn-Mo-W-Ni-B-Sn-P-Au-Hg-Cr-Co-Cu-Pb-Zn-Ag-Bi-As-Ba。

2）原生暈軸向分帶規律顯示，鐵塘硐礦段隱爆角礫巖筒深部具有很好的成礦潛力，推測在-400～-500 m標高附近區域存在規模較大的富礦段。

致謝：在野外工作中，得到了紫金礦業集團股份有限公司礦產地質勘查院和山西紫金礦業有限公司有關領導和技術人員的大力支持和協助，論文修改過程中獲得了編輯與審稿專家提出的寶貴意見和建議，在此一并深表謝意！

［參 考 文 獻］

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Primary halo geochemistry and prediction for deep ore prospecting of the Tietangdong ore section，the Yixingzhai Gold Deposit，Shanxi Province

Hu Qiaoqing1，Wang Yitan1，Mao Jingwen1，2，He Meng1，2，Bai Xiaoming3，4，Sun Rongliang5，Liu Junchen6，Wang Peng7

（1.MNR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment，Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of GeologicalSciences; 2.MNR Key Laboratory for Exploration Theory & Technology of Critical Mineral Resources，School of Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences （Beijing）; 3.School of Earth Resources，China University of Geosciences（Wuhan）; 4.Mineral Exploration Institute，Zijin Mining Group Co.，Ltd.; 5.Shanxi Zijin Mining Company Limited;6.School of Earth Sciences，Guilin University of Technology;7.School of Earth Sciences and Spatial Information Engineering，Hunan University of Science and Technology）

Abstract：The Yixingzhai Gold Deposit is the largest gold deposit in Shanxi Province.The practical problems urgently to be solved are to explore the deep ore genesis potentials and identify developed concealed ore bodies.With a comprehensive understanding of mineralization characteristics，controlling factors，and ore genesis，the primary halo geochemical method of deposits was utilized to conduct deep mineral exploration prediction research on the Tietangdong ore section of the Yixingzhai Gold Deposit.The primary halo anomaly shows that there are 2 main anomaly centers for Au at elevations of 400 m to 550 m and 0 m，with the largest scale of gold mineralization near the 0 m elevation.The anomaly area is exactly the inferred range of the ore body.The element axial zoning sequence of the primary halo from top to bottom was obtained as follows：Sb-Mn-Mo-W-Ni-B-Sn-P-Au-Hg-Cr-Co-Cu-Pb-Zn-Ag-Bi-As-Ba.Therefore，it is believed that the Tietangdong ore section has good prospecting potential in the deep.It is speculated that there may be a large-scale ore shoot near the elevation from - 400 m to - 500 m.The prediction results have been verified through drilling recently deployed，and an additional 8 tons of Au reserve have been added，providing reliable support for further prospecting work.

Keywords：primary halo geochemical method;Yixingzhai Gold Deposit;Tietangdong ore section;deep ore prospecting prediction;central North China tectonic belt

收稿日期：2023-04-29； 修回日期：2023-05-15

基金項目：中央級公益性科研院所基本科研業務費項目（KK2104，KK2217）；紫金礦業集團股份有限公司科研項目（2261KY202008）

作者簡介：胡喬青（1986—），男，助理研究員，博士，研究方向為礦床學、成礦預測、巖石地球化學等;E-mail：535316362@qq.com

*通信作者：王義天（1969—），男，研究員，博士，研究方向為內生金屬礦床成因、成礦作用、區域構造演化與成礦規律、礦床評價與成礦預測等;E-mail：wyt69@263.net