高精度磁測在吉林輝南石棚溝金礦區找礦中的應用

謝天月,楊言辰,韓世炯,韓梓衡,于秋陽

(吉林大學地球科學學院)

引 言

石棚溝金礦床位于鐵嶺-靖宇(次級隆起)Fe-Au-Ag-Cu-Pb-Zn成礦帶、輝南-撫民AuFe找礦遠景區內。該礦床附近礦點較多,沿樓街、石棚溝、芹菜溝、石道河子一帶呈北東向展布,表明該區域具有較好的成礦條件與找礦前景[1-5]。通化地質大隊、四平地質大隊、吉林省有色金屬地質勘查局、吉林地勘設計研究院等多家單位對該區域進行了相關地質勘探工作,并形成了較為豐富的資料。盡管石棚溝金礦床具有悠久的開采歷史,生產單位先后開展了一系列勘查工作,但由于礦體形態復雜,規模較小,幾十年來找礦工作沒有取得突破進展。本文利用高精度磁測成果,結合石棚溝金礦區礦化特征,分析成礦結構面與成礦地質體,以期對該區域今后的找礦勘查工作起到參考作用。

1 礦區地質概況

礦區出露地層主要為太古宇夾皮溝群楊家店組(Ary)、三道溝組(Arsd)及第四系(Q)(見圖1)。其中,楊家店組主要分布在礦區西北部,巖石組合主要為斜長片麻巖、斜長角閃巖、綠泥石片巖、黑云母片巖、磁鐵石英巖等。楊家店組主要為TTG巖系(前人統一定為混合花崗巖[6]),主體為黑云母奧長花崗巖,內部含有較多花崗閃長巖。三道溝組廣泛分布在礦區中部和東南部,巖性以黑云斜長片麻巖為主,夾斜長角閃巖和磁鐵石英巖等,偶見變粒巖。沿河谷發育第四系沖積、堆積物[7-9]。

礦區巖漿巖主要為隱伏的前寒武紀變質深成花崗巖及基性巖。區域上,變質深成花崗巖大面積出露,分布于石棚溝-石道河子一帶,巖性主要為長英質片麻巖[10],其原巖大體為二長花崗巖和花崗閃長巖,部分巖石遭受變形,形成一系列變形強度不同的糜棱巖化帶,主要以包裹體形式存在于花崗質巖石中,巖石類型主要為斜長角閃巖。斜長角閃巖在空間上呈包裹體賦存于花崗質巖石中,展布方向比較復雜。礦區內除變質深成花崗巖外,未見大面積巖漿巖出露。此外,礦區內發育金山屯隱伏閃長巖體,深部可能與黃泥河巖體相連[11]。

斷裂是礦區內的主要構造類型,按方向可分為北東向、東西向2組,按變形特性可分為韌性和脆性2類。韌性剪切帶與礦化關系密切[12-13]。礦區內見2條韌性剪切帶。其中,韌性剪切帶R1分布在礦區北側,呈北東東向展布。韌性剪切帶R2貫穿整個礦區,呈北東東向展布,傾向北西,產狀基本與地層一致。斷裂內巖石由構造角礫巖、糜棱巖化片麻巖、糜棱巖組成,其為金元素遷移、富集提供熱液等條件。次級近南北向斷裂為金元素富集、沉淀提供空間,從而形成了近南北向礦體。韌性剪切帶為控礦構造,斷裂為主要容礦構造。F101斷裂走向北東,分布在礦區的北西側。F301斷裂走向北西,分布在礦區北側石棚溝-金山屯溝中。

2 礦床地質特征

2.1 礦體特征

礦區從西到東劃分4個礦井,共見6條礦體。其中,1號礦體、2號礦體、3-1號礦體為主礦體。

1號礦體:主要為含金石英脈型,走向近南北(350°～5°),傾向西(260°～275°),傾角80°～89°,延伸平直,走向上具有明顯的膨縮特征,走向延長113 m,傾向延伸80 m,寬0.30～0.60 m,金品位0.51×10-6～26.70×10-6,最高可達4 222.44×10-6;顯示其為一系列扁豆狀礦體呈串珠狀排列而成。賦存礦體的斷裂錯動明顯,兩側圍巖發生褶皺,為壓性構造性質。

2號礦體:主要為石英脈型,沿斷裂充填,被北東向斷裂左旋錯斷。礦體深部北側接近礦權邊界,向南東傾伏方向未封閉。礦體呈薄脈狀(見圖2),走向為北北西,傾向南西,傾角較陡。礦體厚度0.40～1.39 m,平均值1.01 m,厚度變化均勻。金品位0.50×10-6～31.74×10-6,平均值6.08×10-6,品位變化均勻。2號礦體沿傾向膨縮明顯,呈透鏡狀或豆莢狀產出,控礦斷裂總體顯示右旋張性構造特征。

圖2 2號礦體15 m中段特征Fig.2 Characteristics of Level 15 m in No.2 Orebody

3-1號礦體:為礦區重要礦體之一,屬于北東向石英脈型礦體,礦體深部基本封閉。礦體呈脈狀、透鏡狀(見圖3),總體走向北東,傾向南西,傾角變化較大。345 m中段以上傾角為44°～50°,之下變陡為80°左右。礦體最大走向控制長度117 m,傾向最大延伸457 m。礦體平均厚度1.20 m,變化較為穩定,金平均品位6.06×10-6,品位變化均勻。

圖3 3-1號礦體特征(局部)Fig.3 Characteristics of No.3-1 Orebody(local)

2.2 礦石特征及成礦期次

礦石類型主要為含金石英脈型。礦石中的金屬礦物主要有黃鐵礦、黃銅礦、自然金、方鉛礦、閃鋅礦、磁鐵礦等。其中,黃鐵礦為主要的載金礦物。脈石礦物主要為石英,少量方解石。礦石結構包括粒狀結構、壓碎結構、固溶體結構、包含結構等。礦石構造包括細脈浸染狀構造、脈狀構造、角礫狀構造等。

黃鐵礦是最主要的金屬礦物和載金礦物。根據野外觀察及顯微鏡鑒定,可見2類黃鐵礦:第一類自形黃鐵礦粒度稍大,多呈自形-半自形浸染狀、團塊狀產出,賦存于早期石英脈中或片麻巖內,含金性較差;第二類半自形細粒黃鐵礦粒度較小,主要產于主成礦期石英脈中或圍巖裂隙帶中,有時呈浸染狀、團塊狀分布,顆粒不完整,該類黃鐵礦與金礦化關系密切。

黃銅礦呈他形粒狀、粒度0.01～0.20 mm,集合體常以細脈狀、團塊狀產出,黃銅礦與半自形細粒黃鐵礦關系密切,同為金礦物載體,金礦物常被黃銅礦包裹。

方鉛礦在金屬礦物中比較少見,分布也不均,呈他形粒狀,粒度在0.01～0.20 mm,常與黃銅礦共生。

根據野外調查及鏡下觀察,初步將該礦床劃分為5個成礦階段:早期石英階段、多屬氧化物階段、石英-黃鐵礦階段、多金屬硫化物階段、石英-碳酸鹽階段。其中,石英-黃鐵礦階段、多金屬硫化物階段為金的主要富集階段,并于這2個階段形成工業礦體。

2.3 圍巖蝕變

圍巖蝕變種類比較簡單,主要蝕變類型包括硅化、絹云母化、綠泥石化、碳酸巖化等。其中,硅化含金性也較好,主要產出于礦體與圍巖接觸部位,形態以脈狀為主,少見有團塊狀集合體。絹云母化由斜長石蝕變所致,其強度呈現出由礦脈中間向兩側圍巖逐漸減弱的趨勢,部分絹云母由于表生風化作用而轉變為高嶺土。絹云母化產出位置與硅化基本類似,均為礦體與圍巖接觸部位。硅化、絹云母化與金礦化關系密切[14-15]。

結合前人研究資料,石棚溝金礦床礦體與北東東向韌性剪切帶及北東向、北北東向斷裂關系密切,成礦物質主要來源于圍巖地層,成礦流體為變質水、巖漿水、大氣降水的混合。礦體受太古宇變質巖、燕山早期中酸性侵入巖及斷裂共同控制,圍巖地層提供物源、侵入巖體提供熱源、脆性構造提供容礦空間[11-12]。初步認為,石棚溝金礦床成因類型為造山型。

3 高精度磁測異常特征及構造解譯

高精度磁測常被應用于分析成礦控制因素,確定構建地質體和結構面的三維地質特征。對礦區1∶1萬高精度磁測數據進行不同深度、不同方向的水平一階導數計算,確定結構面,進而分析線性構造及產狀變化。對不同深度數據進行垂向二階導數計算,確定成礦地質體邊界[16-19]。石棚溝金礦區磁異常等值線圖見圖4。因為磁偏角對于礦區磁場分布是有一定影響的,通過化極處理可以解決這一問題,所反應的巖漿巖和地層分布也會更加準確[16]。石棚溝金礦區磁異常化極等值線圖見圖5。地質解譯以已有地質測量成果為基礎,通過對不同方向、不同高度構造的關聯、篩選,最終確定結構面位置、特征及地質體分布特征。

1-第四系 2-楊家店組 3-三道溝組 4-地質界線 5-未見礦鉆孔及見礦鉆孔 6-礦體及編號 7-探槽及編號 8-水庫 9-村落 10-韌性剪切帶及編號 11-蝕變礦化帶及編號 12-勘探線及編號 13-斷裂及編號 14-正磁異常等值線 15-負磁異常等值線 16-零等值線圖4 石棚溝金礦區磁異常等值線圖Fig.4 Magnetic anomaly contours of Shipenggou Gold District

3.1 高精度磁測異常特征

通過化極處理,磁偏角對礦區內磁場的影響被消除,能夠使結果更確切反映實際磁異常分布特征。磁異常總體北東東向展布,梯度帶北東東向展布;礦區中部發育近南北向的煌斑巖脈、巖墻,以及近南北向帶狀正磁異常。三道溝組地層總體為負磁異常,局部夾透鏡狀及不規則狀正磁異常,主要礦化發育地段及南部因絹云綠泥片巖、黑云二長片麻巖、混合片麻巖夾二云母片巖、角閃片巖等含有較多暗色礦物,表現為低緩負磁異常,夾雜出現一系列低緩正異常。三道溝組二段大面積分布于礦區中部,總體表現為北東東向負磁異常夾北東東向透鏡狀正磁異常,正磁異常可能與磁鐵石英巖分布有關。

3.2 結構面及地質體解譯

經過化極處理,將高精度磁測數據進行向上延拓與導數計算,通過垂向二階導數確定地質體邊界;通過不同方向的水平一階導數計算,確定礦區內的線性構造,得到物性結構面及物性地質體邊界[20],結果見圖6、圖7。

1-北東向線性構造 2-北西向線性構造 3-東西向線性構造 4-南北向線性構造 5-礦體及編號圖6 石棚溝金礦區磁異常解譯線性構造圖Fig.6 Linear structure diagram of magnetic anomaly interpretation in Shipenggou Gold District

1)結構面解譯。結構面解譯即礦區線性構造解譯。總體由東西向構造、南北向構造構成結晶基底,疊加北東向構造、北西向構造。礦區整體構造格架由北西向構造與北東向構造共同組成。同時,礦區內廣泛發育北東東向構造與東西向構造。總體表現為與區域輝發河斷裂類似的平行構造,早期屬于鞍山群變質基底構造,控制面理發育;晚期受輝發河斷裂影響,形成北東東向構造,其控制成礦帶或礦化帶發育,局部控制層型石英脈及金礦化發育,為該礦區重要控巖控礦構造。礦區中西部發育南北向構造。地表部分礦體總體受南北向構造控制,但礦體連續性差,厚度變化較大,顯示其追蹤張性構造屬性。礦區北東向構造比較發育,形成多條貫穿礦區的北東向構造,綜合控制礦化及化探異常的分布。

2)環形構造解譯。環形構造解譯即地質體解譯。礦區深部歸為2個地質體,向上呈現為巖枝且形態不規則,中深部劃分為2～3個巖株,到淺部變化成一系列小巖株,局部與地表地質測量發現的巖體與前人簡單定名為混合花崗巖的巖體完全對應,呈北東東向串珠狀分布,控制4個重要礦化地段;地表淺部成礦地質體相連,形態復雜。分析認為,金礦化形成并分布在成礦地質體形態復雜、產狀發生變化的有利部位。

4 蝕變礦化帶控礦及找礦方向

4.1 蝕變礦化帶控礦

根據礦區地質特征及高精度磁測解譯成果,金礦化受楊家店組、三道溝組地層,以及斷裂與深部成礦巖體綜合控制,簡要介紹主要蝕變礦化帶。

Ⅰ蝕變礦化帶分布于礦區西部高磁異常解譯出的成礦地質體內部,該蝕變礦化帶主要受控于三道溝組賦礦圍巖及成礦地質體南北向的凸出部位。高精度磁測解譯結果顯示,Ⅰ蝕變礦化帶產于北東向斷裂與北西向斷裂交會部位,產狀受控于南北向構造,對比不同深度的解譯結果,該南北向構造西傾,這一點與地表所見礦化特征吻合。

Ⅱ蝕變礦化帶分布于中西部成礦地質體內部及邊部,主要受北西向斷裂控制。通過對比地表觀察到的巖性、構造特征和不同深度下高精度磁測解譯的結構面可發現,該蝕變礦化帶傾向南西。已施工鉆孔ZK8703、ZK8705未見礦,可能與鉆孔布設方位有關。

Ⅲ蝕變礦化帶分布于礦區中部,通過磁異常解譯出成礦地質體西側邊緣及形態變化部位,根據更大深度的解譯結果,該地質體與Ⅱ蝕變礦化帶深部屬于同一成礦地質體,主要控礦因素為北西方向斷裂及三道溝組絹云綠泥片巖、黑云母片巖、二云母片麻巖與隱伏巖體間的結構面。高精度磁測解譯結果顯示:該蝕變礦化帶發育傾向南西的結構面,與鉆孔ZK8814的鉆探結果吻合。

4.2 找礦標志與找礦方向

結合礦區已有土壤巖屑地球化學測量結果,對Cu、Pb、Zn、Co、Ni、As、Sb、Bi、Hg、Mo、Sn、W、Ag、Au等14種元素的相關參數進行統計,結果表明:Au、Ag及Hg等3種元素具有較高變異系數和濃集系數,為主要成礦元素。其他元素成礦強度較低,活動性弱,總體反映地質體高背景含量特征,成礦過程中的活化遷移強度低。聚類分析及因子分析結果顯示:Hg與Sn為負相關關系,Cu-Ni-Zn-Co、Au-Ag-Hg-Bi-W為主要組合異常(見圖8)。激電異常在蝕變礦化帶處顯示高阻高極化異常控礦。

1-第四系 2-楊家店組 3-三道溝組 4-地質界線 5-未見礦鉆孔及見礦鉆孔 6-礦體及編號 7-探槽及編號 8-水庫 9-村落 10-韌性剪切帶及編號 11-蝕變礦化帶及編號 12-勘探線及編號 13-斷裂及編號 14-Au-Ag-Hg-Bi-W組合異常 15-Cu-Ni-Zn-Co組合異常圖8 石棚溝金礦區綜合信息成礦預測圖Fig.8 Comprehensive information mineralization prediction diagram of Shipenggou Gold District

礦區金礦化主要蝕變找礦標志為硅化、絹云母化;主要地球化學找礦標志為Au異常、Ag異常及Cu-Ni-Zn-Co組合異常、Au-Ag-Hg-Bi-W組合異常。Bi異常、Zn異常、Hg異常及Pb異常理論具有作為找礦標志的作用,但因實際這些異常不發育,故而指導找礦的意義不大,其他元素異常基本不具有找礦指導作用;激電異常找礦標志為高阻高極化異常。

結合蝕變礦化帶控礦、高精度磁測異常分布特征與結構面地質體特征、土壤巖屑地球化學測量結果及激電異常特征,礦區具有良好的找礦潛力。

Ⅰ蝕變礦化帶位于南北向構造東部,出露三道溝組地層,南北向、東西向、北東向構造發育。發育較大規模、套合完整、近南北向展布的Au異常、Hg異常,同時發育Ag異常、Mo異常、Zn異常。高精度磁測結果表明,成礦地質體淺部形態不規則,規模大,與含金石英脈產出及Au異常分布相吻合。成礦地質條件良好,具有明顯的地質、物化探找礦標志,表明該區找礦潛力較好。

Ⅱ、Ⅲ蝕變礦化帶地質、物化探條件較好,找礦標志相對明顯,綜合認為是最具找礦潛力的地段。從高精度磁測不同深度成礦地質體顯示的信息來看,控制二者成礦地質體在深部歸為同一地質體,二者都產于淺部地質體邊部及形態復雜變化部位,空間上均受北北西向斷裂控制,發育在北東向、北西向構造交會部位。土壤地球化學測量結果顯示:Ⅱ、Ⅲ蝕變礦化帶發育較大規模Au異常及Ag異常、Zn異常、Pb異常、Hg異常、Ni異常,發育2處Au-Ag-Hg-Bi-W、Cu-Zn-Ni-Co組合異常,異常套合好,濃集中心明顯;Au異常及組合異常空間分布受成礦地質體形態產狀變化部位控制。根據激電測量結果,該區段圈出5處高阻異常和3處極化率異常,表明Ⅱ、Ⅲ蝕變礦化帶深部具有較好的找礦潛力。

5 結 論

1)石棚溝金礦區礦體呈脈狀、透鏡狀,受楊家店組、三道溝組地層,以及斷裂與深部成礦巖體綜合控制。礦床成因類型為造山型。

2)高精度磁測解譯確定出礦區主要構造格架由北東向構造、北西向構造構成。礦區中發育隱伏閃長巖巖株。不同方向構造交會部位和成礦地質體形態復雜變化部位往往對成礦有控制作用。

3)石棚溝金礦區具有較好的找礦潛力。特別是Ⅱ、Ⅲ蝕變礦化帶地質條件有利,物化探找礦標志明顯,綜合認為找礦潛力較大。