綠巖帶排山樓金礦盲礦預測的構造疊加模型

托山金礦床是在綠巖帶的耐候性切割帶中發現的大型金礦床，具有多期、多階段成礦疊加的特點。前人對該礦床進行了一定的研究,但由于當時礦山未進行深部開采,以往大部分成果屬地表或近地表成果,未能反映出該礦床在垂深方向元素分帶及元素組合的演化規律。目前礦山已開采到200m,隨著礦山的生產,對礦體的深部評價已迫在眉睫。構造疊加暈盲礦預測法是20世紀90年代以來興起的一種新方法,利用該方法在礦山深部及其外圍預測盲礦、指導礦山探礦增儲,取得了良好的經濟效益和社會效益。本研究結合生產實際需要,采用構造疊加暈新方法,建立了排山樓金礦盲礦預測的構造疊加暈模型,且成功地預測了排山樓金礦東西向礦體深部的盲礦體。1礦床的地質特征1.1北票-私家車巖石圈斷裂帶排山樓金礦床的大地構造位置位于華北陸臺北緣中段,內蒙地軸之建平臺拱(I′4)與燕山臺褶帶之遼西臺隅(I′4)的銜接部位,東西向凌源-北票-阜新巖石圈斷裂帶的南側,礦床產在隆(北鎮斷凸I1?1441-1)坳(朝陽穹褶斷東I1?2441-2)交接帶之北鎮斷凸的北部。在排山樓金礦區見有東西向和北北東向2組韌性剪切帶,前者形成時間早于后者。排山樓金礦床賦存于NE向尖山溝-排山樓東溝韌性剪切帶與EW向排山樓-北營子韌性剪切帶交匯銳角區間的大營子巖組變質雜巖中,其主要巖性為黑云母斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖夾斜長角閃巖扁豆體和薄層白云質大理巖(見圖1)。1.2礦化中心蝕變的礦化演化排山樓金礦屬于糜棱巖型,分布在太古界建平群角閃片巖、石英片巖、黑云斜長片麻巖中,與韌性剪切帶有直接關系。在淺部水平上圍巖蝕變為帶形,主要有硅化、綠泥石化,碳酸鹽化和黃鐵礦-絹云母化等。它們空間上呈帶狀,具有強度分帶,從外向內呈漸變過渡關系,時間上具有疊加分帶,不同時期礦物分帶的特征。強變形的礦化中心蝕變類別最多,組合復雜,向兩側趨于簡單。而在垂向深度上,鉀長石化發育。蝕變發生的時序依次為:綠泥石化,碳酸鹽化,黃鐵礦-絹云母化,鉀長石化。它們都是變質變形期含礦流體充填、交代熱構造帶的產物。金礦化體和金礦體發育于蝕變暈中心地帶的黃鐵礦-絹云母化帶和鉀長石化帶內,還表現出了蝕變越強,金礦化富集越好的特征。1.3白云質糜棱巖礦體金礦體均產于金礦化帶內白云質糜棱巖之下蝕變和糜棱巖化相對強的部位。以化學品位圈出44個礦體,其中主礦體有3個,長622～675m,厚1.26～32.9m,多呈似層狀;其余為中小礦體,長10n～200m,厚2～13m,多呈透鏡狀。礦體呈斷續、近平行于白云質糜棱巖分布。受脆性斷裂構造的作用,礦體走向分2種:一種為主要礦石類型是蝕變長英質糜棱巖型(白礦)的EW向礦體;另一種為主要礦石類型是蝕變黑云斜長糜棱巖型(黑礦)的NE向礦體。NE向礦體相對于EW向礦體有一定程度的抬升,2種礦體均具糜棱結構和糜棱面理構造。礦物組成:白礦長石、石英占70%～80%,白云石等碳酸鹽礦物占10%～15%;黑礦石英、斜長石占70%～80%,黑云母、綠泥石等占10%左右,白云石等碳酸鹽占10%～15%;金屬礦物含量兩者均5%左右,其中黃鐵礦占95%,并與金礦化關系密切。金礦物為自然金,平均成色929‰,呈細、微細粒狀賦存在礦物晶隙、裂隙及被包裹在其中。Au在非金屬礦物中占82.58%,在黃鐵礦中占16.2%。礦石中Au平均品位約4×10-6。礦體與金礦帶呈漸變關系,礦床為貧硫、低品位的大型礦床。1.4蝕變期為7個階段根據排山樓金礦的礦床地質特征,排山樓金礦成礦作用可分為2期。第1期發生于早元古代末期,大營子巖組初始礦源層受韌性剪切應力而發生變形變質作用,產生熱液及活化,一些Au多階段活化富集于較強的退化蝕變糜棱巖帶,形成了大規模金礦化帶及一些低品位礦體。該期可分為3個蝕變階段:(1)綠泥石化階段。綠泥石主要交代角閃石、黑云母等礦物,使原巖中的金活化,但未富集成礦。(2)鐵白云石化階段。主要礦物變化是綠泥石,動態重結晶微砂糖粒狀石英等細粒化基質被鐵白云石和白云石交代,使金有初步的富集,但未達到金礦品位。(3)黃鐵礦-絹云母化階段。他形細粒黃鐵礦和絹云母,主要交代綠泥石、鐵白云石、細粒化基質和動態重結晶的石英等礦物,使金進一步富集,形成了低品位的金礦體。可以看出,第1期的第1蝕變階段只是使金活化,第2、3蝕變階段是主要的成礦階段。第2期發生于中生代燕山早期,構造-巖漿作用形成的巖漿熱液疊加于金礦化帶,發生鉀長石化交代疊加蝕變的同時,金再一次富集形成了較高品位的金礦體。總體來講,金成礦作用主要由鐵白云石化(I)、黃鐵礦-絹云母化(II)和鉀長石化(Ⅲ)3個階段組成。2礦床的地球化學特征2.1巷道內元素組成為了研究原生暈的空間分布特征,對金礦床深部沿4條勘探線采集了原生暈樣品315件,樣品由鞍山地勘院測試,共分析了Au,Ag等21種元素。在遠離礦體的運輸巷道內采集樣品10件作為背景。各元素含量及異常下限見表1。以襯度值大于1.35為標準,礦床元素組合為Au,Bi,Ag,As,Sb,Ba,Mo,Cu,W,Tl,Sr,Se。2.2地質意義的分析結果為了進一步了解各元素之間的親疏關系,確定礦化元素組合,確定各元素的地質意義,對樣品進行了相關分析和因子分析[11,12,13,14,15,16,17,18,19],分析結果見表2。各公因子的地質意義如下。(1)成礦元素成礦其中Au和Ag,Cu的關系最為密切。Au,Ag,Cu為主要的成礦元素,在礦化過程中被帶入,尤其是銅,在礦體二次疊加中被大量地帶入。(2)w、ni的礦化作用在礦體尾部發育,是礦體尾暈因子。其中W在礦化作用過程中是帶入元素,在礦體尾部富集,Ni是在礦化過程中帶出的元素,也在礦體尾部富集。(3)pb含量的變化在礦體的中下部發育,Bi在礦化過程中是帶入元素,在礦體下部富集。Pb的含量基本沒有發生什么變化。Co是在礦化過程中的帶出元素,也在礦體下部富集,代表金屬礦化(黃鐵礦化)作用。(4)礦化過程中元素含量的變化Sb,As,Ba是礦體頭暈特征元素,3個元素皆是帶入元素,在礦體頭部富集,在礦化過程中的含量變化比較大,是找金的指示元素之一。3設備疲勞特性與設備疲勞模型的關系3.1熱液作用下的成暈和蝕變排山樓金礦床嚴格受韌性剪切帶構造控制,剪切帶經受多次構造活動作用,伴隨的多次巖漿/熱液活動也使金礦床也具有多期多階段疊加成礦成暈的特點。如上所述,排山樓金礦金成礦分為2期3個階段,其中第Ⅰ階段(鐵白云石化階段)金及其伴生元素含量很低,其成暈也很弱;第Ⅱ階段(黃鐵礦-絹云母化階段)金及其伴生元素大量富集,形成了低品位的金礦體,成暈較強;第Ⅲ階段(鉀長石化階段)使金礦體進一步富集,成暈也相對較強。經相關分析、因子分析得出,韌性剪切帶變質巖原巖主要成分為Mn,V,Ti,Cr,并含有少量Cu。早元古代末期,在大理巖的屏蔽下,變質熱液使金初始富集以Ba,Tl的富集為標志,產生熱液及活化一些Au富集于較強的退化蝕變糜棱巖帶,形成了大規模金礦化帶及一些低品位礦體;在中生代燕山早期,構造-巖漿作用形成的巖漿熱液疊加于金礦化帶,發生鉀長石化,交代疊加蝕變的同時再一次富集Au形成金礦體。這與韌性剪切帶2期構造活動成礦作用是相對應的。與Au有關的巖漿熱液活動有3期:第1期主要是Au,Ag,Bi的富集,伴隨As,Sb,Sr的富集,該期包括鐵白云石化;第2期主要是Au,Ag,Cu的富集,伴隨Se,Ti的富集。結合排山樓金礦韌性剪切帶和蝕變帶的特點,早元古代三期蝕變是受同一變質熱液作用下的一個連續的體系。因此,早元古代2階段成礦的原生暈疊加元素大體相同,主要為Au,Ag,Bi,As,Sb,Sr。燕山期成礦疊加暈主要為Au,Ag,Cu,Se,Ti。3.2排山樓金礦各線序列及文化元素2.2節中所述原生暈的分布特點其實是各期構造熱液成礦成暈疊加的結果。可以看出,在排山樓金礦中,Sb,As,Ba正異常分布在礦體的頭部,Au,Ag,Cu,Se正異常分布于礦體的邊部和內部,Bi,Pb,Co正異常主要分布于礦體的尾部。由C.B.格里戈良分帶指數法得出排山樓金礦各線地球化學元素軸向分帶序列如下。Z線:(Au-Se-W)—(Mo-Cr-Zn-Ni-Co-Tl-Ti-Pb-V-Mn-Sr)—(Cu-Ag)—(Sb-Ba-As)—(Bi);IV線:(Mo-Au-Zn-Co)—(W-Tl-Pb-As-Ti)—(Mn-Ni-Bi-Cu-Cr-Ag-Sb)—(Se-Sr-V-Ba);X線:(Au-Se-Cu-Co-Cr-Zn-Tl-Mo-V)—(Sb-As-Pb-Ba)—(Bi-Ag-Ni-Sr-W)—(Mn-Ti);XVI線:(V-Mn-Ba)—(Au-Ti-Co-Ag-Zn-Tl-Mo)—(As-Cr-Ni)—(Cu-Se-Sb-Bi-Sr-W-Pb).可見排山樓金礦各線序列都有某些元素出現反序的特點,反映礦體經過了多期疊加。李惠等經研究得出,中國金礦床綜合原生暈(疊加暈)軸向(垂直)分帶序列為B-As-Hg-F-Sb-Ba(礦體前緣及上部)—Pb-Ag-Au-Zn-Cu(礦體中部)—W-Bi-Mo-Mn-Ni-Cd-Co-V-Ti(礦體下部及尾暈)參考李惠等人的研究成果,結合排山樓金礦各線地球化學元素軸向分帶序列計算結果,并考慮礦床自身的地質特征,綜合得出排山樓金礦疊加暈典型軸向分帶序列為As-Ba-Sb(礦體前部及上部)—Pb-Au-Ag-Cu-Zn(礦體中部)—V-Bi-Mo-Co-Mn-Ti-W(礦體下部及尾暈)3.3成礦作礦模型排山樓金礦床嚴格受韌性剪切帶構造控制,剪切帶經受多次構造活動作用,伴隨的多次巖漿/熱液活動也使金礦床也具有多期多階段疊加成礦成暈的特點。(1)各成礦階段熱液都含有一定量的Au,Bi,Ag,As,Sb,Ba,Mo,Cu,W,Tl,Sr,Se。(2)每個階段在成礦過程中都具有明顯的正向地球化學垂直分帶,每個階段形成的礦體都有自己的頭、尾暈。(3)先形成的金礦體及其原生暈,當后期成礦熱液疊加時,成礦元素和伴生元素會發生活化轉移,對原來的礦體(暈)的分帶結構有一定的影響,但實際資料表明,這種變化不會影響原來的分帶特點。根據以上原則,建立了排山樓金礦典型構造疊加暈模型(見圖2)。該模型的特點是:(1)排山樓金礦受韌性剪切帶——糜棱巖帶-蝕變帶控制,構造成巖成礦具有多期多階段的特點。成礦過程中成礦元素主要經歷了3個階段的富集。(2)構造中每次成礦形成的礦體都有自己的前緣暈、礦體暈和尾暈,其前緣暈特征指示元素是As,Ba,Sb;礦體暈指示元素是Pb,Au,Ag,Cu,Zn;尾暈指示元素是V,Bi,Mo,Co,Mn,Ti,W。(3)該模型包含排山樓金礦礦床地質、地球化學疊加暈特征,信息全面。已知排山樓金礦礦脈大多以尖滅再現的脈狀形式展布,該模型具有典型性。4結構覆蓋層析成像-盲礦預測4.1韌性剪切帶向深部延伸(1)礦體分布于韌性剪切帶中心部位的強糜棱巖帶內,韌性剪切帶向深部延伸很大。(2)黃鐵礦-絹云母化和鉀長石化在深部繼續延展,指示深部有良好的成礦條件。(3)深部黃鐵礦多呈浸染狀-細脈狀,指示深部可能有盲礦。4.2構造疊加暈標志根據排山樓金礦床的元素組合和橫向和軸向的分帶特點,以及它們與礦體展布的關系,總結出排山樓金礦的最佳指示元素組合為As,Sb,Au,Ag,Cu,Se,W,Bi。結合李惠等提出的構造疊加暈預測準則,得出排山樓金礦盲礦預測的構造疊加暈標志如下。(1)在有Cu弱異常的條件下,若前緣暈指示元素有強異常出現,而尾暈元素異常較弱,指示深部有盲礦存在。(2)當Cu含量很低,若出現尾暈強異常,則指示深部無礦。(3)若在礦體尾部出現尾暈強異常的基礎上,又出現了前緣暈指示元素的強異常,則指示深部還有盲礦存在。(4)若前緣暈和尾暈疊加在礦體中部,則指示礦體向下還有較大延伸。4.3中段礦向疊加暈標志圖3為4勘探線元素及公因子等值線圖。由圖4可見,礦體傾向NW,傾角30°左右,以大理巖為頂板巖石呈尖滅再現展部。275中段上部礦體為已知上部礦體,傾角較緩。在275中段左右,礦體尖滅再現,表現出頭尾暈元素都比較發育;在275～200中段鉀化現象明顯。225和200中段礦體較寬,礦化較好,有平行礦脈出現,為疊加成礦作用的結果。上述已知礦體展布符合上述盲礦預測的地質標志和構造疊加暈標志。200～175中段,Ag異常發育明顯,和Au異常形態相似,是較好的找金指示元素。Cu異常發育不太明顯。F4(Sb,As,Ba)頭暈因子異常發育明顯,形態相似。濃集中心主要出現在剖面的上部中段,為下部礦體頭暈的顯示。F2(Ni,W),F3(Bi,Pb,Co)尾暈異常形態相似,反映礦帶的傾斜方向。濃集中心主要出現在275和250中段,為上部礦體尾暈的顯示。頭尾暈因子疊加出現,提示下部仍有礦體出現。根據盲礦預測地質特征和疊加暈特征,預