秦志軍， 劉紅亮， 王 磊， 余國飛， 阮業(yè)東， 閆 芳

(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034; 2.湖北省地質(zhì)勘查工程技術(shù)研究中心,湖北 武漢 430034;3.湖北省地質(zhì)勘查基金管理中心，湖北 武漢 430071; 4.湖北省地質(zhì)局 第一地質(zhì)大隊(duì),湖北 大冶 435100)

鄂東南礦集區(qū)是長(zhǎng)江中下游成礦帶的重要組成部分,具有礦體厚度大、礦種齊全、礦石品位高的特點(diǎn)[1]。石頭咀銅鐵礦床位于礦集區(qū)內(nèi)銅綠山礦田東部,是典型的矽卡巖型銅鐵礦床。2006年以來,圍繞銅綠山礦田內(nèi)的銅綠山銅鐵礦床和雞冠咀銅金礦床兩個(gè)大型礦床實(shí)施了危機(jī)礦山找礦項(xiàng)目,對(duì)礦體的最大控制深度已超過-1 500 m標(biāo)高,新增銅、金資源量接近湖北省同期新增資源量的一半。目前石頭咀銅鐵礦床的最大控制深度僅在-900 m標(biāo)高左右,礦體沿走向和傾向均未尖滅,和礦田內(nèi)其他同類型的大中型礦床相比,深部可能存在600 m高差的找礦空間,顯示出巨大的找礦潛力。在綜合研究石頭咀銅鐵礦床地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上,通過地球化學(xué)原生暈進(jìn)一步探討找礦方向,對(duì)開展深部找礦工作具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂東南礦集區(qū)位于長(zhǎng)江中下游成礦帶最西端,揚(yáng)子克拉通北緣,北鄰大別超高壓變質(zhì)帶,被長(zhǎng)陽—陽新斷裂、襄樊—廣濟(jì)斷裂和麻城—團(tuán)風(fēng)斷裂等區(qū)域性深大斷裂所圍限,并被長(zhǎng)江深斷裂沿走向穿過礦集區(qū)[2]。區(qū)內(nèi)地層發(fā)育較為齊全,除下—中泥盆統(tǒng)、下石炭統(tǒng)缺失外,古生界—新生界地層均有出露,其中三疊系大冶組碳酸鹽巖與銅鐵礦關(guān)系最為密切[3]。區(qū)內(nèi)發(fā)育大面積的侵入巖和火山巖,其出露面積約占全區(qū)總面積的23%。侵入巖包括六大巖體,分別為鄂城、鐵山、金山店、靈鄉(xiāng)、陽新和殷祖巖體,另外還有100多個(gè)中酸性花崗閃長(zhǎng)斑巖、閃長(zhǎng)玢巖等小巖體[4]。石頭咀銅鐵礦床所在的銅綠山礦田位于鄂城—大幕隆起帶的軸部,姜橋—下陸斷裂帶的中段,大冶復(fù)向斜的南翼,陽新巖體的西北端,處于鄂東南三角形構(gòu)造巖漿巖區(qū)的中部[5],成礦地質(zhì)條件十分優(yōu)越(圖1)。

圖1 鄂東南區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional geological map of Southeast Hubei1.第四紀(jì)；2.白堊紀(jì)中期火山巖；3.晚三疊世—中侏羅世碎屑巖；4.寒武紀(jì)—中三疊世碳酸鹽巖夾碎屑巖；5.白堊紀(jì)花崗巖；6.早白堊世早期花崗閃長(zhǎng)斑巖；7.早白堊世早期石英閃長(zhǎng)巖；8.鐵礦床；9.銅礦床；10.鐵銅礦床；11.金銅礦床；12.銅鐵金礦床；13.銅鉬礦床；14.鎢銅礦床；15.鎢銅鉬礦床。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)被第四系湖沖積層全掩蓋。據(jù)工程揭露,第四系覆蓋層之下分布的三疊系大冶組和嘉陵江組大理巖呈兩種產(chǎn)出形態(tài)：一是被巖漿巖分割包圍形成舌狀體或捕虜體,主要分布于礦區(qū)西部；二是與巖漿巖成反“S”形陡傾斜覆蓋于巖漿巖之上,大規(guī)模分布于礦區(qū)中部以東?？氐V構(gòu)造主要為接觸帶構(gòu)造,其控制了礦體的空間形態(tài)、產(chǎn)狀等,尤其是沿接觸帶分布的斷裂—侵入復(fù)合帶是成礦最有利部位。本區(qū)巖漿巖為陽新巖體的一部分,巖體與圍巖呈侵入接觸且四周均向外陡傾。該巖體為多期次侵入的復(fù)式巖體,由多種巖石類型組成,主體為中—細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖,往中心過渡為中粒石英閃長(zhǎng)巖[6](圖2)。

2.2 礦體地質(zhì)特征

石頭咀銅鐵礦床為中型規(guī)模的接觸交代型礦床。礦體主要賦存于石英閃長(zhǎng)巖與大理巖接觸帶(圖2),其空間分布、形態(tài)和產(chǎn)狀嚴(yán)格受接觸帶及同向斷裂控制,尤其是兩者復(fù)合部位最有利于成礦。主礦體均分布于接觸構(gòu)造帶上,全長(zhǎng)900 m,傾向NE,傾角40°～85°。

圖2 石頭咀礦區(qū)地質(zhì)略圖Fig.2 Geological map of Shitouzui mining area1.嘉陵江組三段白云巖；2.嘉陵江組二段灰?guī)r；3.石英閃長(zhǎng)巖；4.矽卡巖；5鐵帽；6.礦體水平投影位置及編號(hào)。

礦區(qū)共探明7個(gè)銅鐵礦體和1個(gè)輝鉬礦體,礦體賦存標(biāo)高為+36～-784 m。截至2020年,累計(jì)探明資源量：銅金屬量25.94萬t,鐵礦石量2 126.2萬t,金金屬量10.208 t,銀金屬量152 t,鉬金屬量1 214 t。

礦區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的礦體為Ⅰ號(hào)礦體,分布于1線-20線之間,全長(zhǎng)900 m,賦存標(biāo)高為+27～-980 m。該礦體總體走向NWW,傾向NNE,產(chǎn)出形態(tài)受兩種接觸構(gòu)造所控制,9線以西(含9線)主要受大理巖舌狀體或捕擄體控制,礦體呈透鏡狀；9線以東主要受巖體主接觸帶控制,礦體傾向延伸穩(wěn)定,產(chǎn)狀隨主接觸帶產(chǎn)狀變化。該礦體的1-4線部分主要為鐵礦石；4-7線部分以鐵礦為主,伴生銅礦；8-20線部分以銅礦為主,伴生鐵礦。總體來講,Ⅰ號(hào)礦體由西向東具有由鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)殂~礦的趨勢(shì),但主體還是以銅鐵礦為主。此外,Ⅰ號(hào)礦體由西向東具有明顯的側(cè)伏規(guī)律,礦體的控制標(biāo)高由3線的-166 m下降至15線的-980 m(12線以東礦體走傾向未控制)。目前Ⅰ號(hào)礦體已查明銅金屬資源量25.47萬t、鐵礦石資源量2 069萬t,占全區(qū)總資源量的97%以上。

2.3 礦石特征

礦石按自然類型劃分有鐵礦石、銅鐵礦石、銅礦石、鉬礦石四類,以銅鐵礦石為主(占總儲(chǔ)量的90%以上),其他礦石類型次之。按組成礦體的礦石類型特點(diǎn),全區(qū)可劃分為三個(gè)不同的礦石分帶,即：鐵礦石帶,分布于礦區(qū)西段3-5線；銅鐵礦石帶,分布于5-15線；銅礦石帶,分布于礦區(qū)東段17-20線。

礦石中的礦物共有60余種,含銅礦物有黃銅礦、斑銅礦、孔雀石、輝銅礦等；含鐵礦物有赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦等；含鉬礦物主要有輝鉬礦；脈石礦物有方解石、白云石、透輝石、蒙脫石、石英、長(zhǎng)石等。

礦石結(jié)構(gòu)主要有自形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)、它形粒狀結(jié)構(gòu)、固熔體分離結(jié)構(gòu)、膠狀結(jié)構(gòu)、鱗片狀結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造主要為浸染狀構(gòu)造、細(xì)脈浸染狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造和條帶狀構(gòu)造等。

礦床有用組分以Cu、Fe為主,Cu平均品位為1.30%,Fe平均品位為32.70%。共生組分為Mo,平均品位為0.147%。有益伴生組分有Au、Ag、Co、Re、Ga等,Au平均品位為0.51×10-6,Ag平均品位為7.73×10-6,可綜合回收利用；Co、Re、Ga由于實(shí)際生產(chǎn)中選礦工藝等原因暫未綜合利用。礦石中有害元素為S、P、SiO2、MgO、As、Zn等,均低于允許規(guī)定要求。

3 地質(zhì)成礦規(guī)律

3.1 地質(zhì)特征

綜合礦床地質(zhì)特征,總結(jié)成礦特征如下：

(1) 石頭咀銅鐵礦床主要受銅綠山巖體北緣斷裂—接觸復(fù)合帶控制,礦體厚度大、走向和傾向延伸穩(wěn)定,呈“臺(tái)階狀”分布規(guī)律和串珠狀形態(tài)特征,并具有局部膨縮、尖滅再現(xiàn)等特征。

(2) 主礦體向SE側(cè)伏,由西向東礦體埋深加大(圖3),傾向延伸增大；礦體整體傾向NW,但局部存在反“S”形,主要是受到主接觸帶構(gòu)造控制所致。

圖3 石頭咀礦區(qū)礦體聯(lián)合剖面圖Fig.3 Joint profile of ore body in Shitouzui mining area1.石英閃長(zhǎng)巖；2.大理巖；3.銅鐵礦；4.銅礦；5.鐵礦；6.地質(zhì)界線；7.基線。

(3) 礦石類型隨礦體厚度變化而有所差異,在礦體中心部位(10-15線),無論沿走向還是傾向方向,礦體均表現(xiàn)為厚度大、品位富,以銅鐵礦石為主,向東逐漸過渡為銅礦石。

(4) 礦體連續(xù)性好,多為單層礦體產(chǎn)出，極少存在多層礦體,顯示本區(qū)交代作用較為徹底。

3.2 地質(zhì)特征對(duì)找礦的指示

2019年以來,通過在石頭咀礦區(qū)開展深部普查和詳查工作,先后施工20個(gè)鉆孔,其中19孔見礦,單孔最大穿礦厚度為78.81 m,預(yù)計(jì)新增銅金屬量3.6萬t、鐵礦石量300萬t。通過勘查工作證實(shí)主礦體在-720 m以下仍有穩(wěn)定延伸,并將已知礦體最大控制深度推進(jìn)至-900 m。但是由于礦權(quán)范圍的限制,礦區(qū)深部和外圍尚未進(jìn)行足夠的探索,礦床邊深部勘查工作相對(duì)滯后。

相比于銅綠山和雞冠咀礦床的最大礦體控制深度(-1 500 m),石頭咀礦床邊深部在理論上可能還存在高差600 m以上的探索空間。根據(jù)礦床賦存規(guī)律,認(rèn)為Ⅰ號(hào)主礦體由西向東具有明顯的側(cè)伏規(guī)律,礦體埋深加大,同時(shí)礦體在傾向延伸方向上也具有明顯增大趨勢(shì),因此礦區(qū)邊部的16線和17線所見礦體可能是礦頭或礦上,礦體向深部很可能有比較大的延伸。由此判斷,在石頭咀礦區(qū)外圍北東部,可以對(duì)Ⅰ號(hào)主礦體沿走向和傾向進(jìn)行追索。

4 原生暈對(duì)找礦的指示

4.1 鉆孔原生暈

地球化學(xué)異常(尤其是鉆孔原生暈異常)在雞冠咀和銅綠山礦床深部找礦中起到重要的指示作用。根據(jù)對(duì)成礦元素及共伴生元素的分析,可以推斷已知礦體是否向深部延伸或是否存在尖滅再現(xiàn)的新礦體。在前期研究中,采用“迭代法”對(duì)礦區(qū)12個(gè)鉆孔的589件原生暈樣品進(jìn)行分析,計(jì)算并歸納了石頭咀礦床元素的背景值和異常下限,初步確定石頭咀礦區(qū)成礦指示元素為Cu、Au、Ag、Zn,近礦指示元素為Ba、Mo、Co、Ni,前緣指示元素為As、Sb、Pb(圖4)。

圖4 石頭咀礦區(qū)14線鉆孔(-720 m以下)原生暈剖面對(duì)比圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[7])Fig.4 Comparison of primary halo profile of 14 boreholes (below-720 m) in Shitouzui mining area1.石英閃長(zhǎng)巖；2.大理巖；3.矽卡巖；4.石英閃長(zhǎng)巖；5.大理巖；6.矽卡巖；7.銅鐵礦礦體；8.鉆孔編號(hào)；9.地質(zhì)界線；10.取樣位置及編號(hào)。

本次利用2019年施工的12個(gè)鉆孔中176個(gè)礦體化學(xué)樣數(shù)據(jù),開展三維鉆孔原生暈分析。從12-17線剖面的三維原生暈異常(圖5)來看,Cu、Au等成礦指示元素的濃集中心與鉆孔實(shí)際揭露的礦體空間位置基本一致,As、Sb等前緣指示元素在-720 m中段之下仍存在多個(gè)異常濃集中心,可能為深部多期次多階段成礦作用疊加的結(jié)果,表明礦體向深部仍有延伸趨勢(shì)或可能發(fā)育尖滅再現(xiàn)的新礦體。

圖5 石頭咀礦區(qū)鉆孔原生暈三維展示圖Fig.5 Three- dimensional display of primary halo of boreholein Shitouzui mining area

4.2 礦體地球化學(xué)指標(biāo)

根據(jù)前人研究成果,銅綠山礦田內(nèi)鐵銅礦床的地球化學(xué)判別指標(biāo)主要有兩個(gè),即：Cu×50/Fe值(礦上>3,礦中1～3,礦下<1),Ag×1 000/Cu值(礦上>1,礦中0.1～0.5,礦下<0.1)[8],這兩個(gè)判別指標(biāo)主要適用于預(yù)測(cè)已知礦體向深部的延伸情況。

本次統(tǒng)計(jì)了13-17線-720 m中段之下的176個(gè)礦體化學(xué)樣的Cu×50/Fe值(表1),結(jié)果顯示13-15線礦體的Cu×50/Fe值變化范圍為1.50～2.77,指示為礦中；16-17線礦體的Cu×50/Fe值的變化范圍為5.70～18.11,指示為礦上。Cu×50/Fe值由13線向17線具有明顯的上升趨勢(shì)(圖6),指示礦體從西向東由礦中過渡為礦上,這與Ι號(hào)礦體向東側(cè)伏的規(guī)律一致,進(jìn)一步佐證了13-17線鉆孔可能僅揭露到Ι號(hào)礦體的中部或上部,礦體向深部可能存在較大的延伸。

圖6 石頭咀礦區(qū)鉆孔原生暈三維展示圖Fig.6 Three- dimensional display of primary halo of boreholein Shitouzui mining area

表1 石頭咀礦區(qū)-720 m中段下部礦體元素比值統(tǒng)計(jì)表(13-17線)Table 1 Statistical table of ore body element ratio in the lower part of-720 m middle section of Shitouzui mining area

5 結(jié)論

(1) 石頭咀銅鐵礦床的礦體賦存于三疊系碳酸鹽巖與石英閃長(zhǎng)巖接觸帶部位,受NWW向斷裂—接觸復(fù)合帶控制,其深部礦體呈“臺(tái)階狀”分布,并具有局部膨縮、尖滅再現(xiàn)等特征。

(2) 礦體三維原生暈異常顯示,As、Sb等前緣指示元素在-720 m之下仍存在多個(gè)異常濃集中心；礦體的Cu×50/Fe值由西向東具有明顯的上升趨勢(shì),與Ι號(hào)礦體向SE側(cè)伏的規(guī)律一致,指示礦體向深部可能存在較大的延伸。

(3)通過對(duì)已知礦體賦存規(guī)律研究,結(jié)合鉆孔原生暈及地球化學(xué)指標(biāo)分析,認(rèn)為應(yīng)在礦區(qū)北東方向沿走向和傾向追索Ⅰ號(hào)礦體,并在礦區(qū)東部尋找Ⅰ號(hào)礦體側(cè)列再現(xiàn)或尖滅再現(xiàn)的新礦體。