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)。長期以來, 中國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)測模型對(duì)指導(dǎo)我國螢石礦勘查評(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、高密度電法以及聯(lián)合剖面法測量對(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、高精度磁法測量、視電阻率聯(lián)合剖面測量和高密度電阻率法測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)二長花崗巖、正長花崗巖, 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花崗巖、含黑云母正長花崗巖。

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, 次為長石、高嶺石、絹云母和蛋白石等。

圍巖主要為正長花崗巖, 圍巖蝕變?yōu)楣杌?、絹云母化、高嶺土化, 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)勘查院巖礦檢測中心完成。根據(jù)分析測試結(jié)果, 按規(guī)范對(duì)測試數(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)測量圈出的張厝螢石礦預(yù)測區(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)勘查院巖礦檢測中心完成。

10條地化(土壤)剖面測量結(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)螢石礦圍巖為正長花崗巖。物性測量結(jié)果顯示, 相對(duì)于正長花崗巖(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量提供了地球物理前提。

4.1.2 電性

物性測量結(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)合剖面測量和高密度電阻率法測量提供了前提。

4.2 高精度磁法測量異常

高精度磁法測量儀器選用WCZ-1型質(zhì)子磁力儀,按150 m×40 m或200 m×40 m網(wǎng)格進(jìn)行測網(wǎng)布置。

針對(duì)張厝螢石預(yù)測區(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)測區(qū)高精度磁法測量異常平面圖Fig. 5 High precision magnetic survey anomalies in the prospecting area of the Zhangcuo fluorite mine

4.3 視電阻率聯(lián)合剖面測量異常

視電阻率聯(lián)合剖面測量儀器選用奔騰 WDJD-4直流激電儀為測控主機(jī)。

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

在張厝螢石礦預(yù)測區(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)。推測斷裂近直立, 整體傾向北西。

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

4.4 可控源大地音頻電磁測深測量

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, 測量偶極距20 m。采用多個(gè)電場分量公用一個(gè)磁場分量的排列組合進(jìn)行觀測, 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)的測量工作。測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)測區(qū)內(nèi)化探(土壤)、高精度測法、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), 推斷存在淺部傾向南東、深部傾向北西, 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)測區(qū)地物化成果, 在預(yù)測區(qū)開展大比例尺專項(xiàng)地質(zhì)測量, 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度1.7 km, 走向?yàn)镹E40°, 地表傾向SE, 深部傾向 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。礦體長度730 m, 走向?yàn)镹E40°,地表傾向 SE、深部傾向 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)測區(qū)。物探測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).